KR102473717B1 - 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트 - Google Patents

전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트에 관한 것으로서, 회로기판의 상면에 표면 실장 방식으로 장착되며 전류를 측정하는 전류센서소자와, 전류센서 소자 상부에 배치되며 도전소재로 형성된 버스바와, 전류센서 소자에 대해 버스바가 설정된 에어갭 이격범위로 이격되게 버스바를 지지하도록 회로기판에 실장된 갭유지 안착부재와, 회로기판을 내부에 수용되게 장착할 수 있게 하부가 열린 내부수용공간을 갖으며 회로기판이 안착되게 장착된 상태에서 갭유지 안착부재에 안착된 버스바가 측면을 통해 외부로 관통상태로 연장되게 배치될 수 있게 사이드 관통홈이 형성된 하부 케이스와, 하부 케이스의 상부에서 하부 케이스 내에 수용된 부분을 외부에 대해 차폐하게 내부수용공간 상부에서 결합되는 상부 덮개를 구비한다. 이러한 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트에 의하면, 온도 및 습도와 같은 외부 환경변화에 따라 버스바와 전류센서소자가 수용되는 하우징에 변형이 발생하여도 전류센서소자와 버스바와의 에어갭이 안정적으로 유지되는 장점을 제공한다.

Description

전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트{air gap keeping unit between GMR device bus-bar}
본 발명은 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트에 관한 것으로서, 상세하게는 외부 환경 변화에 대한 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 안정성을 향상시킨 에어갭 유지 유니트에 관한 것이다.
자기 저항은 그 물질에 인가하는 자기장이 변함에 따라 전기저항값이 변하는 현상으로, 금속인 공초격자(예, Fe/Cr) 및 미세 입상합금박막(예, Cu-Co)에서 매우 큰 저항변화를 일으키는 이른바 거대자기저항 현상이 발견되었으며, 이러한 성질을 이용하여 정보재생수단인 헤드 및 자기장 센서, 초대용량 컴퓨터 하드디스크 헤드 재료, 초정밀 자기장 센서, 고정식 자기장, 인식기, X선 회절기의 거울 재료 등 매우 많은 자기장 분야로의 응용 연구가 활발히 진행되고 있다.
거대 자기저항소자는 전도성 비자성층을 사이에 두고 자유층과 고정층의 스핀 방향의 차이에 따라 전도전자의 부가적인 산란으로 저항의 변화가 생기는 것을 이용한 것이다.
이러한 거대 자기저항소자는 국내 공개특허 제10-1997-0003289호 등 다양하게 개시되어 있다.
한편, 거대 자기저항소자는 전류를 측정하기 위한 전류 센서소자로도 이용되는데 버스바를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 적용되는 경우 온도 및 습도와 같은 외부 환경변화에 따라 버스바와 전류센서소자가 수용되는 하우징에 변형이 발생하여도 전류센서소자와 버스바와의 에어갭이 안정적으로 유지되는 구조가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 온도 및 습도와 같은 외부 환경변화에 따라 버스바와 전류센서소자가 수용되는 하우징에 변형이 발생하여도 전류센서소자와 버스바와의 에어갭이 안정적으로 유지되는 구조의 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트는 판형상으로 형성된 회로기판과; 상기 회로기판의 상면에 표면 실장 방식으로 장착되며 전류를 측정하는 적어도 하나의 전류센서소자와; 상기 전류센서 소자 상부에 배치되며 도전소재로 형성된 버스바와; 상기 전류센서 소자에 대해 상기 버스바가 설정된 에어갭 이격범위로 이격되게 상기 버스바를 지지하도록 상기 회로기판에 실장된 갭유지 안착부재와; 상기 회로기판을 내부에 수용되게 장착할 수 있게 하부가 열린 내부수용공간을 갖으며 상기 회로기판이 안착되게 장착된 상태에서 상기 갭유지 안착부재에 안착된 상기 버스바가 측면을 통해 외부로 관통상태로 연장되게 배치될 수 있게 사이드 관통홈이 형성된 하부 케이스와; 상기 하부 케이스의 상부에서 상기 하부 케이스 내에 수용된 부분을 외부에 대해 차폐하게 상기 내부수용공간 상부에서 결합되는 상부 덮개;를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 버스바는 상기 하부 케이스의 측면에 상호 대향되며 하방으로 인입되게 형성된 상기 사이드 관통홈에 안착되는 상부 수평부분과, 상기 상부 수평부분으로부터 하방으로 절곡되어 연장된 수직부분 및 상기 수직부분의 하단에서 수평상으로 연장된 하부 수평부분을 갖는 구조로 되어 있고, 상기 상부 수평부분의 상기 전류센서소자와 대향되는 부분에는 상하로 관통되는 사각 관통홈이 형성된다.
