KR101122310B1

KR101122310B1 - 자기 센서 모듈 및 피스톤 위치 검출 장치

Info

Publication number: KR101122310B1
Application number: KR1020097017422A
Authority: KR
Inventors: 가즈히사 이토이; 가츠부미 나가스; 다쿠야 아이자와; 오사무 나카오
Original assignee: 가부시키가이샤후지쿠라
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2012-03-21
Also published as: EP2117026A1; US20100090692A1; KR20090121288A; EP2339362A1; EP2117026A4; JPWO2008105228A1; WO2008105228A1

Abstract

스위칭 동작을 하는 집적 회로를 구비한 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 한쪽 면 위에 설치되고, 또한 해당 한쪽 면에 따른 방향으로 감자(感磁) 방향을 가진 자기 저항 소자와, 상기 반도체 기판에 마련되고 또한 상기 한쪽 면에 평행한 면 위에 배치된 바이어스 자계 인가 부재를 구비하고, 상기 바이어스 자계 인가 부재는 해당 바이어스 자계 인가 부재가 배치된 상기 면에 따른 방향으로 착자되어 있고, 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서는 해당 바이어스 자계 인가 부재는 상기 자기 저항 소자가 설치된 상기 한쪽 면에 따른 방향으로 바이어스 자계를 인가하는 것인 자기 센서 모듈이다.

자기 센서 모듈, 바이어스, 감자, 반도체 기판, 집적회로, 저항 소자

Description

자기 센서 모듈 및 피스톤 위치 검출 장치{Magnetic sensor module and piston position detecting device}

본 발명은 자기 센서 모듈 및 실린더 튜브 내에서의 피스톤의 위치를 검출하는 피스톤 위치 검출 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 유압 실린더, 에어 실린더 등 유체압 실린더 내에서의 피스톤 위치를 실린더 튜브의 바깥쪽에서 검출하는 피스톤 위치 검출 장치에 관한 것이다.

본원은 2007년 2월 26일에 출원된 일본특원2007-045295호 및 2007년 7월 20일에 출원된 일본특원2007-189692호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

자기 센서는 자속 밀도의 고저를 검지하는 센서로서, 개폐 센서나 철판 등 자성체에 근접하여 사용되는 근접 센서로서 사용되고 있다. 지금까지의 자기 센서는 자전 변환 소자로서 홀 센서를 사용한 것이 대부분이었다. 지금까지의 자기 센서를 근접 센서로서 사용할 경우, 도 13a, 도 13b, 도 14와 같은 구성이 많았다(예를 들면 특허문헌 1～3, 비특허문헌 1～3 참조).

도 13a, 도 13b에서의 근접 센서로서 사용되는 자기 센서는 이하의 구성을 갖는다. 즉, 도 13a에 도시한 바와 같이 자속(4)이 홀 소자(또는 스위치 기능을 포 함한 홀IC)(2)의 길이 방향에 대해 수직 방향으로 홀 소자(2)를 관통하도록 자석(1)이 홀 소자(2)에 대해 설치되어 있는 것이다. 자성체(3)가 이 자기 센서에 접근하면, 도 13b에 도시한 바와 같이 자속(4)이 자성체(3)에 흡인되기 때문에 홀 소자(2)에 인가되는 자속 밀도가 낮아진다. 그래서 그 출력 변화를 검지함으로써 자성체(3)의 접근을 검지할 수 있다. 또 스위치 기능을 포함한 홀IC의 경우에는 소정의 자속 밀도를 문턱값으로 하고, 이 문턱값을 경계로 반전된 출력을 얻을 수 있다.

또 도 14에 도시한, 근접 센서로서 사용되는 자기 센서의 동작도 마찬가지이다. 이 자기 센서에서는 자속(8)이 홀 소자(또는 스위치 기능을 포함한 홀IC)(6)의 길이 방향에 대해 수직 방향으로 홀 소자(6)를 관통하도록 자석(5)이 홀 소자(6)에 대해 설치되어 있다. 이 자기 센서에서는 자성체(7)의 접근 레벨에 대응한 출력 변화를 얻을 수 있다.

그러나 종래의 홀 소자를 사용한 자기 센서에서는 이하의 문제가 생긴다.

(1)홀 소자(2),(6)와 자석(1),(5)의 페어 구조가 불가결하기 때문에 여러 개의 부품이 필요하고 또 자기 센서의 사이즈가 커진다(예를 들면 특허문헌 2). 특히, 도 13a, 도 13b의 구성에서는 자석(1)과 홀 소자(2) 사이에 자성체(3)가 통과하기 위한 슬릿(S)이 필요하다(예를 들면 비특허문헌 2).

(2)바이어스 자계를 인가하기 위한 자석과 홀 소자와의 위치 정합이 필요하다(예를 들면 불균일도 방지책으로서, 특허문헌 3).

(3)일반적으로 자석 특성의 불균일도는 크기 때문에 자석의 특성 불균일도를 기대한 설계가 필요하다(예를 들면 불균일도 방지책으로서, 특허문헌 3).

종래의 피스톤 위치 검출 장치의 구조를 도 15에 도시한다(예를 들면, 특허문헌 4). 자석(101)이 피스톤(100)에 설치되어 있고 자기 센서(103)(이 자기 센서(103)는 자석을 가지고 있지 않다)가 비자성 재료로 이루어진 실린더 튜브(102)의 바깥쪽에 설치되어 있다. 피스톤(100)의 이동에 의해 자석(101)이 자기 센서(103)에 접근하면 자기 센서(103)가 자석(101)을 검지하여 피스톤(100)의 위치를 검출할 수 있다.

그러나 상술한 바와 같은 종래의 피스톤 위치 검출 장치에서는, 피스톤에 자석을 설치할 필요가 있기 때문에 피스톤의 구조가 복잡하고 제조 공정도 많아진다.

자석과 자기 센서의 특성을 고려한 실린더의 설계가 필요하다. 구체적으로는 자속의 방향이 실린더 튜브의 길이 방향에 대해 수직인지 평행인지에 따라 홀 소자의 자기 센서 또는 자기 저항 소자(MR소자)의 자기 센서 중 어떤 자기 센서를 사용할 필요가 있는지가 달라진다. 또한 자기 저항 소자의 경우에는, 자속의 방향과 자기 센서의 감자(感磁) 방향을 맞출 필요가 있다. 또 반대로 자기 센서가 정해져 있는 경우에는 자석의 자극의 방향에 주의를 기울일 필요가 있다. 또 자석을 피스톤에 설치하기 위해 피스톤이나 실린더 튜브가 굵어진다.

