KR20130023730A - Integrated current sensor using embedded substrate - Google Patents

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KR20130023730A
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박상규
허영식
김경욱
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삼성전기주식회사
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Abstract

PURPOSE: A current sensor using an embedded substrate is provided to improve sensing efficiency and to save space of current lines and sensor IC by using an embedded structure. CONSTITUTION: A current sensor(100) using an embedded substrate includes an embedded substrate(10), a spiral inductor(20), a sensor IC(30), and a control unit(50). The embedded substrate laminates a number of substrates. The spiral inductor is embedded in the embedded substrate and generates magnetic field in a vertical direction by applying current to both ends. The sensor IC is embedded on the embedded substrate, vertically arranged in a lower part of the spiral inductor, and detects the intensity of the magnetic field generated in a vertical direction from the spiral inductor. The control unit calculates a current value applied to the spiral inductor using the detected magnetic field intensity from the sensor IC. [Reference numerals] (50) Control unit; (60) Current supply unit

Description

임베디드 기판을 이용한 전류 센서{Integrated Current Sensor using Embedded Substrate}Integrated Current Sensor using Embedded Substrate}

본 발명은 임베디드 기판을 이용한 전류 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a current sensor using an embedded substrate.

최근 많은 분야에서 센싱 기술이 접목된 여러 가지 제품들이 출시되고 있는데, 그 중에서도 근접 소형 센서 분야는 크게 자계의 크기를 판별하는 것을 이용한 스위치용 센서와 자계의 크기를 선형적인 전압으로 출력하는 것을 이용한 전류측정용 센서로 나눌 수 있다.In recent years, many products incorporating sensing technology have been released. Among them, the proximity small sensor field has a switch sensor using a large magnetic field and a current using a linear voltage output of the magnetic field. It can be divided into measuring sensors.

먼저, 상기 스위치용 센서는 임의의 외부 자계가 가해져서 그 자계의 크기를 판별하는 역할을 하는 것으로, 센싱 특성에 가장 유리하게 센서 IC의 위나 아래에서 수직으로 자계를 가하도록 검출하는 방식을 사용한다.First, the switch sensor serves to determine the magnitude of the magnetic field by applying an external magnetic field, and uses a method of detecting a magnetic field applied vertically above or below the sensor IC in order to most advantageously sense the sensing characteristic. .

반면, 상기 전류측정용 센서는 전류 도선에 전류를 인가하여 형성된 자계를 검출하여 전류의 세기를 측정하는 것으로, 예를 들면 션트 저항(resistive shunts), CT(current transformers) 및 마그네틱 센서 IC(magnetic sensor IC)들 등이 있다.On the other hand, the current measuring sensor detects the magnetic field formed by applying a current to the current lead to measure the strength of the current, for example, shunt resistors (current transformers) and magnetic sensor IC (magnetic sensor) ICs).

상기 션트 저항의 경우 가격이 매우 싼 대신 급격한 입력 변화로 인한 서지 전류(surge current)나 스파이크 전압(spike voltage)에 취약하고 시스템 레벨에 집적하는 것이 불가능한 단점이 있다.The shunt resistor is very inexpensive but has a disadvantage in that it is vulnerable to surge current or spike voltage due to a sudden change in input and is impossible to integrate at the system level.

상기 CT의 경우 자기 결합 코일(magnetic coupled coil)로 이루어져 있어 두 개의 코일들이 DC적으로 분리되어 있어 DC 전류 측정이 불가능한 단점이 있다.The CT has a disadvantage in that the DC current measurement is impossible because the two coils are separated by DC because of the magnetic coupled coil.

상기 마그네틱 센서 IC들의 경우 가격이 비싼 단점이 있으나 상기 CT의 단점인 DC 신호 측정이 가능하고 상기 션트 저항과 달리 CMOS로도 구현이 가능하여 시스템 집적이 용이하고 서지 전류나 스파이크 전압에 영향을 받지 않는 장점이 있어 최근 가장 많이 사용되는 추세이다.The magnetic sensor ICs have a disadvantage of being expensive, but can measure DC signals, which is a disadvantage of the CT, and can be implemented in CMOS, unlike the shunt resistor, so that the system can be easily integrated and not affected by surge current or spike voltage. This is the most used trend lately.

이러한 마그네틱 센서 IC들을 비롯한 전류측정용 센서는 전류량이 많고 센서 IC와 전류 도선이 가까울수록 더 큰 출력 전압을 야기하는 특성이 있다. Current measuring sensors, including these magnetic sensor ICs, have a large amount of current, and the closer the sensor IC and the current lead, the greater the output voltage.

이때, 전류는 정해진 값이므로 외부의 영향을 최소로 받으면서 최대의 감도(sensitivity)를 갖기 위해서는 센서 IC와 전류 도선의 거리가 최소가 되어야 한다.At this time, since the current is a fixed value, the distance between the sensor IC and the current lead should be minimized in order to have maximum sensitivity while minimizing external influence.

