KR100542025B1 - 블라인드 비아 프로세스를 이용하여 자속을 극대화한다층기판형 플럭스게이트 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지구표면에서 발생하는 미약한 지자기(남극에서 북극방향으로 진행)를 검출하기 위해 센서를 다층인쇄회로기판에 구현한 기술로써, 개선된 블라인드 비아(Blind Via) 및 빌드업 보드 프로세스(Build-up Board Process)를 이용함으로써 기판의 크기는 최소화하면서도 권선수는 최대로 하여 자속을 극대화하며, 기판인쇄를 이용한 X축 검출코일과 Y축 검출코일을 90°직교패턴으로 정확하게 구현하여 외부잡음에 강하고, 지자기벡터의 2축성분을 측정하여 1°이상의 분해성능을 가진 방위를 측정할 수 있도록 한 플럭스게이트형 센서에 관한 것이다. 본 발명은 일반 다층인쇄회로기판공정과 달리 완전한 관통홀을 형성하지 않으므로 표면실장을 위한 단자 등의 공간형성이 용이하고 블라인드 비아 프로세스내에서 비아 온 비아(Via on Via)방식을 이용함으로써 제조 신뢰성을 향상시킨다. 본 발명은 지자기센서에서 검출되는 지자기 방향을 이용하여 자동차용 멀티미터, 휴대단말장치 등에 현재위치표시 및 진행방향을 표시하는 기능을 추가할 수 있는 등 광범위하게 이용할 수 있다.

지자기센서, 플럭스게이트

Description

블라인드 비아 프로세스를 이용하여 자속을 극대화한 다층기판형 플럭스게이트 센서 및 그 제조방법{MULTI-LAYER BOARD TYPE FLUX GATE SENSOR MAXIMIZED OF MAGNETIC FLUX USING BLIND VIA PROCESS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판 타입의 지자기센서의 다층기판 구조를 나타낸 분해도.

도 2는 본 발명에 이용되는 지구자기 분포를 나타낸 도면.

도 3은 도 1의 구성을 갖는 본 발명의 플럭스게이트 센서의 코일 구성 형태도.

도 4는 지구 자장이 없을 때의 자계분포도를 예시한 도면으로써,

도 4a는 지구 자장이 없을 때 일반적인 자계 흐름도이고, 도 4b는 지구 자장이 없을 때 본 발명의 플럭스게이트 센서에 분포하는 자계의 예시도.

도 5는 지구 자장이 있을 때의 자계 분포도를 예시한 도면으로써,

도 5a는 지구 자장이 있을 때 일반적인 자계 흐름도이고, 도 5b는 지구 자장이 있을 때 본 발명의 플럭스게이트 센서에 분포하는 자계의 예시도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자장의 세기 편차값 감지회로도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블라인드 비아 프로세스를 이용하여 자속을 극대화한 다층기판형 플럭스게이트 센서를 나타낸 도면으로써,

도 7a는 블라인드 비아 프로세스를 이용하여 자속을 극대화한 다층기판형 플럭스게이트 센서의 구조를 나타낸 분해도,

도 7b는 트로이달 패턴층을 형성하기 위한 블라인드 비아 프로세스 기법 예시도,

도 7c는 블라인드 비아 프로세스 기법을 이용한 트로이달 코일 패턴층 연결 구조도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 센서코어 2, 2', 21, 21' : 트로이달 코일 패턴층 기판

3, 31 : X축 방향 자계검출 코일 패턴층 기판

4, 41 : Y축 방향 자계검출 코일 패턴층 기판

10 : 지구 11 : 자력선

본 발명은 지자기 측정이 가능한 센서에 관한 것으로써, 특히 블라인드 비아 프로세스를 이용하여 자속을 극대화한 다층기판형 플럭스게이트 센서에 관한 것이다.

일반적으로 자기검출센서로서는 홀 효과에 의한 자기를 검출하는 홀 소자 형태의 자기감응센서, 자성체의 자화에 따라 저항값이 변화하는 방법을 이용한 MR 소자 등의 자기저항센서가 널리 사용되고 있다.