특허문헌 1: 일본특개소61-172075호 공보

특허문헌 2: 일본특개평6-76706호 공보

특허문헌 3: 일본특개2004-186040호 공보

특허문헌 4: 일본특허제2616783호 공보

비특허문 1: 야마다 다카요시, "자장의 혼란으로 온오프, 다이코 일레트로닉스가 내열성이 높은 비접촉 근접 스위치", [online], 2006년 10월 5일, 닛케이 일렉트로닉스, [2007년 2월 6일 검색], 인터넷<URL:http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20061005/121974/>

비특허문헌 2: "철판 근접 스위치 ME-301", [online], [2007년 2월 6일 검색], 주식회사 NA, 인터넷<URL:http://www.na-web.co.jp/products/me/pr_02_21.html>

비특허문헌 3: 다케우치 쇼타로, 이마노 히데토, 도모츠네 가오루, 와쿠츠보 즈토무, 마에다 도요, "MR센서 모듈", NEC기보, 일본전기주식회사, 1998년, 제51권, 제4호, 제106-110페이지

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 바이어스 자계 인가 부재(예를 들면, 자석)를 높은 정밀도로 용이하게 위치 정합시킬 수 있고 특성의 불균일도가 적은 자기 센서 모듈을 제공하는 것을 과제로 한다. 또 본 발명은 피스톤에 바이어스 자계 인가 부재를 배치할 필요가 없도록 하여 피스톤의 구조, 제조를 간단하게 할 수 있는 피스톤 위치 검출 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 스위칭 동작을 하는 집적 회로를 구비한 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 한쪽 면 위에 설치되고, 또한 해당 한쪽 면에 따른 방향으로 감자 방향을 가진 자기 저항 소자와, 상기 반도체 기판에 마련되고 또한 상기 한쪽 면에 평행한 면 위에 배치된 바이어스 자계 인가 부재를 구비하고, 상기 바이어스 자계 인가 부재는, 해당 바이어스 자계 인가 부재가 배치된 상기 면에 따른 방향으로 착자되어 있고, 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서는 해당 바이어스 자계 인가 부재는 상기 자기 저항 소자가 마련된 상기 한쪽 면에 따른 방향으로 바이어스 자계를 인가하는 것인 자기 센서 모듈을 제공한다.

본 발명의 자기 센서 모듈에서는 상기 바이어스 자계 인가 부재가 페이스트 자석 또는 박막 자석인 것이 바람직하다.

상기 집적 회로는, 상기 자기 저항 소자의 출력 전압을 소정의 문턱값과 비교하고 비교 결과에 따라 상기 자기 저항 소자의 출력 전압이 상기 소정의 문턱값보다 큰 고레벨 상태임을 나타내는 신호, 또는 상기 자기 저항 소자의 출력 전압이 상기 소정의 문턱값보다 작은 저레벨 상태임을 나타내는 신호를 출력하는 것인 것이 바람직하다.

상기 바이어스 자계 인가 부재가 상기 반도체 기판의 한쪽 면과는 반대쪽인 다른 쪽 면 위에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 피스톤 위치 검출 장치는 비자성 재료로 이루어진 실린더 튜브와, 적어도 일부가 자성 재료로 이루어지고 상기 실린더 튜브 내주면을 슬라이딩하도록 배치된 피스톤과, 상기 실린더 튜브의 외주면에 배치되고 바이어스 자계 인가 부재를 가진 자기 센서를 구비한다.

본 발명에서, 상기 자기 센서는 자속 밀도의 크기에 기초하여 스위칭 동작을 하는 집적 회로를 적어도 구비하고, 또한 상기 바이어스 자계 인가 부재는 박막으로 이루어진 자석으로서, 상기 집적 회로의 상면, 하면 또는 내부에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 자기 센서는 반도체 기판 및 이 반도체 기판의 한쪽 면 위에 설치되고, 또한 해당 한쪽 면에 따른 방향으로 감자 방향을 가진 자기 저항 소자를 가지고, 상기 바이어스 자계 인가 부재는 자석으로서, 해당 자석은 상기 반도체 기판에 마련되고 또한 상기 한쪽 면에 평행한 면 위에 배치되고 또한 해당 자석이 배치된 상기 면에 따른 방향으로 착자되어 있고, 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서는 해당 자석은 상기 자기 저항 소자가 설치된 상기 한쪽 면에 따른 방향으로 바이어스 자계를 인가하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 자기 저항 소자(MR소자), 스위칭 동작을 하는 집적 회로(IC)를 구비한 반도체 기판(MR스위치), 및 바이어스 자계 인가 부재로 이루어진 집적 구조를 사용하여 자기 센서 모듈을 구성함으로써 이하의 이점이 있다.

(1)바이어스 자계 인가 부재를 자기 센서 모듈에 포함시켜 집적 구조로 함으로써 개별의 바이어스 자계 인가 부재가 불필요해진다.

(2)인가 자계의 방향이 반도체 기판의 면과 평행 방향이 되기 때문에 자기 센서 모듈의 소형화가 가능해진다.

(3)반도체 프로세스와 친화성이 높은 프로세스를 사용하여 바이어스 자계 인가 부재를 형성할 수 있기 때문에 바이어스 자계 인가 부재와 반도체 기판과의 위치 정합이 불필요해진다. 또 바이어스 자계 인가 부재와 자기 저항 소자의 거리를 고정밀도로 조정할 수 있기 때문에 인가된 자계의 불균일도를 줄일 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 피스톤의 적어도 일부를 자성 재료로 하고 자기 센서가 바이어스 자계 인가 부재를 구비함으로써 피스톤에 바이어스 자계 인가 부재를 배치할 필요가 없어진다. 이로써, 바이어스 자계 인가 부재의 자극을 고려하지 않고 자기 센서의 실장이 가능할 뿐만 아니라 피스톤에 바이어스 자계 인가 부재를 배치하지 않기 때문에 피스톤이나 실린더 튜브를 가늘게 할 수 있다. 그 결과, 본 발명에서는 피스톤의 구조나 제조를 간단히 한 피스톤 위치 검출 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 자기 센서 모듈의 개략 구성 일례를 도시한 개략 단면도이다.

도 2는 자기 저항 소자의 구성 일례를 도시한 평면도이다.

도 3a는 도 1에 도시한 자기 센서 모듈에 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서의 자계의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 3b는 도 1에 도시한 자기 센서 모듈에 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서의 출력을 모식적으로 설명하는 그래프이다.

도 4a는 도 1에 도시한 자기 센서 모듈에 자성체를 반도체 기판의 표면쪽에서 근접시킨 상태에서의 자계의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 4b는 도 1에 도시한 자기 센서 모듈에 자성체를 반도체 기판의 표면쪽에서 근접시킨 상태에서의 출력을 모식적으로 설명하는 그래프이다.

도 5a는 도 1에 도시한 자기 센서 모듈에 자성체를 반도체 기판의 뒤쪽 면쪽에서 근접시킨 상태에서의 자계의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 5b는 도 1에 도시한 자기 센서 모듈에 자성체를 반도체 기판의 뒤쪽 면쪽에서 근접시킨 상태에서의 출력을 모식적으로 설명하는 그래프이다.

도 6a는 도 1에 도시한 자기 센서 모듈을 범프를 통해 기판상에 고정시켜 자기 센서를 구성한 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다.

