專利名稱：使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器及其制作方法，以及更具體地說涉及使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器及其制作方法，其中用激勵(lì)電路圖形和檢測電路圖形來纏繞矩形環(huán)形磁芯，以及分別在x軸和y軸方向中實(shí)現(xiàn)弱磁場傳感器以便精確地計(jì)算方位，從而自動(dòng)檢測具有與地磁場相似的強(qiáng)度的弱磁場。
背景技術(shù)：
近年來，隨著由于移動(dòng)電話和移動(dòng)終端的普及，擴(kuò)展了各種信息服務(wù)，位置信息服務(wù)已經(jīng)變成基本功能，但在未來還需要更詳細(xì)和便捷的服務(wù)。另外，需要能自動(dòng)檢測當(dāng)前位置的傳感器來獲得所需位置信息。
對(duì)用于提供位置信息的裝置來說，已經(jīng)將用于自動(dòng)檢測地磁場以及檢測位置的弱磁場傳感器，即，使用磁性材料和線圈，用于自動(dòng)檢測地球的弱磁場的磁傳感器用作高靈敏度磁傳感器。
傳統(tǒng)的弱場磁傳感器是通過用手將導(dǎo)電線圈繞在由磁性帶形成的相對(duì)大的桿狀鐵芯或環(huán)狀鐵芯上形成的。另外，需要電路來獲得與測量磁場成比例的磁場。例如，將磁通門磁傳感器用作傳統(tǒng)弱磁場傳感器的普通部件。磁通門磁傳感器使用由高導(dǎo)磁率磁性材料形成的鐵芯，并使用由纏繞該磁芯的初級(jí)線圈生成的電壓差來識(shí)別方向，從而自動(dòng)檢測弱磁場。
在常規(guī)方向中，通過將由銅制成的銅線纏繞在圓形磁芯上來形成傳統(tǒng)的磁通門磁傳感器。詳細(xì)地說，在磁能門磁傳感器中，通過以常規(guī)間隔和應(yīng)力，在常規(guī)方向中，將由銅制成的銅線纏在磁芯上來形成激勵(lì)線圈(初級(jí)線圈)以便在磁芯中生成磁場。此后，形成拾波線圈(pick up coil)(次級(jí)線圈)以便自動(dòng)檢測由激勵(lì)線圈在磁芯中生成的磁場，以及在這種情況下，也通過以常規(guī)間隔和應(yīng)力將銅線纏在磁芯上來形成拾波線圈。
如上所述，通過纏繞銅線形成的磁能門磁傳感器包括激勵(lì)線圈和用于檢測由該激勵(lì)線圈在磁芯中生成的磁場的拾波線圈。使用在前已經(jīng)公知的線卷技術(shù)(wire coil)，將激勵(lì)和拾波線圈纏在磁芯上。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)將次級(jí)線圈纏繞成與x和y方向垂直，因?yàn)樗鼘⒁獪?zhǔn)確地分析磁場的靈敏度。
在傳統(tǒng)的磁通門磁傳感器中，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確地將線圈纏在鐵芯上。由于線圈具有幾十微米的直徑，很難保持這種位置準(zhǔn)確性。因此，由于導(dǎo)線受溫度、光和表面材料的影響，降低了線圈的位置準(zhǔn)確性。
另外，磁通門磁傳感器的問題在于直接將線圈纏繞在磁芯上，以便頻繁地切斷線圈。另外，增加了傳感器的大小，以致傳感器不符合電子設(shè)備趨向小型化和質(zhì)輕的趨勢，因此，增加了功耗。
為解決傳統(tǒng)磁能門磁傳感器的問題，在US專利Nos.5,936,403和6,270,686中公開了一種弱磁場傳感器。在這些專利中，通過將每個(gè)具有圓形導(dǎo)體圖形的兩個(gè)非晶板層疊在環(huán)氧樹脂基板的相對(duì)面上來形成非晶鐵芯，環(huán)氧樹脂基板具有蝕刻在其上的具體圖形以及用于垂直導(dǎo)電率(vertical conductivity)的電容，以及具有線圈x和線圈y的環(huán)氧樹脂基底分別層疊在非晶鐵芯的頂面和底面上。
然而，在美國專利No.5,936,403中，由于通過將每個(gè)具有圓形圖形的兩個(gè)非晶板層疊在環(huán)氧樹脂基板的相對(duì)面上以便與該圓形圖形對(duì)應(yīng)來形成非晶鐵芯，使弱磁場傳感器的制作工藝變得復(fù)雜并且由于許多層的傳感器，增加了制作成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，做出了本發(fā)明，以及本發(fā)明的目的是提供使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器及其制作方法，其中將受地磁場影響的磁芯形成為矩形環(huán)形閉合磁路，從而最小化泄漏在激勵(lì)磁芯中生成的磁通量。
本發(fā)明的另一目的是提供使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器及其制作方法，其中分開激勵(lì)線圈，以便分別將它們纏繞在磁芯的兩部分上，因此消除了磁芯中生成的激勵(lì)信號(hào)，從而很容易處理在該鐵芯中生成的信號(hào)。
本發(fā)明的另一目的是提供印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器，具有高靈敏度以及在批量生產(chǎn)和低制作成本方面很有利。
本發(fā)明的另一目的是提供印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器，能精確地檢測磁場并且微型化。
