KR100635173B1 - 센서의 출력편차를 줄일 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비정질 자성체 코어의 각 변의 자기특성을 균일하게 하여 센서 제조 시 동일한 외부조건 하에서 2축으로 이루어진 센서 축 간에 출력편차를 최소화시켜 센서의 정확도를 향상시킬 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상기 본 발명은 인쇄회로기판을 이용해서 내부에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층과 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서에 있어서, 상기 제1 기판은 베이스 기판과; 상기 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 얻어진 제1 자성체 코어와; 상기 베이스 기판의 타면에 상기 다수의 제1 리본형 자성체의 적층방향에 대하여 직각방향으로 교차하도록 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 얻어진 제2 자성체 코어로 구성되는 것을 특징으로 한다.

자성체 코어, 플럭스 게이트형, 미세자계검출센서, 출력편차

Description

센서의 출력편차를 줄일 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서 및 그 제조방법{Micro Magnetic Field Detecting Sensor of Flux Gate Type Capable of Decreasing Deviation between X-axis Output and Y-axis Output from the Sensor and Method of Making the Same}

도 1은 일반적인 리본형 자성체 시트를 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서의 출력편차를 줄일 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서를 나타내는 분해 사시도,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 베이스 기판에 다수의 리본형 자성체를 적층시키는 과정을 나타내는 개략 사시도,

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 베이스 기판에 패턴닝된 상태를 나타내는 개략 사시도,

도 4b는 도 4a에 표시된 A를 나타내는 확대 개략도,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 한쌍의 베이스 기판에 다수의 리본형 자성체를 각각 적층시키는 과정을 나타내는 개략 사시도,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 베이스 기판에 패턴닝된 상태를 나타내는 개략 사시도,

도 7a 및 도 7b는 본 발명과 비교예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 출력신호를 각각 나타내는 그래프이다.

*도면 내 주요부분에 대한 부호설명*

9: 제1 기판 9a, 9b, 9c: 베이스 기판

10a: 제1 리본형 자성체층 10b: 제2 리본형 자성체층

11a: 제1 자성체 코어 11b: 제2 자성체 코어

12a: 제2 기판 12b: 제3 기판

13a: 상측 여자코일 패턴 13b, 14b: 비어 홀

14a: 하측 여자코일 패턴 15a,17a,18a,20a: 픽업코일 패턴

15b,17b,18b,20b: 스루홀 16a: 제4 기판

16b: 제7 기판 19a: 제6 기판

19b: 제5 기판

본 발명은 센서의 출력편차를 줄일 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 비정질 자성체 코어의 각 변의 자기특성을 균일하게 하여 센서 제조 시 동일한 외부조건 하에서 2축으로 이루어진 센서 축 간에 출력편차를 최소화시켜 센서의 정확도를 향상시킬 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 미세자계검출센서는 미세자계 중 하나인 지구자계를 측정하여 방위를 측정하는 장치로, 그 측정 방법은 지표면과 수평한 위치에서 지구자계의 2축 성분을 측정하여 방위를 표시하고 있다.

이와 같은 미세자계검출센서에 사용되는 자계검출방법은 현재 플럭스 게이트, 직류자기 저항효과 및 교류자기저항효과를 이용한 방법 등으로 크게 3가지로 분류되며 이중에서 플럭스 게이트를 이용한 자계검출방법이 주를 이루고 있다.

이와 같은 종래기술에 따른 플럭스 게이트 방법을 이용한 미세자계검출센서는 자성체 코어에 자기장을 인가할 수 있는 여자 코일(excitation coil)과 외부자기장 변화를 감지하는 2축(X축 및 Y축)의 픽업 코일(pick-up coil)로 이루어져 있다.

상기 자성체 코어의 형태는 주로 막대형, 원형, 사각형이 주를 이루고 있으며, 차량용이나 선박용으로 사용되는 플럭스 게이트형 센서는 센서의 성능이 우선이고 크기에 제한이 작기 때문에 벌크 형태의 자성체를 사용하여 제작되고 있으며 최근에는 이동통신단말기용으로 인쇄회로기판(PCB) 기술이 적용되어 소형화가 이루어지고 있다.

이러한 인쇄회로기판 기술을 이용한 종래의 플럭스 게이트형 미세자계검출센서가 일본국 특개평 9-43322호 및 11-118892호와 한국 공개특허공보 제2002-30244호 등에 제안되어 있다.

이와 같은 플럭스 게이트형 미세자계검출센서는 방위를 측정하거나 로봇의 위치제어 또는 인공위성의 자세제어 등에 사용되고 있으며 주로 자동차의 네비게이 션 시스템 및 위치정보 서비스가 가능한 시스템의 방위 보정용으로 사용되어지고 있고 휴대용단말기 등의 휴대통신기기에 적용을 위해 인쇄회로기판 기술을 이용한 소형화도 함께 이루어지고 있다.

