KR20030085099A

KR20030085099A - 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자

Info

Publication number: KR20030085099A
Application number: KR10-2003-7013089A
Authority: KR
Inventors: 혼쿠라요시노부; 야마모토미치하루; 모리마사키; 고타니요시아키
Original assignee: 아이치 세이코우 가부시키가이샤
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2003-11-01
Also published as: US7224161B2; US20050116708A1; EP1486792A4; EP1486792A1; JPWO2003071299A1; CN1276265C; TW200305029A; CN1533506A; KR100522665B1; EP1486792B1; JP3693119B2; TWI259284B; AU2003211249A1; WO2003071299A1

Abstract

소정 방향으로 연장되는 연장홈(11)이 형성된 전극 배선 기판(1)과, 이 전극 배선 기판(1) 내의 상기 연장홈(11) 내에 나선형으로 형성된 한쪽의 코일(31)과 이 한쪽의 코일 각 상단을 접속하는 다른 쪽 코일(32)로 이루어지는 전자 코일(3)과, 상기 전극 배선 기판(1)의 상기 연장홈(11) 내에 삽입 설치되는 절연체(4)와, 이 절연체(4) 내에 끼워 설치되고, 고주파 또는 펄스 전류가 인가되는 감자체(2)로 이루어지며, 고주파 또는 펄스 전류가 인가되었을 때의 상기 전자 코일에 발생하는 외부 자계의 강도에 따른 전압을 출력하는 전자 코일 부착 자기(磁氣) 임피던스 센서 소자이다.

Description

전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자 {MAGNET WITH ELECTROMAGNETIC COIL/IMPEDANCE/SENSOR ELEMENT}

도 13은 종래의 MI 소자(일본국 특개 2000-81471호, 특개 2001-296127호)의 구조를 나타낸다.

MI 소자는 중심부에 비정질 와이어로 이루어지는 감자체(感磁體)(magnetic sensitive body)가 전극 기판 상에 고정되어 있고, 그 전극 기판 주변에 전자 코일이 감겨져 있다. 전자 코일의 직경은 1mm에서 5mm 정도로 사용되고 있었다. 또 MI 소자의 크기는 폭 3mm, 높이 2mm, 길이 4mm 등이 일반적이다.

상기 종래의 MI 소자는 자기 센서로서 적용하면 고감도, 소형화, 저소비 전력화를 어느 정도 달성할 수 있었지만, 고성능 자기 센서에 있어서의 소형화에 관해서는 반드시 충분하지 않다고 하는 문제가 있었다.

현재, 이 분야에서는 이 MI 소자를 사용한 고성능 자기 센서(이하 MI 센서라고 함)에는 보다 더 소형화가 필요하게 되어 있다. 그러나, 종래의 MI 소자는 전자 코일이 전극 기판을 외측으로부터 감는 구조였기 때문에, 사이즈가 큰 것으로 되지 않을 수 없었다. 그러므로 한층 더 MI 소자의 소형화가 요구되고 있었다.

본 발명은 자기(磁氣) 센서로서 이용되는 전자 코일을 사용하는 자기 임피던스 센서 소자(이하 MI 소자라고 함)의 소형화, 고감도화 및 예를 들면 자동차 분야에 있어서의 적용을 가능하게 하는 와이드 레인지(wide range)화에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태 및 제1 실시예의 MI 소자를 나타내는 정면도이다.

도 2는 본 제1 실시 형태 및 제1 실시예의 MI 소자를 나타내는 도 1의 A-A'선에 따르는 단면도이다.

도 3은 본 제1 실시 형태 및 제1 실시예에 있어서의 홈 내의 코일의 설치 형태를 나타내는 부분 사시도이다.

도 4는 본 제1 실시 형태 및 제1 실시예에 있어서의 홈 내의 코일 설치 형태를 나타내는 부분 평면도이다.

도 5는 본 제1 실시 형태 및 제1 실시예에 있어서의 홈 내의 코일 설치 형태를 나타내는 부분 평면도이다.

도 6은 본 제1 실시 형태 및 제1 실시예에 있어서의 MI 센서의 전자 회로를 나타내는 블록 회로도이다.

도 7은 본 제1 실시 형태 및 제1 실시예에 있어서의 MI 소자를 사용한 MI 센서에 있어서의 센서 출력 전압 대 외부 자장의 특성을 나타내는 선도이다.

도 8은 본 제1 실시예의 센서와 종래의 보빈 타입의 센서에 있어서의 외부 자장과 출력 전압의 관계를 나타내는 선도이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예의 MI 소자에 있어서의 감자체로서의 각종 길이의 비정질 와이어의 레인지를 비교하기 위해 외부 자장과 출력 전압의 관계를 나타내는 선도이다.

