CN1514258A - 使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明通常涉及一种使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制造方法，其中由激励电路图形和检测电路图形缠绕矩形环形磁芯，以及分别在x轴和y轴方向实现弱磁场传感器以便精确地计算方位，从而自动检测具有强度与地磁场类似的弱磁场。该传感器包括具有彼此并联的第一和第二铁芯的磁芯；分别缠绕第一和第二铁芯的激励线圈，以便向磁芯提供交变激励电流，以及在形成激励线圈的相同表面上，与激励线圈交替放置的、并缠绕第一和第二铁芯上的检测线圈，以便检测在磁芯中生成的磁通量的变化。

Description

使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制作方法

技术领域

本发明通常涉及使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制作方法，以及更具体地说涉及使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制作方法，其中用激励电路图形和检测电路图形来缠绕矩形环形磁芯，以及分别在x轴和y轴方向中实现弱磁场传感器以便精确地计算方位，从而自动检测具有与地磁场相似的强度的弱磁场。

背景技术

近年来，随着由于移动电话和移动终端的普及，扩展了各种信息服务，位置信息服务已经变成基本功能，但在未来还需要更详细和便捷的服务。另外，需要能自动检测当前位置的传感器来获得所需位置信息。

对用于提供位置信息的装置来说，已经将用于自动检测地磁场以及检测位置的弱磁场传感器，即，使用磁性材料和线圈，用于自动检测地球的弱磁场的磁传感器用作高灵敏度磁传感器。

传统的弱场磁传感器是通过用手将导电线圈绕在由磁性带形成的相对大的杆状铁芯或环状铁芯上形成的。另外，需要电路来获得与测量磁场成比例的磁场。例如，将磁通门磁传感器用作传统弱磁场传感器的普通部件。磁通门磁传感器使用由高导磁率磁性材料形成的铁芯，并使用由缠绕该磁芯的初级线圈生成的电压差来识别方向，从而自动检测弱磁场。

在常规方向中，通过将由铜制成的铜线缠绕在圆形磁芯上来形成传统的磁通门磁传感器。详细地说，在磁能门磁传感器中，通过以常规间隔和应力，在常规方向中，将由铜制成的铜线缠在磁芯上来形成激励线圈(初级线圈)以便在磁芯中生成磁场。此后，形成拾波线圈(pick up coil)(次级线圈)以便自动检测由激励线圈在磁芯中生成的磁场，以及在这种情况下，也通过以常规间隔和应力将铜线缠在磁芯上来形成拾波线圈。

如上所述，通过缠绕铜线形成的磁能门磁传感器包括激励线圈和用于检测由该激励线圈在磁芯中生成的磁场的拾波线圈。使用在前已经公知的线卷技术(wire coil)，将激励和拾波线圈缠在磁芯上。在这种情况下，应当将次级线圈缠绕成与x和y方向垂直，因为它将要准确地分析磁场的灵敏度。

在传统的磁通门磁传感器中，应当准确地将线圈缠在铁芯上。由于线圈具有几十微米的直径，很难保持这种位置准确性。因此，由于导线受温度、光和表面材料的影响，降低了线圈的位置准确性。

另外，磁通门磁传感器的问题在于直接将线圈缠绕在磁芯上，以便频繁地切断线圈。另外，增加了传感器的大小，以致传感器不符合电子设备趋向小型化和质轻的趋势，因此，增加了功耗。

为解决传统磁能门磁传感器的问题，在US专利Nos.5,936,403和6,270,686中公开了一种弱磁场传感器。在这些专利中，通过将每个具有圆形导体图形的两个非晶板层叠在环氧树脂基板的相对面上来形成非晶铁芯，环氧树脂基板具有蚀刻在其上的具体图形以及用于垂直导电率(vertical conductivity)的电容，以及具有线圈x和线圈y的环氧树脂基底分别层叠在非晶铁芯的顶面和底面上。

然而，在美国专利No.5,936,403中，由于通过将每个具有圆形图形的两个非晶板层叠在环氧树脂基板的相对面上以便与该圆形图形对应来形成非晶铁芯，使弱磁场传感器的制作工艺变得复杂并且由于许多层的传感器，增加了制作成本。

发明内容

因此，鉴于在现有技术中出现的上述问题，做出了本发明，以及本发明的目的是提供使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制作方法，其中将受地磁场影响的磁芯形成为矩形环形闭合磁路，从而最小化泄漏在激励磁芯中生成的磁通量。

本发明的另一目的是提供使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制作方法，其中分开激励线圈，以便分别将它们缠绕在磁芯的两部分上，因此消除了磁芯中生成的激励信号，从而很容易处理在该铁芯中生成的信号。

