阅读说明：本技术 具有集成的磁通门传感器的部件承载件 (Component carrier with integrated fluxgate sensor ) 是由 赫尔诺特·舒尔茨 亚历山大·卡斯珀 马尔科·加瓦宁 马丁·伦兹霍夫 迈克尔·奥特纳 于 2018-03-29 设计创作，主要内容包括：提供了一种具有集成的磁场传感器的部件承载件(100-1100、1400),其中,该部件承载件包括：多个导电层结构和/或多个电绝缘层结构(101)；设置在该层结构上和/或该层结构中的励磁线圈(103)和传感器线圈(105、107)；位于励磁线圈和传感器线圈上方的第一磁性结构(109)；位于励磁线圈和传感器线圈下方的第二磁性结构(345)。(A component carrier (100) with an integrated magnetic field sensor is provided (1100, 1400), wherein the component carrier comprises: a plurality of electrically conductive layer structures and/or a plurality of electrically insulating layer structures (101); an excitation coil (103) and a sensor coil (105, 107) arranged on and/or in the layer structure; a first magnetic structure (109) located above the excitation coil and the sensor coil; a second magnetic structure (345) located below the excitation coil and the sensor coil.)

具有集成的磁通门传感器的部件承载件

技术领域

本发明涉及一种具有集成的磁通门传感器的部件承载件，并且还涉及一种用于制造具有集成的磁通门传感器的部件承载件的制造方法。

背景技术

常规的平面式的磁通门传感器包括大体上长型形状的磁芯，其覆在励磁线圈上。通过给励磁线圈提供适当的AC激励电流，可以使磁芯进入磁饱和的一系列循环。外部场的感测是通过一对感测线圈来获得的，所述感测线圈通常设置在磁芯端部的下方。

EP 2 194 391 A1公开了一种宽范围的磁传感器及其制造方法，其中，该磁传感器由磁通门传感器和至少一个霍尔传感器形成。其中，磁通门传感器的磁芯由磁性区域形成，该磁性区域还用作用于霍尔传感器的集中器。在后加工阶段中在金属化层上制造所述磁性区域，在其中形成磁通门传感器的励磁线圈和感测线圈。励磁线圈和感测线圈形成在容置霍尔传感器的导电区域的半导体基板上。在EP 2 194 391 A1中描述的磁通门传感器包括励磁线圈，该励磁线圈覆四个感测线圈并且位于磁芯下方。励磁线圈通常为正方形，而磁芯为交叉的形状(十字形)，并且磁芯包括彼此垂直的第一臂和第二臂。感测线圈成对地设置，其中竖向轴线在磁芯的臂的端部附近穿过。如果给励磁线圈供应适当的激励电流，该激励电流能够使磁性材料在适当的频率下饱和，则第一臂的两个半部沿相反的方向被磁化。在没有外部场的情况下，如果两个感测线圈被连接成不同的构型，则该两个感测线圈会经历两个相等的且为零的感应电压。相反，如果存在外部场，则第一臂的第一半部将以与外部场相同的方向被磁化，从而放大其自身的总磁化强度，而第一臂的第二半部将以相反的方向被磁化，并且其总磁化强度降低。因此，感测线圈的差分电压是非零的，并且通过外部场的强度进行幅度调制。从而，可以以高灵敏度和高可靠性来测量外部场。第二臂的存在使得能够在两个方向上测量外部场的分量，并且垂直于两个臂的另外的臂的存在还使得能够在三个方向(例如三个垂直方向)上测量外部场的分量，从而能够实现3D磁通门传感器。

DE 10 2004 052 909 A1公开了一种具有用于弱磁场的传感器的印刷电路板，该印刷电路板包括基部板，在该基部板上形成有用于激励的第一电路和用于检测的第一电路；具有软磁芯的本体，所述本体被层压在基部板的上方和下方，并且所述本体由多个软磁芯形成；以及还包括外层，这些外层分别叠层到具有软磁芯的本体上，并且在所述外层上形成有用于激励的第二电路和检测用的第二电路。

US 6,270,686 B1公开了一种具有蚀刻的电路线圈的弱场的磁场传感器，其包括无定形的芯，该无定形的芯具有在其顶部表面和底部表面上相对于彼此叠置的环氧树脂基部。一个环氧树脂基部具有蚀刻在其上的线圈Y，第二环氧树脂基部具有蚀刻在其上的线圈X，并且其余的环氧树脂基部具有蚀刻在其上的圆形的图案。无定形的芯由叠置在环氧树脂基部薄板的相反两侧上的至少两个无定形的薄板形成。

常规的磁通门传感器或通常用于检测磁场的传感器可能需要大量空间，可能不是在所有条件下都是可靠的，并且可能没有足够的精度或可能没有理想的灵敏度。

因此，需要一种磁场传感器，特别是磁通门传感器，或者通常需要较少空间、具有更好的可靠性、提高的精度和/或提高的灵敏度的磁场传感器。此外，需要一种具有改进的能量效率、特别是需要较少的能量或具有较小的能量消耗以进行操作的磁通门传感器。

发明内容

该需要可以通过独立权利要求的主题来解决。从属权利要求详细说明了本发明的特定实施方式。

根据本发明的一实施方式，提供了一种具有集成的磁场传感器(例如磁力计)特别是(平面的)磁通门传感器的部件承载件，其中，该部件承载件包括多个导电层结构和/或多个电绝缘层结构；设置在该层结构上和/或该层结构中的励磁线圈和传感器线圈；位于励磁线圈和传感器线圈上方的第一磁性结构；以及位于励磁线圈和传感器线圈下方的第二磁性结构。

