CN104422904B - 磁芯片及传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁芯片，包括衬底和设于所述衬底表面的至少一个惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括多条磁感应膜，其特征在于，同一所述惠斯通电桥中的所述磁感应膜设置在同一直线上。该磁芯片的一致性好，灵敏度高。本发明还提供一种传感器。

Description

磁芯片及传感器

技术领域

本发明属于精密测量领域,具体涉及一种磁芯片及传感器。

背景技术

传感器是利用磁阻效应获得的传感器，被广泛应用于用于金融领域的验钞机磁头和读卡器或者重放磁记录信息的磁头等。传统的传感器包含线圈和铁芯，线圈感应磁场而产生电动势，而且该感生电动势的大小与磁场强度成比例，即利用线圈和铁芯作为磁检测部件。

随着金融业的发展，传感器逐渐向小型化和超薄化发展，尤其是移动支付终端业务的兴起。同时对传感器的灵敏度和抗干扰能力提出了更高的要求。对于传统的传感器而言，增加线圈的匝数可以提高传感器的灵敏度抗干扰能力，然而必然增大传感器的体积，无法实现小型化和超薄化。因此，传统的传感器已无法适应金融业的发展要求。

为此，相关技术人员开发了磁芯片，即利用磁芯片作为磁检测部件，磁芯片包括磁感应膜形成的惠斯通电桥，但是在检测方向(磁芯片与被检测介质的相对移动方向)上，构成惠斯通电桥的磁感应膜之间相隔一定间隙，影响了磁芯片的一致性和灵敏度。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是针对传感器中存在的上述缺陷，提供一种磁芯片，其灵敏度和一致性高。

为此，本发明提供一种磁芯片，包括衬底和设于所述衬底表面的至少一个惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括多条磁感应膜，同一所述惠斯通电桥中的所述磁感应膜设置在同一直线上。

其中，所述惠斯通电桥包括两条磁感应膜，所述两条磁感应膜形成惠斯通半桥电路，每条所述磁感应膜作为惠斯通半桥电路的一个桥臂，并且所述两条磁感应膜的钉扎方向相反。

其中，所述惠斯通电桥包括四条磁感应膜，所述四条磁感应膜形成惠斯通全桥电路，每条所述磁感应膜作为惠斯通全桥电路的一个桥臂，并且相邻两桥臂的钉扎方向相同。

其中，不同所述惠斯通电桥的所述磁感应膜设置在同一直线上。

其中，在所述惠斯通电桥中，位于最外侧的所述磁感应膜的边缘端还设有与其连接的补偿偏置膜。

其中，所述磁感应膜为GMR膜、巨磁阻膜、霍尔效应膜、各向异性磁阻膜、隧道效应磁阻膜或巨霍尔效应膜。

其中，所述磁感应膜为连续不间断薄膜或不连续间断薄膜。

其中，所述惠斯通电桥包括多个芯片焊盘，所述多个芯片焊盘与对应地所述磁感应膜电连接，以利于电连接所述磁感应膜。

本发明还提供一种传感器，包括磁检测部件、支架、外壳和线路板，所述支架和所述外壳扣合在一起形成容纳空间，所述磁检测部件设于所述容纳空间内，所述线路板用于将所述磁检测部件获得的电压信号输出，所述磁检测部件为磁芯片，所述磁芯片采用本发明提供的所述磁芯片。

其中，所述线路板为软线路板。

其中，还包括由导磁材料制作的磁调制装置，所述磁调制装置设有容纳部，所述磁芯片设于所述容纳部。

其中，所述外壳采用铁氧体、坡莫合金或硅钢片材料制作，在所述外壳上设有与所述磁芯片数量一致的窗口，每一所述磁芯片对应一所述窗口，所述磁芯片的感应面朝向所述窗口。

其中，所述外壳采用铁氧体、坡莫合金或硅钢片材料制作，在所述外壳上设有一窗口，所述磁芯片与所述窗口相对，且所述磁芯片的感应面朝向所述窗口。

其中，所述外壳采用非屏蔽材料制作。

其中，在所述外壳顶面的内侧设有凹槽，所述凹槽的数量及设置位置与所述磁芯片的数量和位置一致，所述磁芯片对应地嵌于所述凹槽。

其中，在所述外壳顶面的内侧设有一个凹槽，所述磁芯片嵌于所述凹槽。

其中，所述外壳的顶面为弧面或平面。

其中，在所述外壳和所述支架之间设有还设有屏蔽板。

其中，在所述屏蔽板的两相对侧设有凸部，在所述外壳上设有与所述凸部位置及形状相匹配的凹部，所述支架和所述外壳扣合在一起时，所述凸部卡接在所述凹部；在所述支架上设有固定部，所述外壳和所述支架通过所述固定部固定在一起。