현재 미세자계를 측정하는데 주로 사용되고 있는 플럭스 게이트형 센서는 자성체 코어가 주로 한 층이 적층되어 있는 것을 기본으로 하며 자성체 코어의 형상은 주로 원형을 사용하고 있지만 막대형태와 정사각형, 직사각형 등도 사용되고 있고 현재는 주로 출력 및 감도의 향상을 위하여 사각형 형태의 코어를 주로 사용하고 있다.

이와 같은 사각형 형태의 코어는 센서 사용 시 서로 마주보는 변을 한 쌍으로 사용하게 되고 사각형 형태의 코어는 서로 마주보고 있는 두 쌍의 변이 각각 X축과 Y축의 자기장을 감지하여 방위를 찾아내는 것을 기본으로 하고 있다.

상기 사각형의 코어로 사용되는 리본형 자성체는 제조 시 리본형 자성체의 길이방향과 폭방향에 대하여 각각 그 방향에 따른 이방성을 가지고 있다.

즉, 일반적으로 자성체의 자기특성은 이방성(anisotropy)을 가지고 있어 측정 혹은 사용하는 방향에 따라 다른 특성을 나타내게 된다. 이런 현상은 자성체의 제조 시에 주로 가지게 되며 제조 후 열처리나 기타 가공을 통하여 인위적으로 변화시킬 수도 있다.

보통 자성체의 이방성은 도 1과 같이 자성체의 길이방향, 즉 X축 방향과 폭방향, 즉 Y축 방향의 자기특성이 서로 다르며 X축 방향이 Y축 방향에 비하여 자기특성이 월등이 뛰어나다. 이때 자성체의 X축 방향을 자화 용이축(easy axis)이라 부른다.

그리고 같은 축방향에 있어서도 측정방향에 따라서도 서로 다른 특성을 가질 수도 있는데 즉, 자성체의 X축의 일방향으로 특성을 측정할 때와 X축의 역방향으로 특성을 측정할 때의 특성이 서로 동일한 일축 이방성(uniaxial anisotropy)과, X축의 일방향 및 X축의 역방향의 특성이 서로 상이한 일방향 이방성(unidirectional anisotropy) 중 어느 하나의 특성을 갖도록 제조된다.

이때, 통상적으로 리본형 비정질인 경우, 제조 공정상 길이방향과 폭방향으로 일축 이방성을 갖도록 제조되어 리본형 자성체의 길이방향 및 폭방향으로는 측정 방향에 상관없이 동일한 자기특성을 가지게 된다. 따라서 본 리본형 자성체는 일축이방성을 가지고 있으며 길이방향이 자화 용이축(easy axis)이라고 정의할 수 있다.

따라서, 인쇄회로기판에 한 층이 적층된 리본형 자성체를 사각형 형태로 에칭을 하여 형성된 사각형의 자성체 코어는 서로 마주보는 두 쌍의 변 중에서 한 쌍은 자성체의 길이방향(X축방향)을 가지게 되어 우수한 자기특성을 가지고, 나머지 한 쌍은 자성체의 폭방향(Y축방향)을 가지게 되어 길이방향(X축방향)에 대하여 상대적으로 열등한 자기특성을 가지게 되므로 동일한 신호출력이 얻어져야 하는 조건에서도 X축, Y축 간에 출력차가 심해져서 정확한 자계 센싱이 어려워짐에 따라 센서의 신뢰도를 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 비정질 자성 체 코어의 각 변의 자기특성을 균일하게 하여 센서 제조 시 동일한 외부조건 하에서 2축으로 이루어진 센서 축 간에 출력편차를 최소화시켜 센서의 정확도를 향상시킬 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 특징에 따르면 인쇄회로기판을 이용해서 내부에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층과 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서에 있어서, 상기 제1 기판은 베이스 기판과; 상기 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 얻어진 제1 자성체 코어와; 상기 베이스 기판의 타면에 상기 다수의 제1 리본형 자성체의 적층방향에 대하여 직각방향으로 교차하도록 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 얻어진 제2 자성체 코어로 구성되는 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서를 제공한다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 인쇄회로기판을 이용해서 내부에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층과 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서에 있어서, 상기 제1 기판은 제1 및 제2 베이스 기판과; 상기 제1 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체 를 일방향으로 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 얻어진 제1 자성체 코어와; 상기 제2 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 일방향으로 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 얻어진 제2 자성체 코어로 구성되며; 상기 제1 및 제2 베이스 기판은 각 베이스 기판에 패턴닝된 제1 및 제2 자성체 코어의 자화 용이축 방향이 상호 직각방향으로 교차하도록 적층되는 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서를 제공한다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 자성체 코어는 Co계 비정질, 퍼멀로이(permalloy) 및 슈퍼멀로이 중 어느 하나로 이루어진다.