또한, 현재 사용되고 있는 플럭스게이트형 센서는 강자성체 코어에 트로이달 코일과 x축, y축에 지자기를 검출할 수 있도록 코일이 감겨져 있어 측정이 가능한 센서이다.

상기와 같은 여러 가지 지자기센서는 자동차의 네비게이션이나 휴대단말장치, 기타 방향 표시가 필요한 부분에 응용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 다양한 센서들이 지구 자기를 검출하는데 응용되고는 있으나, 예를 들어 기존의 플럭스게이트형 센서는 강자성체 코어에 트로이달 코일 및 검출 코일이 감겨진 형태로 구성되기 때문에 제품의 크기가 커지고, 코일 특성으로 인하여 온도 변화에 따라 출력 특성이 변화하거나 제품 취급시 충격에 의한 파손 및 단선이 발생하는 등의 문제점이 많았다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 플럭스게이트형 센서의 문제점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 온도특성이 우수하도록 특수소재를 이용한 합금형 코어 또는 비정질 코어를 사용하고, 센서의 기본 구조를 특수 PCB 공정에서나 가능한 기판형태로 실현함으로써 제품의 선형성 및 작업성을 향상시키며, 제품 취급이 용이하여 충격에 의한 파손 및 단선을 방지할 수 있도록 한 다층기판형 플럭스게이트 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 원형 및 사각형 등 설계에 따라 적절하게 모양을 변형시킴과 동시에 크기를 다양화하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 다층기판형 플럭스게이트 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 트로이달 코일 패턴층을 추가하고 기판인쇄를 이용한 X축 검출코일과 Y축 검출코일을 최신 프로세스기법에 의해 최소의 기판크기에 최대의 권선수를 구현하여 자속을 극대화함으로써 감지효율을 향상시킬 수 있도록 한 블라인드 비아 프로세스를 이용한 다층기판형 플럭스게이트 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 X축 검출코일과 Y축 검출코일을 90°직교패턴으로 정확하게 구현함으로써 외부잡음에 강한 블라인드 비아 프로세스를 이용한 다층기판형 플럭스게이트 센서를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플럭스게이트형 센서는 프리프레그(수지 침투 가공재) 기판 상에 박막 형성을 위해 매우 높은 스퀘어니스비와 낮은 코어 손실율로 열적 변형이 적으며, 코어 패턴 식각을 위한 화학약품에 반응성이 좋은 합금형이나 비정질 아몰퍼스로 형성되는 센서코어; 상기 센서코어 양단에 일정간격으로 다층간 연결된 비아홀을 형성시켜 층간의 홀과 홀 사이를 와이어패턴으로 연결시키면서 코어주위를 일정간격으로 코일이 감고 있는 것처럼 패턴을 배열하여 자기장의 흐름이 폐루프 코어 전체에 걸쳐 일정하게 발생되도록 함으로써 센서의 출력(파형)특성이 선형적으로 발생되도록 한 트로이달 코일 패턴; 및 유기된 기전력을 검출하기 위하여 센서코어에 자기장이 흐를 때 어느 점에서나 검출패턴이 직교하는 형태로 자장의 정확한 검출이 가능하도록 상기 센서코어 및 트로이달 코일 패턴을 중심으로 상하 일정간격을 두고 원주형태로 배치되고, 서로 직교하도록 중첩 형성된 X축 방향 검출 코일 형태의 와이어 패턴 및 Y축 방향 검출 코일 형태의 와이어 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 자장의 세기 편차 감지값은 플럭스게이트형 센서로부터의 입력신호를 온/오프시키는 아날로그 스위치와, 지자기센서로부터 입력된 신호가 충전되었을 때 온되어 방전하는 또 다른 아날로그 스위치를 조합시켜 지자기센서의 출력을 샘플링하게 하고, 샘플링된 출력값은 후단의 증폭단에서 증폭된 후 마이크로프로세서의 입력단자로 입력되어 처리되도록 드라이버 회로를 구성한 형태로 