CN104157070A - 一种芯片磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯片磁传感器包括芯片和线路板，其中，芯片包括基体以及设于所述基体表面的磁感应膜、芯片焊盘和导电通路，所述磁感应膜通过所述导电通路与所述芯片焊盘电连接，所述磁感应膜用于感应设于被检测物体内的磁标识的磁场；线路板用于固定所述芯片，其上设有线路板焊盘，所述芯片焊盘与所述芯片焊盘对应电连接；所述芯片焊盘设于所述基体的侧面或下表面。该芯片磁传感器可以减小芯片与被测物体之间的磁间隙，从而提高灵敏度高。

Description

一种芯片磁传感器

技术领域

本发明属于精密测量领域,具体涉及一种芯片磁传感器。 

背景技术

磁传感器被广泛应用于验钞机等鉴伪装置，其通过检测设置于被检测物体内的磁标识来辨别被测物体的真伪。近年来发展的芯片式磁传感器，由于具有灵敏度高、成本低、体积小、易集成等诸多优点，逐渐取代了传统的线圈式磁传感器。 

图1为现有的芯片磁传感器的结构示意图。如图1所示，芯片磁传感器包括芯片1、线路板2和壳体4，芯片1和线路板2置于壳体4内。线路板2用于承载和电连接芯片1,芯片1包括基体11、磁感应膜12和芯片焊盘13，芯片焊盘13和磁感应膜12设于基体11的同一水平面。芯片焊盘13通过焊线3与设于线路板2的线路板焊盘电连接。在应用过程中，这种现有芯片式磁传感器灵敏度不足，无法感应场强较弱的磁标识，因此，需要提供灵敏度高的芯片式磁传感器。 

发明内容

本发明要解决的技术问题就是针对精密测量仪中存在的上述缺陷，提供一种高灵敏度的芯片磁传感器。 

为此，本发明提供一种芯片磁传感器，包括： 

芯片，其包括基体以及设于所述基体表面的磁感应膜、芯片焊盘和导电通路，所述磁感应膜通过所述导电通路与所述芯片焊盘电连接，所述磁感应膜用于感应设于被检测物体内的磁标识的磁场；线路板，用于固定所述芯片，其上设有线路板焊盘，所述芯片焊盘与所述芯片焊盘对应电连接；所述芯片焊盘设于所述基体的侧面或下表面。 

其中，还包括焊线，所述线路板焊盘与所述芯片焊盘通过所述焊线对应电连接。 

其中，所述导电通路包括导电槽、导电孔或导电柱，所述导电槽设于所述基体的侧面；所述导电孔设于所述基体内；所述导电柱设于所述基体的侧面或所述基体内。 

其中，所述芯片焊盘自所述基体依次包括铜层、过渡层和镀金层；或者依次包括银层、过渡层和镀金层。 

其中，所述基体采用硅或氧化硅或氧化镁制作。 

其中，还包括叠置地导磁体和永磁体，所述导磁体位于所述被检测物体一侧； 

所述导磁体设有对称设置的凸部，所述凸部位于所述被检测物体一侧，所述芯片设于所述凸部之间； 

在所述线路板上设有与所述凸部匹配的通孔，所述导磁体的插入所述通孔。 

其中，还包括： 

永磁体，所述永磁体设有第一容腔； 

导磁体，所述导磁体上设有凹部，所述芯片设于所述凹部，所述导磁体嵌套于所述第一容腔。 

其中，设置在所述永磁体上的第一容腔为凹槽、凹坑或通孔。 

其中，设置在所述导磁体上的凹部凹槽、凹坑或通孔。 

其中，所述导磁体采用硅钢片材料、坡莫合金或铁氧体制作。 

其中，还包括壳体，所述芯片、所述永磁体、所述导磁体和所述线路板设于所述壳体内，所述芯片位于所述被检测物体一侧。 

其中，还包括焊针，所述焊针的一端借助所述线路板与对应的所述芯片焊盘电连接，另一端自所述壳体内伸出。 

其中，所述焊线为金线、银线、铜线或锡线。 

其中，所述磁感应膜为霍尔效应薄膜、各向异性磁电阻薄膜、巨磁电阻薄膜、隧道磁电阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍尔效应薄膜。 

本发明具有以下有益效果： 

本发明提供的芯片磁传感器，将芯片焊盘设于基体的侧面或下表面，彻底消除了焊点尾部的凸起和线弯对磁感应膜与被测物体之间距离的影响，从而可以减小芯片与被测物体之间的磁间隙，进而提高芯片磁传感器的灵敏度。 

