CN1224844C - 使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

揭示了一种使用印刷电路板技术的弱磁场传感器其制造方法，它通过探测地球磁力以获得定位信息。该传感器包括：形成有一定形状的图案的磁性层；第一叠放板，被叠放在磁性层下表面并在其上形成有第一驱动图案；第二叠放板，被叠放在磁性层上表面并在其上形成有第二驱动图案；该第一和第二驱动图案彼此电连接；第三下叠放板，被叠放在第一叠放板的下表面并形成有第一拾取图案；和第三上叠放板，被叠放在第二叠放板的上表面并形成有第二拾取图案，该第三下和上叠放板彼此电连接。

Description

使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法

发明领域

本发明涉及一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，特别涉及一种适用于装在移动通信终端上用于探测地球磁力以获得位置信息的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法。

背景技术

随着移动电话和移动终端的发展，在目前提供的各种格样的额外服务中，定位信息服务逐渐变成了一种重要的服务而建立起来，并且今后需要更加详细和方便的服务。

为了获得定位信息，有必要提供一种能够准确找出当前位置的传感器。使用了一种弱磁场传感器作为提供定位信息的这种装置，旨在在探测地球磁力以获得定位信息。作为一种在弱磁场传感器中使用的普遍元件，即地球磁场不均匀性探测仪。

地球磁场不均匀性探测仪使用高导磁性的磁条作为其核心元件。地球磁场不均匀性探测仪包括缠绕在两个磁芯中的一个上的初步线圈和缠绕在另一个磁芯上的次级线圈，并能够通过探测由于磁芯中磁场的变化引起的初步线圈产生的电压和次级线圈产生的电压之间的差来识别当前位置。

这种传统的地球磁场不均匀性探测仪是用在由高导磁性磁性材料构成的两个圆柱状磁芯上按一定方向缠绕铜导线的方法制造的。具体讲，在保持恒定的间隔和压力的同时，作为驱动线圈(初步线圈)的铜导线被以一定方向缠绕在磁芯上。随后拾取线圈(次级线圈)缠绕在磁芯上以探测由该驱动线圈引起的磁芯产生的磁场。在具有驱动线圈绕组的情况下，作为拾取线圈的铜导线以恒定的间隔在恒定的压力下进行缠绕。

这样，这种通过缠绕铜导线制造的磁通门包括驱动线圈和用于探测驱动线圈产生的磁场的拾取线圈。铜线圈是用一种在本领域中众所周知的线圈技术缠绕在磁芯上的。在此，次级线圈必须按X轴和Y轴方向缠绕以便准确地对磁场的灵敏度进行分析研究。但是，尽管传统的地球磁场不均匀性探测仪必须保持缠绕线圈的定位精确度，但是这种定位精确度很难保持。因为这种定位精确度很容易受到温度、由于这种配置引起的光或表面物质的影响，导致其特性的精确度被降低了。

此外，由于地球磁场不均匀性探测仪在制造时是直接将线圈缠绕在磁芯上，缺点是线圈会被频繁地切断。此外，由于传感器本身变大了，就不能适应电器设备趋向小型和减轻重量的要求，变大的传感器需要增加电能的消耗，从而这种传感器就不能够成为小型的和减低电耗的电器设备。

为了克服这种传统地球磁场不均匀性探测仪的缺点，在美国专利No.5,936,403和6,270,686中提出了一种弱磁场传感器，其制造方法为，将具有圆形蚀刻部分的非晶形板叠放在具有特定图案的玻璃环氧基底的上下表面以形成非晶形的平板磁芯，并将通过蚀刻以形成X线圈和Y线圈的玻璃环氧基底叠放在非晶形的平板磁芯上。但是由于在美国专利No.5,936,403中揭示的这种地球磁场不均匀性探测仪需要包括通过对非晶形板进行蚀刻成圆形的蚀刻处理来准备非晶形平板磁芯、和按照蚀刻的圆形部分叠放非晶形板的过程，其制造工艺过程非常复杂并且由于叠放许多的非晶形板而导致了高制造成本。