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플럭스게이트형 센서의 제조방법은, 두께가 얇은 아몰퍼스 판(25㎛ 정도)을 프리프레그(Prepreg) 기판에 부착하여 필요한 부분을 제외한 내,외곽을 재질의 폭과 두께가 손상없도록 원형 혹은 사각형으로 에칭 처리하여 센서코어를 형성하는 단계; 트로이달 코일 패턴층 기판(여자코일)을 센서코어를 중심으로 상,하 일정한 간격으로 배치하고 코어 내,외곽 비아홀을 연결하여 트로이달 코일을 형성하는 단계; X축 방향 기판을 에폭시 재질로 된 기판에 와이어 패턴을 형성하되 적절한 간격과 두께로 에칭하여 패턴을 형성한 후, 트로이달 코일 패턴층 기판의 상,하로 배열하여 패턴을 접속하는 비아홀 작업에 의해 와이어 패턴 끝점을 연결하면 하나의 검출코일패턴이 이루어지도록 X축 방향 기판을 센서코어 및 트로이달 코일 패턴층 기판을 중심으로 상,하 배치하여 자계검출이 가능토록 연결하는 단계; 및 Y축 방향 기판을 에폭시 재질로 된 기판에 와이어 패턴을 형성하되 적정한 간격과 두께로 에칭하여 패턴을 구성한 후, 트로이달 코일 패턴층 기판의 상,하에 X축 방향과 직각이 되도록 배열하여 패턴을 접속하는 비아홀 작업에 의해 와이어 패턴 끝점을 연결하면 하나의 코일패턴이 이루어지도록 Y축 방향 기판을 센서코어 및 트로이달 코일 패턴층 기판을 중심으로 상,하 배치하여 자계검출이 가능토록 연결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트로이달 코일 패턴 및 X축 방향 기판은 폭이 100㎛, 두께 150㎛, 비아홀은 250㎛ 이하로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 블라인드 비아 프로세스를 이용하여 자속을 극대화한 다층기판형 플럭스게이트 센서는, 프리프레그(수지 침투 가공재) 기판 상에 박막 형성을 위해 매우 높은 스퀘어니스비와 낮은 코어 손실율로 열적 변형이 적으며, 코어 패턴 식각을 위한 화학약품에 반응성이 좋은 합금형이나 비정질 아몰퍼스로 형성되는 센서코어; 상기 센서코어 양단에 일정간격으로 다층간 연결된 비아홀을 형성시켜 층간의 홀과 홀 사이를 와이어패턴으로 연결시키면서 코어주위를 일정간격으로 코일이 감고 있는 것처럼 패턴을 배열하여 자기장의 흐름이 폐루프 코어 전체에 걸쳐 일정하게 발생되도록 함으로써 센서의 출력(파형)특성이 선형적으로 발생되도록 한 트로이달 코일 패턴; 및 유기된 기전력을 검출하기 위하여 센서코어에 자기장이 흐를 때 어느 점에서나 검출패턴이 직교하는 형태로 자장의 정확한 검출이 가능하도록 상기 센서코어 및 트로이달 코일 패턴을 중심으로 상하 일정간격을 두고 원주형태로 배치되고, 서로 직교하도록 중첩 형성된 X축 방향 검출 코일 형태의 와이어 패턴 및 Y축 방향 검출 코일 형태의 와이어 패턴으로 이루어지고, 상기 트로이달 코일 패턴과, X축 및 Y축 방향 검출코일 형태의 와이어패턴은 블라인드 비아 프로세스(Blind Via Process)를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 블라인드 비아 프로세스는 센서 내부에 내층 비아홀(Inter Layer Via Hole)을 형성한 후, 비아홀 상층에 비아홀을 형성시키는 스택 비아(Stack Via) 방식인 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 본 발명에 의한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 플럭스게이트형 센서(100)는 도 1에 도시한 바와 같이 아몰퍼스 코어 기판(혹은 센서코어라고 한다.)(1), 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21), X축 방향 자계검출 기판(3)(31), Y축 방향 자계검출 기판(4)(41)으로 구성되며, 이들을 아몰퍼스 코어 기판(1)을 중심으로 하여 그 상하부에 순차적으로 적층 및 가압한 형태의 다층 기판으로 형성된다.

