KR20150065998A

KR20150065998A - 3차원 구조로 배치된 복수의 홀 센서를 이용한 센싱 시스템 및 이를 이용한 장치

Info

Publication number: KR20150065998A
Application number: KR1020130150618A
Authority: KR
Inventors: 김은중
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2015-06-16
Also published as: CN104697431B; US20150159989A1; US9523744B2; CN104697431A; KR101929590B1

Abstract

본 발명은 복수의 홀 센서를 이용한 센싱 시스템 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 특히 복수 개의 홀 센서가 3차원 구조로 구비된 센서부의 센싱 데이터를 이용하여 별도의 자석 모듈을 포함하는 본체의 상대적 위치를 판별할 수 있는 센싱 시스템 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.

Description

3차원 구조로 배치된 복수의 홀 센서를 이용한 센싱 시스템 및 이를 이용한 장치{Sensing system using plural of hall sensors arranged in 3 dimensional structure and apparatus using thereof}

통상적으로, 플립형이나 폴더형과 같은 접이형 단말기(플립형이나 폴더형과 같이 제 1 및 제 2 구조로 이루어지며, 상기 두 구조가 연결되어 닫힘 또는 열림 상태를 가지는 단말기를 말하며 이하, 접이형 단말기라 함)는 플립의 열림과 닫힘을 감지하여 단말기를 제어함으로써 통화로를 연결하거나 표시부의 램프를 구동하고 있다. 즉, 호출메시지가 수신되어 사용자가 플립을 열게 되면 통화로를 연결하고 플립을 닫으면 통화로를 차단하도록 되어 있다. 또한 사용자가 플립을 열게 되면 표시부의 램프를 구동하여 사용자가 표시부를 잘 볼 수 있도록 하고 있다.

상기와 같은 단말기에서 상기 플립의 열림과 닫힘을 감지하기 위하여 종래에는 영구자석과 탄성이 있는 자성체로 구성된 리드스위치를 사용하고 있다. 또한, 단말기 모델별 모양 및 크기에 맞게 홀 센서에서 출력되는 전압을 가변 증폭함으로써 모델에 따라 상기 홀 스위치의 자석을 바꾸거나 자석과 자성체와의 거리를 조절하지 않고도 스위치의 감도를 조절할 수 있었다.

다만, 종래에는 접이형 단말기의 열림 또는 닫힘 여부를 감지하기 위해서는 하나의 홀 센서만을 이용하였고, 상기 하나의 센서를 통해 획득되는 센서 값이 일정 크기 이상인지 여부만을 판단하여 상기 접이형 단말기의 열림 또는 닫힘 여부를 감지하였다. 즉, 종래의 센싱 시스템은 자석으로부터의 자기력 세기만을 감지하고, 상기 감지된 값의 크기에 따라 이분법적으로 동작을 수행하는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 상기와 같이 하나의 홀 센서를 통해서는 상기 홀 센서와 자석간의 상대적 거리만을 감지할 뿐, 상기 홀 센서를 구비한 본체에 대한 자석의 상대적 위치까지는 감지하지 못하여 단말기의 열림 또는 닫힘 여부를 잘못 판단하게 되는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제 10-2001-0055059호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자기력을 감지하는 센서부에 대한 별도의 자석 모듈의 상대적 위치를 판별할 수 있는 센싱 시스템 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.

구체적으로, 자기력을 감지하는 센서부를 포함하는 제1 본체에 대해 별도의 자석 모듈을 포함하는 제2 본체가 상측 또는 하측에 위치하는지를 정확히 판별할 수 있는 센싱 시스템 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.

추가적으로, 복수 개의 센서를 통해 센싱된 정보를 이용하여 별도의 자석 모듈을 포함하는 제2 본체를 식별할 수 있는 센싱 시스템 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 센싱 시스템은 제1 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부; 및 상기 제1 평면과 일정 간격 이격되어 평행하게 형성되는 제2 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부;를 포함하고, 상기 제2 센서부의 센서는, 상기 제1 센서부의 센서에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 형성된다.

상기 제1/제2 센서부의 각 센서는, 자기장 변화를 감지하는 제1 도전형의 센싱 영역; 상기 센싱 영역 위에서 전류를 측정하는 서로 마주 보고 있는 제1 및 제3 전극; 및 상기 두 개의 제1 및 제3 전극과 수직 방향으로 배치되며, 전압 변화를 측정하는 서로 마주 보고 있는 제2 및 제4 전극;을 포함하고 있는 홀 소자가 한 개 이상으로 구성된 홀 센서가 적용될 수 있다.

상기 제1 센서부를 포함한 제1 센서 패키징 모듈; 및 상기 제2 센서부를 포함한 제2 센서 패키징 모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 센서 패키징 모듈과 상기 제2 센서 패키징 모듈이 쌓여서 센서부를 구성할 수 있다.

상기 제2 센서부의 센서는, 상기 제1 센서부의 센서에 대해 정렬될 수 있다.

