CN1444050A - 使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

揭示了一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，它通过探测地球磁场以获得定位信息。该传感器包括：第一基板，其上和下表面形成第一驱动图案，以便该上面和下面的第一驱动图案彼此电连接；一对第一叠放板，被叠放在第一基板的上和下表面以及在其上形成彼此平行的磁性层并形成一定形状的图案；和一对第二叠放板，被叠放在这对第一叠放板的外表面，并形成电连接到第一基板的第一驱动图案的第二驱动图案以围绕磁性层，并形成围绕第一和第二驱动图案的拾取图案。

Description

使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法

发明领域

本发明涉及一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，特别涉及一种适用于装在移动通信终端上用于探测地球磁场以获得位置信息的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法。

背景技术

随着移动电话和移动终端的发展，在目前提供的各种格样的额外服务中，定位信息服务逐渐变成了重要的服务而建立起来，并且今后需要更加准确和方便的服务。

为了获得定位信息，有必要提供一种能够准确确定当前位置的传感器。作为提供定位信息的这种装置，使用了一种旨在探测地球磁场的弱磁场传感器来获得定位信息。作为一种在弱磁场传感器中使用的普遍元件，即地球磁场不均匀性探测仪。

地球磁场不均匀性探测仪使用高导磁性的磁条作为其核心元件。地球磁场不均匀性探测仪包括缠绕在两个磁芯中的一个上的初级线圈和缠绕在另一个磁芯上的次级线圈，并能够通过探测由于磁芯中磁场的变化引起的初级线圈产生的电压和次级线圈产生的电压之间的差来识别当前位置。

这种传统的地球磁场不均匀性探测仪是用在由高导磁性磁性材料组成的两个圆柱状磁芯上按一定方向缠绕铜导线的方法制造的。具体讲，作为驱动线圈(初级线圈)的铜导线被以一定方向在保持恒定间距和压力的同时缠绕在磁芯上。随后，将拾取线圈(次级线圈)缠绕在磁芯上，以探测由驱动线圈引起的磁芯产生的磁场。在具有驱动线圈绕组的情况下，作为拾取线圈的铜导线以恒定的间隔在恒定的压力下进行缠绕。

这样，这种通过缠绕铜导线制造的磁通门包括驱动线圈和用于探测驱动线圈产生的磁场的拾取线圈。铜线圈是用一种该技术中公知的线圈技术缠绕在磁芯上的。在此，次级线圈必须按X轴和Y轴方向缠绕以便获得磁场的位置信息。但是，尽管传统的地球磁场不均匀性探测仪必须保持缠绕线圈的定位精确度，但是这种定位精确度很难保持。因为这种定位精确度很容易受到温度、由于这种配置引起的光或表面物质的影响，导致其分布的精确度被降低了。

此外，由于地球磁场不均匀性探测仪在制造时是直接将线圈缠绕在磁芯上，缺点是线圈会被频繁地切断。此外，由于传感器本身变大了，就不能适应电器设备趋向小型和减轻重量的要求。传感器加大，要求增加电耗，从而这种传感器就不能够成为小型的和减低电耗的电器设备。

为了克服这种传统地球磁场不均匀性探测仪的缺点，在美国专利No.5,936,403和No.6,270,686中提出了一种弱磁场传感器，其制造方法为，将具有圆形蚀刻部分的非晶形板叠放在具有特定电点图案的玻璃环氧基底的上下表面以形成非晶形的平板磁芯，并将蚀刻成X线圈和Y线圈的玻璃环氧基底叠放在非晶形平板磁芯上。但是由于在美国专利No.5,936,403和No.6,270,686中揭示的这种地球磁场不均匀性探测仪需要包括通过蚀刻非晶形板以获得圆形蚀刻部分、和按照圆形蚀刻部分叠放非晶形板来制备非晶形平板磁芯、以及在非晶形磁芯上叠放有X线圈和Y线圈的环氧基板的过程，其制造工艺过程非常复杂并且由于叠放许多的非晶形板而导致了高制造成本。