도 10은 본 제2 실시예의 MI 소자에 있어서의 감자체로서의 각종 길이의 비정질 와이어에 있어서의 포화 자장(G)과 와이어 전장(全長) 즉 종횡비와의 관계를 나타내는 선도이다.

도 11은 본 발명의 그 밖의 실시 형태 및 실시예에 있어서의 홈 내의 코일 설치 형태를 나타내는 각 부분 평면도이다.

도 12는 본 발명의 그 밖의 실시 형태 및 실시예에 있어서의 홈 형상의 예를 나타내는 부분 단면도이다.

도 l3은 비교예 및 종래예의 MI 소자를 나타내는 정면도이다.

그래서 본 발명자는 MI 소자의 소형화를 열심히 검토한 결과, 소정 방향으로 연장되는 연장홈이 형성된 전극 배선 기판 내의 상기 연장홈 내에 나선형으로 형성된 한쪽의 코일과 이 한쪽 코일의 각 상단을 접속하는 다른 쪽 코일로 이루어지는 전자 코일에 의해, 상기 전극 배선 기판의 상기 연장홈 내에 삽입 설치되는 절연체 내에 끼워 설치된 감자체에 고주파 또는 펄스 전류가 인가되었을 때의 상기 전자 코일에 발생하는 외부 자계의 강도에 따른 전압을 출력한다고 하는 본 발명의 기술적 사상에 착안했다.

본 발명자는 착안한 본 발명의 기술적 사상에 따라, 더욱 연구 개발을 거듭한 결과, 본 발명에 도달했다.

본 발명은 소형 박형화, 소용적화, 저소비 전력화, 고감도화 및 와이드 레인지화를 달성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명(청구항 1에 기재된 제1 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는

소정 방향으로 연장되는 연장홈이 형성된 전극 배선 기판과,

이 전극 배선 기판 내의 상기 연장홈 내에 나선형으로 형성된 한쪽의 코일과 이 한쪽 코일의 각 상단을 접속하는 다른 쪽 코일로 이루어지는 전자 코일과,

상기 전극 배선 기판의 상기 연장홈 내에 삽입 설치되는 절연체와,

이 절연체 내에 끼워 설치되고, 고주파 또는 펄스 전류가 인가되는 감자체로 이루어지며,

고주파 또는 펄스 전류가 인가되었을 때의 상기 전자 코일에 발생하는 외부 자계의 강도에 따른 전압을 출력하는

것이다.

본 발명(청구항 2에 기재된 제2 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는

상기 제1 발명에 있어서,

상기 감자체가 비정질 도전성의 자성 와이어로 이루어지는

것이다.

본 발명(청구항 3에 기재된 제3 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는

상기 제2 발명에 있어서,

상기 전자 코일이, 코일 내경이 200㎛ 이하인

것이다.

본 발명(청구항 4에 기재된 제4 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는

상기 제3 발명에 있어서,

상기 전자 코일이, 1권선(turn)당 코일 간격이 1OO㎛/권 이하인 것이다.

본 발명(청구항 5에 기재된 제5 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서소자는

상기 제2 발명에 있어서,

상기 감자체가, 3mm 이하의 길이로 설정되어 있는

것이다.

본 발명(청구항 6에 기재된 제6 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는

상기 제2 발명에 있어서,

상기 감자체가 와이어 직경에 대한 길이 비율인 종횡비를 10 내지 100으로 설정하고 있는

것이다.

본 발명(청구항 7에 기재된 제7 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는

상기 제6 발명에 있어서,

상기 전자 코일의 코일 내경이 상기 감자체의 와이어 직경에 대하여 1.005 내지 10배로 설정되어 있는

것이다.

본 발명(청구항 8에 기재된 제8 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는

상기 제2 발명에 있어서,

상기 전자 코일이, 코일 내경이 1OO㎛ 이하인

것이다.

본 발명(청구항 9에 기재된 제9 발명)의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는

상기 제3 발명에 있어서,

상기 전자 코일이, 1권선당 코일 간격이 50㎛/권 이하인

것이다.

상기 구성으로 이루어지는 제1 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 상기 전극 배선 기판의 상기 연장홈 내에 삽입 설치된 상기 절연체 내에 끼워 설치된 상기 감자체에 고주파 또는 펄스 전류가 인가되었을 때에 있어서의, 상기 전극 배선 기판 내에 형성된 상기 연장홈 내에 나선형으로 형성된 한쪽 코일과 이 한쪽 코일의 각 상단을 접속하는 다른 쪽 코일로 이루어지는 상기 전자 코일에 발생하는 외부 자계의 강도에 따른 전압을 출력하므로, 소형 박형화, 저소비 전력화를 가능하게 한다고 하는 효과가 있다.