磁场传感器可以被构造为测量至少一个方向上的磁场或磁通量，特别是测量磁场的强度和方向，并且磁场传感器可以被构造为(平面的)磁通门传感器。

在本申请的上下文中，术语“部件承载件”可以特别地表示能够在其上和/或其中容纳一个或多个部件以提供机械支撑和/或电连接的任意支撑结构。换而言之，部件承载件可以被构造成用于部件的机械和/或电子承载件。特别地，部件承载件可以是印刷电路板、有机中介层和IC(集成电路)基板中的一者。部件承载件也可以是组合上述类型的部件承载件中的不同部件承载件的混合板。

在一个实施方式中，部件承载件包括至少一个电绝缘层结构和至少一个导电层结构的叠置件。例如，部件承载件可以是所提到的(一个或多个)电绝缘层结构和(一个或多个)导电层结构的层压件，特别是通过施加机械压力——如果需要的话，用热能支持——形成的层压件。所提到的叠置件可以提供为板形部件承载件，该板形部件承载件能够为其他的部件提供大的安装表面并且仍然非常薄且紧凑。术语“层结构”可以特别地表示在共同平面内的连续层、图案化层或多个非连续的岛。

在一个实施方式中，部件承载件成形为板。这有助于紧凑的设计，其中部件承载件仍然为在部件承载件上安装部件提供了大的基底。此外，特别是作为嵌入的电子部件的示例的裸管芯，得益于其较小的厚度，裸管芯可以被方便地嵌入例如印刷电路板之类的薄板中。

在一实施方式中，部件承载件被构造为印刷电路板和基板(特别是IC基板)中的一者。

在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以特别地表示部件承载件(所述部件承载件可以是板形的(即平面的)、三维弯曲的(例如当使用3D打印制造时)或者所述部件承载件可以具有任何其他形状)，该部件承载件是例如通过施加压力，如果需要的话，伴随着供应热能将若干导电层结构与若干电绝缘层结构进行层压而形成的。作为PCB技术的优选材料，导电层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包含树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸料或FR4材料。各种导电层结构可以通过如下过程以期望的方式彼此连接：例如通过激光钻孔或机械钻孔形成穿过层压件的通孔，并通过用导电材料(特别是铜)填充所述通孔，从而形成过孔作为通孔连接部。除了可以被嵌入印刷电路板中的一个或多个部件之外，印刷电路板通常被构造成用于在板状的印刷电路板的一个或两个相反的表面上容纳一个或多个部件。它们可以通过焊接连接到相应的主表面。PCB的介电部分可以由具有增强纤维(诸如玻璃纤维)的树脂构成。

在本申请的上下文中，术语“基板”可以特别地表示与待安装在部件承载件上的部件(特别是电子部件)具有基本相同尺寸的小型部件承载件。更具体地，基板可以被理解为用于电连接或电网络的承载件以及与印刷电路板(PCB)相当的部件承载件，但是所述基板具有相当的较高密度的侧向和/或竖向设置的连接部。侧向连接部是例如导电路径，而竖向连接部可以是例如钻孔。这些侧向和/或竖向连接部设置在基板内，并且可用于提供(特别是IC芯片的)所容置的部件或未容置的部件(例如裸管芯)与印刷电路板或中间印刷电路板的电连接和/或机械连接。因此，术语“基板”还可以包括“IC基板”。基板的介电部分可以由具有增强球(诸如玻璃球)的树脂组成。

在一实施方式中，所述至少一个电绝缘层结构包括以下中的至少一者：树脂(诸如增强树脂或非增强树脂，例如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂，更具体地是FR-4或FR-5)、氰酸酯、聚亚苯基衍生物、玻璃(特别是玻璃纤维、多层玻璃、玻璃状材料)、预浸材料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、环氧基增强(积层)膜、聚四氟乙烯(特氟隆)、陶瓷和金属氧化物。也可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的增强材料，诸如网状物、纤维或球。虽然预浸料或FR4通常是优选的，但也可以使用其他材料。对于高频应用，可以在部件承载件中施用诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂之类的高频材料作为电绝缘层结构。

在一实施方式中，所述至少一个导电层结构可以包括铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者。虽然铜通常是优选的，但是其他材料或其涂层形式也是可能的，特别是涂覆有例如石墨烯之类的超导材料。

所述至少一个部件可以选自非导电嵌体、导电嵌体(诸如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、传热单元(例如热管)、光导元件(例如光波导或光导体连接件)、电子部件、或其组合。例如，所述部件可以是有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储装置(例如DRAM或其他数据存储器)、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、电压转换器(例如DC/DC转换器或AC/DC转换器)、密码部件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电系统(MEMS)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、摄像机、天线、逻辑芯片和能量收集单元。但是，可以在部件承载件中嵌入其他部件。例如，磁性元件可以被用作部件。这种磁性元件可以是软磁元件，特别是铁磁元件、反铁磁元件或亚铁磁元件，例如铁氧体芯，或者可以是顺磁元件。然而，该部件也可以是例如板中板构型的另外的部件承载件。部件可以被表面安装在部件承载件上和/或可以被嵌入部件承载件内部。此外，其他部件也可以被用作所述部件，所述其他部件特别地生成及发射电磁辐射和/或对于从环境传播的电磁辐射敏感。

在一实施方式中，部件承载件是层压型的部件承载件。在这种实施方式中，部件承载件可以是通过施加压力——如果需要的话，用热能支持——而叠置并且连接在一起的多层结构构成。

