顶点光电子商城2022年3月2日消息，中北大学的一个研究团队最近在国外的一个科技期刊上，发表了一款位移传感器的研究成果。该位移传感器基于TMR（隧道磁阻效应），具有功耗低和灵敏度高的特点，可以达到mm级的量程范围，分辨率可以达到亚微米（0.35-0.8μm）级，在多种工业领域具有广泛的应用前景。

        磁阻效应是指电阻随着磁场强度的变化，而导致电阻值产生变化。磁阻位移测量技术就是基于这一原理实现的，具有体积小、精度高、抗干扰和高灵敏度等优势，是一种全新的位移测量技术，已经被广泛应用在了智能安防、医疗设备、精密机床、工业控制、汽车电子、环境监测等领域。

        为了提高位移传感器的分辨率，降低地球磁场和外部磁力的影响，该研究团队运用了多桥并联的技术。同时，通过细分插值技术，将该位移传感器的正余弦输出方式，调整为可以随着位移的变化，进行线性输出的方式，结果反馈更加直观。经过实测，该位移传感器的量程达到了mm级，分辨率可以达到800nm（0.8μm，亚微米级）。

TMR位移传感器设计图

        因为TMR器件对温度变化较为敏感，研究团队担心在焊接封装的过程中，温度升高可能会对这款位移传感器的功能造成损坏。因此专门对键合温度如何影响Au-In键合剪切力进行了研究分析，发现TMR器件磁性材料部分的磁性，在温度逐渐升高的过程会不断下降。如果温度高于220℃之后，TMR器件的损坏就变得不可逆，在温度继续升高的情况下，损坏程度逐渐加剧。

（a）4英寸硅晶圆照片；（b）焊盘在显微镜下的照片；（c）Au-In与TMR晶圆键合照片

        为了解决这个问题，该研究团队对这款位移传感器的磁性特征进行了设计和模拟，通过Au-In晶圆键合的方式，实现了低温封装，解决了在封装过程中，可能因为温度升高而导致损坏位移传感器的问题。

TMR位移传感器键合结构制造工艺流程

        该研究团队还对影响这款TMR位移传感器性能的因素进行了验证，验证结果表明，除了磁场因素外，TMR位移传感器的性能与TMR部分的灵敏度呈线性关系。

Au-In键合剪切力测试结果

        还有一个好消息是，该位移传感器在实验室中表现的测量精度还有很大的提升空间。如果降低电线圈的占空比，减小电线圈和TMR器件的间距，同时再增加插值因子的话，该位移传感器的测量精度将会有一个跨级别的提升，也就是可以达到纳米级，其灵敏度也会进一步增加。