一种集成式接近开关、接近开关系统及接近开关制造方法与流程

本发明属于集成式接近开关及其加工方法，具体涉及一种集成式接近开关、接近开关系统及接近开关制造方法。

背景技术：

利用霍尔元件做成的接近开关具有无触点、低功耗、使用寿命长和响应频率高的特点，适用范围广泛。

当前传统的霍尔接近开关01工作原理是，磁性目标02接近霍尔开关01时，霍尔开关01检测面上的霍尔元件产生霍尔效应而使霍尔开关01内部电路状态发生变化，由此来判断附近是否有磁性目标02的存在，进而来控制霍尔接近开关01的通断。该类霍尔接近开关01结构简单，使用方便，但存在如下问题：(1)无法实现全自动化标准生产。现有霍尔接近开关技术利用霍尔元件加磁铁，再加上外壳，通过灌胶的方法制成，很难达到全自动标准化生产；(2)体积大。使用前述方法生产的霍尔接近开关01尺寸大。由于霍尔接近开关01的检测对象必须是磁性物体，实际使用时都会如图1在霍尔开关01或如图2在待测目标04上安装一块磁性铁03来满足霍尔接近开关01的工作需求，但会导致结构体积大，且外置磁性铁易碎。该类霍尔接近开关01用于其它领域，如转速传感器时，也存在上述的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的是在于解决现有技术中霍尔接近开关无法实现全自动化标准生产和体积大的技术问题，提供一种集成式接近开关、接近开关系统及接近开关制造方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种集成式接近开关，其特殊之处在于，包括霍尔集成电路，以及设置于霍尔集成电路背面的磁性薄膜层，霍尔集成电路和磁性薄膜层之间设有绝缘层，所述磁性薄膜层的n极在上s极在下或s极在上n极在下；霍尔集成电路、绝缘层和磁性薄膜层封装于一体。

为了将霍尔集成电路与磁性薄膜层之间隔离开，便于磁性薄膜层在霍尔集成电路上进行溅射，对霍尔集成电路的背面先进行预处理，设置绝缘层：

进一步地，所述绝缘层为氮化硅绝缘层，或者所述绝缘层为二氧化硅绝缘层。为了同时兼顾集成度和开关的性能，磁性薄膜层的厚度控制在100-400μm，绝缘层的厚度为100-2000nm。

一种集成式接近开关系统，其特殊之处在于，包括磁性物体和如上所述集成式接近开关；所述磁性物体与集成式开关相对布置，磁性物体与集成式开关之间留有间隙。

该集成式接近开关系统应用范围及其广泛，可用于各种检测接近或远离程度，以及其他接近程度的场合，只需将磁性物体和集成式接近开关相对布置即可。

一种集成式接近开关，其特殊之处在于，包括霍尔集成电路和设置于霍尔集成电路背面的磁铁；所述霍尔集成电路和磁铁之间设有绝缘层；所述磁铁的n极和s极连线垂直于霍尔集成电路；霍尔集成电路、绝缘层和磁铁封装于一体。此处用磁铁替换了前述的磁性薄膜层，同样达到磁性薄膜层的目的，磁铁的具体厚度可根据需要进行调整，一般采用厚度为0.1-0.5mm的磁铁。

