CN205941858U - 一种螺线管线圈微型磁通门 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种螺线管线圈微型磁通门，包括相互键合的第一高阻硅片和第一高阻硅片，第一高阻硅片和第二高阻硅片的对合面之间具有一内置铁芯层的铁芯腔，铁芯腔的外周围绕设置有多个填充有线圈材料的螺线管腔，螺线管腔在第一高阻硅片和/或第二高阻硅片的外表面上形成有填充口，填充口上覆盖设置有保护层，保护层上开设有通至螺线管线圈的电极窗口。该螺线管线圈微型磁通门环保性好、制备简单、成品率高。

Description

一种螺线管线圈微型磁通门

技术领域

本实用新型涉及基于MEMS技术的磁通门传感器技术领域，具体涉及一种螺线管线圈微型磁通门。

背景技术

磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，利用磁感应强度和磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。磁通门传感器具有分辨力高、测量弱磁场范围宽、稳定可靠等优点，同时能够直接测量磁场的分量，因此特别适用于高速运动系统。传统的磁通门传感器是通过在软磁薄膜铁芯上绕制线圈来进行制作的，利用方法制作的磁通门传感器存在体积大、功耗高等缺点，不适合电子器件小型化发展。随着MEMS(micro-electro-mechanical system)技术的发展，可实现芯片量级的磁通门传感器的制作，能够将磁通门的体积缩小一个数量级，功耗也大大降低。采用MEMS技术研制微型磁通门成为国内外研究开发的热点。

三维微螺线管型磁通门由于具有四边都缠绕线圈的闭合方形磁芯，可以同时探测X轴和Y轴方向的弱磁场强度，具有更高的灵敏性和测量范围。现有的三维微螺线管型磁通门传感器中的三维螺线管线圈均是通过电镀方式实现的，即三维螺线管线圈中连接上下两个线圈的柱子是需要在支柱孔中通过电镀实现的，支柱孔电镀的成品率低，导致良率不佳，相应使得磁通门的制备成本高。另外电镀工艺使用的电镀液存在一定的毒害性，容易对环境产生污染，环保性差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种环保性好、成品率高的螺线管线圈微型磁通门。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种螺线管线圈微型磁通门，其特征在于：包括相互键合的第一高阻硅片和第二高阻硅片；

所述第一高阻硅片的内表面上刻蚀有一浅槽；

所述第一高阻硅片的内表面上还刻蚀有多组分布在所述浅槽两侧的支柱孔；

所述第一高阻硅片的外表面上刻蚀有分别与每组支柱孔相对应连通的第一线圈槽，所述第一线圈槽在所述第一高阻硅片的外表面上形成填充口，所述填充口上覆盖设置有 保护层，所述保护层上开设有通至所述螺线管腔的电极窗口；

所述第二高阻硅片的内表面上对应于每组支柱孔刻蚀有第二线圈槽；

所述第一高阻硅片和第一高阻硅片键合后，所述浅槽构成铁芯腔，所述第一线圈槽、一组支柱孔、第二线圈槽构成连通的螺线管腔；

所述铁芯腔填充铁芯材料以构成铁芯层，所述螺线管腔填充有线圈材料以构成螺线管线圈。

优选地，所述铁芯腔的内壁上沉积有绝缘层，所述螺线管腔的内壁上沉积有绝缘层。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中的螺线管线圈微型磁通门，将铁芯腔和螺线管腔刻蚀形成在两个键合的高阻硅片上，方便了螺线管腔中支柱孔的加工，相较于电镀的方法提高了支柱孔加工的成品率，相应地也提高了微型磁通门制备的成功率和产品质量，同时也避免了使用电镀工艺加工螺线管腔存在的毒害性。此外，使用两个高阻硅片键合的方式制备出的该微型磁通门可以方便调整铁芯腔的制备厚度，进而使得铁芯层的厚度不受制备工艺的限制。

