CN114999762B - 软磁薄膜铁芯及其制备方法、传感器 - Google Patents

软磁薄膜铁芯及其制备方法、传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种软磁薄膜铁芯,包括绝缘衬底和软磁体,通过在软磁体内设置多层上下层叠分布的镂空网格,并在镂空网格的所有格腔中填充绝缘体,从而达到改变薄膜铁芯微观形态的效果,使薄膜铁芯整体呈现空间网格结构,有利于限制磁畴尺寸,促进铁芯的均匀饱和,从而有效降低薄膜铁芯的饱和磁感应强度和矫顽力,提高其软磁性能。本发明提出的软磁薄膜铁芯,其加工工艺过程可采用MEMS工艺进行。本发明提出的软磁薄膜铁芯的制备方法,采用如紫外光刻、电镀、湿法刻蚀等低成本标准MEMS工艺,可实现铁芯的标准化大批量生产,降低加工成本。本发明提出一种传感器,以软磁薄膜铁芯为敏感元件,能有效降低功耗,对灵敏度和噪声也有一定改善。

Description

软磁薄膜铁芯及其制备方法、传感器
技术领域
本发明涉及铁芯制备技术领域,特别是涉及一种软磁薄膜铁芯及其制备方法、传感器。
背景技术
微型磁通门传感器(以下简称为微型磁通门)是一种综合性能很好的弱磁测量传感器,具有分辨率高、温度稳定性好和剩磁误差小的特点。其核心敏感元件采用软磁薄膜铁芯,铁芯性能是决定微型磁通门的功耗、灵敏度、噪声等主要指标的关键因素。软磁薄膜铁芯正在向着低饱和磁感应强度、高磁导率、高居里温度、低损耗、低矫顽力、低巴克豪森噪声的方向发展。
目前,微型磁通门的薄膜铁芯多使用钴基非晶和坡莫合金作为材料,采用电镀或磁控溅射的方法来制备。然而,当前电镀或者溅射出的薄膜铁芯,不仅饱和磁感应强度和矫顽力偏高,软磁性能较差,而且其性能与传统的带材或块材相比存在较大差距,直接采用带材作为铁芯又无法使用MEMS工艺(该“MEMS工艺”又称“微机电技术”)进行批量加工,这影响了微型磁通门性能的提高。因此,如何在硅基底上采用MEMS工艺制备出符合要求的高性能软磁薄膜铁芯,是微型磁通门发展面临的一大挑战。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种软磁薄膜铁芯及其制备方法,以解决当前薄膜铁芯饱和磁感应强度和矫顽力偏高,软磁性能较差的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种软磁薄膜铁芯,包括:
绝缘衬底;
软磁体,所述软磁体设置于所述绝缘衬底的上表面,所述软磁体内设置有多层上下层叠分布的镂空网格;任意一层所述镂空网格中均包括若干行和若干列格腔,且任意相邻两行所述格腔均交错分布,任意相邻两列所述格腔均交错分布;任意相邻两层所述镂空网格中的所述格腔均交错互补;任意一所述格腔中均填充有绝缘体。
可选的,所述软磁体为方形软磁体,任意一所述格腔均位于所述方形软磁体内。
可选的,所述软磁体中自下而上的所有奇数层所述镂空网格中的所述格腔分布结构相同,所有偶数层所述镂空网格中的所述格腔分布结构相同。
可选的,任意一所述格腔均为方形格腔,且任意两所述方形格腔的大小相同。
可选的,任意一奇数层所述镂空网格中,所述格腔均呈7行、9行或11行,以及15列、17列或19列分布;任意一偶数层所述镂空网格中,所述格腔均呈7行、9行或11行,以及15列、17列或19列分布;
所述方形软磁体的长、宽、高分别为2000μm~5000μm、1000μm~3000μm和5μm~50μm;任意一所述方形格腔的长、宽、高分别为40μm~200μm、40μm~200μm和0.5μm~3μm;任意一层所述镂空网格中所述格腔的行间距和列间距均为20μm~100μm。
可选的,任意一奇数层所述镂空网格中,所述格腔均呈9行17列分布,9行所述格腔中所述格腔的数量依次为9、8、9、8、9、8、9、8、9,且任意相邻两行所述格腔之间的所述格腔均交错布置;任意一偶数层所述镂空网格中,所述格腔均呈9行17列分布,9行所述格腔中所述格腔的数量依次为8、9、8、9、8、9、8、9、8,且任意相邻两行所述格腔之间的所述格腔均交错布置;
所述方形软磁体的长、宽、高分别为4500μm、2000μm和12μm;任意一所述方形格腔的长、宽、高分别为180μm、180μm和2μm;任意一层所述镂空网格中所述格腔的行间距和列间距均为60μm。
可选的,所述软磁体为坡莫合金软磁体;所述绝缘体为聚酰亚胺;所述绝缘衬底为带有二氧化硅绝缘层的硅片衬底。
