KR20050019925A - Magnetic sensing device - Google Patents
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Abstract
자기 센싱 장치가 개시된다. 상기 자기 센싱 장치는, 집적회로 및 자기 센서를 갖는다. 상기 집적회로에 의해 생성된 표유 전자계로부터 상기 자기 센서를 차폐하기 위해 자기 버퍼층이 상기 집적회로 및 자기 센서 사이에 적층된다. 또한, 상기 자기 버퍼층은 상기 자기 센싱 장치의 다른 내부 소스에 의해 생성된 전자계를 흡수할 수 있다.A magnetic sensing device is disclosed. The magnetic sensing device has an integrated circuit and a magnetic sensor. A magnetic buffer layer is stacked between the integrated circuit and the magnetic sensor to shield the magnetic sensor from the stray field generated by the integrated circuit. In addition, the magnetic buffer layer may absorb an electromagnetic field generated by another internal source of the magnetic sensing device.
Description
본 발명은 자기 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부에서 생성된 전자기 신호로부터 자기 센싱 장치를 차폐(shielding)하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to shielding a magnetic sensing device from an electromagnetic signal generated therein.
통상적으로, 자기 센서는 방향 찾기 또는 다른 내비게이션 수단에 사용된다. 자계를 검출하는 기술은, 개선된 감도, 보다 작은 사이즈 및 전자 시스템과의 호환성에 대한 필요에 의해 발전되어 왔다.Typically, magnetic sensors are used for direction finding or other navigation means. Techniques for detecting magnetic fields have been developed due to the need for improved sensitivity, smaller size, and compatibility with electronic systems.
오늘날 대부분의 내비게이션 시스템은 진행 방향을 결정하기 위해 일종의 자기 컴퍼스(compass)를 사용한다. 지구의 자계를 이용하는 경우, 자기저항(magnetoresistive : MR) 센서에 기반을 둔 전자 컴퍼스는 전기적으로 방향의 0.1도 회전보다 높은 해상도를 가질 수 있다. 자기저항 센서는 외부 전계 또는 자계에 의한 전기 저항의 변화를 측정한다. 예를 들어, 지구 자계는 자기저항 센서의 저항에 변화를 일으키며, 이로부터 컴퍼스 방향(heading)이 결정될 수 있다.Most navigation systems today use a kind of magnetic compass to determine the direction of travel. Using the Earth's magnetic field, electronic compasses based on magnetoresistive (MR) sensors can have a resolution that is electrically higher than 0.1 degrees of rotation in the direction. Magnetoresistive sensors measure the change in electrical resistance caused by an external electric field or magnetic field. For example, the earth's magnetic field causes a change in the resistance of the magnetoresistive sensor, from which the compass heading can be determined.
자기저항 센서는 컴퍼스 내비게이션 시스템을 구축하기 위한 솔리드스테이트(solid-state) 솔루션(solution)을 제공한다. 자기저항 센서의 작은 사이즈와 함께 높은 감도 및 효율적인 반복성으로 인해 높은 정확도의 자기 센서를 제작할 수 있다. 그러나, 전자회로와 자기저항 센서의 집적은 정확한 자기측정을 불가능하게 할 것이다. 전자회로 내의 전류 신호와 같은 전자기 신호는 지구의 자계로부터의 신호와 간섭을 일으킬 수 있으며, 그 결과 지구 자계의 정확한 측정이 이루어질 수 없을 것이다. 전류는 항상 자계를 생성하며, 이 자계로 인하여 저강도 자계의 측정에 간섭이 발생될 것이다.Magnetoresistive sensors provide a solid-state solution for building compass navigation systems. The small size of the magnetoresistive sensor, combined with high sensitivity and efficient repeatability, makes it possible to produce highly accurate magnetic sensors. However, integration of electronic circuits and magnetoresistive sensors will make accurate magnetic measurements impossible. Electromagnetic signals, such as current signals in electronic circuits, can interfere with signals from the earth's magnetic field, resulting in an inaccurate measurement of the earth's magnetic field. The current always generates a magnetic field, which will interfere with the measurement of low intensity magnetic fields.
종래의 자기저항 센서 시스템은 시스템 내의 전자회로에 의해 생성되는 자계를 제거하거나 감소시킬 수 있는 성능이 부족하다. 따라서, 자계를 정확하게 측정하기 위해 표유(stray) 전자기 신호를 제거하는 장치를 제공하는 것이 바람직하다.Conventional magnetoresistive sensor systems lack the ability to eliminate or reduce the magnetic fields generated by electronic circuitry in the system. Accordingly, it is desirable to provide a device for removing stray electromagnetic signals in order to accurately measure magnetic fields.
