CN1725934A - 具有弱磁场传感器的印刷电路板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明中的具有弱磁场传感器的印刷电路板(PCB)包括在其每一侧上形成有第一激励电路和第一检测电路的基板，分别层叠在基板顶部和底部的软磁芯体，由多个软磁芯的形成，分别层叠在软磁芯体上的外层，以及分别在外层上形成通过通孔与第一激励电路和第一检测电路相连接的第二激励电路和第二检测电路，以环绕软磁芯。本发明的特征在于在基板一侧形成的软磁芯、激励电路和检测电路垂直于在基板另一侧形成的软磁芯、激励电路和检测电路。

Description

具有弱磁场传感器的印刷电路板及其制造方法

技术领域

本发明一般涉及一种具有弱磁场传感器的印刷电路板及其制造方法，更具体地，涉及一种具有弱磁场传感器的印刷电路板，其中在印刷电路板顶部和底部形成的软磁芯激励电路和检测电路互相垂直，因此在类似于地磁场范围内的弱磁场能够被检测到，及其制造方法。

背景技术

近来，弱磁场传感器被应用于很多方面，如依靠地磁探测的导航***、用于地震预测的地磁变化监视器、一些生物磁性测量、金属材料缺陷检测、磁编码、非接触型电压计、电流传感器、扭矩传感器和位移传感器。

特别是为了向移动电话和移动终端提供定位信息服务，需要能够准确测定当前位置的传感器，如图1所示的检测地磁场和检测当前位置的弱磁场传感器被用作提供这种定位服务的手段。

图1是传统弱磁场传感器结构的示意图。图2a是在第一磁芯中产生的磁场的时间图，图2b是在第二磁芯中产生的磁场的时间图。图2c是在第一磁芯中产生的磁通密度的时间图，图2d是第二磁芯中产生的磁通密度的时间图。图2e是由检测线圈感应到的第一感应电压Vind1和第二感应电压Vind2的时间图，图2f是第一和第二感应电压之和Vind1+Vind2的时间图。

如图1所示，传统弱磁场传感器包括第一和第二大型棒状磁芯1a、1b，按规则方向和规则间距分别环绕在第一和第二磁芯1a、1b上的用来产生磁场的激励线圈2a、2b，以及按规则方向和规则间距分别环绕在第一和第二磁芯1a、1b上的用来检测第一和第二磁芯里产生的磁场的检测线圈3a、3b。

传统弱磁场传感器的操作可参考图2a-2f进行描述。由交流(AC)激励电流产生的第一磁芯1a的内部磁场H1被表示为“Hext(外部磁场)+Hexc(由激励线圈引起的磁场)”，同时第二磁芯1b的内部磁场H2被表示为“Hext-Hexc”。

另外，第一磁芯1a的磁通密度B1被表示为“Bext(由外部磁场贡献的磁通密度)+Bexc(由激励线圈贡献的磁通密度)”，同时第二磁芯1b的内部磁通密度B2被表示为“Bext-Bexc”。

也就是说，通过第一和第二磁芯1a、1b表示的内部磁场H1、H2和磁通密度B1、B2在相反的方向上产生。

在这种情况下，由第一和第二磁芯1a、1b产生并由检测线圈3a、3b所检测的第一和第二感应电压Vind1和Vind2，在图2e中示出。

在这种情况下，由于检测线圈3a、3b被缠绕用来检测在第一和第二磁芯1a、1b里产生的磁通量变化的叠加，因此由检测线圈3a、3b测量的电压中如图2f所示进行检测，因为第一和第二感应电压Vind1和Vind2相互抵消。

也就是说，由激励线圈2a、2b贡献的并作用在第一和第二磁芯1a、1b的轴向的磁场被施加在相反方向上，因此磁场Hexc抵消并且为零。然而，作用在第一和第二磁芯1a、1b的轴向的外部磁场Hext，相对于第一和第二磁芯1a、1b被施加在相同方向上，因此外部磁场不会抵消。

因此，可以通过测量第一和第二感应电压Vind1和Vind2的总和来计算外部磁场Hext的量。

然而，当激励线圈2a、2b和检测线圈3a、3b被绕在磁芯1a、1b上时，传统弱磁场传感器很难保持定位精确，而且还有一个问题在于传统弱磁场传感器很容易受温度、光和表面材料的影响，导致特征值的精确度下降。

还有，由于激励线圈2a、2b和检测线圈3a、3b是直接绕在磁芯1a、1b上的，所以传统弱磁场传感器存在线圈频繁相交的问题。

还有，由于传统弱磁场传感器具有大尺寸和高能量消耗，所以传统弱磁场传感器存在不适应电子产品小型化和轻量化趋势的问题。

为了克服传统弱磁场传感器的上述问题，美国专利No.5,936,403和6,270,686公开了一些传统弱磁场传感器，其制造方法为通过将环形蚀刻的无定形的板层叠在一块蚀刻有图案的环氧树脂基板的两侧上的方法来制造无定形的芯，以使芯的顶部和底部相互导通，并且在无定形的芯的顶部和底部层叠上蚀刻有X-线圈和Y-线圈的环氧树脂基板。

