KR940010586B1

KR940010586B1 - 자기센서

Info

Publication number: KR940010586B1
Application number: KR1019880009069A
Authority: KR
Inventors: 히토시 미우라
Original assignee: 삼성전기 주식회사; 서주인
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1994-10-24
Also published as: JP2621986B2; JPH02222849A; KR900002055A

Abstract

내용 없음.

Description

자기센서

제 1 도와 제 2 도는 종래 자기센서의 단면도.

제 3a,b 도는 본 발명에 따른 자기수집 장치의 정면도와 평면도.

제 4a,b 도는 본 발명에 따른 자기회로부와 배선 기판의 정면도와 평면도.

제 5a,b 도는 본 발명에 따른 자기센서의 정면도와 평면도.

제 6a,b 도는 본 발명에 따른 자기센서의 확대 단면도 및 분리도.

제 7 도는 본 발명에 따른 자기수집 장치의 가공예를 나타낸 사시도.

제 8 도와 제 9 도는 본 발명에 따른 자기수집 장치의 타 실시예를 나타낸 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자기수집 장치 2 : 자기 회로부

3 : 배선기판 4a,4b : 자성체판

5 : 비자성체판 6 : 자성체 기판

7 : 돌출부 8 : 홀소자 칩

9 : 자기요크 10 : 전기전도 패턴

11 : 리이드선 12 : 관통홀

13 : 리이드 인출용 단자부

본 발명은 자기센서에 관한 것이며, 특히 자기수집 장치와 홀소자가 대향하는 접합 구조를 가지는 자기센서에 관한 것이다.

자계를 감지하여 전압을 발생시키는 자기센서는 통상 자기수집 장치와 이를 전압으로 변화시키는 홀소자로 구성되어 있다.

자기센서의 양부는 자기를 효과적으로 집속하는 수단과 이와 연결되어 전압을 발생시키는 홀소자와의 효율적인 접합에 의해 결정되는 것이며 또한 대량 생산에 적합한 구조를 가져야 한다.

기존의 자기센서의 구조를 보면 통상 다음의 2가지 방식으로 분류된다.

첫 번째 방식은 제 1 도에 도시한 것과 같이 홀(Hall) 소자(20)를 케이스(23)의 구멍으로 삽입하고 그 양측에서 한쌍의 자성체봉(21a)(21b)을 삽입하여 상기 홀소자(20)를 협착시킨 후 이를 에폭시 수지(22) 등으로 몰딩하는 방식이며, 두 번째 방식은 제 2 도에 도시된 것과 같이 케이스를 사용하지 않고 홀소자(20')를 직접 한쌍의 자성체 봉(21'a)(21'b)으로 협지한 후 에폭시 수지(22') 등으로 주변부를 몰딩접착하는 방식이다.

이러한 기존의 접합방식은 자성체 봉과 홀소자 사이의 에폭시 수지막에 따른 자기저항의 증대와 자성체봉에 미치는 기계적 충격이나 진동 또는 자성체 봉의 열팽창 등에 의해 홀소자에 응력이 집중되어 홀소자의 특성이 변동하여 신뢰성이 떨어지게 된다. 이러한 단점을 커버하여 높은 감도를 가진 자기센서를 제작하기 위해서는 전체적인 형상을 대형화하지 않을 수가 없게 되어 그 사용에 있어서 커다란 문제점으로 인식되어 왔다.

또한 자성체 등의 부품은 매우 놓은 정도의 가공정밀도를 필요로 하고 그 구조상 조립을 자동화 하기가 곤란하여 수작업에 의존하므로 생산성도 불량하였다.

본 발명은 홀소자와 자기수집용 자성체의 접합방식을 기존의 삽입식에서 대향 접촉식으로 변경함으로서 자기저항이 적은 자기회로를 구성하고 홀소자에 미치는 자기수집 자성체의 영향을 극소화하여 신뢰성이 높고 조립이 간편한 자기센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 요지를 간단히 요약하면 다음과 같다.

별도의 비자성체를 중간에 삽입 접착한 두 개의 자성체판으로 이루어진 자기수집 장치를 독립 제조후, 자성체 기판상에 자성체 돌출부와 홀소자-자기요크를 이격설치하여 자성체 돌출부가 한쪽의 자기수집 자성체판에 자기적으로 연결되도록 하고 다른쪽의 자기수집 자성체판에 홀소자의 상부에 접합된 자기요크를 자기적으로 접합시켜 자기 회로를 구성하는 방식을 채용하고 있다.