发明内容

因此，该发明人进行研究以解决上述问题，结果该发明人开发出了一种使用印刷电路板制造技术的新型弱磁场传感器及其制造方法，它能够满足小型化和减少对电能消耗的需求。

本发明考虑到了现有技术产生的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的及其制造方法，以能够准确地探测弱磁场并保持定位的准确性。

本发明的另外一个目的是提供一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，以通过印刷电路板的蚀刻技术来实现小型化、优秀的磁效率和低能耗，从而满足在诸如移动电话应用领域的高密度安装要求的需要。

为了实现上述目的，本发明提供一种弱磁场传感器包括：形成有一定形状的图案的磁性层；叠放在该磁性层的下表面的形成有第一驱动图案的第一叠放板；叠放在该磁性层的上表面的形成有第二驱动图案的第二叠放板；第一驱动图案和第二驱动图案彼此电连接；叠放在第一叠放板的下表面的形成有第一拾取图案的第三下部叠放板；和叠放在第二叠放板的上表面的形成有第二拾取图案的第三上部叠放板；第三下部和上部叠放板彼此电连接。

此外，本发明提供一种使用印刷电路板的弱磁场传感器的制造方法，包括步骤：通过按照顺序叠放第一导电层、第一基层和磁性层来制备第一叠放板；通过按照顺序在第一叠放板上叠放第二基层和第二导电层制备第二叠放板；在第一和第二导电层上形成通孔以将这两个导电层彼此电连接；提供对应于磁性层的驱动图案给第一和第二导电层；通过在第一叠放板的下表面叠放第三基层和第三导电层并且在第二叠放板的上表面叠放第三基层和第三导电层来制备一对第三叠放板；在这对第三导电层形成通孔以使这对第三导电层彼此电连接；并提供拾取图案给这对导电层。

附图说明

本发明上述的和其他的目的、特点和其他优点，通过下面结合附图进行的详细说明，将会更加明了，其中：

图1是根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的

实施例的分解透视图；

图2是图1中的传感器的截面图，其中叠放了板；

图3a到3i示出了根据本发明的使用印刷电路板制造技术的制造弱磁场传感器的实施例的工艺过程；

图4示出了根据本发明的第一叠放板的铺设工艺过程；和

图5示出了根据本发明的被包含在第一叠放板的磁性层的例子。

具体实施方式

本发明将通过结合附图的例子来进一步说明。

图1和2是根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的实施例的分解透视图和截面图。

如图所示，根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器包括：形成有一定形状的图案的磁体1，具有驱动图案3并叠放在磁体1下面的第一叠放板10，叠放在磁体1上面的第二叠放板20，和具有拾取图案5并叠放在第一叠放板10下面和第二叠放板20上面的一对第三叠放板30。

具体讲，这对被平行放置的片状的形成有图案磁体的下面叠放有第一叠放板10，上面叠放有第二叠放板20。第一和第二叠放板10和20具有与那对磁体1对应的驱动图案3。如图1所示，驱动图案3彼此平行地安放并与片状磁体1垂直。由于驱动图案3形成在彼此相对的第一和第二板10和20并通过形成于此的通孔7以锯齿型彼此电连接，第一和第二叠放板10和20的驱动图案3与一个磁体1接触，作为围绕磁体1缠绕的图案导线。

具有拾取图案5的这对第三叠放板30叠放在具有驱动图案3的第一叠放板10的下面并叠放在具有驱动图案3的第二叠放板20之上。如图1所示，拾取图案5形成多条平行的直线并安放在与片状磁体1垂直的位置上。拾取图案比驱动图案3的尺寸长。

为了将上面和下面的拾取图案5电连接，第一、第二和第三叠放板10、20和30形成具有通孔8。拾取图案5形成为与驱动图案3具有相同的方向。该形成于上叠放板30的拾取图案5，通过形成的通孔8以锯齿形式连接到形成于下叠放板30的拾取图案5以形成缠绕磁体1和驱动图案3的连续的图案线。

