KR20080022199A - 자기저항 센서 - Google Patents

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KR20080022199A
KR20080022199A KR1020087001336A KR20087001336A KR20080022199A KR 20080022199 A KR20080022199 A KR 20080022199A KR 1020087001336 A KR1020087001336 A KR 1020087001336A KR 20087001336 A KR20087001336 A KR 20087001336A KR 20080022199 A KR20080022199 A KR 20080022199A
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magnetoresistive bridge
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magnet
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KR1020087001336A
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니콜라스 에프. 부쉬
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

자기 센서, 시스템 및 방법은 복수의 톱니와 상기 복수의 톱니의 사이에 형성된 복수의 슬롯을 구비한 타겟에 근접하게 배치된 자석을 포함한다. 집적회로는 상기 자석의 일측 상에 배치되고 복수의 자기저항 브릿지 부품을 갖는다. 상기 집적 회로와 상기 자석은 센서 패키지 내로 구성되어, 상기 톱니 및 이와 관련된 슬롯이 상기 센서 패키지를 통과함에 따라 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품의 절반이 상기 자기저항 브릿지 부품의 다른 절반 전에 상기 톱니의 에지에 근접하게 될 때, 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품이 상기 톱니의 검출을 가능하게 한다.

Description

자기저항 센서{MAGNETORESISTIVE SENSOR}
[가특허출원에 대한 교차참조]
본 발명은 2005년 5월 20일 출원되고 발명의 명칭이 "자기저항 센서(Magnetroresostive Sensor)"이며 그 개시물이 본 명세서에서 참조로 편입되는 가특허출원 No.60/683,628에 대한 미국특허법 119조 (e)항에 근거한 우선권을 청구한다.
[기술분야]
실시예들은 일반적으로 자기저항 센서에 관한 것이다. 또한, 실시예들은 기어톱니, 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트 센서에 관한 것이다. 또한, 실시예들은 속도 및 전송 센서에 관한 것이다. 또한, 실시예들은 COLF(Chip-On-Lead-Frame) 구축 기술과 그 부품의 패키지화에 관한 것이다.
본 발명의 기술분야에 통상의 지식을 가진자에게 많은 종류의 상이한 센서들이 알려져있다. 일부 센서들은 센서에 대하여 소정의 미리 정해진 구역 내에서 자기적으로 투과하는 물체의 존재 또는 부재를 검출하기 위하여 영구자석을 이용한 다. 영구자석과 조합하여, 이러한 종류의 일부 센서들은 영구자석 및 다른 것에 상대적인 특정 위치에 위치한 홀 효과(Hall Effect) 소자를 이용한다. 센서는 영구 자석에 상대적으로 유익한 위치에 배치된 자기저항 소자를 이용한다. 이러한 종류의 근접 센서(proximity sensor)는, 예를 들어, 홀 효과 소자를 사용하든지 자기저항을 사용하든지 간에, 영구 자석의 중심축에 일반적으로 수직인 방향으로 검출 구역을 관통하는 자기적으로 투과하는 물체의 존재 또는 부재를 감지하도록 구성되거나, 또는 이 대신에 자석의 중심축에 일반적으로 평행한 경로를 따라 영구자석의 극 표면을 향하거나 멀어지는 방향으로 이동하는 자기적으로 투과하는 물체의 거리를 검출하도록 구성된다.
구현된 자기 센서의 일례는 영구 자석의 측면으로부터 방사하는 자속을 검출하는 온도 안정적인 근접센서이다. 이러한 구성에서, 철을 함유하는 물체 센서는 0의 속도 및 전원이 인가된 직후에 회전가능하게 장착된 철을 함유하는 휠 상의 톱니(tooth) 또는 노치(notch)와 같은 높은 투자율(magnetic permeability)을 갖는 물체의 존재 또는 부재를 검출한다.
따라서, 이러한 장치는 근접 센서로서 이용될 수 있으며, 감지 평면을 가지며 자속 밀도에서의 변동에 대한 함수로 가변하는 전기적 출력 신호를 생성하는 자속 응답 센서와 영구 자석으로 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 철을 함유한 바디 센서 구조체는 소정의 공지된 종래의 센서가 동작하는 것처럼 극 표면 메카니즘 에 의존하지 않지만, 그 대신에, 대향하는 극 표면들 사이에서 자석의 측면으로부터 방사되는 자속 밀도의 방사상 성분에 의존한다. 철을 함유한 물체 센서 구조체가 극 표면 메카니즘에 의존하지 않기 때문에, 그 전기적 출력 신호는 상대적으로 넓은 온도 범위에 대하여 상대적으로 안정하다.