상기 제2 센서부의 센서는, 상기 제1 센서부의 센서에 대해 정렬되지 않을 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 센싱 시스템을 이용한 장치는 제1 본체; 상기 제1 본체와 탈착 가능하며 자석 모듈이 형성된 제2 본체; 3차원적으로 배치된 복수 개의 센서가 제1 본체의 일면에 구비되어 별도의 제2 본체에 형성된 자석 모듈의 자기력을 센싱하는 센서부; 및 상기 센서부의 각 센서들이 센싱한 센싱값들을 이용하여 상기 제1 본체에 대한 제2 본체의 상대적 위치를 판별하는 제어부;를 포함한다.

상기 센서부의 각 센서는, 자기장 변화를 감지하는 제1 도전형의 센싱 영역; 상기 센싱 영역 위에서 전류를 측정하는 서로 마주 보고 있는 제1 및 제3 전극; 및 상기 두 개의 제1 및 제3 전극과 수직 방향으로 배치되며, 전압 변화를 측정하는 서로 마주 보고 있는 제2 및 제4 전극;을 포함하고 있는 홀 소자가 한 개 이상으로 구성된 홀 센서로 구성될 수 있다.

상기 센서부는, 제1 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부; 및 상기 제1 평면과 일정 간격 이격되어 평행하게 형성되는 제2 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부;를 포함할 수 있다.

상기 제2 센서부의 하나 이상의 센서는, 각각 상기 제1 센서부 내 센서 중 선택되는 하나 이상의 센서에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 형성될 수 있다.

상기 제어부는, Z축 방향으로 정렬되어 형성된 제1 센서부 및 제2 센서부 내 각 센서들의 센싱값을 비교하여 상기 제1 본체에 대한 제2 본체의 상대적 위치를 판별할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 판별된 제1 본체에 대한 제2 본체의 상대적 위치 정보를 활용하여 상기 제2 본체가 상기 제1 본체에 부착되었는지를 판단할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센싱 시스템 및 이를 이용한 장치는 복수 개의 홀 센서를 3차원 구조로 배치함으로써 자기력을 감지하는 센서부에 대한 별도의 자석 모듈의 상대적 위치를 판별할 수 있다는 효과가 있다.

구체적으로, Z축 방향으로 정렬된 복수 개의 센서로부터 획득되는 센싱값을 비교하여 자기력을 감지하는 센서부를 통해 상기 센서부를 포함하는 제1 본체에 대하여 별도의 자석 모듈을 포함하는 제2 본체가 상측 또는 하측에 위치하는지를 정확히 판별할 수 있다는 효과가 있다.

추가적으로, 일 평면상에 복수 개의 홀 센서를 구비함으로써 상기 복수 개의 복수 개의 센서를 통해 센싱된 정보를 이용하여 별도의 자석 모듈을 포함하는 제2 본체를 식별할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 센싱 시스템을 나타낸 도면,
도 2a 및 2b는 본 발명에 적용가능한 센서의 일 예를 나타낸 도면,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 예에 따른 센서부 내 센서들의 배치 구성을 나타낸 사시도 및 측면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 예에 따른 센서부 내 센서들의 배치 구성을 나타낸 사시도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 예에 따른 센서부 내 센서들의 배치 구성을 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명의 제1 예 내지 제3 예에 따른 센서부의 배치 구성이 센싱 시스템에 적용된 예를 나타낸 도면,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1 예에 따라 센서부 대비 별도의 자석 모듈의 상대적 위치를 판별하는 방법을 나타낸 도면, 및
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2 예에 따라 센서부 대비 별도의 자석 모듈의 상대적 위치를 판별하는 방법을 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 에 따른 센싱 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용가능한 일 예에 따른 센싱 시스템(1)은 3차원적으로 배치된 복수 개의 센서(11, 12)를 통해 별도의 자석 모듈의 자기력을 센싱하는 센서부(100); 및 상기 센서부(100)의 각 센서들이 센싱한 센싱값들을 이용하여 상기 센서부(100)가 구비된 제1 본체에 대하여 상기 자석 모듈을 포함하는 제2 본체의 상대적 위치를 판별하는 제어부(400);를 포함한다. 이때, 상기 센서부(100)는 제1 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부(110) 및 상기 제1 평면과 일정 간격 이격되어 평행하게 형성되는 제2 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부(120)를 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 센서부(110)는 제1-1 센서(11-1) 내지 제1-M 센서(11-M)의 총 M 개의 센서로 구성되고, 제2 센서부(120)는 제2-1 센서(12-1) 내지 제2-N 센서(12-N)의 총 N 개의 센서로 구성될 수 있다. 이 때, N의 값으로는 M과 같거나 M보다 작은 수가 적용될 수 있다. 도 1에서는 제1 센서부(110) 내 센서를 제1 센서(11)로, 제2 센서부(120) 내 센서를 제2 센서(12)로 도시하였으나, 상기 구성은 동일한 구성으로 필요에 따라서는 센서(10)로 통칭한다.

추가적으로, 본 발명에 따른 센싱 시스템(1)은 상기 각 센서(11,12)의 센싱값들을 일정 비율 증폭시키는 신호 증폭부(200); 및 상기 각 센서(11,12)의 센싱값들의 오프셋을 조정하는 오프셋 조정부(300);를 더 포함할 수 있다.