즉, 본 발명에 따른 플럭스게이트형 지자기센서는 중앙부에 센서코어(1)를 배치하고 플럭스게이트 드라이브가 인가되는 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)과 X, Y축 방향 자계검출 코일 패턴층 기판(3)(31)(4)(41)이 중첩 구성된 다층기판으로 이루어진다.

상기 센서코어(1)는 비정질로 온도특성이 우수한 합금형 및 아몰퍼스 코어(Amorphous core)를 이용하되, 원형 또는 사각형으로 에칭하여 코어를 형성시킨다. 상기 센서코어(1)는 단면기판에 하나로 이루어지거나 자계출력을 높이기 위해 양면기판에 두 개의 동일한 원형코어를 나란히 배치하는 등 선택적인 설계에 따라 구성된다.

센서코어(1)는 박막으로 형성하기 위해 스퀘어니스 비(Squareness ratio)가 매우 높고, 코어 손실율이 낮아 열적변형이 적으며, 코어패턴 식각을 위한 화학약품에 반응성이 좋은 합금형이나 비정질 아몰퍼스로 형성되며, 여기서는 예를 들어 두께가 얇은 아몰퍼스 판(25㎛ 정도)을 프리프레그(Prepreg : 수지 침투 가공재)기판에 부착하여 본 발명의 제품 제작에 필요한 부분을 제외한 내,외곽을 코어 재질의 폭과 두께가 손상 없도록 에칭 처리하고 남겨진 원형(또는 사각)을 코어로 이용한다. 이때, 코어(1)를 원형으로 형성하면 코어에 자기장이 통과할 때 일정한 세기가 유지되어 측정 정밀도가 향상되는 이점이 있으므로 사각형보다는 원형이 보다 바람직할 것이다.

또한, 원형으로 형성된 코어에 자기장이 통과할 때 일정한 세기가 유지되어야 하기 때문에 코어재질의 폭과 두께의 파손 및 손상이 없고, 재질의 물리적인 고유특성을 유지시키는 것도 중요하다.

트로이달 코일 패턴층 기판(여자코일)(2)(21)은 센서코어(1)를 중심으로 상, 하측에 배치하여 코어 내,외곽 비아홀을 연결함으로써 아몰퍼스 센서코어(1) 중심으로 트로이달 코일이 형성되도록 한다. 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)은 센서 크기에 따라 패턴 형성 개수가 달라질 수 있다.

즉, 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)은 상기 코어(1) 양단에 일정한 간격으로 다층간 연결된 비아홀을 형성시켜 홀간 와이어패턴을 연결시키면서 코어(1)주위를 일정간격으로 코일이 감고 있는 검처럼 패턴을 배열한 것으로써, 프리프레그 인쇄회로기판(Prepreg PCB)을 에칭하여 상, 하부 패턴을 형성하고 NC 드릴 머신 또는 레이저 장비에서 설정된 좌표로 원형 혹은 사각형 모양의 홀을 작업함으로써 트로이달 코일패턴을 형성하게 된다.

트로이달 코일 패턴은 폭이 100㎛, 두께 150㎛, 비아홀은 250㎛ 이하이나 이들 수치는 제품에 따라 다르게 적용될 수 있으며, 코어(1) 양단에 일정한 간격으로 형성시켜 드라이브 주파수를 인가할 때 자기장의 흐름이 폐루프 코어 전체에 걸쳐 일정하게 발생되도록 한다. 이 같은 조건은 센서의 출력(파형)특성이 선형적으로 발생되도록 하는 중요한 요인이 되며 출력의 크기 및 방위각의 정밀도에도 영향을 미친다.

자계검출 패턴 기판은 X축 방향 자계검출 패턴 형성 기판(3)(31)과 Y축 방향 자계검출 패턴 형성 기판(4)(41)으로 이루어진다.

X축 방향 기판(3)(31)은 센서코어(1) 및 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)을 중심으로 상,하측에 배치하여 자계검출이 가능토록 연결한다. X축 방향 기판(3)(31)은 에폭시 재질로 된 기판에 와이어 패턴을 형성하되 적절한 간격과 두 께로 에칭하여 패턴을 형성한 후, 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)의 상,하측에 배열하여 패턴을 접속하는 비아홀 작업에 의해 와이어 패턴 끝점을 연결하면 하나의 검출코일패턴이 이루어진다.