然而，在美国专利No.5,936,403和6,270,686中公开的发明存在的问题在于无定形的芯必须通过将环形蚀刻的无定形的板层叠在具有与蚀刻部件对齐的图案的环氧树脂基板上来制造，而且，蚀刻有X-线圈和Y-线圈的环氧树脂基板必须层叠到无定形芯的顶部和底部，因此，制造过程复杂以及电路板的层数增加且成本上升。

还有，在美国专利No.5,936,403和6,270,686中公开的发明存在的问题在于线圈区集中在环形无定形芯的内部，这限制了线圈的匝数。因而，单位长度线圈的密度很低，以致传统弱磁场传感器的检测灵敏度下降并且不适应电子产品小型化和轻量化趋势。

为了解决上述问题，由本申请人于2002年3月9日提交的韩国专利.No.432,662公开了一种使用印刷电路板(PCB)技术的弱磁场传感器。此弱磁场传感器包括在其两面均形成有第一驱动图案和第一检取图案的第一基板，和层叠在第一基板两面的第一层主体，其上磁物质形成有预定形式的图案，以及层叠在第一层主体上的第二层主体，其中的第二驱动图案和第二检取图案分别与第一驱动图案和第一检取图案相连接。第一基板顶部形成的磁物质、驱动图案和检取图案与第一基板底部的磁物质、驱动图案和检取图案是互相垂直的。

然而，在韩国专利.No.432,662公开的发明存在的问题在于很难按照电子产品小型化、高集成度和多功能的要求提供可被安装到PCB上面的超小型弱磁场传感器。

发明内容

因此，本发明记取了在现有技术中发生的上述问题，而且，本发明的一个目的是为了精确探测如地磁场的弱磁场，提供一种具有高灵敏度的弱磁场传感器的PCB，及其制造方法。

本发明的另一个目的是提供一种符合电子产品小型化、轻量化、高集成度和多功能要求的具有超小型弱磁场传感器的PCB。

为了实现以上目的，本发明提供一种具有弱磁场传感器的PCB，包括在其上每一面都形成有第一激励线圈和第一检测线圈的基板；分别层叠在基板顶部和底部并且用多个软磁芯形成的软磁芯体；分别层叠在软磁芯体上的外层的形成，同时其上形成分别与第一激励电路和第一检测电路通过通孔连接的第二激励电路和第二检测电路，以使其分别环绕软磁芯。基板第一面上形成的软磁芯、激励电路和检测电路可分别与基板第二面上形成的软磁芯、激励电路和检测电路相垂直。

多个软磁芯可以形成棒状，其数量是2的倍数，并且激励电路和检测电路可与其相垂直。

多个软磁芯可以具有矩形环形状，基板第一面上形成的激励电路和检测电路可以与软磁芯的侧面垂直、以及基板第二面上形成的激励电路和检测电路可以与软磁芯的侧面平行。

为了完成上述目的，本发明提出一种制造具有弱磁场传感器的PCB的方法，包括步骤(A)：提供基板，其中第一x-轴激励电路和第一x-轴检测电路形成在其第一面上，第一y-轴激励电路和第一y-轴检测电路形成在其第二面上，并且提供x-轴和y-轴的软磁芯体，其中x-轴和y-轴的软磁芯以多层结构形成；(B)顺序层叠绝缘体、x-轴软磁芯体、绝缘体和铜箔到基板的第一面上，以及顺序层叠绝缘体、y-轴软磁芯体、绝缘体和铜箔到基板的第二面上；(C)在铜箔上形成第二x-轴、y-轴激励电路和检测电路，并分别与第一x-轴、y-轴激励电路和检测电路导通，以使之环绕x-轴、y-轴软磁芯。

步骤(A)可以包括：步骤(A-1)，形成第一x-轴激励电路和第一x-轴检测电路在基板第一面上，和形成第一y-轴激励电路和第一y-轴检测电路在基板第二面上；(A-2)，层叠预成型的软磁芯到两层绝缘体的四个面上；(A-3)，在两个绝缘体的四个预成型的软磁芯表面应用抗腐蚀剂，并且通过曝光和显影该抗腐蚀剂形成一定的抗腐蚀剂图案；(A-4)，利用抗腐蚀剂图案对预成型的软磁芯进行蚀刻，通过将层叠在第一绝缘体上的两个软磁芯预成形体上形成x-轴软磁芯，来形成x-轴软磁芯体，并且通过在层叠于第二绝缘体上的两个软磁芯预成形体上形成y-轴软磁芯，来形成y-轴软磁芯体；(A-5)，除去抗腐蚀剂。