이렇게 센서 IC와 전류 도선의 거리를 최소로 하기 위해서는 전류 도선이 센서 IC의 위나 아래에 배치되어야 최적의 출력값을 얻을 수 있다.In order to minimize the distance between the sensor IC and the current lead, the current lead should be placed above or below the sensor IC to obtain the optimum output value.

다시 말해, 전류 도선이 센서 IC의 위나 아래로 지나가게 되면 그 전류 도선에 흐르는 전류로 인해 유도되는 자계가 스위치용 센서와는 달리 수평으로 들어오게 된다.In other words, when the current conductor passes above or below the sensor IC, the magnetic field induced by the current flowing in the current conductor enters horizontally unlike the sensor for the switch.

홀 센서(Hall sensor)의 수직으로 들어오는 자계를 검출하는 것이 수평으로 들어오는 자계를 검출하는 것보다 반도체 공정 및 특성상 더 좋은 출력값을 갖기 때문에 수평으로 들어오는 자계를 어떠한 방법으로 보다 용이하고 정확하게 검출할 것인지가 관건이다.Since detecting the magnetic field vertically in the Hall sensor has a better output value in the semiconductor process and characteristics than detecting the magnetic field horizontally, it is easier and more accurate to detect the horizontal magnetic field. It's the key.

이러한 수평 자계를 검출하기 위해 종래에 진행되고 있는 다양한 형태의 기술 중 크게 두 가지가 있다.In order to detect such a horizontal magnetic field, there are largely two types of various types of techniques that are conventionally advanced.

그 중 하나는 외부의 수평 자계를 패키지 내에서 구조적으로 수직으로 바꾸어 자계 센싱 IC를 통해 검출하는 방식이 있고, 다른 하나는 반도체 공정 시 강자성체층을 추가하여 외형의 변화 없이 수평으로 들어오는 자계를 상기 강자성체층에 의해 수직 자계로 변환하여 자계 센싱 IC를 통해 검출하는 방식이 있다.One of them is a method of changing the external horizontal magnetic field structurally vertically in the package and detecting it through the magnetic field sensing IC, and the other is adding a ferromagnetic layer in the semiconductor process so that the magnetic field coming in horizontally without changing its appearance is ferromagnetic. There is a method of converting a vertical magnetic field by a layer and detecting it through a magnetic field sensing IC.

그러나, 전자의 경우 구조적으로 수평 자계를 수직으로 바꾸기 위한 패키지 제작 비용과 시간이 낭비될 뿐만 아니라 많은 공간을 차지하고 외부 자계에 대한 차폐(shielding)를 위해 추가적인 차폐 수단도 구비되어야 하므로 소형화가 어려운 단점이 있다.However, in the case of the former, the cost and time of manufacturing a package to structurally change the horizontal magnetic field are not only wasted, but it also takes up a lot of space and additional shielding means must be provided to shield the external magnetic field. have.

또한, 후자의 경우 강자성체층을 추가하기 위한 반도체 공정이 추가되고 추가 공정에 대한 비용이 상승하며, 상기 강자성체층으로 인해 고전력 고전압 공정이 가능한 공정만을 이용할 수 있고 추가적인 외부 자계에 대한 차폐 문제도 고려해야 하므로 이용에 제한이 많고 공정이 용이하지 않은 단점이 있다.
In addition, in the latter case, since a semiconductor process for adding a ferromagnetic layer is added and the cost for the additional process is increased, only a process capable of a high power and high voltage process can be used due to the ferromagnetic layer, and a shielding problem against an additional external magnetic field must be considered. There are many limitations to use and disadvantages that the process is not easy.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스파이럴(spiral) 형태의 전류 도선을 적층 기판에 임베디드하여 수평 자계를 수직 자계로 변환하여 검출된 자계를 이용하여 전류를 측정하는 것이 가능한 임베디드 기판을 이용한 전류 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the above problems, embedded with a spiral (current) wire is embedded in a laminated substrate to convert a horizontal magnetic field into a vertical magnetic field to be able to measure the current using the detected magnetic field It is an object to provide a current sensor using a substrate.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서는, 다수의 기판이 적층되는 임베디드 기판; 상기 임베디드 기판에 임베디드되며 양단에 전류를 인가하여 수직 하향으로 자계를 생성하는 스파이럴 인덕터; 상기 임베디드 기판에 임베디드되며 상기 스파이럴 인덕터 하부에 수직으로 배치되어 상기 스파이럴 인덕터로부터 수직 하향으로 생성된 자계의 크기를 검출하는 센서 IC; 및 상기 센서 IC로부터 검출된 자계의 크기를 이용하여 상기 스파이럴에 인가된 전류값을 산출하는 제어부를 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, a current sensor using an embedded substrate according to an embodiment of the present invention, an embedded substrate in which a plurality of substrates are stacked; A spiral inductor embedded in the embedded substrate and generating a magnetic field vertically downward by applying current at both ends; A sensor IC embedded in the embedded substrate and disposed vertically below the spiral inductor to detect a magnitude of a magnetic field generated vertically downward from the spiral inductor; And a controller for calculating a current value applied to the spiral using the magnitude of the magnetic field detected from the sensor IC.