다른 자기 센서 배열에서, 기어톱니 위치 및 속도 센서는 브릿지 회로 배열로 연결된 4개의 자기 저항 트랙으로 구성된다. 필드 플레이트 효과 속도 및 위치 센서를 단순화시키기 위하여, 미앤드(meander) 형상으로 배치된 퍼말로이(Permalloy) 저항 트랙이 기판상에서 직사각형의 꼭지점에 배치될 수 있다. 이러한 부품은 기어톱니의 대략적으로 반 피치 거리만큼 원주 방향으로 이격될 수 있다. 저항은 온도 변동 효과를 제거하기 위하여 전압 분배기 구성으로 또는 정전류원이 공급되는 브릿지 회로의 형태로 연결될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 저항은 실리콘 기판상에서 미앤더 형상의 박막 증기로 증착된 트랙으로 형성된다. 그 다음 영구 자석은 바이어스 자화를 제공하기 위하여 이용될 수 있다.
전술한 일반적인 종류의 자기 센서에서, 자기적으로 민감한 부품이 특정 방향에서의 자기장의 세기를 나타내는 신호를 제공하기 위하여 일반적으로 사용된다. 홀 효과 소자가 영구 자석과 관련하여 사용된다면, 홀 소자로부터의 신호는 홀 장치의 감지 평면에 수직인 방향으로의 자기장의 세기 성분을 나타낸다. 한편, 자기저항 소자가 영구자석과 관련하여 사용된다면, 자기저항 소자로부터의 신호는 자기 저항 소자의 감지 평면 내에서 그것의 가장 얇은 크기에 수직인 방향에서의 자기장의 세기를 나타낸다. 특정 애플리케이션과 센서의 성능을 위한 필요조건에 따라, 홀 효과 또는 자기저항 센서 중 하나가 이용될 수 있다. 종래 기술을 설명하고 있는 문헌에서, 센서의 의도된 애플리케이션에 따라 이러한 일반적인 종류의 센서들은 가끔 근접 센서로 설명되며, 이 대신에 기어톱니 센서로 설명되기도 한다.
대부분의 근접 센서에서, 예를 들어, 여러 가지 속성들은 유익하다. 예를 들어, 내연기관과 관련되어 이용되는 기어톱니 센서에서, 유익한 특성은 기어를 움직일 필요없이 미리 정의된 방향 구역에서 기어톱니의 존재 또는 부재를 식별하는 신호를 시동에 대하여 제공하는 능력이다. 이것은 파워-업 인식 성능이다. 기어톱니 센서 또는 근접 센서의 다른 유익한 특성은 감소된 크기이다. 이러한 센서의 크기는 일반적으로 영구자석의 크기와 자기적으로 민감한 부품과 영구 자석의 상대적인 위치에 의해 영향을 받는다.
자기 감지 애플리케이션의 일례는 1995년 12월 19일 미엔 티. 우(Mien T. Wu)에게 허여되고 허니웰 인터내셔널 인코포레이트(Honeywell International Inc.)에 양도되었으며, "영구 자성의 자축에 평행하게 떨어져 배치된 평면상에 배치된 자기저항기를 갖는 센서(Sensor With Magnetoresistor Disposed on a Plane Which is Parallel to and Displaced from the Magnetic Axis of a Permanent Magnet)"의 명칭을 가지며, 본 명세서에서 원용되는 미국 등록특허 제5,477,143호에 개시되며, 이 문헌은 일반적으로 동일한 평면에서 영구 자석의 측면으로부터 떨어져 배치된 2개의 자기저항 소자를 갖는 근접 센서를 설명한다. 자기저항 소자의 공통 감지 평면은 자석의 N극과 S극 사이에서 연장하는 영구 자석의 자축에 일반적으로 평행한 방향으로 연장한다. 미국 등록특허 제5,477,143호의 구성에서 검출 구역은 사전에 선택된 자극면에 상대적으로 정의될 수 있으며, 자기저항 소자는 검출 구역 내에서 자기적으로 투과하는 물체의 존재 또는 부재를 나타내는 제3 신호를 정의하기 위하여 비교될 수 있는 제1 및 제2 신호를 제공한다. 자기저항 소자는 각각 복수의 자기저항기를 가지며, 이들은 전술한 제1 및 제2 신호를 제공할 목적으로 휘트스톤 브릿지 구성으로 배치된다.
