KR100792350B1

KR100792350B1 - 자기센서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100792350B1
Application number: KR1020060075161A
Authority: KR
Inventors: 이종윤; 정호철; 김성우; 송승열; 장기훈
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-01-08

Abstract

자기센서 및 그 제조방법이 개시된다. 페라이트 기판, 페라이트 기판에 인접하여 적층되며, 전극(Electrode)이 개재된 홀박막, 페라이트 기판과 홀박막 사이에 개재되어, 페라이트 기판과 홀박막이 전기적으로 격리되도록 하는 제1 절연층, 홀박막에 적층되어 일면이 홀박막과 인접하는 제2 절연층 및 제2 절연층의 타면에 코팅되어 자속이 집속되도록 하는 제1 자성박막을 포함하는 자기센서는, 절연층에 자성박막을 코팅하여 자속을 집속할 수 있도록 함으로써 소형화를 가능케 하고, 제조공정을 단순화할 수 있다.

자기센서, 요크, 자성박막, 소형화

Description

자기센서 및 그 제조방법 {Magnetic sensor and Method of manufacturing thereof}

도 1은 종래기술에 따른 자기센서의 구조를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 자기센서의 구조를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 자기센서의 구조를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기센서 제조방법의 단계를 나타내는 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 페라이트 기판 21: 제1 절연층

22: 제2 절연층 23: 비자성층

30: 홀박막 40: 전극(electrode)

51: 제1 자성박막 52: 제2 자성박막

60: 요크(yoke)

본 발명은 자기센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자기센서(magnetic sensor)란 홀효과(Hall Effect)에 의해 외부 자계의 세기를 전기적 신호(전압)으로 변환하는 수단으로, 소형 정밀모터의 로우터 위치를 검출하여 모터를 구동시키는 역할을 한다. 현재 소형 정밀 모터의 크기가 소형화되고 있지만 현재 자기센서 크기의 제약에 따라 가장 감도가 좋은 위치에 자기센서를 위치시키기가 어렵다.

이에 자기센서의 두께가 줄이면 가장 감도가 좋은 위치에 자기센서를 위치시킬 수 있으므로 자기센서 두께를 줄일 수 있는 방안이 필요하게 되었다. 자기센서의 두께를 줄이기 위한 방법으로는 구조상 웨이퍼기판의 두께를 줄이는 방법, 홀박막의 두께를 줄이는 방법, 요크(yoke)의 두께를 줄이는 방법이 있을 수 있으나 현실적으로 홀박막의 두께를 줄이는 방안은 막의 두께가 2㎛이하이므로 획기적으로 줄일 수 없고, 웨이퍼기판을 줄이는 방법은 소자의 신뢰성, 내구성에 영향을 미칠 수 있는 염려가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 자기센서의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 자기센서는, 페라이트 기판 방향으로 자속을 집속하도록 하는 요크를 별도의 조립공정을 통해 결합하도록 하였다. 이 때문에 공정이 복잡한 문제가 있었을 뿐 아니라, 요크를 소형화 시키더라도, 소형의 요크를 결합하는 데에 애로점이 있어, 효율적으로 자기센서를 소형화 할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 요크를 대체하는 자성박막을 통하여 자속을 집속할 수 있도록 함으로써, 단순한 제조공정으로 소형화를 가능케 하는 자기센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 페라이트 기판, 페라이트 기판에 인접하여 적층되며, 전극(Electrode)이 개재된 홀박막, 페라이트 기판과 홀박막 사이에 개재되어, 페라이트 기판과 홀박막이 전기적으로 격리되도록 하는 제1 절연층, 홀박막에 적층되어 일면이 홀박막과 인접하는 제2 절연층 및 제2 절연층의 타면에 코팅되어 자속이 집속되도록 하는 제1 자성박막을 포함하는 자기센서를 제시할 수 있다.

제1 자성박막에 인접하여 제2 자성박막이 추가로 적층될 수 있고, 제1 자성박막과 제2 자성박막 사이에는 비자성층이 개재될 수 있으며, 제2 자성박막은 비자성층의 일면에 코팅되어 형성될 수 있다.

제1 자성박막은 NiFe 또는 NiCo를 포함하는 재질로 이루어질 수 있고, 제2 자성박막 역시 NiFe 또는 NiCo를 포함하는 재질로 이루어질 수 있으며, 비자성층은 제1 자성박막 및 제2 자성박막의 두께에 상응하는 두께로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a)페라이트 기판에 제1 절연층을 적층하는 단계 (b)제1 절연층에, 전극(Electrode)이 개재된 홀박막을 적층하는 단계, (c)홀박막에 제2 절연층을 적층하여 제2 절연층의 일면이 홀박막과 인접하도록 형성하는 단계 및 (d)제2 절연층의 타면에 제1 자성박막을 코팅하는 단계를 포함하는 자기센서 제조방법을 제시할 수 있다.

