KR20160033190A

KR20160033190A - 변화하는 자기장을 생성하는 자기 센서를 위한 방법들 및 장치

Info

Publication number: KR20160033190A
Application number: KR1020167004178A
Authority: KR
Inventors: 폴 데이비드; 윌리암 피. 테일러
Original assignee: 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-03-25
Also published as: WO2015009442A1; US20180313912A1; EP3019883B1; US20220196763A1; US20200249286A1; KR101926383B1; EP3019883A1; US11313924B2; JP2016525216A; CN105378500B; US10670672B2; US10145908B2; US20150022198A1; CN105378500A; JP6427184B2

Abstract

자기장을 검출하기 위한 방법들 및 장치들은 반도체 기판, 코일 내의 변화하는 전류에 반응하여 변화하는 자기장을 제공하도록 구성되는 상기 코일, 그리고 상기 기판에 의해 지지되는 자기장 센싱 요소를 포함한다. 상기 코일은 상기 변화하는 전류를 수신하고, 반응하여 변화하는 자기장을 발생시킨다. 상기 자기장 센싱 요소는 타겟에 의해 야기되는 자기장에 대한 변화들을 검출하고, 이들을 기댓값과 비교하여 자성 타겟의 존재를 검출한다.

Description

변화하는 자기장을 생성하는 자기 센서를 위한 방법들 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR MAGNETIC SENSOR PRODUCING A CHANGING MAGNETIC FIELD}

본 발명은 자기장 센서들에 관한 것이며, 보다 상세하게는 일체형 코일 또는 자석을 갖는 자기장 센서들에 관한 것이다.

이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과 요소들, 자기저항 요소들 및 자기트랜지스터들을 포함하여 다양한 유형들의 자기장 센싱 요소들이 있다. 또한 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀 요소들, 수직형 홀 요소들 및 원형 수직 홀(CVH) 요소들이 존재한다. 또한 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 이방성 자기저항(AMR) 요소들, 거대 자기저항(GMR) 요소들, 터널링 자기저항(TMR) 요소들, 안티몬화인듐(InSb) 요소들, and 자기 터널 접합(MTJ) 요소들이 있다.

홀 효과 요소들은 자기장 강도에 비례하여 출력 전압을 발생시킨다. 대조적으로, 자기저항 요소들은 자기장에 비례하여 저항을 변화시킨다. 회로 내에서, 전류는 상기 자기저항 요소를 통해 안내될 수 있으며, 이에 따라 상기 자기장에 비례하는 전압 출력 신호가 발생된다.

