KR101124025B1 - 자기 센서 및 그 감도 측정 방법 - Google Patents

자기 센서 및 그 감도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수의 홀 소자가 설치된 반도체 기판 상에 자성체를 설치한, 감도 측정 기능을 갖는 자기 센서 및 감도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 감자부(31)에 의해 검출된 자속 밀도는, 전환부(32)에 의해 각 축의 자계 강도 정보가 추출되어, 증폭부(33)를 통해, 감도 연산부(34)에 입력된다. 감도 연산부(34)는, 감자부(31)로부터의 각 축에 관한 자계 강도 정보에 기초하여 감도를 연산한다. 감도 연산부는, 감자부(31)로부터의 자속 밀도를 각 축의 자기 성분으로 분해하는 축 성분 분해부(34a)와, 축 성분 분해부(34a)로부터의 자계 강도의 각 축 성분을 기준치와 비교하여 감도를 판정하는 감도 판정부(34b)와, 감도 판정부(34b)로부터의 감도 정보에 기초하여 감도 보정을 행하는 감도 보정부(34c)를 구비하고 있다. 센서 진단부(39)는, 감도 정보에 기초하여 자기 센서의 감도 양부를 자기 진단하여, 자기 감도 보정(조정)을 한다.

Description

자기 센서 및 그 감도 측정 방법{MAGNETIC SENSOR AND ITS SENSITIVITY MEASURING METHOD}
본 발명은, 감도 측정 기능을 구비한 자기 센서 및 그 감도 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 홀 소자가 상호 이격하여 설치된 반도체 기판과, 이 반도체 기판 상에 설치된 자성체를 구비한 자기 센서에 있어서 감도 측정 기능을 갖게 하기 위한 자기 센서 및 그 감도 측정 방법에 관한 것이다.
종래로부터 자기 센서로서, 반도체 기판에 설치된 홀 소자와, 이 홀 소자 상에 설치된 자기 수속 기능을 갖는 자성체(자기 수속판)를 구비하여, 자기 수속시켜, 그 자계 강도를 홀 소자로 검출하도록 하는 것은 잘 알려져 있다.
도 1은 이러한 타입의 자기 센서를 설명하기 위한 구성도이다. 반도체 회로(1)는, 반도체 기판(3)과, 이 반도체 기판(3)에 설치된 홀 소자(4a, 4b)로 이루어진다. 이 반도체 회로(1) 상에는 보호층(5)과 접착층(6)이 순차 설치되고, 또한 그 위에 자기 수속판(2)이 설치되어 있다.
홀 소자와 자기 수속 기능을 갖는 자성체(자기 수속판)를 조합한 자기 센서에 관해서는, 예컨대, 특허 문헌 1이 있다. 이 특허 문헌 1에 기재한 것은, 자장의 방향을 2차원에서 결정할 수 있도록 한 자장 방향 검출 센서에 관한 것이다. 편평 한 형상을 갖는 자기 수속판과, 제1 홀 효과 소자 및 제2 홀 효과 소자를 구비하고, 이들 홀 효과 소자가 자기 수속판의 단부(端部) 영역에 배치되어 있다.
또한, 특허 문헌 2에 기재한 것은, 도 1과 동일한 구성의 자기 센서이고, 수평 방향 자계 감도와 수직 방향 자계 감도를 구비하는 기술에 관한 것이다.
또한, 특허 문헌 3에 기재한 것은, 이하의 구성이다. 자기 센서에 자계를 인가하기 위한 코일을 갖는 프로브 카드를, 자기 센서와 디지털 신호 처리부를 갖는 자기 센서 모듈 중 어느 하나에 접촉시킨다. 코일에 전류를 공급하여 자계를 발생시키면서, 프로브 카드를 통해 디지털 신호 처리부를 검사하여, 자기 센서를 검사한다. 그리고, 검사 결과에 따른 자기 센서의 보정치를, 프로브 카드를 통해 자기 센서 모듈의 기억부에 보정치를 저장한다.
또한, 홀 소자의 감도 보정에 관해서는, 이하의 구성이 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 홀 소자의 바로 아래에 수직 자계 성분을 발생하기 위한 수직 자계 발생용 코일을 배치하고, 이 수직 자계 발생용 코일에 의해 발생된 수직 자계 성분을 홀 소자로 검출하여, 홀 소자의 자기 감도를 보정한다. 이 구체적인 내용에 대해서는, 비특허 문헌 1에 기재되어 있다.
전술한 특허 문헌 1에는 이하의 사항이 개시되어 있다. 반도체 기판에 설치된 홀 소자와, 이 홀 소자 상에 설치된 자기 수속 기능을 갖는 자성체(자기 수속판)를 구비하여, 이 자성체에 의해 자기 수속하여 그 자계 강도를 홀 소자로 검출하는 구성이다. 수평 방향과 수직 방향의 자계를 검출하여, 상호 직교하는 2축 혹은 3축의 자기 신호를 검출하는 자기 센서에 있어서, 수평 방향 자계와 수직 방향 자계의 자기 감도가 각각 상이하다. 그 때문에, 각 축 사이의 감도를 구비할 필요가 있었다.
본 출원인은, 전술한 특허 문헌 2에 있어서, 수직 방향의 자기를 검지하는 소자를 많이 배치함으로써 수평 방향과 수직 방향의 자기 감도를 구비하는 기술을 제안하고 있다. 그러나, 이 방법에 있어서는, 개개의 자기 센서에 있어서의 소자 감도 변동이나 자성체의 위치 어긋남에 수반하는 감도 변동은 보정할 수 없었다.
전술한 특허 문헌 3에서는, 이하의 사항이 개시되어 있다. 자기 센서에 자계를 인가하기 위한 코일을 갖는 프로브 카드를, 자기 센서와 디지털 신호 처리부를 갖는 자기 센서 모듈 중 어느 하나에 접촉시켜, 코일에 전류를 공급하여 자계를 발생시키면서, 프로브 카드를 통해 디지털 신호 처리부를 검사하고, 자기 센서의 감도를 검사하여, 또한, 감도 보정을 한다.
이 특허 문헌 3에 있어서는, 회로 블록이 기능대로 동작하고 있는지의 여부를 조사하기 위해, 외부의 프로브 카드에 자계 발생을 위한 코일을 설치하고, 또한, 측정을 위해 일부러 프로브 카드를 IC의 웨이퍼에 밀착시키는 등의 작업을 행할 필요가 있었다. 동시에, 코일이 발생하는 자계를 교정하기 위해, 미리 교정된 웨이퍼를 준비하여, 그 웨이퍼를 일회 측정하여 코일의 보정을 행하는 등의 번잡한 작업을 행할 필요가 있어, 테스트 비용이 든다고 하는 문제가 있었다.