其中，所述屏蔽板采用坡莫合金或铁氧体或硅钢片材料制作。

其中，所述支架的两端设有连接部。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的磁芯片，将每一输出通道中构成惠斯通电桥的多条磁感应膜设置在同一直线上，以提高磁感应膜的对称性，从而可以提高磁芯片的一致性和灵敏度。

本发明提供的传感器，磁检测部件采用磁芯片，减小了传感器的厚度和体积，使传感器适于小型化和超薄化，传感器的厚度可以从现有5.5mm减小至3mm以下；磁芯片中每一惠斯通电桥的多条磁感应膜设置在同一直线上，可以提高磁感应膜的对称性，从而提高了磁芯片的一致性和灵敏度，进而提高传感器的一致性和灵敏度。

附图说明

图1为本发明实施例传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例传感器的分解图；

图3a为本发明实施例磁芯片的结构示意图；

图3b为本发明另一实施例磁芯片的结构示意图；

图3c为本发明再一实施例磁芯片的结构示意图；

图4为本发明又一实施例磁芯片的结构示意图；

图5为本发明另一实施例传感器的分解图；

图6为本发明又一实施例传感器的分解图；

图7为图6所示传感器的局部放大图；

图8a为本发明一个优选实施例传感器的分解图；

图8b为图8a所示优选实施例传感器的部分结构的放大图；

图9a为本发明另一实施例传感器的结构示意图；

图9b为图9a所示实施例传感器的分解图；

图9c为图9a所示实施例传感器中部分结构的放大图；

图10a为本发明一个优选实施例外壳的结构示意图；

图10b为本发明另一优选实施例外壳的结构示意图。

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磁芯片和传感器进行详细描述。

如图1和图2所示，传感器包括支架1、外壳2、磁检测部件和线路板4，支架1和外壳2扣合在一起形成容纳空间，磁检测部件设于该容纳空间内。磁检测部件用于感应设于被检测介质内的磁媒介的磁场，并获得电压信号。线路板4用于将磁检测部件获得的电压信号输出，即，在线路板4上设有布线(图中未示出)，线路板4的一端设于外壳2内，另一端自外壳2伸出，磁检测部件的输入、输出端与设于线路板4的布线对应电连接，检测部件3获得的电压信号通过设于线路板4上的布线输出。

本实施例传感器设有三个磁检测部件。实际上，磁检测部件的数量可以根据实际需要任意设定。这里仅以一个磁检测部件为例进行介绍。

在本实施例中，磁检测部件为磁芯片。如图3a所示，磁芯片3包括衬底31、和惠斯通电桥，每一惠斯通电桥对应一个输出通道。惠斯通电桥包括两条磁感应膜32和三个焊盘33，惠斯通电桥设于衬底31的表面，也就是磁感应膜32和焊盘33设于衬底31的表面，两条磁感应膜32形成惠斯通半桥，每条磁感应膜32作为惠斯通半桥的一个桥臂。而且两条磁感应膜32的钉扎方向相反，即相邻两个桥臂的钉扎方向相反。在本实施例中，将两条磁感应膜32设于同一直线上，也就是说，形成惠斯通半桥的桥臂均在同一直线上，以使两个桥臂可以同时感应磁场。因此，惠斯通半桥的桥臂设于同一直线与惠斯通半桥的桥臂不在同一直线相比，桥臂之间的对称性更好，不仅可以提高磁芯片3的一致性，而且可以提高磁芯片3的灵敏度。焊盘33与磁感应膜32对应电连接，以利于磁芯片3与线路板4进行电连接，即磁感应膜32通过焊盘33与设于线路板4的布线电连接。