다음과 같은 첨부된 도면이 참조되며, 첨부 도면에서 동일한 참조부호를 갖는 구성요소들은 전체적으로 유사한 구성요소를 나타낸다:Reference is made to the accompanying drawings, in which like reference numerals designate like elements throughout.
도 1은 개념적인 자기 센싱 시스템의 일실시형태를 도시한 블록도이다;1 is a block diagram illustrating one embodiment of a conceptual magnetic sensing system;
도 2는 도 1의 자기 센싱 시스템의 일실시형태를 도시한 상세도이다;FIG. 2 is a detailed diagram illustrating one embodiment of the magnetic sensing system of FIG. 1;
도 3은 자기 센싱 장치를 차폐하는 방법의 일실시형태를 도시한 기능적 블록도이다.3 is a functional block diagram illustrating one embodiment of a method of shielding a magnetic sensing device.
본 발명의 일실시형태에서, 접촉면(mating surface)을 갖는 집적회로를 포함하는 자기 센싱 장치가 제공된다. 또한, 자기 센싱 장치는 상기 접촉면 상에 적층된 자기 차폐층을 포함한다. 상기 자기 차폐층은 상기 집적회로에 의해 생성된 전자기 신호를 흡수한다. 또한, 자기 센싱 장치는 상기 자기 차폐층 상에 적층된 자기 센싱층을 포함한다. 상기 자기 센싱층은 실질적으로 상기 집적회로에 따라 정렬된다.In one embodiment of the present invention, a magnetic sensing device is provided that includes an integrated circuit having a mating surface. The magnetic sensing device also includes a magnetic shield layer laminated on the contact surface. The magnetic shield layer absorbs electromagnetic signals generated by the integrated circuit. In addition, the magnetic sensing device includes a magnetic sensing layer stacked on the magnetic shielding layer. The magnetic sensing layer is substantially aligned in accordance with the integrated circuit.
다른 실시형태에서, 접촉면을 갖는 집적회로, 상기 집적회로와 연결된 자기 센서 및 상기 집적회로와 자기 센서 사이에 적층된 자기 버퍼층을 포함하는 자기 센싱 장치가 제공된다. 상기 자기 버퍼층은 약 100 내지 500Å의 두께를 갖는 자기 차폐 물질을 포함한다.In another embodiment, a magnetic sensing device is provided that includes an integrated circuit having a contact surface, a magnetic sensor connected with the integrated circuit, and a magnetic buffer layer stacked between the integrated circuit and the magnetic sensor. The magnetic buffer layer comprises a magnetic shield material having a thickness of about 100 to 500 microns.
또 다른 실시형태에서, 자기 센싱 장치를 차폐시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 자기 센서와 집적회로 사이에 자기 차폐층을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 자기 차폐층은 상기 집적회로에 의해 생성되는 전자기 신호를 흡수할 수 있다.In yet another embodiment, a method of shielding a magnetic sensing device is provided. The method includes providing a magnetic shield layer between the magnetic sensor and the integrated circuit. The magnetic shielding layer may absorb electromagnetic signals generated by the integrated circuit.
전술한 본 발명의 특징과 잇점 및 본 발명의 다른 특징과 잇점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확해 질 것이다.The above features and advantages of the present invention and other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art by the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일실시형태에서, 집적회로에 거의 접촉한 상태에서 정확하게 자계를 측정할 수 있는 자기 센싱 장치가 제공된다. 상기 자기 센싱 장치는 시스템 온 칩(system-on-a-chip)을 형성하도록 집적회로 상에 탑재된 자기 센서를 포함한다. 상기 집적회로에 의해 생성되는 표유 전자기 신호를 감소 및/또는 제거하는 버퍼층을 제공하기 위해, 자기 차폐층 및/또는 자기 흡수층이 상기 자기 센서 및 집적회로 사이에 적층될 수 있다. 이 경우, 상기 자기 센서는 집적회로 내의 전류에 의해 생성되는 자계와 무관하게 장치 외부의 자계를 정확하게 측정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a magnetic sensing device capable of accurately measuring a magnetic field in near contact with an integrated circuit is provided. The magnetic sensing device includes a magnetic sensor mounted on an integrated circuit to form a system-on-a-chip. In order to provide a buffer layer that reduces and / or eliminates stray electromagnetic signals generated by the integrated circuit, a magnetic shield layer and / or a magnetic absorbing layer may be stacked between the magnetic sensor and the integrated circuit. In this case, the magnetic sensor can accurately measure the magnetic field outside the device regardless of the magnetic field generated by the current in the integrated circuit.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 자기 센싱 시스템(100)이 도시된다. 도 1은 자기 센싱 시스템(100)을 도시하고 있으나, 다른 패키지 및/또는 센서들의 조합이 사용될 수 있다. 더하여, 도 1에 도시된 자기 센싱 시스템(100) 및 여기에 기술되는 다른 배치들은 단지 예시를 위해 설명되는 것이며, 생산 및/또는 소비자 선택에 따라 다른 배치 및 구성요소들이 대신 사용될 수 있으며, 일부 구성요소들은 완전히 생략될 수도 있음이 이해되어야 할 것이다.Referring to FIG. 1, a magnetic sensing system 100 in accordance with one embodiment of the present invention is shown. 1 illustrates a magnetic sensing system 100, other packages and / or combinations of sensors may be used. In addition, the magnetic sensing system 100 shown in FIG. 1 and the other arrangements described herein are for illustrative purposes only, and other arrangements and components may be used instead, depending on production and / or consumer selection, and in some configurations. It is to be understood that the elements may be omitted entirely.
