[发明专利]一种Z轴梯度磁场传感器芯片

说明书

本发明实施例公开了一种Z轴梯度磁场传感器芯片，该芯片包括：晶圆基板；至少一个闭合感应线圈，感应线圈的纵剖面为凹凸齿状结构，至少感应线圈的齿顶面段与晶圆基板之间填充有支撑结构；磁阻元件，磁阻元件通过连接引线连接构成磁阻元件链路，磁阻元件链路与接触电极连接；感应线圈、磁阻元件、连接引线和接触电极均位于晶圆基板的同一表面；感应线圈的齿底面段位于磁阻元件的正上方或者两侧上方，或者，感应线圈的侧面段位于磁阻元件的侧面；感应线圈感测Z轴方向磁场变化以产生感应电流，磁阻元件将感应线圈的感应电流在水平平面内产生的平面磁场转换为磁电阻值的变化。本发明实施例中，可以实现Z轴方向磁场的高精度检测。

技术领域

本发明实施例涉及空间梯度磁场测量技术领域，尤其涉及一种Z轴梯度磁场传感器芯片。

背景技术

Z轴磁场测量是指磁传感器所在平面法线方向磁场的测量。目前Z轴磁场测量主要是通过检波线圈、霍尔元件或磁阻元件实现。

检波线圈空间分辨率低，灵敏度有限，频率特性有限。霍尔元件灵敏度低，功耗高，温度特性差。磁阻元件因本征灵敏度方向为平面内，需要磁通聚集结构将Z轴磁场传导至芯片所在平面内，造成灵敏度损失，磁滞高，时间稳定性差等问题。

因此，目前Z轴磁场测量普遍存在灵敏度低、精度差的现状。

发明内容

本发明实施例提供一种Z轴梯度磁场传感器芯片，解决现有Z轴磁场测量灵敏度低、精度差的问题。

本发明实施例提供了一种Z轴梯度磁场传感器芯片，包括：

晶圆基板，所述晶圆基板位于水平平面内，所述Z轴垂直于所述水平平面；

至少一个感应线圈，所述感应线圈为闭合线圈，所述感应线圈的纵剖面为包括齿底面段、齿顶面段和侧面段的凹凸齿状结构，至少所述感应线圈的齿顶面段与所述晶圆基板之间填充有支撑结构；

磁阻元件，所述磁阻元件通过连接引线连接构成磁阻元件链路，所述磁阻元件链路与接触电极连接，所述接触电极在所述水平平面的正投影位于所述感应线圈的外围；

所述感应线圈、所述磁阻元件、所述连接引线和所述接触电极均位于所述晶圆基板的同一表面，所述感应线圈的齿底面段和齿顶面段均平行于所述晶圆基板的表面；

所述感应线圈的齿底面段位于所述磁阻元件的正上方或者两侧上方，其中所述感应线圈的齿底面段内的电流方向垂直于所述磁阻元件的灵敏度方向；或者，所述感应线圈的侧面段位于所述磁阻元件的侧面，所述感应线圈的齿底面段内的电流方向平行于所述磁阻元件的灵敏度方向；

所述感应线圈感测Z轴方向磁场变化以产生感应电流，所述磁阻元件将所述感应线圈的感应电流在所述水平平面内产生的平面磁场转换为磁电阻值的变化。

进一步地，所述感应线圈的齿底面段位于所述磁阻元件的两侧上方，或者，所述感应线圈的侧面段位于所述磁阻元件的侧面，最外侧一条所述磁阻元件链路背离所述感应线圈的外侧设置一个冗余感应线圈。

进一步地，位于所述磁阻元件两侧的所述感应线圈的侧面段内感应电流方向相反；或者，位于所述磁阻元件两侧的所述感应线圈的齿底面段内感应电流方向相反。

进一步地，所述感应线圈的齿底面段位于所述磁阻元件的正上方，且所述磁阻元件与所述感应线圈之间填充绝缘材料。

进一步地，所述感应线圈为环形。

进一步地，所述感应线圈由非磁性金属构成。

进一步地，所述感应线圈的侧面段高度大于或等于所述磁阻元件的高度。

进一步地，所述磁阻元件为各向异性磁阻、巨磁阻或者隧道结磁阻。

进一步地，所述Z轴梯度磁场传感器芯片外部覆盖有无磁性材料封装壳体。