附图说明

图1为典型的芯片磁传感器的结构示意图； 

图2a为本发明实施例提供的芯片磁传感器的立体图； 

图2b为本发明实施例提供的芯片磁传感器的结构示意图； 

图2c为本发明实施例芯片和线路板连接后的俯视图； 

图3a为本发明一实施例芯片的俯视图； 

图3b为沿图3a中A-A线的截面图； 

图4为本发明另一实施例芯片和线路板连接后的俯视图； 

图5为本发明又一实施例芯片和线路板的俯视图； 

图6为本发明再一实施例芯片的结构示意图； 

图7为本发明实施例芯片磁传感器的制作方法的流程框图。 

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的芯片磁传感器进行详细描述。 

经研究发现，磁感应膜与壳体之间的距离是影响芯片磁传感器灵敏度的原因之一。如图1所示，在焊接焊线3和芯片焊盘13时，焊点的尾部会形成凸起（图中未示出），而且在焊点的尾部至芯片12的表面形成线弯，焊点尾部的凸起和线弯增大了磁感应膜与外壳顶端之间的距离，导致磁感应膜12与被测物体之间的距离增加，即增大了芯片与被测物体之间的磁间隙，从而降低了芯片磁传感器的灵敏度。根据上述分析，以下实施例意在消除焊点尾部的凸起和线弯对芯片传感器灵敏度的影响。 

如图2a和图2b所示，芯片磁传感器包括芯片11、线路板12、壳体13以及焊针14。芯片11和线路板12设于壳体13内，焊针14作为芯片磁传感器的输入输出端，其一端与芯片11电连接，另一端自壳体13内伸出。 

使用时，壳体13的顶面（与开口相对的面）靠近被检测物体，因此将壳体13的顶面定义为芯片磁传感器的检测面131。芯片11固定于线路板12，且芯片11设于靠近芯片磁传感器的检测面131一侧。将树脂灌入壳体13，待树脂凝固即可将芯片11和线路板12固定于壳体13内。在壳体13上还可设置接地端18，用以消除静电和外界磁场对芯片11的干扰，从而提高芯片磁传感器的抗干扰能力。 

如图3a和图3b所示，芯片11包括基体111、磁感应膜112和芯片焊盘113，磁感应膜112设于基体111的上表面，用以感应设于被检测物体内的磁信号；芯片焊盘113作为芯片11的输入端、输出端设于基体111的下表面，并通过导电通道116与对应的磁感应膜112电连接。导电通道116为设置在基体111厚度方向的导电孔，当然，导电通道116也可以是设置在基体111厚度方向的导电柱或 导电槽。需要指出的是，导电孔和导电柱通常设置在基体111内，导电柱和导电槽通常设置在基体111的侧面。 

如图2c所示，在线路板12上设有第一线路板焊盘121a和第二线路板焊盘121b，第一线路板焊盘121a和第二线路板焊盘121b通过布线125对应电连接。芯片焊盘113与对应的第一线路板焊盘121a电连接，焊针14与对应的第二线路板焊盘121b电连接，从而将芯片焊盘113与对应的焊针14电连接。焊针14作为芯片传感器的输入输出端与其它外围部件电连接，同时可用于支撑芯片传感器。 

本实施例将芯片焊盘113设置在基体111的下表面，避免了焊线尾端的凸起和线弯影响磁感应膜与壳体之间的距离，从而可以减小芯片与被测物体之间的磁间隙，提高芯片磁传感器的灵敏度。另外，将芯片焊盘113设于基体111的下表面时，不利用焊线也可将芯片焊盘113与对应的第一线路板焊盘电连接。具体地，将芯片11和线路板12叠置，并使芯片焊盘113和第一线路板焊盘121a相对，通过点焊等方式即可将芯片焊盘113和第一线路板焊盘121a焊接，这样既能使芯片焊盘113和第一线路板焊盘121a电连接，又能将芯片11固定于线路板12。 

本实施例中，基体111采用氧化硅、硅、氧化镁等材料制作。磁感应膜112可以为霍尔效应薄膜、各向异性磁电阻薄膜、巨磁电阻薄膜、隧道磁电阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍尔效应薄膜。芯片焊盘113自基体111由下至上依次包括铜层或银层、过渡层和镀金层。芯片焊盘113的形状为圆形、方形、棱形或其它形状。 

