CN110081813A - 一种二倍角正弦波输出的amr传感器芯片的制作方法 - Google Patents

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余涛
杨华
柴美荣
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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Abstract

本发明公开了一种二倍角正弦波输出的AMR传感器芯片的制作方法，够将外磁场与流经薄膜的电流夹角的变化通过电压的形式反映出来，将被测信号转变成电信号。采用惠斯通电桥结构能够使传感器消除环境温度对薄膜电阻的影响，因为四个电桥对环境温度的变化一致，反映在输出上则是零电压输出，不会对信号造成影响。并且，本发明的芯片尺寸大小为0.5mm*0.5mm，为了降低功耗，将芯片区域内的空白部分都布上薄膜线条，线条尺寸为5um‑15um，线条间距为2um‑5um。以8英寸硅片为例，一片8英寸硅片能够做出8万颗这种芯片，大大提升了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种二倍角正弦波输出的AMR传感器芯片的制作方法
技术领域
本专利涉及角度传感器传感器领域，主要用于测量被测物体的转动角度，适用于测量被测物体的转动圈数，能够被应用于水表、电表、气表等需要计量转动圈数的场合。
背景技术
AMR效应是指各向异性磁阻效应，主要原理是在不同电流与外磁场夹角条件下，薄膜的电阻会发生变化，利用这种变化，能够制备出不同类型的传感器。在不考虑环境温度对薄膜电阻的影响的前提下，当外磁场磁化强度大于薄膜材料饱和磁场的条件时（与材料的固有属性有关，一般为30Gauss以上），薄膜线条的电阻相对变化与流经薄膜的电流与外磁场的夹角的关系如图1所示，其主要输出公式如3-1所示。
R =R0-AMR*R0Sin2θ 3-1
其中R代表薄膜的实时电阻，R0代表外磁场为零时薄膜的电阻，对于特定薄膜材料，R0值为定值，θ为外磁场与薄膜电流的夹角，AMR值的定义如3-2所示，对于特定薄膜而言，AMR值为定值，一般为0.01~0.02。
3-2
公式3-2中U//和U┴的定义如图2所示。
从公式1可以看出，薄膜的电阻与θ角密切相关，可以通过测量薄膜的实时电阻来推算出θ值，从而推算出外磁场的旋转角度，也就是被测物体的旋转角度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二倍角正弦波输出的AMR传感器芯片的制作方法，该方法能够将外磁场与流经薄膜的电流夹角的变化通过电压的形式反映出来，将被测信号转变成电信号；采用惠斯通电桥结构能够使传感器消除环境温度对薄膜电阻的影响，因为四个电桥对环境温度的变化一致，反映在输出上则是零电压输出，不会对信号造成影响。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二倍角正弦波输出的AMR传感器芯片的制作方法，该方法主要由4个不同取向的薄膜线条组合而成，构成惠斯通电桥模型电路，采用惠斯通电桥结构能够使传感器消除环境温度对薄膜电阻的影响，因为惠斯通电桥的四个电桥对环境温度的变化一致，反映在输出上则是零电压输出，不会对信号造成影响，并使得薄膜线条内部易磁化轴为X方向，那么各个电桥与易磁化轴方向就形成夹角，其中A、B间的薄膜线条与x方向的夹角为45度，A、C间的薄膜线条与x方向的夹角为135度，B、D间的薄膜线条与x方向夹角为135度，C、D间的薄膜线条与x方向的夹角为45度；芯片工作时，A、D端输入电压UIN，B、C间输出电压值Uout，Uout的推导公式如3-3所示：
3-3
假设以图3所示的x轴方向为基准方向，即薄膜的易磁化轴方向为x轴方向，那么RAC=RBD=R0-AMR*R0sin2（θ+3/4π），RAB=RCD=R0-AMR*R0sin2（θ+π/4）
带入公式3-3可得公式3-4：
3-4
对于特定的芯片，AMR值是已知的，那么根据计算得出外磁场与基准方向的夹角θ；也可以通过检测输出波形的波峰来判断物体的转动圈数。
优选的，在保证薄膜线条角度的前提下，确保薄膜线条最大限度的布满整个芯片，每一个电桥内线条长度可以不一致；但是四个电桥的薄膜线条总的长宽比相同。
优选的，为了保证芯片的功耗达到最低，薄膜线条的宽度为5um-15um，线条间距为2um-5um。