전술한 센서와 같은 자기 검출 장치가 갖는 문제점들 중 한가지는, 톱니와 슬롯 검출에는 적합하지만 톱니의 에지를 검출하는데 있어서는 신뢰성이 높지 않거나 효율적이지 않다. 타겟 톱니의 에지 검출을 할 수 있는 능력은 최근에 개발된 기어 톱니 장치, 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트장치, 터보 차저 임펠러, 자동차 트랜스미션 부품, 등에 대하여 중요하며 불가결한 것이다. 본 명세서에 개시된 구성은 전술한 감지 장치와 관련된 문제점들을 극복하는 것으로 믿어진다.
[개요]
다음의 개요는 개시된 실시예들 특유의 혁신적인 특징의 일부에 대한 이해를 용이하게 하기 위하여 제공되며, 완전한 설명으로 의도되지 않는다. 본 발명의 다양한 양태에 대한 완전한 이해는 전체 명세서, 청구의 범위, 개요를 전체로서 취할 때 획득될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 양태는 개선된 자기저항 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태는 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistive, AMR) 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 기어톱니, 크랜크 샤프트 및 캠 샤프트 감지 애플리케이션, 및 이와 유사한 것에 대하여 이용될 수 있는 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 COLF(Chip-On-Lead-Frame) 구축 기술과 그 부품의패키지화를 이용하여 구성될 수 있는 AMR 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 전술한 양태 및 다른 목적과 이점은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 획득될 수 있다. 자석이 복수의 톱니와 상기 복수의 톱니의 사이에 형성된 복수의 슬롯을 구비한 타겟에 근접하게 배치된 자기 센서, 시스템 및 방법이 개시된다. 집적회로는 상기 자석의 일측 상에 배치되고 복수의 자기저항 브릿지 부품을 갖는다. 상기 집적 회로와 상기 자석은 센서 패키지 내로 구성되어, 상기 톱니 및 이와 관련된 슬롯이 상기 센서 패키지를 통과함에 따라 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품의 절반이 상기 자기저항 브릿지 부품의 다른 절반 전에 상기 톱니의 에지에 근접하게 될 때, 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품이 상기 톱니의 검출을 가능하게 한다.
일반적으로, 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품은 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품과 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품을 포함할 수 있다. 상기 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품은 상기 집적 회로의 제1 영역 내에 배치될 수 있으며, 상기 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품은 일반적으로 상기 집적 회로의 제2 영역 내에 배치된다. 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품은, 예를 들어, 4개 또는 그 이상의 부품을 구비한 AMR 휘트스톤 브리지 구성에서 배치될 수 있다. 이러한 자기저항 브릿지 부품은, 예를 들어, 이방성 자기저항(AMR) 트랜스듀서일 수 있다. 타겟 그 자체는, 예를 들어, 크랭크 샤프트, 캠 샤프트 등일 수 있다.
유사한 도면 부호는 개별 도면에서 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 참조하며 본 명세서의 일부에 포함되거나 그 일부를 이루는 다음의 도면들은 실시예들을 더 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 바람직한 실시예에 따라 센서 패키지와 감지되는 타겟을 포함하는 자기저항 감지 시스템의 X-축에서 본 블록도를 도시한다;
도 2는 바람직한 실시예에 따라 도 1에서 도시된 자기저항 감지 시스템의 Y-축에서 본 블록도를 도시한다;
도 3은 도 1 및 2에 도시된 자기저항 감지 시스템에 따라 구현될 수 있는 AMR 브리지 구성을 위한 일반적인 레이아웃의 블록도를 도시한다;
도 4는 바람직한 실시예에 따라, 그리고 도 1 내지 3에 도시된 시스템에 따라 구현될 수 있는 자기저항 브릿지 구성의 전기 개략도를 도시한다;
도 5는 일 실시예에 따라 구현될 수 있는 자기저항 브릿지 부품의 미크론 레벨의 상부 레이아웃을 도시한다;
도 6은 다른 실시예에 따라 구현될 수 있는 센서에 대한 디자인의 분해사시도를 도시한다;
도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 전체 센서 구성의 사시도를 도시한다;
도 8은 일 실시예에 따라 구현될 수 있는 계단형 리드프레임 구성의 측면도를 도시한다;
도 9는 일 실시예에 따라 구현될 수 있는 도 8에 도시된 계단형 리드프레임 구성의 상면도를 도시한다;
도 10은 일 실시예에 따라 도 8 및 9에 도시된 계단형 리드프레임 상에 구현된 도 6에 도시된 센서 모듈의 사시도를 도시한다;
도 11은 바람직한 실시예에 따라 도 6에 도시된 센서 모듈과 그 리드의 상부 사시도 도시한다;
도 12는 바람직한 실시예에 따라 도 11에 도시된 센서 모듈의 하부 사시도를 도시한다;
도 13은 일 실시예에 따라 도 6 및 7에 도시된 자기저항 센서의 전면에 대한 단면도를 도시한다; 그리고,
도 14는 도 13에 도시된 자기저항 센서의 측면에 대한 사시도를 도시한다.