또한, 상기 전류센서 소자는 기판, 버퍼층, 반강자성층, 고정층, 비자성층, 자유층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 자유층은 CoFeZr층/Pd층이 2회 순차 반복 적층되어 형성되어 있고, 상기 자유층 상부에 Ru/Ta/DLC/SiO2 이 순차적으로 형성된 보호층;을 구비한다.
본 발명에 따른 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트에 의하면, 온도 및 습도와 같은 외부 환경변화에 따라 버스바와 전류센서소자가 수용되는 하우징에 변형이 발생하여도 전류센서소자와 버스바와의 에어갭이 안정적으로 유지되는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 에어갭 유지 유니트를 다른 각도에서 도시한 사시도이고,
도 3은 도 2의 에어캡 유지 유니트를 분해하여 도시한 분해 사시도이고,
도 4는 도 3에 도시된 전류센서소자의 구조에 대한 예를 나타내 보인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 에어갭 유지 유니트를 다른 각도에서 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 에어캡 유지 유니트를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트(100)는 하우징(110), 버스바(130), 회로기판(140), 전류센서 소자(200)를 구비한다.
하우징(110)은 후술되는 회로기판(140) 및 버스바(130)의 상부 수평부분(130a)을 수용할 수 있게 형성되어 있다.
하우징(110)은 하부 케이스(112)와 상부 덮개(114)로 되어 있다.
하부 케이스(112)는 회로기판(140)을 내부에 수용되게 장착할 수 있게 하부가 열린 내부수용공간(113)을 갖으며 회로기판(140)이 안착되게 장착된 상태에서 후술되는 갭유지 안착부재(160)에 안착된 버스바(130)가 측면을 통해 외부로 관통상태로 연장되게 배치될 수 있게 사이드 관통홈(112a)(112b)이 형성된 구조로 되어 있다. 하부 케이스(112)에는 회로기판(140)의 외부로 노출되는 접속커넥터(142)가 삽입되기 위한 커넥터 삽입홈도 측면에 형성되어 있다.
상부 덥개(114)는 하부 케이스(12)의 상부에서 하부 케이스(112) 내에 수용된 회로기판(140) 및 버스바(130)의 일부분을 외부에 대해 차폐하게 내부수용공간(113) 상부에서 결합된다. 상부 덮개(114)에는 하부 케이스(112)의 바닥면에 장착된 결합부재와 나사를 통해 결합할 수 있는 나사 수용홀(114a)이 형성되어 있다.
버스바(Bus-bar)(130)는 후술되는 전류센서 소자(200) 상부에 배치되며 도전소재로 형성되어 전기적 접속 단자로서 기능하는 요소로서 3개가 적용되어 있고, 적용개수는 도시된 예와 다를 수 있음은 물론이다.
버스바(130)를 설명의 편의를 위해 구분하면, 하부 케이스(112)의 측면에 상호 대향되며 하방으로 인입되게 형성된 사이드 관통홈(112a)(112b)에 안착되는 상부 수평부분(130a)과, 상부 수평부분(130a)으로부터 하방으로 절곡되어 연장된 수직부분(130b) 및 수직부분(130b)의 하단에서 상부 수평부분(130a)으로부터 멀어지는 방향을 따라 수평상으로 연장된 하부 수평부분(130c)을 갖는 구조로 되어 있다.
또한, 상부 수평부분(130a)의 전류센서소자(200)와 대향되는 부분에는 상하로 관통되는 사각 관통홈(132)이 형성되어 있다. 사각 관통홈(132)은 전류 센서소자(200)가 진입될 수 있는 진입공간을 제공하기 위한 것이다. 상부 수평부분(130a)의 저면에는 후술되는 갭유지 안착부재(160)가 일부 진입될 수 있는 끼움홈이 형성된 것이 바람직하다.
도시된 예에서 중앙에 배치되는 버스바(130)의 수직부분(130b)은 상부 수폄부분(130a)과 동일한 폭으로 하방으로 연장된 구조가 적용되어 있고, 중앙을 기준으로 양측 가장자리에 배치되는 버스바(130)의 수직부분(130b)은 상부 수평부분(130a)보다 중앙에서 각각 멀어지는 방향으로 더 연장된 폭을 갖는 구조로 형성되어 있다.
회로기판(140)은 판형상으로 형성되어 있고, 저면 일측에 접속커넥터(142)가 장착되어 있고, 상면에 전류 센서소자(200)가 각 버스바(130)에 대응되게 장착되어 있다.