본 발명의 일실시형태에서, 자기 센싱 시스템(100)은 집적회로(102), 자기 버퍼층(104) 및 자기 센서(106)를 포함한다. 상기 집적회로(102), 자기 버퍼층(104) 및 자기 센서(106)는, 플라스틱 패키지, 다중 핀출력(pin-outs)을 갖는 전자 집적회로 패키지 또는 비자기(non-magnetic) 몰드된 패키지와 같은 하나의 패키지(108) 내에 전부 포함될 수 있다. 또한, 상기 패키지는, 구리 리드 프레임을 갖는 소형 아웃라인 집적회로(small outline integrated circuit : SOIC) 패키지일 수 있다.In one embodiment of the invention, the magnetic sensing system 100 includes an integrated circuit 102, a magnetic buffer layer 104, and a magnetic sensor 106. The integrated circuit 102, the magnetic buffer layer 104 and the magnetic sensor 106 may be a plastic package, an electronic integrated circuit package having multiple pin-outs, or a non-magnetic molded package. It can all be contained within one package 108. In addition, the package may be a small outline integrated circuit (SOIC) package having a copper lead frame.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자기 버퍼층(104)은 상기 집적회로(102) 상에 위치하며, 상기 자기 센서(106)는 상기 자기 버퍼층(104) 상에 위치한다. 상기 자기 센서(106)는 실질적으로 상기 집적회로(102)에 따라 정렬되어 위치하거나, 직접적으로 상기 자기 센서(106)의 상부에 위치할 수 있다. 선택적으로, 상기 자기 센서(106), 자기 버퍼층(104) 및 상기 집적회로(102)는 전체적으로 다른 배치를 갖도록 위치할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일실시형태에서, 적어도 자기 버퍼층(104)은 상기 자기 센서(106) 및 집적회로(102)의 사이에 위치하여야 한다.As shown in FIG. 1, the magnetic buffer layer 104 is located on the integrated circuit 102, and the magnetic sensor 106 is located on the magnetic buffer layer 104. The magnetic sensor 106 may be positioned substantially aligned with the integrated circuit 102, or may be positioned directly above the magnetic sensor 106. Optionally, the magnetic sensor 106, the magnetic buffer layer 104, and the integrated circuit 102 may be positioned to have entirely different arrangements. However, in one embodiment of the present invention, at least the magnetic buffer layer 104 should be located between the magnetic sensor 106 and the integrated circuit 102.
상기 자기 센싱 시스템(100)의 집적회로(102)는 인쇄 회로 기판(PCB), 전자기판, 집적회로 칩 또는 전기 신호를 처리하도록 동작하는 임의의 집적회로일 수 있다. 상기 집적회로(102)는 일편의 실리콘 물질 또는 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor : CMOS) 양극성(bipolar) 물질일 수 있다. 상기 집적회로(102)는 아날로그 및 디지털 출력을 모두 가질 수 있으며 연산 증폭기, 증폭기 또는 다른 신호 조정 전기회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 집적회로(102)는 다른 종류의 회로를 포함할 수 있다.The integrated circuit 102 of the magnetic sensing system 100 may be a printed circuit board (PCB), an electromagnetic plate, an integrated circuit chip or any integrated circuit that operates to process an electrical signal. The integrated circuit 102 may be a piece of silicon material or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) bipolar material. The integrated circuit 102 may have both analog and digital outputs and may include an operational amplifier, amplifier or other signal conditioning electrical circuit. In addition, the integrated circuit 102 may include other types of circuits.
