ТРЕХОСЕВАЯ МИКРОСИСТЕМА АНАЛИЗА СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Полезная модель относится к магниторезистивным датчикам магнитного поля и может быть использована для анализа магнитного поля в конструкциях таких приборов, как электронный компас, магнитометр, магнитный дефектоскоп.
Известны трехосевые датчики магнитного поля, содержащие магниторезистивные двухосевые преобразователи с осями чувствительности по Х и Y направлениям и магниторезистивный преобразователь с осью чувствительности по Z направлению, размещенные таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу (RU 2007134110 А, опубл. 20.03.2009; JP 2004006752 А, опубл. 08.01.2004; JP 2004012156 А, опубл. 15.01.2004; US 7564237 В2, опубл. 21.07.2009; KR 20090076099 А, опубл. 13.07.2009).
Известна микросистема контроля трех компонент вектора магнитной индукции, описанная в патенте на изобретение РФ №2470410 (МПК H01L 21/77, опубл. 20.12.2012), содержащая кристалл магниторезистивного двухосевого преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям и кристалл магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению, размещенные таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу. Указанное устройство является наиболее близким к заявляемой полезной модели.
Получению требуемого технического результата препятствуют конструкционные особенности устройства с размещением кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению в окне центральной области кремниевой пластины, образованном жидкостным химическим травлением и/или плазмохимическим травлением кремния.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, состоит в создании микросистемы контроля трех компонент вектора магнитной индукции высокой точности за счет оптимизации позиционирования кристаллов магниторезистивных преобразователей.
Технический результат, получаемый при реализации заявляемой полезной модели, выражается в точности контроля направления вектора магнитной индукции при анализе магнитных полей.
Для достижения вышеуказанного технического результата трехосевая микросистема анализа слабых магнитных полей содержит размещенные на подложке кристалл двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям и кристалл одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению, размещенные таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг Другу, дополнительно содержит промежуточный кристалл, одна из граней которого выполнена анизотропным травлением кремниевой пластины с кристаллографической ориентацией (100), промежуточный кристалл размещен между кремниевой пластиной и кристаллом двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям, с ориентацией грани, выполненной анизотропным травлением, по направлению к краю подложки, с расположением грани промежуточного кристалла и грани двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям в одной плоскости, причем кристалл одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению одной гранью примыкает к подложке, другой гранью к грани промежуточного кристалла и грани кристалла двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям, лежащим в одной плоскости, и с расположением противоположной грани кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению и грани подложки в одной плоскости.
В отличие от прототипа кристалл одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению вклеивается одной гранью на поверхность подложки с примыканием другой грани к грани промежуточного кристалла, которая выполнена анизотропным травлением кремниевой пластины с кристаллографической ориентацией (100). При этом обеспечивается точность позиционирования кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению в ортогональном направлении. Выполнение грани промежуточного кристалла анизотропным травлением кремниевой пластины с кристаллографической ориентацией (100) позволяет получить грань с наименьшим количеством дефектов по сравнению с гранями окон, получаемых жидкостным химическим травлением и/или плазмохимическим травлением кремния, как описано в прототипе. Расположение другой грани (обратной или лицевой стороны) кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению и грани подложки в одной плоскости позволяет применить специальную оснастку при вклеивании кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению для его точного позиционирования. За счет совокупности признаков обеспечивается точность позиционирования кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению, что обеспечивает точность контроля направления вектора магнитной индукции при анализе магнитных полей.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На Фиг. 1 показано размещение кристаллов магниторезистивных преобразователей с осями чувствительности по Х , Y , Z направлениям на подложке.
На Фиг. 2 показано размещение кристаллов магниторезистивных преобразователей с осями чувствительности по Х , Y , Z направлениям на подложке, вид сверху.
На Фиг. 3 показано использование специальной оснастки при изготовлении микросистемы.
По Фиг. 1 и Фиг. 2 трехосевая микросистема анализа слабых магнитных полей содержит размещенные на подложке 1 кристалл магниторезистивного двухосевого преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям 2 и кристалл одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению 3, причем оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу. Между подложкой 1 и кристаллом двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям 2 размещен промежуточный кристалл 4. Одна из граней 5 промежуточного кристалла 4 выполнена анизотропным травлением кремниевой пластины с кристаллографической ориентацией (100). Грань 5 промежуточного кристалла и грань 6 двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям 2 расположены в одной плоскости и ориентированы по направлению к краю подложки 1. Кристалл одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению 3 размещен с примыканием одной гранью 7 к подложке 1, лицевой (или обратной) стороной 8 к грани промежуточного кристалла 5 и грани 6 кристалла двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям 2, а обратная (или лицевая) сторона 9 кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению 3 расположена с краю подложки 1 с совмещением в одной плоскости с гранью 10 подложки 1.
По Фиг. 3 на подложке путем приклеивания размещают промежуточный кристалл 4, на него приклеивают кристалл двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям 2. После предварительного нанесения клеевой основы устанавливают кристалл одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению 3 гранью 7 к подложке 1, совмещают грань 5 промежуточного кристалла 4 и грань 6 кристалла двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям 2 с лицевой (или обратной) стороной 8 кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению. Расстояние от края кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению 3 до места приклеивания промежуточного кристалла 4 равно длине грани 7 кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению. Подводят к краю кремниевого кристалла оснастку 11, которая своей плоскостью также соприкасается со свободной гранью кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению 3. И путем приложения усилия со стороны промежуточного кристалла 4 и кристалла двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям 2 производят приклеивание кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению 3. При этом в отличие от прототипа, где кристалл вклеивают торцом в окно, приложение усилия при вклеивании кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению 3 направлено перпендикулярно оси Z.
Согласно полезной модели реализована микросистема контроля трех компонент вектора магнитной индукции, при этом была достигнута точность.