이러한 상황 중에서, 외부 코일에 의하지 않고, 내부 코일을 자기 센서에 내장함으로써 전술한 바와 같은 문제점을 해결하는 것이 검토되었다. 내부 코일을 자기 센서에 탑재함으로써, 1) 제조 시 및 출하 시에 기능 동작을 검증할 수 있고, 2) 출력 감도의 프로세스 의존성의 변동이나 회로 블록의 감도 어긋남에 대해, 각 축마다 감도 보정을 할 수 있으며, 3) 테스트 보드 상에, 적절한 범위에 똑같은 자계 영역을 발생시키는, 자장 테스트 코일(외부 코일)의 설치가 불필요해진다. 따라서, 다수개의 자기 센서를 일괄하여 테스트하는 것이 가능하게 되어, 테스트 비용이 삭감된다고 하는 효과가 있다.
또한, 예컨대, 비특허 문헌 1에는, 이하의 개시가 있다. 동일 실리콘 기판의 홀 소자의 바로 아래에 수직 자계 성분을 발생하기 위한 수직 자계 발생용 코일을 배치하고, 이 수직 자계 발생용 코일에 의해 발생된 수직 자계 성분을 홀 소자로 검출함으로써, 감도를 측정하여 보정을 행한다.
그러나, 이 구성에서는, 수직 방향 자계밖에 발생시킬 수 없다. 따라서, 상호 직교한 2축 또는 3축의 자기 성분에 감도를 갖는 자기 센서 구성에 있어서는, 모든 축의 감도를, 내부 코일을 이용하여 측정할 수는 없었다.
전술한 바와 같이 특허 문헌 1 내지 3 및 비특허 문헌 1에 기재한 것은, 이하의 것이었다. 홀 소자 혹은 자기 센서의 감도 보정을 여러 가지의 형태로 실현하고 있다. 몇몇의 문헌도, 상호 직교하는 2축 또는 3축의 자계를 검출할 수 있는 자기 센서에 관한 내용이다. 이들에는, 외부 코일을 이용하지 않고, 자기 센서의 각 축 방향의 감도를 측정하기 위한 구체적인 구성, 즉, 자성체와 홀 소자 사이에 감도 측정용의 내부 코일을 배치하는 것과 같은 구성에 대해서는, 하등 개시되어 있지 않다.
본 발명은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이다. 그 목적으로 하는 것 은 복수의 홀 소자가 상호 이격하여 설치된 반도체 기판과, 이 반도체 기판 상에 설치된 자성체를 구비한, 2축 또는 3축의 자기 센서에 있어서, 외부의 감도 측정용자계 발생원을 이용하지 않고 자기 센서의 각 축 방향의 감도를 측정하는 기능을 갖는 자기 센서 및 그 감도 측정 방법을 제공한다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-71381호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-257995호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2007-24518호 공보
[비특허 문헌 1]: 「Autocalibration of silicon Hall devices」(P. L.Simon et al. Sensors and Actuators A 52(1996) 203-207
본 발명은, 이러한 목적을 달성하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 자기 센서는, 복수의 감자부(感磁部)가 상호 이격하여 설치된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 설치된 자성체를 구비하고, 상기 감자부가 상기 자성체의 단부 영역에 설치된 자기 센서에 있어서, 상기 복수의 감자부 사이의 영역 내에서, 또한 상기 감자부와 상기 자성체 사이에, 상기 감자부의 감자 방향에 수직인 방향으로 수평 자계 성분을 발생시키는 감도 측정을 위한 수평 자계 발생 수단을 가지고, 상기 감자부가, 상기 수평 자계 발생 수단에 의해 발생한 상기 수평 자계 성분을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감자부와 상기 수평 자계 발생 수단이, 상기 자성체에 대해, 동일한 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수평 자계 발생 수단에 의해 발생된 수평 자계 성분은, 상기 자성체의 두께와, 상기 자성체와 상기 감자부와의 거리에 의존하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감자부가 홀 소자인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수평 자계 발생 수단이, 평면형의 나선형 코일인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 감자부의 각각의 근방에, 상기 감자부의 감자 방향에 평행한 방향으로 수직 자계 성분을 발생시키는 감도 측정을 위한 수직 자계 발생 수단을 설치하여, 상기 감자부가, 상기 수직 자계 발생 수단에 의해 발생한 상기 수직 자계 성분을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 자계 발생 수단이, 상기 수평 자계 발생 수단과 동일한 측의 평면 상에서, 또한 상기 감자부의 바로 위쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 자계 발생 수단이, 상기 자성체의 단부 영역에 배치되고, 상기 수평 자계 발생 수단과 상이한 평면 상에서, 또한 상기 감자부의 바로 아래에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 자계 발생 수단에 의해 발생된 수직 자계 성분의 자속 밀도가, 상기 자성체와 상기 감자부와의 거리에 의존하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 자계 발생 수단이, 루프형 코일인 것을 특징으로 한다.
또한, 상호 직교하는 2축 또는 3축의 검출축을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자기 센서의 복수의 감자부로부터의 각 축에 관한 자계 강도 정보에 기초하여 감도를 연산하는 감도 연산부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감도 연산부가, 상기 자기 센서로부터의 자계 강도 정보를 각 축마다의 성분으로 분해하는 축 성분 분해부와, 상기 축 성분 분해부로부터의 자계 강도 정보의 각 축 성분을 소정의 기준치와 비교하여 감도를 판정하는 감도 판정부와, 상기 감도 판정부로부터의 감도 정보에 기초하여 감도 보정을 행하는 감도 보정부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감도 판정부로부터의 감도 정보에 기초하여, 상기 자기 센서의 감도 양부(良否)를 자기(自己) 진단하는 센서 진단부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자기 센서의 수평 자계 발생 수단 및 수직 자계 발생 수단에 전류를 공급하는, 적어도 하나 이상의 전류원을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 자기 센서에 있어서의 감도 측정 방법은, 수평 자계 성분을 발생하는 단계와, 상기 수평 자계 성분을 상기 감자부에서 검출하는 단계와, 상기 감자부로부터의 자속 밀도에 기초하여, 감도를 연산하는 단계와, 상기 수직 자계 성분을 발생하는 단계와, 상기 수직 자계 성분을 상기 감자부에서 검출하는 단계와, 상기 감자부로부터의 자속 밀도에 기초하여, 감도를 연산하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 감도를 연산하는 단계는, 상기 자기 센서로부터의 자계 강도 정보를 축 성분 분해부에서 각 축마다의 성분으로 분해하는 단계와, 상기 축 성분 분해부로부터의 자계 강도 정보의 각 축 성분을 감도 판정부에서 소정의 기준치와 비교하여 감도를 판정하는 단계와, 상기 감도 판정부로부터의 감도 정보에 기초하여 감도 보정부에서 감도 보정을 행하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감도 판정부로부터의 감도 정보에 기초하여 센서 진단부에서 상기 자기 센서의 감도 양부를 자기 진단하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자기 센서에 따르면, 이하의 구성이 된다. 즉, 복수의 홀 소자가 상호 이격하여 설치된 반도체 기판과, 이 반도체 기판 상에 설치된 자성체를 구비하고 있다. 복수의 홀 소자 사이의 영역 내에서, 또한 홀 소자와 자성체와의 사이에, 감자부의 감자 방향에 수직인 방향으로 수평 자계 성분을 발생하는 수평 방향 자계 발생용 수단을 설치하고 있다. 이 수평 방향 자계 발생용 수단에 의해 발생한 수평 자계 성분을 자성체의 단부 영역에 설치된 홀 소자로 검출한다. 이와 함께, 복수의 홀 소자의 각각의 근방에, 감자부의 감자 방향에 평행한 수직 자계 성분을 발생하는 수직 방향 자계 발생용 수단을 설치하고 있다. 이 수직 방향 자계 발생용 수단에 의해 발생한 수직 자계 성분을 홀 소자로 검출하도록 했다. 따라서, 자기 센서의 수직 방향 자계에 대한 감도와 수평 방향 자계에 대한 감도를 측정할 수 있다.