비한정적인 예시들에서 논의되는 특정한 값 및 구성은 변경될 수 있으며, 적어도 하나의 실시예를 단지 나타내기 위하여 인용되었으며, 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 의도된 것은 아니다.
도 1은 바람직한 실시예에 따라 센서 패키지와 감지되는 타겟을 포함하는 자기저항 감지 시스템(100)의 X-축에서 본 블록도를 도시한다. 본 명세서의 도 1 내지에서 동일하거나 유사한 부분 또는 구성요소들은 일반적으로 동일한 도면 부호에 의해 표시된다는 것에 유의하여야 한다. 시스템(100)은 일반적으로 복수의 톱니(112, 116)와 복수의 슬롯(110, 114, 118)를 갖는 타겟(121)에 근접하여 배치된 자석(104)을 포함한다. 슬롯(110)은 톱니(112)의 왼쪽으로 형성되며, 슬롯(114)은 톱니(112)와 톱니(116) 사이에 구성된다. 슬롯(118)은 톱니(112)의 오른쪽에 배치된다. 몇 개의 톱니(112, 116)와 몇 개의 슬롯(110, 114, 118)가 시스템(100)의 구성에서 도시되었지만, 타켓(121)은 디자인의 고려에 따라 많은 추가 슬롯 및 톱니로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 타겟(121)은 일반적으로 원형이지만, 도 1에서는 일반적인 단순화와 교육 목적으로 "직선형(straight)" 구성으로 도시된다.
집적 회로(integrated circuit, IC, 106)은 자석(104)의 일측에 배치된다. 시스템(100)의 구성에서, IC(106)는 자석(104)의 N극 측에 구성된다. IC(106)는 일반적으로 복수의 자기저항 브릿지 부품(107, 109)을 포함하며, 이는 도 1에서는 각각 "A"와 "B"로 표시된다. IC(106)와 자석(104)은 센서 패키지(102) 내로 구성된다. 자기저항 브릿지 부품(107, 109)은 톱니 및 이와 관련된 슬롯이 센서 패키지(102)를 통과함에 따라 자기저항 브릿지 부품(즉, "A" 또는 "B")의 절반이 저기저항 브릿지 부품의 다른 절반 전에 톱니(예를 들어, 톱니(112))의 에지에 근접하게 될 때, 타겟 톱니의 검출을 가능하게 한다. 도 1에서, 타겟 이동(108)은 일반적으로 화살표로 표시되고, 도 2에서는 타겟 이동(108)이 점으로 도시된다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 도 1 내지 3에서, x-y-z 좌표는 지시자(120)은 또한 도시의 목적을 위하여 도시된다는 것에 유의하여야 한다.
자기저항 브릿지 부품은 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품(107, 즉, "A")과 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품(109, 즉, "B")을 포함한다. 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품(107)은 IC(106)의 제1 영역 내에 위치할 수 있으며, 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품(109)은 일반적으로 IC(106)의 제2 영역 내에 위치한다. 복수의 자기저항 브릿지 부품(107, 019)은, 예를 들어, 4개 또는 그 이상의 자기저항 부품으로 이루어진 AMR 휘트스톤 브릿지 구성으로 배치될 수 있다. 이러한 배치는 본 명세서에서 도 4와 관련하여 더욱 상세히 도시된다. 이러한 자기저항 브릿지 부품(107, 109)은, 예를 들어, 이방성 자기저항(AMR) 트랜스듀서일 수 있다. 타겟(121)은, 예를 들어, 크랭크 샤프트, 캠 샤프트 등일 수 있다. 시스템(100)에서 디자인의 고려에 따라, IC(106)상의 영역 "A"는 도 3 및 4에 도시된 저항기(R2 및 R4)와 같은 휘트스톤 브릿지 저항기에 의해 차지될 수 있으며, IC(106)상의 영역 "B"는 도 3 및 4에 도시된 저항기(R1 및 R3)에 의해 차지될 수 있다.
