TW556474B - Fluxgate sensor integrated in printed circuit board and method for manufacturing the same - Google Patents

Description

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一、【發明所屬之技術領域】 本發明廣泛地關於一種通量閘感測器，特別是關於一 種整合於印刷電路板中之通量閘感測器及其製造方法。'本 申請案係以韓國專利申請案第2〇〇2 - 1 3753號為根據，該案 申請於西元20 02年三月十四日，本文已將其納入參考資米斗 中。 、 二、【先前技術】 磁能之存在早已經由各種不同之物理現象所證實，雖 然由人類之眼睛與耳朵等感覺器官無法知覺其存在，一個 通量閘感測器卻能使人間接地感知磁能。就通量閘感測器 而言，使用軟磁線圈之磁感測器已利用了 一段長久時間°。 此種磁感測器係經由將線圈環繞纏捲於一由軟磁條所^二 之較大型桿狀核心或環狀核心所製成，並且使用一 ^雷 路以獲得與所測得之磁場成比例之磁場。 三 、

/ 然而、，習用之通量閘感測器具有下列問題。亦即， 所二用之通$閘感測器之結構係將線圈環繞纏捲於軟磁 系2大型桿狀核心或環狀核心，故其製造成本高且整 體積大，又由於激磁線圈與檢測磁場之故，通量 漏磁疋無可避免的。因此，不能保證高靈敏度。

之一 【發明内容】 本發明係克服上述先前技術之問題而做，故本 目的在於提供一種不僅能減小系統之整體體積、且能

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五、發明說明（2) 更精確地檢測磁場之整合於印刷電路板中的高靈敏度通量 閘感測器，以及一種製造此種高靈敏度通量閘感測^之^ 造方法。 ^ 本發明之另一目的則在於防止當外部磁場测量為愛 (〇)時，於通量變化檢測線圈中所發生的感應波。… 上述之目的可藉由依本發明之通量閘感測器而達成， 此種通量閘感測器包含：軟磁核心，包含一個下核心與一 個裝置於下核心之上的上核心，用以於印刷電路板上开^成 二封閉磁徑；一激磁線圈，如金屬膜般形成，實質上以數 字「8」之型態交錯地纏繞該上、下軟磁核心；以及一接 ，線圈，如金屬膜般形成，具備實質上以螺線管型態纏繞 ί ί、下軟磁核心之結構，且此接收線圈與該激磁線圈之 卜°卩輪廓位於相同之平面。 5亥上、下軟磁核心以其長度位於磁場檢測之方向中而 办成。 方法所 之圖案 將金屬 之金屬 二基板 經由將 的上核 述之目的 達成，其 亦由一種依本發明 步驟包含：依據為 之通量閘感測器 激磁線圈之形成 之製造 所預定 板係由 面上而形成；藉 過的該第一基板 蝕刻已黏著於第 、下軟磁核心； 、下軟磁核心中 心之一邊至另〆 餘刻第一基板之上的金屬片，其中該第一基 片黏著於 預浸膠片 片的表層 之一面與 一預浸膠 心而形成 一預浸膠片之一面與另一 與一軟磁膜黏合於已蝕刻 而形成一第二基板；經由 另一面的軟磁膜而形成上 片與一金屬片黏附於該上 第三基板；自各別軟磁核

556474 五、發明說明（3) 為該通孔鍍上金 圖案而韻刻黏附 及在形成該激磁 一個作為電傳導 孝人磁核心’並由 核心之激磁線圈 波產生，是故逆 邊水平分隔地形成穿透第三基板之通孔； 屬/依照為激磁線圈與接收線圈所預定之 於第三基板之一面與另一面的金屬片；以 線圈與接收線圈的該第三基板之表層形成 之用的焊墊。 依據本發明，藉由沿檢測方向形成一 於將接收線圈之結構係形成於纏繞該軟磁 之上，乃致通量變化檢測線圈中沒有應 磁（counter-magnetic)特性得以減小二w 上述之目的及本發明之特色，將藉由參照伴隨之圖示 以說明本發明之較佳實施例而更為明白。 四、【實施方式】 茲將參照伴隨之圖示，較詳細地說明本發明。 圖1為一概略圖，顯示依本發明之第一較佳實施例之 整合於印刷電路板中的通量閘感測器。此通量閘感測器具 有一第一與一第二桿式軟磁核心丨與2，伴隨著一激磁線圈 3以實質上為數字「8」之型態捲曲環繞其上，以及一接收 線圈4，以實質上為螺線管之型態捲曲環繞該激磁線圈3與 第一桿式軟磁核心1及第二桿式軟磁核心2。於下文中，此 種線圈以數字「8」之型態將第一與第二桿式軟磁核心整 體纏繞起來之纏繞結構將稱之為「聯合結構」。 圖2為一概略圖，簡略地顯示形成於印刷電路板之上 的、與圖1之第一與第二桿式軟磁核心丨與2之形狀一致之