도 6b는 도 1에 도시한 자기 센서 모듈을 범프를 통해 기판상에 고정시켜 자기 센서를 구성한 상태에서의 자계의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명에 관한 피스톤 위치 검출 장치의 일례를 도시한 단면도이다.

도 8은 본 발명에 관한 피스톤 위치 검출 장치의 다른 일례를 도시한 단면도이다.

도 9는 도 7,8의 장치를 구성하는 자기 센서의 부분을 발췌하여 도시한 단면도이다.

도 10은 자기 저항 소자의 구성 일례를 도시한 평면도이다.

도 11a는 자기 센서에 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서의 자계의 상태를 도시한 도면이다.

도 11b는 자기 센서에 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서의 인가 자계와 전압의 관계를 도시한 그래프이다.

도 12a는 자기 센서에 자성체를 근접시킨 상태에서의 자계의 상태를 도시한 도면이다.

도 12b는 자기 센서에 자성체를 근접시킨 상태에서의 인가 자계와 전압의 관계를 도시한 그래프이다.

도 13a는 종래의 자기 센서의 일례를 도시한 개략도이다.

도 13b는 종래의 자기 센서의 일례를 도시한 개략도이다.

도 14는 종래의 자기 센서의 다른 예를 도시한 개략도이다.

도 15는 종래의 피스톤 위치 검출 장치의 일례를 도시한 단면도이다.

<부호의 설명>

1O…자기 센서 모듈, 11…반도체 기판, 11a…한쪽 면, 11b… 다른 쪽 면, 12…바이어스 자계 인가 부재, 13…자기 저항 소자(MR소자), 23…자기 센서, 31…피스톤 위치 검출 장치, 32…실린더 튜브, 33…피스톤, 34…자성 재료, 40…자기 센서, 41…반도체 기판, 42…자기 저항 소자, 43…바이어스 자계 인가 부재, 44…박막 자석, 47…자기 센서 모듈

이하, 본 발명에 관한 제1 실시형태에 의한 자기 센서 모듈에 대해서, 도 1～도 6b를 참조하여 설명하기로 한다.

아울러 이 자기 센서 모듈(10)은, 예를 들면, 후술하는 바와 같이 범프 등을 통해 플렉서블 프린트 회로(FPC) 등의 기판(22)에 고정됨으로써 자기 센서(23)를 구성한다.

도 1은, 본 발명의 자기 센서 모듈(10)의 개략 구성 일례를 도시한 개략 단면도이다. 도 2는, 자기 저항 소자(13)의 구성 일례를 도시한 평면도이다. 도 3a는, 도 1에 도시한 자기 센서 모듈(10)에 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서의 자계(14)의 상태를 모식적으로 도시한 도면이고, 도 3b는, 이 상태에서의 출력을 모식적으로 설명하는 그래프이다. 도 4a는, 도 1에 도시한 자기 센서 모듈(10)에 자성체(20)를 반도체 기판의 표면쪽에서 근접시킨 상태에서의 자계(15)의 상태를 모식적으로 도시한 도면이고, 도 4b는 이 상태에서의 출력을 모식적으로 설명하는 그래프이다. 도 5a는, 도 1에 도시한 자기 센서 모듈(10)에 자성체(20)를 반도체 기판의 뒤쪽 면쪽에서 근접시킨 상태에서의 자계(16)의 상태를 모식적으로 도시한 도면이고, 도 5b는 이 상태에서의 출력을 모식적으로 설명하는 그래프이다. 도 6a는, 도 1에 도시한 자기 센서 모듈(10)을, 범프(21)를 통해 기판상에 고정시켜 자기 센서(23)를 구성한 상태를 모식적으로 도시한 단면도이고, 도 6b는, 이 상태에서의 자계(17)의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.

아울러 도 3a, 도 4a, 도 5a, 도 6b 중, 부호 14～17은 각각의 상태에서의 자계를 모식적으로 표현한 것이다. 도 3b, 도 4b, 도 5b에서, 고레벨(High level)에서 저레벨(Low level)로 천이될 때 및 저레벨에서 고레벨로 천이될 때 횡축 방향에서 다른 위치를 지나는 것이 모식적으로 표현되어 있다.

이 자기 센서 모듈(10)은, 도 1에 도시한 바와 같이 스위칭 동작을 하는 집적 회로(미도시)를 구비한 반도체 기판(11)과, 이 반도체 기판(11)의 한쪽 면(11a) 위에 설치되어 상기 한쪽 면(11a)에 따른 방향으로 감자 방향을 가진 자기 저항 소자(13)와, 상기 반도체 기판(11)에 마련되고 또한 상기 한쪽 면(11a)에 평행한 면(11b)상에 배치된 바이어스 자계 인가 부재(바이어스 자계 인가용 자석)(12)를 적어도 구비하고 있다. 본 형태예의 자기 센서 모듈(10)의 바이어스 자계 인가 부재(12)의 착자(着磁) 방향은, 도 3a에 도시한 바와 같이, 해당 바이어스 자계 인가 부재(12)가 형성된 면(11b)에 따른 방향으로서(N 및 S가 면(11b)에 따른 방향으로 늘어서 있다), 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서는 자기 저항 소자(13)가 형성된 상기 한쪽 면(11a)에 따른 방향으로 바이어스 자계(14)를 인가하는 것임을 특징으로 한다.

바이어스 자계 인가 부재(12)로서는, 반도체 기판(11)에 적층할 때 반도체 프로세스와 친화성이 높은 프로세스에 의해 형성할 수 있는 페이스트 자석 또는 박막 자석이 바람직하다. 자석을 구성하는 경자성체로서는, 특별히 한정되지 않지만, 사마륨?코발트(SmCo), 철-백금(FePt), 코발트?백금(CoPt), 네오듐?철?붕소(NdFeB), 페라이트 등을 이용할 수 있다.

페이스트 자석은 경자성체 분말 등을 바인더 수지에 혼합하여 이루어진 경자성체 페이스트를 도포 등의 방법으로 기판의 어느 한 면에 형성하고, 소성?가열 후 소정의 방향으로 착자하여 자화시킴으로써 설치할 수 있다.

박막 자석은, 경자성체를 박막으로 하여 성막한 것으로서, 그 제작 방법은 특별히 한정되지는 않지만, 스퍼터링이나 증착, 도금, 본드 자석의 인쇄 등을 들 수 있다. 박막 자석을 임의의 형상으로 하는 패터닝에는, 예를 들면 식각이나 리프트 오프 등의 포토리소그래피 기술을 이용할 수 있다. 제작한 박막 자석은 필요에 따라 어닐링 처리를 한 후 자기 센서로서의 감자 방향으로 착자한다.

여기에서 도 1에 도시한 예에서는, 바이어스 자계 인가 부재(12)는 반도체 기판(11)의 한쪽 면(11a)과는 반대쪽인 다른 쪽 면(11b)상에 설치되어 있다. 이 경우, 바이어스 자계 인가 부재(12)와 자기 저항 소자(13)와의 거리는 반도체 기 판(11)의 두께에 따라 규정되기 때문에 자기 저항 소자(13)에 대한 인가 자계를 고정밀도로 제어할 수 있다.

