一种采用3d打印机制备双轴巨磁阻抗效应磁敏器的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于传感技术领域，尤其涉及到一种采用3D打印机制备双轴巨磁阻抗效应磁敏器的方法。
【背景技术】
[0002]巨磁阻抗GMI传感器是一种新型的磁场传感器，其原理是利用软磁合金材料在很小磁场下展示巨磁阻抗效应，即当磁场有微小变化时，将会引起软磁材料交流阻抗产生巨大变化。
[0003]巨磁阻抗传感器一般由磁敏材料、电感线圈和激励电路组成，其结构为激励电路和电感线圈相连，磁敏材料放置在电感线圈之中用来感应磁场的存在，磁敏材料的选取以及传感器的制造方法是区别不同类型巨磁阻抗传感器的关键特征。
[0004]中国专利CN200510026606公开了一种基于微机电系统的巨磁阻抗磁敏器件，磁敏材料采用薄膜，其灵敏度较低，而且该薄膜成分容易不均匀，易造成性能不稳定。
[0005]中国专利CN201020610144公开了一种巨磁阻抗效应二维传感器，磁敏材料采用非晶薄带，通过微机电工艺MEMS将非晶薄带和铜线圈集成制备，传感器的体积减小而其灵敏度提高，但是在MEMS工艺制备过程中，要对非晶薄带进行绝缘处理，绝缘处理会增加成本，容易影响传感器的质量，批产优良率较低。
[0006]中国专利CN201110300794公开了一种基于巨磁阻抗效应的磁传感器，用热处理后的非晶丝来制备磁传感器，此种方法制备的产品体积较大，工艺上也不宜批量生产。
[0007]中国专利CN101120263公开了一种用于双轴磁性传感器的单个封装设计，采用集成电路制造工艺IC生产双轴磁场传感器，IC工艺制造过程有污染，效率低，良率不高。
[0008]除上述问题外，有关采用3D打印机制备双轴巨磁阻抗效应磁敏器的方法还未见到相关报道。
【发明内容】
[0009]为解决上述问题，本发明提供了一种采用3D打印机制备双轴巨磁阻抗效应磁敏器的方法，通过拉丝法得到ΙΟμπι?Imm直径的玻璃包裹非晶丝，该方法采用3D打印机在基片上制备两维双轴磁敏单元，制备范围包括环绕在基片上的两维电感线圈、绝缘层以及相应的导线和导线引脚，最后通过信号采集单元实现对双轴巨磁阻抗效应磁敏器的信号激励以及磁场感应信号的采集来测量X轴和Y轴方向上的磁场变化，3D打印机不仅解决了电感线圈的三维成形和精确定位难题，而且省去了复杂的电镀过程，容易与玻璃包裹非晶丝结合，使其具有绿色制造，耗材少，无效小，优良率高等特点。
[0010]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
一种采用3D打印机制备双轴巨磁阻抗效应磁敏器的方法，该方法使用到3D打印机，所述双轴巨磁阻抗效应磁敏器中既含有X轴磁敏单元又含有Y轴磁敏单元，所述X轴磁敏单元和所述Y轴磁敏单元均通过3D打印机制备在基片上，所述X轴磁敏单元或是所述Y轴磁敏单元中均包含有底层电感线圈、电感线圈柱、顶层电感线圈、玻璃包裹非晶丝、绝缘填充材料，其中玻璃包裹非晶丝通过人为方式植入，玻璃包裹非晶丝采用拉丝法制备获得，3D打印机在打印底层电感线圈、电感线圈柱和顶层电感线圈时均植入有各自的导线和导线引脚，相关线圈中的各导线相互串接后在其两端形成导线引脚，该导线引脚与信号采集单元和激励电源依次相连，本发明的特征是:
将所述X轴磁敏单元通过3D打印机打印在基片的水平方向，将所述Y轴磁敏单元通过3D打印机打印在基片的垂直方向，将所述水平方向简称为X轴，将所述垂直方向简称为Y轴，此时所述X轴磁敏单元和所述Y轴磁敏单元在基片同一平面上构成正交的双轴巨磁阻抗效应磁敏器，所述X轴磁敏单元和所述Y轴磁敏单元在基片上均呈螺旋斜口状配置，所述螺旋斜口状由底层电感线圈、电感线圈柱、顶层电感线圈和绝缘填充材料均通过3D打印机呈现，所述螺旋斜口状的倾斜角度β、倾斜间距D及长度L由设计给定，β角与X轴或是Y轴之间的夹角均控制在120?135°，将底层电感线圈、电感线圈柱、顶层电感线圈、绝缘填充材料、倾斜角度β、倾斜间距D及长度L各参数均存储于3D打印机中，3D打印机在打印所述X轴磁敏单元和所述Y轴磁敏单元时存在如下打印过程；