部件承载件可以被构造为承载另外的电气部件和/或电子部件，例如电阻、电容器、二极管、晶体管或集成电路。磁通门传感器能够测量外部磁场的至少一个分量，例如能够提供1D磁通门传感器。为了实现1D磁通门传感器，可以存在至少一个励磁线圈和两个传感器线圈或一个传感器线圈的两个绕组。为了实现2D磁通门传感器，存在至少一个励磁线圈和四个传感器线圈(例如被设置在一平面中)。为了实现3D磁通门传感器，可以存在至少两个励磁线圈和六个传感器线圈或集成的场成形元件。

励磁线圈和传感器线圈可以例如通过在电绝缘层结构上蚀刻适当蚀刻的铜迹线来实现。励磁线圈和/或传感器线圈可以存在于一个或多个电绝缘层结构上。励磁线圈和/或传感器线圈在不同层上的部分可以经由通孔或过孔而电连接。

对于1D磁通门传感器或2D磁通门传感器，励磁线圈和传感器线圈可以基本上设置成在相同的竖向高度或位置处基本上彼此并排。例如，励磁线圈和传感器线圈或其至少一部分可以形成在电绝缘层或层结构的相同层上。从而，制造可以被简化。在一层中，励磁线圈和/或传感器线圈可以例如包括N个绕组，其中N大于1，例如介于5个和100个绕组之间，例如为15个绕组。励磁线圈和传感器线圈可以例如设置在M个线圈之间，其中M大于1，例如介于2个至6个之间，或甚至更多，特别是四个叠置的层。例如，在n层部件承载件或PCB中，可以集成(成一体地设置)m层磁通门。励磁线圈和传感器线圈可以被构造成基本上相同的形状，例如被构造为矩形、圆形或二次螺旋形。绕组可以例如形成为铜迹线。例如，可以通过对覆盖绝缘层结构的铜层进行刻蚀来制造励磁线圈和传感器线圈。

磁性结构可以是可磁化的，并且可以例如包括铁磁材料或亚铁磁材料。磁性结构通常不具有永久磁场或通常不产生其自身的磁场，而是可磁化的并且对磁场有高的可透过性。当励磁线圈被提供适当的AC电流时，该励磁线圈在作为磁通门传感器的操作期间可以在第一磁性结构中以及还在第二磁性结构中产生磁场。在本文中，在第一磁性结构以及第二磁性结构中，由于励磁线圈与第一磁性结构和第二磁性结构的相对设置，可以产生指向相反的方向的磁场(在第一磁性结构和/或第二磁性结构内)，如从常规的平面型磁通门传感器中所知的。第一磁性结构以及第二磁性结构都可以是连续的结构，例如各自是成一体地形成的。第一磁性结构和/或第二磁性结构可以直接形成在所述电绝缘层结构中的一个电绝缘层结构上，或者可以是预制的，并且可以附接至所述电绝缘层结构中的一个电绝缘层结构。第一磁性结构和/或第二磁性结构可以具有相近或相同的厚度，例如介于1μm与500μm之间，特别是介于10μm与100μm之间，或者具有不同的厚度，这取决于相应的材料和/或期望的目标。第一磁性结构和第二磁性结构可以由不同的材料制成并且可以具有相同或不同的形状。励磁线圈和传感器线圈在一侧与第一磁性结构之间的竖向距离可以基本上等于或至少接近在一侧的励磁线圈和传感器线圈与在另一侧的第二磁性结构之间的竖向距离。第一磁性结构和第二磁性结构可以将励磁线圈和传感器线圈夹在所述第一磁性结构和第二磁性结构之间。

第一磁性结构(也称为芯板)以及第二磁性结构可以将磁通量线聚焦在它们之中，并且特别地，第二磁性结构可以有助于将磁通量线封闭以将它们集中到磁性结构中。通过将磁通线集中在第一磁性结构和/或第二磁性结构内，可以减少驱动励磁线圈以产生交变磁场所需的能量。因此，为了获得与常规的磁通门传感器相似的灵敏度，可以需要用来驱动励磁线圈的较少的能量。

第一磁性结构以及第二磁性结构可以被构造为主要在平行于部件承载件的电绝缘层结构的平面中延伸的箔或片或板。第一磁性结构和/或第二磁性结构例如可以通过从预制箔切割出合适的形状而制成，该预制箔可以以常规方式获得，或者可以从常规方式获得的金属片(例如用于常规变压器的金属片)来获得。第一磁性结构和第二磁性结构都可以是高磁导的，但是可以通过不同的磁滞曲线来表征。

根据本发明的一实施方式，励磁线圈和传感器线圈被设置成在所述层结构上和/或所述层结构中至少部分地共面，特别地设置成彼此相邻。

在层结构中，励磁线圈和传感器线圈可以基本上在相同的竖向高度上延伸。例如，励磁线圈可以不在传感器线圈上方或下方，而是可以基本上位于相同的竖向范围内。当励磁线圈和/或传感器线圈被构造为在绝缘层结构的多层上延伸时，励磁线圈的至少一部分和传感器线圈的一部分可以设置成彼此共面，特别是设置在电绝缘层结构的同一层中、或者在电绝缘层结构上。当励磁线圈和传感器线圈至少部分地彼此共面时，它们可以被制造在同一层上，从而简化了制造。

根据本发明的一实施方式，所述第一磁性结构和/或所述第二磁性结构由软磁性材料制成，所述软磁性材料具有特别地介于10³与10⁶之间的、或者介于10⁵与10⁷之间的高的最大直流磁导率，所述材料特别地包括结晶的、多晶的和/或无定形的特别是钴基的金属合金，所述材料特别地包括Co、Ni、Si、Fe、Mo、镍铁软磁合金、一种MetGlas材料、一种Vitrovac材料中的至少一者。