发明内容

本发明考虑到了现有技术产生的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，以能够准确地探测弱磁场并提供准确的定位信息。

本发明的另外一个目的是提供一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，以通过一种用于印刷电路板的蚀刻技术来实现小型化、优秀的磁效率和低能耗，从而满足在诸如移动电话应用领域的高密度安装要求的需要。

本发明的再一个目的是提供一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，通过简单的电路结构可以简化结构、简便生产和降低制造成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，包括：第一基板-CCL(敷铜层压板)，基板的上和下表面形成第一驱动图案，以便该上和下第一驱动图案彼此电连接；第一叠放板-半固化片和处理过的铜箔，叠放在第一基板的上和下表面并形成彼此平行的磁性层，并形成一定形状的图案；和第二叠放板--半固化片和铜箔，叠放在第一叠放板的外表面并形成电连接在第一基板的第一驱动图案的第二驱动图案以围绕磁性层，并形成拾取图案以围绕该第一和第二驱动图案。

此外，本发明提供一种制造使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的方法，包括如下步骤：通过在第一基板上形成第一通孔以使上和下驱动图案彼此连接，随之进行电镀该通孔、曝光和蚀刻以在第一基板的上和下表面形成驱动图案；通过在第一基板的两侧叠放和压紧半固化片、处理过的铜箔和磁体(非晶形金属)、随后进行曝光、显影和蚀刻来制备第一叠放板；通过在第一叠放板的两侧叠放和压紧半固化片和铜箔来制备第二叠放板；在该第一和第二叠放板上形成第二通孔；和在第一基板和第一以及第二叠放板形成通孔；在第二叠放板上提供通过第二通过孔与第一驱动图案电连接并围绕磁芯的第二驱动图案，以及在经通孔彼此电连接并通过曝光、显影和蚀刻该第二叠放板以围绕该第一驱动图案的上和下第二叠放板上提供拾取图案。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细说明，本发明的上述的和其他的目的特征和其他优点将会更加明了，其中：

图1是根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的

实施例的分解透视图；

图2是图1中的传感器的截面图，其中叠放了板；

图3是显示了根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的驱动线圈的连接的截面图；

图4a到4i示出了根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的制造实施例的工艺过程；和

图5示出了根据本发明的第一叠放板的铺设工艺过程。

具体实施方式

本发明将通过结合附图的例子来进一步详细说明。

图1和2是根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的实施例的分解透视图和截面图。

如图所示，根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器包括第一基板10；形成在第一基板10的上和下表面的第一驱动图案2；一对第一叠放板20，叠放在第一驱动图案2的上和下表面，每一个第一叠放板的外表面都具有磁体1；和一对第二叠放板30，叠放在上面和下面的第一叠放板20上，每一个第二叠放板都具有第二驱动图案3和拾取图案4。

形成于第一基板10的两侧的每一个驱动图案2是由多条图案线组成的。第一基板10的上面和下面的驱动图案2经形成在第一基板10的通孔5彼此电连接。该对磁体1被彼此平行地放置在第一驱动图案2的上面和下面，以便该磁体1与该第一驱动图案2垂直放置。该磁体1形成带状图案。第二驱动图案3按照第一驱动图案2相同的方向放置。第一和第二叠放板20和30形成第二通孔6以便第一驱动图案2和第二驱动图案3围绕磁体1。

因此，该第一驱动图案2和第二驱动图案3经第二通孔6彼此电连接，作为围绕磁体1缠绕的线圈。

第二驱动图案3和拾取图案4交替地在第二叠放板30的外表面形成，从而该拾取图案4位于第二驱动图案3之间。拾取图案4的尺寸长于驱动图案2和3，以便该拾取图案4围绕该驱动图案2和3。第一基板10，第一叠放板20和第二叠放板30形成通孔7以使上面和下面的拾取图案4电连接以便拾取图案4围绕该磁体1。