또한 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 Co 계열, Fe 계열 및 Ni 계열의 비정질층 중 어느 하나로 이루어진다.

더욱이, 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 350℃∼650℃에서 30분에서 3시간 동안 열처리하여 나노 결정립 상태로 만든 나노 결정립층이다.,

본 발명에 따른 제3 특징에 따르면, 인쇄회로기판을 이용해서 내부의 베이스 기판에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층 및 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법에 있어서, 상기 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 위치하는 단계와, 상기 베이스 기판의 타면에 상기 제1 리본형 자성체의 위치시킨 방향에 대하여 직각방향으로 교차하도록 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 위치하는 단계와, 상기 베이스 기판의 양면 에 각각 위치된 제1 및 제2 리본형 자성체층을 가열 및 가압하여 베이스 기판에 적층시키는 단계와, 상기 베이스 기판에 적층된 제1 및 제2 리본형 자성체층을 패턴닝을 통해 각각 제1 및 제2 자성체 코어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 제4 특징에 따르면, 인쇄회로기판을 이용해서 내부의 한쌍의 베이스 기판에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층 및 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법에 있어서, 상기 제1 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 가열 및 가압하여 제1 베이스 기판에 적층시킨 뒤, 패턴닝을 통해 제1 자성체 코어를 형성하는 단계와; 상기 제2 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 가열 및 가압하여 제2 베이스 기판에 적층시킨 뒤, 패턴닝을 통해 제2 자성체 코어를 형성하는 단계와; 상기 제1 및 제2 베이스 기판을 각 베이스 기판의 제1 및 제2 자성체 코어의 자화 용이축 방향이 상호 직각방향으로 교차하도록 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법을 제공한다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 자성체 코어는 Co계 비정질, 퍼멀로이(permalloy) 및 슈퍼멀로이 중 어느 하나로 이루어진다.

또한 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 Co 계열, Fe 계열 및 Ni 계열의 비정질층 중 어느 하나로 이루어진다.

더욱이, 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 350℃∼650℃에서 30분에서 3시간 동안 열처리하여 나노 결정립 상태로 만든 나노 결정립층이며, 상기 범위한정 이유는 다음과 같다.

일반적으로 비정질은 재결정 온도로써 약 550℃ 전후의 값을 가지게 되며, 이 온도 이상에서 장시간 열처리 시 비정질상은 다시 결정상으로 변하게 된다. 이 경우, 나노 결정립층 적층을 위한 나노 결정립 리본은 먼저 제조된 비정질 리본을 재열처리하여 제조하게 되는데, 리본마다 약간씩 차이가 있으나 대략 350℃부터 결정상이 나타나기 시작한다.

이때 온도가 상승하면 열처리 시간이 단축되는 것을 감안하여 시간을 적절히 조정함에 따라 나노 사이즈의 결정상이 생겨 나노 결정립 리본을 만들 수 있다.

이 경우, 상기 베이스 기판에 제1 및 제2 리본형 자성체층을 적층할 때 100℃∼300℃의 온도 범위에서 이루어지며, 5㎏/㎠∼100㎏/㎠의 압력 범위에서 가압이 이루어지며, 이와 같은 한정범위 이유는 다음과 같다.

비정질의 리본형 자성체를 적층하는 방법은 베이스 기판의 종류에 따라 온도, 가압방법 및 시간이 달라진다. 따라서 베이스 기판이 어떤 계열 즉, 페놀, 폴리에스테르, 폴리이미드 및 에폭시 계열 중 어느 하나인 가에 따라 그 조건은 달라지게 되고, 리본형 자성체에 따라 조건이 달라지지는 않는다.

예를 들어, 에폭시 계열의 베이스 기판은 약 140℃∼190℃사이에서 약 25㎏/㎠∼75㎏/㎠ 정도의 가압을 약 3시간 30분 정도 가하게 된다. 이때 온도는 베이스 기판에 사용된 수지(페놀, 폴리에스테르, 폴리이미드 및 에폭시)가 활성화되는 온 도에 크게 영향을 받는다.