当第一磁性结构和/或第二磁性结构具有高磁导率时，它们可以有效地将磁场线聚焦在磁性结构内，从而提高灵敏度或减少能量消耗。

根据本发明的一实施方式，第一磁性结构和/或第二磁性结构由不同的材料构成，和/或被构造为箔或片。发明人已经通过执行对灵敏度和能量消耗的测量发现，用于第一磁性结构和第二磁性结构的不同材料可以提高灵敏度和/或降低磁通门传感器的能量消耗。

根据本发明的一实施方式，与第二磁性结构的材料相比，第一磁性结构的材料的特征在于具有较陡的磁滞曲线；与所述第二磁性结构的材料相比，供所述第一磁性结构的材料用的磁导率最大的磁化用场较小；和/或其中，与所述第二磁性结构的材料相比，所述第一磁性结构的材料的磁反向损耗较小；和/或其中，与所述第一磁性结构的材料相比，所述第二磁性结构的材料需要较高的外部场强度以达到磁饱和。第一磁性材料和第二磁性材料可以具有不同的饱和磁化强度。

第一磁性结构例如特征在于其磁滞曲线在陡峭增加之后基本上具有弯折，其中，所述弯折基本上位于基本上等于饱和磁化强度的磁化强度处。因此，与第二磁性结构的材料相比，第一磁性结构的材料可以以更低的磁化用场而基本上达到饱和。与对第二磁性结构的材料进行反向磁化所需的能量相比，对第一磁性结构的材料进行反向磁化所需的能量更少。磁导率通常可以随着变化的磁化用场而变化。第一磁性结构的材料以及第二磁性结构的材料的磁导率可以从消失的磁化用场开始可以增加以在特定的磁化用场处采用最大值，然后可以随着达到磁化强度饱和而降低。磁反向损耗可以对应于由相应的材料的磁滞曲线所包围的面积。磁反向损耗可以与对相应材料进行磁化或使其(饱和)磁化强度反向所需的能量有关。

发明人发现，当满足第一磁性结构和第二磁性结构的材料的这些特性之一时，并且如果进一步适当地选择或设计第一磁性结构和第二磁性结构的形状，则可以增加灵敏度或可以降低能量消耗。材料和形状的选择可以产生改进的能量效率和/或灵敏度。

根据本发明的一实施方式，励磁线圈、第一磁性结构和第二磁性结构特别地与用于所述励磁线圈的驱动器电路在一起被构造成使得所述励磁线圈生成交变磁场，所述交变磁场特别地具有介于1kHz与200kHz之间的频率，更特别地具有介于10kHz与100kHz之间的频率，所述交变磁场使第一磁性结构中的磁化强度饱和，而不使第二磁性结构中的磁化强度饱和。当第二磁性结构的材料在磁通门传感器的操作期间不饱和时，可以增加灵敏度，和/或减少能量消耗。

根据本发明的一实施方式，励磁线圈和传感器线圈中的至少一者包括导电绕组，所述导电绕组特别地以相同的方式来缠绕，所述导电绕组形成在电绝缘层的一个或多个介电层上，特别地，所述导电绕组形成在电绝缘层的介于2个与6个之间的介电层上。在n个介电层中，可以集成m个磁通门层(例如，m＜n，其中n是自然数)。导电绕组可以被构造为铜迹线，例如包括彼此垂直延伸以形成例如螺旋形的直的部分。当励磁线圈和/或传感器线圈设置在电绝缘层的多于一个的介电层上时，可以实现更高的感应性，从而提高灵敏度和/或精度，和/或减少能量消耗。

根据本发明的一实施方式，形成有励磁线圈的绕组和传感器线圈的绕组的介电层是相同的介电层，特别地，形成有励磁线圈的绕组和传感器线圈的绕组的介电层为四个介电层，或者，一些介电层上形成有所述励磁线圈的绕组和所述传感器线圈的绕组，特别地为两个介电层上形成有所述励磁线圈的绕组和所述传感器线圈的绕组，而其他介电层上形成有所述传感器线圈的绕组却没有形成所述励磁线圈的绕组。

当励磁线圈的绕组和传感器线圈的绕组形成在一个或多个相同的介电层上时，可以简化制造。例如，如果由励磁线圈产生的磁场驱动第一磁性结构中的处于饱和的磁化强度，则相比于感测线圈的导电绕组，励磁线圈可以在更少层上包括导电绕组。在这种情况下，在一些介电层上，励磁线圈的部分和感测线圈的部分可以被共同地设置，特别是并排地设置。在其他介电层中，可以仅设置感测线圈的部分，并且该感测线圈的部分可以侧向地大于通常用于容纳励磁线圈的部分以及感测线圈的部分的介电层中的感测线圈的部分。因此，在这种情况下，感测线圈可以由具有不同尺寸的不同介电层中的绕组部分形成。由此，可以提高灵敏度。

根据本发明的一实施方式，第一磁性结构的侧向延伸部的面积和/或第二磁性结构的侧向延伸部的面积等于或小于励磁线圈的侧向延伸部的面积和传感器线圈的侧向延伸部的面积之和，特别地，第一磁性结构的侧向延伸部的面积和/或第二磁性结构的侧向延伸部的面积介于励磁线圈的侧向延伸部的面积与传感器线圈的侧向延伸部的面积之和的20％与40％之间。

可以选择侧向延伸部的面积，例如使得在操作期间实现在第一磁性结构中的磁化强度的饱和，而未在第二磁性结构中达到磁化强度的饱和。第一磁性结构和/或第二磁性结构的侧向延伸部可以在外部磁场的待检测的分量的方向上是最大的。在垂直于这些方向的方向上，延伸部可以较小(例如，小于线圈的延伸部)，从而节省材料。

