專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，該探頭放置在被探測(cè)
磁場(chǎng)內(nèi)，其引出線的兩端的電氣特性隨外磁場(chǎng)的變化表現(xiàn)為巨磁阻抗的變化特性。本發(fā)明 屬磁場(chǎng)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
非晶或納米晶合金材料制成的磁性合金絲或磁性合金帶在一定的頻率范圍內(nèi)的 交流阻抗值隨外磁場(chǎng)的變化而發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象被稱(chēng)為巨磁阻抗效應(yīng)。巨磁阻抗效應(yīng)為 研發(fā)新型的小體積、高靈敏磁探測(cè)器件提供了可能。 在2005年4月的日本名古屋舉辦的國(guó)際磁學(xué)亞洲會(huì)議(INTERMAG Asia2005)上 發(fā)表了一篇題目為《采用MI傳感器的加速度表(Accelerometer UsingMI Sensor)》的文 章。在這篇文章中，作者描述了一種巨磁阻抗傳感探頭，其結(jié)構(gòu)如圖l所示。該探頭在磁性 合金絲的兩端引出導(dǎo)線，導(dǎo)線和傳感器下方的引線焊盤(pán)相連。該傳感器還包含一個(gè)以磁性 合金絲為軸線繞制的、用于產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)的微型線圈，其引線焊盤(pán)也在傳感器的下方。該巨 磁阻抗效應(yīng)傳感探頭存在易受干擾、尺寸大、靈敏度低的缺點(diǎn)。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，在磁 性合金絲或帶附近的外磁體會(huì)對(duì)其阻抗特性產(chǎn)生加性的附加阻抗。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的電 流回路所圍繞的面積大，容易耦合空間電磁波，影響阻抗測(cè)量。同時(shí)，加載在合金絲上用于 測(cè)量阻抗的高頻激勵(lì)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也容易輻射到空間中。如果附近有外磁體，則會(huì)產(chǎn) 生較大的附加阻抗。這將降低阻抗變化率，影響磁場(chǎng)探測(cè)的靈敏度。理論和實(shí)驗(yàn)還表明，磁 性合金絲或帶沿軸線方向放置在均勻磁場(chǎng)中時(shí)，雖然絲的直徑或帶的厚度很小，但是其內(nèi) 部磁場(chǎng)分布并不均勻，中間強(qiáng)，向端部逐漸變?nèi)?。在?nèi)部磁場(chǎng)較弱的位置，單位長(zhǎng)度的阻抗 隨外磁場(chǎng)變化率將較低。已有的傳感探頭的導(dǎo)線直接連接合金絲兩端，即所測(cè)阻抗包含絲 的兩端，所以探測(cè)靈敏度低。要提高探測(cè)靈敏度，則勢(shì)必需要增加合金絲的長(zhǎng)度與其直徑的 比例，這將增加探頭尺寸。同時(shí)，端部效應(yīng)的存在也使得合金絲的尺寸稍有變化時(shí)，其阻抗 變化特性將發(fā)生較大的改變，探頭生產(chǎn)加工時(shí)的一致性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，用以克服上 述已有的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭的不足，降低外磁體和端部效應(yīng)對(duì)傳感探頭巨磁阻抗效應(yīng) 的影響，能夠靈活適應(yīng)被探測(cè)空間的尺寸，具有一致的巨磁阻抗特性，同時(shí)提高傳感探頭探 測(cè)磁場(chǎng)的靈敏度。
本發(fā)明一種基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，其特征在于
厚度小于500iim的雙層柔性電路板的兩個(gè)電路層具有兩條重合、且長(zhǎng)度超過(guò)磁 性合金絲的端部效應(yīng)臨界長(zhǎng)度的直導(dǎo)線；兩條導(dǎo)線在一端通過(guò)過(guò)孔短接，另一端各有一個(gè) 引線焊盤(pán)；兩個(gè)引線焊盤(pán)通過(guò)雙股導(dǎo)線引出，以提供巨磁阻抗效應(yīng)的傳感電信號(hào)；其中一 條導(dǎo)線的中央斷開(kāi)一段長(zhǎng)度小于待測(cè)磁場(chǎng)寬度的間隙，并在間隙兩側(cè)具有兩個(gè)焊盤(pán)；將一根平放在所述柔性電路板導(dǎo)線上方且與導(dǎo)線等長(zhǎng)的磁性合金絲的中間段，通過(guò)常溫焊接點(diǎn) 接入到兩個(gè)焊盤(pán)上；通過(guò)無(wú)粘性絕緣薄膜將磁性合金絲沿導(dǎo)線方向伸直并貼附在柔性電路 板表面；通過(guò)粘性絕緣薄膜固定無(wú)粘性絕緣薄膜和磁性合金絲，從而構(gòu)成整個(gè)傳感探頭。所 述的端部效應(yīng)臨界長(zhǎng)度是在軸向的靜磁場(chǎng)作用下磁性合金絲中間段的內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度能夠 達(dá)到外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁性合金絲最小長(zhǎng)度，為已知值。