在另一实施例中，如图4所示，将芯片焊盘113设于基体111的侧面，导电通道116也对应地设于基体111的侧面，导电通道116为导电槽。将芯片焊盘113设于基体111的侧面，同样可避免焊线尾端的凸起和线弯影响磁感应膜与壳体之间的距离，从而减小芯片与被测物体之间的磁间隙，提高了芯片磁传感器的灵敏度。 

上述实施例提供的芯片磁传感器只能用于检测强磁防伪标识。在另一实施例中，芯片磁传感器可以用于检测弱磁防伪标识，如含有弱磁防伪标识的钞票。如图5所示，芯片磁传感器还包括导磁体21和永磁体22，导磁体21和永磁体22上下叠置，而且，导磁体21位于靠近被检测物体一侧，永磁体22位于远离被检测物体一侧。导磁体21和永磁体22可以直接接触，即将导磁体21和永磁体22直接叠置，或在导磁体21和永磁体22之间设置诸如胶层等结构件。永磁体22用于预磁化弱磁防伪标识，导磁体21采用硅钢片材料、坡莫合金或铁氧体制作，用于调整永磁体22产生的磁力线的分布。 

在导磁体21靠近被检测物体一侧设有位置对称的两个凸部211，芯片11设于两个凸部211之间。导磁体21具有吸引磁力线的特性，能够改变永磁体22产生的磁场的磁力线分布。具体地，磁力线被设于导磁体21的两个凸部211吸引，减弱了凸部211之间的磁场，尤其是减小了两个凸部211之间平行于芯片11的感应面的磁场分量，从而减小了永磁体22对芯片11的影响。 

本实施例在导磁体21上设有两个凸部211，而且凸部211设于导磁体21的边缘位置。实际上，在导磁体21上可以设置三个或更多个凸部，而且，凸部211也可以设于导磁体21靠近中间位置。另外，凸部211也可以为整体结构，在导磁体21上形成凸环。使用时，将芯片设于凸环内。 

需要说明的是，经检测发现，在凸部211之间，以及略高于凸部211的区域内，平行于芯片11的感应面的磁场分量最小如果将芯片11设于距离凸部211相对较远的位置，那么永磁体22对芯片11的影响较大。因此，优选芯片11的感应面与导磁体21的上表面齐平，或略高于导磁体21的上表面。在实际应用中，在线路板12上设有与凸部211位置对应且尺寸匹配的通孔122，导磁体21的凸部211自线路板12的下方穿过通孔122伸向线路板12的上方或者与线路板12的上表面齐平，以便于控制芯片11的感应面与导磁体21的上表面的高度差。 

在上述实施例中，芯片11包括两条（个）磁感应膜，电流在芯片11内沿水平方向流动。实际上，芯片11可以包括三条或更多条磁感应膜，也可以仅包括一条磁感应膜。而且，电流在芯片11内也可以沿垂直方向流动。 

下面以芯片包括一条磁感应膜，电流在芯片11内沿垂直方向流动为例进行详细说明。如图6所示，芯片51包括基体511、底电极514、磁感应膜512和芯片焊盘513，底电极514设于基体511的表面，磁感应膜512设于底电极514的表面。在基体511的表面设有凹部515a、515b，第一芯片焊盘513a和第二导电焊盘513b分别对应地设于凹部515a、515b，并分别通过导电通路516a、516b与磁感应膜512的顶端和底端电连接。在导电通路516a与底电极514之间设有绝缘层517。电流从底电极514流向磁感应膜512，或从磁感应膜512流向底电极514，实现垂直方向的流动。 

基体511采用硅或陶瓷材料制作，底电极514采用诸如铜、铝等导电材料制作，磁感应膜512为采用导电金属形成的巨磁阻膜（GMR）、隧穿效应磁阻膜（TMR）或巨磁阻抗效应膜（GMI）。 

上述实施例提供的芯片传感器，将芯片焊盘设于基体的侧面或下表面，彻底消除了焊点尾部的凸起和线弯对磁感应膜与被测物体之间距离的影响，从而可以减小芯片与被测物体之间的磁间隙，进而提高芯片磁传感器的灵敏度。 

本实施例还提供一种芯片磁传感器的制作方法，如图7所示，包括以下步骤： 

步骤S1，提供芯片。 

芯片包括基体、磁感应膜以及芯片焊盘，磁感应膜设于基体的上表面，用于感应设于被检测物体内的磁标识的磁场；芯片焊盘设于基体的下表面或侧面，即，芯片焊盘与磁感应膜设于基体的不同面。磁感应膜和芯片焊盘通过导电通道电连接。 