进一步地，所述绝缘层为氮化硅绝缘层或二氧化硅绝缘层，与前述相同，此处的二氧化硅绝缘层或氮化硅绝缘层便于磁铁与霍尔集成电路的结合。

一种集成式接近开关系统，其特殊之处在于，包括磁性物体和如上所述集成式接近开关；所述磁性物体与集成式接近开关相对布置，磁性物体与集成式接近开关之间留有间隙。

一种集成式接近开关的制造方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

步骤1，取霍尔晶圆，在霍尔晶圆的背面生长绝缘层；所述绝缘层为二氧化硅绝缘层或氮化硅绝缘层；

步骤2，在绝缘层上磁控溅射磁性薄膜层；对磁性薄膜层进行磁化处理，使s极在上n极在下或n极在上s极在下；

或者，在绝缘层上粘贴磁铁，所述磁铁的n极和s极连线垂直于霍尔集成电路；

步骤3，对附有绝缘层和磁性薄膜层的霍尔晶圆进行切割；

或着对附有绝缘层和磁铁的霍尔晶圆进行切割；

将霍尔晶圆切割为多个霍尔集成电路，对应形成多个芯片级集成式接近开关；

步骤4，对每个芯片级集成式接近开关进行封装，完成集成式接近开关(5)的加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的集成式接近开关，将磁性薄膜层或磁铁集成于霍尔集成电路上，再进行封装，磁场密度增强，更容易产生霍尔效应，控制开关的通断，另外开关的体积极大减小，同时更容易实现全自动标准化生产。本发明的开关在体积减小的同时，保证了霍尔接近开关的精度，集成度高，使用时无需再在霍尔接近开关或待测目标上增加小磁铁，集成式接近开关也可方便的调整开关通断的阈值。另外，绝缘层便于对霍尔集成电路和磁性薄膜层进行隔离，或便于对霍尔集成电路和磁铁间进行隔离。

2.本发明的绝缘层采用二氧化硅绝缘层或氮化硅绝缘层，尤其是二氧化硅绝缘层，隔离效果更佳，更便于磁性薄膜层在加工时进行溅射。

3.本发明的集成式接近开关系统，磁性物体与本发明的集成式接近开关相对布置，利用集成式接近开关的高精度和高集成度特性，系统精度也得到保证，且应用时体积小巧，能够适用于更广泛的应用环境。

4.本发明集成式接近开关的制造方法，采用磁控溅射的方法溅射磁性薄膜，或用粘贴的方法在二氧化硅绝缘层或氮化硅绝缘层上设置磁铁，切割后再进行整体封装，加工方法操作便捷，可一次加工多个集成式接近开关；上述制造方法便于实现全自动标准化加工，全自动标准化加工方法不仅可以更容易实现小型化，而且可以极大提高产品精度，相比使用时再在霍尔开关或待测目标上增加小磁铁，可以极大减小产品系统，提高产品精度。利用集成式接近开关的高精度和高集成度特性，系统精度也得到保证，且应用时体积小巧，能够适用于更广泛的应用环境。

附图说明

图1为本发明背景技术中磁性铁安装于霍尔接近开关的使用示意图；

图2为本发明背景技术中磁性铁安装于待测目标的使用示意图；

图3为本发明实施例一和实施例二中集成式接近开关的结构示意图；

图4为本发明实施例一中集成式接近开关系统的结构示意图；

图5为本发明实施例二中集成式接近开关系统的结构示意图；

图6为本发明实施例二中集成式接近开关系统检测转速和方向的原理示意图(齿轮沿a方向转动)；

图7为本发明实施例二中集成式接近开关系统检测转速和方向的原理示意图(齿轮沿b方向转动)；

图8为本发明实施例三和实施例四中集成式接近开关的结构示意图；

图9为本发明集成式接近开关中常开式n极触发接近开关工作原理示意图；

图10为本发明集成式接近开关中常开式s极触发接近开关工作原理示意图；

图11为本发明集成式接近开关的制造方法中霍尔晶圆的结构示意图。

以下是图1和图2的附图标记说明：

其中，01-霍尔接近开关、02-磁性目标、03-磁性铁、04-待测目标。

以下是图3至图11的附图标记说明：

其中，1-霍尔集成电路、2-绝缘层、3-磁性薄膜层、301-n极磁性薄膜层、302-s极磁性薄膜层、4-磁铁、5-集成式接近开关、6-磁性物体、7-霍尔晶圆、8-齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