아울러 본 발명의 자기 센서 모듈(10)는, 이 예에 한정되지 않으며, 예를 들면 바이어스 자계 인가 부재(12)를 반도체 기판(11)의 한쪽 면(11a)과 같은 쪽에 마련해도 좋다. 또 바이어스 자계 인가 부재(12)와 반도체 기판(11)를 적층할 때에 임의로 다른 층(미도시)을 개재시켜 바이어스 자계 인가 부재(12)와 반도체 기판(11)과의 거리를 조정하도록 해도 좋다. 이 수법에 의해서도 자기 저항 소자(13)에 대한 인가 자계를 고정밀도로 제어할 수 있다. 개재시키는 다른 층은 특별히 한정되지 않지만, 적당한 무기 재료 혹은 유기 재료 등의 비자성 재료를 성막함으로써 용이하게 형성할 수 있다.

본 발명에서는, 자기 센서 모듈(10)을 구성하는 자기 저항 소자(13)의 자전 변환 재료로서, 막의 면에 따른 방향으로 감자 방향을 가진 이방성 자기 저항 재료(MR)를 사용하고 있다. 자기 저항 소자(13)는 철-니켈(FeNi), 철-니켈?코발트(NiFeCo) 등의 강자성체로 이루어진 자성막으로 구성할 수 있으며, 예를 들면 퍼멀로이를 들 수 있다.

본 형태예에서 반도체 기판(11)위에 설치되는 자기 저항 소자(13)는, 도 2에 도시한 바와 같이 4개의 MR 박막 저항(13a),(13b),(13c),(13d)과, MR 박막 저항(13a)～(13d) 사이에 마련되어 도전체로 이루어진 단자(a),(b),(c),(d)로 구성되어 브릿지 구조를 가진다. 각각의 MR 박막 저항(13a)～(13d)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 포토리소그래피법에 의한 패턴 형성 공정과, 도금법이나 스퍼터 링법에 의한 성막 공정을 조합한 방법을 들 수 있다.

MR 박막 저항(13a)～(13d)의 패턴은, 각각 소정의 방향을 향해 배치된다.

도 2에 도시한 자기 저항 소자(13)의 경우, 2개의 MR 박막 저항(13a),(13d)은 반도체 기판(11)의 한쪽 면(11a)상에서의 한 방향(이하, 「X방향」이라고 함. 도 2에서는 좌우 방향)을 향해 배치되어 있고, 다른 2개의 MR 박막 저항(13b),(13c)은, 반도체 기판(11)의 한쪽 면(11a)상에서 상기 X방향과 직교하는 방향(이하, 「Y방향」이라고 함. 도 2에서는 상하 방향)을 향해 배치되어 있다.

X방향을 향해 배치된 2개의 MR 박막 저항(13a),(13d)에는 X방향을 길이 방향으로 하여 평행하게 배치된 여러 개의 MR막이 마련되어 있다. 인접한 MR막은 그 단부끼리 곡류 하천 형상(구절양장 형상)이 되도록 MR막 또는 도전막을 통해 Y방향으로 전기적으로 접속되어 있다.

또 Y방향을 향해 배치된 2개의 MR 박막 저항(13b),(13c)에는 Y방향을 길이 방향으로 하여 평행하게 배치된 여러 개의 MR막이 마련되어 있다. 인접한 MR막은 그 단부끼리 곡류 하천 형상(구절양장 형상)이 되도록 MR막 또는 도전막을 통해 X방향으로 전기적으로 접속되어 있다.

4개의 MR 박막 저항(13a)～(13d)은 같은 재질의 MR막으로 형성되는 것이 바람직하다. 이로써 4개의 MR 박막 저항(13a)～(13d)은 온도에 대한 특성 변동이 동등해지기 때문에 자기 디바이스로서의 온도 특성이 향상된다. 되접힌 부분을 도전막으로 형성할 경우, 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 도체막이 사용된다.

자기 저항 소자(13)는 도 2에 도시한 바와 같이 브릿지 회로를 구성하고 있 다. 따라서 4개의 MR 박막 저항(13a)～(13d)에서는 서로 다른 방향(X방향 또는 Y방향)을 향해 배치된 소자끼리 인접 배치되어 있고, 4개의 MR 박막 저항(13a)～(13d)은 배선을 사이에 두고 접속되어 있다. 이들 배선은, 예를 들면 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 도체막으로 구성할 수 있다. 4개의 MR 박막 저항(13a)～(13d)은 90°씩 방향을 바꿔 배치되어 있다. 4개의 MR 박막 저항(13a)～(13d)은 재료, 패턴 형상이나 저항값이 같은 것이 바람직하다. 4개의 MR 박막 저항(13a)～(13d)을 배열하는 양태로서는, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이 종횡 2×2의 배열을 들 수 있는데, MR 박막 저항 사이를 적당한 배선으로 접속함으로써 다른 배열을 채용하는 것도 가능하다.

이와 같은 브릿지 회로에서는, 단자(a)에 전원 전압, 단자(b)에는 그랜드 레벨이 각각 접속되었을 때 자기 저항 소자(13)의 출력은, 다른 2개의 단자(c),(d)간의 전압(브릿지 출력)으로서 얻을 수 있다. 브릿지 출력은 인가 자계의 강도를 반영하여 증감되기 때문에 이 브릿지 출력(전압)의 크기를 소정의 문턱값과 비교하여 출력 전압이 소정의 문턱값보다 큰지(고레벨 상태), 출력 전압이 소정의 문턱값보다 작은지(저레벨 상태) 판별함으로써 스위칭 동작을 할 수 있다. 본 발명에서는 스위칭 동작은 반도체 기판(11)에 형성된 집적 회로(미도시)에 의해 이루어지고 있으며 집적 회로는 고레벨 상태인지 저레벨 상태인지를 나타내는 신호를 출력한다.