本发明提出一种前述软磁薄膜铁芯的制备方法,包括步骤:
S1、在所述绝缘衬底上表面溅射形成Cu种子层;
S2、旋涂聚酰亚胺,进行预亚胺化处理后,使用奇数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到第一层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺进行亚胺化处理;
S3、在第一层聚酰亚胺填充网格周围以及上方溅射形成铁芯第一层以及一、二层之间的坡莫合金层;
S4、旋涂聚酰亚胺,进行预亚胺化处理后,使用偶数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到第二层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺进行亚胺化处理;
S5、在第二层聚酰亚胺填充网格周围以及上方溅射形成铁芯第二层以及二、三层之间的坡莫合金层;
S6、按照步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5或者步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5-步骤S2-步骤S3的顺序循环单次或多次,直至完成整个所述软磁体的制备。
可选的,所述坡莫合金层采用磁控溅射工艺溅射;每相邻两层铁芯之间的所述坡莫合金层厚度为0.5μm。
本发明还提供一种传感器,包括前述的软磁薄膜铁芯。
可选的,所述传感器为微型磁通门传感器。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明提出的软磁薄膜铁芯,通过在软磁体内设置多层上下层叠分布的镂空网格,并在镂空网格的所有格腔中填充绝缘体,从而达到改变薄膜铁芯微观形态的效果,使薄膜铁芯整体呈现空间网格结构,有利于限制磁畴尺寸,促进铁芯的均匀饱和,从而有效降低薄膜铁芯的饱和磁感应强度和矫顽力,提高其软磁性能。
本发明提出的软磁薄膜铁芯,其加工工艺过程可采用MEMS工艺进行,能够有效降低薄膜铁芯的饱和磁感应强度和矫顽力,提高其软磁性能。
本发明提出的前述软磁薄膜铁芯的制备方法,采用如紫外光刻、电镀、湿法刻蚀等低成本标准MEMS工艺,可在保障铁芯软磁性能的前提下,实现铁芯的标准化大批量生产,降低加工成本。
本发明还提出一种传感器,其采用前述的软磁薄膜铁芯作为敏感元件,能有效降低功耗,对传感器灵敏度和噪声也有一定改善。
本发明提出的传感器可以是微型磁通门传感器,其采用软磁薄膜铁芯作为敏感元件,能有效降低功耗,对灵敏度和噪声也有一定改善。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的软磁薄膜铁芯的俯视图(为最顶层镂空网格的分布示意图);
图2为图1的A-A剖面示意图;
图3为图1的B-B剖面示意图;
图4为图3的C-C剖面示意图;
图5为本发明实施例所公开的奇数层和偶数层重叠之后形成的填充网格交错互补分布示意图;
图6为本发明实施例所公开的软磁薄膜铁芯的制备流程示意图。
其中,附图标记为:1-绝缘衬底,2-聚酰亚胺,3-软磁材料。
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。
本发明的目的之一是提供一种软磁薄膜铁芯,以解决当前薄膜铁芯饱和磁感应强度和矫顽力偏高,软磁性能较差的问题。
本发明的另一目的还在于提供一种软磁薄膜铁芯的制备方法。
本发明的再一目的还在于提供有一种具有上述软磁薄膜铁芯的传感器。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示,本实施例提供一种软磁薄膜铁芯,主要包括绝缘衬底1和软磁体,软磁体设置于绝缘衬底1的上表面,软磁体由软磁材料3制造而成,其内设置有多层上下层叠分布的镂空网格,任意一层镂空网格中均包括若干行和若干列格腔,且同一层镂空网格中的格腔呈行列交错分布,即任意相邻两行格腔均交错分布,任意相邻两列格腔均交错分布;任意相邻两层镂空网格中的格腔均交错互补;任意一格腔中均填充有绝缘体。其中,软磁体的材质,即软磁材料3优选为一种溅射软磁材料,比如坡莫合金(Ni0.8Fe0.2),绝缘体优选为聚酰亚胺2,绝缘衬底1优选采用带有二氧化硅绝缘层的硅片,用以支撑整个薄膜铁芯的结构。