本发明的另一目的是提供印刷电路板技术的弱磁场传感器，具有高灵敏度以及在批量生产和低制作成本方面很有利。

本发明的另一目的是提供印刷电路板技术的弱磁场传感器，能精确地检测磁场并且微型化。

为实现上述问题，本发明提供使用印刷电路板技术的弱磁场传感器，包括第一磁芯，具有彼此并联连接的第一和第二铁芯；第一激励线圈，分别缠绕在所述第一和第二铁芯上以便向所述第一磁芯提供交变激励电流；以及第一检测线圈，与所述第一激励线圈一起交替安置在形成所述第一激励线圈的相同表面上，以便检测在所述第一磁芯中生成的磁通量的变化；其中在相同的表面形成由螺线管的金属材料形成的所述第一激励线圈，用于交替电流激励和差动激励，以及由螺线管的金属材料形成的所述第一检测线圈，用于检测在所述第一磁芯中生成的所述磁通量的变化；其中在检测所述磁通量的方向中形成所述第一磁芯以便减小去磁场分量。

所述第一磁芯为矩形环形铁芯。

所述彼此分开的激励线圈以及检测线圈是在相同表面上形成的电磁铁线圈，并环绕所述第一磁芯。

通过涂以铜的盲通孔，连接所述激励线圈和所述检测线圈的每一个的上下部分。

安置每一个所述激励线圈的连接焊盘以及所述检测线圈的连接焊盘以形成两条线路。

分别从所述第一和第二铁芯的下面部分缠绕所述激励线圈，并且它们是彼此对称的。

所述弱磁场传感器进一步包括第二磁芯，具有彼此并联连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铁芯；第二激励线圈，分别缠绕在所述第三和第四铁芯上，以便向所述第二磁芯提供交变激励电流；以及第二检测线圈，与所述第二激励线圈一起交替安置在形成所述第二激励线圈的相同表面上，并缠绕所述第三和第四铁芯，以便检测在所述第二磁芯中生成的磁通量的变化。

在印刷电路板上形成所述磁芯、所述激励线圈以及所述检测线圈，以及所述印刷电路板包括敷铜箔叠层板(CCL)以及半固化片，以及由FR-4环氧树脂、BT树脂、聚四氟乙烯以及聚酰亚胺中的一个形成所述半固化片。

为实现上述目的，本发明提供使用印刷电路板技术的弱磁场传感器，包括：敷铜箔叠层板；通过蚀刻分别安置在所述敷铜箔叠层板两面上的铜箔，使用所述激励电路图形形成的激励线圈；使用与所述激励线圈交替安置在形成所述激励线圈的相同表面上的检测电路图形形成的检测线圈；在层间形成的x轴磁芯，所述每层具有分别形成激励和检测线圈的激励和检测电路图形；以及粘合剂，用于将所述层连接到所述x轴磁芯上；其中在检测磁通量的方向中形成所述x轴磁芯以便减小去磁分量。

弱磁场传感器进一步包括在垂直于形成所述x轴磁芯的表面的表面上形成的y轴磁芯。

为实现上述目的，本发明一种制造使用印刷电路板技术的弱磁场传感器的方法，包括步骤：在敷铜箔叠层板上，使用在所述敷铜箔叠层板的两面上形成的铜箔，形成具有在上磁芯之下和下磁芯之上的两个部分的每一个上形成的激励和检测电路图形的第一内层；通过分别将用于形成上下磁芯的磁带放置在上半固化片之上以及下固化片之下，以及将所述磁带连同所述半固化片分别粘合在所述第一内层的两面上以便所述磁带与所述第一内层接触来形成第二内层；通过分别在所述第二内层的两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两个部分的每一个形成铜箔来形成外层；使用激光钻孔，去除部分所述铜箔以便形成用于连接在呈螺线管的上下磁芯的每一个之上和之下形成的激励电路图形，以及连接在呈螺线管的上下磁芯的每一个之上和之下形成的检测电路图形；蚀刻使用激光钻孔去除铜箔的部分，用于仅去除环氧树脂，以便暴露所述第一内层的电路图形，并且对暴露于外面的表面和盲通孔涂敷金属；通过曝光和蚀刻过程，在所述上磁芯之上以及所述所述下磁芯之下的两个部分的每一个上形成激励和检测电路图形。

形成所述第二内层的步骤通过下述步骤来执行：分别将上下半固化片放置在所述第一内层之上和之下；精确地放置用于分别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带；敷层制造成大于所述磁带的所述铜箔以便找出所述铜箔的精确位置；在高温和高压下，分别将所述磁带连同所述半固化片粘合在所述第一内层的两面上，以便所述磁带与所述第一内层接触；以及通过成形、曝光、显影和蚀刻感光涂层，形成上下磁芯。

因此，根据本发明，使用印刷电路板技术的弱磁场传感器包括在外形成的磁芯，由金属材料制成的激励线圈(激励电路)，用于交变电流激励，以及由金属材料制成的检测线圈(检测电路)，检测由激励线圈感应的磁通量的变化。在检测磁通量的方向中形成磁芯以便减小去磁场分量。另外，本发明的弱磁场传感器包括分别绕矩形环形磁芯的两个并行铁芯的单独的差动激励线圈(激励电路)，以及在形成激励线圈的相同表面中形成的检测线圈，以便获得在磁芯中生成的磁通量的总和。因此，如果外部磁场为零，在检测线圈没有感应波形。

