CN1444051A - 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

一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，它通过探测地球磁场以获得定位信息，并揭示了其制造方法。该传感器包括：第一基板，其上下表面形成有第一驱动图案和第一拾取图案，一对第一叠放板，被叠放在第一基板的上下表面并在其上形成有磁性层；和一对第二叠放板，被叠放在这对第一叠放板的外表面，并形成有电连接到第一基板的第一驱动图案和第一拾取图案的第二驱动图案和第二拾取图案以围绕磁性层。磁性层，做在第一基板上的驱动图案和拾取图案的方向与做在第一基板下面的这些图案垂直。

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附加信息服务中，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样一种装置，使用了一种弱磁场传感器以探测地球磁场来获得定位信息。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器。

地球磁场不均匀性探测器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器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器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缠绕在磁芯上，同时维持恒定的间距和压力。接着，将拾取线圈次级线圈缠绕在磁芯上以探测该驱动线圈引起的由磁芯产生的磁场。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。铜线圈是用一种本领域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对磁场的准确的测量。但是，尽管传统的地球磁场不均匀性探测器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。固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，导致其内在的精确度降低了。

此外，由于地球磁场不均匀性探测器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，就要求增加耗电量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器的缺点，在美国专利No.5,936,403和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的上和下表面以形成非定型的平板磁芯，并将玻璃环氧基蚀刻以形成X线圈和Y线圈，然后叠放在非晶形的平板磁芯上。但是由于在美国专利No.5,936,403和6,270,686中揭示的这种地球磁场不均匀性探测器需要包括通过蚀刻非晶形板以获得圆形蚀刻部分来准备非晶形平板磁芯、和在非晶形板上形成圆形蚀刻部分的同时进行叠放，以及在非定型磁芯上叠放蚀刻有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备技术的弱磁场传感器及其制造方法，通过简单的电路结构以实现简化结构、便于制造和降低制造成本。

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，基板的上下表面形成有第一驱动图案和第一拾取图案；一对叠放在第一基板的上和下表面并形成有磁性层的第一叠放板；和叠放在第一叠放板对的外表面，并形成有第二驱动图案和电连接在该第一驱动图案和围绕磁性层的第一基板的第一拾取图案的第二拾取图案的第二叠放对；磁性层，第一基板上的驱动图案和拾取图案与该第一基板下面提供的驱动图案和拾取图案垂直。

此外，本发明提供一种使用印刷电路板制造技术制作弱磁场传感器的方法，包括步骤：在第一基板的表面上的X轴方向提供第一驱动图案和第二拾取图案，和通过钻孔、电镀、曝光、显影和蚀刻方法在第一基板的另一表面上的Y轴方向提供第一驱动图案和第二拾取图案；通过向第一基板上铺设第一基板层和磁性层、随后进行曝光、显影和蚀刻来准备该第一基板两面的第一叠放板；和通过向上面和下面的两块第一叠放板铺设第二基板层和磁性层、随后进行钻孔、电镀、曝光、显影和蚀刻来向上面和下面的两块第一叠放板提供第二驱动图案和第二拾取图案。

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点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，其中叠放了多个板；

图3a到3h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4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

本发明将结合附图通过例子来进一步说明。

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采用了合成的弱磁场传感器，包括X轴弱磁场传感器以探测X轴方向上的弱磁场，和Y轴弱磁场传感器以探测Y轴方向上的弱磁场。如图1所示，该X轴弱磁场传感器单元和Y轴弱磁场传感器单元的安放是相互垂直的。

使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器按照从上到下的顺序包括：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)，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)。