도 2는 바람직한 실시예에 따라 도 1에서 도시된 자기저항 감지 시스템(100)의 Y-축에서 본 블록도를 도시한다. 도 3은 도 1 및 2에 도시된 자기저항 감지 시스템(100)에 따라 구현될 수 있는 AMR 브리지 구성을 위한 일반적인 레이아웃의 블록도를 도시한다. 그룹 "A"의 자기저항 부품(107)은 AMR 러너(runner)(302, 304)로 배치될 수 있으며, 그룹 "B"의 자기저항 부품(109)은 일반적으로 AMR 러너(306, 308)로 이루어질 수 있다. 도 3에 도시된 AMR 러너(302, 304, 306, 308)는 일반적으로 수직 스트립(즉, Z 방향)으로 도시되지만, AMR 러너(302, 304, 306, 308)는 수평 스트립(즉, X 방향)으로도 배치될 수 있거나, 디자인의 고려사항에 따라 다른 소정의 경로로 배치될 수 있다. AMR 브릿지에 대한 최상의 레이아웃(예를 들어, 도 4 참조)은 애플리케이션에 종속적이다. 일반적인 레이아웃은, 예를 들어, "A"측 및 "B"측을 거울의 이미들과 같이 가질 수 있지만, 다른 애플리케이션은 역시 디자인의 고려사항에 따라 비대칭적인 레이아웃으로부터 이익을 얻을 수 있다.
도 4는 바람직한 실시예에 따라, 그리고 본 명세서에서 도 1 내지 3에 도시된 시스템(100)에 따라 구현될 수 있는 자기저항 브릿지 구성(400)의 전기 개략도를 도시한다. 브릿지 회로(400)는 AMR 브릿지를 포함하며, 4개의 자기저항 부품(402, 406, 404 및 408)(예를 들어, AMR 트랜스듀서)을 구비한다. 부품(402, 408)은 일반적으로 서로, 그리고 접지(411)에 연결된다. 또한, 부품(406, 404)은 서로, 그리고 자기저항(MR) 브릿지 전압(413)에 연결된다. 도 3에 도시된 AMR 러너(302)는 일반적으로 도 4에 도시된 부품(402)에 유사하며, AMR 러너(304)는 부품(404)에 유사하다. 유사하게, AMR 러너(306)는 부품(406)에 유사하며, AMR 러너(308)는 부품(408)에 유사하다.
도 4에 도시된 AMR 브릿지 회로(400)은 전기적인 개략도에 의해 표시되며, 실재의 레이아웃(즉, 저항기가 IC상에 물리적으로 위치하는)을 의미하지 않는다는 것이 이해되어야만 한다. AMR 브릿지 회로(400)의 자석(104)과 부품의 크기는 허용된 센서 패키지(102) 크기, 타겟(102)의 치수, 및 타겟(121)에 대한 센서 패키지(102)의 포지셔닝 및 이와 유사한 것과 같은 애플리케이션의 특정 필요조건에 매우 의존적일 수 있다. 자석(104)의 일측에서 IC(106)를 배치하는 것은 제조가능성을 용이하게 하고 전기 부품이 배치될 수 있는 상대적으로 평탄한 리드프레임을 허용하며, 종래 기술에 따른 디자인에서 일반적인 자석 표면과 타겟 사이에 부품을 배치하기 위하여 센서 표면 근처에서 리드프레임을 90도로 굽히는 것을 필요로 하지 않는다. 시스템(100)과 함께 AMR 브릿지 회로(400)의 레이아웃은, 예를 들어, 자동차 크랭크 센서와 같은 용도에 적합하며 COLF(Chip-On-Lead Fram) 공정에서 이용되는 패키지화를 가능하게 한다.