X축 방향 자계검출 패턴은 유기된 기전력을 검출하는 코일패턴으로 사용되며 센서코어(1)와 일정간격을 두고 원주 형태로 배치됨으로서 항상 코어(1)에 자기장이 흐를 때 어느 점에서나 검출패턴이 직교하는 형태로써 쇄교하는 자장의 정확한 검출이 가능하게 된다. 이런 형태의 구성은 어느 위치에서나 선형적인 정형파 특성을 출력특성으로 얻을 수 있고, 재현성이 우수한 제품설계가 가능하여 생산성이 향상됨과 동시에 적용범위가 넓어진다.

X축 방향 코일 패턴의 폭은 100㎛, 두께 150㎛, 비아홀은 250㎛ 이하로 하되 제품에 따라 다르게 설계된다.

동일한 방법으로 Y축 방향 기판(4)(41)은 에폭시 재질로 된 기판에 와이어 패턴을 형성하되, 적정한 간격과 두께로 에칭하여 패턴을 구성한 후, 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)의 상,하측에 X축 방향과 직각이 되도록 배열하여 패턴을 접속하는 비아홀 작업에 의해 와이어 패턴 끝점을 연결하면 하나의 코일패턴이 이루어진다. 이러한 배열은 x축이 정형파 사인 곡선 특성이라면 y축은 코사인 곡선 특성을 얻을 수 있도록 하기 위함이다.

Y축 자계검출 패턴은 유기된 기전력(v = dφ/dt)을 검출하는 코일패턴으로 사용되며, 코어(1)와 일정간격을 두고 원주형태로 배치됨으로써 코어(1)에 자기장이 흐를 때 항상 어느 점에서나 검출패턴이 직교하는 형태가 되고, 지자기 검출시 쇄교하는 자장의 정확한 검출이 가능하게 된다.

상기 X,Y축 방향 자계검출 패턴은 10회, 20회, 35회 이상 등 자계검출이 가능한 범위까지 적용 가능하다.

상기와 같은 방식으로 구성된 트로이달 패턴은 같은 면적에서 많은 패턴을 형성하기 때문에 센서출력 및 선형성에 변화를 주게되며, 얇은 프리프레그 인쇄기판(Prepreg PCB)에 패턴층을 형성시켜 트로이달 패턴을 구성함으로써 제품의 두께에는 변화 없이 제작이 가능하다.

이 같이 구성된 본 발명의 플럭스게이트형 센서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이 지구(10)에서 발생되는 자력선(11)은 S극에서 N극으로 흘러 도 3에 도시한 바와 같이 형성되며, 지구자장이 없을 때에는 도 4a에 도시한 바와 같이 자력선(11)의 흐름이 일정하게 된다. 따라서, 도 4b에 도시한 바와 같이 본 발명의 지자기센서에는 별다른 자장의 세기가 감지되지 않게 된다.

그러나, 도 5a에 도시한 바와 같이 지구자장이 있을 때에는 자력선(11)의 흐름이 변화함으로써 도 5b에 도시한 바와 같이 X,Y축 방향으로의 자장의 세기가 변화하게 된다.

따라서, 이때 X,Y축 방향에서의 자장의 세기 편차를 감지한 값을 선형적인 정형파 혹은 펄스형태의 아날로그 값으로 출력하면, 후단에 배열된 연산장치(CPU)(도시 생략)에서 이를 입력받아(A/D 입력) 자체적으로 처리 가능한 디지털 값으로 변환한 후 프로그램 순서에 따라 처리하게 되는 것이다.

이때, 자장의 세기 편차 감지값은 도 6에 도시한 바와같이 아날로그 스위치(50)(51)를 이용하여 드라이버 회로를 구성한 형태로 검출하고, 그 감지 값을 후단의 증폭단에서 소정레벨로 증폭한 후 처리하도록 한다. 여기서, 아날로그 스위치(50)는 지자기센서로부터의 입력신호를 온/오프 시키는 역할을 하고, 아날로그 스위치(51)는 지자기센서로부터 입력된 신호가 충전되었을 때 온됨으로써 방전하게 하는 역할을 한다. 즉, 두 개의 아날로그 스위치(50)(51)를 조합시켜 지자기센서의 출력을 샘플링하게 된다. 샘플링된 출력값은 후단의 증폭단에서 증폭된 후 마이크로프로세서의 입력단자로 입력되어 처리된다.