556474 五、發明說明（4) 缠繞結構。 圖3 A至3 F係用以說明圖2之通量閘感測器之運作的時 間圖。圖3 A是由第一軟磁核心1所產生之磁場的一個波 形，圖3 B是由第二軟磁核心2所產生之磁場的一個波形， 圖3C是由該第一軟磁核心1所產生之通量密度的一個波 形，圖3 D是由該第二軟磁核心2所產生之通量密度的一個 波形’而圖3 E與3 F則是各別顯示誘發於該接收線圈之第一 與第二感應電壓Vindl與Vind2之波形，以及第一與第二感 應電壓相加之和Vindl+Vind2之波形。 藉由以數字「8」型態將第一與第二桿式軟磁核心1與 2整體纏繞之激磁線圈3(圖1與2)，及AC激磁電流之供應， 促使第一桿式軟磁核心1之内部磁場（Hext + Hexc)與通量密 度（Bext + Bexc)及第二桿式軟磁核心2之内部磁場 (Hext-Hexc)與通量密度（Bext — Bexc)以相反之方向作用 (圖3A、3B、3C、3D)。此處，Hext是外部磁場，Hexc是來 自激磁線圈之磁場，Bext是外部磁場之通量密度，而 則疋來自激磁線圈之通量密度。 接收線圈4之纏繞係藉以獲知第一與第二桿式軟磁核 心1〃2所各別產生之通量總和，並藉以檢測由…激磁電流 引發之通量變化。由於第-與第二桿式軟磁 Π 場之方向相反’故於接收線圈4所檢測之 感應電壓為該對稱產生之二咸瘫雷段 姓罢r園τ稱座玍I级應電壓Vmdl與Vind2之抵消 明確地說’由於外部磁場_係以相同之 方向應用於第一與第二桿式軟磁核心…，故第一與第二

556474 五、發明說明（5) 才干式核心1與2之内部磁場分別為jjext + Hexc與Hext-Hexc。 此時’如圖3E所示，經由各別核心1與2之内部磁場而於接 收，圈4誘發了電壓Vindl與^“？，而藉由檢測此等感應 電壓Vindl與Vind2之總和則可得知外部磁場Hext之大小。 、如同由上文可知者，就整合於印刷電路板中之通量閘 感測器的構造而言，以下各項之結合是重要的，亦即··將 第一與第二桿式軟磁核心丨與2以垂直上下方向形成、使激 磁線圈3具有數字「8」型態之聯合結構、以及使接收線圈 t與激磁線圈3之外部輪廓位於相同之平面，並使其以螺線 官之型態纏繞第一與第二桿式軟磁核心丨與2以獲得第一與 第二桿式軟磁核心1與2中的通量變化之總和。此乃因為了 由於激磁線圈所產生之通量在第一與第二桿式軟磁核心ι 與2形成一封閉磁徑，故上文所描述之通量閘感測器結構 在無外部磁場Hext之情況下抵消了第一與第二桿式 心1與2所產生之磁場感應波。

磁場之檢測亦可利用已 一軟磁核心結構來施行，然 情形下，檢測線圈處仍有源 產生，故該情況對於檢測線 過濾之較複雜的訊號處理。 /矩形圈式核心將具備較多 求的觀點而言。 裝置激磁線圈與接收線圈之單 而’由於即使在無外部磁場之 自車乂大激磁線圈的感應電壓波 圈之輸出結果需要像是增幅或 因此，使用兩個桿式核心或單 益處，特別是就訊號之處理需