다음으로, 본 실시형태의 자기 센서 모듈(10)로서의 검출 방법을, 도 3a～도 5b를 참조하여 설명하기로 한다. 자기 센서 모듈(10)의 출력은, 문턱값의 자속 밀도에 의해 자속 밀도가 낮을 때에 출력 전압이 고레벨 상태(High level)가 되고, 자속 밀도가 높을 때 출력 전압이 저레벨 상태(Low level)가 되도록 설정되어 있다. 따라서 자기 센서 모듈(10)의 출력 전압에 대해서 문턱값을 정하고, 자기 센서 모듈(10)의 출력 전압이 상기 문턱값보다 클 때를 고레벨 상태로 하고, 자기 센서 모듈(10)의 출력 전압이 상기 문턱값보다 작을 때를 저레벨 상태로 한다. 또 문턱값은, 고레벨 상태와 저레벨 상태 사이에 갭을 두어 양자가 명확하게 구별되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 전압값을 비교하여 스위칭 동작을 하는 집적 회로를, 자전 변환 소자의 출력과 조합하여 사용함으로써 외부 자계의 강도에 기초하여 스위칭 동작을 하는 자기 센서 모듈(10)을 구성할 수 있다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 외부 자계가 인가되지 않는 상태에서는 자기 저항 소자(13)에는 바이어스 자계 인가 부재(12)가 형성된 면에 따른 방향으로 착자된 바이어스 자계 인가 부재(12)에 의해 자기 저항 소자(13)이 형성된 면에 따른 방향으로 바이어스 자계(14)가 인가된다. 이 때의 자계(14)는 자기 저항 소자(13) 근방의 자속 밀도가 높은 것(도 3a에서 자기 저항 소자(13) 위에 실선으로 오른쪽 화살표로 표시한다.)이 된다. 그래서 도 3b에 도시한 바와 같이 이 때의 출력 전압을 저레벨 상태(Low level)로 판정하도록 상기 문턱값을 설정하면, 저레벨 상태의 출력은 자성체가 근접되어 있지 않은 상태를 나타내게 된다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 철판 등의 자성체(20)를 근접시키면 바이어스 자계 인가 부재(12)에서 인가되는 자속이 자성체(20)에 흡인된다. 그 결과, 이 때의 자계(15)는 자기 저항 소자(13) 근방의 자속 밀도가 낮은 것(도 4a에서 자기 저항 소자(13) 위에 점선으로 오른쪽 화살표로서 표시한다.)이 된다. 그래서, 도 4b에 도시한 바와 같이 이 때의 출력 전압을 고레벨 상태(High level)가 되도록 상기 문턱값을 설정하면, 고레벨 상태의 출력은 자성체(20)가 근접되어 있는 상태를 나타내게 된다.

도 4a에서는 자성체(20)를 반도체 기판(11)의 한쪽 면(11a)쪽에서 근접시킨 상태를 설명하였으나, 도 5a에 도시한 바와 같이 자성체(20)를 반도체 기판(11)의 다른 쪽 면(11b)쪽에서 근접시킨 경우에도 동일하게 동작한다. 즉, 자성체(20)를 근접시키면 바이어스 자계 인가 부재(12)에서 인가되는 자속이 자성체(20)에 흡인된다. 그 결과, 자기 저항 소자(13) 근방의 자속 밀도가 약한 자계(16)가 되어 자성체(20)가 근접해 있는 상태를 나타내는 고레벨 상태의 신호를 출력한다.

자기 저항 소자(13)에는 인가 자계의 강도에 따라 저항값이 변화되는 성질이 있고, 인가 자계가 강할수록 저항값이 감소되는 특성이 있기 때문에 자기 저항 소자(13)의 2개의 단자간의 전압(브릿지 출력)은 MR막에 인가되는 자속 밀도의 크기를 반영하여 증감된다. 이 브릿지 출력의 크기를 소정의 문턱값과 비교하여 출력 전압이 소정의 문턱값보다 큰지 작은지 판별함으로써 스위칭 동작을 한다. 이와 같은 구성으로 함으로써 소자에 인가되는 자속 밀도의 고저에 따라 다른 2개의 출력을 발생하는 자기 센서 모듈(10)을 실현할 수 있게 된다. 아울러 집적 회로에서 출력되는 이 자기 센서 모듈(10)의 출력으로서는, 자기 저항 소자(13)의 브릿지 출력이 소정의 문턱값보다 작을 때 고전압값에 의한 신호를 내고, 자기 저항 소자(13)의 브릿지 출력이 소정의 문턱값보다 클 때 저전압값에 의한 신호를 내도록 해도 좋다. 또 그 반대로 자기 저항 소자(13)의 브릿지 출력이 소정의 문턱값보다 작을 때 저전압값에 의한 신호를 내고, 자기 저항 소자(13)의 브릿지 출력이 소정의 문턱값보다 클 때 고전압값에 의한 신호를 내도록 해도 좋다.

스위칭 동작을 반도체 기판에 설치한 집적 회로(IC)에 의해 실행하기 때문에 비교나 제어 등에 필요한 회로를 공간 절약형으로 구성할 수 있어 자기 센서 모듈(10)의 소형화를 실현할 수 있다. 본 실시형태의 자기 센서 모듈(10)은, 도 6a에 도시한 바와 같이 반도체 기판(11)의 면(11a)상에 범프(21)를 설치하고 플렉서블 프린트 회로(FPC) 등의 기판(22)에 고정시킴으로써 자기 센서(23)를 구성할 수 있다. 아울러 자기 센서 모듈(10), 범프(21) 및 기판(22)이 미도시된 자기 센서용 케이스에 수용되어 그것들이 전체적으로 자기 센서(23)를 구성해도 좋다. 또 이 때 반도체 기판(11)과 회로 기판(22) 사이는 범프나 와이어, 도전 페이스트(미도시)를 사용하여 전기적으로 접속할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제1 실시형태에서는 착자 방향이 바이어스 자계 인가 부재(12)가 형성된 면에 따른 방향인 바이어스 자계 인가 부재(12)와, 막의 면에 따른 방향으로 감자 방향을 가진 자기 저항 소자(13)를 사용함으로써 자성체(20)가 자기 센서 모듈(10)에 대해 어떠한 방향에서 접근한 경우라도 검출할 수 있게 된다.

또 바이어스 자계 인가 부재(12) 및 자기 저항 소자(13)는 모두 반도체 프로세스와 친화성이 높은 프로세스를 사용하여 형성할 수 있기 때문에 바이어스 자계 인가 부재(12)와 자기 저항 소자(13)의 위치 관계를 고정밀도로 쉽게 조정할 수 있게 된다. 또 모두 반도체 기판에 적층되어 일체화되기 때문에 자기 센서 모듈(10), 및 이 자기 센서 모듈(10)을 구비한 자기 센서(23)를 소형화할 수 있다.

(실시예)

본 실시예에 제작한 자기 센서 모듈(10)은, 도 1에 도시한 바와 같이 자기 저항 소자(13)와, 반도체 기판(11)위에 집적된 바이어스 자계 인가 부재(12)로 이루어진다. 자기 저항 소자(13)는, 도 2에 도시한 바와 같이 4개의 MR 박막 저항(13a)～(13d)의 브릿지 구조로 이루어지고, 각 MR 박막 저항은 퍼멀로이 박막으로 형성되어 있다. 자기 저항 소자(13)의 출력은 집적 회로 내의 콤퍼레이터(비교기)로 비교된 후 스위칭 동작을 한다. 그 패키지는 실리콘(Si) 기판으로 이루어진 웨이퍼 레벨 패키지(WLP)로 구성되어 있고, 범프(21)(도 6a, 도 6b 참조)를 포함시킨 칩 사이즈는 0.97×0.97×0.5(㎜)이다.