또한, 상기 임베디드 기판은, 상기 센서 IC와 전기적으로 연결되고 상기 센서 IC가 탑재되는 제1 배선 패턴이 형성된 제1 기판; 상기 제1 기판 위에 적층되고, 상기 스파이럴 인덕터가 안치되며, 상기 스파이럴 인덕터의 양단과 전기적으로 연결되는 각각의 제2 배선 패턴이 형성된 제2 기판; 상기 제2 기판 위에 적층되고, 상기 스파이럴 인덕터의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극 패드, 상기 스파이럴 인덕터의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극 패드, 상기 IC 센서의 일단과 전기적으로 연결되는 제3 전극 패드 및 상기 IC 센서의 타단과 전기적으로 연결되는 제4 전극 패드가 형성된 제3 기판; 상기 제2 기판에 형성된 각각의 제2 배선 패턴과 상기 제3 기판에 형성된 제1 및 제2 전극 패드를 전기적으로 각각 연결하기 위해 상기 임베디드 기판을 수직으로 관통하는 다수의 제1 금속 비아홀; 및 상기 제1 기판에 형성된 제1 배선 패턴과 상기 제3 기판 형성된 제3 및 제4 전극 패드를 전기적으로 각각 연결하기 위해 상기 임베디드 기판을 수직으로 관통하는 다수의 제2 금속 비아홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.The embedded substrate may further include: a first substrate electrically connected to the sensor IC and having a first wiring pattern on which the sensor IC is mounted; A second substrate stacked on the first substrate and having the spiral inductor disposed thereon and having respective second wiring patterns electrically connected to both ends of the spiral inductor; A first electrode pad stacked on the second substrate and electrically connected to one end of the spiral inductor, a second electrode pad electrically connected to the other end of the spiral inductor, and a third electrically connected to one end of the IC sensor A third substrate having an electrode pad and a fourth electrode pad electrically connected to the other end of the IC sensor; A plurality of first metal via holes vertically penetrating the embedded substrate to electrically connect each of the second wiring patterns formed on the second substrate and the first and second electrode pads formed on the third substrate, respectively; And a plurality of second metal via holes vertically penetrating the embedded substrate to electrically connect the first wiring pattern formed on the first substrate and the third and fourth electrode pads formed on the third substrate, respectively. It is done.

또한, 상기 제1 전극 패드와 상기 제2 전극 패드 사이에 상기 스파이럴 인덕터에 전류를 인가하는 전류공급수단이 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the current supply means for applying a current to the spiral inductor is connected between the first electrode pad and the second electrode pad.

또한, 상기 제3 전극 패드와 상기 제3 전극 패드 사이에 상기 센서 IC로부터 검출된 자계의 크기를 전송받는 제어부가 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, a control unit for receiving the magnitude of the magnetic field detected from the sensor IC is connected between the third electrode pad and the third electrode pad.

또한, 상기 제2 기판은 상기 스파이럴 인덕터와 상기 센서 IC 사이에 에어 갭(air gap)이 존재하도록 상기 센서 IC가 위치하는 곳에 형성된 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 한다.The second substrate may include a cavity formed where the sensor IC is positioned such that an air gap exists between the spiral inductor and the sensor IC.

또한, 상기 캐비티에는 상기 스파이럴 인덕터로부터 수직 하향으로 생성된 자계를 인도하는 자계 인도 물질로 충전되는 것을 특징으로 한다.In addition, the cavity is filled with a magnetic field guide material for guiding a magnetic field generated vertically downward from the spiral inductor.

또한, 외부로부터 인가되는 자계들을 차단하거나 상기 스파이럴 인덕터로부터 형성된 자계가 외부로 인가되는 것을 차단하기 위해 상기 스파이럴 인덕터보다 적어도 1층 이상의 상부 기판에 형성된 차페 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include shielding means formed on at least one layer of the upper substrate than the spiral inductor to block magnetic fields applied from the outside or to prevent the magnetic field formed from the spiral inductor from being applied to the outside.

또한, 외부로부터 인가되는 자계들을 차단하거나 상기 스파이럴 인덕터로부터 형성된 자계가 외부로 인가되는 것을 차단하기 위해 상기 센서 IC보다 적어도 1층 이상의 하부 기판에 형성된 차페 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The apparatus may further include shielding means formed on at least one lower layer of the substrate than the sensor IC to block magnetic fields applied from the outside or block the magnetic fields formed from the spiral inductor.

본 발명에 의하면, 수평 자계를 수직 자계로 변환하여 검출할 수 있으므로 고효율의 센싱이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, since the horizontal magnetic field can be detected by converting it into a vertical magnetic field, there is an effect of enabling highly efficient sensing.