한편, 본 발명에 따른 제5 특징에 따르면, 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 위치하고, 상기 베이스 기판의 타면에 상기 제1 리본형 자성체의 위치시킨 방향에 대하여 직각방향으로 교차하도록 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 위치하여, 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층을 가열 및 가압함에 따라 베이스 기판에 적층시켜 제1 기판을 형성하는 단계와; 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층에 상호 대응되는 위치에 각각 패턴닝을 통해 셀단위로 다수의 제1 및 제2 자성체 코어를 형성하는 단계와; 상기 제1 기판에 형성된 다수의 제1 및 제2 자성체 코어에 대응하여 각 자성체 코어의 각변을 토로이달 형태로 권선되어 상기 다수의 제1 및 제2 자성체 코어를 자화시키기 위한 각각 다수의 여자코일이 형성된 제2 및 제3 기판을 상기 제1 기판의 상하부에 적층하는 단계와; 상기 제2 및 제3 기판의 다수의 여자코일에 대응하도록 위치되어, 상기 각 자성체 코어의 대향한 2변을 수직으로 가로질러 권선되어 외부자기장의 변화에 따라 유도되는 2차 고조파의 X축 성분을 검출하기 위한 각각 다수의 X축 픽업코일이 형성된 제4 및 제5 기판을 상기 제2 및 제3 기판의 상하부에 적층하는 단계와; 상기 제4 및 제5 기판의 다수의 X축 픽업코일에 대응하도록 위치되어, 상기 각 자성체 코어의 나머지 대향한 2변을 수직으로 가로질러 권선되어 외부자기장의 변화에 따라 유도되는 2차 고조파의 Y축 성분을 검출하기 위한 각각 다수의 Y축 픽업코일이 형성된 제6 및 제7 기판을 각각 상기 제4 기판의 상부와, 제3 기판과 제5 기판 사이에 적층하는 단계와; 상기 적층된 제1 내지 제7 기판을 각 셀단위로 커팅하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법을 제공한다.

따라서 상기한 본 발명에 있어서는 비결정질 리본형 자성체를 베이스 기판의 양면에 상호 직각방향으로 교차하도록 적층시켜 이루어진 자성체 코어를 구비함에 따라 2축으로 이루어진 센서 축에 대하여 균일한 출력신호의 얻을 수 있도록 하여 센서의 정확도를 향상시킬 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 센서의 출력편차를 줄일 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서의 출력편차를 줄일 수 있는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서를 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 베이스 기판에 다수의 리본형 자성체를 적층시키는 과정을 나타내는 개략 사시도이고, 도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 베이스 기판에 패턴닝된 상태를 나타내는 개략 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 표시된 A를 나타내는 확대 개략도이다.

먼저, 본 발명에 따른 인쇄회로기판을 이용한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서는 도 2와 같이, 제1기판(9)의 위, 아래에 리본형 자성체 재료로 이루어진 제1 및 제2 리본형 자성체층(10a, 10b)을 적층한 후 소정의 패턴으로 노광, 현상, 에칭을 하여 제1 및 제2 자성체 코어(11a, 11b)를 형성한다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 두께가 10㎛∼40㎛로 이루어지며, 이와 같은 범위한정 이유는 상기 1 및 제2 리본형 자성체층은 비정질로 이루어지며, 비정질의 경우 용융된 금속을 고속으로 회전하는 스피너(spinner)에 분사하여 급랭시켜 제조하는 것으로 10㎛ 이하의 두께를 갖는 비정질 제조는 기술적으로 한계가 있어 제조가 극히 어렵고, 40㎛ 이상은 제조 시 표면과 내부의 냉각속도가 달라 표면은 비정질 상을 가지나 내부는 결정 상태가 되는 문제가 있다. 참고로, 비정질상은 용융된 금속이 급랭 될 때만 제조된다.

한편, 상기 자성체 코어(11a, 11b)는 도 4b와 같이 베이스 기판(9a)의 상하면에 상호 직각방향으로 적층된 자성체층(10a, 10b)을 패턴닝 과정을 통해 도 4a와 같이 하나의 베이스 기판(9a)에 다수의 사각형 패턴이 패턴닝되며, 그 후, 상기 사각형 패턴에 대응하는 다수의 회로 패턴을 갖는 도 2에 도시된 제2 내지 제7 기판(12a, 12b, 16a, 19b, 19a, 16b)을 순차적으로 각각 적층시킨 뒤, 최종적으로 낱개로 커팅하여 사용하게 된다.

한편, 상기 다수의 자성체 코어의 제조과정을 하나의 자성체 코어의 제조과정을 예로 들어 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3과 같이, 제1 기판(9)은 베이스 기판(9a)의 상부에 다수의 제1 리본형 자성체를 길이방향이 X축 방향으로 향하도록 위치시키고, 베이스 기판(9a)의 하부에는 다수의 제2 리본형 자성체를 길이방향이 Y축 방향으로 향하도록 위치시켜, 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층(10a, 10b)이 베이스 기판(9a)을 중심으로 서로 직교방향으로 교차되도록 배치한다.

그 후, 상기 제1 기판(9)을 약 100℃∼300℃의 열을 발생하는 프레스 사이에 놓고, 약 30분에서 3시간동안 약 5㎏/㎠∼100㎏/㎠ 하중을 가하여 압착한다. 이때, 상기 가열 온도는 인쇄회로기판의 재질에 따라 다르게 적용하는 것이 바람직하다.