另外，弱磁场传感器包括包含在相同表面中形成的矩形环形磁芯的一个部件，以便最小化从磁芯泄漏的磁场分量，所形成的激励线圈彼此分开，以便分别位于磁芯之上和之下检测电路图形彼此对应，以及在激励线圈间形成的检测线圈形成在具有与一个部件旋转90°的相同结构的另一部件之上或之下，以致传感器能具有高灵敏度。

附图说明

从下述结合附图的详细描述，将更容易理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1是根据本发明，除最外层以外，具有分别在x轴和y轴方向中形成的传感器的弱磁场传感器的示意图；

图2是根据本发明，沿图1的线E-E′所做的截面图；

图3a和3b是根据本发明，使用印刷电路板的弱磁场传感器的x轴和y轴磁芯的示意图；

图4a至4c是根据本发明，使用印刷电路板，在弱磁场的x轴磁芯中形成的激励电路图形和检测电路图形的示意图，其分别表示上下电路图形、x轴磁芯的上电路图和下电路图的示意图；

图5a至5c是根据本发明，使用印刷电路板，在弱磁场的y轴磁芯中形成的激励电路图形和检测电路图形的示意图，其分别表示上下电路图形、y轴磁芯的上电路图和下电路图的示意图；

图6a至6m是表示根据本发明，制作使用印刷电路板的弱磁场传感器的过程的视图；

图7a至7f是根据本发明，表示在使用印刷电路板的弱磁场传感器中，在x轴或y轴方向中操作的时序图；

图8表示根据本发明，使用印刷电路板技术的弱磁场传感器的第一敷层(laying-up)结构的例子；以及

图9是根据本发明，使用印刷电路板的弱磁场传感器中，在x轴磁芯上下形成的电路图形的截面图。

具体实施方式

现在，将参考图形，其中在不同图中使用相同的标记来表示相同或相似的部件。

在下文中，将参考附图来详细地描述根据本发明的实施例，使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制作方法。

图1是根据本发明，除最外层以外，具有分别在x轴和y轴方向中形成的传感器的弱磁场传感器的示意图，其示意性地表示使用分开的激励线圈，同时自动检测x轴和y轴方向中的磁场的弱磁场传感器的结构。

图2是根据本发明，沿图1的线E-E′所做的截面图，其表示弱磁场传感器的截面结构。在这种情况下，分开的激励线圈表示它们分别缠绕在两个磁芯的每一个的平行的两部分上。

参考图1和2，根据本发明的一个实施例，使用印刷电路板技术的弱磁场传感器包括x轴磁芯1、与x轴磁芯1垂直的y轴磁芯2以及缠在x轴和y轴磁芯1和2上的线圈。即，根据本发明的实施例的弱磁场传感器包括分别安置在印刷电路板的敷铜箔叠层板51上下的x轴和y轴磁芯1和2。在这种情况下，标记55a和55b分别表示第一叠层半固化片，以及标记60a和60b分别表示第二叠层半固化片。将线圈分成激励线圈和检测线圈，这将结合图4a至5c来详细地描述。

图3a和3b是根据本发明，使用印刷电路板的弱磁场传感器的x轴和y轴磁芯的示意图。在图3a中，标记3和4分别表示x轴上磁芯(在下文称为“A铁芯”)和x轴下磁芯(在下文中称为“B铁芯”)。另外，在图3b中，标记5和6分别表示y轴上磁芯(在下文称为“C铁芯”)以及y轴下磁芯(在下文称为“D铁芯”)。如图3a和3b所示，尽管x轴和y轴磁芯1和2分别形成为具有矩形环形，磁芯的形状并不局限于矩形环形，而是如果将检测线圈和激励线圈缠绕在彼此连接的磁芯1和2的每一个的并行两部分上，可以任何形状形成。

图4a至4c是根据本发明，在使用印刷电路板技术的弱磁场传感器的x轴磁芯中形成的激励电路图形和检测电路图形的示意图。图4a表示x轴蹙着眉的上下电路图形的示意图。图4b表示x轴磁芯的上电路图形的示意图。图4c表示x轴磁芯的下电路图形的示意图。

本发明的磁芯包括x轴磁芯1和y轴磁芯2。x轴磁芯1包括A铁芯3和B铁芯4。垂直于x轴磁芯1的y轴磁芯1包括C铁芯5和D铁芯6。

具体来说，绕A铁芯3形成上检测电路连接焊盘7和7′、上检测电路图形8和8′、下检测电路连接焊盘9和9′、下检测电路图形10和10′、上激励电路连接焊盘11和11′、上激励电路图形12和12′、下激励电路连接焊盘13和13′以及下激励电路图形14和14′。以同样的方式，绕B、C和D铁芯4、5和6形成相应的检测和激励电路图形和连接焊盘。标记15和22与B铁芯4有关，标记23至30与C有关，以及标记31至38与D铁芯6有关。