实施例一

如图4，一种集成式接近开关系统，包括磁性物体6和集成式接近开关5；所述磁性物体6与集成式接近开关5相对布置，磁性物体6与集成式接近开关5之间留有间隙。如图3，其中，集成式接近开关5，包括霍尔集成电路1，以及设置于霍尔集成电路1背面的磁性薄膜层3，霍尔集成电路1和磁性薄膜层3之间设有绝缘层2，所述磁性薄膜层3的n极在上s极在下或s极在上n极在下，磁性薄膜层3的n极磁性薄膜层301和s极磁性薄膜层302的上下位置不限；霍尔集成电路1、绝缘层2和磁性薄膜层3封装于一体，绝缘层2选用厚度为500nm的二氧化硅绝缘层，磁性薄膜层3的厚度为100μm，n极磁性薄膜层301和s极磁性薄膜层302的厚度相同。

该集成式接近开关系统可根据需要广泛应用于多种场合，如冰箱和洗衣机等，将磁性物体6安装于冰箱或洗衣机门体的一侧，集成式接近开关5安装于另一侧，当门体闭合或打开至预设距离时该集成式接近开关能够有效感应。该集成式接近开关系统还可用于其他用于检测接近程度或是否闭合的场合。

实施例二

如图5，一种集成式接近开关系统，包括磁性物体6和集成式接近开关5；所述磁性物体6与集成式接近开关5相对布置，磁性物体6与集成式接近开关5之间留有间隙。其中，集成式接近开关5，包括霍尔集成电路1，以及设置于霍尔集成电路1背面的磁性薄膜层3，霍尔集成电路1和磁性薄膜层3之间设有绝缘层2，所述磁性薄膜层3的n极在上s极在下或s极在上n极在下，磁性薄膜层3的n极磁性薄膜层301和s极磁性薄膜层302的上下位置不限；霍尔集成电路1、绝缘层2和磁性薄膜层3封装于一体，绝缘层2选用厚度为500nm的氮化硅绝缘层，磁性薄膜层3的厚度为100μm，n极磁性薄膜层301和s极磁性薄膜层302的厚度相同。

该集成式接近开关系统用于检测转速和方向，所述磁性物体6为齿轮8。如图6，当齿轮8沿a方向转动时，齿部靠近集成式接近开关5时vout1会输出方波，根据单位时间内方波的数量可以判断齿轮8的转速，单位时间内输出方波越多，说明齿轮8的转速越快，vout2输出低电平；如图7，当齿轮8转换方向沿b方向转动时，齿部接近集成式接近开关5时vout1会输出方波，根据单位时间内方波的数量可以判断齿轮8的转速，单位时间内输出方波越多，说明齿轮8的转速越快，vout2输出高电平。

实施例三

一种集成式接近开关系统，包括磁性物体6和集成式接近开关5；所述磁性物体6与集成式接近开关5相对布置，磁性物体6与集成式接近开关5之间留有间隙。如图8，其中，集成式接近开关5，包括霍尔集成电路1和设置于霍尔集成电路1背面的磁铁4；所述霍尔集成电路1和磁铁4之间设有绝缘层2；所述磁铁4的n极和s极连线垂直于霍尔集成电路1；霍尔集成电路1、绝缘层2和磁铁4封装于一体。磁铁4的厚度为0.1mm，绝缘层2采用厚度为1000nm二氧化硅绝缘层。

该集成式接近开关系统也可类似于实施例一根据需要广泛应用于多种场合，如冰箱和洗衣机等，将磁性物体6安装冰箱或洗衣机门体的一侧，集成式接近开关5安装于另一侧。该集成式接近开关系统还可用于其他用于检测接近程度或是否闭合的场合。