步骤(A)还可以包括：步骤(A-6)，将绝缘体和软磁芯预成形体层叠到x-轴和y-轴软磁芯体的第一面上；(A-7)，在步骤(A-6)中的软磁芯预成形体表面施加抗腐蚀剂；并且通过曝光和显影该抗腐蚀剂形成一定的抗腐蚀剂图案；(A-8)，利用步骤(A-7)中的抗腐蚀剂图案对软磁芯预成形体进行蚀刻，在x-轴软磁芯体上的软磁芯预成形体上形成x-轴软磁芯，并且在y-轴软磁芯体上的软磁芯预成形体上形成y-轴软磁芯；(A-9)，除去步骤(A-8)中的抗腐蚀剂；(A-10)，通过重复步骤(A-6)至(A-9)形成期望数量的x-轴和y-轴软磁芯。

附图说明

从以下结合附图进行的详细描述中，可以更清晰地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。其中：

图1是传统弱磁场传感器结构的示意图。

图2a至2f是说明图1中的弱磁场传感器工作的时间图。

图3是用来说明根据本发明的一个实施方案制造的含弱磁场传感器的PCB的分解透视图。

图4a至4q是沿图3中的X-X’线的截面图，显示了含弱磁场传感器的PCB的制造方法的流程。

图5a示出含传统弱磁场传感器的PCB的平面透视图。

图5b示出根据本发明的一个实施方案制造的含弱磁场传感器的PCB的平面透视图。

图6示出根据本发明的另一个实施方案制造的含弱磁场传感器的PCB的平面透视图。

具体实施方式

现在参考附图，其中使用相同的参考编号来指明相同的或相似的部件。

参考以下附图，对含弱磁场传感器的PCB及其制造方法进行详细描述。

图3是用来说明根据本发明的一个实施方案制造的含弱磁场传感器的PCB的分解透视图。

如图3所示，根据本发明的一个实施方案的含弱磁场传感器的PCB，按顺序从上面开始，包括其上形成第二x-轴激励电路30和第二x-轴检测电路50的第一层；其上形成第二x-轴软磁芯12的第二层；其上形成第一x-轴软磁芯11的第三层；其上形成第一x-轴激励电路20和第一x-轴检测电路40的第四层；其上形成第一y-轴激励电路20’和第一y-轴检测电路40’的第五层；其上形成第一y-轴软磁芯11’的第六层；其上形成第二y-轴软磁芯12’的第七层；以及其上形成第二y-轴激励电路30’和第二y-轴检测电路50’的第八层。

在这种情况下，第一至第四层被构造来检测x-轴弱磁场，第五至第八层构造来检测垂直于x-轴方向的弱磁场(即y-轴)。因此，含弱磁场传感器的PCB具有由检测x-轴弱磁场的传感器和检测y-轴弱磁场的传感器相互交叠并结合在一起的结构。

因此，本发明的含弱磁场传感器的PCB能够同时测量x-轴和y-轴的弱磁场(如地磁场)。

x-轴弱磁场传感器描述如下。第一x-轴激励电路30和检测电路50，以及第二x-轴激励电路20和检测电路40形成在x-轴软磁芯对11、12的两侧，并且将x-轴软磁芯对11、12***到其间。

在这种情况下，第二x-轴激励电路30的线状图案和第二x-轴检测电路50的线状图案以规则的间隔交替形成在同一平面上。第二x-轴激励电路30在x-轴方向上形成两个分开的列。相反，第二x-轴检测电路50在x-轴方向上形成单一的列，这样可以使检测电路图案的一侧连接到对应的检测电路图案的另一侧。

相似地，第一x-轴激励电路20的线状图案和第一x-轴检测电路40的线状图案以规则的间隔交替形成在同一平面上。第一x-轴激励电路20在x-轴方向上形成两个分开的列。相反，第一x-轴检测电路40在x-轴方向上形成单一的列，这样可以使检测电路图案的一侧连接到对应的检测电路图案的另一侧。

在这种情况下，第一和第二x-轴检测电路40、50以及第一和第二x-轴激励电路20、30能够以预定次数交替形成，但是优选交替两次。

根据本发明的x-轴弱磁场传感器具有通孔(未示出)，电连接第一和第二x-轴激励电路20、30。相似地，x-轴弱磁场传感器具有通孔(未示出)，电连接到第一和第二x-轴检测电路40、50。

上述第一和第二x-轴激励电路20、30通过通孔以Z字形相互连接，并形成单一行。

相似地，第一和第二x-轴检测电路40、50通过通孔以Z字形相互连接，并形成单一行。然而，第一和第二x-轴检测电路40、50形成为环绕在整个x-轴软磁芯对11、12周围，以至于沿yz-平面的截面图形成一个“O”型。

在一个实施方案中，根据本发明的弱磁场传感器的第一和第二x-轴软磁芯11、12可以形成为矩形环或相似形状。第一和第二x-轴软磁芯11、12的优选制造材料选自无定形金属、坡莫合金和超透磁合金。