자기장 센싱 요소들을 이용하는 자기장 센서들은 전류를 운반하는 도체에 의해 이송되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감지하는 전류 센서들, 강자성 또는 자성 물체의 근접을 감지하는 자기 스위치들(여기서는 근접 검출기로도 언급된다), 통과하는 강자성 물품들, 예를 들면, 기어 톱니들을 감지하는 회전 검출기들, 그리고 자기장 또는 자기장의 자속 밀도들을 감지하는 자기장 센서들을 포함하는 다양한 장치들에 이용된다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 강자성 기어 톱니와 같은 타겟의 이동으로 인해 자극된 코일에 의해 발생되는 자기장 내의 변화들을 검출하도록 일체형 코일(integrated coil)과 센싱 요소를 가지는 자기 센서를 위한 방법들 및 장치를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 상기 센싱 요소는 홀(Hall) 요소 보다 자기장 변화들에 큰 감도를 갖는 거대 자기저항(GMR) 요소를 포함한다. 상기 GMR 트랜스듀서는 브리지 구성으로 복수의 GMR 요소들을 포함할 수 있으며, 이 경우에 H-브리지의 제1 쌍의 GMR 요소들은 상기 코일의 단부에 위치할 수 있고, 제2 쌍의 GMR 요소들은 상기 코일의 대향하는 단부에 위치할 수 있다. 선택적으로는, 상기 자기장 센싱 요소는 홀 요소일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 자기장 센서는 반도체 기판, 코일 내의 변화하는 전류에 반응하여 변화하는 자기장을 제공하도록 구성되는 상기 코일, 그리고 상기 기판에 의해 지지되고 강자성 타겟의 존재에 의해 영향을 받는 경우에 상기 자기장을 감지하도록 구성되는 자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)를 포함한다. 상기 전류는 상기 코일에 연결되는 펄스 또는 과도 전류 소스에 의해 제공된다. 특징들은 다음 사항들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 코일은 상기 기판의 표면상에 배치되는 적어도 하나의 금속층으로 형성될 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소의 적어도 일부는 상기 코일의 루프(loop) 내에 위치할 수 있다. 전류 소스는 상기 코일에 연결될 수 있다. 상기 코일은 상기 기판의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 상기 코일은 상기 기판과 동일한 패키지 내에 별도로 형성되는 요소가 될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 자기장을 검출하는 방법은 반도체 기판을 제공하는 단계, 코일이 변화하는 자기장을 발생시키도록 상기 코일을 통해 변화하는 전류를 구동시키는 단계, 그리고 강자성 타겟의 근접으로 인한 상기 변화하는 자기장 내의 변화들을 상기 기판에 의해 지지되는 자기장 센싱 요소로 감지하는 단계를 포함한다. 특징들은 다음 사항들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 기판의 표면상에 배치되는 하나 또는 그 이상의 금속층들로 상기 유도 코일을 형성하는 단계 및/또는 브리지 구성으로 복수의 거대 자기 저항(GMR) 요소들의 형태로 상기 자기장 센싱 요소를 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 경우에 제1 쌍의 GMR 요소들은 상기 유도 코일의 단부에 위치할 수 있고, 제2 쌍의 GMR 요소들은 상기 코일의 대향하는 단부에 위치할 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소의 적어도 일부는 상기 유도 코일의 루프 내에 위치할 수 있다. 상기 자기장 센싱 요소는 홀 요소의 형태로 제공될 수 있다. 상기 방법은 펄스 또는 과도 전류를 상기 코일에 공급하는 단계, 상기 코일을 상기 기판의 상부 또는 하부 표면에 부착하는 단계 및/또는 상기 기판과 동일한 패키지 내에 별도로 형성되는 요소로 상기 코일을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

도면들은 개시되는 기술의 설명에 기여하며, 다양한 예시적인 실시예들을 도시한다. 도면들은 본 발명의 범주를 제한하도록 의도된 것은 아니며, 모든 가능한 실시예들을 도시하도록 의도된 것도 아니다. 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1은 집적된 코일을 갖는 자기 센서의 실시예의 도면이다.
도 2는 자기 센서 시스템의 회로도이다.
도 3은 일체형 코일을 갖는 자기 센서의 다른 실시예의 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 예시적인 코일들의 상면도들이다.
도 5는 일체형 코일 및 타겟을 갖는 자기 센서의 실시예의 도면이다.
도 6은 일체형 코일을 갖는 자기 센서의 실시예의 도면이다.
도 7은 일체형 코일을 갖는 자기 센서의 실시예의 도면이다.
도 8은 자기 센서 어셈블리의 도면이다.
도 9는 자기 센서 어셈블리의 분해도이다.
도 10a 및 도 10b는 자기 센서들 및 타겟들의 도면들이다.
도 11은 타겟을 감지하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 12는 타겟을 감지하기 위한 방법의 흐름도이다.

본 발명을 설명하기 전에, 몇몇 정보가 제공된다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)"라는 용어는 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 요소들을 기술하는 데 사용된다. 상기 자기장 센싱 요소는 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과(Hall Effect) 요소들, 자기저항(magnetoresistance) 요소들 또는 자기트랜지스터들(magnetotransistor)을 포함할 수 있다. 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀(planar Hall) 요소, 수직형 홀(vertical Hall) 요소 및 원형 수직 홀(circular vertical Hall: CVH) 요소가 존재한다. 또한, 알려진 바와 같이, 다른 형태들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 안티몬화인듐(InSb)과 같은 반도체 자기저항 요소, 거대 자기저항(GMR) 요소, 이방성 자기저항(AMR) 요소, 터널링 자기저항(TMR) 요소, 그리고 자기 터널 접합(MTJ)이 존재한다. 상기 자기장 센싱 요소는 단일의 요소가 될 수 있거나, 선택적으로는 다양한 구성들, 예를 들면, 하프 브리지 또는 풀(휘스톤(Wheatstone)) 브리지로 배열되는 둘 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들을 포함할 수 있다. 장치 유형과 다른 응용 요구 사항들에 따라, 상기 자기장 센싱 요소는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 반도체 물질 실리콘(Si), 또는 갈륨-비소(GaAs) 혹은, 예를 들면 안티몬화인듐(InSb)과 같은 인듐 화합물과 같은 III-V족 반도체 물질로 이루어진 장치가 될 수 있다.