本实施例中,前述软磁体优选为方形软磁体,即软磁体整体呈长方体形或正方体形,且方形软磁体中最下层的镂空网格离绝缘衬底1上表面最近。任意一格腔均位于方形软磁体的内部,即方形软磁体的边缘位置没有格腔,整个方形软磁体的外部均被软磁材料3包覆。
本实施例中,软磁体中自下而上的所有奇数层镂空网格中的格腔分布结构相同,所有偶数层镂空网格中的格腔分布结构相同。
本实施例中,任意一格腔均优选为方形格腔,且任意两方形格腔的大小均相同,此处的相同,具体是指各方形格腔的长、宽、高尺寸均相同。
本实施例中,任意一奇数层镂空网格中,格腔一般均呈奇数行奇数列分布,比如呈7行、9行或11行,以及15列、17列或19列分布,具有多种排列形式,比如7行15列、7行17列、9行17列以及9行19列等,可以根据方形软磁体的尺寸以及格腔尺寸的不同进行适应性调整;任意一偶数层镂空网格中,格腔一般也均呈奇数行奇数列分布,比如呈7行、9行或11行,以及15列、17列或19列分布,具有多种排列形式,比如7行15列、7行17列、9行17列以及9行19列等,可以根据方形软磁体的尺寸以及格腔尺寸的不同进行适应性调整。
本实施例中,上述方形软磁体的长、宽、高分别为2000μm~5000μm、1000μm~3000μm和5μm~50μm;任意一方形格腔的长、宽、高分别为40μm~200μm、40μm~200μm和0.5μm~3μm;任意一层镂空网格中格腔的行间距和列间距均为20μm~100μm。
作为优选方式,如图1所示,优选任意一奇数层镂空网格中,格腔均呈9行17列分布,且行间距与列间距相同,9行格腔中格腔的数量依次为9、8、9、8、9、8、9、8、9,且任意相邻两行格腔之间的格腔均交错布置;相应的,如图4所示,优选任意一偶数层镂空网格中,格腔亦均呈9行17列分布,且行间距与列间距相同,9行格腔中格腔的数量依次为8、9、8、9、8、9、8、9、8,且任意相邻两行格腔之间的格腔均交错布置。按照上述规律布置的镂空网格,任意相邻两奇数层镂空网格和偶数层镂空网格的填充格腔位置互补,奇偶两层镂空网格重叠后,两层聚酰亚胺填充方格彼此互补,可形成9×17的阵列排布。当然,实际操作中的铁芯奇偶层的数量以及各层中的格腔数量、尺寸、排布方式均不限于上述示例,可根据不同的外部参数要求进行调整,比如任意一层镂空网格中格腔均呈9行19列分布等。
进一步地,本实施例中,方形软磁体的长、宽、高可分别优选为4500μm、2000μm和12μm;任意一方形格腔的长、宽、高可分别优选为180μm、180μm和2μm,实际操作中,方形格腔的高度方向与方形软磁体的高度方向一致。
再进一步地,任意一层镂空网格中格腔的行间距和列间距均优选为60μm,以上述呈9行17列分布的镂空网格为例,任意相邻两行格腔之间的间距为60μm,任意相邻两列格腔之间的间距同样为60μm。
本实施例提出的上述软磁薄膜铁芯,具体为一种低饱和磁感应强度和矫顽力,且加工流程能够采用标准MEMS工艺完成的薄膜铁芯。其通过在软磁体内开设格腔的形式将薄膜铁芯整体分割成为空间网格结构,其中无格腔处为溅射软磁材料,格腔处为绝缘的聚酰亚胺,聚酰亚胺填充的格腔均匀分布,相邻两层格腔之间均由一定厚度的溅射软磁材料进行间隔,且奇数层和偶数层的格腔位置彼此交错,呈现互补分布。本实施例上述采用空间网格结构的薄膜铁芯,性能优良,有利于限制磁畴尺寸,促进铁芯的均匀饱和,能有效降低铁芯的饱和磁感应强度和矫顽力,提高软磁性能。与现有技术中的薄膜铁芯相比较,采用空间网格铁芯结构能使薄膜铁芯在更小电流下饱和,起到降低激励电流的目的,从而使微型磁通门功耗明显降低,对灵敏度和噪声也有一定改善。
实施例二
本实施例提出一种实施例一中软磁薄膜铁芯的制备方法,主要包括步骤:
S1、在绝缘衬底1上表面溅射形成Cu种子层;
S2、旋涂聚酰亚胺,进行预亚胺化处理后,使用奇数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到第一层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺进行亚胺化处理;
S3、在第一层聚酰亚胺填充网格周围以及上方溅射形成铁芯第一层以及一、二层之间的坡莫合金层;
S4、旋涂聚酰亚胺,进行预亚胺化处理后,使用偶数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到第二层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺进行亚胺化处理;