또한, 임베디드 구조로 인해 기판상에 전류 도선과 센서 IC가 차지하는 공간을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 외부로부터의 자계를 막기 위한 차폐 수단도 큰 면적이나 부피를 차지하지 않으므로 공간 효율성이 극대화되며 소형화가 가능한 효과가 있다.
In addition, the embedded structure not only saves the space occupied by current wires and sensor ICs on the board, but also shielding means to prevent magnetic fields from the outside does not occupy a large area or volume, thus maximizing space efficiency and miniaturization. It works.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전류 센서의 단면도이다.
도 3a 및 3b는 스파이럴 인덕터에 인가된 전류 방향에 따른 자계 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서의 단면도이다.1 is a plan view of a current sensor using an embedded substrate according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the current sensor shown in FIG. 1.
3A and 3B are diagrams for describing a magnetic field direction according to a current direction applied to a spiral inductor.
4 is a cross-sectional view of a current sensor using an embedded substrate according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A'선을 따라 절단된 전류 센서의 단면도이다.1 is a plan view of a current sensor using an embedded substrate according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the current sensor cut along the line AA ′ shown in FIG. 1.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서(100)는 임베디드 기판(10), 스파이럴(spiral) 인덕터(20), 센서 IC(30) 및 제어부(50)를 포함하여 구성된다.1 and 2, the current sensor 100 using the embedded substrate according to the first embodiment of the present invention may include an embedded substrate 10, a spiral inductor 20, a sensor IC 30, and a controller ( 50).

본 발명의 제2 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서(100)는 상기 임베디드 기판(10) 내에 상기 스파이럴 인덕터(20)와 상기 스파이럴 인덕터(20) 하부에 수직으로 배치된 센서 IC(30)가 임베디드(embedded) 되도록 적층된다.The current sensor 100 using the embedded substrate according to the second embodiment of the present invention is a sensor IC 30 disposed vertically under the spiral inductor 20 and the spiral inductor 20 in the embedded substrate 10. Are stacked to be embedded.

이와 같은 전류 센서(100)는 상기 스파이럴 인덕터(20)에 전류를 인가하면, 상기 스파이럴 인덕터(20)로부터 수직 하향으로 자계(B)를 생성하게 되고, 상기 스파이럴 인덕터(20) 하부에 수직 배치된 상기 센서 IC(30)를 통해 상기 자계(B)의 크기(값)를 검출하여 제어부(50)로 전송된다. When the current sensor 100 applies a current to the spiral inductor 20, the current sensor 100 generates a magnetic field B vertically downward from the spiral inductor 20, and is vertically disposed below the spiral inductor 20. The sensor IC 30 detects the magnitude (value) of the magnetic field B and transmits it to the controller 50.

이후, 상기 제어부(50)는 상기 센서 IC(30)로부터 검출된 자계의 크기(값)를 이용하여 상기 스파이럴 인덕터(20)에 인가된 전류값을 산출하게 된다.Thereafter, the controller 50 calculates a current value applied to the spiral inductor 20 using the magnitude (value) of the magnetic field detected by the sensor IC 30.

구체적으로, 상기 임베디드 기판(10)은 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이 제1 기판(11), 제2 기판(12) 및 제3 기판(13)의 순으로 적층되어 있다.Specifically, the embedded substrate 10 is stacked in the order of the first substrate 11, the second substrate 12 and the third substrate 13, for example, as shown in FIG.

상기 제1 기판(11)은 서로 대향하는 한 쌍의 제1 및 제2 주면(main plane)(11a 및 11b)을 갖는다. The first substrate 11 has a pair of first and second main planes 11a and 11b facing each other.

여기서, 상기 제1 기판(11)의 제1 주면(11a)에는 상기 센서 IC(30)와의 전기적 연결을 위한 제1 배선 패턴(30)이 형성되고, 상기 제1 배선 패턴(30) 위에 센서 IC(30)가 탑재되어 있다. Here, a first wiring pattern 30 for electrical connection with the sensor IC 30 is formed on the first main surface 11a of the first substrate 11, and a sensor IC is formed on the first wiring pattern 30. 30 is mounted.

상기 제2 기판(12)의 주면(12a)에는 스파이럴 인덕터(20)와의 전기적 연결을 위해 상기 스파이럴 인덕터(20)의 양단과 연결된 제2 배선 패턴(25)이 각각 형성되어 있다.Second wiring patterns 25 connected to both ends of the spiral inductor 20 are formed on the main surface 12a of the second substrate 12 to electrically connect the spiral inductor 20.

상기 각각의 제2 배선 패턴(25)과 상기 스파이럴 인덕터(20)의 양단을 각각 연결하여 상기 스파이럴 인덕터(20)를 상기 제2 기판(12)에 안치시킨다.Both ends of the second wiring pattern 25 and the spiral inductor 20 are connected to each other so that the spiral inductor 20 is placed on the second substrate 12.

상기 제3 기판(13)의 주면(13a)에는 상기 스파이럴 인덕터(20)의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극 패드(P1) 및 상기 스파이럴 인덕터(20)의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극 패드(P2)가 각각 형성되어 있다.A first electrode pad P1 electrically connected to one end of the spiral inductor 20 and a second electrode electrically connected to the other end of the spiral inductor 20 are formed on the main surface 13a of the third substrate 13. Pads P2 are formed, respectively.