알려진 바와 같이, 전술한 자기장 센싱 요소들의 일부는 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 평행한 최대 감도의 축을 갖는 경향이 있고, 전술한 자기장 센싱 요소들의 다른 것들은 상기 자기장 센싱 요소를 지지하는 기판에 대해 직교하는 최대 감도의 축을 갖는 경향이 있다. 특히, 평면형 홀 요소들은 기판에 대해 직교하는 감도의 축들을 갖는 경향이 있는 반면, 금속계 또는 금속성 자기저항 요소들(예를 들면, GMR, TMR, AMR)과 수직형 홀 요소들은 기판에 대해 평행한 감도의 축들을 갖는 경향이 있다.

여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센서(magnetic field sensor)"라는 용어는 일반적으로 다른 회로들과 결합하여 자기장 센싱 요소를 이용하는 회로를 기술하는 데 사용된다. 자기장 센서들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자기장의 방향의 각도를 감지하는 각도 센서, 전류를 운반하는 도체에 의해 운반되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감지하는 전류 센서, 강자성 물체의 근접을 감지하는 자기 스위치, 상기 자기장 센서가 백-바이어스(back-biased)되거나 다른 자석과 결합되어 사용되는 경우에 통과하는 강자성 물품들, 예를 들면 링 자석 또는 강자성 타겟(예를 들면, 기어 톱니)의 자기 도메인들을 감지하는 회전 검출기, 그리고 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서를 포함하는 다양한 응용들에 사용된다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "타겟(target)"이라는 용어는 자기장 센서 또는 자기장 센싱 요소에 의해 감지되거나 검출되는 물체를 기술하는 데 사용된다.

도 1은 자기장 센서(10) 및 타겟(12)의 예시적인 실시예의 도면이다. 자기장 센서(10)는 패키지(14), 센싱 요소(16)(트랜스듀서(transducer)) 및 코일(18)을 포함할 수 있다. 또한, 반도체 다이(die) 또는 집적 회로(20), 리드 프레임(22) 및 리드들(24a, 24b)이 포함된다. 와이어 본드들(wire bonds)(26, 28)은 다이(20)를 리드들(24a, 24b)에 연결한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 다이(20)는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 솔더 범프들(solder bumps), 솔더 볼들(solder balls) 또는 필라 범프들(pillar bumps)을 포함하는 다른 표준 패키징 방법들을 이용하여 상기 리드들(24a, 24b)에 연결될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 다이는, 예를 들면, 플립-칩(flip-chip) 또는 칩-온-리드(chip-on-lead) 구성으로 부착될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 타겟(12)은 자기장을 생성하거나 제공한다. 예를 들면, 실시예들에서, 타겟(12)은 자기장을 생성하는 경질의 강자성 타겟을 포함한다. 선택적으로는, 타겟(12)은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 전자석이나 다른 유형의 회로를 포함하는 자기장을 생성하는 임의의 유형의 물질이 될 수 있다. 실시예들에 있어서, 타겟(12)은 또한 내부에 유도되는 와전류들(eddy currents)을 가질 수 있는 비강자성 물질을 포함할 수 있다. 타겟(12)은 또한 상기 타겟 부근에서 또는 근접하여 상기 자기장의 크기 또는 방향을 변화시키는 연질의 강자성 물질을 포함할 수 있다.

패키지(14)는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 플라스틱 패키지, 세라믹 패키지, 유리로 밀봉된 세라믹 패키지, 저온 동시 소성 세라믹 또는 칩-온-보드(chip-on-board) 봉지재를 포함하여 해당 기술 분야에서 알려진 임의의 유형의 칩이나 집적 회로 패키지가 될 수 있다. 반도체 다이(20)는 코일(18)과 센싱 요소(16)를 구동시키는 하나 또는 그 이상의 집적 회로들을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 코일(18)은 자기장을 생성한다. 코일(18)은 물질을 통해 흐르는 전류로 동력이 공급될 때에 자기장을 유도하는 도전성 물질의 코일이 될 수 있다. 집적 회로(20)는 코일(18)에 의해 생성되는 자기장을 변화시키게 되는 코일(18)을 통하는 변화하는 전류를 구동시키도록 구성될 수 있다. 상기 변화하는 전류는 교류, 램프 전류(ramped current), 펄스 전류, 과도 전류, 또는 코일(18)이 유사하게 변하는, 즉 상보적인 자기장을 야기하게 하는 임의의 유형의 변화하는 전류가 될 수 있다. 상기 코일(18)에 의해 생성되는 변화하는 자기장은 타겟(12)의 몸체와 교차되거나 및/또는 타겟(12) 내에 와전류들을 유도하도록 충분한 크기를 가질 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 코일(18)은 집적 회로(20)에 인접한다. 그러나, 이러한 점은 요구 사항은 아니다. 다양한 실시예들에 있어서, 코일(18)은 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장이 타겟(12) 내에 와전류들을 발생시키고, 센싱 요소(16)에 의해 검출되게 하는 임의의 위치에 배치될 수 있다.