如图4a和4b所示，形成在x轴磁芯1上下的激励电路图形通过盲通孔彼此连接以便分别将两个激励线圈缠绕在两个A和B铁芯3和4上。

在这种情况下，如果将交变激励电流应用到x轴磁芯1上，在并行安置在两个相同表面上的两个A和B铁芯3和4中反向生成两个磁通量。

另外，在x轴磁芯1上下形成的检测电路图形通过盲通孔彼此连接，以便将用于检测磁通量的变化的检测线圈形成为使用盲通孔，缠绕在两个A和B铁芯3和4上，如图4b所示，以便获得在两个A和B铁芯3和4中生成的磁通量的总和。

由于两个A和B铁芯3和4中生成的磁通量具有相反方向，因此在用于检测由于应用交变激励电流引起的电磁感应导致的磁通量变化的检测线圈中的第一和第二感应电压相互抵消。然而，由于当在两个A和B铁芯3和4的轴向应用外部磁场Hext时，在同一方向将外部磁场Hext应用到A和B铁芯3和4，当将激励磁场称为Hexc时，两个A和B铁芯3和4中的磁场分别为Hext+Hexc以及Hext-Hexc。稍后，将参考图7a至7f来描述A和B铁芯3和4中的磁场、磁力线密度以及感应电压。

参考图4a至4c，在根据本发明的使用印刷电路板技术的弱磁场传感器中，绕A和B铁芯3和4，分别将分开的激励线圈缠绕成螺线管形，以及将用于检测磁通量变化的检测线圈安置在呈螺线管的激励线圈之间以便获得在两个A和B线圈3和4中生成的磁通量的变化总和。尽管在本发明的实施例，相对两个激励线圈，形成用于检测磁通量变化的一个检测线圈，检测线圈的数量并不局限于一个。

如上所述，使用在印刷电路板上形成为缠绕A和B铁芯3和4的激励线圈和检测线圈，并x轴磁性线圈1形成为闭合磁路以便当不将地外部磁场Hext应用到A和B铁芯3和4时，A和B铁芯3和4中的感应波形相互抵消。在这种情况下，分别在A和B铁芯3和4上下形成电路图形，以及在A铁芯上下形成的电路图形与B铁芯上下形成的电路图形相互对称。

对构造该电路图形，使用盲通孔来连接在A和B铁芯3和4上下形成的电路图形。在这种情况下，使用连接焊盘来降低在应用印刷电路板技术的情况下的定位精度的公差。

连接焊盘的数量与缠绕A和B铁芯3和4的电路数量相同。如果连接焊盘间的距离很远，缠绕A和B铁芯3和4的电路图形间的距离也很远，以致传感器的灵敏度变得很低。

因此，本发明通过在恒定区域内安置最大数量的连接焊盘来提供一种具有高灵敏度传感器的传感器。然而，将激励线圈和检测线圈形成为螺线管，以及在A铁芯上下形成的电路图形以及在B铁芯上下形成的电路图形彼此对称。

如图1所示的连接焊盘安置在分为四条上线路、四条中线路以及四条下线路的十二条Z形线上。使用位于四条上线路中的两条上线路上的连接焊盘来连接上下激励电路图形，以及使用位于四条上线路的剩余两条线路上的连接焊盘来连接上下检测电路图形。在这种情况下，使用位于四条下线路中的连接焊盘与使用位于四条上线路中的连接焊盘对称。即，使用位于四条下线路中的两条下线路上的连接焊盘来连接上下激励电路图形，以及使用位于四条下线路的剩余两条线路上的连接焊盘来连接上下检测电路图形。另外，使用位于四条路线上的连接焊盘来连接上下激励电路图形。即，使用位于四条中线路中的上两条线路上的连接焊盘来连接绕上铁芯放置的上下激励电路图形，以及使用绕剩余两条线路放置的连接焊盘来连接绕下铁芯放置的眄激励电路图形。

参考图4b和4c，下面将描述缠绕激励线圈的方法。在这种情况下，为便于说明，将参考图4b和4c来描述位于下左侧的B铁芯4。

如图4b和4c所示，在安置连接焊盘的情况下，开始从第一下激励电路L1形成激励电路图形。

通过激励电路图形，将第一下激励电路连接焊盘L1连接到第二下激励电路连接焊盘L2，将第二下激励电路连接焊盘L2连接到第三上激励电路连接焊盘L3，以及通过激励电路图形，将第三上激励电路连接焊盘L3连接到第四上激励电路连接焊盘L4。将第四上激励电路连接焊盘L4通过盲通孔连接到第五下激励电路连接焊盘L5，以及通过激励电路图形，将第五下激励电路连接焊盘L5连接到第六下激励电路连接焊盘L6，将第六下激励电路连接焊盘L6连接到第七上激励电路连接焊盘L7，以及通过激励电路图形，将第七上激励电路连接焊盘L7连接到第八上激励电路连接焊盘L7。因此，在B铁芯4上缠绕2匝激励线圈。在这种情况下，以相同的方式，将激励线圈缠绕在面对所述线圈的线圈上以致在相反的方向中生成磁通量。