반도체 기판(11)의 이면(11b)에는 바이어스 자계 인가 부재(12)로서 NdFeB계의 페이스트 자석이 배치된다. NdFeB계의 페이스트 자석은 약 80㎛의 막두께로 형성되고, 자기 저항 소자(13)의 감자 방향과 동일한 면에 따른 방향으로 착자되어 있다. 페이스트 자석은 그 막두께에 의해 자기 저항 소자(13)에 대한 인가 자계를 제어할 수 있고, 또 바이어스 자계 인가 부재(12)와 자기 저항 소자(13)과의 거리는 기판(11)의 두께에 의해 규정되기 때문에 인가 자계를 고정밀도로 제어할 수 있게 된다.

도 6a에 도시한 바와 같이, 이 자기 센서 모듈(10)을 반도체 기판(11)의 한쪽 면(11a)상에 설치한 범프(21)를 통해 기판(22)에 실장하여 자기 센서(23)를 구성하였다. 그리고 그 출력을 확인했을 때 출력은 저레벨이었다. 이 자기 센서(23) 는 바이어스 자계가 인가되지 않은 상태에서는 약 10～20(Oe)인 인가 자계를 문턱값 자계로 하고, 그보다 강한 자계에서는 출력은 저레벨, 그보다 약한 자계에서는 출력이 고레벨이 되도록 설정되어 있다. 따라서 저레벨의 출력은 자기 센서(23)에 약 20(Oe) 정도의 바이어스 자계가 인가되어 있다는 것을 의미한다.

다음으로 도 6b에 도시한 바와 같이, 자기 센서 모듈(10)의 바이어스 자계 인가 부재(12)쪽에서 자성체(20)로서 철판을 접근시키면, 약 10㎜의 거리에서 자기 센서(23)의 출력이 고레벨로 반전되었다. 이것은, 바이어스 자계 인가 부재(12)에서 발생한 자속이 자성체(20)에 흡인되는 결과, 자기 저항 소자(13) 근방의 자속 밀도가 저하되어 인가 자계의 강도가 약 1O(Oe) 미만이 된 것을 의미한다.

마찬가지로, 특별히 도시되지는 않았으나, 자기 센서 모듈(10)의 자기 저항 소자(13)쪽(도 6a, 도 6b에서 아래쪽)에서 자성체를 접근시켰을 때에도 자기 센서(23)의 출력이 고레벨로 반전되었다.

이들 결과로부터 자성체(20)가 자기 저항 소자(13)쪽에서 접근한 경우에도, 그 반대쪽에서 접근한 경우에도 구별 없이 고레벨로 반전된 출력을 얻을 수 있었다는 것을 알 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 제2실시형태에 대해서 도 7～도 12b를 사용하여 설명하기로 한다.

즉, 본 발명에 관한 피스톤 위치 검출 장치의 일실시형태를 도면에 기초하여 설명하기로 한다.

도 7은, 본 발명의 피스톤 위치 검출 장치(31)의 일실시형태를 모식적으로 도시한 종단면도이다.

본 발명의 피스톤 위치 검출 장치(31)는 비자성 재료로 이루어진 실린더 튜브(32)와, 적어도 일부가 자성 재료(34)로 이루어지고 상기 실린더 튜브(32)의 내주면을 슬라이딩하도록 배치된 피스톤(33)과, 상기 실린더 튜브(32)의 외주면에 배치된 자기 센서(40)를 적어도 구비하고, 자기 센서(40)는 바이어스 자계 인가 부재(43)를 적어도 구비한다.

본 발명에서는 피스톤(33)의 적어도 일부를, 자속을 흡수할 수 있는 자성 재료(34)로 하고, 자기 센서(40)가 바이어스 자계 인가 부재(43)를 구비한 구성으로 함으로써 피스톤(33)에 자석을 배치할 필요가 없어진다. 이로써 자석의 자극을 고려하지 않고 자기 센서(40)의 실장이 가능하다. 또 피스톤(33)에 자석을 배치하지 않기 때문에 피스톤(33)이나 실린더 튜브(32)를 가늘게 할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 피스톤 위치 검출 장치(31)에서는 피스톤(33)의 구조나 제조를 간단히 할 수 있다.

또 자기 센서(40)의 부분을 발췌하여 도시한 단면도인 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 자기 센서(40)는 자기 센서 모듈(47) 및 후술하는 범프(51), 기판(52) 및 이들을 내부에 수용하는 자기 센서용 케이스(48)로 구성된다. 자기 센서 모듈(47)은, 자속 밀도의 크기에 기초하여 스위칭 동작을 하는 집적 회로를 적어도 구비한 반도체 기판(41), 이 반도체 기판(41)의 한쪽 면(41a)상에 설치되어 상기 한쪽 면(41a)에 따른 방향으로 감자 방향을 가진 자기 저항 소자(42)와, 상기 반도체 기판(41)에 마련되고 또한 상기 한쪽 면(41a)에 평행한 면(41b)상에 배치된 바 이어스 자계 인가 부재(바이어스 자계 인가용 자석)(43)를 적어도 구비하고 있다. 상기 바이어스 자계 인가 부재(43)는 박막으로 이루어진 자석으로서, 상기 집적 회로의 상면, 하면 또는 내부에 배치되어 있다. 이로써 자기 센서(40)가 소형이 되어 피스톤 위치 검출 장치(31)의 설계 자유도가 증가하여 피스톤 위치 검출 장치(31) 전체의 소형화에 공헌할 수 있다.

실린더 튜브(32)는 비자성 재료로 이루어진다. 이와 같은 비자성 재료로서는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면 스테인레스강, 구리 등의 비자성 금속 재료, 혹은 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 등의 합성수지 재료를 들 수 있다.

피스톤(33)은 봉형으로서, 상기 실린더 튜브(32)의 내주면을 슬라이딩하도록 실린더 튜브(32)의 내부에 배치된다.

피스톤(33)은 적어도 일부가 자속을 흡수할 수 있는 자성 재료(34)로 이루어진다. 자성 재료(34)로서는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면 철(Fe), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 네오듐(Nd) 등 자력이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

피스톤(33)은, 도 8에 도시한 바와 같이 그 전체가 자성 재료(34)로 구성되어 있어도 좋고, 도 7에 도시한 바와 같이 끝단부만 자성 재료(34)로 구성되어 있어도 좋다.

자기 센서(40)는 상기 실린더 튜브(32)의 외주면에 배치된 자기 근접 센서이다. 후술하는 바와 같이 자기 센서(40)는 4개의 MR 박막 저항 브릿지 구조를 구비하여 이루어지고, 그 출력을 콤퍼레이터로 비교함으로써 스위칭 동작을 수행한다. 피스톤 위치 검출 장치(31)는 이 스위칭 동작을 이용하여 피스톤 위치를 검출한다.

자기 센서(40)는, 도 9에 도시한 바와 같이 반도체 기판(41)의 면(41a)상에 범프(51)가 설치되고, 이것이 플렉서블 프린트 회로(FPC) 등의 기판(52)에 고정된 구성을 갖는다. 이와 같은 센서(40)가 실린더 튜브(32)의 외주면에 배치되어 있다. 또 이 때 반도체 기판(41)과 회로 기판(52) 사이는 범프(51)나 와이어, 도전 페이스트(미도시)를 사용하여 전기적으로 접속할 수 있다. 이와 같이 자기 센서(40)는 WLP(웨이퍼 레벨 패키지)에 의해 패키징되어 있고 자기 센서 모듈(47)에 범프를 포함시킨 칩 사이즈는 예를 들면 0.97×0.97×0.5㎜이다. 아울러 패키지 형태는 WLP로 한정되지 않으며 수지 몰딩 패키지여도 좋다.