도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

자기수집 장치(1)(1')(1")(1"')는 제 3a,b 도, 제 7 도, 제 8 도, 제 9 도에 도시된 것과 같이 자성체판(4a)(4b) 사이에 비자성체(5)(5')(5")를 삽입 접착시켜 구성한다.

본 발명에 따른 자기수집 장치는 홀소자 칩(8)과 직접 접촉하지 않으므로 다양한 형태로 성형이 가능하다. 즉 제 3a,b 도처럼 판상의 자성체판(4a)(4b) 사이에 판상의 비자성체(5)를 개재시켜 만들수도 있으며, 막대형으로 성형할 수도 있다.

또한 판상 또는 막대형 자기수집 장치에 있어서 양쪽 자성체판(4a)(4b) 사이에 삽입 접속되는 비자성체(5)는 양쪽 자성체판(4a)(4b)을 분리시키는 역할을 수행하는 것으로 제 8 도에 도시된 것과 같이 중앙부를 분리하여 제조하여도 되며, 제 9 도에 표시된 것과 같이 평면형으로 성형하여도 좋으나 본 발명의 주요 실시예는 제 3a,b 도 및 제 6a,b 도와 같이 홀소자 칩(8)이 설치된 자기 회로부(2)의 연결시 자기집속을 보다 효율적으로 행하기 위해 자기 회로부(2)가 부착된 부분을 돌출시키는 형태를 사용하는 방식으로 선택하였다.

즉 자기수집 장치의 자성체판(4a)(4b)을 통과하는 자속이 그 돌출부를 통해 집속되어 자기 회로부(2)를 통과하도록 한 것이다.

자기 회로부(2)는 제 4a,b 도에 도시된 바와 같이 자성체 기판(6)상의 일측에 돌출부(7)를 부착하고, 타측에는 상기 돌출부(7)와 적당한 간격[자기수집 장치(1)의 비자성체(5) 폭 이상에 해당하는 간격임]이 유지되게 반도체 박막을 적층시켜 홀소자 칩(8)을 형성하고 그 상단에 상기 돌출부(7)와 수평한 높이가 되도록 자기요크(9)를 부착하므로서 자기 회로부(2)를 구성한다.

자기 회로부(2)는 배선기판(3)의 일측에 부착되며, 배선기판(3)상의 타측상부에는 전기전도 패턴(10)이 설치되어 리이드선(11)으로 자기 회로부(2)의 홀소자 칩(8)과 연결된다.

배선기판(3)의 저면에는 전기전도 패턴(10)에 연결되는 리이드 인출용 단자부(13)가 성형되어 있는 외부장치(도시 안함)에 연결되게 된다.

본 발명에 따른 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 한쌍의 자성체판(4a)(4b) 사이에 에폭시 접착제나 그라스 접착제 등으로 비자성체(5)를 일체로 결합시켜 자기수집 장치(1)를 구성하므로 기계적 강도가 커지며, 홀소자 칩(8)이 자기수집 장치(1)의 하부에 자기요크(9)를 거쳐 접속되므로 자성체판(4a)(4b)의 간격정도가 센서의 감도에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있다.

또한 홀소자 칩(8)에 미치는 기계적 응력이나 영향력도 크게 줄게 되므로, 홀소자 칩(8)의 특성 변동이 거의 없어져 신뢰도를 높일 수 있게 된다. 또한 자기 회로부(2)의 자성체 기판(6)상에 설치된 돌출부(7)와 자기요크(9)는 자기수집 장치(1)와 자기적으로 연결되므로 자기 저항도 줄어들게 되어 자기수집 효과도 개선된다.

홀소자 칩(8)은 자성체 기판(6)상에 전기적 절연층을 사이에 두고 반도체 박막을 적층시킴과 동시에 전극 패시배이션 막 등을 형성하여 구성되며 자기요크(9)는 자성체판(4a)(4b), 자성체 기판(6) 및 홀소자 칩(8)을 통하여 흐르는 자기를 효과적으로 접속시키는 역할을 하게 된다.

또한, 배선기판(3)은 리이드선의 도출을 매우 용이하게 하며, 전원 회로나 신호처리 기판과 일체화해서 하이브리드 IC화 할 수도 있다.