第一到第三层属于X轴传感器单元以探测轴(X轴)向上的弱磁场，第四到第六层属于Y轴传感器单元以探测轴(Y轴)向上的弱磁场。

X轴传感器单元和Y轴传感器单元的配置彼此大致相同，只是一个传感器单元的位置垂直于另一个。

首先，对图1和2上部所示的探测X轴方向上的弱磁场的X轴传感器单元进行描述。

驱动图案和拾取图案被做在了磁条1的上面和下面。具体讲，在磁条1的下面的同一表面上分布着驱动图案2和拾取图案4，它们彼此以一定的间隔交替放置，并且在磁条1上还分布着驱动图案3和拾取图案5，它们与上面的驱动图案2和拾取图案4的配置相同。在这种情况下，拾取图案4和5的尺寸比驱动图案2和3长。

磁条被做成带状。驱动图案2和3和拾取图案4和5以同样的形状安置在磁条的上面和下面，以便下面的和上面的驱动图案2和3围绕着磁条1，而下面的和上面的拾取图案4和5围绕着磁条1。为了将磁条1上面的驱动图案3和磁条下面的驱动图案2电连接，在它们之间形成第一通孔6。此外，为了将磁条1上面的拾取图案5和磁条下面的拾取图案4电连接，在它们之间做了第二通孔7。

下面和上面的驱动图案2和3以锯齿形式相互连接，以便驱动图案2和3成为缠绕在磁片1周围的线圈，并且下面和上面的拾取图案4和5也以锯齿形式相互连接，以便拾取图案4和5成为缠绕在磁片1周围的线圈。

图1和2的下半部分所示的用于探测Y轴方向的弱磁场的Y轴传感器单元与上述的X轴传感器单元具有同样的配置，只是Y轴传感器单元的位置与X轴传感器单元相互垂直，因此，所有属于下面的Y轴传感器单元的磁条1′、驱动图案2′和3′，和拾取图案4′和5′位于与上面的属于上X轴传感器单元的这些部分垂直的位置上。

当交流电在驱动图案2和3里面流动时，磁条1产生的磁通量密度是变化的。因此，感应电流流入拾取图案4和5中，产生电压差。通过探测该电压差，就可以同时通过上面的传感器单元探测X轴方向的弱磁场并通过下面的传感器单元探测Y轴方向的弱磁场。

图3a到3h示出了根据本发明的使用印刷电路板制造技术制造弱磁场传感器的实施例的工艺过程。

首先，准备基板10(图3a)。最好使用CCL(敷铜层压板)作为基板10。在此，最好在基板上形成参考孔以方便下面的步骤。

准备好的基板10的两面敷有干膜，并经曝光和蚀刻处理以形成驱动图案2和2′和拾取图案4和4′(图3b)。如图1所示，驱动图案2和2′和拾取图案4和4′在同一面上包含多个平行的图案线。组成了驱动图案2的图案线和组成拾取图案4的图案线交替放置。拾取图案4的尺寸长于驱动图案2以便组成了驱动图案2的图案线完全地嵌入组成拾取图案4的图案线之间。上面的驱动图案和拾取图案的位置垂直于下面的驱动图案和拾取图案。

随后，包括驱动图案和拾取图案的第一基板10在其上下表面叠放，上面和下面的第一叠放板具有磁性层。

在提供磁性层当中，在第一基板上的放置铜箔的磁性层的部分打孔。为了在第一基板10上涂敷磁性层，第二基板层21和处理过的铜箔被放置在第一基板10上，并在铜箔处理过的部分放置磁性材料。第二基板层21最好是部分固化的半固化片，并，例如，是选自由FR-4，具有高玻璃转换温度的FR-4(TG)，双马来酰亚胺-三嗪(BT)环氧树脂组成的组，及其他在该本领域中广为知晓的材料。磁性材料1选自包括非晶形金属、坡莫合金和超坡莫合金，但是该非晶形金属最好属于金属。最好是铜箔的厚度在12-18μm范围以内，半固化片的厚度在60-100μm范围内。

根据本发明，最初进行的铺设步骤是用于第一次叠放的。形成的磁性层的尺寸通常做成等同于第二基板层21(或半固化片)的尺寸，或考虑到制造实际产品(例如，磁条)的过程而确定的尺寸。使用这种磁条的试图形成第一叠放板的初步铺设层的实施例显示在图4中。