同时，将检测线圈按如下缠绕在x轴磁芯1上。首先，通过盲通孔，经由来自线圈的起始点39的检测电路图形，将第一上检测电路连接焊盘R1连接到第二下检测电路连接焊盘R2上，经由检测电路图形，将第二下检测电路连接焊盘R2连接到第三下检测电路连接焊盘R3，以及通过盲通孔，将第三下检测电路连接焊盘R3连接到第四上检测电路连接焊盘R4。此后，通过检测电路图形，将第四上检测电路连接焊盘R4连接到第五上检测电路连接焊盘R5，以及通过盲通孔，将第五上检测电路连接焊盘R5连接到第六下检测电路连接焊盘R6，经由检测电路图形，将第六下检测电路连接焊盘R6连接到第七下检测电路连接焊盘R7。通过如上所述的方法，将检测线圈缠绕到A和B铁芯3和4附近的未端40。在这种情况下，可将上检测或激励电路连接焊盘的位置改变到下检测或激励电路连接焊盘的位置，以及可将上检测或激励电路图形的位置改变到下检测或激励电路图形的位置。

在这种情况下，为降低印刷电路板的大小以及允许以Z字图形，彼此对称地将电路图形缠绕到A和B铁芯3和4的每一个上，安置连接焊盘的线的数量最好为两条，尽管该数量可为三或三条以上。如果线路的数量大于三条线路，印刷电路板的长度变得很长，从而很难以Z字图形，彼此对称地将电路图形缠绕在A和B铁芯3和4的每一个上同时使电路图形穿过连接焊盘。

图5a至5c是在使用根据本发明的使用印刷电路板技术的弱磁场传感器的y轴磁芯中形成的激励电路图形和检测电路图形的示意图。图5a表示y轴磁芯的上下电路图形的示意图。图5b表示y轴磁芯的上电路图形的示意图。图5c表示u轴磁芯的下电路图形的示意图。即，图5a至5c具有相似的结构，与图4a至4c的图形比较，反时针方向旋转90°。

另外，缠绕用于检测磁通量变化的检测线圈以便获得通过连接使用盲通孔，在两个磁芯的每一个的上下形成的上下检测电路图形，在铁芯中生成的磁通量的变化总和。安置如图5a至5c所示的激励线圈和检测线圈的方法与安置如图4a至4c所示的激励线圈和检测线圈的方法类似，除将它们安置成与图4a至4c所示的激励和检测线圈垂直以外。在水平和垂直方向中安置弱磁场传感器的原因在于使用精确的方位角来检测弱磁场。

因此，x轴和y轴磁芯形成在一个印刷电路板上，并且激励线圈和检测线圈形成为围绕每个磁芯。

弱磁场传感器包括一个含在相同表面上形成的矩形环形磁芯的部件，以便最小化从该磁芯、形成为彼此分开的激励线圈泄漏的磁场分量，以便分别检测放置在磁芯上下的彼此对应的电路图形，以及在具有与该一个部件相同结构的、旋转90°的另一个部件上下形成在激励线圈间形成的检测线圈，以便传感器能具有高灵敏度。

同时，图7a至7f是表示在根据本发明，使用印刷电路板技术的弱磁场传感器中，在x轴或y轴中的操作的时序图。

图7a表示在第一磁芯中的磁场的波形。图7b表示在第二磁芯中的磁场的波形。图7c表示在第一磁芯中磁通密度的波形。图7d表示在第二磁芯中的磁通密度的波形。图7e表示在检测线圈中感应的第一和第二感应电压。图7f表示从检测线圈感应的第一和第二感应电压的总和。在这种情况下，第一和第二磁芯可分别是A和B铁芯，或C和D铁芯。

参考图7a至7f，在印刷电路板上形成绕每个矩形环形A和B线圈形成检测线圈和激励线圈的结构。

在这种情况下，由于在两个A和B铁芯3和4中生成的磁通量具有相反方向，因此在检测线圈中感应的第一和第二感应电压彼此抵消，该检测线圈用于检测由于应用交变激励电流而产生的电磁感应导致的磁通量的变化。感应电压是通过感应产生的以及由于磁通量的变化，从激励线圈生成的电压。

然而，由于当在两个A和B铁芯3和4的轴向应用外部磁场Hext，在相同方向，将外部磁场Hext应用到A和B铁芯3和4中，如果将激励磁场称为Hexc，那么在两个A和B铁芯3和4中的磁场分别为Hext+Hexc以及Hext-Hexc。在这种情况下，图7c和7d表示在这些磁场中的磁通密度。