먼저, 센서부(100)는 복수 개의 센서(11,12)를 포함한다. 상기 센서로는 자기력을 감지할 수 있는 홀 센서가 적용될 수 있다. 본 발명에 적용가능한 일 예에 있어, 센서부에 적용되는 홀 센서의 개수 등은 소자 특성, 측정 신뢰도, 적용하는 어플리케이션 등에 따라 변형되어 적용될 수 있다.

이하, 도 2a 및 2b를 통해 본 발명에 적용가능한 센서의 일 예를 살펴본다.

도 2a 및 2b는 본 발명에 적용가능한 센서의 일 예를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용가능한 센서는 하나의 홀 소자(50)로 구성된 반도체 기반의 홀 센서가 적용될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 기반의 홀 센서는, 반도체 기판 상에 형성된 하나의 홀 소자(50)를 포함할 수 있다. 상기 홀 소자(50)는 평면이 팔각 모양으로 형성된 센싱 영역(31a)과, 그리고 상기 센싱 영역(31a)의 4개의 모서리 면에 형성된 4개의 고농도의 제1 도전형(N+)을 가진 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)을 포함할 수 있다.

서로 마주 보고 있는 제1 및 제3 전극(34a, 34c)은 상기 센싱 영역(31a) 위에서 전류를 측정하고, 서로 마주 보고 있는 제2 및 제4 전극(34b, 34d)은 상기 두 개의 제1 및 제3 전극(34a, 34c)과 수직 방향으로 배치되며 전압 변화를 측정한다. 여기서, 상기 센싱 영역(31a)의 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)이 형성된 4개의 모서리 면의 길이는 상기 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)이 형성되지 않은 4개의 면의 길이보다 짧은 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)은 직사각형 모양을 가지며, 길이가 긴 면이 상기 센싱 영역(31a)의 외주면 접선으로부터 45도 각도로 기울게 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 더욱 많은 전류가 상기 센싱 영역(31a)에 흘러가게 하고, 이에 따라 미세 전압 변화도 쉽게 검출할 수 있다.

이때, 반도체 기판은 P형으로 도핑된 영역이고, 상기 센싱 영역(31a)은 N형으로 도핑된 딥 N웰(Deep N Well, DNW로 표기) 영역으로서, 상기 센싱 영역(31a)은 마그네틱 센싱(magnetic sensing) 영역인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)은 상기 센싱 영역(31a)보다 고농도의 N형으로 도핑된다. 그 이유는 컨택 플러그(미도시)와 접촉할 때 저항을 낮추기 위해서이다.

상기 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)은 도시된 바와 같이 직사각 모양으로 형성되며, 길이가 긴 면이 중앙을 향하도록 배치된다.

또한, 상기 4개의 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)이 형성된 상기 센싱 영역(31a)의 위에는 고농도 P형 도핑 영역(35)이 형성된다. 따라서, 기판 표면에는 제2 도전형(P형) 도핑 영역(35)이 노출되어 있다. 특히 바깥 테두리에 있는 부분의 도핑 영역(35)은 반도체 기판 내 별도의 P형 웰에 전압을 가하기 위해 필요하다. 이를 위하여 도핑 영역(35)은 상기 P형 웰보다 높은 고농도의 P형 불순물 영역으로 형성된다. 여기서 상기 제2 도전형 도핑 영역의 도핑농도가 상기 센싱 영역의 도핑농도보다 상대적으로 높은 것이 바람직하다. 이는 기판 표면까지 센싱 영역의 도즈량(dose)에 의해 공핍층이 확장되지 않도록 하기 위함이다.

상기 4개의 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)과 상기 도핑 영역(35) 사이에 절연층(33)이 형성된다. 또한, 별도의 도핑 영역과 분리하기 위해 절연층(33)은 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)을 감싸고 있다.

상기 도핑 영역(35)은 상기 4개의 제1 내지 제4 전극(34a,34b,34c,34d)의 4면을 감싸는 구조로 형성되고, 상기 센싱 영역(31a)의 외각의 상기 도핑 영역(35) 하부에 P형 웰이 형성된다. 이와 같이, 반도체 기판 표면에 P형 도핑 영역(35)을 형성함으로써 Deep N well 센싱 영역(31a)의 반도체 재료의 불균일성 또는 결점(defect)을 상쇄시켜서 홀 소자의 오프셋 전압을 감소시켜 소자 특성을 개선함과 함께 홀 전압의 균일도를 개선할 수 있다.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용가능한 센서는 복수 개의 홀 소자(50)로 구성된 반도체 기반의 홀 센서가 적용될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 다른 예에서 센서(10)로는 도 2b와 같이 홀 소자(50) 2개로 구성된 홀 센서가 적용될 수 있다. 도 2b처럼 홀 소자(50) 2개를 한 쌍으로 인접시켜 배치하면, 홀 전압의 감도가 1개의 홀 소자가 있을 때보다 높게 할 수 있다. 그리고 제1 홀 소자(50a)와 제2 홀 소자(50b)는 일정한 간격을 두고 떨어질 수 있다. 또는 4개의 홀 소자를 한 쌍으로 배치할 수 있다. 홀 소자의 개수를 증가시킬수록 홀 전압의 변화 및 오프셋 전압 조절이 더 쉬워질 수 있다. 수직 또는 수평 방향을 가진 자기 플러스가 홀 소자에 도달할 때 홀 소자의 배치 및 개수에 따라 자기력 변화에 대해 더 민감하게 검출할 수 있기 때문이다.