이어서, 압착 후 원하는 일정한 형태의 코어 형상 즉, 막대형, 사각형, 사각형의 모서리를 원형으로 라운드를 형성하거나 또는 사각형의 모서리를 일정 길이만큼 잘라낸 팔각형 형상 중 어느 하나의 형상을 드라이필름을 이용하여 노광 및 현상을 한다.

이어서, 도 4b와 같이 염화제이철(FeCl₂)이나 염화제이동(CuCl₂) 등의 에칭액을 통하여 상기 베이스 기판(9a)의 상하부에 접착되어 있는 리본형 자성체층(10a, 10b)을 에칭하여 자성체 코어(11a, 11b)를 형성한다. 이 경우, 상기 리본형 자성체로서 Co계 비정질(amorphous), 퍼멀로이(Permalloy), 슈퍼멀로이 등으로 이루어진 연자기 특성이 뛰어난 재료를 사용하게 된다.

그 후, 제1 기판(9) 위와 아래에 동박이 적층된 제2기판(12a)과 제3기판(12b)을 적층한 후 동박을 노광, 현상, 에칭을 하여 선형으로 이루어진 다수의 상측 및 하측 여자코일 패턴(13a,14a)을 형성시킨다.

상기 다수의 여자코일 패턴(13a,14a)은 자성체 코어(11a, 11b)가 링 형상을 이루는 경우 링의 중심에 대하여 방사상으로 배치되고, 도시된 대략 사각형 또는 8각형 패턴을 이루는 경우는 4변에 수직으로 교차하는 방향을 갖도록 패턴닝 된다.

이 경우 다수의 상측 및 하측 여자코일 패턴(13a,14a)중 어느 한측의 여자코일 패턴은 상대측의 여자코일 패턴과 내/외측의 단부가 동일한 위치에 위치 설정되 도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 사각형 자성체 코어(11a, 11b)의 4변을 가로질러 4변의 외주를 감싸는 코일형태를 이루도록, 다수의 상측 여자코일(13a)은 사각형 자성체 코어(11a, 11b)의 4변과 대략 수직으로 교차하는 관계를 이루도록 배치되며, 하측 여자코일 패턴(14a)은 사각형 자성체 코어(11a, 11b)의 4변과 대략 경사를 이루도록 배치되어 있다.

또한, 상기 다수의 상측 및 하측 여자코일 패턴(13a,14a)의 내측단부는 효과적인 비어홀(13b,14b)의 균등한 간격 배치가 이루어지도록 1/2의 제1비어홀 그룹은 중심으로부터 제1거리에 배치하고, 나머지 1/2의 제2비어홀 그룹은 제1비어홀 그룹과 다르게 중심으로부터 제2거리만큼 떨어진 위치에 배치한다.

상기 제1 및 제2 비어홀 그룹은 각각 다수의 비어홀 중에서 하나씩 걸러서 위치한 비어홀들로 이루어진다.

이어서, 제2기판(12a)과 제3기판(12b)의 다수의 상측 및 하측 여자코일 패턴(13a,14a)에 대하여 동일한 위치에 위치 설정된 내/외측의 단부에 배치되며, 제1기판(9)을 통과하는 비어홀(via-hole)(13b,14b)을 형성하고, 제2기판(12a)과 제3기판(12b)의 서로 대응하는 비어홀에 도금을 실시하여 상호 연결시킴에 의해 여자코일(13a, 13b)을 완성한다.

이어서, 제2기판(12a)의 위쪽에 동박이 적층된 제4기판(16a)을 적층한 후 제1기판(9)의 자성체 코어(11a, 11b)를 가로방향으로 가로지르는 선형으로 이루어진 다수의 상측 X축 픽업코일 패턴(15a)을 노광, 현상, 에칭하여 형성시키고, 제3 기판(12b)의 아래쪽에도 동박이 적층된 제5기판(19b)을 적층한 후 제1기판(9)의 자성체 코어(11a, 11b)를 세로방향으로 가로지르는 선형으로 이루어진 다수의 하측 Y축 픽업코일 패턴(20a)을 노광, 현상, 에칭하여 형성시킨다.

그리고 제4기판(16a)의 위쪽에 동박이 적층된 제6기판(19a)을 적층한 후 제5기판(19b)과 동일한 패턴의 다수의 상측 Y축 픽업코일 패턴(18a)을 노광, 현상, 에칭하여 형성시키고, 제5기판(19b)의 아래쪽에 동박이 적층된 제7기판(16b)을 적층한 후 제4기판(16a)과 동일한 패턴의 다수의 하측 X축 픽업코일 패턴(17a)을 노광, 현상, 에칭하여 형성시킨다.