使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器按照从顶到底的顺序包括：第二驱动图案和拾取图案(第一层)，磁体(第二层)，第一驱动图案(第三层)，第一驱动图案(第四层)，磁体(第五层)和第二驱动图案和拾取图案(第六层)，以便这些层对称放置。

第一驱动图案2和第二驱动图案3的连接方式将参照图3进行说明。第一层的第二驱动图案作为起始层经通过孔“f”被连接到第三层的电路，并随后经“b”孔连接到第四层的“d”孔的地带。随后，该地带经“d”孔被连接到第六层的电路，并且经“c”孔、第四层的电路和“b”孔连接到第三层的“a”孔地带。“a”孔地带经“a”孔连接到第一层的电路，并经“f”孔、第三层和“e”孔连接到第四层的电路。第四层的电路经“d”孔连接到第六层的电路，并随后经“c”孔、第四层电路、“e”孔、第三层的电路和“a”孔连接到第一层。

上面和下面的第二叠放板30的拾取图案经通孔7以锯齿形式相互电连接，以便拾取图案成为缠绕在磁体1和第一和第二驱动图案2和3的线圈。

在根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的操作中，当交变电流流过驱动图案2和3时，在拾取图案4中流过感应电流，因此产生电压差。通过探测该电压差，就可以确定传感器的位置或方向。

图4a到4i示出了根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的制造实施例的工艺过程。

首先，制备第一基板10(图4a)。最好使用CCL(敷铜层压板)作为第一基板10。在此，最好在该第一基板上形成参考孔以方便下面的步骤。该第一基板10形成第一内通孔5，并且第一内通孔5的内表面镀有导电金属(即，铜)  (图4b)。随后，在第一基板10的两面上通过制造印刷电路板工艺中公知的曝光、显影和蚀刻工艺形成驱动图案2(图4c)。该第一驱动图案2连接到后面描述的第二驱动图案3以围绕该磁体1。在此，第一驱动图案2上面的驱动图案最好是只形成需要向上延伸的电路，并且第一驱动图案2下面的驱动图案最好是只形成需要向下延伸的电路，由于上面和下面的第一驱动图案2经通孔5彼此电连接，该第一驱动图案2的连接部分形成了地带8。

随后，第一驱动图案2使用叠放的办法形成磁性层。在此，为了精确地放置该磁体1，处理过的铜箔21被在放置磁体的部分穿孔。

为了层压该磁体，第二基层22和处理过的铜箔21被放置在磁芯板上，磁性层1被放置在了该处理过的部分。第二基板22最好是部分固化过的半固化片，和，例如，选自由FR-4，具有高玻璃转换温度的FR-4(TG)和双马来酰亚胺-三嗪(BT)环氧树脂，及其他材料组成的组。磁性层1的材料选自包括非晶形金属，坡莫合金和超坡莫合金的组，但是非晶形金属是金属中的优选者。铜箔的厚度最好是在12-18μm范围以内，半固化片的厚度在60-100μm范围内。

这样，第二基层22、处理过的铜箔21和磁性层1按此顺序用于初步铺设并在高温高压(例如，约150-200℃和30-40Kg/cm²)下被压制成第一叠放板20。

图5示出了被做成工作尺寸的基层的铺设实施例。实际的最终产品通常制成包括传感器单元的条。参考附图，那里示出了五个磁带54的铺设步骤。在这种情况下，磁带54是用于制造包括多个单元的条。因此，磁带的尺寸依靠条的尺寸确定。但是半固化片52上做成条的地方有必要在接下来的磁性层图案形成步骤中安放磁带54，以便多个单元能够一次全部制成。因此，在该实施例中，放置了准备安放磁带的铜箔53以进行初步铺设。可以使用两种方法制造铜箔。即，有一种方法是通过用金属模子挤压磁性金属板去除所希望的尺寸的部分，一种方法是通过使用刳刨工具的旋转式工具处理，这是一种制造基板的通常做法。在这种情况下，处理过的物体必须具有比该磁是带54大的尺寸。就此而论，考虑到制作差容和覆盖有磁条的铜箔引起的问题，最好是做成比磁带54在一个方向上大约0.1-0.2mm的物体。考虑到由实际产品占据的条的面积，由于磁带54具有足够的尺寸，就可以使磁带符合条的宽度。但是，由于一磁带中可能有一个或多个条，磁带的长度在最初的设计阶段就确定了。