图4示出了被做成工作尺寸的基层的实施例。实际的最终产品通常制成包括多个用于弱磁场传感器单元的印刷电路板的条。参考附图4，那里示出了五个磁带54的铺设步骤。在这种情况下，磁带54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。但是做成条的地方有必要在接下来的制作磁性层图案步骤中在半固化片52上安放磁带54，以便多个单元能够一次全部制成。因此，在该实施例中，在要安放磁条的铜箔53要定位以进行初步铺设。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板去除所希望的尺寸的部分，一种方法是通过使用刳刨(router)工艺的旋转式工艺处理(这是一种制造基板的通常做法)去除所希望的尺寸的部分。在这种情况下，被加工的物体必须具有比该磁带54大的尺寸。就此而论，考虑到制作容差和覆盖有磁带的铜箔引起的问题，最好是加工比磁带54在一个方向上大0.1-0.2mm左右的物体。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。

在第一基层21和磁性层22放在用于初步铺设的第一基板上后，该层压的第一基板，第一基层21和磁性层22在高温和高压下(例如，约150°-200℃和约30-40kg/cm²)被压制成第一叠放板20(图3c)。下面的第一叠放板20′也以制作上面的第一叠放板20的同样方法制成，但是下面的第一叠放板20′的磁性层朝向与上面的第一叠放板20的磁性层垂直的方向。

在完成第一次叠放步骤后，第一叠放板20和20′在其外表面包括磁性层1和1′。在这一点上，尽管第二基层(半固化片)21和21′以及该磁性层22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和20′的外表面被涂敷上干膜(或光刻胶)，并且，该干膜层根据在预设计的磁性层的图案经受曝光和显影处理。用制成某种形状的图案作为掩膜的干膜层来蚀刻磁性层1和1′(图3d)。普通的曝光、显影原理和蚀刻技术在本领域中是广为人知的。结果，只有形成有某种图案的磁条1保留在了第一基层21和21′上，此后，干膜层被剥去(图3e)。

在完成了第一叠放板20和20′的磁性层的制图过程后，第二基层(或半固化片)31和第二导电层(或铜箔)33被临时地放置在了第一叠放板20和20′上(初步铺层)，并且层压层32和33在高温高压(例如，约150°-200℃和约30-40kg/cm²)下被压制成第二叠放板30(图3f)。

随后，第一叠放板20和第二叠放板30形成有第一通孔6，以便第一驱动图案2和第二驱动图案3围绕磁条1，因此形成了围绕磁条1缠绕的线圈。此外，第一叠放板20和第二叠放板30形成有第二通孔7，以便第一拾取图案4和第二拾取图案5彼此电连接。之后，第一通孔6和第二通孔7的内表面被镀上导电金属(即，铜)(图3g)。下面的第一叠放板20′也叠放在第二叠放板30′上，而且第一和第二叠放板20′和30′以与上面的叠放板同样的方法形成有第一通孔6′和第二通孔7′。

随后，第二叠放板30和30′经受众所周知的印刷电路板制造工艺步骤，即，曝光、显影、蚀刻工艺，形成第二驱动图案3和3′，以及第二拾取图案5和5′(图3h)。

第二驱动图案3和3′和第一驱动图案2和2′彼此通过第一通孔6和6′电连接，以便第一和第二驱动图案围绕磁条1和1′，因此形成用于地球磁场不均匀性探测器的驱动线圈。此外拾取图案4和5以及4′和5′彼此通过第二通孔7和7′电连接，以便围绕磁条1和1′，因此形成用于地球磁场不均匀性探测器的拾取线圈。

之后，为了避免暴露在外的形成图案的导电层(即，铜电路)例如因潮湿而氧化，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，并且该导电层形成有镍(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，用于第一和第二叠放板20和30的叠放步骤的导电层最好由铜箔制成。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5-7μm以便在叠放步骤之后和钻孔步骤之前形成电路图案。

