[发明专利]一种三轴磁通门传感器

说明书

本发明公开了一种基于硅立方体‑玻璃键合的微机电系统三轴磁通门传感器，涉及微机电系统领域，包括一个1立方厘米硅立方基座、三个微机电系统单轴磁通门传感器芯片；其中微机电系统单轴磁通门传感器芯片包含玻璃衬底、激励线圈、检测线圈、磁芯、电极和聚酰亚胺薄膜。三个微机电系统单轴磁通门传感器芯片通过硅‑玻璃键合沿正交的三个方向分别精确定位固定于硅立方基座共顶点正交的三个平面上。本发明解决了现有三轴磁通门传感器体积大、重量高、功耗大的问题，采用硅立方体‑玻璃键合的微机电系统三轴磁通门传感器利用微机电系统单轴磁通门传感器芯片和硅立方基座的键合，有效缩小了高精度三轴磁通门传感器的体积。

技术领域

本发明涉及微机电系统领域，尤其涉及一种基于硅立方体-玻璃键合的微机电系统三轴磁通门传感器，用于测量弱磁场。

背景技术

磁通门传感器作为一种传统的弱磁场检测器件，一直有着其独特的优势而无法为其他磁场传感器所取代，近年来更是不断在新的领域发现其应用潜力，例如小型移动设备GPS定位、导弹惯性制导、小卫星方位姿态控制、虚拟现实空间内的动作检测等。近年来，由于各种场的应用逐渐地扩展，对于器件的要求趋向于更薄、更轻、更便宜。相应地，磁通门传感器也试图变得更薄、更轻、更便宜。

传统磁通门传感器使用一个坚固的骨架作为基座，将软磁带状磁芯固定于骨架上，然后在其上缠绕一个通过电流产生磁场的激励线圈，和一个在激励线圈诱发磁场基础上检测外部磁场效应的磁场感应线圈。这使得传统磁通门传感器的尺寸大、重量高、灵敏度低以及长期稳定性差。

MEMS技术的发展为微型化磁通门传感器的研制提供了一条有效可靠的途径。与传统磁通门传感器探头相比较，MEMS磁通门传感器探头结构紧凑，体积、质量小，安装调试简单，不怕震动撞击，受环境温度变化影响小。采用MEMS技术研制微型磁通门传感器成为国内外研究开发的热点。

经对现有技术的文献检索发现，J.Kubik等(J.Vcelak、T.ODonnell andP.McCloskey)在《Sensors and Actuators A:Physical》(传感器与执行器A：物理)Vol.152,pp139-145,2009上发表了“Triaxial fluxgate sensor with electroplatedcore”(使用电沉积磁芯的三轴磁通门传感器)一文。该文提及了一个由多层印刷电路板技术开发的微型三轴磁通门传感器，磁芯为矩形结构，采用的是25微米厚的电沉积坡莫合金薄膜，激励线圈和检测线圈为4层平面螺旋线圈结构，在50kHz下磁通门传感器各轴的灵敏度分别是现在x轴-90V/T、y轴-112V/T和z轴-198V/T，轴间灵敏度误差很大。由于制作过程中需要打出通孔来实现磁芯的上下连通，传感器可能会在通孔过程中被损坏。另外，与MEMS技术相比，根据这种方法磁通门传感器的性能很差。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种微机电系统三轴磁通门传感器，无需通过打孔连通磁芯，保证三轴磁通门传感器在制造过程中的完整性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何基于MEMS制造工艺制作三轴磁通门传感器以及如何保证轴间灵敏度的误差在可以接受的范围内。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三轴磁通门传感器，包括硅立方基座和三个微机电系统单轴磁通门传感器芯片，所述三个微机电系统单轴磁通门传感器芯片分别位于所示硅立方基座的共顶点正交的三个平面上，通过硅-玻璃键合技术将所述微机电系统单轴磁通门传感器芯片键合到所述硅立方基座表面并精确定位固定，所述三个微机电系统单轴磁通门传感器芯片的磁敏感方向分别沿正交的三个方向探测磁场的x、y、z三个分量值。

进一步地，所述微机电系统单轴磁通门传感器芯片包含玻璃衬底、激励线圈、检测线圈、磁芯、电极和聚酰亚胺薄膜。

进一步地，所述玻璃衬底用于键合到所述硅立方基座的表面。

进一步地，所述硅立方基座的长宽高尺寸均为1厘米。