其后，根据本发明的y-轴弱磁场传感器具有与x-轴弱磁场传感器相同的详细结构和制造方法，除了y-轴弱磁场传感器的结构垂直于上述的x-轴弱磁场传感器。

在根据本发明如以上所述构造的含弱磁场传感器的PCB中，软磁芯11、12、11’、12’的磁通密度会随通过激励电路20、30、20’、30’的交流电流而改变。因此，检测电路40、50、40’、50’中就感应出电流并引起电压变化。通过检测该电压的变化，就可以检测出x-轴和y-轴的磁场。

图4a至4q是沿图3中的X-X’线的截面图，显示了含弱磁场传感器的PCB的制造方法的流程。

如图4a所示，制备作为基板的由涂覆有铜箔112和112’的绝缘树脂层111构成的覆铜层叠板。

在这种情况下，根据用途不同，不同类型的覆铜层叠板被用作基板110，如玻璃/环氧树脂覆铜叠层板、耐热树脂覆铜叠层板、纸/苯酚覆铜叠层板、用于高频的覆铜叠层板、挠性覆铜层叠板和复合覆铜叠层板。不过，涂覆有铜箔112和112’的绝缘树脂层111构成的玻璃/环氧树脂覆铜叠层板被优选用于双面PCB或多层PCB的制造。

如图4b所示，将干膜200a和200b应用在基板110上，并利用印有一定图案的底图膜(未示出)进行曝光和显影，因此，包含第一x-轴激励电路图案和第一x-轴检测电路图案的抗腐蚀剂图案形成在基板110的干膜200a上，同时包含第一y-轴激励电路图案和第一y-轴检测电路图案的抗腐蚀剂图案也形成在基板110的干膜200a’上。

在这种情况下，干膜200a或200a’的每一个均由三层膜构成，包括覆盖膜、光刻胶膜和迈拉(Mylar)膜，光刻胶膜主要用作抗蚀剂。

曝光和显影过程为将印有一定图案的底图膜紧贴在干膜200a和200a’上，并用紫外光照射其上。在此，底图膜上印有图案的黑色部分不能透过紫外光，而底图膜上未印有图案的部分则可以透过紫外光，从而导致底图膜下的干膜200a和200a’硬化。当将干膜200a和200a’已经硬化的覆铜层叠板浸入到显影液中时，干膜200a和200a’上未硬化的部分被显影液除去，而且只有干膜200a和200a’上硬化的部分得到保留并形成抗腐蚀剂图案。在这种情况下，碳酸钠Na₂CO₃水溶液或碳酸钾K₂CO₃被用作显影液。

如图4c所示，上下层铜箔112和112’以干膜200a和200a’作为抗蚀剂进行蚀刻，从而使第一x-轴激励电路20和第一x-轴检测电路40形成在基板110的上层铜箔112上，以及第一y-轴激励电路20’和第一y-轴检测电路40’形成在基板110的下层铜箔112’上。其后，干膜200a和200a’用剥离剂除去，如氢氧化钠NaOH或氢氧化钾KOH。

虽然在图4b、4c的过程中将干膜200a和200a’用作抗蚀剂，不过液体光刻胶也可以作为抗蚀剂。在此，会在紫外线中曝光的液体光刻胶被涂覆在基板110上，随后将其干燥。其后，利用印有一定图案的底图膜对光刻胶进行曝光和显影，从而使包括第一激励电路和第一检测电路的光刻图案形成在光刻胶上。然后，利用其上形成一定图案的光刻胶作为抗蚀剂在上下层铜箔112和112’上进行蚀刻，从而使第一x-轴激励电路20和第一x-轴检测电路40形成在上层铜箔112上，以及第一y-轴激励电路20’和第一y-轴检测电路40’形成在下层铜箔112’上。然后除去光刻胶。在此，浸涂法、辊涂法或电沉积法可以用作涂覆液体光刻胶的方法。

同时，如图4d所示，将x-轴软磁芯的预成型的软磁物质311和312层叠在绝缘板130(如半固化片)的上下面上。

在这种情况下，由于如果绝缘板130的厚度越大则PCB的最终尺寸就越大，所以绝缘板130的优选厚度为30至100μm。

如图4e所示，干膜200b和200b’被覆在软磁物质311和312上，利用印有一定图案的底图膜(未示出)对其进行曝光和显影，从而使包括第一和第二x-轴软磁芯光刻图案形成在干膜200b和200b’上。

如图4f所示，以干膜200b和200b’作为抗蚀剂对软磁物质311和312进行蚀刻，从而形成第一和第二x-轴软磁芯11和12。其后，将干膜200b和200b’用剥离剂除去，剥离剂如氢氧化钠NaOH或氢氧化钾KOH。