코일(18)은 또한 패키지(14)와 독립적일 수 있으며, 예를 들면, 패키지(14)와 별도로 장착될 수 있다. 코일(18)은 그 자체의 패키지 내에 봉지될 수 있다. 실시예들에 있어서, 코일(18)이 패키지(14)로부터 분리될 경우, 코일(18)은 리드들(24a, 24b)과 같은 리드들을 통해 집적 회로(20)에 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 코일(20)은 상기 자기장을 생성하도록 코일(18)을 통하는 전류를 구동시킬 수 있는 별도의 회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 고정되고 느리게 변화하거나 거의 일정한 자기장이 요구되는 다른 실시예들에 있어서, 상기 코일(18)은 경질의 강자성 물질(즉, 영구 자석)로 대체될 수 있다. 상기 경질의 강자성 물질은 또한 상기 강자성 물질이 센싱 요소(16)에 의해 검출되게 하는 임의의 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 강자성 물질은 패키지(14) 내에, 집적 회로(20)의 표면상에, 패키지(14)의 표면상의 패키지(14) 외부에, 집적 회로(20)와 독립적인 패키지(14) 내의 별도의 기판 상 등 배치될 수 있다. 상기 강자성 물질은 또한 패키지(14)과 독립적일 수 있으며, 예를 들면, 패키지(14)와 별도로 장착될 수 있다.

센싱 요소(16)는 자기장 센싱 요소, 또는 자기장을 검출할 수 있고 상기 검출된 자기장에 반응하여 전기적인 신호를 생성할 수 있는 임의의 다른 유형들의 회로가 될 수 있다. 상기 신호의 강도 또는 크기는 상기 검출된 자기장의 강도나 크기에 비례할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 센싱 요소(16)는 홀 효과 요소, 자기저항 요소나 회로, 거대 자기저항(GMR) 요소나 회로 등이 된다.

동작 시에, 센싱 요소(16)는 상기 코일(18)에 의해 생성되고 타겟(12)의 존재에 의해 영향을 받는 자기장을 검출할 것이다. 타겟(12)의 부존재에서, 상기 검출된 자기장(및 이에 따라 센싱 요소(16)에 의해 생성되는 결과적인 신호)은 알려진 값을 가질 것이다. 이러한 알려진 값이 검출될 때, 이는 상기 타겟(12)의 부존재를 나타낼 수 있다.

타겟(12)이 센서(10)에 대해 회전함에 따라, 이는 상기 코일(18)에 의해 발생되고 센싱 요소(16)에 의해 검출되는 자기장에 영향을 미친다. 타겟(12)이 그 자체의 자기장을 생성할 수 있는 점에 유의한다. 따라서, 타겟(12)이 센서(10)에 접근함에 따라, 상기 타겟(12)에 의해 생성되는 자기장이 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장과 결합된다. 이에 따라, 상기 타겟(12)의 존재는 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장의 알려진 값에 교란들이나 변화들을 야기한다. 이들 교란들은 센싱 요소(16)에 의해 검출될 수 있다. 예를 들면, 센싱 요소(16)에 의해 검출되는 자속은 상기 타겟(12)에 의해 생성되는 자기장 및 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장의 벡터 합이다. 이에 따라, 상기 센싱 요소(16)에 의해 생성되는 신호는 상기 두 자기장들의 결합, 즉 상기 결합된 자기장들의 크기를 나타낸다. 실시예들에 있어서, 타겟(12)은 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장에 대한 그 영향을 향상시키도록 위치할 수 있다. 예를 들면, 상기 자기장들에 대한 추가적인 효과를 증가시키기 위해, 타겟(12)은 상기 코일(18)의 자기장 벡터와 인-라인(in-line)(즉, 동일하거나 반대되는 방향으로 및/또는 정렬되어)이 되거나, 타겟(12)이 가능한 한 코일(18)에 가까워지도록 위치할 수 있다.