在这种情况下，如图7e所示，在检测线圈中感应电压。通过由信号处理电路测量电压的大小，可找出外部磁场Hext的大小。

同时，图8表示使用根据本发明的印刷电路板技术的弱磁场传感器的第一敷层结构的例子，其表示在考虑到工件大小的情况下，以印刷电路板的形式制造工作的过程中，敷层过程的例子。在实际制造过程中的成品通常是以包括用于自动检测弱磁场的多个印刷电路板单元的片状形成的。

参考图8，示出了七个磁带48的敷层过程，其中每个磁带用来以包括多个单元的片状制造。因此，通过考虑片的大小来确定磁带48的大小。在这种情况下，标记45、46和47分别表示上铜箔、下铜箔和由半固化片形成的层、以及第一内层和半固化层。

然而，在如上所述，以片状形成印刷电路板的情况下，在成形磁带的过程中，必须将磁带安置在半固化片的期望位置以便制造多个单元。因此，在图8所示的例子中，通过安置制造为用于将磁带安置在最上方位置的各种框架的铜箔45和46，来执行敷层过程。

有两种制造铜箔45和46的方法。即，一种方法是通过使用模子挤压铜箔来部分地去除期望部分的方法。另一种方法是通过使用制造衬底的常规方法的布线法旋转处理材料，来部分地去除期望部分的方法。

在这种情况下，制造的铜箔45和46的尺寸将会大于磁带48。最好相对于磁带的任何一个轴，考虑到机械加工公差以及磁带48覆盖铜箔45和46的问题，将铜箔制造成具有约0.1～0.2mm的余量。

另外，当考虑实际产品在片中占用的面积时，磁带48的宽度具有预定余量，以便可使用符合片的的磁带48的宽度。然而，当最初设计印刷电路板时，确定磁带48的长度，因为将一个或多个磁带放置在该片中。

图9是根据本发明，使用印刷电路板技术的弱磁场传感器中，在x轴磁芯上下形成的电路图形的示意图。

在图9中，示出了用于检测x轴向中的磁场的磁芯以及分别位于该磁芯上下的电路图形的截面图，以便形成激励线圈和检测线圈。在这种情况下，标记71表示磁芯。标记72a和72b分别表示激励电路图形。标记73a和73b分别表示检测电路图形。如果将安置在电路图形72b上的激励线圈图形72a放置成对应于安置在磁芯71下的激励电路图形，当从上面观察时，看不见安置在该磁芯71下的激励电路图形72b。

将检测电路图形73a和73b安置在激励电路图形72a和72b之间。在这种情况下，将安置在磁芯71上的检测电路图形73a放置成对应于安置在磁芯71下的检测电路图形73b。

另外，不同于上述结构，在将激励线圈和检测线圈缠绕在杆状铁芯的情况下，能检测磁场，但在不应用外部磁场的情况下，在检测线圈中生成由在大的激励线圈感应的感应电压的波形。因此，使用于放大和过滤检测线圈的输出的信号处理变得复杂。因此，期望在该信号处理中使用一种矩形环形磁芯。

在下文中，参考图6a至6m，描述了制造使用印刷电路板技术的弱磁场传感器的方法。图6a至6m是沿图1的线E-E’所做的截面图，表示显示使用印刷电路板技术的弱磁场的制造过程的截面图。

首先，图6a至6c表示制造弱磁场传感器的第一内层的步骤。即，在其面分别形成具有铜箔52a和52b的敷铜箔叠层板51(见图6a)。此后，使分别形成在铜箔52a和52b的感光涂层53a和53b曝光并显影(见图6b)。此后中，形成位于x轴磁芯下的激励和检测电路图形54b，形成位于y轴磁芯上的激励和检测电路图形54a，以及执行表面处理以便形成磁芯(见图6c)。因此，如上所述形成第一内层。

图6d至6g表示制造弱磁场传感器的第二内层的步骤。如上所述，分别在第一内层上下放置B级热固树脂(以下称为“半固化片)，以及分别在半固化片55a下和半固化片55b上的精确位置放置用于形成磁芯的磁带57a和57b。在这种情况下，为找出精确的位置，形成大于磁带57a和57b的铜箔56a和56b，这称为敷层过程(见图6d)。

在这种情况下，半固化片55a和55b是热固树脂，这在印刷电路板的制造行业中是很公知的。另外，可将铜箔56a和56b形成为12μm、18μm或30μm厚，但在本发明中，将其形成为18μm厚。与磁带57a和57b相同。在这种情况下，半固化片55a和55b的厚度为0.03mm～0.1mm厚。

此后，在高温和高压下，沿半固化片55a和55b，将磁带57a和57b连接到第一内层的两面上，以便磁带57a和57b分别与第一内层的两面接触。

此后，分别使在磁带57a和57b上形成的感光涂层58a和58b曝光，并显影(见图6f)。蚀刻磁带57a和57b，以便形成磁芯59a和59b，以及执行表面处理(见图6g)。表面处理指磨蚀过程以便将一个层叠在另一个上。