与以上图4b和4c所示过程相似，在图4e和4f的过程中也可使用液体光刻胶作为抗蚀剂来形成第一和第二x-轴软磁芯11和12。

虽然，在本实施方案中，只描述了两个x-轴软磁芯11和12，但是三个或更多的软磁芯也能形成。在这种情况下，将绝缘层和软磁芯预成形体层叠到第一和第二x-轴软磁芯11和12的一侧。然后，将干膜或液体光刻胶涂覆软磁芯预成形体上，并曝光和显影，从而形成抗蚀剂图案。然后，利用该抗蚀剂图案在软磁芯预成形体上形成第三x-轴软磁芯。因此，通过重复这一过程，可以形成期望数量的软磁芯。使用将绝缘层和软磁芯预成形体层叠到第一和第二x-轴软磁芯11和12的两侧的方法，能够形成第三和第四软磁芯。同时，如图4g所示，将y-轴软磁芯的预成形体的软磁物质311’和312’层叠在绝缘板130’的上下面上。

如图4d中的绝缘板130一样，如果绝缘板130’的厚度越大则PCB的最终尺寸就越大，因此，绝缘板130’的优选厚度为30至100μm。

如图4h所示，干膜200c和200c’被覆在软磁物质311’和312’上，利用印有一定图案的底图膜(未示出)对其进行曝光和显影，从而使包括第一和第二y-轴软磁芯图案的抗蚀剂图案形成在干膜200c和200c’上。

如图4i所示，以干膜200c和200c’作为抗蚀剂对软磁物质311’和312’进行蚀刻，从而形成第一和第二y-轴软磁芯11’和12’。其后，将干膜200c和200c’用剥离剂除去，剥离剂例如氢氧化钠NaOH或氢氧化钾KOH。

其后，如同x-轴软磁芯一样，三个或更多的软磁芯也能形成。

与以上图4b和4c所示过程相似，在图4h和4i的过程中也可使用液体光刻胶作为抗蚀剂来形成第一和第二y-轴软磁芯11’和12’。

如图4j所示，从上到下依次为：起始层的上层铜箔150、第二上绝缘层140、第一和第二x-轴软磁芯11和12、第一上绝缘层120、基板110、第一下绝缘层120’、第一和第二y-轴软磁芯11’和12’、第二下绝缘层140’和下层铜箔150’。

在此，半固化片用作第一和第二绝缘层120、120’、140、140’。此外，由于PCB的最终尺寸大，因此绝缘层120、120’、140、140’的优选厚度为30至100μm。

此外，使用的上层和下层铜箔150和150’的厚度可以为12至35μm，但是，上层和下层铜箔150和150’的优选厚度为12μm。

如图4k所示，上层铜箔150、第二上绝缘层140、第一和第二x-轴软磁芯11和12、第一上绝缘层120、基板110、第一下绝缘层120’、第一和第二y-轴软磁芯11’和12’、第二下绝缘层140’和下层铜箔150’，通过在预定温度和压力下加热加压(如大约150-200℃以及30-40kg/cm²)而层叠在一起。

如图41所示，通过均匀蚀刻减少上层和下层铜箔150、150’的厚度，并且进行利用干膜(未示出)的曝光、显影和蚀刻过程形成窗口A以形成通孔。

在这种情况下，蚀刻的铜箔150、150’的优选厚度为3-7μm，而且湿法蚀刻(如使用蚀刻溶液来蚀刻)和干法蚀刻(如使用等离子来蚀刻)均可作为蚀刻的方法。

如图4m所示，利用形成在铜箔150和150’上的窗口A，形成上通孔(未示出)以连接到第一x-轴激励电路20和检测电路40，同时形成下通孔B以连接到第一y-轴激励电路20’和检测电路40’。

在这种情况下，形成上层和下层通孔的方法优选是使用激光打孔机加工上层和下层绝缘体120、120’、130、130’、140、140’。优选使用二氧化碳激光打孔机作为激光打孔机。在这种情况下，通孔B是使用能够处理铜箔150、150’的钇铝石榴石(YAG)激光打孔机形成的，并且不需形成窗口A，通孔B就能够在铜箔150、150’上形成。

在一个实施方案中，形成通孔B之后，优选进行去污处理，以除去由于形成通孔B时的生热导致绝缘体120、120’、130、130’、140、140’熔化而在通孔B的壁上产生的污渍。

在另一个实施方案中，在形成连接上层铜箔150和下层铜箔150’的通孔时，可以使用机械打孔机，如计算机控制(CNC)打孔机，而不是激光打孔机。

如图4n所示，为了将第一激励电路20、20’和第一检测电路40、40’电连接到铜箔150、150’上，将镀铜层160、160’形成在通孔B和铜箔150、150’上。

