頂點光電子商城2022年3月2日消息，中北大學(xué)的一個研究團隊最近在國外的一個科技期刊上，發(fā)表了一款位移傳感器的研究成果。該位移傳感器基于TMR（隧道磁阻效應(yīng)），具有功耗低和靈敏度高的特點，可以達到mm級的量程范圍，分辨率可以達到亞微米（0.35-0.8μm）級，在多種工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
磁阻效應(yīng)是指電阻隨著磁場強度的變化，而導(dǎo)致電阻值產(chǎn)生變化。磁阻位移測量技術(shù)就是基于這一原理實現(xiàn)的，具有體積小、精度高、抗干擾和高靈敏度等優(yōu)勢，是一種全新的位移測量技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了智能安防、醫(yī)療設(shè)備、精密機床、工業(yè)控制、汽車電子、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。
為了提高位移傳感器的分辨率，降低地球磁場和外部磁力的影響，該研究團隊運用了多橋并聯(lián)的技術(shù)。同時，通過細分插值技術(shù)，將該位移傳感器的正余弦輸出方式，調(diào)整為可以隨著位移的變化，進行線性輸出的方式，結(jié)果反饋更加直觀。經(jīng)過實測，該位移傳感器的量程達到了mm級，分辨率可以達到800nm（0.8μm，亞微米級）。
TMR位移傳感器設(shè)計圖
因為TMR器件對溫度變化較為敏感，研究團隊擔(dān)心在焊接封裝的過程中，溫度升高可能會對這款位移傳感器的功能造成損壞。因此專門對鍵合溫度如何影響Au-In鍵合剪切力進行了研究分析，發(fā)現(xiàn)TMR器件磁性材料部分的磁性，在溫度逐漸升高的過程會不斷下降。如果溫度高于220℃之后，TMR器件的損壞就變得不可逆，在溫度繼續(xù)升高的情況下，損壞程度逐漸加劇。
（a）4英寸硅晶圓照片；（b）焊盤在顯微鏡下的照片；（c）Au-In與TMR晶圓鍵合照片
為了解決這個問題，該研究團隊對這款位移傳感器的磁性特征進行了設(shè)計和模擬，通過Au-In晶圓鍵合的方式，實現(xiàn)了低溫封裝，解決了在封裝過程中，可能因為溫度升高而導(dǎo)致?lián)p壞位移傳感器的問題。
TMR位移傳感器鍵合結(jié)構(gòu)制造工藝流程
該研究團隊還對影響這款TMR位移傳感器性能的因素進行了驗證，驗證結(jié)果表明，除了磁場因素外，TMR位移傳感器的性能與TMR部分的靈敏度呈線性關(guān)系。
Au-In鍵合剪切力測試結(jié)果
還有一個好消息是，該位移傳感器在實驗室中表現(xiàn)的測量精度還有很大的提升空間。如果降低電線圈的占空比，減小電線圈和TMR器件的間距，同時再增加插值因子的話，該位移傳感器的測量精度將會有一個跨級別的提升，也就是可以達到納米級，其靈敏度也會進一步增加。
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