在根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器的操作中，当交流电在驱动图案3里面流动时，感应电流在拾取图案5中流动，因此产生电压差。通过探测该电压差，就可以找出其位置和方向。

图3a到3i示出了根据本发明的使用印刷电路板制造技术的制造弱磁场传感器的实施例的工艺过程。

首先，准备第一叠放板10。至此，第一基层12和磁性层13放在第一导电层11上，并且进行了铺设的步骤(图3a)。最好使用铜箔制作第一导电层11。第一基层12是一部分固化的半固化片，例如，选自由FR-4，具有高玻璃转换温度的FR-4(TG)和双马来酰亚胺-三嗪(BT)环氧树脂及其他在该技术中广为知晓的材料组成的组。最好使用用于印刷电路板的材料。磁性层13的材料最好选自由非晶形金属，坡莫合金和超坡莫合金组成的组。

根据本发明，按照第一导电层11、第一基层12和磁性层13的顺序进行层压以形成第一叠放板10。磁性层的尺寸通常做成等同于下面的基板层(或半固化片)的尺寸，或考虑到制造实际产品(例如，磁条状)的制造过程而确定尺寸。使用这种磁条旨在形成第一叠放板的初步敷层的实施例显示在图4中。

图4示出了被做成工作尺寸的铺设的实施例。实际的最终产品通常制成包括弱磁场传感器单元的条。参考附图，那里示出了五个磁带54的铺设步骤。在这种情况下，磁带54是用于制造包括多个单元的条。因此，磁带的尺寸是依靠条的尺寸确定的。但是半固化片52上做成条的地方有必要在接下来的磁性层图案步骤中安放磁带54，以便多个单元能够一次全部制成。因此，在该实施例中，放置了准备安放磁带的铜箔53以进行初步铺设。可以使用两种方法制造铜箔。即，有一种方法是通过用金属模子挤压磁性金属板去除所希望的尺寸的部分，和一种方法是通过使用刳刨工艺的旋转式工具处理，这是一种制造基板的通常做法。在这种情况下，处理过的物体必须具有比该磁带54大的尺寸。就此而论，考虑到制作容差和覆盖有磁带的铜箔引起的问题，最好是做成比磁带54在一个方向上大0.1-0.2mm的物体。考虑到由实际产品占据的磁条的面积，由于磁带54具有足够的尺寸，就可以使磁带符合片的宽度。但是，由于一磁带中可能有一个或多个条，磁带的宽度在最初的设计阶段就确定了。

在铜箔11、第一基层12和磁性层13按顺序进行层压并进行了初步铺设后，该柔合层11、12和13在高温高压(例如，约150-200℃和30-40Kg/cm²)下被压制成第一叠放板10。

在完成第一次叠放后，第一叠放板10成为一层压板，其中磁性层13被层压在基板的一侧。在这一点上，尽管最好第一基层(半固化片)12和该磁性层13的厚度在约0.06-0.1mm和约0.02-0.03mm的范围内，但是该厚度可能依据所希望的最终产品的特征而变化。随后，第一叠放板10的上表面形成干膜(或光刻胶)14(图3b)，并且，该干膜层经受按照预先设计的磁性图案进行的曝光和显影处理。该干膜层14制成某种形状的图案作为掩膜来蚀刻磁性层13。曝光、显影和蚀刻技术在本领域中已广为人知。结果，只有形成有某种图案的磁条1保留在了基层上，此后，干膜层14被剥去(图3c)。特别是，由于第一导电层(铜箔)11是在下面描述的第二叠放步骤后形成有图案(驱动图案)的，该铜箔层13被干膜保护，不受磁性层的形成图案过程的曝光处理，以便该铜箔不受蚀刻液体的影响。