因此，如上所述形成第二内层。

图6h至6m表示制造弱磁场传感器的外层的步骤。首先，在高温和高压下，分别在第二上形成半固化片60a和60b，以及在高温和高压下，分别在半固化片60a和60b的上下形成第二铜箔61a和61b，以便分别形成磁芯59a和59b的上下电路图形。在这种情况下，将半固化片60a和60b形成为与第一内层的半固化片55a和55b相同的厚度，以及将第二铜箔61a和61b形成为比第一内层的铜箔薄。将具有厚度为12μm的铜箔61a和61b用在本发明中。因此，如上所述形成外层(见图6h)。

此后，在形成外层后，考虑其以后将完成的金属涂层，通过均匀地蚀刻第二铜箔61a和61b，将12μm的铜箔62a和62b做成3～5μm厚的铜箔61a和61b，此后，通过激光钻孔去除一部分铜箔62a，然后形成盲通孔63以便使x轴和y轴磁芯59a和59b的每一个的上下激励电路图形彼此连接成螺线管形以及使x轴和y轴磁芯59a和59b的每一个的上下激励电路图形彼此连接成螺线管形。

此后，使用仅用于去除环氧树脂的激光钻孔，蚀刻去除铜箔62a的部分以便暴露第一内层的电路图形，然后执行用于金属涂层的表面处理(见图6j)。

此后，分别在印刷电路板的暴露表面和盲通孔63上形成15和18μm厚的涂以铜的镀铜层64a和64b(见图6k)。

在形成镀铜层64a和64b后，使用感光膜，通过曝光、显影和蚀刻过程，在磁芯59a下以及磁芯59b上的两个部分的每一个上形成激励和检测电路部分65a和65b。

此后，在形成电路图形65a和65b后，形成阻焊剂S/R66a和66b以及通过曝光和显示过程，敞开涂以金的阻焊剂66a和66b的某些部分以便将信号处理连接涂以金。即，在形成阻焊剂S/R66a和66b后，将暴露部分涂以金，以便完成制造本发明的弱磁场传感器(见图6m)。

此后，处理弱磁场传感器的外形以便形成所需大小的传感器。即，如图6a至6m所示，将磁芯59a和59b形成为安置在另一层并相互垂直，在磁芯的每一个的上下形成激励线圈和检测线圈，以及在最外层形成焊点以便通电。

在如上所述形成的本发明的磁场传感器中，层叠在印刷电路板上的磁芯59a和59b的形状以及层叠在印刷电路板上的激励线圈和检测线圈的形状均很重要。具有彼此连接并差动驱动的两个平行线圈的矩形环形线圈形成闭合磁路，并具有绕组结构，通过该绕组结构，如果不将外部磁场应用于矩形环形线圈，则抵消由于通过激励线圈，在矩形环形铁芯中生成的磁通量的变化而生成的感应波形。

因此，本发明的弱磁场传感器包括相互垂直的矩形环形磁芯，其分别形成闭合磁路，以便最小化从每个矩形环形磁芯泄漏的磁场分量。另外，本发明的弱磁场传感器包括分别绕矩形环形磁芯的两个平行磁芯的、成螺线管的单独的差动激励线圈，以及检测线圈以便获得在为磁芯中生成的磁通量的总和。因此，如果外磁场为零，在检测线圈中无感应波形。

因此，本发明的实施例的弱磁场传感器包括分别绕彼此垂直的矩形环形磁芯的每一个的两个部分的单独的差动激励线圈，在检测磁通量的方向中形成每个磁芯，以便感应去磁场分量，以及在差动激励线圈间形成检测线圈以便获得在磁芯中生成的磅通量的总和。因此，如果外部磁场为零，在检测线圈中无感应波形。

因此，尽管超微型化本发明的弱磁场传感器，它仍具有高灵敏度以及能检测很弱磁场。例如，本发明的弱磁场传感器用于根据地磁场的导航***，显示用于地震预测的地磁的变化的监视器，用于测量的身体磁性的传感器，以及用于检测金属材料的缺陷的传感器。另外，磁传感器广泛用于磁性编码器、非接触电位计、电流传感器、转矩传感器和位移传感器。

如上所述，本发明提供使用印刷电路板的弱磁场传感器，其中在衬底中形成磁芯，由金属材料形成的，用于交流激励的激励线圈以及由金属材料形成的检测线圈以便检测由激励线圈感应的磁通量的变化，从而由于其高灵敏度，精确地检测磁场。因此，本发明提供使用印刷电路板的弱磁场传感器，其中使用印刷电路板层叠磁芯、激励线圈和检测线圈，从而能与另一传感器或电路结合。因此，该传感器能是超微型化的并且非常灵敏，以及廉价大批生产。

尽管为示例目的，公开了本发明的优选实施例，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由附加权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (12)