图3b为本发明另一实施例磁芯片的结构示意图。如图3b所示，磁芯片3包括衬底31和惠斯通电桥，惠斯通电桥包括四条磁感应膜32和五个焊盘33，磁感应膜32和焊盘33设于衬底31的表面，四条磁感应膜32形成惠斯通全桥，每条磁感应膜32作为惠斯通全桥的一个桥臂，相邻两个桥臂的钉扎方向相反，即相对两桥臂所对应的磁感应膜的钉扎方向相反。四条磁感应膜32设于同一直线，从而提高了桥臂之间的对称性，进而提高了磁芯片3的一致性和灵敏度。焊盘33与磁感应膜32对应电连接，有利于磁芯片3与线路板4进行电连接。

作为本发明的一实施例，如图3c所示，在惠斯通电桥中，位于最外侧的磁感应膜32的边缘端还设有补偿偏置膜，补偿偏置膜从磁感应膜32的边缘端弯折延长，从而增强了磁感应膜32边缘的感应区域，当磁媒介从磁芯片3的边缘划过时，磁芯片3可以输出较强的电压信号。焊盘33设于补偿偏置膜的端部，其它结构与图3a和图3b所示磁芯片的结构相同，在此不再赘述。

如图4所示，磁芯片3包括衬底31和三个惠斯通电桥3a、3b、3c，每一惠斯通电桥包括两条磁感应膜32和三个焊盘33，磁感应膜32和焊盘33设于衬底31的表面，两条磁感应膜32形成惠斯通半桥，每条磁感应膜32作为惠斯通半桥的一个桥臂，而且，相邻两个桥臂的钉扎方向相反。焊盘33与磁感应膜32对应电连接，以利于磁芯片3与线路板4进行电连接。当磁芯片3包括多个惠斯通电桥时，构成不同惠斯通电桥的磁感应膜优选设置在同一直线上，也就是说，磁芯片3所包括的磁感应膜均在同一直线上，以提高磁感应膜的对称性，从而可以提高磁芯片的一致性和灵敏度。另外，该惠斯通电桥既可以是惠斯通半桥，也可以是惠斯通全桥。

在本实施例中，磁感应膜可以为GMR膜、巨磁阻膜、霍尔效应膜、各向异性磁阻膜、隧道效应磁阻膜或巨霍尔效应膜。另外，每条磁感应膜32可以为连续不间断薄膜，也可以为不连续间断薄膜。

如图1和图2所示，线路板4可以采用硬质线路板，磁检测部件固定于线路板4的上表面，并用金线将焊盘33与设于线路板4上的布线对应电连接。在实际使用过程中，硬质线路板的厚度较厚，由此获得的传感器的厚度较厚。而且，由于金线基本上位于传感器的顶端，使用过程中，金线与焊盘33之间的焊点容易受损。为此，在本实施例中，线路板4采用软线路板(或称柔性线路板)，软线路板置于磁芯片3的顶面，并使磁芯片3的焊盘与设于软线路板的布线对应电连接。软线路板的厚度可以达到0.2毫米以下，从而降低了传感器的厚度；而且，软线路板与磁芯片3之间的焊点位于软线路板的下方，完全解决了金线及其焊点受损的问题，提高传感器的使用寿命。

在本实施例中，外壳2采用屏蔽材料制作，如铁氧体、坡莫合金或硅钢片等材料制作。此时，在外壳2上设置窗口21。由于本实施例传感器设有三个磁芯片3，因此，在外壳2上对应地设有三个窗口21，一个磁芯片3对应一个窗口21，磁芯片3的感应面朝向窗口21。磁芯片3通过与之对应的窗口感应被检测介质内的磁媒介的磁场。

需要说明的是，虽然在本实施例中，窗口21的数量与磁芯片3的数量一致。实际上，窗口21的数量并不是必须与磁芯片3的数量一致。在外壳2上设置一个窗口21，窗口21的尺寸只要能够使所有磁芯片3正对窗口21。如图5所示，传感器仅设有一个窗口21，三个磁芯片3均与窗口21相对。该传感器的其它结构特征与图1所示传感器相同，在此不再赘述。