為實(shí)現(xiàn)上述問題，本發(fā)明提供使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器，包括第一磁芯，具有彼此并聯(lián)連接的第一和第二鐵芯；第一激勵(lì)線圈，分別纏繞在所述第一和第二鐵芯上以便向所述第一磁芯提供交變激勵(lì)電流；以及第一檢測線圈，與所述第一激勵(lì)線圈一起交替安置在形成所述第一激勵(lì)線圈的相同表面上，以便檢測在所述第一磁芯中生成的磁通量的變化；其中在相同的表面形成由螺線管的金屬材料形成的所述第一激勵(lì)線圈，用于交替電流激勵(lì)和差動(dòng)激勵(lì)，以及由螺線管的金屬材料形成的所述第一檢測線圈，用于檢測在所述第一磁芯中生成的所述磁通量的變化；其中在檢測所述磁通量的方向中形成所述第一磁芯以便減小去磁場分量。
所述第一磁芯為矩形環(huán)形鐵芯。
所述彼此分開的激勵(lì)線圈以及檢測線圈是在相同表面上形成的電磁鐵線圈，并環(huán)繞所述第一磁芯。
通過涂以銅的盲通孔，連接所述激勵(lì)線圈和所述檢測線圈的每一個(gè)的上下部分。
安置每一個(gè)所述激勵(lì)線圈的連接焊盤以及所述檢測線圈的連接焊盤以形成兩條線路。
分別從所述第一和第二鐵芯的下面部分纏繞所述激勵(lì)線圈，并且它們是彼此對(duì)稱的。
所述弱磁場傳感器進(jìn)一步包括第二磁芯，具有彼此并聯(lián)連接并且在垂直于形成所述第一磁芯的表面的表面上形成的第三和第四鐵芯；第二激勵(lì)線圈，分別纏繞在所述第三和第四鐵芯上，以便向所述第二磁芯提供交變激勵(lì)電流；以及第二檢測線圈，與所述第二激勵(lì)線圈一起交替安置在形成所述第二激勵(lì)線圈的相同表面上，并纏繞所述第三和第四鐵芯，以便檢測在所述第二磁芯中生成的磁通量的變化。
在印刷電路板上形成所述磁芯、所述激勵(lì)線圈以及所述檢測線圈，以及所述印刷電路板包括敷銅箔疊層板(CCL)以及半固化片，以及由FR-4環(huán)氧樹脂、BT樹脂、聚四氟乙烯以及聚酰亞胺中的一個(gè)形成所述半固化片。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器，包括敷銅箔疊層板；通過蝕刻分別安置在所述敷銅箔疊層板兩面上的銅箔，使用所述激勵(lì)電路圖形形成的激勵(lì)線圈；使用與所述激勵(lì)線圈交替安置在形成所述激勵(lì)線圈的相同表面上的檢測電路圖形形成的檢測線圈；在層間形成的x軸磁芯，所述每層具有分別形成激勵(lì)和檢測線圈的激勵(lì)和檢測電路圖形；以及粘合劑，用于將所述層連接到所述x軸磁芯上；其中在檢測磁通量的方向中形成所述x軸磁芯以便減小去磁分量。
弱磁場傳感器進(jìn)一步包括在垂直于形成所述x軸磁芯的表面的表面上形成的y軸磁芯。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種制造使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器的方法，包括步驟在敷銅箔疊層板上，使用在所述敷銅箔疊層板的兩面上形成的銅箔，形成具有在上磁芯之下和下磁芯之上的兩個(gè)部分的每一個(gè)上形成的激勵(lì)和檢測電路圖形的第一內(nèi)層；通過分別將用于形成上下磁芯的磁帶放置在上半固化片之上以及下固化片之下，以及將所述磁帶連同所述半固化片分別粘合在所述第一內(nèi)層的兩面上以便所述磁帶與所述第一內(nèi)層接觸來形成第二內(nèi)層；通過分別在所述第二內(nèi)層的兩面上形成上下半固化片，以及在所述上固化片之上以及所述下固化片之下的兩個(gè)部分的每一個(gè)形成銅箔來形成外層；使用激光鉆孔，去除部分所述銅箔以便形成用于連接在呈螺線管的上下磁芯的每一個(gè)之上和之下形成的激勵(lì)電路圖形，以及連接在呈螺線管的上下磁芯的每一個(gè)之上和之下形成的檢測電路圖形；蝕刻使用激光鉆孔去除銅箔的部分，用于僅去除環(huán)氧樹脂，以便暴露所述第一內(nèi)層的電路圖形，并且對(duì)暴露于外面的表面和盲通孔涂敷金屬；通過曝光和蝕刻過程，在所述上磁芯之上以及所述所述下磁芯之下的兩個(gè)部分的每一個(gè)上形成激勵(lì)和檢測電路圖形。
形成所述第二內(nèi)層的步驟通過下述步驟來執(zhí)行分別將上下半固化片放置在所述第一內(nèi)層之上和之下；精確地放置用于分別在所述上半固化片之上以及所述下固化片之下形成所述上下磁芯的磁帶；敷層制造成大于所述磁帶的所述銅箔以便找出所述銅箔的精確位置；在高溫和高壓下，分別將所述磁帶連同所述半固化片粘合在所述第一內(nèi)層的兩面上，以便所述磁帶與所述第一內(nèi)層接觸；以及通過成形、曝光、顯影和蝕刻感光涂層，形成上下磁芯。
因此，根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器包括在外形成的磁芯，由金屬材料制成的激勵(lì)線圈(激勵(lì)電路)，用于交變電流激勵(lì)，以及由金屬材料制成的檢測線圈(檢測電路)，檢測由激勵(lì)線圈感應(yīng)的磁通量的變化。在檢測磁通量的方向中形成磁芯以便減小去磁場分量。另外，本發(fā)明的弱磁場傳感器包括分別繞矩形環(huán)形磁芯的兩個(gè)并行鐵芯的單獨(dú)的差動(dòng)激勵(lì)線圈(激勵(lì)電路)，以及在形成激勵(lì)線圈的相同表面中形成的檢測線圈，以便獲得在磁芯中生成的磁通量的總和。因此，如果外部磁場為零，在檢測線圈沒有感應(yīng)波形。
另外，弱磁場傳感器包括包含在相同表面中形成的矩形環(huán)形磁芯的一個(gè)部件，以便最小化從磁芯泄漏的磁場分量，所形成的激勵(lì)線圈彼此分開，以便分別位于磁芯之上和之下檢測電路圖形彼此對(duì)應(yīng)，以及在激勵(lì)線圈間形成的檢測線圈形成在具有與一個(gè)部件旋轉(zhuǎn)90°的相同結(jié)構(gòu)的另一部件之上或之下，以致傳感器能具有高靈敏度。