参照图5，示出了本发明中使用的形成有图案的磁条的例子。即，使用一对具有一定间隔的平行磁带，单独磁带或矩形磁条。

在完成了第一叠放板10的磁性层的制图过程后，第二基层(或半固化片)22和第二导电层(或铜箔)21被临时地放置在了第一叠放板10(初步铺设)，并且层压层21和22在高温高压(例如，约150-200℃和30-40Kg/cm²)下被压制成第二叠放板20(图3d)。随后，第一导电层11和第二导电层21形成有驱动图案3以便该驱动图案3成为围绕磁条1缠绕的线圈。至此，由于形成于第一和第二导电层11和21的驱动图案3必须彼此电连接，在电路图案形成前，第一和第二导电层11和21通过钻孔形成内通孔(IVH)7。通过孔7的内表面被镀上导电金属(即，铜)(图3e)。至此，为了获得第一导电层11的驱动图案3和第二导电层21的驱动图案3之间的电连接的完整性，每一个通孔7最好处理成为具有约0.15-0.2mm的直径。之后第一和第二导电层11和21在众所周知的印刷电路板制造工艺的步骤下，即，曝光、显影、蚀刻工艺(图3f)下形成对应磁条1上的图案的驱动图案3。该驱动图案3通过通孔7电连接以形成驱动线圈。

这样，在驱动图案3形成在第一和第二叠放板10和20上后，第三上基层(或半固化片)32和第三上导电层(或铜箔)31按这一顺序被放在了第二叠放板20上，并第三下基层(或半固化片)32和第三下导电层(或铜箔)31按这一顺序被放在了第一叠放板10上以形成第三叠放板30(图3g)。在这一叠放步骤前，该第一和第二叠放板10和20最好进行黑色氧化预处理以便于随后的叠放。和进行前述的第二叠放步骤的情况一样，在第三基层(或半固化片)32和第三导电层(或铜箔)31进行了初步铺设后，该叠压层32、31和第一和第二叠放板在高温高压(例如，约150-200℃和30-40Kg/cm²)下被压制(图3h)。

第三叠放板30的导电层31形成有拾取图案5。该拾取图案围绕驱动图案3，作为最终完成的地球磁场不均匀性探测仪的拾取线圈。

由于形成在该对第三导电层31的上和下拾取图案5必须彼此电连接，在形成电路图案之前，第一、第二和第三叠放层10、20和30通过钻孔形成通孔8，并且电镀的通孔8的内表面被镀上导电金属(即，铜)以形成电镀的通孔(PTH)。由于通孔8的尺寸是确定产品尺寸的一个重要因素，尽管小通孔好，但是最好是根据印刷电路板的工艺能力，具有0.15-0.25mm的直径。之后，第三叠放板在众所周知的步骤下，即，曝光、显影、蚀刻工艺(图3i)下形成拾取图案5。为了避免暴露在外的形成图案的导电层(即，铜电路)因为例如潮湿等原因而氧化，依次把焊接掩膜有选择性地施加在除了导电层的所有区域、并且该导电层形成有镍(或镍-磷)镀层和金镀层。这种具体步骤在印刷电路板技术中已经众所周知。

如前所述，用于第一、第二和第三叠放板10、20和30的叠放步骤的第一、第二和第三导电层11、21和31的可以由铜箔制成。至于这种铜箔，可以用具有标准厚度为12μm，18μm，35μm等的铜箔。但是使用35μm的铜箔时，需要将该铜箔的厚度至少减少到约5-7μm以便在叠放步骤之后和钻孔步骤之前形成电路图案。

由于根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器只放置于一个轴向上，就可以找出一个只与该轴相关的方向。因此，就可以通过安放两个彼此垂直的印刷电路板找出与两个轴相关的方向。

根据本发明的使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器能够广泛地应用于汽车、航天器、游戏机、以及玩具机器人，也可用于旨在探测地球磁场以找出其定位信息的移动电话和移动终端。

如前所述，本发明提供了一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器及其制造方法，制造方法为在具有磁条的基板上通过蚀刻等方法形成电路，和在其上形成驱动和拾取图案以便探测弱磁场。