또한, 상기 제3 기판(13)의 주면(13a)에는 상기 센서 IC(30)의 일단과 전기적으로 연결되는 제3 전극 패드(P3) 및 상기 센서 IC(30)의 타단과 전기적으로 연결되는 제4 전극 패드(P4)도 각각 형성되어 있다.In addition, a third electrode pad P3 electrically connected to one end of the sensor IC 30 and a second electrode electrically connected to the other end of the sensor IC 30 may be formed on the main surface 13a of the third substrate 13. Four electrode pads P4 are also formed.

한편, 상기 임베디드 기판(10)에는 상기 제2 기판(12)의 주면(12a)에 형성된 각각의 제2 배선 패턴(25)과 상기 제3 기판(13)의 주면(13a)에 형성된 상기 제1 및 제2 전극 패드(P1 및 P2)를 전기적으로 각각 연결하기 위해 상기 임베디드 기판(10)을 수직으로 관통하는 제1 금속 비아홀(10a)이 각각 형성되어 있다.In the embedded substrate 10, each of the second wiring patterns 25 formed on the main surface 12a of the second substrate 12 and the first surface formed on the main surface 13a of the third substrate 13 are formed. And first metal via holes 10a vertically penetrating the embedded substrate 10 to electrically connect the second electrode pads P1 and P2, respectively.

또한, 상기 임베디드 기판(10)에는 상기 제1 기판(11)의 제1 주면(11a)에 형성된 제1 배선 패턴(35)과 상기 제3 기판(13)의 주면(13a)에 형성된 상기 제3 및 제4 전극 패드(P3 및 P4)를 전기적으로 연결하기 위해 상기 임베디드 기판(10)을 수직으로 관통하는 제2 금속 비아홀(10b)도 각각 형성되어 있다.In the embedded substrate 10, a first wiring pattern 35 formed on the first main surface 11a of the first substrate 11 and the third formed on the main surface 13a of the third substrate 13. And second metal via holes 10b that vertically penetrate the embedded substrate 10 to electrically connect the fourth electrode pads P3 and P4.

이로써, 상기 스파이럴 인덕터(20)는 상기 제2 배선 패턴(25), 상기 제2 금속 비아홀(10b) 및 상기 제1 및 제2 전극 패드(P1 및 P2)를 통해 외부의 전류공급수단(60)과 전기적으로 연결될 수 있다.As a result, the spiral inductor 20 receives an external current supply means 60 through the second wiring pattern 25, the second metal via hole 10b, and the first and second electrode pads P1 and P2. And can be electrically connected.

이때, 상기 제1 및 제2 전극 패드(P1 및 P2)에는 상기 스파이럴 인덕터(20)의 양단에 전류를 인가하는 상기 전류공급수단(60)과 연결되도록 제1 및 제2 단자(T1 및 T2)가 각각 형성될 수 있다. 상기 제1 단자(T1)와 상기 제2 단자(T2) 사이에 상기 전류공급수단(60)을 연결하여 상기 스파이럴 인덕터(20)의 양단에 전류를 인가할 수 있게 된다.In this case, first and second terminals T1 and T2 are connected to the first and second electrode pads P1 and P2 so as to be connected to the current supply means 60 for applying current to both ends of the spiral inductor 20. May be formed respectively. The current supply means 60 may be connected between the first terminal T1 and the second terminal T2 to apply current to both ends of the spiral inductor 20.

마찬가지로, 상기 센서 IC(30)는 상기 제1 배선 패턴(35), 상기 제1 금속 비아홀(10a) 및 상기 제3 및 제4 전극 패드(P3 및 P4)를 통해 상기 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제3 전극 패드(P3)와 상기 제4 전극 패드(P4) 사이에 상기 제어부(50)가 연결될 수 있다.Similarly, the sensor IC 30 is electrically connected to the controller 50 through the first wiring pattern 35, the first metal via hole 10a, and the third and fourth electrode pads P3 and P4. Can be connected. In this case, the controller 50 may be connected between the third electrode pad P3 and the fourth electrode pad P4.

이러한 상기 제어부(50)는 상기 센서 IC(30)로부터 검출된 자계(B)의 세기를 전달받아 상기 스파이럴 인덕터(20)에 인가된 전류를 산출하게 된다. The controller 50 receives the strength of the magnetic field B detected from the sensor IC 30 to calculate the current applied to the spiral inductor 20.

이때, 상기 스파이럴 인덕터(20)의 스파이럴 방향 및 그에 흐르는 전류의 방향에 따라 상기 스파이럴 인덕터(20)로부터 생성된 자계(B)의 방향이 달라진다.At this time, the direction of the magnetic field B generated from the spiral inductor 20 varies according to the spiral direction of the spiral inductor 20 and the current flowing therethrough.