본 명세서의 도 1 내지 4에 도시된 시스템(100) 및 AMR 브릿지 회로(400)는 독특한 전체 디자인을 제공하는 2개의 일반적인 특징을 제공한다. 첫째, 전술한 바와 같이, 자석(104)의 측면상의 IC(106)를 배치하는 것은 자석 표면과 타겟(121) 사이에 부품을 배치하기 위하여 센서의 표면 근처에서 리드프레임을 90도로 굽히는 것을 필요로 하지 않으면서 전기 부품이 배치될 수 있는 상대적으로 평탄한 리드프레임을 허용함으로써 제조가능성을 용이하게 할 수 있다. 둘째, AMR 브릿지 회로(400) 레이아웃은 타겟 톱니와 슬롯 모양이 센서를 통과함에 따라 AMR 브릿지 회로(400)의 절반이 다른 절반의 전에 타겟 톱니와 근접하게 되는 것을 허용함으로써 톱니 슬롯 검출과는 달리 에지 톱니 에지 검출을 가능하게 한다. 이러한 특징을 조합함으로써, 시스템과 그 방법을 포함하여 고유의 센서가, 예를 들어, 기어 톱니 감지 애플리케이션, 크랭크 위치 센서, 터보 차저 임펠러 속도 센서(즉, 에디 전류를 이용하여) 및 자동차 트랜스미션에서 이용되는 것과 같은 속도 센서에 대하여 이용될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따라 구현될 수 있는 자기저항 브릿지 부품(107, 109)의 미크론 레벨의 상부 레이아웃을 도시한다. 부품(107, 109)은 미크론 레벨로 Z에 대한 X를 도시하는 그래프(500)와 관련하여 도 5에 도시된다. 그래프(500)에 도시된 바와 같이, 러너(302, 304)는 자기저항 브릿지 부품(107)과 관련되며, 러너(306, 308)는 자기저항 브릿지 부품(109)과 관련된다. 도 5에 도시된 구성은 자기저항 브릿지 부품(107, 109)의 가능한 한가지 구현을 나타내며, 본 명세서에서 일반적인 교육과 예시의 목적으로만 제공된다는 것이 이해될 수 있다. 디자인 고 려사항과 감지 애플리케이션의 목적에 따라 추가의 또는 더 적은 러너를 갖는 다양한 다른 구성이 가능하다.
도 6은 다른 실시예에 따라 구현될 수 있는 센서(600)에 대한 디자인의 분해사시도를 도시한다. 도 6 내지 15에서 동일하거나 유사한 부분 또는 구성요소들은 일반적으로 동일한 도면 부호에 의해 표시된다는 것에 유의하여야 한다. 따라서, 도 6 내지 15에 도시된 구성은 도 1 내지 5에 관련하여 본 명세서에서 도시되고 설명된 자기저항 감지 시스템(100) 및 그 부품의 한가지 가능한 실시예를 나타낸다. 도 6 내지 15에 도시된 센서(600)는 전술한 COLF 공정을 이용하여 구현될 수 있다.
센서(600)는 후방부(601)와 전방부(603)를 갖는 오버몰드부(over-mold portion, 602)를 포함한다. 오버몰드부(602)는 리드프레임(604), 자석(606), 및 3개의 전기적 리드부(607)를 갖는 센서 모듈(608)을 유지하는데 이용된다. 또한, 장착 브라켓(612)이 도 6에 나타난 바와 같이 제공될 수 있다. 도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 전체 센서(600) 구성의 사시도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따라 구현될 수 있는 계단형 리드프레임(800) 구성의 측면도를 도시한다. 계단형 리드 프레임(800)은 기준 커패시터(802, 803)와 함께 다이 또는 IC(804)를 지지할 수 있다. 또한, 계단형 리드프레임(800)은 페라이트 비드(811)를 유지하도록 이용될 수 있다. 도 9는 일 실시예에 따라 구현될 수 있는 도 8에 도시된 계단형 리드프레임(800) 구성의 상면도를 도시한다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 계단형 리드프레임(800)은 페라이트 비드(810)와 선택적인 풀업 저항기(808)를 지지한다. 또한, 필터 커패시터(806, 807)도 계단형 리드프레임(800)에 의해 지지될 수 있다. 도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 계단형 리드프레임(800)은 일반적으로 후방부(901), 전방부(903) 및 그 사이에 대략적으로 중간에 있는 중간부(905)를 갖는다. IC 또는 다이(804)는 계단형 리드 프레임(800)의 전방부(903)에 더 가까이 배치된다. IC(804)는 도 4에 도시된 AMR 브릿지 회로(400)와 도 5에 도시된 구성을 구현하는 도 3에 도시된 IC(106)에 유사하다는 것에 유의하여야 한다. 다른 AMR 레이아웃이 물론 디자인 고려사항에 따라 이용될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따라 도 8 및 9에 도시된 계단형 리드프레임(800) 상에 구현된 도 6에 도시된 센서 모듈(608)의 사시도를 도시한다. 도 10에 표시된 바와 같이, 센서 모듈(608)은 계단형 리드프레임(800)상에서 계단형 리드프레임(800)에 의해 유지될 수 있다. 센서 모듈(608)은 열경화성 에폭시(1006)로부터 형성될 수 있으며, 배치용 형상(1002)을 가지면서 구성될 수 있다. 또한, 자석 슬롯(1004)은 센서 모듈(608)의 본체로부터 형성될 수 있다. 자석 슬롯(1004)은, 예를 들어, 도 6에 도시된 자석(606)을 유지하는데 이용될 수 있다.