还需说明的是，外壳2也可以采用非屏蔽材料制作，如塑料、铝合金或树脂等。当采用非屏蔽材料制作外壳2时，就不需在外壳2上设置窗口21，以减少加工工序，降低成本。

如图1、图2和图5所示，在支架1和外壳2之间还设有屏蔽板5，屏蔽板5采用坡莫合金或铁氧体或硅钢片材料制作。在屏蔽板5的两相对侧设有凸部51，在外壳2上设有与凸部51位置及形状相匹配的凹部22。支架1和外壳2扣合在一起时，凸部51卡接在凹部22，从而使屏蔽板5与外壳2的位置固定。在支架1上还设有固定部12，将固定部12和外壳2焊接或粘结，可以将支架1和外壳2固定在一起。具体地，在支架1上设有四个固定部12，两个固定部12为一组。每组固定部中的两个固定部12之间的距离与设于屏蔽板5的凸部51的宽度匹配，也就是将凸部51卡在两个固定部12之间，借助凸部51和固定部12将屏蔽板5和支架1的相对位置保持恒定，以利于传感器的装配。在支架1和外壳2固定时，即可将屏蔽板5压接在支架1和外壳2之间。为了减轻支架1的重量，还可以在支架1上还置开口11。当在支架1上设置开口11时，屏蔽板5的尺寸优选能够将开口11封闭。

线路板4采用与屏蔽板5相同的固定方式固定。具体地，在线路板4上设有与凹部22相匹配的凸部41，利用该凸部41可以将线路板4压接在支架1和外壳2之间。同时，可以将其中一个凸部41延伸，以将磁芯片3获得的电压信号自外壳2引出。

在支架1的两端还设有连接部13，用以传感器与其它部件的连接固定。

如图6和图7所示，在又一实施例中，传感器还包括磁调制装置6，磁调制装置6采用导磁材料制作，如坡莫合金、铁氧体或硅钢片材料。在磁调制装置6上设有容纳部61，磁芯片3置于容纳部61内。磁调制装置6可以提高传感器的灵敏度和抗干扰能力。

在上述实施例中，外壳2的顶面(靠近被检测介质的面)为弧面，但本发明并不局限于此。如图8a和图8b所示，在另一优选实施例中，外壳2的顶面为平面，以减小外壳2的厚度，从而进一步减小传感器的厚度。需说明的是，由于本发明提供的传感器为非接触式测量，外壳2与被检测介质不直接接触。因此，将外壳2的顶面设为平面不会影响传感器的使用寿命。

外壳2采用屏蔽材料制作，在外壳2的顶面设有三个窗口21，而且，窗口21不设于对称中心，而是偏向一侧设置。实际上，窗口21的位置取决于磁芯片3的位置，磁芯片3的位置综合考虑线路板4元器件的布局。当外壳2的顶面设为平面时，窗口21的位置不在局限于中心位置，而是可以根据磁芯片3的位置任意设置，从而提高传感器设计的灵活性。

为了减轻支架1的重量，在支架1上还可以设置开口11和/或开槽14。优选实施例的其它结构与前述实施例相同或相似，在此不再赘述。

如图9a、图9b和图9c所示，外壳2的顶面同样采用平面结构。不同之处在于，外壳2采用非屏蔽材料制作,而且外壳2上不再设置窗口21。采用非屏蔽材料制作外壳2，可以降低外壳2的材料成本，而且简化了外壳2的制作工艺，降低了外壳2的制作成本。

在一个优选实施例中，如图10a所示，外壳2顶面的内侧设有凹槽23，凹槽23的数量与磁芯片3的数量相等，而且凹槽23的设置位置与磁芯片3的位置相对，即一个磁芯片对应一个凹槽23。装配时，将磁芯片3嵌入凹槽23，其目的是为了使磁芯片3的感应面尽可能地靠近外壳2的顶面，从而提高传感器的灵敏度。不难理解，凹槽23的深度优选不影响外壳2强度的情况下尽可能地靠近外壳2的顶面。

在另一优选实施例中，如图10b所示，外壳2顶面的内侧设置一个凹槽23，凹槽23的尺寸以能够将传感器中所有磁芯片3嵌入即可。凹槽23的数量可以根据实际装配情况以及加工的难易选择。

本实施例传感器同样可以设置磁调制装置6，磁调制装置6的数量与磁芯片3的数量相等，磁调制装置6设有容纳部61，磁芯片3设于该容纳部61。磁调制装置6可以改善磁芯片3周围磁场的分布，从而提高传感器的抗干扰能力以及灵敏度。

在一个变型实施例中，磁调制装置6的数量与磁芯片3的数量不一致，即，将一个或多个磁芯片3设于磁调制装置6的容纳部61，如，将多个的磁芯片3设于一个磁调制装置6的容纳部61，并沿容纳部61的长度方向排列。