S5、在第二层聚酰亚胺填充网格周围以及上方溅射形成铁芯第二层以及二、三层之间的坡莫合金层;
S6、按照步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5或者步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5-步骤S2-步骤S3的顺序循环单次或多次,直至完成整个软磁体的制备。当按照步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5的顺序循环单次或多次时,最终形成的是总共具有偶数层镂空网格的软磁体;而当按照步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5-步骤S2-步骤S3的顺序循环单次或多次时,最终形成的是总共具有奇数层镂空网格的软磁体。
上述可知,本实施例提出的软磁薄膜铁芯的制备方法,主要通过磁控溅射、紫外光刻和湿法刻蚀三个步骤完成;其中聚酰亚胺填充格腔(或称之为“填充方格”)主要通过旋涂、预亚胺化、紫外光刻、湿法刻蚀、亚胺化四个步骤完成。
下面结合具体示例对本实施例上述软磁薄膜铁芯的制备方法作具体说明。其中,待制备的软磁薄膜铁芯内设置有5层填充有绝缘体的镂空网格,软磁体所采用的软磁材料3为溅射的坡莫合金(Ni0.8Fe0.2),软磁体的整体形状为长4500μm、宽2000μm、厚(高)12μm的长方体软磁体;软磁体中的聚酰亚胺填充格腔为180μm×180μm×2μm的长方体,每层镂空网格中格腔总体都呈9行17列分布,行间距与列间距均为60μm;且奇数层镂空网格的9行格腔中,每行格腔数依次为:9、8、9、8、9、8、9、8、9,相邻行之间的格腔位置交错,偶数层镂空网格的9行格腔中,每行格腔数依次为:8、9、8、9、8、9、8、9、8,相邻行之间的格腔位置交错。奇数层与偶数层的填充格腔位置互补,奇偶两层重叠后,两层聚酰亚胺填充方格彼此互补,可形成9×17的阵列排布;每两层铁芯之间的坡莫合金层的厚度为0.5μm。上述5层镂空网格的软磁薄膜铁芯的具体分步制作过程如下:
首先,选用晶向为(100)厚度为250μm的硅片作为绝缘衬底1,利用硫酸加双氧水(4:1)去除硅片上的有机污染物,然后用去离子水(DI)超声波清洗去除绝缘衬底1表面杂质;之后在硅质的绝缘衬底1上通过热氧化生长300nm厚度的SiO2绝缘层;然后,采用磁控溅射工艺溅射100nm厚度的Cu种子层。
之后,按照图6所示软磁体的(图中黑色尖头表示制备步骤的递进)分步制作过程依次进行如下步骤:
a)旋涂PI(聚酰亚胺),进行预亚胺化处理(加热130℃,30min)后,使用铁芯的奇数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到铁芯第一层聚酰亚胺填充网格,并将PI(聚酰亚胺)进行亚胺化处理(加热200℃,240min)。
b)利用溅射工艺,制备铁芯的第一层以及一、二层之间的软磁材料3(即坡莫合金层)。
c)旋涂PI(聚酰亚胺),进行预亚胺化处理后,使用铁芯的偶数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到铁芯第二层聚酰亚胺填充网格,并将PI(聚酰亚胺)亚胺化处理。
d)利用溅射工艺,制备铁芯的第二层以及二、三层之间的软磁材料3(即坡莫合金层)。
e)旋涂PI(聚酰亚胺),进行预亚胺化处理后,使用铁芯的奇数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到铁芯第三层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺亚胺化处理。
f)利用溅射工艺,制备铁芯的第三层以及三、四层之间的软磁材料3(即坡莫合金层)。
g)旋涂PI(聚酰亚胺),进行预亚胺化处理后,使用铁芯的偶数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到铁芯第四层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺亚胺化处理。
h)利用溅射工艺,制备铁芯的第四层以及四、五层之间的软磁材料3(即坡莫合金层)。