步骤S2，提供线路板。 

将芯片固定于线路板，芯片位于线路板的通孔之间，并使芯片焊盘与设于线路板的线路板焊盘电连接。 

步骤S3，通过焊接方式将线路板焊盘与芯片焊盘电连接。 

本实施例通过焊线电连接线路板焊盘与芯片焊盘，即将焊线的一端与线路板焊盘电连接，另一端与芯片焊盘电连接。当芯片焊盘设于基体的底部时，可以不利用焊线，直接将芯片焊盘和线路板焊盘焊接。焊接方式包括导电胶焊接、导电膜焊接或金属熔焊，也可以采用包括金球焊接，银球焊接，锡球焊接等金属球焊接方式焊接。 

步骤S4，提供导磁体，将设于导磁体的凸部插入电路板的通孔内，并使凸部的顶端略高于芯片的顶端或齐平。 

由于芯片位于通孔之间，将凸部插入电路板的通孔内，即将芯片设于凸部之间。使凸部的顶端略高于芯片的顶端或齐平，可以尽可能地减小永磁体对芯片的干扰。 

步骤S5，提供永磁体，永磁体与导磁体叠置，且永磁体设于导磁体的下方，即远离芯片一侧。 

步骤S6，提供焊针，将焊针的一端与对应的线路板焊盘电连接。 

步骤S7，提供壳体，将芯片、线路板、导磁体和永磁体置于壳体内，焊针的另一端自壳体内伸出，向壳体内灌入树脂，树脂凝固即将芯片、线路板、导磁体和永磁体固定。 

本实施例提供的芯片磁传感器的制作方法，芯片焊盘设于基体的侧面或下表面，彻底消除了焊点尾部的凸起和线弯对磁感应膜与被测物体之间距离的影响， 从而可以减小芯片与被测物体之间的磁间隙，进而提高芯片磁传感器的灵敏度。 

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 

Claims (14)

1.一种芯片磁传感器，包括：

芯片，其包括基体以及设于所述基体表面的磁感应膜、芯片焊盘和导电通路，所述磁感应膜通过所述导电通路与所述芯片焊盘电连接，所述磁感应膜用于感应设于被检测物体内的磁标识的磁场；

线路板，用于固定所述芯片，其上设有线路板焊盘，所述芯片焊盘与所述芯片焊盘对应电连接；

其特征在于，所述芯片焊盘设于所述基体的侧面或下表面。

2.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，还包括焊线，所述线路板焊盘与所述芯片焊盘通过所述焊线对应电连接。

3.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述导电通路包括导电槽、导电孔或导电柱，所述导电槽设于所述基体的侧面；所述导电孔设于所述基体内；所述导电柱设于所述基体的侧面或所述基体内。

4.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述芯片焊盘自所述基体依次包括铜层、过渡层和镀金层；或者依次包括银层、过渡层和镀金层。

5.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述基体采用硅或氧化硅或氧化镁制作。

6.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，还包括叠置地导磁体和永磁体，所述导磁体位于所述被检测物体一侧；

所述导磁体设有对称设置的凸部，所述凸部位于所述被检测物体一侧，所述芯片设于所述凸部之间；

在所述线路板上设有与所述凸部匹配的通孔，所述导磁体的插入所述通孔。

7.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，还包括：

永磁体，所述永磁体设有第一容腔；

导磁体，所述导磁体上设有凹部，所述芯片设于所述凹部，所述导磁体嵌套于所述第一容腔。

8.根据权利要求7所述的芯片磁传感器，其特征在于，设置在所述永磁体上的第一容腔为凹槽、凹坑或通孔。

9.根据权利要求7所述的芯片磁传感器，其特征在于，设置在所述导磁体上的凹部凹槽、凹坑或通孔。

10.根据权利要求6或7所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述导磁体采用硅钢片材料、坡莫合金或铁氧体制作。

11.根据权利要求6和7所述的芯片磁传感器，其特征在于，还包括壳体，所述芯片、所述永磁体、所述导磁体和所述线路板设于所述壳体内，所述芯片位于所述被检测物体一侧。

12.根据权利要求11所述的芯片磁传感器，其特征在于，还包括焊针，所述焊针的一端借助所述线路板与对应的所述芯片焊盘电连接，另一端自所述壳体内伸出。

13.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述焊线为金线、银线、铜线或锡线。

14.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述磁感应膜为霍尔效应薄膜、各向异性磁电阻薄膜、巨磁电阻薄膜、隧道磁电阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍尔效应薄膜。