從下述結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將更容易理解本發(fā)明的上述和其他目的、特征和其他優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明，除最外層以外，具有分別在x軸和y軸方向中形成的傳感器的弱磁場傳感器的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明，沿圖1的線E-E′所做的截面圖；圖3a和3b是根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板的弱磁場傳感器的x軸和y軸磁芯的示意圖；圖4a至4c是根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板，在弱磁場的x軸磁芯中形成的激勵(lì)電路圖形和檢測電路圖形的示意圖，其分別表示上下電路圖形、x軸磁芯的上電路圖和下電路圖的示意圖；圖5a至5c是根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板，在弱磁場的y軸磁芯中形成的激勵(lì)電路圖形和檢測電路圖形的示意圖，其分別表示上下電路圖形、y軸磁芯的上電路圖和下電路圖的示意圖；圖6a至6m是表示根據(jù)本發(fā)明，制作使用印刷電路板的弱磁場傳感器的過程的視圖；圖7a至7f是根據(jù)本發(fā)明，表示在使用印刷電路板的弱磁場傳感器中，在x軸或y軸方向中操作的時(shí)序圖；圖8表示根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器的第一敷層(laying-up)結(jié)構(gòu)的例子；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板的弱磁場傳感器中，在x軸磁芯上下形成的電路圖形的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考圖形，其中在不同圖中使用相同的標(biāo)記來表示相同或相似的部件。
在下文中，將參考附圖來詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器及其制作方法。
圖1是根據(jù)本發(fā)明，除最外層以外，具有分別在x軸和y軸方向中形成的傳感器的弱磁場傳感器的示意圖，其示意性地表示使用分開的激勵(lì)線圈，同時(shí)自動(dòng)檢測x軸和y軸方向中的磁場的弱磁場傳感器的結(jié)構(gòu)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明，沿圖1的線E-E′所做的截面圖，其表示弱磁場傳感器的截面結(jié)構(gòu)。在這種情況下，分開的激勵(lì)線圈表示它們分別纏繞在兩個(gè)磁芯的每一個(gè)的平行的兩部分上。
參考圖1和2，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器包括x軸磁芯1、與x軸磁芯1垂直的y軸磁芯2以及纏在x軸和y軸磁芯1和2上的線圈。即，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的弱磁場傳感器包括分別安置在印刷電路板的敷銅箔疊層板51上下的x軸和y軸磁芯1和2。在這種情況下，標(biāo)記55a和55b分別表示第一疊層半固化片，以及標(biāo)記60a和60b分別表示第二疊層半固化片。將線圈分成激勵(lì)線圈和檢測線圈，這將結(jié)合圖4a至5c來詳細(xì)地描述。
圖3a和3b是根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板的弱磁場傳感器的x軸和y軸磁芯的示意圖。在圖3a中，標(biāo)記3和4分別表示x軸上磁芯(在下文稱為“A鐵芯”)和x軸下磁芯(在下文中稱為“B鐵芯”)。另外，在圖3b中，標(biāo)記5和6分別表示y軸上磁芯(在下文稱為“C鐵芯”)以及y軸下磁芯(在下文稱為“D鐵芯”)。如圖3a和3b所示，盡管x軸和y軸磁芯1和2分別形成為具有矩形環(huán)形，磁芯的形狀并不局限于矩形環(huán)形，而是如果將檢測線圈和激勵(lì)線圈纏繞在彼此連接的磁芯1和2的每一個(gè)的并行兩部分上，可以任何形狀形成。
圖4a至4c是根據(jù)本發(fā)明，在使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器的x軸磁芯中形成的激勵(lì)電路圖形和檢測電路圖形的示意圖。圖4a表示x軸蹙著眉的上下電路圖形的示意圖。圖4b表示x軸磁芯的上電路圖形的示意圖。圖4c表示x軸磁芯的下電路圖形的示意圖。
本發(fā)明的磁芯包括x軸磁芯1和y軸磁芯2。x軸磁芯1包括A鐵芯3和B鐵芯4。垂直于x軸磁芯1的y軸磁芯1包括C鐵芯5和D鐵芯6。
具體來說，繞A鐵芯3形成上檢測電路連接焊盤7和7′、上檢測電路圖形8和8′、下檢測電路連接焊盤9和9′、下檢測電路圖形10和10′、上激勵(lì)電路連接焊盤11和11′、上激勵(lì)電路圖形12和12′、下激勵(lì)電路連接焊盤13和13′以及下激勵(lì)電路圖形14和14′。以同樣的方式，繞B、C和D鐵芯4、5和6形成相應(yīng)的檢測和激勵(lì)電路圖形和連接焊盤。標(biāo)記15和22與B鐵芯4有關(guān)，標(biāo)記23至30與C有關(guān)，以及標(biāo)記31至38與D鐵芯6有關(guān)。