根据本发明的一实施方式，第一磁性结构的侧向形状和/或第二磁性结构的侧向形状基本上等于被励磁线圈和传感器线圈覆盖的侧向区域或经减小的侧向区域的形状。第一磁性结构和/或第二磁性结构可以在垂直于所述层结构的投影中完全地将励磁线圈和传感器线圈交叠。由此，磁通线可以被聚焦并集中在第一磁性结构和第二磁性结构内。被励磁线圈和传感器线圈覆盖的侧向区域例如可以具有交叉形状(十字形)，其中，例如励磁线圈和感测线圈的拐角或侧边缘彼此最靠近。

根据本发明的一实施方式，励磁线圈和传感器线圈中的至少一者具有被形成为一个或多个带螺旋的正方形的或矩形的绕组，所述传感器线圈中的两个传感器线圈设置成与励磁线圈相邻，使得所述两个传感器线圈的侧向中点能够由延伸穿过所述励磁线圈的侧向中点的直线相连，所述直线特别地延伸穿过所述励磁线圈的绕组的拐角、或者延伸穿过并垂直于所述励磁线圈的绕组的侧边缘。由此，可以实现紧凑的设置或者其中磁性结构覆盖所述线圈的更大面积的设置。

根据本发明的一实施方式，第一磁性结构和/或第二磁性结构沿着所述直线延伸的量介于所述两个传感器线圈的侧向中点的距离与所述两个传感器线圈的沿所述直线的端部之间的距离之间。在实验中已经发现，第一磁性结构和/或第二磁性结构的延伸部不必与励磁线圈和(相邻的)感测线圈的组合的延伸部相同，但是可以稍微小一些，以仅到达分别与(中央)励磁线圈相邻设置的感测线圈的中点。从而，可以节省材料，同时保持期望的灵敏度和能量消耗。

根据本发明的一实施方式，所述励磁线圈的数量为至少两个，所述传感器线圈的数量为至少六个，其中，所述传感器线圈中的四个传感器线圈和一个励磁线圈基本上以共面设置的方式进行设置，另外两个传感器线圈和另一个励磁线圈于在侧向上位于所述四个传感器线圈旁边的区域中且在相同的电绝缘层结构上定向成垂直于所述共面设置，所述区域被弯折大致90°。

有利地，可以从在其中具有第一区域和第二区域的层结构开始制造3D磁通门传感器，在所述第一区域中设有由第一组四个感测线圈围绕的第一中央励磁线圈，所述第二区域包括由第二组两个感测线圈作侧面的第二中央励磁线圈。第一磁性结构可以存在于第一区域中的线圈上方，并且也可以存在于第二区域中的线圈上方。同样，第二磁性结构可以存在于第一区域中的线圈下方，以及在第二区域中的线圈下方。最后，第一区域和第二区域可以通过围绕第一区域和第二区域之间的弯曲线来弯曲所述层结构而被定向成彼此垂直。因此，可以有效地制造3D磁通门传感器。在另一种构型中，可以分别制造两个板，然后以垂直构型将所述两个板重新连接。例如，可以通过焊接方法、结合方法等进行所述重新连接。

应当理解，对于部件承载件，无论是单独地还是以任何组合的方式公开、描述或解释的特征，也可以单独地或以任何组合的方式应用于根据本发明实施方式的部件承载件的制造方法，并且反之亦然。

根据本发明的一实施方式，提供了一种制造具有集成的磁通门传感器的部件承载件的方法，其中，该方法包括将多个导电层结构和/或多个电绝缘层结构相连接；在所述层结构上和/或所述层结构中形成励磁线圈和传感器线圈；在励磁线圈和传感器线圈上方形成第一磁性结构；在励磁线圈和传感器线圈下方形成第二磁性结构。

该部件可以进一步包括安装在和/或嵌入在至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构中的部件，特别是电子部件。

所述部件承载件可以选自电子部件、非导电嵌体和/或导电嵌体、传热单元、光导元件、能量收集单元、有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储装置、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、电压转换器、密码部件、发射器和/或接收器、机电换能器、致动器、微机电系统、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、摄像机、天线、磁性元件、其他部件承载件和逻辑芯片。

所述至少一个导电层结构包括铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者，所提及的材料中的任一材料可选地涂覆有超导材料，例如石墨烯。

所述至少一个电绝缘层结构包括树脂，特别是增强树脂或非增强树脂，例如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂；FR-4；FR-5；氰酸酯；聚亚苯基衍生物；玻璃；预浸料；聚酰亚胺；聚酰胺；液晶聚合物；环氧基增强膜；聚四氟乙烯；陶瓷和金属氧化物中的至少一者。