此外，上述的一種基于柔性電路板的 巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，也可以采用磁性合金帶代替磁性合金絲。在所述柔性電路板表面， 垂直于所述間隙的兩側(cè)各有兩段標(biāo)線，用于標(biāo)記磁場(chǎng)的探測(cè)點(diǎn)。 本發(fā)明提出了一種新的基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，克服了已有傳 感探頭的不足。首先，輸入傳感探頭的電流回路所圍繞的面積等于雙層柔性電路板上兩根 導(dǎo)線以及雙股導(dǎo)線所包圍的面積。由于柔性電路板厚度小，該回路面積也大大減小。由此， 電流回路所耦合的空間電磁波較小，所以抗干擾能力好。同時(shí)，小的電流回路面積還將有利 于減小外磁體對(duì)傳感探頭所產(chǎn)生的附加阻抗，從而提高磁探測(cè)的靈敏度。其次，由于磁性合 金絲或帶沿軸線方向放置在均勻磁場(chǎng)中時(shí)，其內(nèi)部磁場(chǎng)分布存在端部效應(yīng)，即在端部的內(nèi) 部磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱。當(dāng)合金絲或帶的長(zhǎng)度大于端部效應(yīng)臨界長(zhǎng)度時(shí)，其中間段的內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng) 度趨于和外磁場(chǎng)強(qiáng)度一致。而通過(guò)本發(fā)明提出的探頭結(jié)構(gòu)，由于只有合金絲或帶的中間段 通過(guò)焊接連入阻抗測(cè)量回路，所以排除了端部效應(yīng)的影響，不會(huì)因?yàn)槎瞬坎糠衷谳^低的內(nèi) 部磁場(chǎng)下所產(chǎn)生的低阻抗變化率而干擾整個(gè)探頭的測(cè)量靈敏度。同時(shí)，本發(fā)明探頭也不因 為合金絲或帶的長(zhǎng)度和直徑的比例不同，而影響探頭阻抗特性，所以具有更好的一致性。通 過(guò)調(diào)節(jié)中間段的長(zhǎng)度可以適應(yīng)不同的被測(cè)磁場(chǎng)空間尺寸。此外，由于采用常溫焊接連接焊 盤(pán)和合金絲或帶，避免了高溫退火破壞合金絲或帶的磁特性。在粘性絕緣薄膜和合金絲或 帶之間夾入無(wú)粘性絕緣薄膜，可以減小用于固定的粘性絕緣薄膜對(duì)合金絲或帶的應(yīng)力，從 而減小應(yīng)力對(duì)其磁性的影響。


圖l是已有的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖其中，1為微型線圈，2為磁性 合金絲，3為焊盤(pán)。 圖2是本發(fā)明基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖其中，1為 粘性絕緣薄膜，2為無(wú)粘性絕緣薄膜，3為磁性合金絲或帶，4為柔性電路板，4-1為電路層1 ， 4-2為電路層2， 5為絕緣層，6為過(guò)孔，7為常溫焊接點(diǎn)，8為導(dǎo)線，9為焊盤(pán)，10為雙股導(dǎo)線。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例所采用的雙層柔性電路板的底面電路圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例所采用的雙層柔性電路板的正面電路圖。
圖5是基于本發(fā)明實(shí)施例的傳感探頭所實(shí)測(cè)的阻抗變化率隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度的變 化曲線圖中^^ ~ ~、 V標(biāo)識(shí)的曲線分別代表1.00MHz、3. OOMHz、
10. 00MHz、30. 00MHz、100. OOMHz頻率下的阻抗變化率。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具體的一個(gè)實(shí)施例所采用的雙層柔性電路板的底面和正面電路圖分別如 圖3和圖4所示。該柔性電路板的厚度為130iim、長(zhǎng)度為12mm、寬度為6mm。標(biāo)0的圓盤(pán)為 過(guò)孔，將上下導(dǎo)線在一端連接起來(lái)。標(biāo)1和2的圓盤(pán)為兩根導(dǎo)線在另一端的焊盤(pán)，雙股導(dǎo)線與這兩個(gè)焊盤(pán)焊接后引出。標(biāo)3的圓形孔是為雙股導(dǎo)線預(yù)留的串線孔。正面電路板上的導(dǎo) 線通過(guò)長(zhǎng)條形焊盤(pán)4和5斷開(kāi)，兩個(gè)焊盤(pán)之間的間隙寬度為lmm。在電路板的底面和正面 上，垂直于該間隙的兩側(cè)都有兩段標(biāo)線，該標(biāo)線用于標(biāo)記磁場(chǎng)探測(cè)點(diǎn)。直徑20 ii m、長(zhǎng)度8mm 的Co68.15Fe4.35Si12.5B15磁性合金絲的中間段通過(guò)銀膠焊接在焊盤(pán)4和5之間。在合金絲上覆 蓋一層10iim厚度、無(wú)粘性的聚乙烯絕緣薄膜，其長(zhǎng)度和寬度均小于柔性電路板，以在四邊 留出用于固定的邊。