상기 구성으로 이루어지는 제2 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 상기 제1 발명에 있어서, 상기 감자체가, 비정질 도전성의 자성 와이어로 이루어지므로, 고감도화를 실현한다고 하는 효과가 있다.

상기 구성으로 이루어지는 제3 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 상기 제2 발명에 있어서, 상기 전자 코일이, 코일 내경이 200㎛ 이하이므로, 소형 박형화를 실현한다고 하는 효과가 있다.

상기 구성으로 이루어지는 제4 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서소자는 상기 제3 발명에 있어서, 상기 전자 코일이, 1권선당 코일 간격이 1OO㎛/권 이하이므로, 높은 밀도의 상기 전자 코일을 실현하기 때문에, 고감도화를 실현한다고 하는 효과가 있다.

상기 구성으로 이루어지는 제5 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 상기 제2 발명에 있어서, 상기 감자체가, 3mm 이하의 길이로 설정되어 있으므로, 소형화를 실현한다고 하는 효과가 있다.

상기 구성으로 이루어지는 제6 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 상기 제2 발명에 있어서, 상기 감자체가, 와이어 직경에 대한 길이 비율인 종횡비가 1O 내지 150으로 설정되어 있으므로, 선형성(線形性)을 유지하여 계측할 수 있는 계측 자장 레인지가 넓어져, 예를 들면 자동차 분야에 있어서의 적용을 가능하게 하는 와이드 레인지화를 실현한다고 하는 효과가 있다.

상기 구성으로 이루어지는 제7 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 상기 제6 발명에 있어서, 상기 전자 코일의 코일 내경이 상기 감자체의 와이어 직경에 대하여 1.005 내지 10배로 설정되어 있으므로, 고감도화를 실현한다고 하는 효과가 있다.

상기 구성으로 이루어지는 제8 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 상기 제2 발명에 있어서, 상기 전자 코일이, 코일 내경이 100㎛ 이하이므로, 소형 박형화를 실현한다고 하는 효과가 있다.

상기 구성으로 이루어지는 제9 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 상기 제3 발명에 있어서, 상기 전자 코일이, 1권선당 코일 간격이 50㎛/권이하이므로, 높은 밀도의 상기 전자 코일을 실현하기 때문에, 고감도화를 실현한다고 하는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

본 제1 실시 형태의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 MI 소자에 있어서, 전극 배선 기판(1) 상에 자계를 검지하는 감자체(感磁體)(2)와, 감자체(2)와 전자 코일(3) 사이에는 감자체(2)를 고정하는 기판이 존재하지 않은 상태에서 감자체의 주변에 절연물만을 통해 내경이 200㎛ 이하인 전자 코일(3)을 배치하고, 감자체(2)와 코일(3)의 단자를 기판(1) 상의 각각의 전극(51, 52)에 접속시키고, 감자체(2)에 고주파 또는 펄스 전류를 흘려, 그 때에 전자 코일(3)에 발생하는 외부 자계의 강도에 따른 전압을 출력하려고 하는 것이다.

본 MI 소자는 감자체(2)의 주변에 절연물만을 통해 전자 코일(3)을 설치하기 때문에, 그 내경을 200㎛ 이하로 할 수 있어, 전체로서 MI 소자의 소형화를 달성할 수 있다.

또 본 실시 형태는 상기 MI 소자에 있어서, 상기 감자체(2)는 직경 1∼150㎛의 도전성의 자성 와이어이며, 상기 전극 배선 기판(1)은 깊이 5∼200㎛의 홈(11)을 가지며, 상기 전자 코일(3)은 전자 코일의 한쪽(31)이 상기 홈면(111)에 따라 배치되고, 상 기판(12)의 하면에 배치된 전자 코일의 나머지 한쪽(32)이 홈 상면에 배치되며, 홈면의 코일 한쪽(31)과 홈 상면 코일의 나머지 한쪽(32)과의 2층 구조로 하는 것이다.

상기 감자체(2)는 직경 1∼150㎛의 도전성의 자성 와이어를 채용함으로써, 코일 직경을 200㎛ 이하로 할 수 있다.

또한 상기 감자체(2)에 자성 와이어를 채용하면, 자성 와이어는 감자 성능이 우수하기 때문에, 전자 코일 1권당의 출력 전압이 증가하므로, 코일수를 줄일 수 있기 때문에, MI 소자의 길이를 짧게 할 수 있다.