또한, 자기 센서의 상호 직교하는 3축 방향의 감도에 대해, 홀 소자 형성 시나 자성체 형성 시의 프로세스 의존성의 변동이나, 집적 회로가 가진 감도 변동으로부터 발생한, 감도 어긋남량을 보정하는 기능을 가질 수 있다.
또한, 이러한 자기 센서는, 자기 센서의 복수의 감자부로부터의, 각 축에 관한 자계 강도 정보에 기초하여, 감도를 연산하는 감도 연산부를 구비하였기 때문에, 감도 어긋남에 대해 자기 감도 보정이 가능해지고, 나아가서는 자기 센서의 감도 양부 판정에 따른 자기 진단이 가능해진다.
도 1은 종래의 자기 센서를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 종래의 홀 센서의 감도 보정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자기 센서에 있어서의 홀 소자의 주변의 자속 분포를 도시하는 도면이다.
도 4A는 본 발명의 감도 측정 기능을 갖는 자기 센서의 일 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 4B는 본 발명의 감도 측정 기능을 갖는 자기 센서의 일 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 5A는 본 발명에 따른 자기 센서의 수평 자계 발생용 코일에 의한 수평 자계 성분의 발생 상태를 도시하는 모식도의 평면도이다.
도 5B는 본 발명에 따른 자기 센서의 수평 자계 발생용 코일에 의한 수평 자계 성분의 발생 상태를 도시하는 모식도의 단면도이다.
도 6A는 본 발명에 따른 자기 센서의 수직 자계 발생용 코일에 의한 수직 자계 성분의 발생 상태를 도시하는 모식도의 평면도이다.
도 6B는 본 발명에 따른 자기 센서의 수직 자계 발생용 코일에 의한 수직 자계 성분의 발생 상태를 도시하는 모식도의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자기 센서의 감도 측정 장치의 구성도이다.
도 8A는 본 발명에 따른 자기 센서의 감도 측정 장치에 있어서의 감도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 8B는 본 발명에 따른 자기 센서의 감도 측정 장치에 있어서의 감도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 9는 자기 수속판의 두께를 파라미터로서 변화시킨 경우의, 홀 소자와 자기 수속판 저면간 거리(㎛)에 대한 감자면에 있어서의 자속 밀도(T)(절대치)와의 관계를 도시하는 도면이고, 감도의 자기 진단 시의 평면형 나선형 코일의 예를 도시하고 있다.
도 10은 홀 소자(He)와 자기 수속판(자성체; Mc) 저면간 거리를 파라미터로서 변화시킨 경우의, 자기 수속판의 두께(T)(㎛)와 감자면에 있어서의 자속 밀도(T)(절대치)와의 관계를 도시하는 도면이고, 감도의 자기 진단 시의 평면형 나선형 코일의 예를 도시하고 있다.
도 11은 도 9에 대응하는 상대 변화를 도시하는 도면이다.
도 12는 도 10에 대응하는 상대 변화를 도시하는 도면이다.
도 13은 자기 수속판의 두께를 파라미터로서 변화시킨 경우의, 홀 소자와 자기 수속판 저면간 거리(㎛)에 대한 감자면에 있어서의 자속 밀도(T)(절대치)와의 관계를 도시한 도면으로, 감도의 자기 진단 시의 루프형 코일의 예를 도시하고 있다.
도 14는 홀 소자(He)와 자기 수속판(자성체; Mc) 저면간 거리를 파라미터로 서 변화시킨 경우의, 자기 수속판의 두께(T)(㎛)와 감자면에 있어서의 자속 밀도(T)(절대치)와의 관계를 도시하는 도면으로, 감도의 자기 진단 시의 루프형 코일의 예를 도시하고 있다.
도 15는 도 13에 대응하여, 각 파라미터마다, 기준 위치로부터 보았을 때의 상대 변화를 도시하는 도면이다.
도 16은 도 14에 대응하여, 각 파라미터마다, 기준 위치로부터 보았을 때의 상대 변화를 도시하는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
이하의 실시예에서는, 감자부로서 홀 소자를 예시하여 설명하지만, 본 발명은 홀 소자에 한정되지 않고, 자성체에 대해 수직 방향의 자계를 검출할 수 있는 감자부이면 무엇이든 응용이 가능하다(자기 저항 소자, 외).
도 3은 본 발명의 자기 센서에 있어서의 홀 소자의 주변의 자속 분포를 도시하는 도면이다. 도면 중 실선으로 나타낸 곡선은, 자성체의 자기 수속 기능에 의한 수평-수직 자기 변환 특성을 나타내고 있다. 반도체 기판(13)의 단부에 각각 피크값을 나타내고, 중심을 향해 완만한 경사를 갖고 있다. 또, 도면 중 부호(14a, 14b)는 홀 소자, 15는 자성체를 나타내고 있다.
여기서, 홀 소자의 배치 위치는, 자기 센서의 용도에 따라 최적의 장소를 선택할 수 있다. 예컨대, 수평 방향과 수직 방향의 자계의 감도비를 구비하는 것과 같은 경우에서는 단부보다는 약간 자성체 중앙 근처에 홀 소자를 두는 것이 좋다. 예컨대, 수평 방향의 자계 감도를 될 수 있는 한 크게 하는 것과 같은 경우에서는 홀을 소자 자성체의 단부에 배치하는 것이 좋다.
또, 감자부가 자성체의 단부로부터 중앙 근처에 배치된 경우에는, 루프형 코일도, 감자부의 바로 위쪽?바로 아래 부근에 배치하는 것이 바람직하다.
도 4A 및 도 4B는 본 발명의 감도 측정 기능을 갖는 자기 센서의 일 실시예를 나타내는 구성도로, 도 4A는 평면도, 도 4B는 단면도이다. 도면 중 부호 21a, 21b는 X축 홀 소자, 21c, 21d는 Y축 홀 소자, 22는 자성체(자기 수속판; 원판), 23은 수평 자계 발생용 코일, 24a 내지 24d는 수직 자계 발생용 코일을 나타내고 있다.