전하 캐리어 즉, 전자가 상기 집적회로(102)의 도전체(예를 들어, 트레이스(traces))를 통해 이동할 때 상기 집적회로(102)에 의해 자계가 생성된다. 예를 들어, 전류가 자계를 생성할 수 있다. 펄스형 직류 저류 또는 교류 전류는 특질상 전자계를 생성한다. 전하 캐리어가 가속될 때(일정한 속도에서 반대로 움직일 때), 변동하는 자계가 생성될 것이다. 변동하는 자계는 변동하는 전계를 생성하며, 이는 번갈아 다른 변동하는 자계를 생성한다. 이러한 결과, 전하 캐리어가 계속 가속될 때, 경계를 갖지 않고서 지속적으로 증가하는 전자계가 발생한다.A magnetic field is generated by the integrated circuit 102 as charge carriers, ie electrons, move through the conductors (eg, traces) of the integrated circuit 102. For example, current can generate a magnetic field. Pulsed direct current or alternating current in nature generates an electromagnetic field. When the charge carriers are accelerated (moving steadily at a constant speed), a varying magnetic field will be created. A fluctuating magnetic field produces a fluctuating electric field, which in turn produces another fluctuating magnetic field. As a result, when the charge carriers continue to be accelerated, a constantly increasing electromagnetic field occurs without boundaries.
자기 버퍼층(104)은 상기 집적회로(102) 내의 전류에 의해 생성된 전자계로부터 자기 센서(106)를 차폐하며/차폐하거나, 상기 자기 버퍼층(104)은 상기 집적회로(102)에 의해 생성된 전자계를 흡수할 수 있다. 또한, 상기 자기 버퍼층(104)은 자기 센싱 시스템(100)이 다른 내부 소스에 의해 생성된 전자계를 차폐 및/또는 흡수할 수 있다. 전자계의 흡수에 대하여, 자기 버퍼층(104)은 퍼멀로이(permalloy) 물질을 포함할 수 있다. 선택적으로, 전자계의 차폐에 대해서, 자기 버퍼층(104)은 Mu-금속 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 자기 버퍼층(104)은 높은 투자율(즉, 자계 강도에 대해 높은 자속 밀도의 비)을 갖는 임의의 물질 및/또는 임의의 자기 저항 물질을 포함할 수 있다.The magnetic buffer layer 104 shields and / or shields the magnetic sensor 106 from the electromagnetic field generated by the current in the integrated circuit 102, or the magnetic buffer layer 104 is the electromagnetic field generated by the integrated circuit 102. Can absorb. In addition, the magnetic buffer layer 104 may shield and / or absorb an electromagnetic field generated by another internal source by the magnetic sensing system 100. For absorption of the electromagnetic field, the magnetic buffer layer 104 may comprise a permalloy material. Optionally, for shielding electromagnetic fields, magnetic buffer layer 104 may comprise a Mu-metal material. However, the magnetic buffer layer 104 may comprise any material and / or any magnetoresistive material having a high permeability (ie, a ratio of high magnetic flux density to magnetic field strength).
전형적으로, 퍼멀로이 물질은 니켈 및 철을 포함한다. 본 발명의 일실시형태에서, 자기 버퍼층(104)은, 약 60 내지 80%의 니켈(Ni), 10 내지 20%의 철(Fe), 5 내지 10%의 구리(Cu) 및 5 내지 10%의 코발트(Co)(중량 %)를 갖는 퍼멀로이 물질 합성물을 포함한다. 또한, 상기 퍼멀로이 물질 합성물은 50 내지 80%의 니켈과 나머지(balance)는 철로 이루어질 수 있다.Typically, permalloy materials include nickel and iron. In one embodiment of the invention, magnetic buffer layer 104 comprises about 60 to 80% nickel (Ni), 10 to 20% iron (Fe), 5 to 10% copper (Cu) and 5 to 10% Permalloy material composites having a cobalt (Co) by weight. In addition, the permalloy material composite may be made of 50 to 80% nickel and the balance (iron).