또 상기 전극 배선 기판(1) 에 홈(11)이 형성된 홈 구조를 채용함으로써, 전극 배선 기판(1) 상에 전자 코일(3)을 배치하는 것보다 한층 더 소형화할 수 있고, 또한 전자 코일(3)에의 외적 접촉도 막을 수 있어 기계적으로 안정된 MI 소자를 실현할 수 있다.

또한 본 실시 형태는 상기 MI 소자에 있어서, 상기 도전성의 자성 와이어가비정질로 이루어지는 것이다.

자성 와이어의 재질을 비정질로 특정하면, 비정질은 감자 성능이 우수하기 때문에, 전자 코일 1권당 출력 전압이 증가하므로, 코일수를 줄일 수 있기 때문에, MI 소자의 길이를 짧게 할 수 있다.

본 실시예는 상기 MI 소자에 있어서, 상기 전자 코일(3)의 단위 길이당 코일 간격이 1OO㎛/권 이하로 하는 것이다.

상기 전자 코일(3)의 1권선당(단위 길이당) 코일 간격을 작게 하여, 1권선당(단위 길이당) 코일수를 증가시킴으로써, 출력 전압이 증가한다. 실용적으로는 1OO㎛/권 이하인 것이 바람직하다. 동일 출력 전압으로 양호한 경우에는 MI 소자의 길이를 짧게 할 수 있다.

또한 본 실시 형태는 상기의 MI 소자에 있어서 상기 전극 배선 기판(1)의 크기가, 폭 20㎛에서 1mm 이하, 두께 20㎛에서 1mm 이하, 길이 200㎛에서 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 MI 소자이다.

전자 코일(3)의 원 상당(圓相當) 직경의 폭, 높이는 최대 200㎛이므로, 전극 배선 기판(1)을 상기 크기로 할 수 있어, 소자 전체의 대폭적인 소형 박형화 및 소용적화를 실현할 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 제2 실시 형태의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자에 대하여 이하에 설명한다.

일반적으로 고감도 자기 센서는 검출 입력의 변화에 대하여 검출 출력의 변화가 크기 때문에 감도는 매우 높지만, 역(逆)으로 포화 자장까지의 실제 규모에 바로 도달하기 때문에 검출 레인지가 좁은 것이다. 레인지의 와이드화를 실행하는 데는 감자 소자의 직경에 대한 길이의 비인 종횡비를 작게하여, 반자계를 이용하는 방법이 있다.

그러나, 상기 종래의 도 13에 나타나는 구조의 고감도 자기 센서(MI, FG 센서)에서는 소형화에 한계가 있어, 와이드 레인지를 실현할 정도로 소형화하는 것이 어려운 동시에, 만일 길이를 짧게 하면 감도가 극단적으로 떨어진다고하는 문제점이 있었다.

그래서 본 제2 실시 형태에서의 비정질 와이어의 직경에 대한 길이의 비인 종횡비를 극단적으로 작게 하여, 와이드 레인지화를 도모하는 동시에, 그 비정질 와이어의 둘레에 미소한 초고밀도의 코일을 감아 감도를 향상시키고, 코일 형상이 작아 인덕턴스(L)가 극단적으로 작기 때문에, 코일에 유기(誘起)되는 진동은 높아지지만, 아날로그 스위치를 사용함으로써 감도를 해치는 일 없이 자장 신호를 검출하는 것이다.

즉 와이드 레인지화의 관점으로부터, 비정질 와이어의 직경 φ1O㎛∼1OO㎛에 대하여 비정질 와이어의 길이를 1OO㎛∼1OOOO㎛로 설정하여, 종횡비를 10∼150으로 설정하면, 검출 레인지는 종래의 1.5∼20배가 되고, 10∼100으로 설정하면, 검출 레인지는 종래의 3∼20배가 된다.

바람직하게는 종횡비를 10∼50으로 설정하면, 검출 레인지는 종래의 5∼20배가 된다.

또 고감도화의 관점으로부터, 비정질 와이어의 직경 φ1O㎛∼1OO㎛에 대하여 전자 코일의 직경을 10.05㎛∼1000㎛로 설정하여, 1.005∼10배로 설정하는 것이 양호하다.

검출 방법으로서는, 아날로그 스위치를 이용함으로써, 감도를 해치는 일 없이 자장 신호의 검출을 가능하게 하는 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.

(제1 실시예)

본 제1 실시예의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자에 대하여, 도 1 및 도 2를 사용하여 이하에 설명한다.

기판(1)의 크기는 폭 0.5mm, 높이 0.5mm, 길이 1.5mm이다. 감자체는 CoFeSiB계 합금을 사용한 직경 30㎛ 또는 20㎛의 비정질 와이어(2)이다. 기판 상의 홈(11)은 깊이 50㎛이며 폭이 70㎛이며 길이는 1.5mm이다. 전자 코일(3)은 홈면(111)에 형성된 코일의 한쪽(31)과, 홈 상면(112)[수지(4)의 상면(41)]에 형성된 나머지 한쪽 코일(32)의 2층 구조에 의해 형성한 것이다.