본 발명에 있어서, 자기 센서는, 이하의 구성이다. 상호 이격하여 복수의 홀 소자(21a, 21b(X축 홀 소자) 및 21c, 21d(Y축 홀 소자))가 반도체 기판(도시하지 않음) 상에 설치되고, 이 반도체 기판 상에 각 홀 소자를 덮도록 자기 수속 기능을 갖는 자성체(22)가 설치되어 있다.
이미 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 홀 소자(21a 내지 21d)는, 자기 수속 기능을 갖는 자성체(22)와의 조합에 의해 3개의 좌표 축 또는 2개의 좌표 축이 상호 직교하는 2축 좌표계 또는 3축 좌표계, 즉, 상호 직교하는 2축 또는 3축의 검출축을 갖는다.
그런데, 본 발명에 있어서는, 복수의 홀 소자간의 영역 내에서, 또한 홀 소자(21a 내지 21d)와 자성체(22)와의 사이에는, 감자부의 감자 방향에 수직인 방향 으로 수평 자계 성분을 발생시키는 감도 측정을 위한 수평 자계 발생용 코일(23)이 설치되어 있다. 이 수평 자계 발생용 코일(23)에 의해 발생한 수평 자계 성분을, 자성체(22)의 단부 영역에 설치된 홀 소자(21a 내지 21d)에서 검출하도록 구성되어 있다.
수평 자계 성분의 검출은, 도 5B에 도시되는 바와 같이, 자성체 단부 근방에 있어서, 수평 자계 성분에 상관을 갖는 수직 자계 성분이 발생하고, 그 수직 자계 성분을 홀 소자로 검출함으로써 행해진다.
또한, 홀 소자(21a 내지 21d)와 수평 자계 발생용 코일(23)은, 자성체(22)에 대해 동일한 측에 배치되도록 구성되어 있다. 또한, 수평 자계 발생용 코일(23)은, 평면형의 나선형 코일인 것이 바람직하지만, 그 외 형태는 원형, 팔각형, 사각형 등의 여러 가지의 형상이 고려된다. 또한, 그 크기나 턴수도, 발생하는 자계의 효율이나 자기 수속판의 직경, 또한 홀 소자의 배치 등에 의해, 여러 가지 선택이 가능하다.
수평 자계 발생용 코일(23)은, 통상의 IC 프로세스에서 메탈 배선층을 이용하여 작성하는 것이 가능하다. 이 경우, 메탈의 기판에 가까운 층을 이용할지, 먼 층을 이용할지, 또한 복수의 배선층을 이용할지는, 필요로 하게 되는 자계 발생량과 코일 효율을 가미하여 선택할 수 있다.
또한, 복수의 홀 소자(21a 내지 21d)의 각각의 근방에, 상기 감자부의 감자 방향에 평행한 방향으로 수직 자계 성분을 발생시키는 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)을 설치한다. 이 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)에 의해 발생한 수 직 자계 성분을 자성체(22)의 단부 영역에 설치된 홀 소자(21a 내지 21d)에서 검출하도록 구성되어 있다.
따라서, 홀 소자(21a 내지 21d)는, 수평 자계 발생용 코일(23)에 의해서 발생한 수평 자계 성분의 검출과, 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)에 의해 발생한 수직 자계 성분의 검출을 겸비하고 있다.
또한, 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)은, 자성체(22)의 단부 영역에 배치되어, 수평 자계 발생용 코일(23)과 기판 상의 동일한 평면측에서, 또한 홀 소자(21a 내지 21d)의 바로 위쪽에 배치되도록 구성되어 있다.
또한, 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)은, 자성체(22)의 단부 영역에 배치되고, 수평 자계 발생용 코일(23)과 상이한 평면 상에서, 또한 홀 소자(21a 내지 21d)의 바로 아래에 배치하는 것도 가능하다.
이 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)은, 루프형의 코일이 바람직하고, 그 형상은 홀 소자의 형상이나 크기, 수 등에 의해, 원형, 정사각형, 직사각형등 여러 가지 선택이 가능하다.
수직 자계 발생용 코일(24)은, 통상의 IC 프로세스에서 메탈 배선층을 이용하여 작성하는 것이 가능하다. 이 경우, 메탈의 기판에 가까운 층을 이용할지, 먼 층을 이용할지, 또한 복수의 배선층을 이용할지는, 필요로 하게 되는 자계 발생량과 코일 효율을 가미하여 선택할 수 있다.
도 5A 및 도 5B는 본 발명에 따른 자기 센서의 수평 자계 발생용 코일에 의한 수평 자계 성분의 발생 상태를 도시하는 모식도로, 도 5A는 평면도, 도 5B는 단 면도이다.
수평 자계 발생용 코일(23)에 통전하면, 도 5B 중의 화살표로 나타내는 바와 같이, 감자부의 감자 방향에 수직인 방향으로 수평 자계 성분(X축 성분, Y축 성분)이 발생하고, 자성체(22)와 홀 소자(21a 내지 21d) 사이에는 수직 자계 성분(Z축 성분)이 발생한다.
이 수직 자계 성분은, 수평 자계 성분에 상관을 갖고 있기 때문에, 이 수직 자계 성분을 홀 소자(21a 내지 21d)에서 검출함으로써, 감자부의 감자 방향에 수직인 방향으로 발생하는 수평 자계 성분의 강도를 검출할 수 있다.
즉, 홀 소자(21a 내지 21d)는, 수평 자계 발생용 코일(23)에 의해 발생한, 감자부의 감자 방향에 수직인 방향의 수평 자계 성분을 검출할 수 있다.
도 6A 및 도 6B는 본 발명에 따른 자기 센서의 수직 자계 발생용 코일에 의한 수직 자계 성분의 발생 상태를 도시하는 모식도이다. 도 6A는 평면도, 도 6B는 단면도이다.
수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)에 통전하면, 도 6B 중의 화살표로 나타내는 바와 같이, 자성체(22)와 홀 소자(21a 내지 21d) 사이에는 수직 자계 성분(Z축 성분)이 발생한다. 이 수직 자계 성분을 홀 소자(21a 내지 21d)에서 검출함으로써, 수직 자계 성분의 강도를 검출할 수 있다. 즉, 홀 소자(21a 내지 21d)는, 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)에 의해 발생한, 자성체(22)와 홀 소자(21a 내지 21d) 사이의 수직 자계 성분을 검출할 수 있다.