i)旋涂PI(聚酰亚胺),进行预亚胺化处理后,使用铁芯的奇数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到铁芯第五层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺亚胺化处理。
j)利用溅射工艺,制备铁芯的第五层软磁材料3(即坡莫合金层)。
由此可见,上述软磁体的分步制作过程是在完成第二层以及二、三层之间的软磁材料3后,按照前述“步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5-步骤S2-步骤S3”的顺序循环单次后,完成的具有5层填充有绝缘体的镂空网格的软磁体的制备。本实施例提出的软磁薄膜铁芯的制备方法,采用如紫外光刻、电镀、湿法刻蚀等低成本标准MEMS工艺,可在保障铁芯软磁性能的前提下,实现铁芯的标准化大批量生产,降低加工成本。
实施例三
本实施例提供一种传感器,包括如实施例一中所述的软磁薄膜铁芯。该传感器可以为微型磁通门传感器,其采用软磁薄膜铁芯作为敏感元件,能有效降低功耗,对灵敏度和噪声也有一定改善。
需要说明的是,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种软磁薄膜铁芯,其特征在于,包括:
绝缘衬底;
软磁体,所述软磁体设置于所述绝缘衬底的上表面,所述软磁体内设置有多层上下层叠分布的镂空网格;任意一层所述镂空网格中均包括若干行和若干列格腔,且任意相邻两行所述格腔均交错分布,任意相邻两列所述格腔均交错分布;任意相邻两层所述镂空网格中的所述格腔均交错互补;任意一所述格腔中均填充有绝缘体;其中,所述软磁体为方形软磁体,任意一所述格腔均位于所述方形软磁体内,所述软磁体中自下而上的所有奇数层所述镂空网格中的所述格腔分布结构相同,所有偶数层所述镂空网格中的所述格腔分布结构相同。
2.根据权利要求1所述的软磁薄膜铁芯,其特征在于,任意一所述格腔均为方形格腔,且任意两所述方形格腔的大小相同。
3.根据权利要求2所述的软磁薄膜铁芯,其特征在于,任意一奇数层所述镂空网格中,所述格腔均呈7行、9行或11行,以及15列、17列或19列分布;任意一偶数层所述镂空网格中,所述格腔均呈7行、9行或11行,以及15列、17列或19列分布;
所述方形软磁体的长、宽、高分别为2000μm~5000μm、1000μm~3000μm和5μm~50μm;任意一所述方形格腔的长、宽、高分别为40μm~200μm、40μm~200μm和0.5μm~3μm;任意一层所述镂空网格中所述格腔的行间距和列间距均为20μm~100μm。
4.根据权利要求3所述的软磁薄膜铁芯,其特征在于,任意一奇数层所述镂空网格中,所述格腔均呈9行17列分布,9行所述格腔中所述格腔的数量依次为9、8、9、8、9、8、9、8、9,且任意相邻两行所述格腔之间的所述格腔均交错布置;任意一偶数层所述镂空网格中,所述格腔均呈9行17列分布,9行所述格腔中所述格腔的数量依次为8、9、8、9、8、9、8、9、8,且任意相邻两行所述格腔之间的所述格腔均交错布置;
所述方形软磁体的长、宽、高分别为4500μm、2000μm和12μm;任意一所述方形格腔的长、宽、高分别为180μm、180μm和2μm;任意一层所述镂空网格中所述格腔的行间距和列间距均为60μm。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的软磁薄膜铁芯,其特征在于,所述软磁体为坡莫合金软磁体;所述绝缘体为聚酰亚胺;所述绝缘衬底为带有二氧化硅绝缘层的硅片衬底。
6.一种权利要求5所述软磁薄膜铁芯的制备方法,其特征在于,包括步骤:
S1、在所述绝缘衬底上表面溅射形成Cu种子层;
S2、旋涂聚酰亚胺,进行预亚胺化处理后,使用奇数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到第一层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺进行亚胺化处理;
S3、在第一层聚酰亚胺填充网格周围以及上方溅射形成铁芯第一层以及一、二层之间的坡莫合金层;
S4、旋涂聚酰亚胺,进行预亚胺化处理后,使用偶数层掩膜版进行紫外光刻和湿法刻蚀,得到第二层聚酰亚胺填充网格,并将聚酰亚胺进行亚胺化处理;
S5、在第二层聚酰亚胺填充网格周围以及上方溅射形成铁芯第二层以及二、三层之间的坡莫合金层;