所述部件承载件成形为板。

所述部件承载件被构造为印刷电路板和基板中的一者。

所述部件承载件被构造为层压型部件承载件。

现在参考附图描述本发明的实施方式。本发明不限于所说明或描述的实施方式。

附图说明

图1以侧视图示意性地示出了根据本发明一实施方式的部件承载件；

图2以侧视图示意性地示出了根据本发明一实施方式的部件承载件；

图3以侧视图示意性地示出了根据本发明一实施方式的部件承载件；

图4以侧视图示意性地示出了根据本发明一实施方式的部件承载件；

图5以侧视图示意性地示出了根据本发明一实施方式的部件承载件；

图6和图7以正视图示意性地示出了根据本发明一实施方式的被构造为2D磁通门传感器的部件承载件；

图8和图9以正视图示意性地示出了根据本发明一实施方式的具有1D磁通门传感器的部件承载件；

图10以透视图示意性地示出了根据本发明一实施方式的具有集成的磁通门传感器的部件承载件；

图11以正视图示意性地示出了用于制造根据本发明的实施方式的被构造为3D磁通门传感器的部件承载件的中间步骤；

图12和图13示意性地示出了用于制造本发明的一实施方式的具有集成的3D磁通门传感器的部件承载件的方法步骤；

图14以示意性侧视图示出了根据本发明又一实施方式的部件承载件；

图15示出了根据本发明一实施方式的部件承载件中使用的材料的磁滞曲线；以及

图16和图17示出了实验结果。

具体实施方式

在图1中以示意性侧视图示出的部件承载件100包括多个导电层结构和/或多个电绝缘层结构101，它们彼此上下叠置并在将它们压在一起并施加适当的温度之后而彼此连接。所述层结构可以包括预浸渍材料，所述预浸渍材料包括树脂和纤维，所述层结构可以在其上具有诸如导电铜迹线之类的结构。部件承载件100还包括设置在层结构101的叠置件内的传感器线圈105和107以及励磁线圈103。部件承载件还包括位于励磁线圈103和传感器线圈105、107上方的第一磁性结构109。

在图1所示的示例中，层的叠置件101包括彼此上下叠置并且彼此连接的第一层111、第二层113、第三层115和第四层117。励磁线圈103、感测线圈(传感器线圈)105和感测线圈107中的每一者的部分形成在层111、113、115、117中的每一者上。在第一层111中，励磁线圈103包括绕组119，在第二层113中，励磁线圈103包括绕组121，在第三层115中，励磁线圈103包括绕组123，以及在第四层117中，励磁线圈包括绕组125，其中，励磁线圈103的绕组119、121、123、125使用导电通孔或过孔127而彼此电连接。在每一层111、113、115、117中，例如可以设置10至20个绕组。而且，感测线圈105在第一层111中包括绕组129，在第二层113中包括绕组131，在第三层115中包括绕组133，并且在第四层117中包括绕组135。感测线圈107在第一层中包括绕组137，在第二层中包括绕组139，并且在第三层中包括绕组141，以及在第四层中包括绕组143，感测线圈107的这些绕组可以被构造为感测线圈105的绕组129、131、133、135，感测线圈105的这些绕组也可以被构造为励磁线圈103的绕组119、121、123和125，特别地还包括用于将不同层中的绕组部分彼此电连接的导电通孔127。

从图1可以看出，感测线圈105的绕组129、励磁线圈103的绕组119和感测线圈107的绕组137在层结构101的同一层111中设置成彼此共面。励磁线圈103和感测线圈105、107的其他绕组也设置在同一层上或同一层中，并且设置成彼此共面且彼此相邻。

在图2中以侧视图示意性地示出的部件承载件200还在层的叠置件201中包括第一层211、第二层213、第三层215和第四层217。然而，励磁线圈203仅在第一层211和第二层213中包括绕组219和221，而在第三层215和第四层217中不包括绕组。在第一层211和第二层213中，感测线圈205的绕组229和231以及感测线圈207的绕组237和239与励磁线圈203的绕组219和221共面。在第一层211和第二层213中，感测线圈205、207具有侧向延伸部s1，而在第三层215和第四层217中，感测线圈205、207具有大于s1的侧向延伸部s2，延伸部s2特别地是介于延伸部s1的1.5与1.9倍之间。

在图1至图15所示的实施方式中，相应的励磁线圈被构造成生成交变磁场，该交变磁场将(在励磁线圈和传感器线圈上方的)第一磁性结构磁化到饱和。

图3、图4和图5以侧视图示意性地示出了与图1和图2中示出的实施方式相似的部件承载件的其他实施方式，但是其包括在励磁线圈303和感测线圈305、307下方的第二磁性结构345，例如参照图3。分别在图3、图4和图5中示出的部件承载件300、400、500的第二磁性结构345、445、545可以分别由与第一磁性结构309、409、509的材料不同的材料制成。此外，第一磁性结构309的厚度d1可以小于第二磁性结构345的厚度d2。当第二磁性结构345由变压器软磁性材料或金属片构成时，可以是上述情况。第一磁性结构的材料和第二磁性结构的材料两者都可以由高磁导率的材料制成。第一磁性结构的材料的饱和感应可以不同于第二磁性结构的材料的饱和感应。第一磁性结构309的材料可以例如是MetGlas 2714A(具有0.57T的饱和感应)，并且第二磁性结构可以例如包含Vitrovac 6155U55F(具有0.99T的饱和极化，具有的原子百分比组成为73％Co、5％Fe、5％Si、17％B)。MetGlas 2714A可以具有陡峭的磁滞曲线，而Vitrovac 6155U55F可以具有较缓的磁滞曲线。第一磁性结构309的侧向延伸部e1可以基本上等于感测线圈305、励磁线圈303和感测线圈307的组合的侧向延伸部c。第二磁性结构345的侧向延伸部e2可以基本上等于第一磁性结构的侧向延伸部e1，并且也可以基本上等于线圈305、303、307的侧向延伸部c。

在图4中所示的部件承载件400的实施方式中，第一磁性结构409的延伸部e1以及第二磁性结构445的延伸部e2小于线圈405、403和407的组合的侧向延伸部c。特别地，延伸部e1以及延伸部e2可以是在感测线圈405、407的中点447之间的距离dm与感测线圈405和407的侧向外端部449之间的距离do之间的范围内。第一磁性结构409的侧向延伸部e1以及第二磁性结构445的侧向延伸部e2优选地不小于感测线圈405、407的中点447之间的距离dm。

在图5所示的部件承载件500中，第一磁性材料的侧向延伸部e1小于线圈的侧向延伸部c，但是第二磁性材料545的侧向延伸部e2基本上等于线圈505、503、507的侧向延伸部。