상기 홈면(111)에 형성되는 코일의 한쪽(31)은 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이 전극 배선 기판(1)의 길이 방향으로 형성된 홈(11)의 홈면(111) 전면(全面) 및 전극 배선 기판(1) 상면의 상기 홈(11) 근접부에 코일을 구성하는 도전성의 자성 금속 박막을 증착(蒸着)에 의해 형성하고, 형성된 금속 박막이 나선형으로 남도록 간극부를 구성하는 도전성 금속 박막부를 선택 에칭 방법에 의해 제거함으로써 형성된다.

즉, 상기 홈(11)의 홈 측면(113)에서는 상하 방향으로 수직으로 코일부(311)가 연장 형성되고, 상기 홈(11)의 홈 저면(110)에서는 인접하는 상하 방향의 코일부에 연속되도록 폭 방향에 대하여 경사지게 코일부(312)가 연장 형성되어 있다.

상기 홈 상면(112)[수지(4)의 상면(41)]에 형성된 나머지 한쪽의 코일(32)은 상기 홈 상면(112)[수지(4)의 상면(41)]의 상기 전극 배선 기판(1)의 길이 방향으로 형성된 홈(11)에 대향하는 부분의 폭 방향에서 보다 넓은 범위에 걸쳐 코일을 구성하는 도전성의 자성 금속 박막을 증착에 의해 형성하고, 형성된 도전성의 자성 금속 박막이 일정 피치로 상기 홈(11)의 폭 방향 길이보다 길게 폭 방향으로 직사각형으로 연장되어 남도록 일정 피치의 간극부를 형성하기 위해 자성 금속 박막부를 선택 에칭 방법에 의해 제거함으로써 형성된다. 상기 코일의 상면은 필요에 따라 보호막을 형성해도 된다.

전자 코일(3)의 코일 내경은 원 상당 내경(높이와 폭으로 형성되는 홈 단면적과 동일 면적이 되는 원의 직경)은 66㎛이다. 전자 코일(3)의 1권선당(단위 길이당) 코일 간격이 50㎛/권이다.

비정질 와이어(2)와 전자 코일(3) 사이에는, 절연성을 가지는 수지(4)가 배치되어, 도전성 자성 비정질 와이어와 전자 코일의 절연을 유지하고 있다. 전극(5)은 기판 상면에 전자 코일 단자(51)와 감자체의 단자(52) 합계 4개가 설치되어 있다. 그 전극(5)에 앞의 비정질 와이어(2)의 양단과 전자 코일(3)의 양단이 접속되어 있다. 상기와 같은 구성을 가지는 것이 본 발명의 MI 소자(10)이다. 이와 관련하여, 본 MI 소자의 크기는 전극 배선 기판의 크기와 동일하다.

다음에, 상기 MI 소자(10)의 특성을 도 6에 나타내는 MI 센서를 사용하여 평가했다.

평가에 사용한 MI 센서의 전자 회로는 신호 발생기(6)와 상기 MI 소자(10)와 신호 처리 장치(7)로 이루어진다. 신호는 200MHz에 상당하는 170mA 강도의 펄스 신호이며, 신호 간격은 1μsec이다. 펄스 신호는 비정질 와이어(2)에 입력되며, 그 입력 시간 동안에, 전자 코일(3)에는 외부 자계에 비례한 전압이 발생한다.

신호 처리 회로(7)는 전자 코일(3)에 발생한 그 전압을, 펄스 신호의 입력에 연동하여 개폐되는 동기 검파(同期檢波)(71)를 통해 꺼내, 증폭기(72)로 소정의 전압으로 증폭한다.

상기 회로로부터의 센서 출력을 도 7에 나타낸다.

도 7의 가로축은 외부 자장의 크기, 세로축은 센서 출력 전압이다. 센서의 출력은 ±10G의 사이에서 뛰어난 직선성을 나타낸다. 또한 그 감도는 20mV/G였다. 이것은 고감도 자기 센서로서 충분히 사용할 수 있는 레벨이다.

한편, 비교예인 도 13에 나타내는 종래의 MI 소자(9)의 치수는 이하와 같다. 비정질 와이어를 고정하는 기판(91)의 크기는 폭 0.7mm, 높이 0.5mm, 길이 3.5mm이다. 감자체는 CoFeSiB계 합금을 사용한 직경 30㎛의 비정질 와이어(92)이다. 비정질 와이어(92)와 전자 코일(93) 사이에는 절연성을 가지는 코일 프레임(94)에 의해, 도전성 자성 비정질 와이어와 전자 코일의 절연을 유지하고 있다.