단계(d) 이후, (f)제1 자성박막에 비자성층을 적층하는 단계 및 (g)비자성층의 일면에 제2 자성박막을 코팅함으로써, 제1 자성박막과 제2 자성박막 사이에 비자성층이 개재되도록 하는 단계를 더 수행할 수도 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위을 포함한 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 자기센서 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 자기센서에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 자기센서의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 페라이트 기판(10), 제1 절연층(21), 제2 절연층(22), 비자성층(23), 홀박막(30), 전극(40)(electrode), 제1 자성박막(51)이 도 시되어 있다.

페라이트 기판(10)은 강자성을 갖는 구성요소로서, 이후에 설명할 홀박막(30)에 자기장이 효과적으로 집속될 수 있도록 하는 수단이다. 페라이트 기판에는 이하에서 설명할 제1 절연층이 적층된다.

제1 절연층(21)은 페라이트 기판(10)에 적층되어, 이후 설명할 홀박막(30)과 페라이트 기판(10)을 전기적으로 격리시키는 수단이다. 제1 절연층(21)은 SiO₂ 를 비롯한 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 제1 절연층(21)에는 이하에서 설명할 홀박막(30)이 적층된다.

홀박막(30)은 홀효과(Hall Effect)를 이용하여, 홀박막(30)을 관통하는 자속 밀도에 비례하는 출력전압을 얻을 수 있는 수단이다. 홀박막은 자속을 감지하는 면의 형상과 자속을 감지하는 면을 구성하는 반도체 재료의 전자 이동도에 의해 감도가 결정되며, InSb, InAs, GaAs, InAs 등을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 홀박막(30)에는 전류공급 및 전압출력을 위한 전극(40)이 형성될 수 있다. 홀박막에 전류를 공급함으로써, 홀효과를 이용하여 자기장을 감지할 수 있고, 감지된 자기장을 전압의 형태로 출력함으로써 자기장의 세기를 구체화할 수 있게 되는 것이다. 홀박막에는 이하에서 설명할 제2 절연층이 적층된다.

제2 절연층(22)은 홀박막(30)과 이후 설명할 제1 자성박막(51)을 전기적으로 격리시키는 수단이다. 제2 절연층(22)은 제1 절연층과 마찬가지로 SiO₂를 비롯한 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 제2 절연층(22)은 홀박막(30)의 두께에 상응하는 두께로 형성되는 것이 좋다. 이는 홀박막(30)과 제1 자성박막(51)이 전기적으로 충분히 격리될 수 있도록 하기 위함이다. 따라서 홀박막(30)이 두껍게 형성되면, 이에 따라 제2 절연층(22)도 두껍게 형성되는 것이 좋다.

제1 자성박막(51)은 제2 절연층(22)의 일면에 코팅되어, 자속을 집속함으로써, 요크(60)의 기능을 대체 수행할 수 있다. 즉, 페라이트 기판(10) 방향으로 자속을 집속하여 홀박막(30)에서 느끼는 자기장이 수직으로 인가되도록 할 수 있게 된다.

이러한 기능을 효과적으로 수행할 수 있도록 하기 위하여, 제1 자성박막(51)은 자기 집속력이 좋은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들면, NiFe, NiCo 등으로 이루어질 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 자기센서에 대해 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 자기센서의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 페라이트 기판(10), 제1 절연층(21), 전극(40)이 개재된 홀박막(30), 제2 절연층(22), 제1 자성박막(51), 비자성층(23), 제2 자성박막(52)이 도시되어 있다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예와 중복되는 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략하며, 제2 자성박막(52), 비자성층(23)에 대해서만 설명하도록 한다.

제2 자성박막(52)은 제1 자성박막(51)과 함께 페라이트 기판(10) 방향으로 자속을 집속하여 홀박막(30)에서 느끼는 자기장이 수직으로, 즉 홀박막의 면과 수직으로 인가되도록 하기 위한 수단이다. 제2 자성박막 역시 제1 자성박막과 마찬가지로 자기 집속력이 좋은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들면, NiFe, NiCo 등으로 이루어질 수 있다.

비자성층(23)은, 제1 자성박막(51)과 제2 자성박막(52) 사이에 개재되어, 제1 자성박막(51)과 제2 자성박막(52)을 충분히 이격시킴으로써, 자기장의 방향이 제1 자성박막(51)의 면과 수직이 될 수 있도록 하는 수단이다. 비자성층은 SiO₂를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.

비자성층(23)이 제1 자성박막(51) 또는 제2 자성박막(52)에 비해 지나치게 얇게 형성되는 경우, 자칫 자기장의 방향이 제1 자성박막(51)의 면 방향과 수평이 될 염려가 있게 된다. 이러한 경우, 충분한 홀효과를 기대하기 어려우므로, 자기센서가 원활한 기능을 수행할 수 없게 된다. 이를 대비하여, 비자성층(23)은 제1 자성박막(51) 및 제2 자성박막(52)의 두께에 상응하는 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 비자성층(23)의 두께는 제1 자성박막(51) 및 제2 자성박막(52)의 두께의 합보다 크게 형성될 수 있다.