이 경우 상측 X축 픽업코일 패턴(15a)과 하측 X축 픽업코일 패턴(17a)은 자성체 코어(11a, 11b)의 마주보는 2변을 가로지르도록 서로 동일한 방향으로 배치되나, 상측 Y축 픽업코일 패턴(18a)과 하측 Y축 픽업코일 패턴(20a)과는 직각 방향으로 배치되며, 상측 Y축 픽업코일 패턴(18a)과 하측 Y축 픽업코일 패턴(20a)은 자성체 코어(11a, 11b)의 마주보는 나머지 2변을 가로지르도록 서로 동일한 방향으로 배치된다.

상기 상측 X축 픽업코일 패턴(15a)과 하측 X축 픽업코일 패턴(17a) 및 상측 Y축 픽업코일 패턴(18a)과 하측 Y축 픽업코일 패턴(20a)의 양측 단부에는 효과적인 균일한 간격을 유지하도록 다수의 스루홀(through-hole)(15b,17b,18b,20b)이 2열로 배치되어 선형의 픽업코일 패턴(15a,17a,18a,20a)과 연결된다.

그 후 제4기판(16a), 제5기판(19b), 제6기판(19a) 및 제7기판(16b)의 스루홀(15b,20b,18b,17b)로부터 제1기판(9), 제2기판(12a), 제3기판(12b)을 통과하 는 스루홀(through-hole)을 형성하고, 도금공정을 실시함에 의해 제4기판(16a)과 제7기판(16b)의 스루홀(15b,17b)을 연결하고, 제5기판(19b)과 제6기판(19a)의 스루홀(20b,18b)을 연결하여 X축 및 Y축 픽업코일을 완성한다.

이 경우 다수의 상측 X축 픽업코일 패턴(15a)과 하측 X축 픽업코일 패턴(17a)은 서로 동일한 방향으로 배치되나, 사각형 자성체 코어(11a, 11b)를 가로방향으로 감싸도록 대응하는 스루홀(15b,17b)이 동일한 위치에 위치 설정되고, 상측 Y축 픽업코일 패턴(18a)과 하측 Y축 픽업코일 패턴(20a)도 X축 픽업코일 패턴과 동일한 방식으로 내/외측의 단부 위치가 결정된다.

이와 같이 이루어진 플럭스 게이트형 미세자계검출센서는 상기한 바와 같이 하나의 기판에 다수의 패턴이 서로 대응되게 적층 형성되어, 최종적으로 각각을 낱개로 커팅시켜 사용한다.

상기 본 발명의 플럭스 게이트형 미세자계검출센서는 픽업코일이 감긴 부분의 자성체 코어(11a, 11b)를 X축 및 Y축 픽업코일에 수직한 방향으로 직선형태가 되도록 사각형상으로 변형시킴에 의해 센서의 출력신호를 극대화시켜 센서의 감도 및 분해능을 극대화시킬 수 있다.

또한, 종래의 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 자성체 코어와 달리 상기 베이스 기판 상/하면에 제1 및 제2 리본형 자성체층(10a, 10b)을 상호 직각방향으로 교차하도록 적층시킨 후, 패턴닝을 통해 이루어지는 자성체 코어(11a, 11b)를 구비함에 따라 플럭스 게이트형 미세자계검출센서는 제1 및 제2 자성체 코어(11a, 11b)의 각 변이 균일한 자기특성을 갖게 되어 X축 및 Y축 간의 출력차이를 최소로 줄일 수 있게 되며 이로써 센서의 정확도를 증진시킬 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 한쌍의 베이스 기판에 다수의 리본형 자성체를 각각 적층시키는 과정을 나타내는 개략 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 베이스 기판에 패턴닝된 상태를 나타내는 개략 사시도이다.

상기 제1 실시예가 1장의 베이스 기판 양면에 자화 용이축이 서로 직교방향으로 설정되도록 제1 및 제2 자성체 코어를 패턴닝한 것과는 달리, 제2 실시예에서는 도 5와 같이 제1 베이스 기판(9b)의 일면에 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 적층하여 제1 리본형 자성체층(10a)을 형성시킨 뒤, 도 6과 같이 제1 베이스 기판(9b)의 일면에 제1 자성체 코어(11a)를 패턴형성하고, 또한, 이와 동일한 방법으로 별도의 제2 베이스 기판(9c)의 일면에 다수의 제2 리본형 자성체(10b)를 일방향으로 적층하여 제2 리본형 자성체층(10b)을 형성시킨 뒤, 제2 베이스 기판(9c)의 일면에 제2 자성체 코어(11b)를 패턴형성하였다.

그 후, 도 6과 같이 상기 제1 및 제2 베이스 기판(9b, 9c)을 각 베이스 기판의 제1 및 제2 자성체 코어(11a, 11b)의 자화 용이축 방향이 상호 직각방향으로 교차하도록 위치한 상태로 적층시킨다. 이때, 상기 제2 실시예는 상기 제1 베이스 기판(9b)의 하면과 제2 자성체 코어(11b)가 서로 접촉하도록 적층된다.