在完成第一次叠放步骤后，第一叠放板20因在基层的两侧层压了磁性层13而成为了层压板。在这一点上，尽管第一基层(半固化片)22以及磁性层1的优选厚度在约0.06-0.1mm和约0.02-0.03mm的范围内，但是该厚度可能依据所希望的最终产品的特征而变化。随后，第一叠放板20的外表面被形成干膜(或光刻胶)，并且，该干膜层根据预先设计的磁性图案经受曝光和显影处理。该形成有一定图案的干膜层作为蚀刻该磁性层1的掩膜(图4e)。该曝光、显影和蚀刻技术在本领域中已广为人知。结果，只有形成某种图案的磁条1保留在了第二基板上，此后，干膜层被剥去(图4f)。

在完成了第一叠放板20的磁性层的制图过程后，第三基层(或半固化片)32和第三导电层(或铜箔)31被临时地放置在了第一叠放板20上(初步铺设)，并且叠压层32和31在高温高压(例如，约150-200℃和30-40Kg/cm²)下被压制成第二叠放板30(图4g)。随后，第二叠放板30通过钻孔形成了将与第一驱动图案2接触的第二通孔6，以便第一驱动图案2和第二驱动图案3采用了围绕磁条1的缠绕线圈的形状。第一基板10、第一叠放板20和第二叠放板30形成孔7以便上面和下面的拾取图案4彼此电连接。通孔7的内表面被镀上导电金属(即，铜)(图4h)。随后，第二叠放板在众所周知的印刷电路板制造工艺的步骤下，即，曝光、显影、蚀刻工艺下，在其外表面形成第二驱动图案3以及拾取图案4(图4i)。位于上面和下面的磁条1之间的第二驱动图案3和第一驱动图案2彼此通过第一和第二通孔5和6电连接，以便第一和第二驱动图案围绕磁片1，因此用作地球磁场不均匀性探测仪的驱动线圈。此外，上面的和下面的拾取图案4彼此经通孔7电连接，以便围绕第一和第二驱动图案2和3，因此用作地球磁场不均匀性探测仪的拾取线圈。

之后，为了避免暴露在外的形成图案的导电层(即，铜电路)因为例如潮湿而氧化，依次进行：焊接掩膜被有选择性地施加在除了导电层的所有区域，并且该导电层形成镍(或镍-磷)镀层和金镀层。这种具体步骤在印刷电路板技术中已经众所周知。

如前所述，用于第二叠放板30的叠放步骤的导电层31最好由铜箔制成。至于这种铜箔，可以用具有标准厚度为12μm，18μm，35μm等的铜箔。但是使用35μm的铜箔时，需要通过半蚀刻将该铜箔的厚度至少减少到约5-7μm，以便在叠放步骤之后和钻孔步骤之前形成电路图案。

由于根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器只被放置在一个轴向上，因此可以找出只与这一个轴相关的方向。因此，通过放置两个彼此垂直的印刷电路板就可以找出与两个轴向相关的方向。

根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器能够广泛地应用于汽车、航天器、游戏机、以及玩具机器人，也可用于旨在探测地球磁场以确定其定位信息的移动电话和移动终端。

如前所述，本发明提供了一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，其中在具有磁条的基板上通过蚀刻等方法形成电路，和在其上形成的驱动和拾取图案以便探测弱磁场。

根据本发明，由于通过蚀刻等在用于探测弱磁场的基板上准确地形成了电路，就可以获得准确的特性，并可以通过保持位置的准确度而降低由于特性变化产生的影响。

另外，由于本发明能够提供一种小型的低电耗的弱磁场传感器，该传感器能够简便地适用于小型的电气设备例如移动电话。

尽管本发明的优选实施例是以说明为目的进行描述的，但是本领域的技术人员可以在不脱离所附权利要求书的范围和精神的条件下对本发明进行各种可能的修改、添加和替换。

Claims (16)