实施例四

一种集成式接近开关系统，包括磁性物体6和集成式接近开关5；所述磁性物体6与集成式接近开关5相对布置，磁性物体6与集成式接近开关5之间留有间隙。如图8，其中，集成式接近开关5，包括霍尔集成电路1和设置于霍尔集成电路1背面的磁铁4；所述霍尔集成电路1和磁铁4之间设有绝缘层2；所述磁铁4的n极和s极连线垂直于霍尔集成电路1；霍尔集成电路1、绝缘层2和磁铁4封装于一体。磁铁4的厚度为0.1mm，绝缘层2采用厚度为1000nm氮化硅绝缘层。

该集成式接近开关系统类似于实施例二可用于检测转速和方向。

此外氮化硅绝缘层和二氧化硅绝缘层均有利于在霍尔集成电路1上溅射磁性薄膜层3或粘贴磁铁4，尤其是二氧化硅绝缘层，金属黏着性好，剥离的时候不会将金属一同剥离。

霍尔集成电路1内含有基本的逻辑电路。

上述集成式接近开关系统的工作原理为：如图9，为其中一种常开式n极触发集成接近开关的工作原理，当集成式接近开关5靠近磁性物体6时，磁感线增强，磁密度增加，到达磁场开启点bop，集成式接近开关5开始工作，当集成式接近开关5远离磁性物体6时，磁场强度逐渐减小，到达一定距离时，到达磁场关闭点brp，集成式接近开关5关闭；如图10，为其中一种常开式s极触发集成接近开关的工作原理，当集成式接近开关5靠近磁性物体6时，磁感线增强，磁密度增加，到达磁场开启点bop，集成式接近开关5开始工作，当集成式接近开关5远离磁性物体6时，磁场强度逐渐减小，到达一定距离时，到达磁场关闭点brp，集成式接近开关5关闭。其中，vout为输出电压，voh为高电平，vol为低电平，bop为磁场开启点，brp为磁场释放点，bh为迟滞。

另外，上述集成式接近开关的制造方法如下：

(1)若磁性层3为磁性薄膜，则：

步骤1，取霍尔晶圆7，在霍尔晶圆7的背面生长绝缘层2；所述绝缘层2为二氧化硅绝缘层或氮化硅绝缘层；

步骤2，在绝缘层2上磁控溅射磁性薄膜层3；对磁性薄膜层3进行磁化处理，使s极在上n极在下或n极在上s极在下；

步骤3，对附有绝缘层2和磁性薄膜层3的霍尔晶圆7进行切割；

将霍尔晶圆7切割为多个霍尔集成电路1，对应形成多个芯片级集成式接近开关；

步骤4，对每个芯片级集成式接近开关进行封装，完成集成式接近开关5的加工。

(2)若为磁铁4，则：

步骤1，取霍尔晶圆7，在霍尔晶圆7的背面生长绝缘层2；所述绝缘层2为二氧化硅绝缘层或氮化硅绝缘层；

步骤2，在绝缘层2上粘贴磁铁4，所述磁铁4的n极和s极连线垂直于霍尔集成电路1；

步骤3，对附有绝缘层2和磁铁4的霍尔晶圆7进行切割；

将霍尔晶圆7切割为多个霍尔集成电路1，对应形成多个芯片级集成式接近开关；

步骤4，对每个芯片级集成式接近开关进行封装，完成集成式接近开关5的加工。

如图11，在本发明的一个实施例中，制造集成式接近开关，可以如上取霍尔晶圆7进行加工制造，一次加工多个集成式接近开关5，再通过切割的方式将附有绝缘层2、磁性薄膜层3或磁铁4的霍尔晶圆7分割为多个以霍尔集成电路1为基础的集成式接近开关5，便于工业化生产。在本发明的另一个实施例中，也可以分别以霍尔集成电路1为基础制造集成式接近开关5。可以根据实际需要进行选择。

上述的集成式接近开关5在体积减小的同时，保证了霍尔开关的精度，集成度高，易于全自动标准化生产，使用时无需再在霍尔开关或待测目标上增加小磁铁，霍尔集成电路1也可方便的调整开关通断的阈值。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。