使用时，首先将磁芯片3设于磁调制装置6的容纳部61，然后将磁调制装置6设于线路板4的表面，再将磁芯片3与设于线路板4的布线对应电连接。

如图9c所示，在线路板4上还设有用于放大磁芯片3获得的电压信号的放大电路、对电压信号进行模数转换的A/D转换电路等辅助电路42，这些辅助电路42可以对应地采用现有技术中的辅助电路。

本实施例提供的传感器，磁检测部件采用磁芯片，减小了传感器的厚度和体积，使传感器适于小型化和超薄化，传感器的厚度可以从现有的5.5mm减小至3mm以下，甚至达到2.5mm以下；磁芯片中每一惠斯通电桥的多条磁感应膜设置在同一直线上，可以提高磁感应膜的对称性，从而提高了磁芯片的一致性和灵敏度，进而提高传感器的一致性和灵敏度。

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 (20)

1.一种磁芯片，包括衬底和设于所述衬底表面的至少一个惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括多条磁感应膜，其特征在于，同一所述惠斯通电桥中的所述磁感应膜设置在同一直线上,位于最外侧的所述磁感应膜的边缘端还设有与其连接的补偿偏置膜。

2.根据权利要求1所述的磁芯片，其特征在于，所述惠斯通电桥包括两条磁感应膜，所述两条磁感应膜形成惠斯通半桥电路，每条所述磁感应膜作为惠斯通半桥电路的一个桥臂，并且所述两条磁感应膜的钉扎方向相反。

3.根据权利要求1所述的磁芯片，其特征在于，所述惠斯通电桥包括四条磁感应膜，所述四条磁感应膜形成惠斯通全桥电路，每条所述磁感应膜作为惠斯通全桥电路的一个桥臂，并且相邻两桥臂的钉扎方向相反。

4.根据权利要求1所述的磁芯片，其特征在于，不同所述惠斯通电桥的所述磁感应膜设置在同一直线上。

5.根据权利要求1所述的磁芯片，其特征在于,所述磁感应膜为GMR膜、巨磁阻膜、霍尔效应膜、各向异性磁阻膜、隧道效应磁阻膜。

6.根据权利要求1所述的磁芯片，其特征在于,所述磁感应膜为连续不间断薄膜或不连续间断薄膜。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的磁芯片，其特征在于，所述惠斯通电桥包括多个芯片焊盘，所述多个芯片焊盘与对应地所述磁感应膜电连接，以利于电连接所述磁感应膜。

8.一种传感器，包括磁检测部件、支架、外壳和线路板，所述支架和所述外壳扣合在一起形成容纳空间，所述磁检测部件设于所述容纳空间内，所述线路板用于将所述磁检测部件获得的电压信号输出，其特征在于，所述磁检测部件为磁芯片，所述磁芯片采用权利要求1-7任意一项所述磁芯片。

9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述线路板为软线路板。

10.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，还包括由导磁材料制作的磁调制装置，所述磁调制装置设有容纳部，所述磁芯片设于所述容纳部。

11.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述外壳采用铁氧体、坡莫合金或硅钢片材料制作，在所述外壳上设有与所述磁芯片数量一致的窗口，每一所述磁芯片对应一所述窗口，所述磁芯片的感应面朝向所述窗口。

12.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述外壳采用铁氧体、坡莫合金或硅钢片材料制作，在所述外壳上设有一窗口，所述磁芯片与所述窗口相对，且所述磁芯片的感应面朝向所述窗口。

13.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述外壳采用非屏蔽材料制作。

14.根据权利要求13所述的传感器，其特征在于，在所述外壳顶面的内侧设有凹槽，所述凹槽的数量及设置位置与所述磁芯片的数量和位置一致，所述磁芯片对应地嵌于所述凹槽。

15.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，在所述外壳顶面的内侧设有一个凹槽，所述磁芯片嵌于所述凹槽。

16.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述外壳的顶面为弧面或平面。

17.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，在所述外壳和所述支架之间设有还设有屏蔽板。

18.根据权利要求17所述的传感器，其特征在于，在所述屏蔽板的两相对侧设有凸部，在所述外壳上设有与所述凸部位置及形状相匹配的凹部，所述支架和所述外壳扣合在一起时，所述凸部卡接在所述凹部；在所述支架上设有固定部，所述外壳和所述支架通过所述固定部固定在一起。

19.根据权利要求17所述的传感器，其特征在于，所述屏蔽板采用坡莫合金或铁氧体或硅钢片材料制作。

20.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述支架的两端设有连接部。