그리고 자성체판(4a)(4b), 자성체 기판(6), 돌출부(7), 자기요크(9) 및 배선기판(3) 등이 재질로는 열팽창율이 거의 같은 재질을 사용하여 온도변화에 따른 열응력이 홀소자(8)에 가해지는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 자기센서의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

열팽창율의 차이를 10% 이내로 함으로서 주위온도에 대한 불평형 전압의 변화를 매우 작게 할 수 있다.

일반적으로 SiO₂를 주성분으로 하는 그래스는 그 성분에 의해 열팽창율을 0∼130×10^-7/℃의 범위로 조정하는 것이 가능하다.

예를 들면, Mn-Zn 페라이트의 120×10^-7/℃

Ni-Zn 페라이트의 95×10^-7/℃

에 일치하는 그래스는 시판되고 있다.

특히 SiO₂를 주성분으로 하는 Pb, K, Na 그래스(납, 칼륨, 나트륨 그래스)는 열팽창율의 조정이 용이하다.

이와 같이 각 구성 부품들의 열팽창율이 서로 동일하게끔 하기 위해서는 상기 나열한 자성재를 소프트 페라이트로 하고, 비자성재는 그 성분 조성에 의해 열팽창율을 변화시킬 수 있는 SiO₂계의 그라스 또는 BaO-TiO₂계, CaO-TiO₂계 등의 TiO₂를 주성분으로 하는 세라믹이 바람직하다.

이를 실시예로 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

CaO-TiO₂기판에 통상의 Al₂O₃하이브리드 IC기판을 제작하는 방법으로 전기전도 패턴(10), 관통홀(Hole)(12), 리이드 인출용 단자부(13)를 형성하여 배선기판(3)을 만든다.

자기 회로부(2)는 Mn-Zn계의 페라이트 기판(6)상에 같은 재료로 된 돌출부(7)를 실리콘 수지로 접착시켜 구성한 다음, 이 자성체 기판(6)을 상기한 배선기판(3)상에 실리콘 수지로 접착시킨다. 이때, 자성체 기판(6)과 돌출부(7)간의 실리콘 수지 접착층의 두께는 10μm 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 자기요크(9)와 홀소자 칩(8)을 얻기 위해서는 먼저 Mn-Zn계의 페라이트 기판에 3μm 정도의 두께로 에폭시 수지를 절연층으로 해서 InSb 박막을 형성하고, 그 위에 화학구리도금, 전기구리도금, 포토에칭, 전기니켈도금, 전기금 도금 등을 하여 전극을 형성하고, InSb 막위에 다시 폴리이미드 산화 방지막을 형성한 후 자기요크를 실리콘 수지로 접착시켜 웨이퍼를 만들고, 이 웨이퍼를 다시 다이싱 커터(Dicing Cutter)를 통하여 1mm 정도로 절단해 내면 자기요크(9)가 접착된 홀소자 칩(8)을 손쉽게 얻을 수 있다.

이렇게 해서 얻어진 홀소자 칩(8)을 전기한 자성체 기판(6)상의 돌출부(7)가 적당한 간격을 두고 에폭시 수지로 접착되고 돌출부(7)의 상면과 자기요크(9)의 상면이 평행을 이루게 하면서 각각 한쌍의 자성체판(4a)(4b)과 접속될 수 있도록 한다.

이때, 자기요크(9)와 홀소자 칩(8)간의 접착층의 두께는 6μm로 하고, 자성체 기판(6)과 홀소자 칩(8)간의 접착층의 두께는 3μm 이하로 하는 것이 바람직하다.

이후 와이어 본딩법으로 홀소자 칩(8)과 배선기판(3)의 전기전도 패턴(10)을 접속하고, 본딩 와이어 및 홀소자 칩(8) 그리고 자기요크(9)의 주변을 에폭시 수지로 코팅한다.

그리고 자기수집 장치(1)는 제 7 도에 도시한 바와 같이 Mn-Zn계의 페라이트 블록과 CaO-TiO₂계의 세라믹 블록을 에폭시 수지로 접착시킨 다음 와이어 커터로 절단하여 형성한다.

이렇게해서 완성된 한쌍의 자성체판(4a)(4b) 저면에 자성체 기판(6)과 배선기판(3)을 위치시켜 일측의 자성체판(4a)과 돌출부(7)를 실리콘 수지로 접착하고, 타측의 자성체판(4b)과 자기요크(9)를 실리콘 수지로 접착하면 자기센서가 완성되며, 이 자기센서의 주변은 리이드 인출용 단자부(13)를 제외하고는 에폭시 수지로 코팅하여 보강하는 것이 바람직하다.