附图说明

图1为本实用新型实施例中螺线管线圈微型磁通门的剖视图。

图2为本实用新型实施例中螺线管线圈微型磁通门的横截面图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1和如图2所示，本实施例中螺线管线圈微型磁通门的总体结构为：螺线管线圈微型磁通门包括相互键合的第一高阻硅片1和第一高阻硅片1，第一高阻硅片1和第二高阻硅片2的对合面之间具有一铁芯腔100，铁芯腔100的内壁上沉积有绝缘层101，绝缘层101内则内置有铁芯层102。铁芯腔100的外周围绕设置有多个的螺线管腔200，螺线管腔200的内壁上沉积有绝缘层101，线圈材料则填充在螺线管腔200的绝缘层101内，从而形成螺线管线圈201。螺线管腔200在第一高阻硅片1和/或第二高阻硅片2的外表面上形成有填充口300，填充口300上覆盖设置有保护层400，保护层400上开设有通至螺线管线圈201的电极窗口401。

其中第一高阻硅片1的内表面上刻蚀有一浅槽11。

第一高阻硅片1的内表面上还刻蚀有多组分布在所述浅槽11两侧的支柱孔12，支柱孔12的深度大于或等于浅槽11的深度。

第一高阻硅片1的外表面上刻蚀有分别与每组支柱孔12相对应连通的第一线圈槽13，第一线圈槽13在第一高阻硅片1的外表面上形成填充口300。

第二高阻硅片2的内表面上对应于每组支柱孔12刻蚀有第二线圈槽21。

第一高阻硅片1和第一高阻硅片1键合后，浅槽11则构成铁芯腔100，第一线圈槽13、一组支柱孔12、第二线圈槽21构成螺线管腔200。

本实施例中螺线管线圈微型磁通门可以通过下述的制备方法实现。

制备方法一包括如下步骤：

步骤一、选择第一高阻硅片1和第二高阻硅片2，分别对第一高阻硅片1和第二高阻硅片2进行处理。

其中对第一高阻硅片1的处理包括以下步骤：

步骤A1、在第一高阻硅片1的内表面沉积一层绝缘层101，该绝缘层101可以通过热氧化第一高阻硅片1表面的方法形成，也可以使用PECVD(Plasma-enhanced chemical-vapor deposition，即等离子体增强化学气相沉积法)的方法沉积二氧化硅绝缘层101。

步骤A2、根据微型磁通门中预制的铁芯的形态，在第一高阻硅片1的内表面上对应刻蚀浅槽11，本实施例中，在第一高阻硅片1的内表面上刻蚀一长方形的浅槽11，该浅槽11可以通过KOH(即氢氧化钾)或者TMAH(即四甲基氢氧化铵)材料进行刻蚀形成。

步骤A3、在浅槽11的底面上沉积一层绝缘层101，该绝缘层101可以选用二氧化硅层。

步骤A4、在浅槽11内的绝缘层101上通过电镀的方式制作软磁薄膜铁芯层，从而形成微型磁通门的铁芯层102。

步骤A5、在软磁薄膜铁芯层上覆盖设置聚合物层103，对该聚合物层103进行平面平整化处理，使得该聚合物层103的表面与第一高阻硅片1的内表面在一个平面上；

该聚合物层103可以选用BCB(Benzocyclobutene，即苯环丁烷)或者PI(Polyimide，即聚酰亚胺树脂)材料制成以保护软磁薄膜铁芯层。

对第二高阻硅片2的处理包括以下步骤：

步骤B1、在第二高阻硅片2的内表面沉积一层绝缘层101，该绝缘层101可以通过热氧化第一高阻硅片1表面的方法形成，也可以使用PECVD的方法沉积二氧化硅绝缘层101。

步骤B2、根据微型磁通门中预制的螺线管线圈201的位置，在第二高阻硅片2的第一表面上刻蚀多个第二线圈槽21，各第二线圈槽21的跨度大于所述浅槽11的宽度，第二线圈槽21可以使用DRIE(Deep reactive ion etching，即深反应离子刻蚀)的方法进行刻蚀形成。

步骤B3、在每条第二线圈槽21的内壁上沉积一层绝缘层101，该绝缘层101可以通过热氧化第一高阻硅片1表面的方法形成，也可以使用PECVD的方法沉积二氧化硅绝缘层101。