갭유지 안착부재(160)는 전류센서 소자(200)에 대해 버스바(130)가 설정된 에어갭 이격범위로 이격되게 버스바(130)를 지지하도록 회로기판(140)에 실장되어 있다.
갭유지 안착부재(160)는 전류센서소자(200)를 기준으로 버스바(130)의 상부 수평부분(130a)의 연장방향을 따라 전후에 각각 배치되어 있다.
갭유지 안착부재(160)는 온도 및 습도에 대해 변형률이 적은 금속소재로 형성될 수 있다. 또한, 갭유지 안착부재(160)는 회로기판(140)에 장착되며 상방으로 제1외경을 갖게 연장된 베이스부분(160a)과, 베이스부분(160a)의 중앙에서 제1외경보다 작은 제2외경을 갖으며 상방으로 연장되어 상부 수평부분(130a)의 저면에 형성된 끼움홈에 삽입되는 끼움돌기(160b)를 갖는 구조로 되어 있다. 여기서, 베이스부분(160a)의 제1외경은 끼움홈의 내경보다 크게 형성된다.
전류센서소자(200)는 회로기판(140)의 상면에 표면 실장 방식으로 장착되며 대응되는 버스바(130)의 전류를 측정한다.
전류센서 소자(200)는 코어리스(coreless) 자기저항소자(GMR)로 형성된 것이 적용되며 상세구조를 도 4를 참조하여 설명한다.
전류센서 소자(200)는 기판(210), 버퍼층(220), 반강자성층(230), 고정층(240), 비자성층(250), 자유층(260) 및 보호층(270)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다.
기판(210)은 Si, SiO2, 유리 중 어느 하나로 형성된 것을 적용한다.
버퍼층(220)은 기판(210) 위에 형성되어 있고, 반강자성층(230)이 원할하게 성장할 수 있게 성장을 가이드한다.
버퍼층(220)은 일반적으로 적용되는 Ta로 형성될 수 있다.
또 다르게는 버퍼층(220)은 이종 박막의 합성을 지원할 수 있도록 초전도 하이브리드 박막 합성을 지원하는 Nb소재로 형성된다.
버퍼층(220)은 진공분위기에서 250℃에서 1시간 정도 열처리하는 것을 적용하고, 이 경우 자기저항 특성이 향상된다.
반강자성층(230)은 Mn을 포함한 합금을 적용할 수 있다.
일 예로서, 반강자성층(230)은 IrMn합금, FeMn합금, NiMn합금으로 형성될 수 있다.
이와는 다르게, 반강자성층(230)은 후술되는 고정층(240) 형성용 강자성층소재에 반자성 특성을 갖는 물질을 주입하여 형성할 수 있다. 이 경우 제조공정이 단순화될 수 있다.
일 예로서 반강자성층(230)은 후술되는 고정층(240)용 강자성소재인 CoFeZr에 N, Ar, Xe 중 어나 하나를 이온주입하여 형성한다.
여기서, 반강자성층(230)은 CoFeZr에 N, Ar, Xe 중 어느 하나를 반강자성을 유지할 수 있는 양으로 충분히 주입하면 된다.
CoFeZr층은 Co, Fe, Zr 각각의 모재를 이용하여 스퍼터링에 의해 형성해도 된다.
고정층(240)은 자화방향을 고정시키는 역할을 하며 열적 안정성을 높일 수 있으면서 수직 자화도를 향상시킬 수 있게 형성된다.
여기서 수직자화도는 증착면에 수직한 방향에 대해 수직자기 이방성을 갖는 것을 말한다.
증착면에 수평한 방향에 대해 자기 이방성을 갖는 면상자기 이방성은 박막 적층수가 증가할 수록 자기 이방성이 떨어지는 반면 수직자기 이방성은 박막 적층수가 증가해도 자기 이방성이 떨어지지 않는 장점을 갖는다.
고정층(240)은 CoFeZr층(241)/Pd층(242)/CoFeZr(243)층이 순차적으로 적층되어 형성되어 있다.
CoFeZr층(241)(243)은 CoFeZr소재로 형성된 층으로 그 상부에 형성되는 비자성층(250) 및 자유층(260) 등의 구조적 안정성을 제공한다.
즉, CoFeZr층(241)(243)은 고온에서 동작 시에도 원하는 자화 방향의 전환 효율이 안정적이며, 비정질로서 원하는 표면 정밀도를 갖고 있어 그 상부에 형성되는 다층 구조를 안정적으로 성장할 수 있게 지원한다.
또한, CoFeZr층(241)(243) 사이에 삽입된 Pd층(242)은 CoFeZr층(241)(243)의 수직자화를 유도하여 자기 저항비를 향상시킨다.
