一种磁通门传感器铁芯及其制备方法pdf

  本发明提供一种磁通门传感器铁芯制备方法，包含以下步骤：S1，制作绝缘层；S2，制作电镀种子层；S3，制作电镀模具；S4，制作第一层薄膜铁芯：采用电镀工艺，在所述电镀模具上电镀出第一层薄膜铁芯，所述第一层薄膜铁芯由并行的多根条形铁芯组成，多根铁芯是指至少为2根铁芯；S5，清洗处理；S6，制作填充材料；S7，清洗，烘干。一种磁通门传感器铁芯，由所述磁通门传感器铁芯制备方法制造生成，单层的多根条形铁芯并列排布。本发明的优点是：多层条形铁芯结构能更加进一步减小每根条形铁芯的横截面积，因此能使退磁系数进一

  (19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 114899000 A (43)申请公布日 2022.08.12 (21)申请号 7.X (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 安康学院 地址 725000 陕西省安康市汉滨区育才路 92号 (72)发明人 崔智军王磊阎丽平 (74)专利代理机构 西安佩腾特知识产权代理事 务所(普通合伙) 61226 专利代理师 张倩 (51)Int.Cl. H01F 41/02 (2006.01) H01F 3/04 (2006.01) C25D 3/38 (2006.01) C25D 7/00 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (54)发明名称 一种磁通门传感器铁芯及其制备方法 (57)摘要 本发明提供一种磁通门传感器铁芯制备方 法，包含以下步骤：S1，制作绝缘层；S2，制作电镀 种子层；S3，制作电镀模具；S4，制作第一层薄膜 铁芯：采用电镀工艺，在所述电镀模具上电镀出 第一层薄膜铁芯，所述第一层薄膜铁芯由并行的 多根条形铁芯组成，多根铁芯是指至少为2根铁 芯；S5，清洗处理；S6，制作填充材料；S7，清洗，烘 干。一种磁通门传感器铁芯，由所述磁通门传感 器铁芯制备方法制造生成，单层的多根条形铁芯 并列排布。本发明的优点是：多层条形铁芯结构 能更加进一步减小每根条形铁芯的横截面积，因此 可以使退磁系数进一步减小，同样在铁芯总有效 A 横截面积不变的情况下，既保证了磁通门灵敏度 0 不受太大影响，又显著降低了磁通门噪声水平。 0 0 9 9 8 4 1 1 N C CN 114899000 A 权利要求书 1/1页 1.一种磁通门传感器铁芯制备方法，其特征在于，包含以下步骤： S1，制作绝缘层：以硅片作为基底，在所述硅片的抛光面上生长二氧化硅薄膜，所述二 氧化硅薄膜作为绝缘层； S2，制作电镀种子层，在所述绝缘层上沉积铜作为电镀种子层； S3，制作电镀模具：在电镀种子层上旋涂光刻胶，用第一层铁芯掩膜版对准光刻显影， 作为电镀模具； S4，制作第一层铁芯：采用电镀工艺，在所述电镀模具上电镀出第一层薄膜铁芯，所述 第一层铁芯由并行的多根条形铁芯组成，多根铁芯是指至少为2根铁芯； S5，清洗处理：所述第一层薄膜铁芯电镀完成后，放入光刻胶清洗溶液中，去除光刻胶， 之后进行清洗，烘干； S6，制作填充材料：在并行的多根条形铁芯之间制备填充材料；所述填充材料可以是光 刻胶，也可以是抗磁材料； S7，清洗，烘干。 2.如权利要求1所述的磁通门传感器铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的所述 硅片为单抛面硅片。 3.如权利要求1所述的磁通门传感器铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤S2中所述绝 缘层上沉积铜采用磁控溅射工艺。 4.如权利要求1所述的磁通门传感器铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的所述 电镀工艺的电镀时间为6min；所述第一层铁芯厚度为4μm。 5.