与现有技术相比，本发明能够将外磁场与流经薄膜的电流夹角的变化通过电压的形式反映出来，将被测信号转变成电信号。采用惠斯通电桥结构能够使传感器消除环境温度对薄膜电阻的影响，因为四个电桥对环境温度的变化一致，反映在输出上则是零电压输出，不会对信号造成影响。并且，本发明的芯片尺寸大小为0.5mm*0.5mm，为了降低功耗，将芯片区域内的空白部分都布上薄膜线条，线条尺寸为5um-15um，线条间距为2um-5um。以8英寸硅片为例，一片8英寸硅片能够做出8万颗这种芯片，大大提升了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明的薄膜线条的电阻相对变化与流经薄膜的电流与外磁场的夹角的关系示意图；
图2为本发明的U//和U┴的定义示意图；
图3为本发明中薄膜线条连接示意图；
图4为本发明中信号显示波形示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种二倍角正弦波输出的AMR传感器芯片的制作方法，该方法主要由4个不同取向的薄膜线条组合而成，构成惠斯通电桥模型电路，采用惠斯通电桥结构能够使传感器消除环境温度对薄膜电阻的影响，因为惠斯通电桥的四个电桥对环境温度的变化一致，反映在输出上则是零电压输出，不会对信号造成影响，并使得薄膜线条内部易磁化轴为X方向，那么各个电桥与易磁化轴方向就形成夹角，其中A、B间的薄膜线条与x方向的夹角为45度，A、C间的薄膜线条与x方向的夹角为135度，B、D间的薄膜线条与x方向夹角为135度，C、D间的薄膜线条与x方向的夹角为45度；芯片工作时，A、D端输入电压UIN，B、C间输出电压值Uout，Uout的推导公式如3-3所示：
3-3
假设以图3所示的x轴方向为基准方向，即薄膜的易磁化轴方向为x轴方向，那么RAC=RBD=R0-AMR*R0sin2（θ+3/4π），RAB=RCD=R0-AMR*R0sin2（θ+π/4）
带入公式3-3可得公式3-4：
3-4
对于特定的芯片，AMR值是已知的，那么根据计算得出外磁场与基准方向的夹角θ；也可以通过检测输出波形的波峰来判断物体的转动圈数。
上述实施例还可以使用4个分立的单桥传感器通过焊接的方式来获得这种二倍角正弦波输出波形，但4个分立单桥传感器的摆放角度与图3一致。
其中在保证薄膜线条角度的前提下，确保薄膜线条最大限度的布满整个芯片，每一个电桥内线条长度可以不一致；但是四个电桥的薄膜线条总的长宽比相同，为了保证芯片的功耗达到最低，薄膜线条的宽度为5um-15um，线条间距为2um-5um。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种二倍角正弦波输出的AMR传感器芯片的制作方法，其特征在于：该方法主要由4个不同取向的薄膜线条组合而成，构成惠斯通电桥模型电路，采用惠斯通电桥结构能够使传感器消除环境温度对薄膜电阻的影响，因为惠斯通电桥的四个电桥对环境温度的变化一致，反映在输出上则是零电压输出，不会对信号造成影响，并使得薄膜线条内部易磁化轴为X方向，那么各个电桥与易磁化轴方向就形成夹角，其中A、B间的薄膜线条与x方向的夹角为45度，A、C间的薄膜线条与x方向的夹角为135度，B、D间的薄膜线条与x方向夹角为135度，C、D间的薄膜线条与x方向的夹角为45度；芯片工作时，A、D端输入电压UIN，B、C间输出电压值Uout，Uout的推导公式如3-3所示：
假设以图3所示的x轴方向为基准方向，即薄膜的易磁化轴方向为x轴方向，那么RAC＝RBD＝R0-AMR*R0sin2(θ+3/4π)，RAB＝RCD＝R0-AMR*R0sin2(θ+π/4)
带入公式3-3可得公式3-4：
对于特定的芯片，AMR值是已知的，那么根据计算得出外磁场与基准方向的夹角θ；也可以通过检测输出波形的波峰来判断物体的转动圈数。
2.根据权利要求1所述的二倍角正弦波输出的AMR传感器芯片的制作方法，其特征在于：在保证薄膜线条角度的前提下，确保薄膜线条最大限度的布满整个芯片，每一个电桥内线条长度可以不一致；但是四个电桥的薄膜线条总的长宽比相同。
3.根据权利要求1所述的二倍角正弦波输出的AMR传感器芯片的制作方法，其特征在于：为了保证芯片的功耗达到最低，薄膜线条的宽度为5um-15um，线条间距为2um-5um。
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