자기 센서(40)의 자기 저항 소자(42)는 자전 변환 재료로서 막의 면에 따른 방향으로 감자 방향을 가진 이방성 자기 저항 재료(MR)를 사용하고 있다. 자기 저항 소자(42)는 철-니켈(FeNi), 철-니켈?코발트(NiFeCo) 등의 강자성체로 이루어진 자성막으로 구성할 수 있으며, 예를 들면 퍼멀로이를 들 수 있다.

본 실시형태에서 반도체 기판(41) 위에 설치되는 자기 저항 소자(42)는, 도 10에 도시한 바와 같이 4개의 MR 박막 저항(42a),(42b),(42c),(42d)과, MR 박막 저항(42a)～(42d) 사이에 마련되고 도전체로 이루어진 단자(a),(b),(c),(d)로 구성되어 브릿지 구조를 가진다. 각각의 MR 박막 저항(42a)～(42d)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 포토리소그래피법에 의한 패턴 형성 공정과, 도금법이나 스퍼터링법에 의한 성막 공정을 조합한 방법을 들 수 있다. MR 박막 저항(42a)～(42d)의 패턴은 각각 소정의 방향을 향해 배치된다.

자기 저항 소자(42)는 도 10에 도시한 바와 같이 브릿지 회로를 구성하고 있 다. 따라서 4개의 MR 박막 저항(42a)～(42d)은 서로 다른 방향(X방향 또는 Y방향)을 향해 배치된 소자끼리 인접하여 배치되고 배선을 끼워 접속되어 있는 구조를 가진다. 이들 배선은, 예를 들면 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 도체막으로 구성할 수 있다. 4개의 MR 박막 저항(42a)～(42d)은 90°씩 방향을 바꿔 배치되어 있다. 또 4개의 MR 박막 저항(42a)～(42d)은 재료, 패턴 형상이나 저항값이 같은 것이 바람직하다. 4개의 MR 박막 저항(42a)～(42d)을 배열하는 양태로서는, 예를 들면 도 10에 도시한 바와 같이 종횡 2×2의 배열을 들 수 있는데, MR 박막 저항 사이를 적당한 배선으로 접속함으로써 다른 배열을 채용하는 것도 가능하다.

이와 같은 브릿지 회로에서는 전원 전압이 단자(a)에 접속되고, 그랜드 레벨이 단자(b)에 접속되었을 때 자기 저항 소자(42)의 출력은 다른 2개의 단자(c),(d)간의 전압(브릿지 출력)으로서 얻을 수 있다. 브릿지 출력은 인가 자계의 강도를 반영하여 증감되기 때문에 이 브릿지 출력(전압)의 크기를 소정의 문턱값과 비교하여 출력 전압이 소정의 문턱값보다 큰지(고레벨 상태), 출력 전압이 소정의 문턱값보다 작은지(저레벨 상태) 판별함으로써 스위칭 동작을 할 수 있다. 본 형태예에서는 스위칭 동작은 반도체 기판(41)에 형성된 집적 회로(미도시)에 의해 수행되고 있으며, 집적 회로는 고레벨 상태인지 저레벨 상태인지를 나타내는 신호를 출력한다.

또 상기 실린더 튜브(32)의 바깥쪽에 자기 센서(40)의 일부를 구성하는 바이어스 자계 인가 부재(43)가 배치되어 있다.

예를 들면 도 9에 도시한 예에서는, 바이어스 자계 인가 부재(43)는 자기 센 서(40)에서 반도체 기판(41)에 대해 적층되고 또한 상기 한쪽 면(41a)에 평행한 면(41b) 내에 배치되어 있다.

바이어스 자계 인가 부재(43)로서는, 반도체 기판(41)에 적층할 때 반도체 프로세스와 친화성이 높은 프로세스에 의해 형성할 수 있는 박막 자석(44)이 바람직하다. 박막 자석(44)을 구성하는 경자성체로서는 특별히 한정되지는 않지만, 사마륨?코발트(SmCo), 철-백금(FePt), 코발트?백금(CoPt), 네오듐?철?붕소(NdFeB), 페라이트 등을 이용할 수 있다.

박막 자석(44)은, 전술한 바와 같은 경자성체를 박막으로 하여 성막한 것으로서 그 제작 방법은 특별히 한정되지는 않지만, 페이스트 도포, 스퍼터링이나 증착, 도금, 본드 자석의 인쇄 등을 들 수 있다. 박막 자석(44)을 임의의 형상으로 하는 패터닝에는, 예를 들면 식각이나 리프트 오프 등의 포토리소그래피 기술을 이용할 수 있다. 제작한 박막 자석(44)은 필요에 따라 어닐링 처리를 한 후, 자기 센서로서의 감자 방향으로 착자를 수행한다.

박막 자석(44)의 막두께나 박막 자석(44)이 자기 센서 모듈(47)에 차지하는 면적은 특별히 한정되지는 않으며 적절히 결정된다. 예를 들면, 박막 자석(44)으로서 반도체 기판(41)의 면(41b)에 NdFeB계 페이스트 자석을 약 80nm의 막두께로 형성하여 자기 센서(40)의 감자 방향과 같은 방향으로 착자한다.

도 11a에 도시한 바와 같이, 박막 자석(44)은 해당 자석이 형성된 면(41b)에 따른 방향으로 착자되고(박막 자석(44)의 착자 방향은 면(41b)에 따른 방향임), 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서는 자기 저항 소자(42)가 형성된 면에 따른 방향 으로 바이어스 자계(45)를 인가한다.

여기에서, 도 9에 도시한 예에서는, 바이어스 자계 인가 부재(43)는 반도체 기판(41)의 한쪽 면(41a)과는 반대쪽인 다른 쪽 면(41b)상에 설치되어 있다. 이 경우, 박막 자석(44)과 자기 저항 소자(42)와의 거리는 반도체 기판(41)의 두께에 의해 규정되기 때문에 자기 저항 소자(42)에 대한 인가 자계를 고정밀도로 제어할 수 있다.