1.一种使用印刷电路板技术的弱磁场传感器，包括：

第一磁芯，具有彼此并联连接的第一和第二铁芯；

第一激励线圈，分别缠绕在所述第一和第二铁芯上，以便向所述第一磁芯提供交变激励电流；以及

第一检测线圈，与所述第一激励线圈一起交替安置在形成所述第一激励线圈的相同表面上，以便检测在所述第一磁芯中生成的磁通量的变化；

其中在相同的表面形成将呈螺线管的由金属材料形成的用于交替电流激励和差动激励的所述第一激励线圈，，以及金属材料形成的将呈螺线管的用于检测在所述第一磁芯中生成的所述磁通量的变化的所述第一检测线圈；

其中在检测所述磁通量的方向中形成所述第一磁芯以便减小去磁场分量。

2.如权利要求1所述的弱磁场传感器，其中所述第一磁芯为矩形环形铁芯。

3.如权利要求1所述的弱磁场传感器，其中所述彼此分开的激励线圈以及检测线圈是在相同表面上形成的电磁铁线圈，并环绕所述第一磁芯。

4.如权利要求1所述的弱磁场传感器，其中通过涂以铜的盲通孔，连接所述激励线圈和所述检测线圈的每一个的上和下部分。

5.如权利要求1所述的弱磁场传感器，其中安置每一个所述激励线圈的连接焊盘以及所述检测线圈的连接焊盘以形成两条线路。

6.如权利要求1所述的弱磁场传感器，其中分别从所述第一和第二铁芯的下面部分缠绕所述激励线圈，并且它们是彼此对称的。

7.如权利要求1所述的弱磁场传感器，进一步包括：

第二磁芯，具有彼此并联连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铁芯；

第二激励线圈，分别缠绕在所述第三和第四铁芯上，以便向所述第二磁芯提供交变激励电流；以及

第二检测线圈，与所述第二激励线圈一起交替安置在形成所述第二激励线圈的相同表面上，并缠绕所述第三和第四铁芯，以便检测在所述第二磁芯中生成的磁通量的变化。

8.如权利要求1所述的弱磁场传感器，其中在印刷电路板上形成所述磁芯、所述激励线圈以及所述检测线圈，以及所述印刷电路板包括敷铜箔叠层板(CCL)以及半固化片，以及由FR-4环氧树脂、BT树脂、聚四氟乙烯以及聚酰亚胺中的一个形成所述半固化片。

9.一种使用印刷电路板技术的弱磁场传感器，包括：

敷铜箔叠层板；

通过蚀刻分别安置在所述敷铜箔叠层板两面上的铜箔，使用所述激励电路图形形成的激励线圈；

使用与所述激励线圈交替安置在形成所述激励线圈的相同表面上的检测电路图形形成的检测线圈；

在层间形成的x轴磁芯，所述每层具有分别形成激励和检测线圈的激励和检测电路图形；以及

粘合剂，用于将所述层连接到所述x轴磁芯上；

其中在检测磁通量的方向中形成所述x轴磁芯，以便减小去磁分量。

10.如权利要求9所述的弱磁场传感器，进一步包括在垂直于形成所述x轴磁芯的表面的表面上形成的y轴磁芯。

11.一种制造使用印刷电路板技术的弱磁场传感器的方法，包括步骤：

在敷铜箔叠层板上，使用在所述敷铜箔叠层板的两面上形成的铜箔，形成具有在上磁芯之下和下磁芯之上的两个位置的每一个上形成的激励和检测电路图形的第一内层；

通过分别将用于形成上和下磁芯的磁带放置在上半固化片之上以及下固化片之下，以及将所述磁带连同所述半固化片分别粘合在所述第一内层的两面上以便所述磁带与所述第一内层接触，来形成第二内层；

通过分别在所述第二内层的两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两个位置的每一个上形成铜箔来形成外层；

使用激光钻孔，去除部分所述铜箔，以便形成用于连接在呈螺线管的上和下磁芯的每一个之上和之下形成的激励电路图形，以及连接在呈螺线管的上和下磁芯的每一个之上和之下形成的检测电路图形；

蚀刻使用激光钻孔去除铜箔的部分，用于仅去除环氧树脂，以便暴露所述第一内层的电路图形，并且对暴露于外面的表面和盲通孔涂敷金属；

通过曝光和蚀刻过程，在所述上磁芯之上以及所述下磁芯之下的两个位置的每一个上形成激励和检测电路图形。

12.如权利要求11所述的用于制造弱磁场传感器的方法，其中形成所述第二内层的步骤通过下述步骤来执行：

分别将上和下半固化片放置在所述第一内层之上和之下；

精确地放置用于分别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带；

敷层制造成大于所述磁带的所述铜箔，以便找出所述铜箔的精确位置；

在高温和高压下，分别将所述磁带连同所述半固化片粘合在所述第一内层的两面上，以便所述磁带与所述第一内层接触；以及

通过成形、曝光、显影和蚀刻感光涂层，形成上和下磁芯。

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