여기서, 수평 자계 발생용 코일(23)에 의해 발생된 수평 자계 성분은, 자기 센서의 자성체(22)의 두께와, 이 자성체(22)와 홀 소자(21a 내지 21d)의 거리에 의존하는 것이다. 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)에 의해 발생된 수직 자계 성분은, 자성체(22)와 홀 소자(21a 내지 21d)의 거리에 의존하는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 감도 측정 기능을 갖는 자기 센서의 구성도이다. 도면 중 부호 31은 감자부, 32는 전환부, 33은 증폭부, 34는 감도 연산부, 34a는 축 성분 분해부, 34b는 감도 판정부, 34c는 감도 보정부, 35는 출력부, 36은 제어부, 37, 38은 전류원, 39는 센서 진단부를 나타내고 있다. 감자부(31)의 구성은 도 4에 도시하는 바와 같다. 감자부(31)의 홀 소자(21a 내지 21d)에 의해 검출된 자속 밀도는, 전환부(32)에 의해 홀 소자(21a 내지 21d) 중 임의의 하나의, 또는 이들의 조합한 자기 신호를 포함하는 구성으로 시분할 선택되어, 증폭부(33)를 통해 감도 연산부(34)에 입력된다. 이 감도 연산부(34)는, 감자부(31)의 홀 소자(21a 내지 21d)로부터의 전환부(32)에 의해 선택된 자기 신호에 기초하여, 상호 직교하는 수평 방향(X, Y), 수직 방향(Z)의 자기 감도(신호 성분)를 산출하는 것이다.
이 감도 연산부(34)는, 감자부(31)로부터의 자기 신호를 각 축의 자기 성분으로 분해하는 축 성분 분해부(34a)와, 이 축 성분 분해부(34a)로부터의 각 축의 자계 강도를 기준치와 비교하여 감도를 판정하는 감도 판정부(34b)와, 이 감도 판정부(34b)로부터의 감도 정보에 기초하여 감도 보정을 행하는 감도 보정부(34c)를 구비하고 있다.
또한, 제어부(36)는, 자기 센서의 수평 자계 발생용 코일(23)에 전류를 공급하는 제1 전류원(37)과, 자기 센서의 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)에 전류 를 공급하는 제2 전류원(38)으로부터의 전류 공급을 제어하고, 감도 연산부(34)의 감도 연산 기능을 제어하는 것이다. 구성 상, 전류원(37)과 전류원(38)은 별도로 하고 있지만, 실제로는 겸용하여도 상관없다.
이러한 구성을 갖는 감도 측정 장치로 행하는 신호 처리에 대해 설명한다.
전류원(37, 38)에 의해, 수평 자계 발생용 코일(23), 또는/및, 수직 자계 발생용 코일(24a 내지 24d)에 통전하여, 자장을 발생한다. 발생한 자장은, 자성체(22)를 통해, 집적 회로 평면에 형성된 홀 소자의 감자면을 관통하여, 자장이 검지된다. 자기 검출부의 배치로서는, 홀 소자는, 자성체(22)를 사이에 두고 X, Y의 각 축 방향으로 대향한 위치에 배치한다. 대향하는 홀 소자 중, X축 한 쪽을 X1,다른 쪽을 X2, Y축 한 쪽을 Y1, 다른 쪽을 Y2로 한다. 여기서, X1, X2, Y1, Y2는 각각 복수의 감자부로 구성되어 있어도 좋다. 또한 감자부는 홀 소자에 한정되지 않지 않는 것은 전술한 바와 같다.
감자부(31)에서 검출하여, 전환부(32) 및 증폭부(33)를 통해, 예컨대, X1, X2, Y1, Y2가, 시분할로 검출된다. 그렇게 하면, 감도 연산부(34)의 축 성분 분해부(34a)에 있어서, X, Y, Z축 성분으로 분해된다. 분해된 X, Y, Z축 성분의 각각은, 감도 판정부(34b)에서, 기준치와 비교되어, 진단된다(자기 진단).
이하에, 축 성분 분해의 순서의 일례를 나타낸다.
상기 순서로 취득된, X1, X2, Y1, Y2의 각 출력에 대해, 이하와 같은 연산을 한다. 수평 방향 성분은 대향하는 감자부 출력을 차분 처리함으로써 얻어진다.
(X1-X2)= 계수× Hx
(Y1-Y2)= 계수× Hy
이에 대하여, (X?Y축에 대해)수직인 Z축은, 합분 처리를 행한다.
(Y1+ Y2)= 계수× Hz
이와 같이 하여, X, Y, Z축에 관한 자계 강도를 얻을 수 있다.
실제로는, 평면형의 나선형 코일로부터 발생하는 수평 방향 자계는, 자성체 단부에서 각 홀 소자에 대해 동일한 세로 방향의 자계가 되어 입사하고, 상기 연산의 결과는 Z축 방향의 신호로서 산출된다. 그러나, 산출된 자기 계측치는, 본 자기 센서의 평면형의 나선형 코일로부터 발생하는 수평 방향 자계에 대한 감도에 상관이 있고, 그와 함께, 외부로부터의 균일 수평 방향 자계에 대한 감도에도 상관이 있다.
한편, 루프형 코일의 경우에는, 세로 방향 자계를 발생시키지만, 예컨대, X축 방향을 고려한 경우는, 상기 X1과 X2에 각각 동일한 방향이 되는 자계를 발생시킬지, 각각 상이한 방향이 되는 자계를 발생시킬지에 의해, 산출되는 자기 계측치는 상이하다.
동일한 방향이 되는 자계를 발생시키는 경우에는, Z축 방향의 신호로서 산출되고, 상이한 방향인 경우에는 X축 방향의 신호로서 산출된다. 그러나, 산출된 자기 계측치는, 본 자기 센서의 루프형 코일로부터 발생하는 수직 방향 자계에 대한 감도에 상관이 있고, 그와 함께, 외부로부터의 균일 수직 방향 자계에 대한 감도에도 상관이 있다.
코일에 통전하지 않을 때의 홀 소자 출력과, 코일에 통전했을 때의 홀 소자 출력의 차분을 취함으로써 외부로부터의 방해 자계 등의 영향을 배제하여, 코일로부터의 발생 자계에 기인하는 신호만을 추출할 수 있다. 코일의 통전의 방향을 플러스 방향, 마이너스 방향의 2회 계측하여, 그 차분을 취하는 방법이라도 좋다.
다음으로, 감도의 자기 진단 기능에 대해 설명한다.
홀 소자의 바로 위쪽에 배치된 루프형 코일과, 자기 수속판의 중앙 부근에 배치된 평면형의 나선형 코일을 이용할 수 있다. 예컨대, 나선형 코일에 통전하여 코일 주변에 수평 방향의 자계를 발생시킨다. 이 수평 방향 자계는, 자성체를 통과한 후, 자성체 단부의 공간에 재차, 자속이 방출된다. 이 때에 자계의 방향은 수직 방향의 성분을 가지고, 홀 소자의 감자면에서 검지할 수 있다. 코일에 통전하지 않을 때의 계측치, 혹은 역방향으로 통전했을 때의 계측와의 차분을 취함으로써 코일로부터의 발생 자계에 기인하는 신호만을 추출할 수 있다. 기준 전류에 대해 얻어진 신호치가 감도가 된다.