한편, 자계 검출시 센서 드라이브 주파수는 수 ㎐에서 수백 ㎑ 이상 인가하여 출력 특성을 얻을 수 있도록 함으로써 적용하는 시스템의 조건에 따라 드라이브주파수 선정이 용이하고 시스템 응용이 간단해지도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 지자기센서는 측정시 ±250μT 이상 가능하여 설계범위에 따라 범위를 한정하여 응용할 수 있도록 한다.

이때, 지자기방향은 자북방향을 0°로 할 경우 X축 방향 검출값 x, Y축 방향 검출값 y의 합성벡터값을 방향으로 하며 방위각(θ)은 시계방향으로 0-359°를 표시한다.

방위각(θ)은 일반적으로 다음과 같은 수학식 1을 이용하여 구한다.

기본적인 방위각 보정은 현재위치에서 360°회전하여 지자기 값을 읽고 x, y값으로 계산하면 1차적인 보정이 되는 일종의 켈리브레이션(calibration) 동작에 의해 가능하다.

다음에 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다.

상기 도 1에 도시한 구성과 동일한 부분은 동일부호를 명기하기로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 플럭스게이트형 센서는 도 7a에 도시한 바와 같이 센서코어(1), 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(2')(21)(21'), Y축 방향 자계검출 기판(4)(41), X축 방향 자계검출 기판(3)(31)으로 구성되며, 센서코어(1)를 중심으로 그 상하측에 각 기판이 순차적으로 적층 및 가압한 형태의 다층 기판으로 형성된다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플럭스게이트형 센서는 중앙부에 센서코어(1)를 배치하고 플럭스게이트 드라이브가 인가되는 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(2')(21)(21')과 X, Y축 방향 자계검출 코일 패턴층 기판(3)(31)(4)(41)이 중첩 구성된 다층기판으로 이루어지며, 상기 도 1에 따른 실시예와는 달리 센서코어(1) 상하측에 트로이달 코일 패턴층 기판(2')(21')를 추가하고, X축 검출 코일(3)(31)과 Y축 검출 코일(4)(41)을 90°직교패턴으로 정확하게 형성하여 감지값의 정확한 검출이 가능함과 동시에 외부로부터의 잡음 유입을 방지토록 한다.

도 7b에 도시한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 플럭스게이트형 지자기센서의 비아홀 형성은, 센서 내부에 내층비아홀(Inter Layer Via Hole)을 형성한 후 블라인드 비아(Blind Via)기법을 이용하여 비아홀 상층에 비아홀을 형성시키 는 스택 비아(Stack Via)방식을 채택하되, 레이저를 이용하여 차례대로 관통 형성함으로써 도금으로 마무리된 센서 표면을 깨끗하게 유지할 수 있도록 한다.

도 7c에 도시한 바와같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 트로이달 코일 패턴층 형성은, 센서코어(1) 상측에 추가 배치된 트로이달 코일(2'), 센서코어(1) 하측에 추가 배치된 트로이달 코일(21'), 센서코어(1) 상측의 트로이달 코일(2), 센서코어(1) 하측의 트로이달 코일(21)을 상기 도 7b에 도시한 바와 같은 블라인드 비아 프로세스 기법을 이용하여 순차적으로 반복 연결하여 권선수를 증가시킨다.

따라서, 이 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플럭스게이트형 지자기센서는 기판의 크기는 최소화하면서 권선수는 최대로 할 수 있으므로 자속을 극대화하여 지자기 감지효율을 향상시킬 수 있음과 동시에 외부로부터의 잡음을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 지자기센서의 구조도에 따른 동작 설명은 도 1에 도시한 바와 같은 구조와 동일 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

(응용분야)

상술한 바와 같은 본 발명의 PCB 타입의 지자기센서에 따르면 다음과 같은 여러 가지 응용이 가능하다.

첫째, 방위정보를 이용한 자동차용 멀티미터, 방향표시장치 및 GPS를 이용한 위치표시장치에 응용될 수 있다.

