本發(fā)明涉及基于MEMS技術的磁通門傳感器技術領域，具體涉及一種一次成型螺線管線圈微型磁通門的制備方法。

背景技術：

磁通門傳感器是利用被測磁場中高導磁鐵芯在交變磁場的飽和激勵下，利用磁感應強度和磁場強度的非線性關系來測量弱磁場的一種傳感器。磁通門傳感器具有分辨力高、測量弱磁場范圍寬、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，同時能夠直接測量磁場的分量，因此特別適用于高速運動系統(tǒng)。傳統(tǒng)的磁通門傳感器是通過在軟磁薄膜鐵芯上繞制線圈來進行制作的，該方法制作的磁通門傳感器存在體積大、功耗高等缺點，不適合電子器件小型化發(fā)展。隨著MEMS(micro-electro-mechanical system)技術的發(fā)展，可實現(xiàn)芯片量級的磁通門傳感器的制作，可以將磁通門的體積縮小一個數(shù)量級，功耗也大大降低。采用MEMS技術研制微型磁通門成為國內外研究開發(fā)的熱點。

三維微螺線管型磁通門由于具有四邊都纏繞線圈的閉合方形磁芯，可以同時探測X軸和Y軸方向的弱磁場強度，具有更高的靈敏性和測量范圍?，F(xiàn)有的三維微螺線管型磁通門傳感器中的三維螺線管線圈均是通過電鍍方式實現(xiàn)的，即三維螺線管線圈中連接上下兩個線圈的柱子是需要在支柱孔中通過電鍍實現(xiàn)的，支柱孔電鍍的成品率低，導致良率不佳，相應使得磁通門的制備成本高。另外電鍍工藝使用的電鍍液存在一定的毒害性，容易對環(huán)境產生污染，環(huán)保性差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術提供一種環(huán)保性好，并且能夠一次成型螺線管線圈且能有效提高微型磁通門制造成品率的微型磁通門的制備方法。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為：一次成型螺線管線圈微型磁通門的制備方法，其特征在于：選取兩個高阻硅片，分別在兩個高阻硅片上進行刻蝕處理，以使得兩個高阻硅片鍵合后能夠形成一用于成型鐵芯的鐵芯腔和多個圍繞在鐵芯腔外周的螺線管腔，所述螺線管腔在鍵合后的兩個高阻硅片中的至少一個高阻硅片上形成有填充口；

兩個高阻硅片鍵合前，將絕緣層和鐵芯層沉積在鐵芯腔對應在兩個高阻硅片上的刻蝕槽內以使得兩個高阻硅片鍵合后鐵芯層夾設在絕緣層之間；

在螺線管腔對應在兩個高阻硅片上的刻蝕槽的內壁上沉積絕緣層，兩個高阻硅片鍵合后，自所述填充口向所述螺線管腔內填充線圈材料，從而在螺線管腔中形成螺線管線圈；然后在所述填充口上覆蓋保護層并在保護層上開設通至所述螺線管線圈的電極窗口。

可選擇地，該一次成型螺線管線圈微型磁通門的制備方法包括如下步驟：

步驟一、選擇第一高阻硅片和第二高阻硅片，分別對第一高阻硅片和第二高阻硅片進行處理；

其中對第一高阻硅片的處理包括以下步驟：

步驟A1、在第一高阻硅片的第一表面沉積一層絕緣層；

步驟A2、根據(jù)微型磁通門中預制的鐵芯的形態(tài)，在第一高阻硅片的第一表面上對應刻蝕淺槽；

步驟A3、在所述淺槽的底面上沉積一層絕緣層；

步驟A4、在所述淺槽內的絕緣層上制作軟磁薄膜鐵芯層；

步驟A5、在所述軟磁薄膜鐵芯層上覆蓋設置聚合物層；

步驟A6、根據(jù)微型磁通門中預制的螺線管線圈的位置，在所述淺槽的兩側，自第一高阻硅片的第一表面分別向內刻蝕多組支柱孔，所述支柱孔的深度大于所述淺槽的深度；

其中對第二高阻硅片的處理包括以下步驟：

步驟B1、在第二高阻硅片的第一表面沉積一層絕緣層；

步驟B2、對應于每組支柱孔的位置，在第二高阻硅片的第一表面上刻蝕能夠對接連通每組支柱孔的第二線圈槽；

步驟B3、在每條第二線圈槽的內壁上沉積一層絕緣層；

步驟二、將第一高阻硅片的第一表面和第二高阻硅片的第一表面相對設置并通過聚合膜鍵合第一高阻硅片和第二高阻硅片，從而使得所述淺槽構成所述鐵芯腔；

步驟三、

對應于每組支柱孔的位置，在第一高阻硅片與第一表面相對的第二表面上刻蝕第一線圈槽，每個第一線圈槽的兩側分別與一對支柱孔相連通，以使得所述第一高阻硅片上的第一線圈槽、一對支柱孔和第二高阻硅片上的第二線圈槽貫通形成圍繞在鐵芯腔外周的螺線管腔，所述第一線圈槽位于第一高阻硅片的第二表面上的開口即構成所述填充口；