이외, 본 발명의 센서(10)로는 다양한 형태의 홀 센서가 적용될 수 있음은 물론이다.

센서부(100)는 상기와 같은 센서들이 3차원적으로 배치되어 형성된다. 구체적으로 상기 센서부(100)는 제1 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부(110); 및 상기 제1 평면과 일정 간격 이격되어 평행하게 형성되는 제2 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부(120)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 센서부(120)의 각 센서는 상기 제1 센서부(110)의 각 센서에 대해 높이 방향으로 정렬되어 형성될 수 있다. 본 발명에 있어, 설명의 편의를 위해 가로 방향은 X축 방향, 세로 방향은 Y축 방향, 높이 방향은 Z축 방향이라고 설명한다.

또한, 본 발명의 모든 도면 및 이에 대한 상세한 설명에서는 설명의 편의상 제2 평면이 상기 제1 평면의 하측에 형성되는 것으로 도시하였으나, 적용예에 따라 제2 평면은 상기 제1 평면의 상측에 형성될 수 있음은 물론이다.

이하, 도 3a 내지 도 5b를 통해 본 발명에 적용가능한 복수 개 센서의 배치 구조를 상세히 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 예에 따른 센서부 내 센서들의 배치 구성을 나타낸 사시도 및 측면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(100) 내 제1 평면(21) 상에는 3개의 센서(11)로 구비된 제1 센서부(110)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 3개의 센서(11)는 어느 하나의 센서(11)를 기준으로 다른 2개의 센서(11)가 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 이하, 본 발명에 대한 설명의 편의를 위해 상기 기준이 되는 센서(11)를 제1-1 센서(11-1)라 하고, 상기 제1-1 센서(11-1)로부터 X축 방향 및 Y축 방향으로 이격되어 배치되는 센서(11)를 각각 제1-2 센서(11-2) 및 제1-3 센서(11-3)라 한다.

도 3a에서, 제1-2 센서(11-2)는 제1-1 센서(11-1)의 우측 X축 방향으로 이격되어 배치되고, 제1-3 센서(11-3)는 제1-1 센서(11-1)의 상측 Y축 방향으로 이격되어 배치되도록 도시되어 있지만, 상기 제1-2 센서(11-2)가 제1-1 센서(11-1)의 좌측 X축 방향으로 이격되거나, 상기 제1-3 센서(11-3)가 제1-1 센서(11-1)의 하측 Y축 방향으로 이격되어 배치될 수 있음은 물론이다.

본 발명에서, 상기 제1-1 센서(11-1)와 제1-2 센서(11-2) 및 제1-3 센서(11-3) 간 이격 거리는 소자 특성 및 센싱하고자 하는 자석 모듈의 특성에 따라 다양하게 변형 적용될 수 있다.

이때, 상기 제1 평면(21)과 이격되어 평행하게 형성되는 제2 평면(22) 상에 하나 이상의 제2 센서(12)가 포함된 제2 센서부(120)가 형성될 수 있다. 도 3b에서는 상기 제2 평면(22) 상에 제2-1 센서(12-1)만이 구비되는 것으로 도시하였으나, 적용예에 따라 복수 개의 제2 센서(12)가 구비될 수 있음은 물론이다.

상기 제2-1 센서(12-1)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1-1 센서(11-1)와 Z축 방향으로 정렬되어 형성될 수 있다. 다른 예로는, 상기 제2-1 센서(12-1)는 제1-2 센서(11-2) 또는 제1-3 센서(11-3)와 Z축 방향으로 정렬되어 형성될 수 있다.

다른 실시예로 상기 제2-1 센서(12-1)는 제1-1 센서(11-1) 또는 제1-2 센서(11-2) 또는 제1-3 센서(11-3)와 Z축 방향으로 배치하되, 제1 센서들과 정렬되지 않고 제1센서부(110)내에 있는 제1-1 센서(11-1)와 제1-2 센서(11-2) 사이에 배치되어 형성될 수 있다(도시되지 않음) 또는 제1-2 센서(11-2)와 제1-3 센서(11-3) 사이에 배치되어 형성될 수 있다(도시되지 않음). 이렇게 하는 이유는 제조 방법 상 꼭 정렬이 되지 않을 수도 있기 때문이다. 공정의 자유도를 높이기 위해 제1 센서 그룹 사이에 배치될 수 있는 것이다. 그래서 제2 센서부(120)에 형성된 제2 센서는 제1 센서부에 대해 Z-축 방향으로 배치하되, 상기 제1 센서부의 센서들 사이에 할 수도 있다.