圖4A至41是取自圖1中之1一1 於印刷電路板中之通量閘感測器 線的剖面圖， 的製造過程。 顯示該整合 此通量閘感

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測器使用一第一基板，該基板由兩銅片2 1與23各別附著於 一預浸膠片（prepr eg) 22之一面與另一面上而形成（圖 、 4A)。 然後，對於銅片21與23經由使用感光塗料與一曝光過 程而為該聯合結構之激磁線圈一終端形成一個圖案。之 後，再藉蝕刻而形成該激磁線圈的一個終端（圖4B )。 將一預次膠片2 4與軟磁層2 5黏合於已鍅刻過的該第一 基板之表層σ卩^7而形成第二基板（圖4C)，並藉由對該第一 基板之雙面上的金屬片使用感光塗料與曝光而為第一與第 二軟磁核心1與2形成圖案。 ^ 然後’經由蝕刻而形成第一與第二軟磁核心1盥 4D)。 ” 接著，經由將一預浸膠片26與一銅片27黏著於該第二 基板之表層而形成第三基板（圖4Ε)。 然後，由該第一與第二軟磁核心丨與2之一邊至另一邊 水平分隔地形成穿透第三基板的通孔28 (圖4F)。 為了形成激磁線圈與接收線圈之目的，為各通孔鍍上 金屬（圖4G)。 “接績之過程為：經由使用感光塗料與一曝光過程於黏 =在第三基板之一面與另一面的銅片±而為激磁線圈3與 J收線圈4形成一圖案，然後再蝕刻而形成激磁線圈3與接 =線圈4(圖4H)。將該激磁線圈3及圖4β之激磁線圈一並圖 案化_’使之具備實質上以數字「8」型態交錯地纏繞該上 、一）、下（第二）桿式軟磁核心丨與2整體之結構，並將該

556474 五、發明說明（7) 接收線圈4亦形成為且彳共垂# am ^ y r ^ λ 為/、備只負上以螺線官之型態整體纏繞 Λ—i、下（第二）桿式軟磁核心1與2之結構。 =A板Γ ^ ^ Γ劑之後（圖4 1)，經由使用—焊接遮罩於第 fί焊塾之二3份而形成一個作為電傳導之用的焊墊，並 於8亥谇墊之表層鍍上金（未圖示）。 板上Γ=ί依本發明之較佳實施例的形成於印刷電路 级纟M，感測器之平面圖。圖5Α係顯示激磁線圈之一 1斑；中之二？平面圖，該激磁線圈纏繞二桿式軟磁核心 1興Ζ甲之位於上而沾彳哲 ,,，的（第一）軟磁核心1 ;圖5B係顯示激磁 線圈之一終端3，夕游仙n τ „

式軟磁核心μ”之位：平面圖/該激磁、線圈纏繞二桿 ^ 位於下面的（第二）軟磁核心2。圖5A 繞上(第一）、下（第：匕：皮此相連接，並以交錯方式纏 、弟一）軟磁核心1與2。 圖5C是一平面圖，_ 磁核心1盘2整體纏达/ 第一）、下（第二)桿式軟 cn aiI % ^/廬％在一起之該接收線圈4的形狀，而圖 示將上(第一）、下(第二)桿式軟磁核 〇 ^體，.廛二在一起之該激磁線圈與接收線圈之形狀。 應日利ΐίΪΪ閑感測器可應用於各種不同之用途，例如 間接應用，此通量閘咸、、目丨时會叮古 ' 電位計、電流感測器;磁編碼器、無接點 A。以$ Μ & A 6扭力感測态以及位移感測器等等之 中 上诸例係為舉例性者，非為限制性者。 利用此種能與其他感測器及電路等共同整合於印刷電