在这种情况下，由于通孔B的侧壁是绝缘体120、120’、130、130’、140、140’，因此不能在通孔B形成后立刻进行电解镀铜过程。

因此，首先进行化学镀铜过程以电连接形成的通孔B，再进行电解镀铜过程。化学镀铜过程在绝缘体120、120’、130、130’、140、140’上进行，所以很难期望带电离子的反应。该化学镀铜过程通过沉积反应完成，而且此沉积反应由催化剂促进。为了让铜从镀液中沉积出来，催化剂必须附着在被镀材料表面。这意味着化学镀铜过程需要许多预处理过程。

在一个实施方案中，化学镀铜过程可能包括清洁步骤、软蚀刻步骤、预催化剂处理步骤、催化剂处理步骤、加速步骤、化学镀铜步骤和抗氧化步骤。

在清洁步骤中，存在于上层和下层铜箔150、150’表面的氧化物或杂质，特别是油脂被用含酸性或碱性表面活性剂的化学物质从铜箔表面除去，然后将此表面活性剂完全洗去。

在软蚀刻步骤中，使上层和下层铜箔150、150’表面具有轻微粗糙度(例如，大约1-2μm)，以便在镀铜过程中均匀地粘附铜颗粒到铜箔表面上，并且可以从铜箔上除去在清洁步骤中未被处理的污染物。

在预催化剂处理步骤中，将PCB浸入低浓度的催化剂溶液中，以防止用于催化剂处理步骤的化学品被污染或者浓度被改变。而且，由于PCB预先浸入相同化学品中，因此催化剂处理过程更容易活化。该预催化剂处理步骤中优选使用稀释至1-3％的催化剂化学品。

在催化剂处理步骤中，催化剂粒子被涂覆到铜箔150、150’的表面和绝缘体120、120’、130、130’、140、140’上(即通孔B的侧壁)。优选用Pd-Sn化合物作为催化剂粒子，其中待镀的粒子Cu²⁺和pd^2-结合的Pd-Sn化合物用来加速镀铜过程。

在化学镀步骤中，镀液优选含有CuSO₄、HCHO、NaOH和其它稳定剂。为了维持镀覆反应，化学反应必须保持平衡，并且重要的是控制镀液组成以平衡化学反应。为了保持镀液组成，适当补充不足的镀液组分，机械搅拌，以及使镀液循环的***必须合适地进行操作。此外，要求过滤装置过滤出反应产生的副产物，而且使用过滤装置可以延长镀液的使用期。

在抗氧化步骤中，抗氧化膜被涂覆到所有表面上，以防止由于化学镀铜步骤后残留的碱性成分引起镀膜氧化。

但是，与电镀镀铜步骤相比，上述化学镀铜步骤的物理特性一般会恶化，因此形成的铜镀层薄。

在化学镀铜过程结束之后，将PCB浸入槽中包含的镀铜液中，并使用直流电(DC)整流器进行电解镀铜。电解镀铜过程的优选方法为计算待镀面积，施加合适的电流到直流电整流器上并沉积铜。电解镀铜方法的优越性在于其镀铜层的物理性质优于化学镀铜层，并且较容易形成厚的镀铜层。

上述镀铜层160、160’的优选厚度为15至18μm。

如图4o所示，干膜200d和200d’被涂覆到上层和下层铜箔150、150’和镀铜层160、160’上，利用印有一定图案的底图膜(未示出)对其进行曝光和显影，从而使包括第二x-轴激励电路图案和第二x-轴检测电路图案的抗蚀剂图案形成在上层干膜200d上，以及使包括第二y-轴激励电路图案和第二y-轴检测图案的抗蚀剂图案形成在下层干膜200d’上。

如图4p所示，以上层和下层干膜200d、200d’作为抗蚀剂，对上层和下层铜箔150、150’以及镀铜层160、160’进行蚀刻，从而使第二x-轴激励电路30和第二x-轴检测电路50形成在上层铜箔150和镀铜层160上，并且使第二y-轴激励电路30’和第二y-轴检测电路50’形成在下层铜箔150’和镀铜层160’上。其后，将干膜200d和200d’用剥离剂除去，如氢氧化钠NaOH或氢氧化钾KOH。

与图4b和4c的上述过程相似，在图4o和4p的过程中也可使用液体光刻胶作为抗蚀剂来形成第二x-轴激励电路30、第二x-轴检测电路50、第二y-轴激励电路30’和第二y-轴检测电路50’。

如图4q所示，施加并硬化抗焊剂400和400’。

在这种情况下，如果手指印、油或灰尘粘附在PCB上，其中第二激励电路30、30’和第二检测电路50、50’形成在铜箔150、150’和镀铜层160、160’上，那么就会出现在下一步处理过程中形成的抗焊剂400、400’不能和PCB完全粘合的问题。因此，优选进行预处理过程，其中包括清洗底板表面以及使底板表面具有轻微的粗糙度，该预处理过程优选在施加抗焊剂400、400’前进行。