如圖4a和4b所示，形成在x軸磁芯1上下的激勵(lì)電路圖形通過盲通孔彼此連接以便分別將兩個(gè)激勵(lì)線圈纏繞在兩個(gè)A和B鐵芯3和4上。
在這種情況下，如果將交變激勵(lì)電流應(yīng)用到x軸磁芯1上，在并行安置在兩個(gè)相同表面上的兩個(gè)A和B鐵芯3和4中反向生成兩個(gè)磁通量。
另外，在x軸磁芯1上下形成的檢測電路圖形通過盲通孔彼此連接，以便將用于檢測磁通量的變化的檢測線圈形成為使用盲通孔，纏繞在兩個(gè)A和B鐵芯3和4上，如圖4b所示，以便獲得在兩個(gè)A和B鐵芯3和4中生成的磁通量的總和。
由于兩個(gè)A和B鐵芯3和4中生成的磁通量具有相反方向，因此在用于檢測由于應(yīng)用交變激勵(lì)電流引起的電磁感應(yīng)導(dǎo)致的磁通量變化的檢測線圈中的第一和第二感應(yīng)電壓相互抵消。然而，由于當(dāng)在兩個(gè)A和B鐵芯3和4的軸向應(yīng)用外部磁場Hext時(shí)，在同一方向?qū)⑼獠看艌鯤ext應(yīng)用到A和B鐵芯3和4，當(dāng)將激勵(lì)磁場稱為Hexc時(shí)，兩個(gè)A和B鐵芯3和4中的磁場分別為Hext+Hexc以及Hext-Hexc。稍后，將參考圖7a至7f來描述A和B鐵芯3和4中的磁場、磁力線密度以及感應(yīng)電壓。
參考圖4a至4c，在根據(jù)本發(fā)明的使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器中，繞A和B鐵芯3和4，分別將分開的激勵(lì)線圈纏繞成螺線管形，以及將用于檢測磁通量變化的檢測線圈安置在呈螺線管的激勵(lì)線圈之間以便獲得在兩個(gè)A和B線圈3和4中生成的磁通量的變化總和。盡管在本發(fā)明的實(shí)施例，相對(duì)兩個(gè)激勵(lì)線圈，形成用于檢測磁通量變化的一個(gè)檢測線圈，檢測線圈的數(shù)量并不局限于一個(gè)。
如上所述，使用在印刷電路板上形成為纏繞A和B鐵芯3和4的激勵(lì)線圈和檢測線圈，并x軸磁性線圈1形成為閉合磁路以便當(dāng)不將地外部磁場Hext應(yīng)用到A和B鐵芯3和4時(shí)，A和B鐵芯3和4中的感應(yīng)波形相互抵消。在這種情況下，分別在A和B鐵芯3和4上下形成電路圖形，以及在A鐵芯上下形成的電路圖形與B鐵芯上下形成的電路圖形相互對(duì)稱。
對(duì)構(gòu)造該電路圖形，使用盲通孔來連接在A和B鐵芯3和4上下形成的電路圖形。在這種情況下，使用連接焊盤來降低在應(yīng)用印刷電路板技術(shù)的情況下的定位精度的公差。
連接焊盤的數(shù)量與纏繞A和B鐵芯3和4的電路數(shù)量相同。如果連接焊盤間的距離很遠(yuǎn)，纏繞A和B鐵芯3和4的電路圖形間的距離也很遠(yuǎn)，以致傳感器的靈敏度變得很低。
因此，本發(fā)明通過在恒定區(qū)域內(nèi)安置最大數(shù)量的連接焊盤來提供一種具有高靈敏度傳感器的傳感器。然而，將激勵(lì)線圈和檢測線圈形成為螺線管，以及在A鐵芯上下形成的電路圖形以及在B鐵芯上下形成的電路圖形彼此對(duì)稱。
如圖1所示的連接焊盤安置在分為四條上線路、四條中線路以及四條下線路的十二條Z形線上。使用位于四條上線路中的兩條上線路上的連接焊盤來連接上下激勵(lì)電路圖形，以及使用位于四條上線路的剩余兩條線路上的連接焊盤來連接上下檢測電路圖形。在這種情況下，使用位于四條下線路中的連接焊盤與使用位于四條上線路中的連接焊盤對(duì)稱。即，使用位于四條下線路中的兩條下線路上的連接焊盤來連接上下激勵(lì)電路圖形，以及使用位于四條下線路的剩余兩條線路上的連接焊盤來連接上下檢測電路圖形。另外，使用位于四條路線上的連接焊盤來連接上下激勵(lì)電路圖形。即，使用位于四條中線路中的上兩條線路上的連接焊盤來連接繞上鐵芯放置的上下激勵(lì)電路圖形，以及使用繞剩余兩條線路放置的連接焊盤來連接繞下鐵芯放置的眄激勵(lì)電路圖形。
參考圖4b和4c，下面將描述纏繞激勵(lì)線圈的方法。在這種情況下，為便于說明，將參考圖4b和4c來描述位于下左側(cè)的B鐵芯4。
如圖4b和4c所示，在安置連接焊盤的情況下，開始從第一下激勵(lì)電路L1形成激勵(lì)電路圖形。
通過激勵(lì)電路圖形，將第一下激勵(lì)電路連接焊盤L1連接到第二下激勵(lì)電路連接焊盤L2，將第二下激勵(lì)電路連接焊盤L2連接到第三上激勵(lì)電路連接焊盤L3，以及通過激勵(lì)電路圖形，將第三上激勵(lì)電路連接焊盤L3連接到第四上激勵(lì)電路連接焊盤L4。將第四上激勵(lì)電路連接焊盤L4通過盲通孔連接到第五下激勵(lì)電路連接焊盤L5，以及通過激勵(lì)電路圖形，將第五下激勵(lì)電路連接焊盤L5連接到第六下激勵(lì)電路連接焊盤L6，將第六下激勵(lì)電路連接焊盤L6連接到第七上激勵(lì)電路連接焊盤L7，以及通過激勵(lì)電路圖形，將第七上激勵(lì)電路連接焊盤L7連接到第八上激勵(lì)電路連接焊盤L7。因此，在B鐵芯4上纏繞2匝激勵(lì)線圈。在這種情況下，以相同的方式，將激勵(lì)線圈纏繞在面對(duì)所述線圈的線圈上以致在相反的方向中生成磁通量。