在图4所示的实施方式中，由于取决于励磁线圈403的构型，当侧向延伸部e1小于线圈的延伸部时，也可以实现第一磁性结构409的饱和。

通常，第一磁性结构以及第二磁性结构可以以成一体的方式形成并且可以是连续的而不被分开。

通过将图5中的第一磁性结构509设计和构造成使得侧向延伸部el小于感测线圈505、励磁线圈503和感测线圈507的侧向延伸部c，可以实现根据外部场的量级在感测线圈505、507中所感应的电压的线性化。

部件承载件的实施方式600和700以正视图示意性地示出了以不同构型提供2D(二维)磁通门传感器的实施方式。在图6和图7所示的实施方式中，将一个励磁线圈和四个感测线圈设置在共同的介电层上，使得所有线圈彼此共面。

在图6中所示的部件承载件600的实施方式中，感测线圈605和607与中央励磁线圈603相邻，其中，励磁线圈603的外角最靠近感测线圈605、607的外角。连接所述感测线圈605、607的侧向的中点647的直线651延伸穿过励磁线圈603的中点653。感测线圈605、607能够测量平行于直线651的外部场的分量。设置另外的感测线圈604和606，使得连接所述线圈604、606的中点657的直线655垂直于直线651定向。第一磁性结构609成形为交叉的形状(十字形)，一个臂沿直线651延伸，另一臂沿直线655延伸。

在图7中以正视图示出的根据本发明实施方式的部件承载件的实施方式700具有励磁线圈603和感测线圈604、605、606、607，它们设置成使得中央励磁线圈603的侧边缘和四个感测线圈的相应侧边缘彼此相邻设置。第一磁性结构709还包括两个臂，一个臂沿着连接所述线圈605、607的直线延伸，另一臂沿着连接所述感测线圈604、606的中点的线延伸。由此，实现了紧凑的构型。

图6和图7所示的实施方式还包括位于励磁线圈和感测线圈下方的第二磁性结构。

图8和图9示意性地示出了提供1D(一维)磁通门传感器的部件承载件的实施方式800和900。在示出的实施方式中，提供了四层，相应的感测线圈805、807和励磁线圈803的每层具有15个绕组。应用75μm线空间技术。线圈的水平延伸部可以是例如18mm，且线圈的竖向延伸部可以是6mm。图9所示的实施方式提供了15mm×6mm的线圈延伸部，而图8所示的实施方式的线圈的延伸部为18mm×6mm。其他的延伸部也是可能的。

图10以透视图示出了根据本发明实施方式的部件承载件1000。分别具有形成在其上的感测线圈的以及励磁线圈的绕组部分的四个层1011、1013、1015和1017是彼此上下叠置的。电连接迹线1059从线圈引出到端子1061，用以将感测线圈1005、1007连接到检测电路并将励磁线圈1003连接到驱动器电路。部件承载件1000可以进一步包括位于线圈上方的第一磁性结构和位于线圈下方的第二磁性结构，所述磁性结构可以被构造为例如在图1至图5、图6、图7或图9所示的磁性结构。

图12、图13以正视图和侧视图示出了根据本发明实施方式的用于制造具有集成的(集成的)3D磁通门传感器的部件承载件的步骤。由此，从图11以正视图所示的层结构开始制造部件承载件1100，所述层结构具有彼此共面的第一区域1162和第二区域1164。在第一区域1162中，实现了2D磁通门传感器，其可以是类似于具有集成的2D磁通门传感器700的部件承载件，如图7所示。在上侧，第一区域1162和第二区域1164可以包括第一磁性结构，以及在下侧，第一区域1162和第二区域1164可以包括第二磁性结构，其可以例如被构造为如图3、图4、图5所示的侧视图所示出的，或被构造为如图6和图7以正视图所示出的。

在第二区域1164中，部件承载件1100包括1D磁通门传感器，该1D磁通门传感器可以被构造为类似于如图8和图9所示的磁通门传感器800或900。因此，第一区域1162中的2D磁通门传感器和第二区域1164中的1D磁通门传感器最初以基本上共面设置的方式设置在一平面中或者带有绕组的多个共同的平面中，这可取决于具体的应用。此外，提供了经由连接线1159与不同的线圈连接的端子1161，以用于使线圈与驱动器或检测电路进行电接触。在图12中示出了处于该中间方法步骤的部件承载件1100的侧视图。

在下一方法步骤中，对部件承载件1100进行修改，使得第二区域1164围绕弯曲轴线1167相对于第一区域1162被弯折90°，该弯曲轴线1167位于励磁线圈和感测线圈集成在其内部的层的叠置件1101的前表面1169中。在图12和图13中所示的侧视图中，还可以看到在上侧的第一磁性结构1109、以及第二磁性结构1145，它们可以被构造为类似于分别在图3、图4、图5、图6和图7中的实施方式300、400、500、600、700中所示的那些。

因此，为了制造3D磁通门传感器，要以共面且并排设置的2D设计和1D设计开始。为了使两个区域能够相对彼此进行弯曲，在第一区域1162与第二区域1164之间提供腔1171。腔1171已经通过2.5D技术生成，基本上去除了层结构的部分。如图13所示的最终的部件承载件1100然后可以用辅助支撑设备来支撑，以增强机械强度。例如，部件承载件可以使用树脂或注射成型来封装。