코일 프레임(94)의 수지 몰드로 형성되는 심부(芯部)는 폭 1mm, 높이 1mm, 길이 3mm이다. 이 때, 전자 코일(93)은 내경이 1.5mm이다. 전극(95)은 코일 프레임(94)에 전자 코일 단자와 감자체의 단자 합계 4개가 설치되어 있다. 그 전극(95)에 앞의 비정질 와이어(92)의 양단과 전자 코일(93)의 양단이 접속되어 있다. 상기와 같은 구성을 가지는 것이 종래의 MI 소자(9)이다. 이 경우의 MI 소자(9)의 치수는 폭 3mm, 높이 2mm, 길이 4mm이다. 종래의 MI 소자는 상기와 같이 커, 설치 공간이 한정되는 센서에는 적용할 수 없다.

이에 대하여, 본 제1 실시예는 매우 소형 박형이기 때문에, 휴대 전화용의 센서나 손목 시계용 센서 등 소형 전자 기기용 초소형 자기 센서에 적용할 수 있다.

본 제1 실시예에서는, 전극 배선 기판(1)의 길이 방향으로 형성된 홈(11)의 홈면(111) 및 상 기판(12)의 하면(112)에 코일을 구성하는 도전성의 자성 금속 박막을 증착에 의해 형성하고, 형성된 금속 박막이 나선형으로 남도록 간극부를 구성하는 도전성 금속 박막부를 선택 에칭 방법에 의해 제거함으로써, 전자 코일을 형성하는 것이기 때문에 높은 밀도로 소형 박형의 MI 소자의 제조를 가능하게 한다고 하는 효과가 있다.

본 제1 실시예의 MI 소자(10)를 사용한 결과, 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 종래의 MI 소자를 사용한 MI 센서와 비교하여, 약 50분의 1(48분의 1)이라고하는 현격한 차이로 소형화되어 있음에도 불구하고, ±10G의 자장 영역에서 뛰어난 직선성을 얻을 수 있었다.

또한 비교를 위해 도 13에 나타내는 비교예로서의 종래의 보빈 타입의 센서(와이어 길이 2.5mm, 코일 길이 2mm, 40턴)와 전술한 제1 실시예의 센서(와이어 직경 φ20㎛ 및 길이 1.5mm, 코일 길이 1mm, 18턴)에서의 레인지에 대하여 비교한 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 있어서의 가로축은 외부 자장이며, 세로축은 출력 전압이다.

도 8로부터 명백한 바와 같이, 종래의 보빈 타입의 센서와 전술한 제1 실시예의 센서에서의 레인지에 대해서는, 대략 ±3G에서 동일하고, 종래의 보빈 타입의 센서와 비교하여 전술한 제1 실시예의 센서 출력 전압은 8할강(强)이며, 소형 박형화한 데 비해서는 출력 전압의 저하는 낮은 것이지만, 권수(卷數)에 큰 차이가 있기 때문에, 턴당 전압은 보빈 타입이 28 mV/turn인데 대하여, 제1 실시예의 센서가 53 mV/turn이어서, 보빈 타입의 약 2배이며 소형화에 적합한 것이 된다.

(제2 실시예)

본 제2 실시예의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는, 예를 들면 자동차 분야에서 적용할 수 있는 와이드 레인지화를 실현한 것이며, 도 1내지 도 5를 사용하여 이하에 설명한다.

기판(1)의 크기는 길이를 0.67mm로 하고, 감자체(2)는 CoFeSiB계 합금을 사용한 직경 30㎛의 비정질 와이어(2)이다. 전자 코일(3)은 홈면(111)에 형성된 코일의 한쪽(31)과, 홈 상면(112)[수지(4)의 상면(41)]에 형성된 나머지 한쪽 코일(32)의 2층 구조에 의해 형성된 것이다. 소자 전체의 길이는 0.67mm이다.

본 제2 실시예에서는, 감자체(2)로서의 비정질 와이어의 직경을 φ30㎛로 하고, 전자 코일(3)의 코일 내경을 φ80㎛로 설정하고 있다.

도 3 및 도 5 및 표 1에 나타내는 코일부(311) 및 코일부(312)의 상기홈(11)의 길이 방향의 폭은 50㎛, 10㎛, 25㎛ 등으로 설정되고, 상기 간극부의 동(同) 폭도, 각각 25㎛, 5㎛, 25㎛ 등으로 설정되어 있다.