步驟四、分別在各第一線圈槽和支柱孔的內壁上沉積一層絕緣層；

步驟五、自每個填充口向所述螺線管腔內填充線圈材料以形成所述螺線管線圈；

步驟六、在所述第一高阻硅片的第二表面上覆蓋設置一層保護層，對應于每個填充口的位置，在所述保護層上開設通至所述螺線管線圈的電極窗口。

優(yōu)選地，在所述步驟二和步驟三之間，自所述第一高阻硅片的第二表面的一側對所述第一高阻硅片進行減薄處理。

可選擇地，該一次成型螺線管線圈微型磁通門的制備方法包括如下步驟：

步驟一、選擇第一高阻硅片和第二高阻硅片，分別對第一高阻硅片和第二高阻硅片進行處理；

其中對第一高阻硅片的處理包括以下步驟：

步驟A1、在第一高阻硅片的第一表面沉積一層絕緣層；

步驟A2、根據(jù)預制微型磁通門的鐵芯的形態(tài)，在第一高阻硅片的第一表面上對應刻蝕淺槽；

步驟A3、在所述淺槽的底面上沉積一層絕緣層；

步驟A4、在所述淺槽內的絕緣層上制作軟磁薄膜鐵芯層；

步驟A5、在所述軟磁薄膜鐵芯層上覆蓋設置聚合物層；

其中對第二高阻硅片的處理包括以下步驟：

步驟B1、在第二高阻硅片的第一表面沉積一層絕緣層；

步驟B2、根據(jù)微型磁通門中預制的螺線管線圈的位置，在第二高阻硅片的第一表面上刻蝕多個第二線圈槽，各第二線圈槽的跨度大于所述淺槽的寬度。

步驟B3、在每條第二線圈槽的內壁上沉積一層絕緣層；

步驟二、將第一高阻硅片的第一表面和第二高阻硅片的第一表面相對設置并通過聚合膜鍵合第一高阻硅片和第二高阻硅片，從而使得所述淺槽構成所述鐵芯腔；

步驟三、與各個第二線圈槽相對應，在第一高阻硅片與第一表面相對的第二表面上分別刻蝕第一線圈槽；

在所述淺槽的兩側的位置，分別自各第一線圈槽向第一高阻硅片的第一表面方向刻蝕支柱孔以連通所述第二高阻硅片上對應的第二線圈槽，以使得所述第一高阻硅片上的第一線圈槽、支柱孔和第二高阻硅片上的第二線圈槽貫通形成圍繞在鐵芯腔外周的螺線管腔，所述第一線圈槽位于第一高阻硅片的第二表面上的開口即構成所述填充口；

步驟四、分別在各第一線圈槽和支柱孔的內壁上沉積一層絕緣層；

步驟五、自每個填充口向所述螺線管腔內填充線圈材料以形成所述螺線管線圈；

步驟六、在所述第一高阻硅片的第二表面上覆蓋設置一層保護層，對應于每個填充口的位置，在所述保護層上開設通至所述螺線管線圈的電極窗口。

優(yōu)選地，在所述步驟二和步驟三之間，自所述第一高阻硅片的第二表面的一側對所述第一高阻硅片進行減薄處理。

可選擇地，所述步驟三中，與各個第二線圈槽相對應，在第一高阻硅片的第二表面上鋪設復合掩模，進而先后刻蝕出所述支柱孔和所述第一線圈槽。

可選擇地，所述步驟三中，與各個第二線圈槽相對應，以所述淺槽底面的絕緣層作為阻擋層，自所述第一高阻硅片的第二表面上向第一表面方向一次刻蝕出與各第二線圈槽相連通的所述支柱孔和所述第一線圈槽。