이때, 상기 복수 개의 센서들은 제조 공정에 따라 하나의 웨이퍼 상에 형성되거나, 일정 형상의 구조물에 의해 복수 개의 센서들이 적층되는 형태로 형성될 수 있다. 이에 대해서는 다양한 제조 공정이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 센서부(110)를 제1 웨이퍼 상에 형성하고, 그것을 패키징하여 제1 센서 패키징 모듈(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고 제2 센서부도 마찬가지로 제2 웨이퍼 상에 형성하고, 그것을 패키징하여 제2 센서 패키징 모듈(도시하지 않음)을 형성한다.

그리고 제1 센서 패키징 모듈과 제2 센서 패키징 모듈을 서로 평행하게 합쳐서(stacking) 센싱 시스템(예: 디스플레이 장치)에 장착할 수 있다. 제1센서부를 웨이퍼 상에 형성하고, 그 위에 신호를 주고 받기 위해 여러 아나로그 회로 또는 디지털 회로가 들어갈 수 있다. 그리고 금속 배선 층이 형성될 수 있다. 그리고 패시베이션 층을 형성하고 패드 전극을 열어 주고, 그 패드 전극을 외부 전압과 연결하기 위해 범프를 형성 등의 패키징을 하는 것이다. 패키지 크기를 줄이기 위해 패키징은 칩 크기와 거의 흡사한 방식으로 진행되는 웨피어 레벨 칩 스케일 패키징(WLCSP)로 할 수 있다. 제2 센서부(120)도 제1 센서부(110)와 마찬가지이다.

그래서 최종적으로 상기 제1 센서 패키징 모듈과 상기 제2 센서 패키징 모듈이 쌓여서 센서부를 구성하는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템이다.

이와 같이 구성된 센서부(100)는 도 3b와 같은 측면 구성으로 구성될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 예에 따른 센서부 내 센서들의 배치 구성을 나타낸 사시도이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 예에 따른 센서부(100)는 제1 평면(21) 상에 구비된 4개의 제1 센서(11) 및 상기 4개의 제1 센서(11) 중 선택되는 어느 하나의 센서에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 제2 평면(22) 상에 형성되는 하나 이상의 제2 센서(12)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 평면(21) 상에 배치되는 제1-1 내지 제1-4 센서(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)는 정사각 형태로 배치될 수 있다. 이때, 제2-1 센서(12-1)는 상기 제1-1 센서(11-1)에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다.

또 다른 예에서는, 제2 평면(22) 상에 복수 개의 제2 센서(12)가 형성될 수 있다. 즉, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1-1 센서(11-1) 및 제1-2 센서(11-2) 각각에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 제2-1 센서(12-1) 및 제2-2 센서(12-2)가 배치될 수 있다.

도 4a 및 4b에서는 제2-1 센서(12-1) 및 제2-2 센서(12-2)가 각각 제1-1 센서(11-1) 및 제1-2 센서(11-2)와 Z축 방향으로 정렬되어 배치되는 구성을 도시하였지만, 다른 센서(제1-3 센서(11-3), 제1-4 센서(11-4))와 Z축 방향으로 정렬되어 배치될 수 있음은 물론이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 예에 따른 센서부 내 센서들의 배치 구성을 나타낸 사시도이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 평면(21) 상에 배치되는 제1-1 내지 제1-4 센서(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)는 마름모 형태로 배치될 수 있다. 이때, 제2-1 센서(12-1)는 상기 제1-1 센서(11-1)에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다.

또 다른 예에서는, 제2 평면(22) 상에 복수 개의 제2 센서(12)가 형성될 수 있다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1-1 센서(11-1) 및 제1-2 센서(11-2) 각각에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 제2-1 센서(12-1) 및 제2-2 센서(12-2)가 배치될 수 있다.

도 5a 및 5b에서는 제2-1 센서(12-1) 및 제2-2 센서(12-2)가 각각 제1-1 센서(11-1) 및 제1-2 센서(11-2)와 Z축 방향으로 정렬되어 배치되는 구성을 도시하였지만, 다른 센서(제1-3 센서(11-3), 제1-4 센서(11-4))와 Z축 방향으로 정렬되어 배치될 수 있음은 물론이다.

도 6은 본 발명의 제1 예 내지 제3 예에 따른 센서부의 배치 구성이 센싱 시스템에 적용된 예를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(100)는 제1 본체(1000)의 일면에 형성될 수 있다. 본 발명에 적용가능한 실시예에서 상기 제1 본체(1000)로는 전자 기기의 일정 구조물이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 센서부(100)는 모바일, PDA, 태블릿 PC, 노트북 PC의 일정 부분 등에 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1 본체(1000)의 일면에 형성된 센서부(100)는 별도의 제2 본체(2000)에 형성된 자석 모듈(500)의 자기력을 센싱한다. 이때, 상기 제2 본체(2000)는 상기 제1 본체(1000)와 구분되는 별도의 구성이거나, 상기 제1 본체(1000)와 연결된 구성일 수 있다. 즉, 상기 제1 본체(1000)와 제2 본체(2000)는 서로 탈착이 가능하며 회동 가능하도록 연결될 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 적용가능한 실시예로는 모바일(제1 본체(1000))과 결합되는 별도의 악세사리(제2 본체(2000)), 또는 노트북 PC의 자판부 등(제1 본체(1000))과 일정 부분 회동 가능하게 연결되는 상기 노트북 PC의 화면부(제2 본체(2000)) 등이 적용될 수 있다. 도 6에서는 상기 모바일 장치 및 이와 결합되는 별도의 악세사리를 도시하였으나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않는다.