图14以示意性侧视图示意性地示出了根据本发明又一实施方式的部件承载件1400。部件承载件1400的标记有附图标记1473的上部部分可以被构造为类似于分别如图1和图2所示的部件承载件100或200。使用2.5D技术，已经在包括多个介电层和/或导电层的多层结构1477中创建了腔1475，该多层结构1477可以包含其他电气部件和/或电子部件和/或铜迹线。在腔1475中，***了厚的第二磁性结构1445，该第二磁性结构可以作用类似于例如图3、4、5、6、7所示的第二磁性结构。从而，能够将具有相对较大厚度d2的第二磁性结构1445集成在一起，所述厚度d2比位于感测线圈和励磁线圈上方的第一磁性结构1409的厚度d1大得多。此外，电气部件和/或电子部件或集成电路1479可以被集成在多层结构1477中。

图15示出了第一磁性结构的材料的磁滞曲线1681和第二磁性结构的材料的磁滞曲线1683的曲线图。两者都是软磁材料的窄磁滞曲线。其中，在横坐标1685上指示了磁化用场，而在纵坐标1687上指示了所得的磁化强度。从图16可以看出，磁滞曲线1681与磁滞曲线1687相比具有更大的陡度。此外，第一磁性结构的材料达到其饱和磁化强度1691的外部场1689小于第二磁性结构的材料达到其饱和磁化强度1695的磁化用场1693。此外，第一磁性结构的材料的磁滞回线内的面积(面积1697)比第二磁性结构的材料的磁滞曲线1683的磁滞回线内的面积1699小得多。第二磁性结构的饱和感应1695可以低于或高于第一磁性结构的材料的饱和感应1691。

第二磁性结构可以被构造为可以是相对较厚的条带，该条带具有高的磁导率和磁滞曲线，这可以有助于磁路的形成和放大。这可以是用于设计第二磁性结构的边界条件。将磁路跨边缘进行封闭可能不是必需的，因为由于纵横比，所述场可能不会像3D线圈组件的传统感测那样受到引导。不同的材料可能有助于提高磁通门传感器的性能。该磁通门传感器可以具有比常规磁通门传感器更高的灵敏度。此外，能量消耗或所需电流可以低于常规已知的。通过适当地组合第一磁性结构和第二磁性结构的不同选择的材料，可以获得若干优点。第一磁性结构可以在操作期间实现磁饱和，而第二磁性结构可以未达到饱和。下部的磁性结构可以例如由铁箔来形成。

图16示出了分别对于绕制的磁芯、具有变压器片作为第二个磁性结构的磁通门传感器、具有闭合铁作为第二磁性结构的磁通门传感器和不具有第二磁性结构的常规的磁通门传感器的根据外部场(在横坐标1784上)的在感测线圈中的感应电压(在纵坐标1785上)的曲线1786、1788、1790、1792。从图16可以理解，与由曲线1792表征的常规的磁通门传感器相比，与根据本发明实施方式的磁通门传感器的测量结果相对应的曲线1788、1790要更优越。

由此，励磁线圈处的电压为约17V。外部场从0增加至150μT，并且对感测线圈处的电压进行测量。

在最终的磁通门传感器中，可以将待测量的外部场推导为与激励电压的频率的二次谐波的幅度成比例。在图17中示出了这样的曲线1703，该曲线是使用根据本发明的一实施方式的磁通门传感器而测量到的。激励电流约为100mA(线圈电阻为10欧姆)。外部场(在横坐标1701上)从-110到110μT变化，并且测量了感测线圈处的电压的二次谐波的幅度(在纵坐标1702上)。曲线1703显示出良好的线性和约4.5mv/μT的高灵敏度。激励频率为100kHz。

根据本发明的一实施方式的主要思想是将引导和“收集”磁场的软磁芯(例如，镍铁软磁合金)放置在由薄的介电层隔开(需要薄的介电层是为了避免线圈(即，励磁线圈和感测线圈)的电短路)的线圈的顶部上，并可以用作保持所述箔的胶。所用的镍铁软磁合金的关键特性是其磁滞曲线有明显的弯折，并且具有很高的磁导率，以在操作期间达到饱和。另外，在装置的底侧，可以放置第二金属箔。线圈的线/空间比可以对输入/输出信号比产生显著影响。线/空间比越小(等于更高的卷积量)，则需要的感应电压更高，因为迹线的电阻增加，并且反之亦然。典型的L/S比可以是75μm(3mil)至50μm(2mil)，铜厚度可以从典型的12μm至35μm变化，以将电压保持在较低水平。铜的厚度范围也可以从6μm到150μm。线圈上的绝缘材料可以与薄的FR4材料一起被印刷(喷墨、丝网印刷)或层压。

放置金属片(尤其是第二磁性结构)的其他可能选项是：嵌入(ECP，中央芯)、通过PVD(溅射或湿化学法)(电镀)沉积金属、全表面再层压和光敏结构化。

由于金属片(特别是第二磁性结构)可以建立增加/引导磁场的功能，因此也可以仅施加一层胶并用保护箔覆盖该层。之后，可以去除该箔，并且可以将磁通门设置在金属板上的任何位置(例如，车辆、轮船上的某个位置)。这可以具有与金属板相似或相同的效果。

高磁导率的软磁性材料(例如，第一磁性结构和/或第二磁性结构)的长度或侧向延伸部可以对磁通门传感器的性能产生很大影响。

本发明的一实施方式可以提供以下优点：

·功率要求比简单的芯低；

·通过HDI技术实现小型化；

·与2.5D技术结合；

·减少PCB上/中的部件；

·更高的可靠性；

·成本效益；

·简单的加工/制造；

·无线圈交叠；

·电流/EMV测量。

第二磁性结构可以胶合在底部。

所公开的层组件可以使得能够在不同的层压件中实现磁通门传感器。此外，可以通过应用不同的制造方法例如MSAP工艺来实现小型化，或通过使用在硅基板上应用CMOS工艺的半导体技术。