이러한 구조를 통하여, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 자기센서는, 자기장을 구조적으로 수직방향으로 집속시킬 수 있게 되어, 자기센서 상하로 큰 자기장에 노출시켜 제1 자성박막(51)의 자화 방향을 수직방향, 즉 제1 자성박막의 면 과 수직이 되게 하는 단계를 생략할 수 있게 되어, 공정을 더 단순화할 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기센서 제조방법에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기센서 제조방법을 나타내는 순서도이다.

먼저, 페라이트 기판에 제1 절연층, 전극이 형성된 홀박막을 차례로 적층한다. 이를 통해, 제1 절연층은 페라이트 기판과 홀박막 사이에 개재되어 페라이트 기판과 홀박막을 전기적으로 격리시키는 기능을 수행할 수 있게 된다. 이러한 단계는 단계 s1 및 단계 s2를 통해 나타나 있다.

이후, 홀박막에 제2 절연층을 적층하고(단계 s3), 제2 절연층의 일면에 제1 자성박막을 코팅한다(단계 s4). 이를 통해 제1 자성박막은 외부로 노출되어 자속을 집속하는 기능을 수행할 수 있게 된다. 본 실시예에 따라 제조된 자기센서의 일 예는 도 2를 통하여 확인할 수 있다.

제1 자성박막은 증착, 프린팅 또는 도금 등을 수행함으로써 제2 절연층의 일면에 코팅된다. 증착을 통하여 코팅하는 경우 불량률을 낮출 수 있는 장점이 있으며, 프린팅 또는 도금을 통하여 코팅하는 경우 양산에 유리한 장점이 있다. 따라서, 제1 자성박막을 제2 절연층의 일면에 코팅하는 방법은 필요에 따라 다양하게 선택, 변경할 수 있다.

한편, 제1 자성박막에 비자성층을 더 적층하고(단계 s5), 비자성층의 일면에 제2 자성박막을 코팅함으로써(단계 s6), 제1 자성박막과 제2 자성박막 사이에 비자성층이 개재되도록 할 수 있다.

본 실시예에 따라 제조된 자기센서는, 자기장을 구조적으로 수직방향으로 집속시킬 수 있게 되어, 자기센서 상하로 큰 자기장에 노출시켜 제1 자성박막의 자화 방향을 수직방향, 즉 제1 자성박막의 면과 수직이 되게 하는 단계를 생략할 수 있게 되어, 공정을 더 단순화할 수 있는 장점이 있다. 본 실시예에 따라 제조된 자기센서의 일 예는 도 3을 통하여 확인할 수 있다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 청구범위 내에 존재한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기센서 및 자기센서 제조방법은 절연층에 자성박막을 코팅하여 자속을 집속할 수 있도록 함으로써 소형화를 가능케 하고, 제조공정을 단순화할 수 있다.

Claims

페라이트 기판;

상기 페라이트 기판에 인접하여 적층되며, 전극(Electrode)이 개재된 홀박막;

상기 페라이트 기판과 상기 홀박막 사이에 개재되어, 상기 페라이트 기판과 상기 홀박막이 전기적으로 격리되도록 하는 제1 절연층;

상기 홀박막에 적층되어 일면이 상기 홀박막과 인접하는 제2 절연층; 및

상기 제2 절연층의 타면에 코팅되어, 자속이 집속되도록 하는 제1 자성박막을 포함하는 자기센서.
제1항에 있어서,

상기 제1 자성박막에 인접하여 적층되는 제2 자성박막; 및

상기 제1 자성박막과 상기 제2 자성박막 사이에 개재되는 비자성층을 더 포함하는 자기센서.
제2항에 있어서,

상기 제2 자성박막은 상기 비자성층의 일면에 코팅되어 형성되는 것을 특징 으로 하는 자기센서.
제2항에 있어서,

상기 제1 자성박막과 상기 제2 자성박막 중 적어도 어느 하나는, NiFe 또는 NiCo를 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기센서.
제2항에 있어서,

상기 비자성층의 두께는 상기 제1 자성박막의 두께와 상기 제2 자성박막의 두께의 합보다 큰 것을 특징으로 하는 자기센서.
(a) 페라이트 기판에 제1 절연층을 적층하는 단계;

(b) 상기 제1 절연층에, 전극(electrode)이 개재된 홀박막을 적층하는 단계;

(c) 상기 홀박막에 제2 절연층을 적층하여 상기 제2 절연층의 일면이 상기 홀박막과 인접하도록 형성하는 단계; 및

(d) 상기 제2 절연층의 타면에 제1 자성박막을 코팅하는 단계를 포함하는 자기센서 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 단계(d) 이후,

(f) 상기 제1 자성박막에 비자성층을 적층하는 단계; 및

(g) 상기 비자성층의 일면에 제2 자성박막을 코팅함으로써, 상기 제1 자성박막과 상기 제2 자성박막 사이에 상기 비자성층이 개재되도록 하는 단계를 더 포함하는 자기센서 제조방법.