CoFeZr층(241)(243)에서 CoFe에 대한 Zr의 분율(at%)은 15 내지 30at%로 적용한다.
비자성층(250)은 Cu 또는 Ag로 형성한다.
자유층(260)은 CoFeZr층/Pd층이 2회 순차 반복 적층되어 형성되어 있다.
즉, 자유층(260)은 CoFeZr층(261)/Pd층(262)/CoFeZr층(263)/Pd층(264)으로 형성되어 있다.
이러한 자유층(260)은 CoFeZr층(261)(263)에 의해 열적 안정성과 구조적 안정성을 제공함과 아울러 Pd층(262)(264)에 의해 수직 자화도도 향상된다.
보호층(270)은 최상단의 Pd층(264) 위에 형성되어 있다.
보호층(270)은 자유층(260) 상부에 부식에 대한 저항성을 향상시키도록 Ru/Ta/DLC/SiO2이 순차적으로 형성되어 있다.
즉, 보호층(270)은 자유층(260) 상부에 Ru소재로 형성된 제1보호층(270a)과, 제1보호층(270a) 위에 Ta소재로 형성된 제2보호층(270b), 제2보호층(270b) 위에 DLC(Diamond like carbon)로 형성된 제3보호층(270c) 및 제3보호층(270c) 위에 SiO2로 형성된 제4보호층(270c)으로 형성되어 있다.
여기서, Ru소재로 형성된 제1보호층(270a)은 그 하부에 있는 Pd층(264)의 확산을 억제학하며, Ta소재로 형성된 제2보호층(270b)은 제3보호층(270c)에 대해 스페이서로서 기능하도록 적용됨과 아울러 산화방지용으로 적용된 것이다.
또한, DLC(Diamond like carbon)로 형성된 제3보호층(270c)은 사용경과에 따른 제4보호층(270d)의 SiO2의 마모에 대해서도 2차적인 내식성을 확보할 수 있으면서 열방출을 원활하게 하여 열적안정성을 향상하기 위해 적용되었다.
SiO2로 형성된 제4보호층(270c)은 외부 환경으로 인한 거대자기 저항소자에 대한 부식을 억제하기 위해 적용되었다.
이상에서 설명된 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트에 의하면, 온도 및 습도와 같은 외부 환경변화에 따라 버스바와 전류센서소자가 수용되는 하우징에 변형이 발생하여도 전류센서소자와 버스바와의 에어갭이 안정적으로 유지되는 장점을 제공한다.
110: 하우징 110: 버스바
140: 회로기판 200: 전류센서 소자
210: 기판 220: 버퍼층
230: 반강자성층 240: 고정층
250: 비자성층 260: 자유층
270: 보호층

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 판형상으로 형성된 회로기판과;
    상기 회로기판의 상면에 표면 실장 방식으로 장착되며 전류를 측정하는 적어도 하나의 전류센서소자와;
    상기 전류센서 소자 상부에 배치되며 도전소재로 형성된 버스바와;
    상기 전류센서 소자에 대해 상기 버스바가 설정된 에어갭 이격범위로 이격되게 상기 버스바를 지지하도록 상기 회로기판에 실장된 갭유지 안착부재와;
    상기 회로기판을 내부에 수용되게 장착할 수 있게 하부가 열린 내부수용공간을 갖으며 상기 회로기판이 안착되게 장착된 상태에서 상기 갭유지 안착부재에 안착된 상기 버스바가 측면을 통해 외부로 관통상태로 연장되게 배치될 수 있게 사이드 관통홈이 형성된 하부 케이스와;
    상기 하부 케이스의 상부에서 상기 하부 케이스 내에 수용된 부분을 외부에 대해 차폐하게 상기 내부수용공간 상부에서 결합되는 상부 덮개;를 구비하고,
    상기 버스바는 상기 하부 케이스의 측면에 상호 대향되며 하방으로 인입되게 형성된 상기 사이드 관통홈에 안착되는 상부 수평부분과, 상기 상부 수평부분으로부터 하방으로 절곡되어 연장된 수직부분 및 상기 수직부분의 하단에서 수평상으로 연장된 하부 수평부분을 갖는 구조로 되어 있고, 상기 상부 수평부분의 상기 전류센서소자와 대향되는 부분에는 상하로 관통되는 사각 관통홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류센서 소자는 기판, 버퍼층, 반강자성층, 고정층, 비자성층, 자유층이 순차적으로 적층되어 있고,
    상기 자유층은 CoFeZr층/Pd층이 2회 순차 반복 적층되어 형성되어 있고,
    상기 자유층 상부에 Ru/Ta/DLC/SiO2 이 순차적으로 형성된 보호층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전류센서 소자와 버스바 간의 에어갭 유지 유니트.

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