도 3a 및 3b는 스파이럴 인덕터의 스파이럴 방향 및 그에 인가된 전류 방향에 따른 자계 방향을 설명하기 위한 도면이다.3A and 3B are diagrams for describing a magnetic field direction according to a spiral direction of a spiral inductor and a current direction applied thereto.

상기 스파이럴 인덕터(20)에 흐르는 전류의 방향이 시계방향이 되어야 자계가 상기 센서 IC(30)가 있는 수직 하향으로 형성된다. When the direction of the current flowing in the spiral inductor 20 becomes clockwise, the magnetic field is formed vertically downward with the sensor IC 30.

예를 들어, 상기 스파이럴 인덕터(20)의 스파이럴 방향이 시계 방향으로 감겨 있을 경우 상기 스파이럴 인덕터(20)에 인가된 전류는 P1에서 P2로 인가하여야 상기 스파이럴 인덕터(20)에 흐르는 전류의 방향이 시계 방향이 되어 상기 스파이럴 인덕터(20)로부터 생성된 자계(B)가 수직 하향으로 형성하게 된다(도 3a 참조).For example, when the spiral direction of the spiral inductor 20 is wound in a clockwise direction, the current applied to the spiral inductor 20 must be applied from P1 to P2 so that the direction of the current flowing through the spiral inductor 20 is clockwise. The magnetic field B generated from the spiral inductor 20 is vertically downward (see FIG. 3A).

반대로, 상기 스파이럴 인덕터(20)의 스파이럴 방향이 반시계 방향으로 감겨 있을 경우 상기 스파이럴 인덕터(20)에 인가된 전류는 P2에서 P1으로 인가하여야 상기 스파이럴 인덕터(20)에 흐르는 전류의 방향이 시계 방향이 되어 상기 스파이럴 인덕터(20)로부터 생성된 자계(B)가 수직 하향으로 형성하게 된다(도 3b 참조).On the contrary, when the spiral direction of the spiral inductor 20 is wound in the counterclockwise direction, the current applied to the spiral inductor 20 should be applied from P2 to P1 in the clockwise direction. As a result, the magnetic field B generated from the spiral inductor 20 is vertically downwardly formed (see FIG. 3B).

이로써, 상기 스파이럴 인덕터(20)의 하부에 설치된 상기 센서 IC(30)를 통해 상기 스파이럴 인덕터(20)로부터 수직 하향으로 생성된 자계(B)의 크기를 센싱할 수 있게 된다.As a result, the size of the magnetic field B generated vertically downward from the spiral inductor 20 may be sensed through the sensor IC 30 installed under the spiral inductor 20.

한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서(100)는 외부로부터 인가되는 자계들을 차단하고 반대로 상기 스파이럴 인덕터(20)로부터 형성된 자계가 외부로 인가되는 것을 방지하는 차폐 수단(40)을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the current sensor 100 using the embedded substrate according to the first embodiment of the present invention is shielding means for blocking the magnetic field applied from the outside and prevent the magnetic field formed from the spiral inductor 20 is applied to the outside ( 40) may be further included.

이러한 상기 차폐 수단(40)은 상기 제1 기판(11)의 제1 주면(11a)에 탑재된 상기 센서 IC(30)에 대응되도록 상기 제1 주면(11a)에 대향하는 상기 제1 기판(11)의 제2 주면(11b)에 형성될 수 있다.The shielding means 40 is opposed to the first main surface 11a so as to correspond to the sensor IC 30 mounted on the first main surface 11a of the first substrate 11. It may be formed on the second main surface (11b) of.

또한, 상기 차폐 수단(40)은 상기 스파이럴 인덕터(20)에 대응되도록 상기 제3 기판(13)의 주면(13a)에 형성될 수 있다.In addition, the shielding means 40 may be formed on the main surface 13a of the third substrate 13 to correspond to the spiral inductor 20.

이때, 상기 차폐 수단(40)의 지름(R)은 상기 스파이럴 인덕터(20)의 지름(r)보다 큰 것이 바람직하다.At this time, the diameter (R) of the shielding means 40 is preferably larger than the diameter (r) of the spiral inductor 20.

이러한 차폐 수단(40)은 상기 스파이럴 인덕터(20)와 상기 센서 IC(30)에 대해 수직 방향이 아닌 수평 방향으로 다수의 기판에 적층되어 형성되므로 큰 면적이나 부피를 차지하지 않아 공간 효율성이 극대화될 수 있다. Since the shielding means 40 is formed by stacking a plurality of substrates in a horizontal direction rather than a vertical direction with respect to the spiral inductor 20 and the sensor IC 30, space efficiency may be maximized by not occupying a large area or volume. Can be.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a current sensor using an embedded substrate according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서(100)는 상기 스파이럴 인덕터(20)와 상기 센서 IC(30) 사이에 에어 갭(air gap)이 존재하도록 상기 제2 기판(12)에 캐비티(10c)가 형성된 것을 제외하면 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임베디드 기판을 이용한 전류 센서(100)와 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에 대한 상세 설명은 상술한 것으로 대체하기로 한다.Referring to FIG. 4, the current sensor 100 using the embedded substrate according to the second exemplary embodiment of the present invention is configured such that an air gap exists between the spiral inductor 20 and the sensor IC 30. Except that the cavity 10c is formed in the second substrate 12, the same as the current sensor 100 using the embedded substrate according to the first embodiment of the present invention. Therefore, detailed description of the same components will be replaced with those described above.