집적 회로(20)는 상기 검출된 자기장의 크기를 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장의 기댓값과 비교할 수 있다. 상기 측정된 값이 상기 기댓값과 다를 경우, 이는 타겟(12)의 존재나 근접을 나타낼 수 있다. 실시예들에 있어서, 집적 회로는 또한 타겟(12)의 상대 거리를 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟(12)의 자기장은, 타겟(12)이 센서(10)에 보다 가깝게 접근할수록, 상기 타겟(12)에 의해 생성되는 자기장이 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장에 보다 큰 영향을 미치도록 배열될 수 있다. 따라서, 타겟(12)이 센서(10)에 접근함에 따라, 상기 측정된 자기장과 기대되는 자기장 사이에 보다 큰 차이가 생성될 것이다. 이러한 차이가 변화됨에 따라, 센서(10)는 타겟(12)과 센서(10) 사이의 상대 거리를 나타낼 수 있다. 상기 측정되고 결합된 자기장에 기초하여, 센서(10)는 또한 상기 타겟의 존재 또는 부존재를 검출할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 타겟(12)은 동작 동안에 센서(10)를 향하여 및/또는 멀어지게 이동할 수 있다. 센싱 요소에서 상기 자기장을 검출함에 의해, 센서(10)는 상기 타겟(12)의 존재 및/또는 근접을 검출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 타겟(12)은 회전하는 휠이나 기어 상의 특징(톱니와 같은)이 될 수 있다. 상기 톱니들이 센서(10)를 통과함에 따라, 센서(10)는 상기 기어 내의 톱니 또는 밸리(valley)(즉, 갭(gap))가 센서(10)에 인접하는 지를 나타내는 신호(예를 들면, 핀들(24a 및/또는 24b)을 통해)를 생성할 수 있다. 톱니가 존재할 경우, 센서(10)는 또한 상기 톱니와 센서(10) 사이의 상대 거리를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 센서(10)에 의해 생성되는 신호는 상기 톱니의 감지된 근접에 기초하여 진폭이 변화될 수 있다. 또한, 톱니가 존재하지 않을 경우, 센서(10)는 상기 신호의 진폭에 기초하여 상기 갭의 상대 거리(예를 들면, 상대 깊이)를 나타낼 수 있다. 물론, 상기 센서(10)에 의해 생성되는 신호는 아날로그, 디지털 또는 스위치될 수 있다. 상기 신호가 스위치될 경우, 높은 출력은 상기 타겟(12)(또는 그 상부의 톱니)의 존재를 나타낼 수 있고, 낮은 출력은 상기 타겟(12)의 부존재를 나타낼 수 있거나, 그 반대가 될 수 있다.

도 2를 참조하면, 타겟(12)의 속도, 방향 및/또는 근접을 검출하기 위한 회로(30)의 예가 도시된다. 조절 가능한 변화하는 전류 소스(current source)(32)는 코일(18)을 구동시키고 신호 라인들(38)을 통해 차동 전류를 생성하는 전류 드라이버들(34, 36)을 제어한다. 상기 변화하는 전류 소스는 AC 소스, 램프 전류 소스, 스위치 전류 소스, 펄스 전류 소스, 과도 전류 소스, 또는 시간에 따라 크기가 변화되는 전류를 생성하는 임의의 다른 전류 소스가 될 수 있다. 코일(18)을 통하는 전류는 센싱 요소(16)에 의해 검출되는 변화하는 자기장을 생성한다(도 2에서, 센싱 요소(16)는 거대 자기저항(GMR) 브리지로 도시된다). 센싱 요소(16)는 신호 라인들(40) 상에 차동 전압 신호를 생성한다. 차동 전류 증폭기(differential current amplifier)(42)는 피크 검출기(peak detector)(44)에 대한 연결을 위해 상기 코일(18)에 적용되는 차동 전류를 증폭시킨다. 차동 전압 증폭기(differential voltage amplifier)(46)는 피크 검출기(48)에 대한 연결을 위해 센싱 요소(16)로부터 차동 전압 신호를 수신한다. 비교기(comparator)(50)는 피크 검출기들(44, 48)로부터의 신호들을 비교하며, 출력 신호(52)를 생성한다.