이때, 상기 센서부(100)로는 도 3a, 도 4a 및 도 5a 중 선택되는 어느 하나의 센서부(100)의 배치 구성이 적용될 수 있다. 도 4b 및 도 5b 중 선택되는 어느 하나의 센서부(100)의 배치 구성이 적용될 수 있음은 물론이다. 앞에서도 언급되었듯이 센서부(100)은 제1 센서부(110)과 제2 센서부(120)으로 구성되는데, 각각 제1 및 2 센서를 패키징하여 형성한다. 제1 센서부(110)를 제1 웨이퍼 상에 형성하고, 그것을 패키징하여 제1 센서 패키징 모듈(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고 제2 센서부도 마찬가지로 제2 웨이퍼 상에 형성하고, 그것을 패키징하여 제2 센서 패키징 모듈(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고 제1 센서 패키징 모듈과 제2 센서 패키징 모듈을 합쳐서(stacking) 센싱 시스템(예: 디스플레이 장치)에 장착할 수 있다. 제1센서부를 웨이퍼 상에 형성하고, 그 위에 신호를 주고 받기 위해 여러 아나로그 회로 또는 디지털 회로가 들어갈 수 있다. 그리고 금속 배선 층이 형성될 수 있다. 그리고 패시베이션 층을 형성하고 패드 전극을 열어 주고, 그 패드 전극을 외부 전압과 연결하기 위해 범프를 형성 등의 패키징을 하는 것이다. 패키지 크기를 줄이기 위해 패키징은 칩 크기와 거의 흡사한 방식으로 진행되는 웨피어 레벨 칩 스케일 패키징(WLCSP)로 할 수 있다.

제어부(400)는 상기 센서부(100)의 각 센서들이 센싱한 센싱값들을 이용하여 센서부(100)를 포함하는 제1 본체(1000)에 대하여 별도의 자석 모듈(500)이 구비된 제2 본체(2000)의 상대적 위치를 판별한다. 이하, 도 7a 내지 도 8b를 통해 상기 제1 본체(1000)에 대하여 자석 모듈(500)(또는, 제2 본체(2000))의 상대적 위치를 판별하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1 예에 따라 센서부 대비 별도의 자석 모듈의 상대적 위치를 판별하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)를 포함하는 센서부(100)는 제1 본체(1000)에 포함된다. 이때, 도 7a에서는 상기 센서부(100)가 제1 본체(1000) 내 형성되는 것으로 도시하였으나, 상기 센서부(100)는 제1 본체(1000)의 일면에 형성될 수 있다. 본 발명에 있어 상기 센서부(100)는 제1 본체(1000) 내 다양한 위치에 형성될 수 있으므로, 상기 센서부(100)의 형성 위치는 이하 도면에 의해 한정되지 않는다.

도 7a에서 Z축 방향으로 정렬된 제1-2 센서(11-2) 및 제2-1 센서(12-1)는 각각 자석 모듈(500)의 자기력을 감지하게 된다. 자석 모듈(500)은 N과 S극으로 이루어져 있다. N극에서 S극으로 자기력선(5)이 발생한다. 즉, N극에서 나와 S극을 향한다. 상기 자석 모듈(500)이 상기 제1 본체(1000)의 상측에 위치하는 경우, 상기 제1-2 센서(11-2)가 감지하는 자기력은 제2-1 센서(12-1)가 감지하는 자기력보다 커지게 된다. 이는 상기 제1-2 센서(11-2)가 제2-1 센서(12-1)보다 자석 모듈(500)에 더 근접하게 위치하기 때문이다.

반대로, 도 7b와 같이, 상기 자석 모듈(500)이 상기 제1 본체(1000)의 하측에 위치하게 되면, 상기 제1-2 센서(11-2)가 감지하는 자기력은 제2-1 센서(12-1)가 감지하는 자기력보다 작아지게 된다. 왜냐하면 도 7a와 달리, 상기 자석 모듈(500)이 상기 제1 본체(1000)의 하측에 위치하게 됨에 따라 상기 제2-1 센서(12-1) 가 제1-2 센서(11-2)보다 자석 모듈(500)에 더 근접하게 위치하기 때문이다.