施加抗焊剂400、400’的方法包括：丝网印刷法、辊涂法、幕涂法和喷涂法。

其后，当使用表面处理方法来形成PCB的外部模块(outer block)时，如镀镍/金、刳刨和冲压，根据本发明具有弱磁场传感器的PCB就制成了。

根据上述方法制造的本发明中的弱磁场传感器的灵敏度S可以由方程1表达，

S＝α×N×A×μ×f                        (1)

此处α是与软磁芯的平衡态和B(磁通密度)-H(内部磁场)曲线的下降部分有关的系数，N是环绕软磁芯的激励电路或检测电路的线圈匝数，A是软磁芯的截面积，μ是软磁芯的导磁率，f是软磁芯被激励的频率。

从方程1可知，弱磁场传感器的灵敏度S随软磁芯的截面积增加而提高。因此，当本发明的弱磁场传感器的截面积随软磁芯11、12、11’、12’的数量增加而增加时，灵敏度也随之提高。即使环绕软磁芯11、12、11’、12’的激励电路20、30、20’、30’或检测电路40、50、40’、50’的线圈匝数减少，仍旧可以在α、μ和f不变的情况下得到具有出色的灵敏度的弱磁场传感器。

图5a示出根据由本申请人在2002年3月9日提交的韩国专利No.432,622中的含弱磁场传感器的PCB的平面透视图。该图示出第一层，其上形成第二x-轴驱动图案3(对应于本发明的第二激励电路)和第二x-轴检测图案5，和第二层，其上形成两根棒状x-轴磁物质1(对应于本发明的x-轴软磁芯)。另外，图5b示出根据本发明的一个实施方案制造的含弱磁场传感器的PCB的平面透视图，该图示出第一层，其上形成第二x-轴激励电路30a和第二x-轴检测电路50a，和第二层，其上形成两根棒状x-轴软磁芯12a。

如图5a所示，传统弱磁场传感器以驱动图案3和检测图案5环绕磁物质1共12圈的方式形成。

作为对比，如图5b所示，本发明的弱磁场传感器以激励电路30a和检测电路50a环绕软磁芯12a共6圈的方式形成，以获得相同的灵敏度。

而且，在传统弱磁场传感器中，两个磁物质1外部形成通孔的区域排列成四排以使第一层上的驱动图案3和检测图案5环绕12圈。因此，传统弱磁场传感器的尺寸决定于整个驱动图案3和检测图案5的尺寸。

作为对比，在本发明的弱磁场传感器中，两个软磁芯12a外部形成通孔的区域排列成2排以使第一层上的激励电路30a和检测电路50a环绕6圈。原因在于，如果减少激励电路30a和检测电路50a的线圈匝数，那么与软磁芯12a周围的通孔区域连接的激励电路30a和检测电路50a就能在倾斜的方向形成，因此扩大了通孔区域的空间使其可以以两排排列。因此，根据本发明的弱磁场传感器的尺寸取决于通孔区的位置。

在一个实施方案中，在含传统弱磁场传感器的PCB的尺寸为5.3mm×5.3mm＝28.09mm²的情况下，本发明的含传统弱磁场传感器的PCB的尺寸为4.0mm×4.0mm＝16.0mm²(大约为传统弱磁场传感器的57％)，但是二者的灵敏度是相同的。

图6示出根据本发明的另一个实施方案制造的含弱磁场传感器的PCB的平面透视图，该图示出其上形成第二x-轴激励电路30b和第二x-轴检测电路50b的第一层，和其上形成矩形环形状的x-轴软磁芯12b的第二层。

图5b中的含弱磁场传感器的PCB与图6中的含弱磁场传感器的PCB相比，差别在于图5b中的弱磁场传感器使用两对矩形的软磁芯12a，而图6中的弱磁场传感器则使用一对矩形环形状的软磁芯12b。

虽然，在这个实施方案中，使用了两对矩形的软磁芯或一对矩形环形状的软磁芯，但是根据目的或用途，可以使用相同或相似形状的软磁芯。

此外，虽然，在该实施方案中，使用了绕有单轴(如：x-轴或y-轴)激励电路和检测电路的两对软磁芯(或两个软磁芯)，不过可以使用三对或更多的软磁芯(或三个软磁芯)来增加集成度。

如上所述，本发明提供了一种具有高灵敏度弱磁场传感器的PCB，其中增加了软磁芯的截面积以精确探测弱磁场，如地磁场，及其制造方法。

因此，根据本发明的具有高灵敏度弱磁场传感器的PCB及其制造方法的有效性在于因为增加了软磁芯的截面积从而能够以极好的灵敏度探测弱磁场，尽管激励电路和检测电路的线圈匝数减少了，

此外，根据本发明的具有高灵敏度弱磁场传感器的PCB及其制造方法的有效性在于因为其提供了极好的灵敏度，所以可以提供超小型和高集成度的弱磁场传感器，尽管激励电路和检测电路的线圈匝数减少了。

此外，根据本发明的具有高灵敏度弱磁场传感器的PCB及其制造方法的有效性在于其能够符合电子产品的小型化、轻量化、高集成度和多功能性的要求，因为它提供了超小型弱磁场传感器。