홀 소자로써 얻어진 감도와 감도 목표치에 대한 차를 파악하여, 본 자기 센서의 수평 방향 자계의 감도가 허용치 이내인지의 여부를 판단할 수 있다. 이에 따라, 자성체, 홀 소자, 또한 회로 블록의 기능 동작이 정상인지의 여부를 판단한다.
혹은, 홀 소자의 바로 위쪽에 배치된 루프형 코일에 통전하여 코일 주변에 자계를 발생시켜, 홀 소자의 감자면에 입사시킬 수도 있다. 이에 따라, 본 자기 센서의 수직 방향 자계의 감도가 허용치 이내인지의 여부를 판단할 수 있다. 전술한 처리를 경유하여, 얻어진 감도와 감도 목표치에 대한 차를 파악하여, 자성체, 홀 소자, 또한 회로 블록마다의 기능 동작 상황을 판단한다. 이들의 연산은 감도 판정 부(34b) 및 이것을 제어하는 제어부(36)에서 행해진다.
다음으로, 감도의 자기 보정 기능에 대해 설명한다.
감도 판정부(34b)는, 자기 진단 기능 동작 시에 의해 얻어진 감도와, 감도 목표치와의 사이의 차이량을 판정한다. 차이량에 따라, 감도 보정부(34c)는 그 차이량으로부터 각 축마다 외부 균일 자계에 대한 감도의 보정량을 산출하고, 동일하게 감도 보정부(34c) 내부의 Fuse나 비휘발성 메모리 등에 감도 보정량을 기록한다. 감도 보정량은, 통상, 3축마다 제각각이고, 예컨대, X 방향의 감도를 기준으로, Y 방향이나 Z 방향의 감도 보정량을 설정하여도 좋고, 각 축마다의 표준치에 대한 측정치의 차이량을, 각 축 별로 보정량으로서 설정하여도 좋다. 감도 보정은 축 성분 분해부(34a)에서 분해된 각 축 신호에 대해 행하지만, 경우에 따라서는, 전환부(32)나 증폭부(33), 나아가서는 감자부(31)에 대해 적용할 수도 있다.
다음으로, 기능 동작의 진단에 대해 설명한다.
감도 판정부(34b)의 감도 정보에 기초하여, 그 감도 어긋남량이 허용 범위에 있는 경우는, 감도 보정부(34c)에 의해 감도 보정되어, 출력부(35)를 통해 정상적인 출력 신호를 얻을 수 있다(양품 판정, 출하됨). 또한, 센서 진단부(39)는, 감도 연산부(34)의 감도 판정부(34b)로부터의 감도 정보에 기초하여, 감도 양부를 자기 진단한다. 불량품이라고 판단되면 자기 센서는 사용하지 않음(파기)이 된다.
본 발명의 감도 측정 방법은, 출하 시에 다수개의 자기 센서를 일괄하여 테스트하는 것이 가능하여, 이에 따라 테스트 비용이 삭감된다. 또한, 사용자 사용 시에 동작 검증하는 일도 가능해진다.
다음으로, 코일에 의한 진단 모드와 측정 모드의 대응에 대해 설명한다.
도 4에 있어서, 자성체(22)는 원형으로 반경 155 ㎛로 한다. 홀 소자(21a, 21b, 21c, 21d)는 각각 홀 소자의 중심 위치가 자성체(22)의 중심으로부터 150 ㎛ 가 되도록 배치했다. 홀 소자 감자면 사이즈는 15 ㎛이다.
홀 소자-자기 수속판 저면간 수직 이격 거리가 10 um를 중심으로 하여, 프로세스 상의 변동이 수 ㎛ 있다고 하면, 반경(R)은 155 um에 대해 수 ㎛ 전후, 두께(T)는 13 um에 대해 수 ㎛ 전후, 자성체의 수평면내 위치는 센터 위치로부터 수 ㎛ 전후 각각 변동이 있는 것으로 한다.
이 때에, 평면형의 나선형 코일에 통전을 하여, 코일 주변에 수평 방향의 자계를 발생시킨다. 이 수평 방향 자계는, 자성체를 통해, 그 단부의 공간에 재차 자속이 방출된다. 이 때에 자계의 방향은 수직 방향의 성분을 가지고, 홀 소자의 감자면에서 검지할 수 있다. 이 구성에 있어서는, 자성체와 홀 소자간의 수직 방향 이격 거리 변동?자성체의 직경 변동?자성체의 수평면내 위치 어긋남?자성체의 두께 변동 등이, 감자면에서의 자장 강도 변화(감도 변화)가 되어 검지할 수 있다. 홀 소자의 바로 위쪽에 배치된 루프형 코일에 통전함으로써, 주로, 자성체와 홀 소자 사이의 수직 방향 이격 거리 변동?자성체의 직경 변동?자성체의 수평면내 위치 어긋남 등이, 감자면에서의 자장 강도 변화(감도 변화)가 되어 검지할 수 있다.
예컨대, 미리 프로세스 변동마다, 진단 모드에서의 각종 코일 자장에 의한 각 축의 감도비와 측정 모드에서의 각 축의 감도비의 교정을 취해 둔다. 교정 곡선을 바탕으로, 감도 보정부(34c)에 의해 감도 보정(감도 조정)된다. 보정량은, 출력 부(35)에 출력되는 각 축으로 분해된 자기 출력 데이터에 대해 수치적으로 보정을 행하는 방법이 바람직하지만, 여기에 한정되지 않고 다른 보정 수단에 대해 적용하는 것도 가능하다. 후단의 회로 블록에서의 게인 어긋남은, 기본적으로는, X, Y, Z 전체로서의 감도 어긋남이 된다. 각 축의 감도의 절대치도 포함시켜 보정해야 하는 경우에는, 이 회로 블록에서의 게인 변동도 포함시켜 보정하는 것이 바람직하다. 각 축의 감도비만을 일정하게 하면 좋은 경우는, 전체 게인 변동은 보정하지 않고, 어느 하나의 각 축을 기준으로 하여, 다른 축의 감도비를 보정하는 것도 가능하다.
상기 조건에서의 평면형 나선형 코일, 루프형 코일에 따라, 프로세스 변동에 의한 감도가 보이는 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 9는 홀 소자와 자기 수속판 저면간 거리(㎛)와, 감자면에 있어서의 자속 밀도(T)(절대치)의 관계를 도시한 도면이다. 자기 수속판의 두께를 파라미터로 했다.
도 10은 자기 수속판의 두께(T)(㎛)와, 감자면에 있어서의 자속 밀도(T)(절대치)의 관계를 도시한 도면이다. 홀 소자(He)와 자기 수속판(Mc) 저면간 거리(㎛)를 파라미터로 했다.
모두 감도의 자기 진단 시의 평면형 나선형 코일의 예를 도시하고 있다. 또, 도 11 및 도 12는 도 9 및 도 10에 대응하여, 각 파라미터마다, 기준 위치로부터 보았을 때의, 상대 변화를 도시한 도면이다.