이처럼 센서부(100) 내 센서를 3차원 구조로 적층하여 구성함으로써 상기 센서부(100)(또는, 제1 본체(1000))에 대한 자석 모듈(500)의 상대적 위치에 따라 Z축 방향으로 정렬된 양 센서의 센싱값의 크기를 비교한 결과가 달라지므로, 상기 결과를 통해 자석 모듈(500)이 센서부(100)에 대해 상대적으로 상측 또는 하측에 위치하는지를 명확하게 판별할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2 예에 따라 센서부 대비 별도의 자석 모듈의 상대적 위치를 판별하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 8a 및 도 8b의 경우, 도 7a 및 도 7b의 제1 예에 비해 추가적으로 제1-2 센서(11-2)가 감지한 자기력과 제2-2 센서(12-2)가 감지한 자기력의 크기를 비교할 수 있다. 본 발명의 제2 예에 따른 자석 모듈(500)의 상대적 위치를 판별하는 방법에 있어서 추가적으로 제1-2 센서(11-2) 및 제2-2 센서(12-2)가 감지한 자기력의 비교 결과를 활용함으로써 보다 신뢰도 높은 결과를 획득할 수 있다.

이때, 본 발명에 적용가능한 일 예에서 상기 제어부(400)는 상기와 같은 방법을 통해 획득되는 센서부(100)에 대한 자석 모듈(500)(또는, 제2 본체(2000))의 상대적 위치 정보와, 추가적으로 각 센서별 센싱값 중 최대값이 미리 설정된 문턱값 이상인지 판단하여 상기 자석 모듈(500)이 포함된 제2 본체(2000)가 상기 제1 본체(1000)와 부착되었는지를 판단할 수 있다. 이때, 상기 문턱값은 미리 설정되거나, 사용자로부터 입력받을 수 있다.

즉, 상기 제어부(400)는 별도의 표시부(미도시) 등이 구비된 제1 본체(1000)의 일면에 센서부(100)가 형성될 경우, 자석 모듈(500)을 포함한 제2 본체(2000)가 상기 센서부(100)의 상측에 위치하며 특정 센서(10)의 센싱값이 문턱값 이상이 되는 경우, 상기 제2 본체(2000)는 상기 제1 본체(1000)의 일면과 부착되었다고 판단할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 제어부(400)는 상기 부착 여부에 대한 정보를 이용하여 별도의 표시부(미도시)를 턴온/턴오프 동작할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(400)는 상기 제2 본체(2000)가 상기 제1 본체(1000)의 일면과 부착되었다고 판단된 경우, 상기 별도의 표시부를 턴오프할 수 있다. 반대로, 상기 제2 본체(2000)가 상기 제1 본체(1000)의 일면과 부착되지 않았다고 판단된 경우, 상기 별도의 표시부를 턴온할 수 있다.

또한, 본 발명에 적용가능한 예에서 제1 평면(21) 상에 형성되는 제1 센서부(110)는 복수 개의 센서를 포함할 수 있으며, 제어부(400)는 상기 제1 센서부(110) 내 복수 개의 센서들의 센싱값을 이용하여 상기 제2 본체를 추가적으로 식별할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(400)는 상기 제1 센서부(110)의 각 센서별 센싱값들을 종합하여 상기 자석 모듈(500)의 극성, 위치, 세기 중 적어도 하나 이상을 감지하고, 상기 감지 정보를 통해 상기 제2 본체(2000)를 식별할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어부(400)는 신호 증폭부(200)에 의해 증폭된 제1 센서부(110)의 각 센서별 센싱값을 이용하여 상기 자석 모듈(500)에 의해 인가되는 자기력을 감지할 수 있다. 특정 홀 센서에서 발생하는 출력값인 전압 값은 매우 미세한 값이므로, 상기 신호 증폭부(200)에 의해 센싱값을 증폭시킴으로써 상기 제어부(400)는 보다 높은 신뢰도로 상기 자석 모듈(500)의 자기력을 감지할 수 있다.

또한, 상기 제어부(400)는 오프셋 조정부(300)에 의해 조정된 제1 센서부(110)의 각 센서별 센싱값을 이용하여 상기 자석 모듈(500)에 의해 인가되는 자기력을 감지할 수 있다. 상기 오프셋 조정부(300)에 의해 센싱값이 조정됨으로써 상기 제어부(400)는 보다 높은 신뢰도로 상기 자석 모듈(500)의 자기력을 감지할 수 있다.