도 11은 바람직한 실시예에 따라 도 6에 도시된 센서 모듈(608)과 그 리 드(606)의 상부 사시도 도시한다. 도 12는 바람직한 실시예에 따라 도 11에 도시된 센서 모듈(608)의 하부 사시도를 도시한다. 도 11 내지 12에서 자석(606)이 자석 슬롯(1004) 내에 배치된 것을 도시하며, 복수의 리드(607)는 센서 모듈(608)로부터 연장한다는 것에 유의하여야 한다. 배치용 형상(1002)은 센서 모듈(608)의 일측에서 구성된 것이 도시되며, 도 10에 관련하여 이전에 도시된 배치용 형상(1002)이 도 11에 도시된다. 따라서, 도 11 및 12에 도시된 센서 모듈(608)은 가능한 일 실시예에 따라 구현될 수 있는 단일의 캘리브레이션된 센서 모듈을 나타낸다.
도 13은 일 실시예에 따라 도 6 및 7에 도시된 자기저항 센서(600)의 전면에 대한 단면도를 도시한다. 도 14는 도 13에 도시된 자기저항 센서의 측면에 대한 사시도를 도시한다. 도 13 및 14에서, 동일하거나 유사한 부분 또는 구성요소들은 일반적으로 동일한 도면 부호에 의해 표시된다는 것에 유의하여야 한다. 따라서, IC 또는 다이(804)는 자석(606)과 함께 도 13 및 14에서 도시된다. 또한, 가열가소성 본체(1006)가 도 13 및 14에 도시된다. 부품(1302)은 리드프레임(604)의 근처에 배치될 수 있다.
전술한 바에 따라, 자석(606)이 복수의 톱니와 그 사이에 형성된 복수의 슬롯을 포함하는 타켓에 근접하게 배치되는 자기 센서, 시스템 및 방법이 구현될 수 있다. 집적 회로 또는 다이(804)는 자석의 일측에 배치되며, 집적 회로 또는 다 이(804)는, 예들 들어 도 1 내지 5에 대하여 본 명세서에서 설명된 바와 같이 복수의 자기저항 브릿지 부품을 포함한다. 집적 회로(804)와 자석(606)은 센서 패키지 내로 구성될 수 있으며, 이에 따라, 예를 들어, 4개의 자기저항 부품(예를 들어, AMR 트랜스듀서)(402, 406, 404, 408)과 같은 자기저항 브릿지 부품은 톱니 및 관련된 슬롯이 센서 패키지를 통과함에 따라 자기저항 브릿지 부품의 절반이 자기저항 브릿지 부품의 다른 절반 전에 톱니의 에지에 근접하게 될 때, 타겟 톱니의 검출을 가능하게 한다.
일반적으로, 자기저항 브릿지 부품은 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품과 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품을 포함한다. 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품은 IC의 제1 영역 내에 배치될 수 있으며, 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품은 일반적으로 IC의 제2 영역 내에 배치된다. 복수의 자기저항 브릿지 부품은, 예를 들어, 4개 또는 그 이상의 자기저항 부품으로 이루어진 AMR 휘트스톤 브릿지 구성으로 배치될 수 있다. 이러한 자기저항 브릿지 부품은, 예를 들어, 이방성 자기저항(AMR) 트랜스듀서일 수 있다. 타겟은, 예를 들어, 크랭크 샤프트, 캠 샤프트 등일 수 있다.
전술한 실시예에서, 이용된 트랜스듀서는 0 가우스(즉, 센서의 감지 축(들)에서)에 가까이(즉, 또는 대략 중간에) 있는 자기장에서 동작하기 때문에 온도 효과에 덜 영향을 받는다. 이러한 설계는 연속하는 낮은 바이어스 구성으로서 참조 될 수 있다. 다른 구성은 높은 바이어스 자기장에서 센서를 배치할 수 있다. 예를 들어, 자석으로부터의 자기장에서 5%의 변동을 발생시키는 온도 효과는 높은 바이어스 구성에 대한 바이어스에서의 큰 변동과 낮은 바이어스 구성에서의 작은 변동을 발생시킬 수 있다.