이와 같이, 상기 캐비티(10c)가 에어 갭으로 존재하면 상기 스파이럴 인덕터(20)로부터 수직 하향으로 생성되는 자계(B)가 더욱 잘 인도되기 때문에 상기 센서 IC(30)의 자계 검출 성능이 더욱 향상될 수 있다.As such, when the cavity 10c is present in the air gap, the magnetic field B generated vertically downward from the spiral inductor 20 is better guided, and thus the magnetic field detection performance of the sensor IC 30 may be further improved. Can be.

또한, 상기 캐비티(10c) 내에는 도 4에서 도시된 바와 같은 에어 갭 이외에도 상기 스파이럴 인덕터(20)로부터 수직 하향으로 생성되는 자계(B)를 더욱 잘 인도할 수 있는 소정의 자계 인도 물질(미도시)로 채워질 수도 있다.In addition, in addition to the air gap shown in FIG. 4, the cavity 10c may also have a predetermined magnetic field guidance material capable of better guiding the magnetic field B generated vertically downward from the spiral inductor 20. It can also be filled with).

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전류 센서는 수평 자계를 수직 자계로 변환하여 검출할 수 있으므로 고효율의 센싱이 가능하고, 임베디드 구조로 인해 기판상에 스파이럴 인덕터(전류 도선)과 센서 IC가 차지하는 공간을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 외부로부터의 자계를 막기 위한 차폐 수단도 큰 면적이나 부피를 차지하지 않도록 설계함으로써 공간 효율성이 극대화되며 소형화가 가능하다.As described above, the current sensor according to the present invention can be detected by converting the horizontal magnetic field into a vertical magnetic field so that high efficiency sensing is possible, and the space occupied by the spiral inductor (current lead) and the sensor IC on the substrate due to the embedded structure. In addition to saving energy, the shielding means to prevent the magnetic field from the outside is also designed to not occupy a large area or volume, thereby maximizing space efficiency and miniaturization.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art may variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. And can be changed.

100 : 전류 센서 10 : 임베디드 기판
10a : 제1 금속 비아홀 10b : 제2 금속 비아홀
10c : 캐비티 11 : 제1 기판
12 : 제2 기판 13 : 제3 기판
20 : 스파이럴(spiral) 인덕터 25 : 제2 배선 패턴
30 : 센서 IC 35 : 제1 배선 패턴
40 : 차폐(sheilding) 수단 50 : 제어부
P1 : 제1 전극 패드 P2 : 제2 전극 패드
P3 : 제3 전극 패드 P4 : 제4 전극 패드 100 current sensor 10 embedded board
10a: first metal via hole 10b: second metal via hole
10c: cavity 11: first substrate
12: second substrate 13: third substrate
20: spiral inductor 25: second wiring pattern
30 sensor IC 35 first wiring pattern
40: shielding means 50: control unit
P1: first electrode pad P2: second electrode pad
P3: third electrode pad P4: fourth electrode pad

Claims (8)