Mu-금속 물질은 부드러운(soft) 강자성(ferromagnetic) 물질이다. 예를 들어, 상기 자기 버퍼층(104)은 약 77%의 니켈, 16%의 철, 5%의 구리 및 2%의 크롬(Cr)을 갖는 Mu-금속 물질일 수 있다. 실리콘(Si) 및/또는 첨가된 다른 유사한 구성물질을 갖는 니켈-철 기반 금속과 같은 다른 Mu-금속이 사용될 수 있다. 또한 다른 구성물질이 사용될 수 있다.Mu-metal materials are soft ferromagnetic materials. For example, the magnetic buffer layer 104 may be a Mu-metal material having about 77% nickel, 16% iron, 5% copper, and 2% chromium (Cr). Other Mu-metals can be used, such as nickel-iron based metals with silicon (Si) and / or other similar constituents added. Other components may also be used.
상기 자기 버퍼층(104)은, 예를 들어 104H/m(미터당 헨리) 차수의 높은 투자율을 갖는 임의의 강자성 물질일 수 있다. 다른 예도 가능하다.The magnetic buffer layer 104 may be any ferromagnetic material having a high permeability of, for example, 10 4 H / m (Henry per meter) order. Other examples are possible.
상기 자기 버퍼층(104)은 약 수백 Å의 두께를 가질 수 있다. 상기 두께는 수백 Å보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 지구 자계를 측정하기 위해 설계된 자기 센싱 시스템에서, 자기 버퍼층(104)은 약 100 내지 500Å일 수 있다.The magnetic buffer layer 104 may have a thickness of about several hundred microseconds. The thickness may be greater than or less than a few hundred millimeters. For example, in a magnetic sensing system designed to measure the earth's magnetic field, the magnetic buffer layer 104 may be about 100-500 Hz.
상기 자기 버퍼층(104)은, 압력 증착(pressure vapor deposition : PVD) 또는 이온빔 증착과 같은 전자-증착(electro-deposition) 공정에 의해 상기 집적회로(102)의 접촉면(mating surface) 상에 적층될 수 있다. 선택적으로, 상기 자기 버퍼층(104)은, 화학 증착(chemical vapor deposition : CVD), 분위기 압력 화학 증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition : APCVD), 저압 화학 증착(low-pressure chemical vapor deposition : LPCVD), 플라즈마 강화 화학 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition : PECVD) 또는 다른 증착법에 의해 상기 집적회로(102) 상에 적층될 수 있다. 상기 자기 버퍼층(104)은 상기 집적회로(102)와 상기 자기 센서(106) 사이의 일영역에만 적층되거나, 표유 또는 누설 전류 및/또는 자계를 감소 및/또는 제거하기 위해, 상기 집적회로(102)의 더 큰 영역 상에 적층될 수 있다. 예를 들어, 상기 자기 버퍼층(104)은, 상기 집적회로(102) 및 자기 센서(106) 사이의 영역으로 정의되거나, 상기 집적회로(102)의 전체 표면 영역에 의해 정의되는 상기 집적회로(102)의 접촉면 전체 상에 적층될 수 있다.The magnetic buffer layer 104 may be deposited on the mating surface of the integrated circuit 102 by an electro-deposition process such as pressure vapor deposition (PVD) or ion beam deposition. have. Optionally, the magnetic buffer layer 104 may include chemical vapor deposition (CVD), atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD), and plasma. It may be deposited on the integrated circuit 102 by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or other deposition method. The magnetic buffer layer 104 is stacked only in one region between the integrated circuit 102 and the magnetic sensor 106, or to reduce and / or eliminate stray or leakage currents and / or magnetic fields. Can be stacked on a larger area of). For example, the magnetic buffer layer 104 may be defined as an area between the integrated circuit 102 and the magnetic sensor 106 or the integrated circuit 102 defined by an entire surface area of the integrated circuit 102. It can be laminated on the entire contact surface of the).