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，也可用于意图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，制造方法为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，由于通过蚀刻或其他步骤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性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，该传感器能够容易地用在小型的电气设备例如移动电话。

此外，根据本发明的弱磁场传感器能够通过形成在X轴方向和Y轴方向的驱动图案和拾取图案来同时探测X轴方向和Y轴方向的弱磁场。

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 (14)

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，其上下表面形成有第一驱动图案和第一拾取图案；

一对第一叠放板，被叠放在第一基板的上下表面并在其上形成有磁性层；和

一对第二叠放板，被叠放在这对第一叠放板的外表面，并形成有电连接到第一基板的第一驱动图案和第一拾取图案的第二驱动图案和第二拾取图案以围绕磁性层；

磁性层，做在第一基板上的驱动图案和拾取图案朝向与做在第一基板下面的这些图案垂直的方向。

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，其中上面和下面的形成图案的磁性层做成带状，驱动图案和拾取图案朝向与磁性层垂直的方向。

5.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中第一和第二驱动图案以及第一和第二拾取图案由多个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。

6.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中第一和第二叠放板形成有第一通孔以便第一和第二驱动图案彼此电连接，而且，第一和第二叠放板形成有第二通孔以便第一和第二拾取图案彼此电连接。

7.根据权利要求6所述的弱磁场传感器，其中第一和第二驱动图案的图案线通过第一通过孔以锯齿形式彼此电连接以形成围绕磁性层缠绕的线圈，并且第一和第二拾取图案的图案线通过第二通孔以锯齿形式彼此电连接以形成围绕磁性层缠绕的线圈，

8.一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，按从上到下的顺序包括：第二驱动图案和拾取图案(第一层)，磁条(第二层)，和属于X轴弱磁场传感器单元的第一驱动图案(第三层)，和第一驱动图案和第一拾取图案(第四层)，磁条(第五层)，和第二驱动图案和第二拾取图案(第六层)，

其中第一和第二驱动图案彼此电连接以形成围绕磁条缠绕的线圈，并且第一和第二拾取图案彼此电连接以形成围绕磁条缠绕的线圈。

9.一种使用印刷电路板制造技术制造弱磁场传感器的方法，包括步骤：

通过钻孔、电镀、曝光、显影、和蚀刻步骤在第一基板的表面提供X轴方向的第一驱动图案和第二拾取图案，和在第一基板的另一表面提供Y轴方向的第一驱动图案和第二拾取图案；

在第一基板的两面通过在第一基板上进行第一基层和磁性层的铺设来准备第一叠放板，随后进行曝光、显影和蚀刻；和

在上面和下面的第一叠放板上通过同时在上面和下面的第一叠放板上进行第二基层和磁性层的铺设来提供第二驱动图案和第二拾取图案，随后进行钻孔、电镀、曝光、显影和蚀刻。

10.根据权利要求9所述的方法，其中磁性层形成为带状；并且，在准备第一叠放板的步骤之前，还包括进行初步铺设以使该带状磁性层被叠放在第一基层的预定位置的步骤。

11.根据权利要求9所述的方法，其中第一基层和第二基层由半固化片组成。

12.根据权利要求11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。

13.根据权利要求9所述的方法，其中第一和第二叠放板通过钻孔形成第一通孔以便第一驱动图案和第二驱动图案彼此电连接；并且第一和第二叠放板通过钻孔形成第二通孔以便第一拾取图案和第二拾取图案彼此电连接。

14.根据权利要求13所述的方法，其中第一和第二驱动图案的图案线通过第一通孔彼此以锯齿形式电连接，以形成围绕磁性层缠绕的线圈；并且其中第一和第二拾取图案的图案线通过第二通孔彼此以锯齿形式电连接，以形成围绕磁性层缠绕的线圈。

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