이렇게 하면 한쌍의 자성체판(4a)(4b)과 자성체 기판(6) 및 홀소자 칩(8)을 연결하는 자기 통로상의 자기 저항의 단면이 각 0.8mm이고, 15μm 에어갭(Air Gap)에 상당하는 자기센서를 쉽게 얻어낼 수 있다.

따라서, 자성체판(4a)(4b)을 통과하는 자속의 대부분을 홀소자 칩(8)의 감지부가 존재하는 면적의 각 0.8mm 부분에 수집시킬 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명의 자기센서는 각 부품을 열팽창율이 거의 같은 재질로 선정하여 홀소자에 가해지는 기계적인 응력이나 온도 변화에 따른 열응력에 의한 불평형 전압 변동 등의 특성변화가 공지의 기술에 비해 현저하게 감소됨으로서 높은 신뢰도를 얻을 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 반도체 소자에 일반적으로 사용하는 다이본더(Die Bonder), 와이어 본더(Wire Bonder)등을 사용하여 수작업이 아닌 양상 장치를 적절하게 사용할 수 있다.

부언하면 본 발명의 자기센서는 자기수집 효과를 이용하여 자기 저항이 적은 소형의 자기센서를 용이하게 얻을 수 있다.

Claims

한쌍의 자성체판(4a)(4b) 사이에 비자성체(5)를 삽입시킨 자기수집 장치(1)와, 상기 자기수집 장치(1)의 일측 자성체판(4a)(4b)에 대향 접속되는 자성체 돌출부(7)가 부착된 자성체 기판(6)상에 상기 돌출부(7)와 적당한 간격을 두어 설치된, 반도체 박막을 적층하여 형성되며 그 상단에 타측 자성체판(4a)에 접속되는 자기요크(9)가 접착된 홀소자 칩(8)로 구성되는 자기 회로부(2) 및 일측에 상기 자기 회로부(2)가 접착되며 상기 자기 회로부(2)의 홀소자 칩(8)에서 인출된 리이드선(11)에 접속되는 전기전도 패턴(10)을 설치한 배선기판(3)으로 구성되는 자기센서.
제 1 항에 있어서, 한쌍의 자성체판(4a)(4b)과 돌출부(7), 자성체 기판(6), 자기요크(9), 비자성체(5) 및 배선기판(3)을 열팽창율의 차이가 10% 이하인 재료로 형성하는 것을 특징으로 하는 자기센서.
제 2 항에 있어서, 한쌍의 자성체판(4a)(4b), 돌출부(7), 자성체 기판(6) 및 자기요크(9)를 소프트 페라이트로 형성하고, 비자성체(5) 및 배선기판(3)은 SiO₂를 주성분으로 하는 Pb, K, Na 그래스로 형성하는 것을 특징으로 하는 자기센서.
제 2 항에 있어서, 비자성체(5) 및 배선기판(3)을 BaO-TiO₂계, CaO-TiO₂계 등의 TiO₂를 주성분으로 하는 세라믹으로 형성하는 것을 특징으로 하는 자기센서.
제 1 항에 있어서, 한쌍의 자성체판(4a)(4b) 및 비자성체(5)로 구성되는 자기수집 장치(1)를 평면형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 자기센서.
제 1 항에 있어서, 자성체 기판(6)상의 돌출부(7)와 자기요크(9)의 상면을 수평하게 설치한 것을 특징으로 하는 자기센서.
제 1 항에 있어서, 비자성체(5)를 두 개로 분할시키는 것을 특징으로 하는 자기센서.
제 1 항에 있어서, 자성체 기판(6)과 돌출부(7) 사이의 접착층 두께를 10μm 이하로 한 것을 특징으로 하는 자기센서.
제 1 항에 있어서, 자기요크(9)와 홀소자 칩(8) 사이의 접착층 두께를 6μm 이하로 하고, 자성체 기판(6)과 홀소자 칩(8) 사이의 접착층 두께를 3μm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 자기센서.
제 1 항에 있어서, 자기센서의 리이드 인출용 단자부(13)를 제외한 나머지 부분을 에폭시 수지로 코팅하여 보강하는 것을 특징으로 하는 자기센서.