한편, 이 적층 순서와 다소 상이하게 상기 제1 및 제2 베이스 기판(9b, 9c)을 자성체 코어가 패턴닝되지 않은 면을 적층하도록 배치하는 것도 물론 가능하다. 즉, 그 적층 순서는 제1 자성체 코어(11a), 제1 베이스 기판(9a), 제2 베이스 기판(9b) 및 제2 자성체 코어(11b)가 순차적으로 적층된다.

이 경우에도 상기 제1 실시예와 같이 제1 및 제2 자성체 코어(11a, 11b)의 각 변이 균일한 자기특성을 갖게 되어 X축 및 Y축 간의 출력차이를 최소로 줄일 수 있게 되며 이로써 센서의 정확도를 증진시킬 수 있게 된다.

(비교예)

한편, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 센서의 특성을 알아보기 위해 한쌍의 리본형 자성체층을 베이스 기판의 상하면에 직교방향 및 동일방향으로 각각 서로 상이하게 배치하여 패턴닝된 자성체 코어를 갖는 미세자계검출센서에 대하여, 동일 조건 하에서 인위적으로 자기장을 인가하였을 때 나타나는 각각의 센서의 X축 및 Y축에 대한 출력신호에 대한 그래프이다.

먼저, 상기 언급한 바와 같이 사각형의 코어로 사용되는 리본형 자성체는 제조 시, 리본형 자성체의 길이방향(X축방향)과 폭방향(Y축방향)에 대하여 각각 이방성을 가지고 있다. 즉, 도 1과 같이 리본형 자성체의 길이방향(X축방향)으로는 우수한 자기특성을 가지게 되지만 폭방향(Y축방향)으로는 길이방향에 비해 열등한 자기특성을 갖고 있다.

먼저, 베이스 기판의 상하면에 동일방향으로 적층된 리본형 자성체층을 통해 얻은 자성체 코어를 갖는 센서인 경우, 도 7b와 같이 X축(리본형 자성체의 길이방향)의 출력보다 Y축(리본형 자성체의 폭방향)의 출력이 현저하게 줄어들어 X축 및 Y축의 출력신호의 편차가 큰 것을 확인할 수 있다.

이는 베이스 기판(10)의 상하면에 적층된 제1 및 제2 리본형 자성체층의 X축이 모두 리본형 자성체의 자기적 특성이 뛰어난 길이방향으로 형성되어 있고, Y축 은 모두 길이방향에 비해 자기적 특성이 떨어지는 폭방향으로 형성되어 있기 때문임을 알 수 있다.

이에 반하여, 직교방향으로 적층된 리본형 자성체층을 통해 얻은 자성체 코어를 갖는 센서인 경우, 도 7a와 같이 X축과 Y축의 출력신호가 거의 동일하게 나타나는 것을 볼 수 있으며, 이는 리본형 자성체를 서로 직교하도록 엇갈리게 적층함으로써 X축 및 Y축 모두 두층 중 어느 한 층은 리본형 자성체의 자기적 특성이 우수한 길이방향으로 형성되고 나머지 한 층은 자기적 특성이 떨어지는 폭방향으로 형성되어 양축간의 출력차가 거의 없기 때문임을 알 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 플럭스 게이트형 미세자계검출센서는 센서 축에 대하여 균일한 출력신호의 얻을 수 있으며, 이에 따라 센서의 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서는 비결정질 리본형 자성체를 베이스 기판의 양면에 상호 직각방향으로 교차하도록 적층시켜 이루어진 자성체 코어를 구비함에 따라 2축으로 이루어진 센서 축에 대하여 균일한 출력신호의 얻을 수 있도록 하여 센서의 정확도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (11)

1. 인쇄회로기판을 이용해서 내부에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층과 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서에 있어서,

   상기 제1 기판은

   베이스 기판과;

   상기 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 사각형상으로 얻어진 제1 자성체 코어와;

   상기 베이스 기판의 타면에 상기 다수의 제1 리본형 자성체의 적층방향에 대하여 직각방향으로 교차하도록 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 사각형상으로 얻어진 제2 자성체 코어로 구성되고,

   상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 350℃∼650℃에서 30분에서 3시간 동안 열처리하여 나노 결정립 상태로 만든 나노 결정립층인 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서.
2. 인쇄회로기판을 이용해서 내부에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층과 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서에 있어서,

   상기 제1 기판은

   제1 및 제2 베이스 기판과;

   상기 제1 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 사각형상으로 얻어진 제1 자성체 코어와;

   상기 제2 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 일방향으로 배치시킨 뒤 패턴닝을 통해 사각형상으로 얻어진 제2 자성체 코어로 구성되며;

   상기 제1 및 제2 베이스 기판은 각 베이스 기판에 패턴닝된 제1 및 제2 자성체 코어의 자화 용이축 방향이 상호 직각방향으로 교차하도록 적층되고,