優(yōu)選地，通過熱氧化或者PECVD的方法形成絕緣層。

可選擇地，使用KOH或者TMAH材料進行刻蝕處理，或者使用DRIE的方法進行刻蝕處理?？蛇x擇地，所述聚合物層采用BCB或者PI材料，所述保護層采用BCB或者PI材料。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明中的一次成型螺線管線圈微型磁通門的制備方法中，分別在兩個高阻硅片采用刻蝕的方法刻蝕出鐵芯腔和能夠連通的螺線管腔，相較于電鍍的方法實現(xiàn)支柱孔的加工，提高了支柱孔加工的成品率，相應地提高了微型磁通門制備的成功率，同時也避免了使用電鍍工藝加工螺線管腔存在的毒害性。此外，使用兩個高阻硅片鍵合的方式制備微型磁通門可以方便調整鐵芯腔的制備厚度，進而使得鐵芯層的厚度不受制備工藝的限制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一中成型螺線管線圈微型磁通門各制備步驟對應的剖視圖。

圖2為本發(fā)明實施例一中成型螺線管線圈微型磁通門各制備步驟對應的橫截面圖。

圖3為本發(fā)明實施例二中成型螺線管線圈微型磁通門各制備步驟對應的剖視圖。

圖4為本發(fā)明實施例二中成型螺線管線圈微型磁通門各制備步驟對應的橫截面圖。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例一

如圖1和圖2所示，本實施例中的一次成型螺線管線圈微型磁通門的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、選擇第一高阻硅片1和第二高阻硅片2，分別對第一高阻硅片1和第二高阻硅片2進行處理。

其中對第一高阻硅片1的處理包括以下步驟：

步驟A1、在第一高阻硅片1的第一表面沉積一層絕緣層101，該絕緣層101可以通過熱氧化第一高阻硅片1表面的方法形成，也可以使用PECVD(Plasma-enhanced chemical-vapor deposition，即等離子體增強化學氣相沉積法)的方法沉積二氧化硅絕緣層101。

步驟A2、根據(jù)微型磁通門中預制的鐵芯的形態(tài)，在第一高阻硅片1的第一表面上對應刻蝕淺槽11，本實施例中，在第一高阻硅片1的第一表面上刻蝕一長方形的淺槽11，該淺槽11可以通過KOH(即氫氧化鉀)或者TMAH(即四甲基氫氧化銨)材料進行刻蝕形成。

步驟A3、在淺槽11的底面上沉積一層絕緣層101，該絕緣層101可以選用二氧化硅層。

步驟A4、在淺槽11內的絕緣層101上通過電鍍的方式制作軟磁薄膜鐵芯層102，從而形成微型磁通門的鐵芯層102。

步驟A5、在軟磁薄膜鐵芯層102上覆蓋設置聚合物層103，對該聚合物層103進行平面平整化處理，使得該聚合物層103的表面與第一高阻硅片1的第一表面在一個平面上；

該聚合物層103可以選用BCB(Benzocyclobutene，即苯環(huán)丁烷)或者PI(Polyimide，即聚酰亞胺樹脂)材料制成以保護軟磁薄膜鐵芯層102。

步驟A6、根據(jù)微型磁通門中預制的螺線管線圈201的位置，在淺槽11的兩側，自第一高阻硅片1的第一表面分別向內刻蝕多組支柱孔12，這些支柱孔12可以使用DRIE(Deep reactive ion etching，即深反應離子刻蝕)的方法進行刻蝕形成，刻蝕出的支柱孔12的深度大于淺槽11的深度。

對第二高阻硅片2的處理包括以下步驟：

步驟B1、在第二高阻硅片2的第一表面沉積一層絕緣層101，該絕緣層101可以通過熱氧化第一高阻硅片1表面的方法形成，也可以使用PECVD的方法沉積二氧化硅絕緣層101。

步驟B2、對應于每組支柱孔12的位置，在第二高阻硅片2的第一表面上刻蝕能夠對接連通每組支柱孔12的第二線圈槽21，該第二線圈槽21可以使用DRIE(Deep reactive ion etching，即深反應離子刻蝕)的方法進行刻蝕形成。

步驟B3、在每條第二線圈槽21的內壁上沉積一層絕緣層101，該絕緣層101可以通過熱氧化第一高阻硅片1表面的方法形成，也可以使用PECVD的方法沉積二氧化硅絕緣層101。

步驟二、將第一高阻硅片1的第一表面和第二高阻硅片2的第一表面相對設置并鍵合，第一高阻硅片1和第二高阻硅片2的鍵合可以通過在第一高阻硅片1的第一表面或第二高阻硅片2的第一表面鋪干聚合膜104完成，第一高阻硅片1和第二高阻硅片2鍵合后使得淺槽11在第一高阻硅片1和第二高阻硅片2之間構成鐵芯腔100，相應地軟磁薄膜鐵芯層102即被夾設在聚合物層103和絕緣層101之間。