상기 자기 버퍼층(104)은 상기 자기 센서(106)가 정확한 자계 강도 또는 자계 방향을 측정할 수 있게 한다. 예를 들어, 상기 자기 센서(106)는, 일반적으로 약 0.5 내지 0.6 가우스 또는 약 5ㅧ10-5 테슬라(Tesla)인 지구 자계와 같이 높은 감도의 자계를 측정할 수 있다.The magnetic buffer layer 104 allows the magnetic sensor 106 to measure the correct magnetic field strength or magnetic field direction. For example, the magnetic sensor 106 may measure a high sensitivity magnetic field, such as the Earth's magnetic field, which is generally about 0.5 to 0.6 gauss or about 5 ㅧ 10 -5 Tesla.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 자기 센서(106)는 81%의 니켈 및 19%의 철과 같이 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistive : AMR) 필름 물질로 이루어진 박막층일 수 있다. 이방성 자기저항 박막은 자계에 노출될 때 2 내지 3%의 저항 변화를 가질 수 있다. 또한, 다른 실시형태에서, 상기 자기 센서(106)는, 니켈-철-구리-니켈-철 스택 또는 다른 조합으로 이루어지며, 자계에 노출될 때 3 내지 100%의 저항 변화를 갖는 거대 자기저항(giant magnetoresistive : GMR) 박막 물질일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 상기 자기 센서(106)는 란탄(La), 스트론튬(Sr), 망간(Mn) 및 산소(O)를 포함하는 초거대 자기저항(colossal magnetoresistive : CMR) 박막 물질일 수 있다. 상기 자기 센서(106)는 다른 물질을 포함할 수 있다.In one embodiment of the invention, the magnetic sensor 106 may be a thin film layer made of an anisotropic magnetoresistive (AMR) film material, such as 81% nickel and 19% iron. The anisotropic magnetoresistive thin film may have a resistance change of 2 to 3% when exposed to the magnetic field. Further, in another embodiment, the magnetic sensor 106 is made of a nickel-iron-copper-nickel-iron stack or other combination, and has a large magnetoresistance (3) to 100% resistance change when exposed to a magnetic field. giant magnetoresistive (GMR) thin film material. In another embodiment, the magnetic sensor 106 may be a colossal magnetoresistive (CMR) thin film material including lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn) and oxygen (O). . The magnetic sensor 106 may include other materials.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 자기 센서(106)는 약 200Å 미만의 두께를 가질 수 있다. 상기 자기 센서(106)를 이루는 박막 물질층은 상기 자기 버퍼층(104) 상에 적층될 수 있으며, 상기 자기 센서(106)의 바람직한 형상은 박막 물질층 내에서 식각될 수 있다. 상기 자기 센서(106)는 압력 증착(PVD) 및 이온-빔 증착 공적을 사용하여 상기 자기 버퍼층(104) 상에 적층될 수 있다.In one embodiment of the invention, the magnetic sensor 106 may have a thickness of less than about 200 microns. The thin film material layer constituting the magnetic sensor 106 may be stacked on the magnetic buffer layer 104, and the preferred shape of the magnetic sensor 106 may be etched in the thin film material layer. The magnetic sensor 106 may be deposited on the magnetic buffer layer 104 using pressure deposition (PVD) and ion-beam deposition achievements.
상기 자기 센서(106)는 자기저항 금속 박막에 의해 형성된 저항성 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)를 포함한다. 전원이 상기 브릿지에 연결될 때, 상기 자기 센서(106)는 주위의 또는 인가된 임의의 자계를 감도 방향에서 전압 출력으로 변환한다.The magnetic sensor 106 includes a resistive Wheatstone bridge formed by a magnetoresistive metal thin film. When a power source is connected to the bridge, the magnetic sensor 106 converts any surrounding or applied magnetic field into a voltage output in the sensitivity direction.
상기 자기 버퍼층(104)은 상기 자기 센서(106)가 직접적으로 상기 집적회로(102)의 상부에 장착되거나 거의 인접하여 장착될 수 있게 하며, 민감한 자계를 검출하는 능력을 유지하게 한다. 더하여, 상기 자기 버퍼층(104)은, 상기 집적회로(102)에 의해 생성된 전자계가 자기 센싱 시스템(100)의 외부 전자계를 교란하는 것을 방지한다. 상기 자기 센서(106)와 집적회로(102) 사이에 전자계 차폐 또는 흡수층이 존재하지 않으면, 상기 집적회로(102) 내부의 전류에 의해 생성된 전자계가 상기 자기 센서(106)를 포화시키게 되며, 상기 자기 센서(106)가 자기 센싱 시스템(100) 외부의 전자계를 검출하지 못하게 한다.The magnetic buffer layer 104 allows the magnetic sensor 106 to be mounted directly on or near the top of the integrated circuit 102 and maintains the ability to detect sensitive magnetic fields. In addition, the magnetic buffer layer 104 prevents the electromagnetic field generated by the integrated circuit 102 from disturbing the external electromagnetic field of the magnetic sensing system 100. If there is no electromagnetic shielding or absorption layer between the magnetic sensor 106 and the integrated circuit 102, the electromagnetic field generated by the current inside the integrated circuit 102 saturates the magnetic sensor 106, and The magnetic sensor 106 prevents the detection of an electromagnetic field outside the magnetic sensing system 100.