   상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 350℃∼650℃에서 30분에서 3시간 동안 열처리하여 나노 결정립 상태로 만든 나노 결정립층인 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 Co 계열, Fe 계열 및 Ni 계열의 비정질층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서.
5. 삭제
6. 인쇄회로기판을 이용해서 내부의 베이스 기판에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층 및 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법에 있어서,

   상기 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 위치하는 단계와;

   상기 베이스 기판의 타면에 상기 제1 리본형 자성체의 위치시킨 방향에 대하여 직각방향으로 교차하도록 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 위치하는 단계와;

   상기 베이스 기판의 양면에 각각 위치된 제1 및 제2 리본형 자성체층을 가열 및 가압하여 베이스 기판에 적층시키는 단계와;

   상기 베이스 기판에 적층된 제1 및 제2 리본형 자성체층을 패턴닝을 통해 각각 제1 및 제2 자성체 코어를 사각형상으로 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 제1 및 제2 리본형 자성체층을 350℃∼650℃에서 30분에서 3시간 동안 열처리하여 나노 결정립 상태로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법.
7. 인쇄회로기판을 이용해서 내부의 한쌍의 베이스 기판에 비정질의 리본형 자성체층을 적층한 제1 기판을 위치하고, 제1 기판을 중심으로 상하로 대칭되게 여자코일층 및 2축의 픽업코일층을 형성한 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법에 있어서,

   상기 제1 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 가열 및 가압하여 제1 베이스 기판에 적층시킨 뒤, 패턴닝을 통해 제1 자성체 코어를 사각형상으로 형성하는 단계와;

   상기 제2 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 가열 및 가압하여 제2 베이스 기판에 적층시킨 뒤, 패턴닝을 통해 제2 자성체 코어를 사각형상으로 형성하는 단계와;

   상기 제1 및 제2 베이스 기판을 각 베이스 기판의 제1 및 제2 자성체 코어의 자화 용이축 방향이 상호 직각방향으로 교차하도록 적층시키는 단계를 포함하며,

   상기 제1 및 제2 리본형 자성체층을 350℃∼650℃에서 30분에서 3시간 동안 열처리하여 나노 결정립 상태로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법.
8. 삭제
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층은 Co 계열, Fe 계열 및 Ni 계열의 비정질층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법.
10. 삭제
11. 베이스 기판의 일면에 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제1 리본형 자성체를 일방향으로 위치하고, 상기 베이스 기판의 타면에 상기 제1 리본형 자성체의 위치시킨 방향에 대하여 직각방향으로 교차하도록 일축 이방성이면서 동시에 길이방향이 자화 용이축인 다수의 제2 리본형 자성체를 위치하여, 상기 제1 및 제2 리본형 자성체층을 가열 및 가압함에 따라 베이스 기판에 적층시켜 제1 기판을 형성하는 단계와;

    상기 제1 및 제2 리본형 자성체층에 상호 대응되는 위치에 각각 패턴닝을 통해 셀단위로 다수의 제1 및 제2 자성체 코어를 사각형상으로 형성하는 단계와;

    상기 제1 기판에 형성된 다수의 제1 및 제2 자성체 코어에 대응하여 각 자성체 코어의 각변을 토로이달 형태로 권선되어 상기 다수의 제1 및 제2 자성체 코어를 자화시키기 위한 각각 다수의 여자코일이 형성된 제2 및 제3 기판을 상기 제1 기판의 상하부에 적층하는 단계와;

    상기 제2 및 제3 기판의 다수의 여자코일에 대응하도록 위치되어, 상기 각 자성체 코어의 대향한 2변을 수직으로 가로질러 권선되어 외부자기장의 변화에 따라 유도되는 2차 고조파의 X축 성분을 검출하기 위한 각각 다수의 X축 픽업코일이 형성된 제4 및 제5 기판을 상기 제2 및 제3 기판의 상하부에 적층하는 단계와;

    상기 제4 및 제5 기판의 다수의 X축 픽업코일에 대응하도록 위치되어, 상기 각 자성체 코어의 나머지 대향한 2변을 수직으로 가로질러 권선되어 외부자기장의 변화에 따라 유도되는 2차 고조파의 Y축 성분을 검출하기 위한 각각 다수의 Y축 픽업코일이 형성된 제6 및 제7 기판을 각각 상기 제4 기판의 상부와, 제3 기판과 제5 기판 사이에 적층하는 단계와;

    상기 적층된 제1 내지 제7 기판을 각 셀단위로 커팅하는 단계로 구성되며,

    상기 제1 및 제2 리본형 자성체층을 350℃∼650℃에서 30분에서 3시간 동안 열처리하여 나노 결정립 상태로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플럭스 게이트형 미세자계검출센서의 제조방법.

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