同時(shí)，將檢測線圈按如下纏繞在x軸磁芯1上。首先，通過盲通孔，經(jīng)由來自線圈的起始點(diǎn)39的檢測電路圖形，將第一上檢測電路連接焊盤R1連接到第二下檢測電路連接焊盤R2上，經(jīng)由檢測電路圖形，將第二下檢測電路連接焊盤R2連接到第三下檢測電路連接焊盤R3，以及通過盲通孔，將第三下檢測電路連接焊盤R3連接到第四上檢測電路連接焊盤R4。此后，通過檢測電路圖形，將第四上檢測電路連接焊盤R4連接到第五上檢測電路連接焊盤R5，以及通過盲通孔，將第五上檢測電路連接焊盤R5連接到第六下檢測電路連接焊盤R6，經(jīng)由檢測電路圖形，將第六下檢測電路連接焊盤R6連接到第七下檢測電路連接焊盤R7。通過如上所述的方法，將檢測線圈纏繞到A和B鐵芯3和4附近的未端40。在這種情況下，可將上檢測或激勵(lì)電路連接焊盤的位置改變到下檢測或激勵(lì)電路連接焊盤的位置，以及可將上檢測或激勵(lì)電路圖形的位置改變到下檢測或激勵(lì)電路圖形的位置。
在這種情況下，為降低印刷電路板的大小以及允許以Z字圖形，彼此對(duì)稱地將電路圖形纏繞到A和B鐵芯3和4的每一個(gè)上，安置連接焊盤的線的數(shù)量最好為兩條，盡管該數(shù)量可為三或三條以上。如果線路的數(shù)量大于三條線路，印刷電路板的長度變得很長，從而很難以Z字圖形，彼此對(duì)稱地將電路圖形纏繞在A和B鐵芯3和4的每一個(gè)上同時(shí)使電路圖形穿過連接焊盤。
圖5a至5c是在使用根據(jù)本發(fā)明的使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器的y軸磁芯中形成的激勵(lì)電路圖形和檢測電路圖形的示意圖。圖5a表示y軸磁芯的上下電路圖形的示意圖。圖5b表示y軸磁芯的上電路圖形的示意圖。圖5c表示u軸磁芯的下電路圖形的示意圖。即，圖5a至5c具有相似的結(jié)構(gòu)，與圖4a至4c的圖形比較，反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90°。
另外，纏繞用于檢測磁通量變化的檢測線圈以便獲得通過連接使用盲通孔，在兩個(gè)磁芯的每一個(gè)的上下形成的上下檢測電路圖形，在鐵芯中生成的磁通量的變化總和。安置如圖5a至5c所示的激勵(lì)線圈和檢測線圈的方法與安置如圖4a至4c所示的激勵(lì)線圈和檢測線圈的方法類似，除將它們安置成與圖4a至4c所示的激勵(lì)和檢測線圈垂直以外。在水平和垂直方向中安置弱磁場傳感器的原因在于使用精確的方位角來檢測弱磁場。
因此，x軸和y軸磁芯形成在一個(gè)印刷電路板上，并且激勵(lì)線圈和檢測線圈形成為圍繞每個(gè)磁芯。
弱磁場傳感器包括一個(gè)含在相同表面上形成的矩形環(huán)形磁芯的部件，以便最小化從該磁芯、形成為彼此分開的激勵(lì)線圈泄漏的磁場分量，以便分別檢測放置在磁芯上下的彼此對(duì)應(yīng)的電路圖形，以及在具有與該一個(gè)部件相同結(jié)構(gòu)的、旋轉(zhuǎn)90°的另一個(gè)部件上下形成在激勵(lì)線圈間形成的檢測線圈，以便傳感器能具有高靈敏度。
同時(shí)，圖7a至7f是表示在根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器中，在x軸或y軸中的操作的時(shí)序圖。
圖7a表示在第一磁芯中的磁場的波形。圖7b表示在第二磁芯中的磁場的波形。圖7c表示在第一磁芯中磁通密度的波形。圖7d表示在第二磁芯中的磁通密度的波形。圖7e表示在檢測線圈中感應(yīng)的第一和第二感應(yīng)電壓。圖7f表示從檢測線圈感應(yīng)的第一和第二感應(yīng)電壓的總和。在這種情況下，第一和第二磁芯可分別是A和B鐵芯，或C和D鐵芯。
參考圖7a至7f，在印刷電路板上形成繞每個(gè)矩形環(huán)形A和B線圈形成檢測線圈和激勵(lì)線圈的結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，由于在兩個(gè)A和B鐵芯3和4中生成的磁通量具有相反方向，因此在檢測線圈中感應(yīng)的第一和第二感應(yīng)電壓彼此抵消，該檢測線圈用于檢測由于應(yīng)用交變激勵(lì)電流而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)導(dǎo)致的磁通量的變化。感應(yīng)電壓是通過感應(yīng)產(chǎn)生的以及由于磁通量的變化，從激勵(lì)線圈生成的電壓。
然而，由于當(dāng)在兩個(gè)A和B鐵芯3和4的軸向應(yīng)用外部磁場Hext，在相同方向，將外部磁場Hext應(yīng)用到A和B鐵芯3和4中，如果將激勵(lì)磁場稱為Hexc，那么在兩個(gè)A和B鐵芯3和4中的磁場分別為Hext+Hexc以及Hext-Hexc。在這種情況下，圖7c和7d表示在這些磁場中的磁通密度。
在這種情況下，如圖7e所示，在檢測線圈中感應(yīng)電壓。通過由信號(hào)處理電路測量電壓的大小，可找出外部磁場Hext的大小。
同時(shí)，圖8表示使用根據(jù)本發(fā)明的印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器的第一敷層結(jié)構(gòu)的例子，其表示在考慮到工件大小的情況下，以印刷電路板的形式制造工作的過程中，敷層過程的例子。在實(shí)際制造過程中的成品通常是以包括用于自動(dòng)檢測弱磁場的多個(gè)印刷電路板單元的片狀形成的。
參考圖8，示出了七個(gè)磁帶48的敷層過程，其中每個(gè)磁帶用來以包括多個(gè)單元的片狀制造。因此，通過考慮片的大小來確定磁帶48的大小。在這種情況下，標(biāo)記45、46和47分別表示上銅箔、下銅箔和由半固化片形成的層、以及第一內(nèi)層和半固化層。