평면형 나선형 코일에 관해, 이하와 같은 구성예를 들 수 있다. 자기 수속판(원형)의 직경이 310 ㎛, 홀 소자는 자기 수속판의 단부로부터 내측(코일의 아래 쪽)에 5 ㎛의 위치에 배치한다. 코일의 형상은 8각형, 코일 배선 폭이 4㎛, 배선 간격이 1 ㎛, 코일에는 1 mA의 통전, 코일 중심으로부터 120 ㎛～20 ㎛ 사이 20 감기와 120 ㎛～70 ㎛ 사이 10 감기로 했다. 평면형 나선형 코일에 의해 발생하는 수평 방향 자계는, 자기 수속판을 경유하여, 수속 판단부에서 수직 방향 성분으로 변화되어, 홀 소자에 의해 감지된다.
홀 소자와 자기 수속판 저면간 거리(수직 이격 거리)가 9 ㎛～11 ㎛인 경우에, 자기 수속판 두께가 10 ㎛～16 ㎛의 범위에서, 1 mA 통전 시의 홀 소자 감자면에서의 자계 강도는, 대략, 55 μT였다. 수직 이격 거리가 9 ㎛～11 ㎛에서는, 감도는 약 7% 정도의 감도 변화였다. 자기 수속판 두께가 10 ㎛～16 ㎛에서는, 약 2%의 감도 변화가 보였다. 이와 같이, 수평 방향 자계에 대해, 수직 이격 거리나 자기 수속판 두께가 변동한 경우, 홀 소자가 느끼는 자계 감도가 유의(有意)하게 변화하는 것을 알 수 있었다.
루프형 코일에 관해, 이하와 같은 구성예를 들 수 있다.
도 13은 홀 소자와 자기 수속판 저면간 거리(㎛)에 대한, 감자면에 있어서의 자속 밀도(T)(절대치)와의 관계를 도시한 도면이다. 자기 수속판의 두께 변화를 파라미터로 했다.
도 14는 자기 수속판의 두께(T)(㎛)와 감자면에 있어서의 자속 밀도(T)(절대치)와의 관계를 도시한 도면이다. 홀 소자(He)와 자기 수속판(자성체; Mc) 저면간 거리의 변화를 파라미터로 했다.
모두 감도의 자기 진단 시의 루프형 코일의 예를 나타내고 있다. 또, 도 15 및 도 16은 도 13 및 도 14에 대응하여, 각 파라미터마다, 기준 위치에서 보았을 때의, 상대 변화를 도시한 도면이다.
자기 수속판(원형)의 직경이 310 ㎛, 홀 소자는 자기 수속판의 단부로부터 내측(코일의 아래쪽)에 5 ㎛의 위치에 배치하고, 코일의 형상은 직사각형, 코일 배선 폭이 4㎛, 배선 간격이 1 ㎛, 1 감기, 코일에는 1 mA의 통전으로 했다. 루프형 코일에 의해 발생하는 수직 방향 자계는, 코일 바로 아래의 홀 소자에 의해 감지된다.
홀 소자와 자기 수속판 저면간 거리(수직 이격 거리)가 9 ㎛～12 ㎛인 경우에, 자기 수속판 두께가 12 ㎛이고, 1 mA 통전 시의 홀 소자 감자면에서의 자계 강도는, 대략, 64 μT였다. 수직 이격 거리가 9 ㎛～11 ㎛에서는, 감도는, 약 5% 정도의 감도 변화였다. 자기 수속판 두께가 10 ㎛～16 ㎛에서는, 약 1% 이하의 감도 변화가 보여졌다. 이와 같이, 수직 방향 자계에 대해, 수직 이격 거리가 변동한 경우, 홀 소자가 느끼는 자계 감도가 유의하게 변화하는 것을 알 수 있었다.
도 8A 및 도 8B는 본 발명에 따른 자기 센서의 감도 측정 장치에 있어서의 감도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시하는 도면이다. 본 발명의 자기 센서의 감도 측정 방법은, 도 4에 도시한 자기 센서의 감도를 측정하는 감도 측정 방법이다.
우선, 감도 측정 모드를 설정하고(단계 S1), 수직 자계 발생 코일 및 수평 자계 발생 코일에의 전류를 흘리지 않는다(단계 S2). 다음으로, 제1 내지 제4 자기 센서에서 자계 강도를 측정한다(단계 S3). 다음으로, 제1 측정 데이터를 기억한다 (단계 S4). 다음으로, 수직 자계 발생 코일에 전류를 흘려 자계를 발생시킨다(단계 S5). 다음으로, 제1 내지 제4 자기 센서에서 자계 강도를 측정한다(단계 S6). 다음으로, 제2 측정 데이터를 기억한다(단계 S7).
다음으로, 수직 자계 발생 코일에 역방향의 전류를 흘려 역방향의 자계를 발생시킨다(단계 S8). 다음으로, 제1 내지 제4 자기 센서에서 자계 강도를 측정한다(단계 S9). 다음으로, 제3 측정 데이터를 기억한다(단계 S10). 다음으로, 수평 자계 발생 코일에 전류를 흘려 자계를 발생시킨다(단계 S11). 다음으로, 제1 내지 제4 자기 센서에서 자계 강도를 측정한다(단계 S12). 다음으로, 제4 측정 데이터를 기억한다(단계 S13).
다음으로, 수평 자계 발생 코일에 역방향의 전류를 흘려 역방향의 자계를 발생시킨다(단계 S14). 다음으로, 제1 내지 제4 자기 센서에서 자계 강도를 측정한다(단계 S15). 다음으로, 제5 측정 데이터를 기억한다(단계 S16).
다음으로, 제1 측정 데이터와 제2 측정 데이터와 제3 측정 데이터 전부 또는 2개의 조합으로부터, 상호 직교하는 2축 또는 3축 방향의 자계 성분 데이터를 산출한다(단계 S17). 다음으로, 자계 성분 데이터를 제1 자기 감도 데이터로서 기억한다(단계 S18).
다음으로, 제1 측정 데이터와 제4 측정 데이터와 제5 측정 데이터 전부 또는 2개의 조합으로부터, 상호 직교하는 2축 또는 3축 방향의 자계 성분 데이터를 산출한다(단계 S19). 다음으로, 자계 성분 데이터를 제2 자기 감도 데이터로서 기억한다(단계 S20).
다음으로, 제1 자계 성분 데이터 및 제2 자계 성분 데이터로부터, 2축 또는 3축의 자기 감도의 보정 계수를 산출한다(단계 S21). 다음으로, 보정 계수를 기억한다(단계 S22). 이와 같이 하여, 감도 어긋남에 대해 자기 감도 보정을 가능하게 하고, 나아가서는 자기 센서의 감도 양부 판정에 의한 자기 진단을 가능하게 한다.