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 자기 센싱 시스템(100)의 상세도가 도시된다. 집적회로(102)가 패키지(108)의 기저에 배치되고, 자기 버퍼층(104)이 상기 집적회로(102) 상에 적층된다. 제1 금속 연결부(metal interconnect)(202a, 202b)가 상기 자기 버퍼층(104) 및 집적회로(102) 상부에 배치된다. 유전체층(204)이 상기 자기 버퍼층(104) 및 집적회로(102) 상에 상기 제1 금속 연결부(202a, 202b) 주위로 적층된다. 자기 센서(106)가 상기 유전체층(204) 상에 배치되며, 원하는 형상으로 식각될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 자기 센서(106)는 세 개의 작은 수평 섹션을 포함한다. 제2 금속 연결부(206)가 상기 제1 금속 연결부(202a, 202b)와 접촉하도록 상기 자기 센서(106) 상부에 형성된다.Referring to FIG. 2, a detailed view of the magnetic sensing system 100 shown in FIG. 1 is shown. An integrated circuit 102 is disposed at the base of the package 108, and a magnetic buffer layer 104 is stacked on the integrated circuit 102. First metal interconnects 202a and 202b are disposed over the magnetic buffer layer 104 and the integrated circuit 102. A dielectric layer 204 is deposited around the first metal connections 202a and 202b on the magnetic buffer layer 104 and integrated circuit 102. A magnetic sensor 106 is disposed on the dielectric layer 204 and can be etched into a desired shape. For example, as shown in FIG. 2, the magnetic sensor 106 includes three small horizontal sections. A second metal connector 206 is formed on the magnetic sensor 106 to contact the first metal connector 202a and 202b.
다른 유전체층(208)이 상기 유전체층(204) 및 제2 금속 연결부(206) 상에 적층된다. 제3 금속 연결부(210)가 상기 제2 금속 연결부(206)와 접촉하도록 상기 유전체층(208) 상에 형성된다. 또 다른 유전체층(212)이 상기 제3 금속 연결부(210) 상에 적층되며, 출력 금속 연결부(214a, 214b)가 상기 제3 금속 연결부(210)와 접촉하도록 상기 유전체층(212) 상에 형성된다.Another dielectric layer 208 is stacked over the dielectric layer 204 and the second metal connection 206. A third metal connector 210 is formed on the dielectric layer 208 to contact the second metal connector 206. Another dielectric layer 212 is stacked on the third metal connector 210, and output metal connectors 214a and 214b are formed on the dielectric layer 212 so as to contact the third metal connector 210.
자기 센싱 시스템(100)에서 기술된 유전체층 및 금속 연결부의 개수(및 각각의 조합 및 두께)는 본 발명의 모든 실시형태에서 중요한 것은 아니며, 다른 배치도 역시 본 발명의 잇점을 얻을 수 있을 것이다. 유사하게, 여기에 기술된 구조, 즉 패키지된 집적회로 배치는 사용될 수 있는 많은 다른 형태의 일례에 불과하다.The number of dielectric layers and metal connections (and their respective combinations and thicknesses) described in the magnetic sensing system 100 is not critical to all embodiments of the present invention, and other arrangements may also benefit from the present invention. Similarly, the structure described herein, ie packaged integrated circuit arrangement, is merely one example of many other forms that can be used.
유전체층(204, 208 및 212)은 테트라-에틸-오쏘-실리케이트(tetra-ethyl-ortho-silicate : TEOS) 물질 또는 다른 절연성 및/또는 비도전성 물질을 포함할 수 있다. 더하여, 유전체층(204, 208 및 212)은 약 1 내지 2㎛의 두께를 가질 수 있다. 유전체층(204, 208 및 212)을 적층하기 이전에, 매끈하고, 평탄하게 하며 상기 유전체층(204, 208 및 212)이 적층되는 표면 상의 결함을 제거하기 위해, 화학 기계 연마(chemical mechanical polishing : CMP) 공정이 수행될 수 있다. 상기 유전체층(204, 208 및 212)은 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD) 공정을 이용하여 적층될 수 있다.Dielectric layers 204, 208, and 212 may comprise tetra-ethyl-ortho-silicate (TEOS) materials or other insulating and / or non-conductive materials. In addition, the dielectric layers 204, 208, and 212 may have a thickness of about 1 to 2 μm. Prior to stacking the dielectric layers 204, 208 and 212, chemical mechanical polishing (CMP) to smooth and flatten and remove defects on the surface on which the dielectric layers 204, 208 and 212 are laminated. The process can be performed. The dielectric layers 204, 208, and 212 may be deposited using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process.