根據(jù)需要可以自第一高阻硅片1的第二表面的一側對第一高阻硅片1進行減薄處理。

步驟三、對應于每組支柱孔12的位置，在第一高阻硅片1的第二表面上刻蝕第一線圈槽13，第二表面即為與第一表面相對的表面，每個第一線圈槽13的兩側分別與一組支柱孔12相連通，以使得第一高阻硅片1上的第一線圈槽13、一組支柱孔12和第二高阻硅片2上的第二線圈槽21貫通形成圍繞在鐵芯腔100外周的一個螺線管腔200，第一線圈槽13位于第一高阻硅片1的第二表面上的開口即構成向螺線管腔200內填充線圈材料的填充口300。

步驟四、分別在各第一線圈槽13和支柱孔12的內壁上沉積一層絕緣層101，該絕緣層101可以通過熱氧化第一高阻硅片1表面的方法形成，也可以使用PECVD的方法沉積二氧化硅絕緣層101。

步驟五、自每個填充口300分別向各螺線管腔200內填充線圈材料以在各螺線管腔200內形成螺線管線圈201，形成的各螺線管線圈201則圍繞在軟磁薄膜鐵芯層102的外周，線圈材料則采用現(xiàn)有的合金材料。

步驟六、在第一高阻硅片1的第二表面上覆蓋設置一層保護層400，對應于每個填充口300的位置，在保護層400上開設通至螺線管線圈201的電極窗口401，該保護層400可以選用BCB(即苯環(huán)丁烷)或者PI(即聚酰亞胺樹脂)材料制成。

實施例二

如圖3和圖4所示，本實施例與實施例一的區(qū)別在于：在對第一高阻硅片1的處理步驟中省略步驟A6。相應地在對第二高阻硅片2的處理步驟中，在步驟B2中，則根據(jù)微型磁通門中需要預制的螺線管線圈201的位置，在第二高阻硅片2的第一表面上刻蝕多個第二線圈槽21，各第二線圈槽21的跨度大于淺槽11的寬度。

在步驟三中，則與各個第二線圈槽21相對應，在第一高阻硅片1與第一表面相對的第二表面上分別刻蝕第一線圈槽13。在淺槽11的兩側的位置，分別自各第一線圈槽13向第一高阻硅片1的第一表面方向刻蝕支柱孔12以連通第二高阻硅片2上對應的第二線圈槽21，以使得第一高阻硅片1上的第一線圈槽13、支柱孔12和第二高阻硅片2上的第二線圈槽21貫通形成圍繞在鐵芯腔100外周的螺線管腔200，第一線圈槽13位于第一高阻硅片1的第二表面上的開口即構成填充口300。

而第一線圈槽13和支柱孔12的刻蝕，可以通過以下方法實現(xiàn)。

與各個第二線圈槽21相對應，在第一高阻硅片1的第二表面上鋪設復合掩模，進而先后刻蝕出支柱孔12和所述第一線圈槽13。

或者與各個第二線圈槽21相對應，以淺槽11底面的絕緣層101作為阻擋層，自第一高阻硅片1的第二表面上向第一表面方向一次刻蝕出與各第二線圈槽21相連通的支柱孔12和第一線圈槽13。

另外，為了方便生產，可以將第二高阻硅片2刻蝕為和第一高阻硅片1一樣的形狀，即第二高阻硅片2同樣刻蝕淺槽、支柱孔和線圈槽以與第一高阻硅片1上的淺槽11、支柱孔12和第一線圈槽13相對應。相應地在第一高阻硅片1、第二高阻硅片2中的其中一個高阻硅片的淺槽中分別依次沉積絕緣層101和制作軟磁薄膜鐵芯層102，而在另一個高阻硅片的淺槽中僅沉積絕緣層101。如此第一高阻硅片1和第二高阻硅片2鍵合后，第一高阻硅片1上的淺槽11和第二高阻硅片2上的淺槽對合形成鐵芯腔100，第一高阻硅片1上的支柱孔12和第一線圈槽13與第二高阻硅片2上的支柱孔和線圈槽聯(lián)通形成螺線管腔200。鐵芯腔100則具有軟磁薄膜鐵芯層102，并且軟磁薄膜鐵芯層102還夾設在兩層絕緣層101之間。

而在螺線管腔200中填充螺線管線圈201時，則首先在第一高阻硅片1、第二高阻硅片2的其中一個高阻硅片的第二表面覆蓋設置一層保護層400，以封閉該高阻硅片上的填充口300。然后自另一個高阻硅片的填充口300向螺線管腔200中填充合金，從而形成螺線管線圈201，最終再在該高阻硅片的第二表面覆蓋設置一層保護層400，并且在該高阻硅片的填充口300的位置上開設電極窗口401。