본 발명은, 복수의 홀 소자가 상호 이격하여 설치된 반도체 기판과, 이 반도체 기판 상에 설치된 자성체를 구비한 자기 센서에 있어서 감도 측정 기능을 갖게 하기 위한 자기 센서 및 그 감도 측정 방법에 관한 것으로, 자기 센서의 수직 방향 자계에 대한 감도와 수평 방향 자계에 대한 감도를 측정할 수 있다. 또한, 자기 센서의 상호 직교하는 3축 방향의 감도에 대해, 홀 소자 형성 시나 자성체 형성 시의 프로세스 의존성의 변동이나 집적 회로가 갖는 감도 변동으로부터 생기는 감도 어긋남량을 보정하는 기능을 가질 수 있다. 또한, 자기 센서의 감도 양부 판정에 의한 자기 진단과 감도 어긋남에 대한 자기 감도 보정(조정)을 가능하게 한다.

Claims (31)

  1. 복수의 감자부(感磁部)가 상호 이격되어 설치된 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 설치된 자성체를 포함하고, 상기 감자부는 상기 자성체의 단부(端部) 영역에 설치된 자기 센서에 있어서,
    상기 복수의 감자부로 둘러싸인 영역 내의 상기 감자부와 상기 자성체 사이에 위치하고, 상기 감자부의 감자 방향에 수직인 방향으로 수평 자계 성분을 발생시키는 감도 측정을 위한 수평 자계 발생 수단을 포함하며, 상기 감자부는, 상기 수평 자계 발생 수단에 의해 발생한 상기 수평 자계 성분에 상관하는 수직 자계 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감자부와 상기 수평 자계 발생 수단은, 상기 자성체에 대해 동일한 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수평 자계 발생 수단에 의해 발생된 수평 자계 성분의 자속 밀도는, 상기 자성체의 두께와 함께, 상기 자성체와 상기 감자부와의 거리에 의존하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 감자부는 홀 소자인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 수평 자계 발생 수단은 평면형의 나선형 코일인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 감자부의 각각의 위 또는 아래에 위치하며, 상기 감자부의 감자 방향에 평행한 방향으로 수직 자계 성분을 발생시키는, 감도 측정을 위한 수직 자계 발생 수단을 설치하고, 상기 감자부는, 상기 수직 자계 발생 수단에 의해 발생한 상기 수직 자계 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수평 자계 발생 수단에 의해 발생된 수평 자계 성분의 자속 밀도는, 상기 자성체의 두께와 함께, 상기 자성체와 상기 감자부와의 거리에 의존하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감자부는 홀 소자인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수평 자계 발생 수단은 평면형의 나선형 코일인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 감자부의 각각의 위 또는 아래에 위치하며, 상기 감자부의 감자 방향에 평행한 방향으로 수직 자계 성분을 발생시키는, 감도 측정을 위한 수직 자계 발생 수단을 설치하고, 상기 감자부는, 상기 수직 자계 발생 수단에 의해 발생한 상기 수직 자계 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 감자부는 홀 소자인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수평 자계 발생 수단은 평면형의 나선형 코일인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 감자부의 각각의 위 또는 아래에 위치하며, 상기 감자부의 감자 방향에 평행한 방향으로 수직 자계 성분을 발생시키는, 감도 측정을 위한 수직 자계 발생 수단을 설치하고, 상기 감자부는, 상기 수직 자계 발생 수단에 의해 발생한 상기 수직 자계 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 수평 자계 발생 수단은 평면형의 나선형 코일인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 감자부의 각각의 위 또는 아래에 위치하며, 상기 감자부의 감자 방향에 평행한 방향으로 수직 자계 성분을 발생시키는, 감도 측정을 위한 수직 자계 발생 수단을 설치하고, 상기 감자부는, 상기 수직 자계 발생 수단에 의해 발생한 상기 수직 자계 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 감자부의 각각의 위 또는 아래에 위치하며, 상기 감자부의 감자 방향에 평행한 방향으로 수직 자계 성분을 발생시키는, 감도 측정을 위한 수직 자계 발생 수단을 설치하고, 상기 감자부는, 상기 수직 자계 발생 수단에 의해 발생한 상기 수직 자계 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수직 자계 발생 수단은, 상기 수평 자계 발생 수단과 동일한 측의 평면 상에서, 또한 상기 감자부의 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 수직 자계 발생 수단은, 상기 자성체의 단부 영역에 배치되고, 상기 수평 자계 발생 수단과 상이한 평면 상에서, 또한 상기 감자부의 아래에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 수직 자계 발생 수단에 의해 발생된 수직 자계 성분의 자속 밀도는, 상기 자성체와 상기 감자부와의 거리에 의존하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 수직 자계 발생 수단은 루프형 코일인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 자기 센서의 수평 자계 발생 수단 및 수직 자계 발생 수단에 전류를 공급하는 하나 이상의 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  22. 제16항에 있어서,
    상호 직교하는 2축 또는 3축의 검출축을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 자기 센서의 수평 자계 발생 수단 및 수직 자계 발생 수단에 전류를 공급하는 하나 이상의 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 자기 센서의 복수의 감자부로부터의 각 축에 관한 자계 강도 정보에 기초하여 감도를 연산하는 감도 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 감도 연산부는, 상기 자기 센서로부터의 자계 강도 정보를 각 축마다의 성분으로 분해하는 축 성분 분해부와, 상기 축 성분 분해부로부터의 자계 강도 정보의 각 축 성분을 미리 결정된 기준치와 비교하여 감도를 판정하는 감도 판정부와, 상기 감도 판정부로부터의 감도 정보에 기초하여 감도 보정을 행하는 감도 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 감도 판정부로부터의 감도 정보에 기초하여, 상기 자기 센서의 감도 양부(良否)를 자기(自己) 진단하는 센서 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 자기 센서의 수평 자계 발생 수단 및 수직 자계 발생 수단에 전류를 공급하는 하나 이상의 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  28. 제16항에 기재한 자기 센서에 있어서의 감도 측정 방법으로서,
    수평 자계 성분을 발생하는 단계와,
    상기 수평 자계 성분에 상관하는 수직 자계 성분을 상기 감자부에서 검출하는 단계와,
    상기 감자부로부터의 자속 밀도에 기초하여, 감도를 연산하는 단계와,
    상기 수직 자계 성분을 발생하는 단계와,
    상기 수직 자계 성분을 상기 감자부에서 검출하는 단계와,
    상기 감자부로부터의 자속 밀도에 기초하여 감도를 연산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 감도 측정 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 감도를 연산하는 단계는, 상기 자기 센서로부터의 자계 강도 정보를 축 성분 분해부에서 각 축마다의 성분으로 분해하는 단계와, 상기 축 성분 분해부로부터의 자계 강도 정보의 각 축 성분을 감도 판정부에서 미리 결정된 기준치와 비교하여 감도를 판정하는 단계와, 상기 감도 판정부로부터의 감도 정보에 기초하여 감도 보정부에서 감도 보정을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 감도 측정 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 감도 판정부로부터의 감도 정보에 기초하여 센서 진단부에서 상기 자기 센서의 감도 양부를 자기 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 감도 측정 방법.
  31. 삭제
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