然而，在如上所述，以片狀形成印刷電路板的情況下，在成形磁帶的過程中，必須將磁帶安置在半固化片的期望位置以便制造多個(gè)單元。因此，在圖8所示的例子中，通過安置制造為用于將磁帶安置在最上方位置的各種框架的銅箔45和46，來執(zhí)行敷層過程。
有兩種制造銅箔45和46的方法。即，一種方法是通過使用模子擠壓銅箔來部分地去除期望部分的方法。另一種方法是通過使用制造襯底的常規(guī)方法的布線法旋轉(zhuǎn)處理材料，來部分地去除期望部分的方法。
在這種情況下，制造的銅箔45和46的尺寸將會(huì)大于磁帶48。最好相對(duì)于磁帶的任何一個(gè)軸，考慮到機(jī)械加工公差以及磁帶48覆蓋銅箔45和46的問題，將銅箔制造成具有約0.1～0.2mm的余量。
另外，當(dāng)考慮實(shí)際產(chǎn)品在片中占用的面積時(shí)，磁帶48的寬度具有預(yù)定余量，以便可使用符合片的的磁帶48的寬度。然而，當(dāng)最初設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，確定磁帶48的長度，因?yàn)閷⒁粋€(gè)或多個(gè)磁帶放置在該片中。
圖9是根據(jù)本發(fā)明，使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器中，在x軸磁芯上下形成的電路圖形的示意圖。
在圖9中，示出了用于檢測x軸向中的磁場的磁芯以及分別位于該磁芯上下的電路圖形的截面圖，以便形成激勵(lì)線圈和檢測線圈。在這種情況下，標(biāo)記71表示磁芯。標(biāo)記72a和72b分別表示激勵(lì)電路圖形。標(biāo)記73a和73b分別表示檢測電路圖形。如果將安置在電路圖形72b上的激勵(lì)線圈圖形72a放置成對(duì)應(yīng)于安置在磁芯71下的激勵(lì)電路圖形，當(dāng)從上面觀察時(shí)，看不見安置在該磁芯71下的激勵(lì)電路圖形72b。
將檢測電路圖形73a和73b安置在激勵(lì)電路圖形72a和72b之間。在這種情況下，將安置在磁芯71上的檢測電路圖形73a放置成對(duì)應(yīng)于安置在磁芯71下的檢測電路圖形73b。
另外，不同于上述結(jié)構(gòu)，在將激勵(lì)線圈和檢測線圈纏繞在桿狀鐵芯的情況下，能檢測磁場，但在不應(yīng)用外部磁場的情況下，在檢測線圈中生成由在大的激勵(lì)線圈感應(yīng)的感應(yīng)電壓的波形。因此，使用于放大和過濾檢測線圈的輸出的信號(hào)處理變得復(fù)雜。因此，期望在該信號(hào)處理中使用一種矩形環(huán)形磁芯。
在下文中，參考圖6a至6m，描述了制造使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器的方法。圖6a至6m是沿圖1的線E-E’所做的截面圖，表示顯示使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場的制造過程的截面圖。
首先，圖6a至6c表示制造弱磁場傳感器的第一內(nèi)層的步驟。即，在其面分別形成具有銅箔52a和52b的敷銅箔疊層板51(見圖6a)。此后，使分別形成在銅箔52a和52b的感光涂層53a和53b曝光并顯影(見圖6b)。此后中，形成位于x軸磁芯下的激勵(lì)和檢測電路圖形54b，形成位于y軸磁芯上的激勵(lì)和檢測電路圖形54a，以及執(zhí)行表面處理以便形成磁芯(見圖6c)。因此，如上所述形成第一內(nèi)層。
圖6d至6g表示制造弱磁場傳感器的第二內(nèi)層的步驟。如上所述，分別在第一內(nèi)層上下放置B級(jí)熱固樹脂(以下稱為“半固化片)，以及分別在半固化片55a下和半固化片55b上的精確位置放置用于形成磁芯的磁帶57a和57b。在這種情況下，為找出精確的位置，形成大于磁帶57a和57b的銅箔56a和56b，這稱為敷層過程(見圖6d)。
在這種情況下，半固化片55a和55b是熱固樹脂，這在印刷電路板的制造行業(yè)中是很公知的。另外，可將銅箔56a和56b形成為12μm、18μm或30μm厚，但在本發(fā)明中，將其形成為18μm厚。與磁帶57a和57b相同。在這種情況下，半固化片55a和55b的厚度為0.03mm～0.1mm厚。
此后，在高溫和高壓下，沿半固化片55a和55b，將磁帶57a和57b連接到第一內(nèi)層的兩面上，以便磁帶57a和57b分別與第一內(nèi)層的兩面接觸。
此后，分別使在磁帶57a和57b上形成的感光涂層58a和58b曝光，并顯影(見圖6f)。蝕刻磁帶57a和57b，以便形成磁芯59a和59b，以及執(zhí)行表面處理(見圖6g)。表面處理指磨蝕過程以便將一個(gè)層疊在另一個(gè)上。
因此，如上所述形成第二內(nèi)層。
圖6h至6m表示制造弱磁場傳感器的外層的步驟。首先，在高溫和高壓下，分別在第二上形成半固化片60a和60b，以及在高溫和高壓下，分別在半固化片60a和60b的上下形成第二銅箔61a和61b，以便分別形成磁芯59a和59b的上下電路圖形。在這種情況下，將半固化片60a和60b形成為與第一內(nèi)層的半固化片55a和55b相同的厚度，以及將第二銅箔61a和61b形成為比第一內(nèi)層的銅箔薄。將具有厚度為12μm的銅箔61a和61b用在本發(fā)明中。因此，如上所述形成外層(見圖6h)。
此后，在形成外層后，考慮其以后將完成的金屬涂層，通過均勻地蝕刻第二銅箔61a和61b，將12μm的銅箔62a和62b做成3～5μm厚的銅箔61a和61b，此后，通過激光鉆孔去除一部分銅箔62a，然后形成盲通孔63以便使x軸和y軸磁芯59a和59b的每一個(gè)的上下激勵(lì)電路圖形彼此連接成螺線管形以及使x軸和y軸磁芯59a和59b的每一個(gè)的上下激勵(lì)電路圖形彼此連接成螺線管形。