둘째, 지자기센서를 정보통신기기(휴대폰, PDA 등)에 탑재할 경우 방위센서, GPS를 이용한 위치표시응용, 부가적으로 미세한 자장 측정 기술을 이용한 자장 발생 정도를 단말기에 표시할 수 있다.

셋째, PCB 타입 센서를 이용한 하나의 응용으로 금속물체가 접근시 이를 감지하여 표시할 수 있는 표시장치로 활용 가능하다.

상술한 본 발명은 특정한 실시예를 들어 설명하였으나 본 발명은 이에 한정 하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 PCB 타입의 지자기센서에 따르면 다음과 같은 여러 가지 효과가 있다.

첫째, 온도특성이 우수하도록 특수소재를 이용한 합금형 코어 또는 비정질 코어를 사용하고, 센서의 기본 구조를 특수 PCB 공정에서나 가능한 기판형태로 실현함으로써 제품의 선형성 및 작업성을 향상시키며, 제품 취급이 용이하여 충격에 의한 파손 및 단선을 방지할 수 있다.

둘째, 원형 및 사각형 등 설계에 따라 적절하게 모양을 변형시킴과 동시에 크기를 다양화하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

셋째, 트로이달 코일 패턴층을 추가하고 기판인쇄를 이용한 X축 검출코일과 Y축 검출코일을 블라인드 비아 프로세스를 이용하여 최소의 기판크기에 최대의 권선수를 구현하여 자속을 극대화함으로써 감지효율을 향상시킬 수 있다.

넷째, X축 검출코일과 Y축 검출코일을 90°직교패턴으로 정확하게 구현함으 로써 외부잡음에 강하다.

다섯째, 방위신호는 아날로그 신호를 디지털로 변환하고 연산 처리되어 현재 상태에서 자북방향을 기준으로 방위각 산출이 가능하여 보정이 용이해진다.

Claims (8)

1. 프리프레그(수지 침투 가공재) 기판 상에 박막 형성을 위해 매우 높은 스퀘어니스비와 낮은 코어 손실율로 열적 변형이 적으며, 코어 패턴 식각을 위한 화학약품에 반응성이 좋은 합금형이나 비정질 아몰퍼스로 형성되는 센서코어(1);

   상기 센서코어(1) 양단에 일정간격으로 다층간 연결된 비아홀을 형성시켜 층간의 홀과 홀 사이를 와이어패턴으로 연결시키면서 코어주위를 일정간격으로 코일이 감고 있는 것처럼 패턴을 배열하여 자기장의 흐름이 폐루프 코어 전체에 걸쳐 일정하게 발생되도록 함으로써 센서의 출력(파형)특성이 선형적으로 발생되도록 한 트로이달 코일 패턴(2)(21); 및

   유기된 기전력을 검출하기 위하여 센서코어(1)에 자기장이 흐를 때 어느 점에서나 검출패턴이 직교하는 형태로 자장의 정확한 검출이 가능하도록 상기 센서코어(1) 및 트로이달 코일 패턴(2)(21)을 중심으로 상하 일정간격을 두고 원주형태로 배치되고, 서로 직교하도록 중첩 형성된 X축 방향 검출 코일 형태의 와이어 패턴(3)(31) 및 Y축 방향 검출 코일 형태의 와이어 패턴(4)(41)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 타입의 플럭스게이트형 지자기센서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자장의 세기 편차 감지값은 지자기센서로부터의 입력 신호를 온/오프시키는 아날로그 스위치(50)와, 지자기센서로부터 입력된 신호가 충 전되었을 때 온되어 방전하는 아날로그 스위치(51)를 조합시켜 지자기센서의 출력을 샘플링하게 하고, 샘플링된 출력값은 후단의 증폭단에서 증폭된 후 마이크로프로세서의 입력단자로 입력되어 처리되도록 드라이버 회로를 구성한 형태로 검출하는 것을 특징으로 하는 플럭스게이트형 지자기센서.
3. 두께가 얇은 아몰퍼스 판(25㎛ 정도)을 프리프레그(Prepreg) 기판에 부착하고 필요한 부분을 제외한 내,외곽을 재질의 폭과 두께가 손상 없도록 원형 혹은 사각형으로 에칭 처리하여 센서코어(1)를 형성하는 단계;