그러나, 홀 및/또는 AMR 부품과 같은 트랜스듀서는 이러한 장치가 자기장에 민감한 축과 그렇지 않은 축을 제공한다. 따라서, 자석에 대하여 트랜스듀서를 알맞게 배향함으로써 자석의 표면 또는 측면 상에 낮은 또는 높은 바이어스의 상황을 생성할 수 있다. 따라서, 측면상에만 있는 트랜스듀서가 낮은 바이어스(즉, 그리고 낮은 온도 효과)하는 것은 아니다. 그것은 3개의 평행축과 3개의 회전축에서 자석에 대하여 트랜스 듀스를 알맞게 배치하는 것이다.
전술한 것에 대한 변형물과 다른 특징 및 기능, 또는 그 대체물은 많은 다른 상이한 시스템 또는 애플리케이션으로 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 현재 예측되지 않거나 기대되지 않는 다양한 대체물, 수정물, 변형물 또는 개선물이 결과적으로 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이루어질 수 있으며, 이들은 다음의 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 복수의 톱니와 상기 복수의 톱니의 사이에 형성된 복수의 슬롯을 구비한 타겟에 근접하게 배치된 자석;
    상기 자석의 일측 상에 배치되고 복수의 자기저항 브릿지 부품을 갖는 집적 회로;
    를 포함하며,
    상기 집적 회로와 상기 자석은 센서 패키지 내로 구성되어, 상기 복수의 톱니 중 적어도 하나의 톱니 및 이와 관련된 슬롯이 상기 센서 패키지를 통과함에 따라 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품의 절반이 상기 자기저항 브릿지 부품의 다른 절반 전에 상기 적어도 하나의 톱니의 에지에 근접하게 될 때, 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품이 상기 적어도 하나의 톱니의 검출을 가능하게 하는 자기 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자기저항 브릿지 부품은 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품과 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품을 포함하며, 상기 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품은 상기 집적 회로의 제1 영역 내에 배치되며, 상기 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품은 상기 집적 회로의 제2 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자기저항 브릿지 부품은 AMR 휘트스톤 브리지 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 AMR 휘트스톤 브리지 구성은 4개의 자기저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 자기저항 브릿지 부품은 이방성 자기저항(AMR) 트랜스듀서를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
  6. 센서 패키지;
    상기 센서 패키지 내에 구성되고, 복수의 톱니와 상기 복수의 톱니의 사이에 형성된 복수의 슬롯을 구비한 타겟에 근접하게 배치된 자석;
    상기 자석의 일측 상에 배치되고 복수의 자기저항 브릿지 부품을 갖는 집적 회로;
    를 포함하며,
    상기 집적 회로와 상기 자석은 상기 센서 패키지 내로 구성되어, 상기 복수의 톱니 중 적어도 하나의 톱니 및 이와 관련된 슬롯이 상기 센서 패키지를 통과함에 따라 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품의 절반이 상기 자기저항 브릿지 부품의 다른 절반 전에 상기 적어도 하나의 톱니의 에지에 근접하게 될 때, 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품이 상기 적어도 하나의 톱니의 검출을 가능하게 하고,
    상기 복수의 자기저항 브릿지 부품은 상기 집적 회로의 제1 영역 내에 배치되는 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품과 상기 집적 회로의 제2 영역 내에 배치되는 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품을 포함하는,
    자기 감지 시스템.
  7. 복수의 톱니와 상기 복수의 톱니의 사이에 형성된 복수의 슬롯을 구비한 타겟에 근접하게 배치된 자석을 제공하는 단계;
    상기 자석의 일측 상에 복수의 자기저항 브릿지 부품을 갖는 집적 회로를 배치하는 단계;
    상기 집적회로와 상기 자석을 센서 패키지로 구성하는 단계; 및
    복수의 톱니 중 적어도 하나의 톱니 및 이와 관련된 슬롯이 상기 센서 패키지를 통과함에 따라 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품의 절반이 상기 자기저항 브 릿지 부품의 다른 절반 전에 상기 적어도 하나의 톱니의 에지에 근접하게 될 때, 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품이 상기 적어도 하나의 톱니의 검출을 가능하게 하는 단계;
    를 포함하는 자기 감지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 집적 회로의 제1 영역 내에 배치되는 제1 그룹의 자기저항 브릿지 부품과 상기 집적 회로의 제2 영역 내에 배치되는 제2 그룹의 자기저항 브릿지 부품을 포함하도록 상기 복수의 자기저항 브릿지 부품을 구성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 감지 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 자기저항 브릿지 부품을 AMR 휘트스톤 브릿지 구성으로 배치하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 AMR 휘트스톤 브릿지 구성이 4개의 자기저항기를 포함하도록 구성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 감지 방법.
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