此后，使用僅用于去除環(huán)氧樹脂的激光鉆孔，蝕刻去除銅箔62a的部分以便暴露第一內(nèi)層的電路圖形，然后執(zhí)行用于金屬涂層的表面處理(見圖6j)。
此后，分別在印刷電路板的暴露表面和盲通孔63上形成15和18μm厚的涂以銅的鍍銅層64a和64b(見圖6k)。
在形成鍍銅層64a和64b后，使用感光膜，通過曝光、顯影和蝕刻過程，在磁芯59a下以及磁芯59b上的兩個(gè)部分的每一個(gè)上形成激勵(lì)和檢測電路部分65a和65b。
此后，在形成電路圖形65a和65b后，形成阻焊劑S/R66a和66b以及通過曝光和顯示過程，敞開涂以金的阻焊劑66a和66b的某些部分以便將信號(hào)處理連接涂以金。即，在形成阻焊劑S/R66a和66b后，將暴露部分涂以金，以便完成制造本發(fā)明的弱磁場傳感器(見圖6m)。
此后，處理弱磁場傳感器的外形以便形成所需大小的傳感器。即，如圖6a至6m所示，將磁芯59a和59b形成為安置在另一層并相互垂直，在磁芯的每一個(gè)的上下形成激勵(lì)線圈和檢測線圈，以及在最外層形成焊點(diǎn)以便通電。
在如上所述形成的本發(fā)明的磁場傳感器中，層疊在印刷電路板上的磁芯59a和59b的形狀以及層疊在印刷電路板上的激勵(lì)線圈和檢測線圈的形狀均很重要。具有彼此連接并差動(dòng)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)平行線圈的矩形環(huán)形線圈形成閉合磁路，并具有繞組結(jié)構(gòu)，通過該繞組結(jié)構(gòu)，如果不將外部磁場應(yīng)用于矩形環(huán)形線圈，則抵消由于通過激勵(lì)線圈，在矩形環(huán)形鐵芯中生成的磁通量的變化而生成的感應(yīng)波形。
因此，本發(fā)明的弱磁場傳感器包括相互垂直的矩形環(huán)形磁芯，其分別形成閉合磁路，以便最小化從每個(gè)矩形環(huán)形磁芯泄漏的磁場分量。另外，本發(fā)明的弱磁場傳感器包括分別繞矩形環(huán)形磁芯的兩個(gè)平行磁芯的、成螺線管的單獨(dú)的差動(dòng)激勵(lì)線圈，以及檢測線圈以便獲得在為磁芯中生成的磁通量的總和。因此，如果外磁場為零，在檢測線圈中無感應(yīng)波形。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例的弱磁場傳感器包括分別繞彼此垂直的矩形環(huán)形磁芯的每一個(gè)的兩個(gè)部分的單獨(dú)的差動(dòng)激勵(lì)線圈，在檢測磁通量的方向中形成每個(gè)磁芯，以便感應(yīng)去磁場分量，以及在差動(dòng)激勵(lì)線圈間形成檢測線圈以便獲得在磁芯中生成的磅通量的總和。因此，如果外部磁場為零，在檢測線圈中無感應(yīng)波形。
因此，盡管超微型化本發(fā)明的弱磁場傳感器，它仍具有高靈敏度以及能檢測很弱磁場。例如，本發(fā)明的弱磁場傳感器用于根據(jù)地磁場的導(dǎo)航系統(tǒng)，顯示用于地震預(yù)測的地磁的變化的監(jiān)視器，用于測量的身體磁性的傳感器，以及用于檢測金屬材料的缺陷的傳感器。另外，磁傳感器廣泛用于磁性編碼器、非接觸電位計(jì)、電流傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器和位移傳感器。
如上所述，本發(fā)明提供使用印刷電路板的弱磁場傳感器，其中在襯底中形成磁芯，由金屬材料形成的，用于交流激勵(lì)的激勵(lì)線圈以及由金屬材料形成的檢測線圈以便檢測由激勵(lì)線圈感應(yīng)的磁通量的變化，從而由于其高靈敏度，精確地檢測磁場。因此，本發(fā)明提供使用印刷電路板的弱磁場傳感器，其中使用印刷電路板層疊磁芯、激勵(lì)線圈和檢測線圈，從而能與另一傳感器或電路結(jié)合。因此，該傳感器能是超微型化的并且非常靈敏，以及廉價(jià)大批生產(chǎn)。
盡管為示例目的，公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到，在不脫離由附加權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進(jìn)、增加以及取代是可能的。
權(quán)利要求
1.一種使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器，包括第一磁芯，具有彼此并聯(lián)連接的第一和第二鐵芯；第一激勵(lì)線圈，分別纏繞在所述第一和第二鐵芯上，以便向所述第一磁芯提供交變激勵(lì)電流；以及第一檢測線圈，與所述第一激勵(lì)線圈一起交替安置在形成所述第一激勵(lì)線圈的相同表面上，以便檢測在所述第一磁芯中生成的磁通量的變化；其中在相同的表面形成將呈螺線管的由金屬材料形成的用于交替電流激勵(lì)和差動(dòng)激勵(lì)的所述第一激勵(lì)線圈，，以及金屬材料形成的將呈螺線管的用于檢測在所述第一磁芯中生成的所述磁通量的變化的所述第一檢測線圈；其中在檢測所述磁通量的方向中形成所述第一磁芯以便減小去磁場分量。
2.如權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中所述第一磁芯為矩形環(huán)形鐵芯。
3.如權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中所述彼此分開的激勵(lì)線圈以及檢測線圈是在相同表面上形成的電磁鐵線圈，并環(huán)繞所述第一磁芯。