   센서코어(1)를 중심으로 상,하측에 일정한 간격으로 배치하고 센서코어(1) 내,외곽에 형성된 비아홀을 연결하여 트로이달 코일 패턴층 기판(여자코일)(2)(21)을 형성하는 단계;

   X축 방향 기판(3)(31)을 에폭시 재질로 된 기판에 와이어 패턴을 형성하되 적절한 간격과 두께로 에칭하여 패턴을 형성한 후, 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)의 상,하측에 배열하여 패턴을 접속하는 비아홀 작업에 의해 와이어 패턴 끝점을 연결하면 하나의 검출코일패턴이 이루어지도록 X축 방향 기판(3)(31)을 센서코어(1) 및 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)을 중심으로 상,하 배치하여 자계검출이 가능토록 연결하는 단계; 및

   Y축 방향 기판(4)(41)을 에폭시 재질로 된 기판에 와이어 패턴을 형성하되 적정한 간격과 두께로 에칭하여 패턴을 구성한 후, 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)의 상,하측에 X축 방향과 직각이 되도록 배열하여 패턴을 접속하는 비 아홀 작업에 의해 와이어 패턴 끝점을 연결하면 하나의 코일패턴이 이루어지도록 Y축 방향 기판(4)(41)을 센서코어(1) 및 트로이달 코일 패턴층 기판(2)(21)을 중심으로 상,하 배치하여 자계검출이 가능토록 연결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 타입의 플럭스 게이트형 지자기센서의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 트로이달 코일 패턴 및 X축 방향 기판(3)(31)은 폭을 100㎛, 두께 150㎛, 비아홀은 260㎛ 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 지자기센서의 제조방법.
5. 프리프레그 (수지 침투 가공재) 기판 상에 박막 형성을 위해 매우 높은 스퀘어니스비와 낮은 코어 손실율로 열적 변형이 적으며, 코어 패턴 식각을 위한 화학약품에 반응성이 좋은 합금형이나 비정질 아몰퍼스로 형성되는 센서코어(1);

   상기 센서코어(1) 양단에 일정간격으로 다층간 연결된 비아홀을 형성시켜 층간의 홀과 홀 사이를 와이어패턴으로 연결시키면서 코어주위를 일정간격으로 코일이 감고 있는 것처럼 패턴을 배열하여 자기장의 흐름이 폐루프 코어 전체에 걸쳐 일정하게 발생되도록 함으로써 센서의 출력(파형)특성이 선형적으로 발생되도록 한 트로이달 코일 패턴(2)(2')(21)(21'); 및

   유기된 기전력을 검출하기 위하여 센서코어(1)에 자기장이 흐를 때 어느 점에서나 검출패턴이 직교하는 형태로 자장의 정확한 검출이 가능하도록 상기 센서코어(1) 및 트로이달 코일 패턴(2)(2')(21)(21')을 중심으로 상하 일정간격을 두고 원주형태로 배치되고, 서로 직교하도록 중첩 형성된 X축 방향 검출 코일 형태의 와이어 패턴(3)(31) 및 Y축 방향 검출 코일 형태의 와이어 패턴(4)(41)으로 이루어지고,

   상기 트로이달 코일 패턴(2)(2')(21)(21')과, X축 및 Y축 방향 검출코일 형태의 와이어패턴(3)(31)(4)(41)은 센서코어(1) 상측에 배치된 트로이달 코일(2'), 센서코어(1) 하측에 배치된 트로이달 코일(21'), 센서코어(1) 상측의 트로이달 코일(2), 센서코어(1) 하측의 트로이달 코일(21)을 블라인드 비아 프로세스(Blind Via Process)를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 블라인드 비아 프로세스를 이용하여 자속을 극대화한 다층 기판형 플럭스게이트 센서.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서, 상기 블라인드 비아 프로세스는 센서 내부에 내층 비아홀(Inter Layer Via Hole)을 형성한 후, 비아홀 상층에 비아홀을 형성시키는 스택 비아(Stack Via) 방식인 것을 특징으로 하는 블라인드 비아 프로세스를 이용하여 자속을 극대화한 다층 기판형 플럭스게이트 센서.
8. 삭제

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