如权利要求1所述的磁通门传感器铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤S5中的所述 光刻胶清洗溶液为丙酮。 6.一种磁通门传感器多层条形铁芯制备方法，包含权利要求1至5任一所述的步骤S1至 步骤S7，其特征在于，在相同的基片上重复n次所述步骤S2至步骤S7；n大于等于2，n的次数 为铁芯的层数。 7.一种磁通门传感器铁芯，其特征在于，由权利要求1至6任一所述磁通门传感器铁芯 制备方法制造生成，单层的多根条形铁芯并列排布。 8.如权利要求7所述的磁通门传感器铁芯，其特征在于：所述每根条形铁芯之间填充材 料是光刻胶或抗磁材料，多根铁芯是指至少为2根铁芯。 9.如权利要求8所述的磁通门传感器铁芯，其特征在于：所述磁通门传感器为多层铁芯 结构时；相邻每层条形铁芯是交替排列。 10.如权利要求8所述的磁通门传感器铁芯，其特征在于：所述磁通门传感器为多层铁 芯结构时；相邻每层条形铁芯对齐排列。 2 2 CN 114899000 A 说明书 1/4页 一种磁通门传感器铁芯及其制备方法 技术领域 [0001] 本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种磁通门传感器铁芯结构及其制备方法。 背景技术 [0002] 微型磁通门传感器在微型卫星、无人机、机器人等要求高稳定性的领域有很好的 应用前景。很多文献中都对磁通门传感器进行了相关的介绍和说明。 [0003] 文献1“Sources of Noise  in a Magnetometer Based on Orthogonal Fluxgate  Operated  in Fundamental Mode.IEEE Transactions on Magnetics,2012,48(4):1508‑ 1511”研究表明，磁通门噪声的主要部分不是测量电路产生的，也不是激励电流的噪声引起 的，噪声主要是软磁薄膜铁芯内部产生的。文献2“Detection  of  dynabeads  in  small  bias magnetic  field  by a micro  fluxgate‑based  sensing  system,Journal  of  Applied Physics,2014,116:154701(1‑7)”研究表明，通过粘贴带材的方法(将传统磁通门 的带材铁芯粘贴到硅片)可以降低微型磁通门噪声水平。 [0004] 然而，文献2粘贴带材方法与微型磁通门加工工艺不兼容，微型磁通门噪声增大的 实质问题并没有解决。在微型化条件下降低磁通门的噪声是该领域亟待解决的问题。尤其 是由软磁薄膜铁芯产生的噪声问题，很难解决。 发明内容 [0005] 为了降低微型磁通门中主要由软磁薄膜铁芯产生的噪声问题。 [0006] 本发明提出了一种磁通门传感器多层铁芯制备方法； [0007] 解决方案如下： [0008] 一种磁通门传感器铁芯制备方法，包含以下步骤： [0009] S1，制作绝缘层：以硅片作为基底，在所述硅片的抛光面上生长二氧化硅薄膜，所 述二氧化硅薄膜作为绝缘层； [0010] S2，制作电镀种子层，在所述绝缘层上沉积铜作为电镀种子层； [0011] S3，制作电镀模具：在电镀种子层上旋涂光刻胶，用第一层铁芯掩膜版对准光刻显 影，作为电镀模具； [0012] S4，制作第一层薄膜铁芯：采用电镀工艺，在所述电镀模具上电镀出第一层薄膜铁 芯，所述第一层薄膜铁芯由并行的多根条形铁芯组成，多根铁芯是指至少为2根铁芯； [0013] S5，清洗处理：所述第一层薄膜铁芯电镀完成后，放入光刻胶清洗溶液中，去除光 刻胶，之后进行清洗，烘干； [0014] S6，制作填充材料：在并行的多根条形铁芯之间制备填充材料；所述填充材料可以 是光刻胶，也可以是抗磁材料； [0015] S7，清洗，烘干。 [0016] 进一步的，所述步骤S1中的所述硅片为单抛面硅片。 [0017] 更进一步的，所述单抛面硅片厚度为500μm。 3 3 CN 114899000 A 说明书 2/4页 [0018] 更进一步的，所述二氧化硅薄膜采用湿氧化法生长而成，厚度为300nm。 [0019] 进一步的，所述步骤S2中所述绝缘层上沉积铜采用磁控溅射工艺；所述沉积铜的 厚度为100nm。 [0020] 更进一步的，所述磁控溅射工艺中，基底加热到250℃以上。 [0021] 进一步的，所述步骤S3中旋涂光刻胶的厚度为4μm。 [0022] 进一步的，所述步骤S4中的所述电镀工艺的电镀时间为6min；所述第一层薄膜铁 芯厚度为4μm。 [0023] 进一步的，所述步骤S5中的所述光刻胶清洗溶液为丙酮； [0024] 一种磁通门传感器多层条形铁芯制备方法，包含前述的步骤S1至步骤S7，在相同 的基片上重复n次所述步骤S2至步骤S7； [0025] n大于等于2，n的次数为铁芯的层数。 [0026] 一种磁通门传感器铁芯，由前述磁通门传感器铁芯制备方法制造生成，单层的多 根条形铁芯并列排布。 [0027] 进一步的，所述每根条形铁芯之间填充材料可以是光刻胶，也可以是抗磁材料，多 根铁芯是指至少为2根铁芯。 [0028] 更进一步的，所述磁通门传感器为多层铁芯结构时；相邻每层条形铁芯是交替排 列。 [0029] 更进一步的，所述磁通门传感器为多层铁芯结构时；相邻每层条形铁芯是可以对 齐排列。 [0030] 本发明的优点是：多层条形铁芯结构可以进一步减小每根条形铁芯的横截面积， 因此能使退磁系数进一步减小，同样在铁芯总有效横截面积不变的情况下，既保证了磁 通门灵敏度不受太大影响，又明显降低了磁通门噪声水平。 [0031] 两种铁芯排列方式都可降低铁芯制作成本，而且制作工艺简单。 [0032] 每根条形铁芯之间填充材料可以是光刻胶，也可以是抗磁材料(如铜、金、银等)， 如果是抗磁材料，可以减小每根条形铁芯边沿和两端的漏磁和杂散磁场，同时防止每根铁 芯之间的静磁耦合作用，有利于降低磁通门噪声水平，还可以提高磁通门的线性测量范围。 附图说明 [0033] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体 实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的 附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0034] 图1本发明一种磁通门传感器多层铁芯制备方法步骤图； [0035] 图2本发明一种磁通门传感器单层铁芯结构示意图； [0036] 图3本发明一种磁通门传感器多层铁芯结构示意图； [0037] 附图标记说明： [0038] 20：Si衬底、21：SiO绝缘层、22：Cu种子层、23：光刻胶、24：铁芯。 2 4 4 CN 114899000 A 说明书 3/4页 具体实施方式 [0039] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。 [0040] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施 例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实 施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0041] 下面通过几个具体的实施例对本发明提供的一种磁通门传感器多层铁芯制备方 法做详细说明。 [0042] 如图1本发明一种磁通门传感器多层铁芯制备方法步骤图所示。 [0043] 在MEMS工艺条件下，采用光刻、磁控溅射、电镀等工艺流程制备条形阵列铁芯，具 体工艺流程如图1所示(填充材料以铜为例)： [0044] 1)如图(a)所示：选择厚度为500μm的单抛面硅片作为基底，对其清洗后，采用湿氧 化法在抛光面成长出300nm的二氧化硅(SiO2)薄膜，用作绝缘层； [0045] 2)如图(b)所示：利用磁控溅射工艺在绝缘层上沉积100nm的铜(Cu)作为电镀种子 层，在溅射中基底加热到250℃，这样的好处是可以增强种子层与基片的粘附性； [0046] 3)如图(c)所示：在基片上旋涂一层厚度为4μm的光刻胶，用第一层铁芯掩膜版对 准光刻显影，以此作为电镀模具；第一层铁芯距离绝缘层最近。 [0047] 4)如图(d)所示：采用电镀工艺，电镀出第一层薄膜铁芯，电镀时间为6min，生长厚 度为4μm；这里需要说明的是第一层薄膜铁芯由并行的多根条形铁芯组成，多根铁芯是指至 少为2根铁芯。 [0048] 这里的好处是：由技术磁学可知，铁芯厚度一定时，单层条形铁芯结构中每根铁芯 的横截面积相比薄膜铁芯减小很多，因此单根条形铁芯由形状参数决定的退磁系数相比薄 膜铁芯明显减小，同时单层铁芯总有效横截面积相比薄膜铁芯基本保持不变，最终可使磁 通门灵敏度不受太大影响，从而有效降低了磁通门噪声水平。 [0049] 5)如图(e)所示：电镀完成后，将基片放入丙酮中，去除光刻胶，之后对基片进行清 洗，烘干； [0050] 6)如图(f)所示：利用电镀铜(Cu)工艺，制备出铜填充材料，厚度约为4μm，电镀时 间为6min； [0051] 这里需要说明的是每根条形铁芯之间填充材料可以是光刻胶，也可以是抗磁材料 (如铜、金、银等)，如果是抗磁材料，可以减小每根条形铁芯边沿和两端的漏磁和杂散磁场， 同时防止每根铁芯之间的静磁耦合作用，有利于降低磁通门噪声水平，还可以提高磁通门 的线)电镀完成后，对基片进行清理洗涤，烘干； [0053] 这里需要说明是上述步骤中提到的基片，是指在制作过程中不同步骤过程中或者 不同步骤完成后的铁芯状态。 [0054] 对于多层铁芯制备方法，只需在前述基础上重复步骤2‑7即可。 5 5 CN 114899000 A 说明书 4/4页 [0055] 这里多层条形铁芯结构能更加进一步减小每根条形铁芯的横截面积，因此能使退 磁系数进一步减小，同样在铁芯总有效横截面积不变的情况下，既保证了磁通门灵敏度不 受太大影响，又明显降低了磁通门噪声水平。 [0056] 需要说明的是多层条形铁芯结构中，每层条形铁芯可以对齐排列，也可以交替排 列。 [0057] 同时，本发明还提出了一种磁通门传感器单层或多层铁芯结构。说明如下： [0058] 如图2本发明一种磁通门传感器单层铁芯结构示意图；由本发明一种磁通门传感 器多层铁芯制备方法所得到的单层铁芯结构，需要说明的是上述方法中并没有重复步骤2‑ 7即可得到单层铁芯结构。由图2可知，单层的多根条形铁芯并列排布。每根条形铁芯之间填 充材料可以是光刻胶，也可以是抗磁材料(如铜、金、银等)，如果是抗磁材料，可以减小每根 条形铁芯边沿和两端的漏磁和杂散磁场，同时防止每根铁芯之间的静磁耦合作用，有利于 降低磁通门噪声水平，还可以提高磁通门的线] 对于多层结果，如图3本发明一种磁通门传感器多层铁芯结构示意图；如图3中多 层条形铁芯结构中，相邻每层条形铁芯是交替排列的，即上下层铁芯的位置是相互交替的， 并不是对齐的(当然每层条形铁芯位置也可以是一致的，即也可以对齐排列)。 [0060] 对齐排列制作多层条形铁芯时，只需一套铁芯掩膜版就可完成多层条形铁芯制 作；交替排列制作多层条形铁芯时，两套铁芯掩膜版可完成多层条形铁芯制作。这里需要说 明的是，交替排列制作多层条形铁芯时也可以使用一套铁芯掩膜版即可制作完成，制作时， 将掩模版前后的位置平移错开即可。 [0061] 本发明的优点是：多层条形铁芯结构可以进一步减小每根条形铁芯的横截面积， 因此可以使退磁系数进一步减小，同样在铁芯总有效横截面积不变的情况下，既保证了磁 通门灵敏度不受太大影响，又显著降低了磁通门噪声水平。 [0062] 两种铁芯排列方式都可降低铁芯制作成本，而且制作流程与工艺简单。 [0063] 每根条形铁芯之间填充材料可以是光刻胶，也可以是抗磁材料(如铜、金、银等)， 如果是抗磁材料，能减小每根条形铁芯边沿和两端的漏磁和杂散磁场，同时防止每根铁 芯之间的静磁耦合作用，有利于降低磁通门噪声水平，还能大大的提升磁通门的线 7 CN 114899000 A 说明书附图 2/2页 图3 8 8

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