1.一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，包括：

第一基板，其上、下表面形成第一驱动图案，以便该上面和下面的第一驱动图案彼此电连接；

一对第一叠放板，被叠放在第一基板的上和下表面并在其上形成彼此平行的磁性层；和

一对第二叠放板，被叠放在第一对叠放板的外表面，并形成电连接到第一基板的第一驱动图案的第二驱动图案以围绕磁性层，并形成拾取图案以围绕该第一和第二驱动图案。

2.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中第一基板由敷铜层压板组成。

3.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中磁性层的材料选自由非晶形金属、坡莫合金和超坡莫合金组成的组。

4.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中形成图案的磁性层选自由一对平行的具有间隔的磁条、单独磁条和矩形磁条组成的组。

5.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中上面和下面的形成图案的磁性层做成带状，并彼此同向平行放置，而且第一和第二驱动图案和拾取图案朝向与磁性层垂直的方向。

6.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中形成在同一表面的第二驱动图案以及拾取图案由多个交替放置的平行的形成图案的直线组成，并且拾取图案的尺寸长于驱动图案。

7.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中第一基板形成第一通孔以便形成在第一叠放板两侧的第一驱动图案彼此电连接，第一和第二叠放板形成第二通孔以便第一和第二驱动图案彼此电连接，而且，第一基板和第一以及第二叠放板形成通孔以便上面和下面的拾取图案彼此电连接。

8.根据权利要求6所述的弱磁场传感器，其中上面和下面的拾取图案的图案线经通孔以锯齿形式彼此电连接以形成围绕驱动图案缠绕的单线组成的线圈。

9.使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，被配置为放置两个彼此垂直的如权利要求1到8中任何一个所述的弱磁场传感器并将这两个弱磁场传感器彼此固定在一起。

10.一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的制造方法，包括步骤：

通过在第一基板上形成第一通孔以使上和下驱动图案彼此连接、随之进行电镀该通孔、曝光和蚀刻以在第一基板的上和下表面提供第一驱动图案；

通过在第一基板的两侧叠放和压紧第二基层和磁性层，随后进行曝光、显影和蚀刻来制备第一叠放板；

通过在第一叠放板的两侧叠放和压紧第二基层和导电层来制备第二叠放板；

在该第一和第二叠放板上形成第二通孔，和在第一基板和第一以及第二叠放板形成通孔；

在第二叠放板上提供通过第二通孔与第一驱动图案电连接并围绕磁性层的第二驱动图案，以及在经通孔彼此电连接的并通过曝光、显影和蚀刻第二叠放板以围绕该第一驱动图案的上和下第二叠放板上提供拾取图案。

11.根据权利要求10所述的方法，其中磁性层做成带状，并且在制备第一叠放板之前，还进一步包括进行初级铺设的步骤以使该带状磁性层被叠放在第二基板的预先设定位置。

12.根据权利要求10所述的方法，其中第一基层和第二基层由半固化片组成。

13.根据权利要求12所述的方法，其中半固化片选自由FR-4，具有高玻璃转换温度的FR-4，和双马来酰亚胺-三嗪环氧树脂组成的组。

14.根据权利要求10所述的方法，其中提供拾取图案的步骤包括经通孔以锯齿形式彼此电连接上面和下面的拾取图案的形成图案的线，以形成由围绕驱动图案的单线组成的线圈。

15.一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，按从顶到底的顺序包括：第二驱动图案和拾取图案(第一层)，磁性层(第二层)，第一驱动图案(第三层)，和第一驱动图案(第四层)，磁性层(第五层)和第二驱动图案和拾取图案(第六层)。

16.使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，被配置为放置两个彼此垂直的权利要求15所述的弱磁场传感器并将这两个弱磁场传感器彼此固定在一起。

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