第一种打印过程:先沿X轴打印所述X轴磁敏单元后再沿Y轴打印所述Y轴磁敏单元，或是先沿Y轴打印所述Y轴磁敏单元后再沿X轴打印所述X轴磁敏单元；
第二种打印过程:沿X轴和Y轴同时打印所述X轴磁敏单元和所述Y轴磁敏单元；
上述两种打印过程中均植入有玻璃包裹非晶丝，所述X轴磁敏单元或是所述Y轴磁敏单元中的各导线引脚再与信号采集单元及激励电源联接，之后制备出双轴巨磁阻抗效应磁敏器，双轴巨磁阻抗效应磁敏器能分别测量所述X轴磁敏单元或是所述Y轴磁敏单元两端的感应信号变化值，该感应信号变化值即为所述X轴磁敏单元或是所述Y轴磁敏单元的外磁场变化值；
上述基片或采用玻璃片，或采用硅片，或采用陶瓷片；
上述绝缘填充材料聚酰亚胺；
上述激励电源或采用中低频交流电源，中低频交流电源的频率控制在10?120 MHz而其脉冲信号的脉宽控制在0.1ns;
上述玻璃包裹非晶丝中的非晶丝采用FeCo基非晶丝，FeCo基非晶丝通过拉丝法制备，FeCo基非晶丝的直径控制在ΙΟμπι?1mm，要求FeCo基非晶丝的最大灵敏度方向是沿着该非晶丝线条的长度方向；
上述导线或采用Cu丝线，或采用Ni丝线，或采用Ag丝线，或采用Au丝线。
[0011]在所述第一种打印过程中先沿X轴打印所述X轴磁敏单元后再沿Y轴打印所述Y轴磁敏单元的过程如下:
⑴先沿X轴从左至右在基片上喷射带状底层电感线圈，喷射起始位置位于X轴左端上方的水平带状底层电感线圈经β角倾斜后向右下偏转形成长度L的第一条右倾带状底层电感线圈，第一条所述右倾带状底层电感线圈的底端是第一端点，根据β角和D从左至右依次排列喷射长度L的N条所述右倾带状底层电感线圈，N为奇数正整数且3，第二条所述右倾带状底层电感线圈的上端是第二端点而其下端是第三端点，第三条所述右倾带状底层电感线圈的上端是第四端点而其下端是第五端点并依此类推，第N条所述右倾带状底层电感线圈经水平折弯后形成终点位置的水平带状底层电感线圈，第N条所述右倾带状底层电感线圈的上端是第[N+(N-2)]端点，所述水平带状底层电感线圈的长度=L，各所述右倾带状底层电感线圈的上端分别是偶数号端点代码，而各所述右倾带状底层电感线圈的下端分别是奇数号端点代码；
⑵在X轴上各所述偶数号端点代码和各所述奇数号端点代码处分别喷射电感线圈柱，各电感线圈柱均垂直于基片且高度=H，各电感线圈柱的顶端端点代码与X轴上各所述偶数号端点代码和各所述奇数号端点代码相同，第一电感线圈柱位于所述第一端点时其顶端简称为[第一端点]X，第二电感线圈柱位于所述第二端点时其顶端简称为[第二端点]X，第三电感线圈柱位于所述第三端点时其顶端简称为[第三端点]X，第四电感线圈柱位于所述第四端点时其顶端简称为[第四端点]X，依此类推第[N+(N-2)]电感线圈柱位于所述第[N+(N-2)]端点时其顶端也简称为第[N+(N-2)] X，根据⑴之原则各电感线圈的顶端也分别形成偶数号端点和奇数号端点；
(3)向X轴上各电感线圈柱和各带状底层电感线圈周围喷射绝缘填充材料，绝缘填充材料以完全覆盖各带状底层电感线圈为准并覆盖至各电感线圈柱的中部形成一个X轴凹坑；
⑷将玻璃包裹非晶丝分别植入在X轴所述凹坑中；
(5)再次喷射绝缘填充材料至X轴中各电感线圈柱的顶端为准；
(6)从第一电感线圈柱顶端的所述[第一端点]X处开始向第二电感线圈柱顶端的所述[第二端点]X处喷射第一顶层电感线圈，从第三电感线圈柱顶端的所述[第三端点]X处开始向第