본 발명에 적용가능한 다른 실시예에서 제어부(400)는 식별된 상기 제2 본체(2000)의 식별 정보에 따라 별도의 표시부가 서로 다른 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 상기 표 1을 참조하면, 제2 본체(2000)가 'Type 1'에 해당한다고 판단한 경우, 상기 제어부(400)는 별도의 표시부(미도시)의 화면 중 일부에 'Type 1'에 해당하는 영상 정보를 출력하도록 제어할 수 있다. 또는, 상기 제어부(400)는 별도의 표시부(미도시)가 본래의 동작 모드와 달리 아이콘의 모양, 폰트 크기, 영상 정보 등을 상이하게 출력하도록 제어할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 본래와 다른 동작 모드로 동작하도록 제어하는 구성이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 적용가능한 바람직한 실시예에 따른 센싱 시스템(1)을 구비한 장치는 제1 본체(1000); 상기 제1 본체(1000)와 탈착 가능하며 자석 모듈(500)이 형성된 제2 본체(2000); 3차원적으로 배치된 복수 개의 센서가 제1 본체(1000)의 일면에 구비되어 별도의 제2 본체(2000)에 형성된 자석 모듈(500)의 자기력을 센싱하는 센서부(100); 및 상기 센서부(100)의 각 센서들이 센싱한 센싱값들을 이용하여 상기 제1 본체(1000)에 대한 제2 본체(2000)의 상대적 위치를 판별하는 제어부(400);를 포함한다. 이때, 상기 센싱 시스템(1)을 이용한 장치는, 상기 각 센서의 센싱값들을 일정 비율 증폭시키는 신호 증폭부(200); 및 상기 각 센서의 센싱값들의 오프셋을 조정하는 오프셋 조정부(300);를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 구성되는 센싱 시스템(1)을 구비한 장치는 앞서 상술한 제1 본체(1000) 및 제2 본체(2000)를 모두 포함하는 구성에 관한 것으로, 이에 대한 실시예는 앞에서 상술한 실시예와 실질적으로 동일한 바, 이하 생략한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 센싱 시스템 5: 자기력선
10,11,12: 센서
21: 제1 평면 22: 제2 평면
31a: 센싱 영역 33: 절연층
34a,34b,34c,34d : 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극, 제4 전극
35: 도핑 영역 50: 홀 소자
100: 센서부
110 : 제1 센서부 120: 제2 센서부
200: 신호 증폭부
300: 오프셋 조정부 400: 제어부
500: 자석 모듈
1000: 제1 본체 2000: 제2 본체

Claims

제1 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부; 및
상기 제1 평면과 일정 간격 이격되어 평행하게 형성되는 제2 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부;를 포함하고,
상기 제2 센서부의 센서는,
상기 제1 센서부의 센서에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 형성되는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1/제2 센서부의 각 센서는,
자기장 변화를 감지하는 제1 도전형의 센싱 영역;
상기 센싱 영역 위에서 전류를 측정하는 서로 마주 보고 있는 제1 및 제3 전극; 및
상기 두 개의 제1 및 제3 전극과 수직 방향으로 배치되며, 전압 변화를 측정하는 서로 마주 보고 있는 제2 및 제4 전극;을 포함하고 있는 홀 소자가 한 개 이상으로 구성된 홀 센서인 것을 특징으로 하는 센싱 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1 센서부를 포함한 제1 센서 패키징 모듈; 및
상기 제2 센서부를 포함한 제2 센서 패키징 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 제1 센서 패키징 모듈과 상기 제2 센서 패키징 모듈이 쌓여서 센서부를 구성하는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제2 센서부의 센서는,
상기 제1 센서부의 센서에 대해 정렬되는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제2 센서부의 센서는,
상기 제1 센서부의 센서에 대해 정렬되지 않는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템.
제1 본체;
상기 제1 본체와 탈착 가능하며 자석 모듈이 형성된 제2 본체;
3차원적으로 배치된 복수 개의 센서가 제1 본체의 일면에 구비되어 별도의 제2 본체에 형성된 자석 모듈의 자기력을 센싱하는 센서부; 및
상기 센서부의 각 센서들이 센싱한 센싱값들을 이용하여 상기 제1 본체에 대한 제2 본체의 상대적 위치를 판별하는 제어부;를 포함하는 센싱 시스템을 이용한 장치.
제 7항에 있어서,
상기 센서부의 각 센서는,
자기장 변화를 감지하는 제1 도전형의 센싱 영역;
상기 센싱 영역 위에서 전류를 측정하는 서로 마주 보고 있는 제1 및 제3 전극; 및
상기 두 개의 제1 및 제3 전극과 수직 방향으로 배치되며, 전압 변화를 측정하는 서로 마주 보고 있는 제2 및 제4 전극;을 포함하고 있는 홀 소자가 한 개 이상으로 구성된 홀 센서인 것을 특징으로 하는 센싱 시스템을 이용한 장치.
제 8항에 있어서,
상기 센서부는,
제1 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부; 및
상기 제1 평면과 일정 간격 이격되어 평행하게 형성되는 제2 평면 상에 구비된 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템을 이용한 장치.
제 9항에 있어서,
상기 제2 센서부의 하나 이상의 센서는,
각각 상기 제1 센서부 내 센서 중 선택되는 하나 이상의 센서에 대해 Z축 방향으로 정렬되어 형성되는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템을 이용한 장치.
제 9항에 있어서,
상기 제어부는,
Z축 방향으로 정렬되어 형성된 제1 센서부 및 제2 센서부 내 각 센서들의 센싱값을 비교하여 상기 제1 본체에 대한 제2 본체의 상대적 위치를 판별하는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템을 이용한 장치.
제 3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 판별된 제1 본체에 대한 제2 본체의 상대적 위치 정보를 활용하여 상기 제2 본체가 상기 제1 본체에 부착되었는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템을 이용한 장치.
제 9항에 있어서,
상기 제2 센서부의 센서는 상기 제1 센서부에 대해 Z-축 방향으로 위치하되, 상기 제1 센서부의 센서들 사이에 배치 하는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템을 이용한 장치.