S6、按照步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5或者步骤S2-步骤S3-步骤S4-步骤S5-步骤S2-步骤S3的顺序循环单次或多次,直至完成整个所述软磁体的制备。
7.根据权利要求6所述的软磁薄膜铁芯的制备方法,其特征在于,所述坡莫合金层采用磁控溅射工艺溅射;每相邻两层铁芯之间的所述坡莫合金层厚度为0.5μm。
8.一种传感器,其特征在于,包括如权利要求1~5任意一项所述的软磁薄膜铁芯。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1522449A (zh) * 2001-08-31 2004-08-18 Tdk株式会社 叠层软磁性部件、软磁性薄片及叠层软磁性部件的制造方法
CN105137370A (zh) * 2015-08-27 2015-12-09 无锡伊佩克科技有限公司 一种低功耗的微型磁通门传感器
CN205958729U (zh) * 2016-08-31 2017-02-15 宁波中车时代传感技术有限公司 一种螺线管线圈微型磁通门

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4479758B2 (ja) * 2007-07-05 2010-06-09 株式会社デンソー 電流センサ用コア
CN100560783C (zh) * 2008-09-02 2009-11-18 西北工业大学 坡莫合金铁芯薄膜的制备方法
CN101477873B (zh) * 2008-09-25 2012-02-15 上海交通大学 平面磁芯螺旋结构微电感器件的制备方法
JP2014212175A (ja) * 2013-04-17 2014-11-13 株式会社神戸製鋼所 鉄心、鉄心の製造方法、鉄心用材料、および鉄心用材料の製造方法
CN104977548B (zh) * 2014-04-02 2017-10-20 西北工业大学 一种多孔铁芯结构微型磁通门传感器
CN104979094B (zh) * 2014-04-02 2017-03-29 西北工业大学 一种多孔薄膜铁芯的制备方法
CN105655081B (zh) * 2015-12-31 2017-12-12 安泰科技股份有限公司 一种复合软磁材料及其制备方法
CN106298180A (zh) * 2016-08-17 2017-01-04 上海交通大学 图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感及制备方法
CN206959858U (zh) * 2017-07-27 2018-02-02 宁波中车时代传感技术有限公司 一种微型磁通门传感器
CN108226825B (zh) * 2018-01-08 2020-03-24 上海交通大学 一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法
CN108597849A (zh) * 2018-06-13 2018-09-28 蓝沛光线(上海)电子科技有限公司 一种低损耗隔磁片制备工艺及隔磁片
CN111863372B (zh) * 2020-07-28 2021-08-20 安徽智磁新材料科技有限公司 一种抗电磁干扰的软磁颗粒膜及其制备方法
CN114899000A (zh) * 2022-05-09 2022-08-12 安康学院 一种磁通门传感器铁芯及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1522449A (zh) * 2001-08-31 2004-08-18 Tdk株式会社 叠层软磁性部件、软磁性薄片及叠层软磁性部件的制造方法
CN105137370A (zh) * 2015-08-27 2015-12-09 无锡伊佩克科技有限公司 一种低功耗的微型磁通门传感器
CN205958729U (zh) * 2016-08-31 2017-02-15 宁波中车时代传感技术有限公司 一种螺线管线圈微型磁通门

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
微型磁器件纳米孔薄膜铁芯的制备与分析;吕辉;仪表技术与传感器(第第9期期);第19-22页 *

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