根据本发明，由于通过蚀刻或其他方法在用于探测弱磁场的基板上准确地形成了电路，就可以获得准确的特性，并可以通过保持位置的准确性而降低由于特性变化产生的影响。

另外，由于本发明能够提供一种小型的低电耗的弱磁场传感器，该传感器能够简便地适用于小型的电气设备例如移动电话。

尽管本发明的优选实施例是以说明为目的进行描述的，但是本领域的技术人员可以在不脱离所附权利要求书的范围和精神的条件下对本发明进行各种可能的修改、添加和替换。

Claims (14)

1.一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，包括：

磁性层，形成有图案，其中所述形成有图案的磁性层选自由一对有间隔的平行的磁带、单独的磁带、和矩形磁条组成的组；

第一叠放板，叠放在磁性层的下表面，并形成有第一驱动图案；

第二叠放板，叠放在磁性层的上表面，并形成有第二驱动图案，第一和第二驱动图案彼此电连接；

第三下叠放板，叠放在第一叠放板的下表面，并形成有第一拾取图案；和

第三上叠放板，叠放在第二叠放板的上表面，并形成有第二拾取图案，第三上和下叠放板彼此电连接。

2.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中磁性层的材料选自由非晶形金属、坡莫合金和超坡莫合金组成的组。

3.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中形成图案的磁性层做成带状，驱动图案和拾取图案朝向与磁性层垂直的方向。

4.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中驱动图案以及拾取图案由多个平行的形成图案的直线组成，并且拾取图案的尺寸长于驱动图案。

5.根据权利要求1所述的弱磁场传感器，其中第一和第二叠放板形成有通孔，使得第一和第二叠放板上的驱动图案彼此电连接，而且，第三下和上叠放板形成有通孔使得第三下和第三上叠放板上的拾取图案彼此电连接。

6.根据权利要求5所述的弱磁场传感器，其中第一和第二叠放板的驱动图案的图案线经通孔以锯齿形式电连接以形成包括单线的围绕磁性层的线圈，并且第三下和第三上叠放板上的拾取图案的图案线经通孔以锯齿形式电连接以形成包括单线的围绕驱动图案的线圈。

7.一种使用印刷电路板制造技术的弱磁场传感器，被配置为放置两个彼此垂直的根据权利要求1到7中任何一项的弱磁场传感器。

8.一种使用印刷电路板制造技术制造弱磁场传感器的方法，包括步骤：

制备第一叠放板，按照叠放第一导电层、第一基层和磁性层的顺序进行，其中磁性层选自由一对有间隔的平行的磁带、单独的磁带、和矩形磁条组成的组；

制备第二叠放板，在第一叠放板上按顺序叠放第二基层和第二导电层；

在第一和第二导电层形成通孔，以将两个导电层彼此电连接；

向第一和第二导电层提供对应于磁性层的驱动图案；

制备一对第三叠放板，通过在第一叠放板的下表面叠放第三基层和第三导电层以及在第二叠放板的上表面叠放第三基层和第三导电层进行；

在该对第三导电层成通孔，以将该对第三导电层彼此电连接；

在该对第三导电层上形成拾取图案。

9.根据权利要求8所述的方法，在制备第一叠放板的步骤之后，还包括在磁性层形成图案的步骤。

10.根据权利要求8所述的方法，其中磁性层做成带状，并且在制备第一叠放板之前，还进一步包括进行初步铺设的步骤以使该带状磁性层被叠放在叠放板的预先设定位置。

11.根据权利要求8所述的方法，其中第一、第二和第三导电层由铜箔组成。

12.根据权利要求8所述的方法，其中第一、第二和第三基层由半固化片组成。

13.根据权利要求12所述的方法，其中半固化片选自由FR-4，具有高玻璃转换温度的FR-4和双马来酰亚胺-三嗪环氧树脂组成的组。

14.根据权利要求8所述的方法，其中提供驱动图案的步骤包括：第一和第二叠放板的驱动图案的图案线经通孔以锯齿形式彼此电连接，以形成包括单线的围绕该磁性层的线圈，并且提供拾取图案的步骤包括：经通孔将第三叠放板对的拾取图案的图案线以锯齿形式彼此电连接，以形成包括单线的围绕驱动图案的线圈。

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