도 3을 참조하면, 자기 센싱 장치를 내부적으로 차폐하는 방법(300)이 도시된다. 도 3의 블록(302)에 도시된 바와 같이, 자기저항 물질층이 적층될 집적회로의 표면이 세정된다. 이어, 블록(304)에 도시된 바와 같이 상기 집적회로 상에 자기 저항물질층이 형성되며, 블록(306)에 도시된 바와 같이, 자기 저항층 상에 유전체층이 적층된다. 이어, 블록(308)에 도시된 바와 같이, 상기 유전체층 상에 자기 센싱층이 적층되며, 이어, 블록(310)에 도시된 바와 같이, 자기 센서가 패키지 된다. 상기 자기 저항 물질층은, 상기 집적회로에 의해 생성되는 전자기 신호를 흡수하기 위해 상기 자기 센싱층과 집적회로 사이에 형성된다.Referring to FIG. 3, a method 300 of internally shielding a magnetic sensing device is shown. As shown in block 302 of FIG. 3, the surface of the integrated circuit on which the magnetoresistive material layer is to be stacked is cleaned. A magnetoresistive material layer is then formed on the integrated circuit as shown in block 304 and a dielectric layer is deposited on the magnetoresistive layer as shown in block 306. Subsequently, as shown in block 308, a magnetic sensing layer is stacked on the dielectric layer, and then as shown in block 310, the magnetic sensor is packaged. The magnetoresistive material layer is formed between the magnetic sensing layer and the integrated circuit to absorb electromagnetic signals generated by the integrated circuit.
상기 자기 센서와 집적회로 사이에 자기 저항 물질을 추가하는 것은, 센싱 시스템의 내부 소스에 의해 생성되는 자계로 인한 자계 측정 왜곡을 보상해줄 필요를 제거한다. 더하여, 종래의 자기 센싱 시스템에서, 교류 전류에 의해 생성되는 것과 같은 시변화(time-varying) 자계를 보상하는 것을 불가능하다. 따라서, 자기 차폐 또는 자기 흡수층으로서 자기 저항 물질을 사용하는 것은 자기 센서 및 집적회로를 갖는 내부 자기 센싱 장치가 정확하게 장치 외부의 자계의 특성을 측정하는 것을 가능하게 한다.Adding a magnetoresistive material between the magnetic sensor and the integrated circuit eliminates the need to compensate for magnetic field measurement distortion due to the magnetic field generated by the internal source of the sensing system. In addition, in a conventional magnetic sensing system, it is not possible to compensate for a time-varying magnetic field such as produced by alternating current. Thus, using a magnetoresistive material as a magnetic shield or magnetic absorbing layer enables an internal magnetic sensing device having a magnetic sensor and an integrated circuit to accurately measure the properties of a magnetic field outside the device.
본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게, 본 발명의 사상 및 특징 내에서 본 발명의 원리를 적용한 다른 실시형태를 가져오는 변형이 가능할 것이다. 따라서, 기술된 실시형태들은 단지 예시를 위한 관점에서 고려되어야 하며, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명에 의해서가 아니라 첨부된 청구범위에 의해 지시된다. 결과적으로, 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 구조, 순서, 물질 등의 변형은 본 발명의 범위에 속할 것이다. 다른 예시들 또한 가능할 것이다.To those skilled in the art to which the present invention pertains, modifications may be made to bring other embodiments to which the principles of the present invention are applied within the spirit and features of the present invention. Accordingly, the described embodiments are to be considered in terms of illustration only and are not intended to limit the invention. Therefore, the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description. As a result, variations in structure, order, materials, etc., which are obvious to those skilled in the art, will fall within the scope of the present invention. Other examples would also be possible.
Claims (23)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2005-7001318A KR20050019925A (en) | 2002-07-23 | 2003-07-23 | Magnetic sensing device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/201,381 | 2002-07-23 | ||
| KR10-2005-7001318A KR20050019925A (en) | 2002-07-23 | 2003-07-23 | Magnetic sensing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050019925A true KR20050019925A (en) | 2005-03-03 |
Family
ID=41784093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2005-7001318A KR20050019925A (en) | 2002-07-23 | 2003-07-23 | Magnetic sensing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20050019925A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013032056A1 (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-07 | 숭실대학교산학협력단 | Radio integrated circuit package, method for manufacturing same, and device for testing a radio integrated circuit |
-
2003
- 2003-07-23 KR KR10-2005-7001318A patent/KR20050019925A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013032056A1 (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-07 | 숭실대학교산학협력단 | Radio integrated circuit package, method for manufacturing same, and device for testing a radio integrated circuit |
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