556474 五、發明說明（8) 路板中之通 同時，由於 使是在檢測 又，因 狀核心以較 雖然上 之人士應了 制，各種不 義的本發明 量閘感 可變化 微弱的 為依本 便宜之 文說明 解：本 同之變 之精神 測器’系統之整體尺寸可大幅地減小。 地驅動各侧之核心所感應之電麼，故即 外部磁場時亦能維持高靈敏度。 發明之通量閘感測器能比桿式核心或環 價袼製造，故可大量生產。 了本备明之較佳實施例，但熟悉本技術 =7不應由所說明之較佳實施例所限 之申請專利範圍所定 556474 圖式簡單說明 - 五、【圖式簡單說明】 圖1係一典型圖示，顯示依本發明之第一較佳實施例 之通量閘感測器。 圖2為一概略圖，簡略地顯示依據形成於印刷電路板 之上的軟磁核心之形狀的纏繞結構。 圖3A至3F係用以說明圖1之通量閘感測器之運作的波 形。 圖4 A至4 I為取自沿圖1之通量閘感測器之I 一 Γ線的剖 面圖，用以顯示其製造過程。 〜 圖5 A係顯示激磁線圈之一終端形狀之平面圖，該激磁 瞻 線圈纏繞以垂直方式排列安裝的二桿式軟磁核心中之上核 圖5B係顯示激磁線圈之一終端形狀之平面圖，該激磁 線圈纏繞以垂直方式排列安裝的二桿式軟磁核心中之下核 心 〇 圖5C為一平面圖，顯示實質上以螺線管之型態整體纏 繞以垂直方式安裝排列的二桿式軟磁核心之接收線圈的形 狀。 圖5 D為一平面圖，顯示整體纏繞以垂直方式安裝排列 的二桿式軟磁核心之該激磁線圈與接收線圈。 元件符號說明： L〜第一桿式軟磁核心 ί〜第二桿式軟磁核心

第18頁 556474 圖式簡單說明 3〜激磁線圈 4〜接收線圈 3 ’〜激磁線圈之一終端 3 ’’〜激磁線圈之一終端 21〜銅片 2 2〜預浸膠片 2 3〜銅片 24〜預浸膠片 2 5〜軟磁層 2 6〜預浸膠片 2 7〜銅片 2 8〜通孔 Η〜磁場 Β〜通量密度 t〜時間 H e X t〜外部磁場 H e X c〜激磁線圈之磁場 β e X t〜夕卜部磁場之通量密度 B e X c〜激磁線圈之通量密度 Vindl〜第一感應電壓 Vind2〜第二感應電壓

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Claims (1)

1. 556474 六、申請專利範圍 、------ 1 · 一種通$閘感測器，包含： 軟磁核心’包含一下坊心访 祕 ^ ^ ^ 與〜裝置於下核心之上的上 核心，用以在印刷電路板上形志 仏i ^响 办成〜封閉磁徑； 一激磁線圈，如今麗脂；jn* jj/ 孟屬M般形成，實質上以數字「8 之型態交錯地纏繞該上、下軟磁 、 处a a响 卜秋磁核心；以及 一接收線圈，如金屬腺船形 ^ α屬膜舨形成，具備實質上以螺線管 型悲纏、，70 4上、下軟磁核心之姓 磁線圈之外部輪廊位於相同且此接收線圈與該激 2.如申請專利範圍第丄項之通量閘感測器，其中該上、下 軟磁核心以其長度位於一磁場檢測之方向中而排列。 3. —種通量閘 依據為形 之上的第一金 一第一預浸膠 藉由將一 第一基板之第 經由I虫刻 磁膜而形成一 心 ; 經由將一 下軟磁核心中 自各軟磁 感測器之製造方法，其包含以下步驟： 成激磁線圈而預定之圖案蝕刻位於第一基板 屬片’其中該第一基板係由將金屬片黏著於 片之一面與另一面之上而形成； 第二預浸膠片與一軟礤膜黏合於經蝕刻的該 一金屬片之表層而形成一第二基板； 已黏附於該第二基板之一面與另一面之該軟 位於上面之軟磁核心與一位於下面之軟磁核 第三預浸膠片與一第二金屬片黏附於該上、 之上核心而形成一第三基板； 核心之一邊至另一邊水平分隔的位置上形成

   556474 六、申請專利範圍 穿透該第三基板之通孔； 為該通孔鍍上金屬以形成一第三金屬片； 依照為激磁線圈與接收線圈所預定之圖案而蝕刻黏附 於該第三基板之一面與另一面之第三金屬片；以及 在形成該激磁線圈與接收線圈之處的該第三基板之表 層部份形成一個作為電傳導之用的焊墊。 4. 如申請專利範圍第3項之通量閘感測器之製造方法，其 中更包含為該焊墊之表層鍍上金之步驟。 5. 如申請專利範圍第3項之通量閘感測器之製造方法，其 中該上、下軟磁核心以其長度位於一磁場檢測之方向中而 排列。

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