다수의 기판이 적층되는 임베디드 기판;
상기 임베디드 기판에 임베디드되며 양단에 전류를 인가하여 수직 하향으로 자계를 생성하는 스파이럴 인덕터;
상기 임베디드 기판에 임베디드되며 상기 스파이럴 인덕터 하부에 수직으로 배치되어 상기 스파이럴 인덕터로부터 수직 하향으로 생성된 자계의 크기를 검출하는 센서 IC; 및
상기 센서 IC로부터 검출된 자계의 크기를 이용하여 상기 스파이럴에 인가된 전류값을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 기판을 이용한 전류 센서.
An embedded substrate on which a plurality of substrates are stacked;
A spiral inductor embedded in the embedded substrate and generating a magnetic field vertically downward by applying current at both ends;
A sensor IC embedded in the embedded substrate and disposed vertically below the spiral inductor to detect a magnitude of a magnetic field generated vertically downward from the spiral inductor; And
And a controller configured to calculate a current value applied to the spiral using the magnitude of the magnetic field detected from the sensor IC.
청구항 1에 있어서, 상기 임베디드 기판은,
상기 센서 IC와 전기적으로 연결되고 상기 센서 IC가 탑재되는 제1 배선 패턴이 형성된 제1 기판;
상기 제1 기판 위에 적층되고, 상기 스파이럴 인덕터가 안치되며, 상기 스파이럴 인덕터의 양단과 전기적으로 연결되는 각각의 제2 배선 패턴이 형성된 제2 기판;
상기 제2 기판 위에 적층되고, 상기 스파이럴 인덕터의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극 패드, 상기 스파이럴 인덕터의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극 패드, 상기 IC 센서의 일단과 전기적으로 연결되는 제3 전극 패드 및 상기 IC 센서의 타단과 전기적으로 연결되는 제4 전극 패드가 형성된 제3 기판;
상기 제2 기판에 형성된 각각의 제2 배선 패턴과 상기 제3 기판에 형성된 제1 및 제2 전극 패드를 전기적으로 각각 연결하기 위해 상기 임베디드 기판을 수직으로 관통하는 다수의 제1 금속 비아홀; 및
상기 제1 기판에 형성된 제1 배선 패턴과 상기 제3 기판 형성된 제3 및 제4 전극 패드를 전기적으로 각각 연결하기 위해 상기 임베디드 기판을 수직으로 관통하는 다수의 제2 금속 비아홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 기판을 이용한 전류 센서.
The method according to claim 1, The embedded substrate,
A first substrate electrically connected to the sensor IC and having a first wiring pattern on which the sensor IC is mounted;
A second substrate stacked on the first substrate and having the spiral inductor disposed thereon and having respective second wiring patterns electrically connected to both ends of the spiral inductor;
A first electrode pad stacked on the second substrate and electrically connected to one end of the spiral inductor, a second electrode pad electrically connected to the other end of the spiral inductor, and a third electrically connected to one end of the IC sensor A third substrate having an electrode pad and a fourth electrode pad electrically connected to the other end of the IC sensor;
A plurality of first metal via holes vertically penetrating the embedded substrate to electrically connect each of the second wiring patterns formed on the second substrate and the first and second electrode pads formed on the third substrate, respectively; And
And a plurality of second metal via holes vertically penetrating the embedded substrate to electrically connect the first wiring pattern formed on the first substrate and the third and fourth electrode pads formed on the third substrate, respectively. Current sensor using an embedded board.
청구항 2에 있어서, 상기 제1 전극 패드와 상기 제2 전극 패드 사이에 상기 스파이럴 인덕터에 전류를 인가하는 전류공급수단이 연결되는 것을 특징으로 하는 임베디드 기판을 이용한 전류 센서.
The current sensor according to claim 2, wherein a current supply means for applying a current to the spiral inductor is connected between the first electrode pad and the second electrode pad.
청구항 2에 있어서, 상기 제3 전극 패드와 상기 제3 전극 패드 사이에 상기 센서 IC로부터 검출된 자계의 크기를 전송받는 제어부가 연결되는 것을 특징으로 하는 임베디드 기판을 이용한 전류 센서.
The current sensor as claimed in claim 2, wherein a control unit receiving a magnitude of the magnetic field detected from the sensor IC is connected between the third electrode pad and the third electrode pad.
청구항 2에 있어서, 상기 제2 기판은 상기 스파이럴 인덕터와 상기 센서 IC 사이에 에어 갭(air gap)이 존재하도록 상기 센서 IC가 위치하는 곳에 형성된 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 기판을 이용한 전류 센서.
The current sensor of claim 2, wherein the second substrate comprises a cavity formed at a position where the sensor IC is positioned such that an air gap exists between the spiral inductor and the sensor IC. .
청구항 5에 있어서, 상기 캐비티에는 상기 스파이럴 인덕터로부터 수직 하향으로 생성된 자계를 인도하는 자계 인도 물질로 충전되는 것을 특징으로 하는 임베디드 기판을 이용한 전류 센서.
The current sensor as claimed in claim 5, wherein the cavity is filled with a magnetic field guiding material for guiding a magnetic field generated vertically downward from the spiral inductor.
청구항 1에 있어서, 외부로부터 인가되는 자계들을 차단하거나 상기 스파이럴 인덕터로부터 형성된 자계가 외부로 인가되는 것을 차단하기 위해 상기 스파이럴 인덕터보다 적어도 1층 이상의 상부 기판에 형성된 차페 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 기판을 이용한 전류 센서.
The method of claim 1, further comprising shielding means formed on at least one layer of the upper substrate than the spiral inductor to block the magnetic fields applied from the outside or to prevent the magnetic field formed from the spiral inductor is applied to the outside. Current sensor using embedded board.
청구항 1에 있어서, 외부로부터 인가되는 자계들을 차단하거나 상기 스파이럴 인덕터로부터 형성된 자계가 외부로 인가되는 것을 차단하기 위해 상기 센서 IC보다 적어도 1층 이상의 하부 기판에 형성된 차페 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 기판을 이용한 전류 센서.The method of claim 1, further comprising shielding means formed on at least one layer of lower substrate than the sensor IC to block magnetic fields applied from the outside or to prevent the magnetic field formed from the spiral inductor from being applied to the outside. Current sensor using embedded board.
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KR20150030463A (en) * 2013-09-12 2015-03-20 엘지이노텍 주식회사 Micro electro mechanical systems current sensor
JPWO2018143122A1 (en) * 2017-02-02 2019-06-27 アルプスアルパイン株式会社 Balanced current sensor

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