전자 코일(3)의 코일 내경에 대한 비정질 와이어의 직경의 비는 1.005 내지 1O의 범위 내로 설정되고, 비정질 와이어의 직경이 φ1O㎛∼1OO㎛의 범위 내에서 설정되므로, 비정질 와이어의 직경이 φ1O㎛인 때는 전자 코일(8)의 코일 내경은 10.05㎛∼100㎛의 범위 내로 설정되고, 비정질 와이어의 직경이 φ100㎛인 때는 전자 코일(3)의 코일 내경은 100.5㎛∼1000㎛의 범위 내에서 설정된다.

비정질 와이어의 직경이 φ10㎛인 때는 전자 코일(3)의 코일 내경은 11㎛ 내지 70㎛(1.1∼7배)이며, 비정질 와이어의 직경이 φ100㎛인 때는 전자 코일(3)의 코일 내경은 200㎛ 내지 300㎛(2∼3배)이다.

비정질 와이어의 직경이 φ1OO㎛인데 대하여 비정질 와이어의 길이를 1OO㎛∼1OOOO㎛로 설정하고, 종횡비를 1O∼1OO으로 설정하면, 검출 레인지는 종래의 3∼20배가 되므로, 와이드 레인지가 요구되는 자동차 분야에서의 적용을 가능하게 하는 것이다.

또 감자체(2)로서의 비정질 와이어의 길이가 0.6mm, 0.7mm, 0.9mm, 1.5mm의4 종류를 준비하고, 비정질 와이어를 도 7에 나타내는 제1 실시예보다 높은 구동 전압에 의해 구동한 경우의 각각의 레인지에 대하여 비교한 결과를, 도 9에 나타낸다. 도 9에서의 가로축은 외부 자장이며, 세로축은 출력 전압이다.

도 9로부터 명백한 바와 같이, 비정질 와이어의 길이가 가장 짧은 0.6mm의 레인지가, ±45G에서 레인지가 가장 넓고, 비정질 와이어의 길이가 길어지는데 따라 레인지가 좁아져, 1.5mm의 것과 비교하여 약 9배의 넓이가 있다.

또한 준비한 감자체(2)로서의 비정질 와이어의 길이가 0.6mm, 0.7mm, 0.9mm, 1.5mm의 4 종류에 대하여 와이어 직경을 φ30㎛로 한 경우, 측정 가능 범위를 결정하는 포화 자장(G)에 대하여 측정한 결과를, 가로축에 와이어 전장 즉 종횡비를 취하고, 세로축에 측정 가능 범위[포화 자장(G)]를 취해 도 10에 나타냈다. 도 10으로부터 명백한 바와 같이, 비정질 와이어의 길이가 0.6mm, 0.7mm, 0.9mm, 1.5mm의 4 종류에 대하여, 포화 자장(G)은 와이어 전장 즉 종횡비에 대하여 선형 관계를 나타내고 있다.

또 비정질 와이어의 직경 20㎛, 전자 코일(3)의 코일 내경을 φ80㎛인 때의 목표 소자 전장인 0.67mm에 가장 가까운 비정질 와이어의 길이가 0.7mm에 대해서는 ±40G의 와이드 레인지를 실현한다.

비정질 와이어의 길이가 0.4mm인 것에 대해서도, 전술한 레인지에 대하여 확인했지만, 전술한 0.6mm의 것과 비교하여 더욱 넓은 레인지가 측정 가능 범위로 된다.

본 제2 실시예의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 센서 감도를 해치지 않고 검출 레인지를 넓힐 수 있고, 전술한 바와 같이 소자 형상이 작기 때문에, 공간 분해능(分解能)이 향상되는 동시에, 소자의 전장(L)이 작기 때문에 주파수 응답성이 향상된다고 하는 이점을 가진다.

전술한 실시 형태는 설명을 위해 예시한 것이며, 본 발명으로서는 그들에 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위, 발명의 상세한 설명 및 도면의 기재로부터 당 업자가 인식할 수 있는 본 발명의 기술적 사상에 반하지 않는 이상 변경 및 부가가 가능하다.

전술한 제1 실시예에서는, 일례로서 상기 홈(11)의 홈 저면(110)에서는 인접하는 상하 방향의 코일부에 연속되도록 폭 방향에 대하여 경사지게 코일부(312)가 연장 형성되는 동시에, 상 기판(12)의 하면(112)에 상기 전극 배선 기판(1)의 길이 방향으로 형성된 홈(11)과 직교하는 상기 전극 배선 기판(1)의 폭 방향으로 한쪽의 코일(32)을 형성하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명으로서는 그들에 한정되는 것이 아니며, 도 11 (A)에 나타내는 바와 같이 코일부(312)를 경사지게 연장 형성하는 동시에, 한쪽의 코일(32)도 경사지게 연장 형성하는 예나, 도 11 (B)에 나타낸 바와 같이 코일부(312)를 상기 전극 배선 기판(1)의 길이 방향으로 형성된 홈(11)과 직교하는 폭 방향으로 형성하는 동시에, 한쪽의 코일(32)을 경사지게 연장 형성하는 예를 채용할 수 있다.