步骤二、将第一高阻硅片1的内表面和第二高阻硅片2的内表面相对设置并键合，第一高阻硅片1和第二高阻硅片2的键合可以通过在第一高阻硅片1的内表面或第二高阻硅片2的内表面铺干聚合膜104完成，第一高阻硅片1和第二高阻硅片2键合后使得浅槽11在第一高阻硅片1和第二高阻硅片2之间构成铁芯腔100，相应地软磁薄膜铁芯层即被夹设在聚合物层103和绝缘层101之间。

根据需要可以自第一高阻硅片1的外表面的一侧对第一高阻硅片1进行减薄处理。

步骤三、与各个第二线圈槽21相对应，在第一高阻硅片1与第一表面相对的第二表面上分别刻蚀第一线圈槽13；

在浅槽11的两侧的位置，分别自各第一线圈槽13向第一高阻硅片1的内表面方向刻蚀支柱孔12以连通第二高阻硅片2上对应的第二线圈槽21，以使得第一高阻硅片1上的第一线圈槽13、支柱孔12和第二高阻硅片2上的第二线圈槽21贯通形成围绕在铁芯腔100外周的螺线管腔200，第一线圈槽13位于第一高阻硅片1的外表面上的开口即构成填充口300。

而第一线圈槽13和支柱孔12的刻蚀，可以通过以下方法实现。

与各个第二线圈槽21相对应，在第一高阻硅片1的外表面上铺设复合掩模，进而先后刻蚀出支柱孔12和所述第一线圈槽13。

或者与各个第二线圈槽21相对应，以浅槽11底面的绝缘层101作为阻挡层，自第一高阻硅片1的外表面上向内表面方向一次刻蚀出与各第二线圈槽21相连通的支柱孔12和第一线圈槽13。

支柱孔12可以使用DRIE(Deep reactive ion etching，即深反应离子刻蚀)的方法进行刻蚀形成。

步骤四、分别在各第一线圈槽13和支柱孔12的内壁上沉积一层绝缘层101，该绝缘层101可以通过热氧化第一高阻硅片1表面的方法形成，也可以使用PECVD的方法沉积二氧化硅绝缘层。

步骤五、自每个填充口300分别向各螺线管腔200内填充线圈材料以在各螺线管腔200内形成螺线管线圈201，形成的各螺线管线圈201则围绕在软磁薄膜铁芯层的外周，线圈材料则采用现有的合金材料。

步骤六、在第一高阻硅片1的外表面上覆盖设置一层保护层400，对应于每个填充口300的位置，在保护层400上开设通至螺线管线圈201的电极窗口401，该保护层400可以选用BCB(即苯环丁烷)或者PI(即聚酰亚胺树脂)材料制成。

Claims (2)

1.一种螺线管线圈微型磁通门，其特征在于：包括相互键合的第一高阻硅片(1)和第二高阻硅片(2)；

所述第一高阻硅片(1)的内表面上刻蚀有一浅槽(11)；

所述第一高阻硅片(1)的内表面上还刻蚀有多组分布在所述浅槽(11)两侧的支柱孔(12)；

所述第一高阻硅片(1)的外表面上刻蚀有分别与每组支柱孔(12)相对应连通的第一线圈槽(13)，所述第一线圈槽(13)在所述第一高阻硅片(1)的外表面上形成填充口(300)，所述填充口(300)上覆盖设置有保护层(400)，所述保护层(400)上开设有通至所述螺线管腔(200)的电极窗口(401)；

所述第二高阻硅片(2)的内表面上对应于每组支柱孔(12)刻蚀有第二线圈槽(21)；

所述第一高阻硅片(1)和第一高阻硅片(1)键合后，所述浅槽(11)构成铁芯腔(100)，所述第一线圈槽(13)、一组支柱孔(12)、第二线圈槽(21)构成连通的螺线管腔(200)；

所述铁芯腔(100)填充铁芯材料以构成铁芯层(102)，所述螺线管腔(200)填充有线圈材料以构成螺线管线圈(201)。

2.根据权利要求1所述的螺线管线圈微型磁通门，其特征在于：所述铁芯腔(100)的内壁上沉积有绝缘层(101)，所述螺线管腔(200)的内壁上沉积有绝缘层(101)。