아울러 바이어스 자계 인가 부재(43)의 배치는 이 예에 한정되지 않으며, 예를 들면 바이어스 자계 인가 부재(43)를 반도체 기판(41)의 한쪽 면(41)과 같은 쪽에 마련해도 좋다. 또 바이어스 자계 인가 부재(43)와 반도체 기판(41)을 적층할 때에 임의로 다른 층(미도시)을 개재시켜 바이어스 자계 인가 부재(43)와 반도체 기판(41)과의 거리를 조정하도록 해도 좋다. 이 수법에 의해서도 자기 저항 소자(42)로의 인가 자계를 고정밀도로 제어할 수 있다. 개재시키는 다른 층은 특별히 한정되지는 않지만, 적당한 무기 재료 혹은 유기 재료 등의 비자성 재료를 성막함으로써 용이하게 형성할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태의 피스톤 위치 검출 장치(31)에서 자기 센서(40)에 의한 피스톤 위치 검출 방법을, 도 11a～도 12b를 참조하여 설명하기로 한다. 자기 센서(40)의 출력은 문턱값의 자속 밀도에 의해 자속 밀도가 낮을 때에 출력 전압이 고레벨 상태(High level)가 되고, 자속 밀도가 높을 때 출력 전압이 저레벨 상태(Low level)가 되도록 설정되어 있다. 따라서 자기 센서(40)의 출력 전압에 대해서 문턱값을 결정하여 자기 센서(40)의 출력 전압이 상기 문턱값보다 클 때를 고레 벨 상태로 하고, 자기 센서(40)의 출력 전압이 상기 문턱값보다 작을 때를 저레벨 상태로 한다. 또 문턱값은 고레벨 상태와 저레벨 상태 사이에 갭을 두어 양자가 명확하게 구별되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 전압값을 비교함으로써 스위칭 동작을 하는 집적 회로를, 자전 변환 소자의 출력과 조합하여 사용함으로써 외부 자계의 크기에 기초하여 피스톤 위치를 검출하는 피스톤 위치 검출 장치(31)를 구성할 수 있다.

도 11a에 도시한 바와 같이, 외부 자계가 인가되지 않는 상태에서는 자기 저항 소자(42)에는 바이어스 자계 인가 부재(43)이 형성된 면에 따른 방향으로 착자된 바이어스 자계 인가 부재(43)에 의해 자기 저항 소자(42)가 형성된 면에 따른 방향으로 바이어스 자계(45)가 인가된다. 이 때의 자계(45)는 자기 저항 소자(42) 근방의 자속 밀도가 높은 것(도 11a에서 자기 저항 소자(42) 위에 실선에 오른쪽 화살표로서 표시함.)이 된다. 그래서 도 11b에 도시한 바와 같이, 이 때의 출력 전압을 저레벨 상태(Low level)로 판정하도록 상기 문턱값을 설정하면, 저레벨 상태의 출력은 자성체(34)(피스톤(33))가 근접되어 있지 않은 상태를 나타내게 된다.

도 12a에 도시한 바와 같이, 자성체(34)(피스톤(33))를 근접시키면 박막 자석(44)에서 인가되는 자속이 자성체(34)에 흡인된다. 그 결과, 이 때의 자계(46)는 자기 저항 소자(42) 근방의 자속 밀도가 낮은 것(도 12a에서 자기 저항 소자(42)위에 실선으로 오른쪽 화살표로서 표시함.)이 된다. 그래서 도 12b에 도시한 바와 같이 이 때의 출력 전압을 고레벨 상태(High level)가 되도록 상기 문턱값을 설정하면, 고레벨 상태의 출력은 자성체(34)(피스톤(33))가 근접되어 있는 상태를 나타내 게 된다.

자기 저항 소자(42)는 인가 자계의 강도에 따라 저항값이 변화되는 성질을 가지고 인가 자계가 강할수록 저항값이 감소되는 특성을 가진다. 따라서 자기 저항 소자(42)의 2개의 단자간 전압(브릿지 출력)은 MR막에 인가되는 자속 밀도의 크기를 반영하여 증감된다. 이 브릿지 출력 크기를 소정의 문턱값과 비교하여 출력 전압이 소정의 문턱값보다 큰지 작은지 판별함으로써 스위칭 동작을 한다. 이와 같은 구성으로 함으로써 소자에 인가되는 자속 밀도의 고저에 따라 다른 2개의 출력을 발생하는 자기 센서(40), 및 그것을 이용한 피스톤 위치 검출 장치(31)를 실현할 수 있게 된다. 아울러 집적 회로에서 출력되는 이 자기 센서(40)의 출력으로서는, 자기 저항 소자(42)의 브릿지 출력이 소정의 문턱값보다 작을 때 고전압값에 의한 신호를 내고, 자기 저항 소자(42)의 브릿지 출력이 소정의 문턱값보다 클 때 저전압값에 의한 신호를 내도록 해도 좋다. 또 그 반대로 자기 저항 소자(42)의 브릿지 출력이 소정의 문턱값보다 작을 때 저전압값에 의한 신호를 내고 자기 저항 소자(42)의 브릿지 출력이 소정의 문턱값보다 클 때에 고전압값에 의한 신호를 내도록 해도 좋다.

또 피스톤 위치 검출을, 반도체 기판(41)에 설치한 집적 회로(IC)에 의해 실행하기 때문에 비교나 제어등에 필요한 회로를 공간 절약형으로 구성할 수 있어 자기 센서(40)의 소형화를 실현할 수 있다.

이상, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 피스톤 위치 검출 장치(31)에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 여기에 한정되지는 않으며, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.

본 발명의 자기 센서 모듈은 철판 등 자성체의 근접을 검지하는 여러가지 용도로 이용할 수 있다. 또 본 발명은 피스톤 위치 검출 장치에 적용할 수 있다.

Claims

스위칭 동작을 하는 집적 회로를 구비한 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 한쪽 면 위에 설치되고, 또한 해당 한쪽 면에 따른 방향으로 감자 방향을 가진 자기 저항 소자와, 상기 반도체 기판에 마련되고 또한 상기 한쪽 면에 평행한 면 위에 배치된 바이어스 자계 인가 부재를 구비하고,

상기 바이어스 자계 인가 부재는, 해당 바이어스 자계 인가 부재가 배치된 상기 면에 따른 방향으로 착자(着磁)되어 있고, 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서는 해당 바이어스 자계 인가 부재는 상기 자기 저항 소자가 마련된 상기 한쪽 면에 따른 방향으로 바이어스 자계를 인가하는 것인 자기 센서 모듈.
제1항에 있어서, 상기 바이어스 자계 인가 부재가 페이스트 자석 또는 박막 자석인 자기 센서 모듈.
제2항에 있어서, 상기 집적 회로는, 상기 자기 저항 소자의 출력 전압을 소정의 문턱값과 비교하고 비교 결과에 따라 상기 자기 저항 소자의 출력 전압이 상기 소정의 문턱값보다 큰 고레벨 상태임을 나타내는 신호, 또는 상기 자기 저항 소자의 출력 전압이 상기 소정의 문턱값보다 작은 저레벨 상태임을 나타내는 신호를 출력하는 자기 센서 모듈.
제3항에 있어서, 상기 바이어스 자계 인가 부재가 상기 반도체 기판의 한쪽 면과는 반대쪽인 다른 쪽 면 위에 설치되어 있는 자기 센서 모듈.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 자기 저항 소자는, 상기 한쪽 면에 따른 방향에 있어서 상기 바이어스 자계 인가 부재의 배치 영역 보다도 좁은 영역에 설치되어 있는 자기 센서 모듈.