虽然为说明的目的而公开了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员会理解，在不偏离公开于所附权利要求中的发明范围和精神的情况下，各种更改、添加和置换是可能的。

Claims (10)

1、一种具有弱磁场传感器的印刷电路板，包括：

其上每一侧形成有第一激励电路和第一检测电路的基板；

分别层叠在基板的顶部和底部并由多个软磁芯组成的软磁芯体；

分别层叠在软磁芯体上的外部层，其上形成有通过通孔与第一激励电路和第一检测电路连接的第二激励电路和第二检测电路以分别环绕软磁芯；

其中，形成在基板的第一面上的软磁芯、激励电路和检测电路与形成在基板的第二面上的软磁芯、激励电路和检测电路分别相互垂直。

2、权利要求1中的PCB，其中软磁芯由选自无定形金属、坡莫合金和超透磁合金的材料制成。

3、权利要求1中的PCB，其中交替形成第一激励电路和第一检测电路，以及交替形成第二激励电路和第二检测电路。

4、权利要求1中的PCB，其中多个软磁芯形成棒，其数量为2的倍数，而且激励电路和检测电路与所述多个软磁芯垂直。

5、权利要求1中的PCB，其中：

多个软磁芯具有矩形环形状；

形成在基板的第一面上的激励电路和检测电路垂直于软磁芯的侧面；

形成在基板的第二面上的激励电路和检测电路平行于软磁芯的侧面；

6、一种具有弱磁场传感器的PCB的制造方法，包括以下步骤：

(A)提供基板，其中第一x-轴激励电路和第一x-轴检测电路形成在其第一面上，第一y-轴激励电路和第一y-轴检测电路形成在其第二面上，并且提供x-轴和y-轴的软磁芯体，其中x-轴和y-轴的软磁芯以多层结构形成；

(B)顺序层叠绝缘体、x-轴软磁芯体、绝缘体和铜箔到基板的第一面上，以及顺序层叠绝缘体、y-轴软磁芯体、绝缘体和铜箔到基板的第二面上；

(C)在铜箔上形成第二x-轴、y-轴激励电路和检测电路，并分别与第一x-轴、y-轴激励电路和检测电路导通，以使之环绕x-轴、y-轴软磁芯。

7、权利要求6中的方法，其中的步骤(A)包括以下步骤：

(A-1)形成第一x-轴激励电路和第一x-轴检测电路在基板第一面上，和形成第一y-轴激励电路和第一y-轴检测电路在基板第二面上；

(A-2)层叠软磁芯预成形体到两个绝缘体的两个面上；

(A-3)在两个绝缘体的四个软磁芯预成形体表面上施加抗蚀剂，并且通过曝光和显影该抗蚀剂形成一定的抗蚀剂图案；

(A-4)利用抗蚀剂图案对软磁芯预成形体进行蚀刻，通过在层叠在第一绝缘体上的两个软磁芯预成形体上形成x-轴软磁芯来形成x-轴软磁芯体，并通过在层叠于第二绝缘层的两个软磁芯预成形体上形成y-轴软磁芯来形成y-轴软磁芯体；

(A-5)除去抗蚀剂。

8、权利要求7中的方法，其中的步骤(A)还包括以下步骤：

(A-6)将绝缘体和软磁芯预成形体层叠到x-轴和y-轴软磁芯体的第一面上；

(A-7)在步骤(A-6)中的软磁芯预成形体表面上施加抗蚀剂；并且通过曝光和显影该抗蚀剂形成一定的抗蚀剂图案；

(A-8)利用步骤(A-7)中的抗蚀剂图案对软磁芯预成形体进行蚀刻，在x-轴软磁芯体上层叠的软磁芯预成形体上形成x-轴软磁芯，并且在y-轴软磁芯体上层叠的软磁芯预成形体上形成y-轴软磁芯；

(A-9)除去步骤(A-8)中的抗蚀剂；

(A-10)通过重复步骤(A-6)至(A-9)形成期望数量的x-轴和y-轴软磁芯。

9、权利要求6中的方法，其中的步骤(C)包括以下步骤：

(C-1)为连接到第一x-轴和y-轴激励电路和检测电路而形成通孔；

(C-2)在通孔的侧壁和层叠在基板两侧的铜箔表面形成镀铜层；

(C-3)在镀铜层表面应用抗蚀剂，通过曝光和显影抗蚀剂形成一定的抗蚀剂图案；

(C-4)利用抗蚀剂图案对铜箔和镀铜层进行蚀刻，并形成对应于抗蚀剂图案的第二x-轴和y-轴激励电路和检测电路；

(C-5)除去抗蚀剂。

10、权利要求9中的方法，其中步骤(C)还包括步骤(C-6)：在步骤(C-1)之前，将层叠在基板两侧的铜箔进行部分蚀刻。

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