而后，采用60ym厚度、尺寸與柔性電路板相同的膠帶作為粘性薄膜， 覆蓋在聚乙烯薄膜之上，通過(guò)壓緊四邊封裝整個(gè)探頭。 由于柔性電路板厚度小，所以該測(cè)量傳感電路的回路面積小。實(shí)驗(yàn)表明，該探頭抗 外磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)，并且外磁體對(duì)該探頭所引入的附加阻抗很小。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，直徑20 ii m 的Co68.15Fe4.35Si12.5B15絲的端部效應(yīng)臨界長(zhǎng)度約為6mm。所以，本發(fā)明實(shí)施例連入測(cè)量電路 中的合金絲的內(nèi)部磁場(chǎng)能夠和外磁場(chǎng)一致，有效抑制了端部弱磁場(chǎng)的影響。銀膠焊接和聚 乙烯絕緣薄膜避免了溫度和應(yīng)力對(duì)合金絲磁性的影響。按照該設(shè)計(jì)方法制作的多個(gè)探頭的 阻抗隨外磁場(chǎng)的變化率具有很好的一致性。該探頭所探測(cè)的磁場(chǎng)空間尺寸最小可為lmm，能 夠?qū)π】臻g內(nèi)的磁場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)。圖5是采用本發(fā)明實(shí)施例制作的一個(gè)巨磁阻抗效應(yīng)傳感探 頭阻抗隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度U勺變化率(|Z|/|Zmax|)的實(shí)測(cè)曲線。依據(jù)該曲線，本發(fā)明實(shí)施例在 IOM至30MHz的頻率范圍內(nèi)具有較高的磁場(chǎng)探測(cè)靈敏度。
權(quán)利要求
一種基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，其特征在于厚度小于500μm的雙層柔性電路板的兩個(gè)電路層具有兩條重合、且長(zhǎng)度超過(guò)磁性合金絲的端部效應(yīng)臨界長(zhǎng)度的直導(dǎo)線；兩條導(dǎo)線在一端通過(guò)過(guò)孔短接，另一端各有一個(gè)引線焊盤(pán)；兩個(gè)引線焊盤(pán)通過(guò)雙股導(dǎo)線引出，以提供巨磁阻抗效應(yīng)的傳感電信號(hào)；其中一條導(dǎo)線的中央斷開(kāi)一段長(zhǎng)度小于待測(cè)磁場(chǎng)寬度的間隙，并在間隙兩側(cè)具有兩個(gè)焊盤(pán)；將一根平放在所述柔性電路板導(dǎo)線上方且與導(dǎo)線等長(zhǎng)的磁性合金絲的中間段，通過(guò)常溫焊接點(diǎn)接入到兩個(gè)焊盤(pán)上；通過(guò)無(wú)粘性絕緣薄膜將磁性合金絲沿導(dǎo)線方向伸直并貼附在柔性電路板表面；通過(guò)粘性絕緣薄膜固定無(wú)粘性絕緣薄膜和磁性合金絲，從而構(gòu)成整個(gè)傳感探頭。所述的端部效應(yīng)臨界長(zhǎng)度是在軸向的靜磁場(chǎng)作用下磁性合金絲中間段的內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度能夠達(dá)到外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁性合金絲最小長(zhǎng)度，為已知值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，其特征在 于所述磁性合金絲用磁性合金帶代替。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，其特征在 于在所述柔性電路板表面，垂直于所述間隙的兩側(cè)各有兩段標(biāo)線，用于標(biāo)記磁場(chǎng)的探測(cè) 點(diǎn)。
全文摘要
一種基于柔性電路板的巨磁阻抗效應(yīng)傳感探頭，屬于磁場(chǎng)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于該探頭采用含有兩條重合且長(zhǎng)度超過(guò)磁性合金絲或帶的端部效應(yīng)臨界長(zhǎng)度的直導(dǎo)線的雙層柔性電路板；兩條導(dǎo)線在一端通過(guò)過(guò)孔短接，另一端通過(guò)焊盤(pán)引出一根雙股導(dǎo)線，以提供傳感信號(hào)；其中一條導(dǎo)線中間斷開(kāi)一段間隙；將一根磁性合金絲或者一條磁性合金帶的中間段通過(guò)常溫焊接點(diǎn)接入到間隙兩側(cè)的兩個(gè)焊盤(pán)上；通過(guò)無(wú)粘性絕緣薄膜將磁性合金絲或帶沿導(dǎo)線方向伸直并貼附在柔性電路板表面，通過(guò)粘性絕緣薄膜加以固定，構(gòu)成整個(gè)傳感探頭。該傳感探頭在10MHz至30MHz內(nèi)具有靈敏的巨磁阻抗效應(yīng)，而且加工后具有一致的測(cè)量性能，在應(yīng)用時(shí)抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01R33/06GK101699309SQ20091023539
公開(kāi)日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者龐浩, 楊鈺, 王贊基 申請(qǐng)人:清華大學(xué)