또 전술한 제1 실시예에서는, 일례로서 도 2에 나타내는 바와 같이 상기 전극 배선 기판(1)에 직사각형의 홈(11)이 형성된 홈 구조에 대하여 설명했지만, 본 발명으로서는 그들에 한정되는 것이 아니고, 도 12 (A) 내지 (C)에 나타내는 바와같이 상기 전극 배선 기판(1)을 에칭에 의해 제거하고 홈(11)을 형성하는 경우, 경사 상방으로부터 에칭한 경우의 U자형, 상방으로부터 에칭한 경우의 역사다리꼴 형상 또는 V자형, 사다리꼴 형상 또는 역V자형의 홈을 형성하는 실시 형태를 채용할 수 있다.

또한 전술한 제1 실시예에서는, 일례로서 상기 전극 배선 기판(1) 에 형성된 홈(11)의 내측 벽면에 코일을 설치하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명으로서는 그들에 한정되는 것이 아니며, 부재의 표면에 도전성의 자성 금속 박막을 증착한 후 선택 에칭에 의해 제거하여 나선형의 전자 코일을 형성하는 것이면 되며, 예를 들면 원형, 직사각형 또는 다각형의 횡단면 형상의 절연재로 이루어지는 선형 부재의 외측벽 전면에 도전성의 자성 금속 박막을 증착에 의해 형성하고, 이 선형 부재를 회전시켜 일정 속도로 보내면서 일정 피치의 간극부를 형성하기 위해 외측벽의 자성 금속 박막부를 선택 에칭 방법에 의해 나선형으로 제거함으로써, 나선형의 전자 코일을 형성하고, 나중에 소정 길이로 자르고, 비정질 와이어를 삽입하는 실시 형태를 채용할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 전자 코일 부착 자기 임피던스 센서 소자는 매우 소형이며 고감도이기 때문에, 휴대 전화용 센서나 손목 시계용 센서 등의 소형 전자 기기용 초소형 자기 센서에 적용하는 것을 가능하게 하는 동시에, 소형으로 와이드 레인지화를 실현하기 때문에 자동차 분야에서의 적용을 가능하게 하는 것이다.

Claims

소정 방향으로 연장되는 연장 홈이 형성된 전극 배선 기판과,

상기 전극 배선 기판 내의 상기 연장 홈 내에 나선형으로 형성된 한쪽의 코일과 상기 한쪽의 코일 각 상단을 접속하는 다른 쪽 코일로 이루어지는 전자(電磁) 코일과,

상기 전극 배선 기판의 상기 연장 홈 내에 삽입 설치되는 절연체와,

상기 절연체 내에 끼워 설치되고, 고주파 또는 펄스 전류가 인가되는 감자체(感磁體)(magnetic sensitive body)

로 이루어지며,

상기 고주파 또는 상기 펄스 전류가 인가될 때의 상기 전자 코일에 발생하는 외부 자계의 강도에 따른 전압을 출력하는

것을 특징으로 하는 전자 코일 부착 자기(磁氣) 임피던스 센서 소자.
제1항에 있어서,

상기 감자체는 비정질(非晶質) 도전성의 자성(磁性) 와이어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 임피던스 센서 소자.
제2항에 있어서,

상기 전자 코일은 코일 내경이 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 자기 임피던스 센서 소자.
제3항에 있어서,

상기 전자 코일은 1권선(turn)당 코일 간격이 100㎛/권(卷) 이하인 것을 특징으로 하는 자기 임피던스 센서 소자.
제2항에 있어서,

상기 감자체는 3mm 이하의 길이로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기 임피던스 센서 소자.
제2항에 있어서,

상기 감자체는 와이어 직경에 대한 길이 비율인 종횡비를 10 내지 100으로 설정하는 것을 특징으로 하는 자기 임피던스 센서 소자.
제6항에 있어서,

상기 전자 코일의 코일 내경은 상기 감자체의 와이어 직경에 대하여 1.005 내지 10배로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기 임피던스 센서 소자.
제2항에 있어서,

상기 전자 코일은 코일 내경이 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 자기 임피던스 센서 소자.
제3항에 있어서,

상기 전자 코일은 1권선당 코일 간격이 50㎛/권 이하인 것을 특징으로 하는 자기 임피던스 센서 소자.