4.如權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中通過涂以銅的盲通孔，連接所述激勵(lì)線圈和所述檢測線圈的每一個(gè)的上和下部分。
5.如權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中安置每一個(gè)所述激勵(lì)線圈的連接焊盤以及所述檢測線圈的連接焊盤以形成兩條線路。
6.如權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中分別從所述第一和第二鐵芯的下面部分纏繞所述激勵(lì)線圈，并且它們是彼此對(duì)稱的。
7.如權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，進(jìn)一步包括第二磁芯，具有彼此并聯(lián)連接并且在垂直于形成所述第一磁芯的表面的表面上形成的第三和第四鐵芯；第二激勵(lì)線圈，分別纏繞在所述第三和第四鐵芯上，以便向所述第二磁芯提供交變激勵(lì)電流；以及第二檢測線圈，與所述第二激勵(lì)線圈一起交替安置在形成所述第二激勵(lì)線圈的相同表面上，并纏繞所述第三和第四鐵芯，以便檢測在所述第二磁芯中生成的磁通量的變化。
8.如權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中在印刷電路板上形成所述磁芯、所述激勵(lì)線圈以及所述檢測線圈，以及所述印刷電路板包括敷銅箔疊層板(CCL)以及半固化片，以及由FR-4環(huán)氧樹脂、BT樹脂、聚四氟乙烯以及聚酰亞胺中的一個(gè)形成所述半固化片。
9.一種使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器，包括敷銅箔疊層板；通過蝕刻分別安置在所述敷銅箔疊層板兩面上的銅箔，使用所述激勵(lì)電路圖形形成的激勵(lì)線圈；使用與所述激勵(lì)線圈交替安置在形成所述激勵(lì)線圈的相同表面上的檢測電路圖形形成的檢測線圈；在層間形成的x軸磁芯，所述每層具有分別形成激勵(lì)和檢測線圈的激勵(lì)和檢測電路圖形；以及粘合劑，用于將所述層連接到所述x軸磁芯上；其中在檢測磁通量的方向中形成所述x軸磁芯，以便減小去磁分量。
10.如權(quán)利要求9所述的弱磁場傳感器，進(jìn)一步包括在垂直于形成所述x軸磁芯的表面的表面上形成的y軸磁芯。
11.一種制造使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器的方法，包括步驟在敷銅箔疊層板上，使用在所述敷銅箔疊層板的兩面上形成的銅箔，形成具有在上磁芯之下和下磁芯之上的兩個(gè)位置的每一個(gè)上形成的激勵(lì)和檢測電路圖形的第一內(nèi)層；通過分別將用于形成上和下磁芯的磁帶放置在上半固化片之上以及下固化片之下，以及將所述磁帶連同所述半固化片分別粘合在所述第一內(nèi)層的兩面上以便所述磁帶與所述第一內(nèi)層接觸，來形成第二內(nèi)層；通過分別在所述第二內(nèi)層的兩面上形成上下半固化片，以及在所述上固化片之上以及所述下固化片之下的兩個(gè)位置的每一個(gè)上形成銅箔來形成外層；使用激光鉆孔，去除部分所述銅箔，以便形成用于連接在呈螺線管的上和下磁芯的每一個(gè)之上和之下形成的激勵(lì)電路圖形，以及連接在呈螺線管的上和下磁芯的每一個(gè)之上和之下形成的檢測電路圖形；蝕刻使用激光鉆孔去除銅箔的部分，用于僅去除環(huán)氧樹脂，以便暴露所述第一內(nèi)層的電路圖形，并且對(duì)暴露于外面的表面和盲通孔涂敷金屬；通過曝光和蝕刻過程，在所述上磁芯之上以及所述下磁芯之下的兩個(gè)位置的每一個(gè)上形成激勵(lì)和檢測電路圖形。
12.如權(quán)利要求11所述的用于制造弱磁場傳感器的方法，其中形成所述第二內(nèi)層的步驟通過下述步驟來執(zhí)行分別將上和下半固化片放置在所述第一內(nèi)層之上和之下；精確地放置用于分別在所述上半固化片之上以及所述下固化片之下形成所述上和下磁芯的磁帶；敷層制造成大于所述磁帶的所述銅箔，以便找出所述銅箔的精確位置；在高溫和高壓下，分別將所述磁帶連同所述半固化片粘合在所述第一內(nèi)層的兩面上，以便所述磁帶與所述第一內(nèi)層接觸；以及通過成形、曝光、顯影和蝕刻感光涂層，形成上和下磁芯。
全文摘要
本發(fā)明通常涉及一種使用印刷電路板技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法，其中由激勵(lì)電路圖形和檢測電路圖形纏繞矩形環(huán)形磁芯，以及分別在x軸和y軸方向?qū)崿F(xiàn)弱磁場傳感器以便精確地計(jì)算方位，從而自動(dòng)檢測具有強(qiáng)度與地磁場類似的弱磁場。該傳感器包括具有彼此并聯(lián)的第一和第二鐵芯的磁芯；分別纏繞第一和第二鐵芯的激勵(lì)線圈，以便向磁芯提供交變激勵(lì)電流，以及在形成激勵(lì)線圈的相同表面上，與激勵(lì)線圈交替放置的、并纏繞第一和第二鐵芯上的檢測線圈，以便檢測在磁芯中生成的磁通量的變化。
文檔編號(hào)H01F5/00GK1514258SQ03152489
公開日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者姜明衫, 崔相彥, 崔源悅, 康丈珪 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社