코일 드라이버들(34, 36)에 의해 생성되는 전류뿐만 아니라 증폭기들(46, 42)의 출력들은 조절될 수 있다. 따라서, 상기 타겟(12)의 부존재에서, 상기 신호 라인들(38) 상의 차동 전류는 알려진 값이 될 것이며, 신호 라인들(40) 상의 센싱 요소(16)에 의해 생성되는 차동 전압이 알려진 값이 될 것이다. 타겟(12)이 센싱 요소(16)에 대해 이동함에 따라, 상기 타겟(12)에 의해 영향을 받는 자기장은 신호 라인들(40) 상의 상기 차동 전압에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 변화는 신호 라인들(38) 상의 알려진 전압과 비교될 수 있다. 따라서, 상기 타겟(12)의 존재 및/또는 근접은 증폭기(46), 피크 검출기(48) 및/또는 비교기(50)의 출력을 변화시킬 수 있다.

도 3은 도 1의 센서(10)의 선택적인 실시예를 나타낸다. 도 3에 있어서, 상기 코일(18)은 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장 벡터가 집적 회로(20)의 상부 표면과 평행하도록 배치된다. 이러한 배치에 있어서, 센싱 요소(16)는 다중 구성 요소들(예를 들면, 다중 홀 효과 요소들 및/또는 다중 GMR 요소들)을 포함할 수 있으며, 이들은 코일(18)의 각 측부 상에 위치할 수 있다. 이러한 배치는 타겟(12)이 상기 센서(10)의 각 "측부" 상에 위치할 때에 타겟(12)을 검출하는 센서(10)의 능력을 최적화시키거나 향상시킬 수 있다. 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장 벡터가 화살표 300 또는 화살표 302(코일(18)을 통하는 전류의 방향에 따라)로 도시한 바와 같은 방향을 가지기 때문에, 상기 타겟(12)에 의해 생성되는 자기장은 타겟(12)이 센서(10)의 각 측부 상에 위치할 때에 센싱 요소(16)에 의해 검출되는 상기 자기장에 보다 큰 영향을 미칠 수 있다.

도 4a는 온-칩(on-chip) 코일(400) 및 센싱 요소(402)의 상면도이다. 실시예들에 있어서, 코일(400)은 코일(18)과 동일하거나 유사할 수 있고, 센싱 요소(402)는 센싱 요소(16)와 동일하거나 유사할 수 있다. 코일(400)은 도 3에 도시된 바와 같이 토로이드(toroid) 형상의 코일을 포함할 수 있다. 선택적으로는, 코일(400)은 실질적으로 조립된 이차원 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 코일(400)은 집적 회로(20)의 두 다른 레벨들이나 층들 상에 직선형 또는 사선형 금속 라인들의 선택적인 패턴을 생성하도록 상기 집적 회로(20)의 표면상에 마스크되고 제조되는 도전층일 수 있다. 상기 패턴은 사용되는 제조 공정과 설계에 따라 집적 회로(20) 상의 단일 도전층 또는 다중 도전층들로 형성될 수 있다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 상기 도전층들은, 예를 들면 금속의 다중 층들로 형성될 수 있다. 단일 도전층의 예는 도체가 지그재그이지만 자체가 교차되지는 않는 구불구불한 형태의 패턴이 될 수 있다.

집적 회로(20)가 인쇄된 코일을 통해 전류를 구동시킬 때, 전술한 바와 같이 자기장을 생성할 수 있다. 도 3에 도시된 코일과 유사하게, 코일(400)은 상기 다이 또는 기판의 표면에 접선인(평행한) 자기장 벡터를 생성할 수 있다. 센싱 요소(402)는 GMR 요소들(406, 408, 410, 410)을 포함할 수 있다. 이들 GMR 요소들은 상기 자기장의 감도를 증가시키도록 상기 코일(18)에 의해 생성되는 자기장 벡터와 정렬되어 코일(400)의 각 측부 상에 위치할 수 있다.

도 4b는 온-칩 코일(152) 및 센싱 요소(156)를 지지하는 다이(154)를 갖는 예시적인 자기장 센서를 위한 선택적인 상면도 레이아웃을 도시한다. 상기 센싱 요소(156)는 코일(152)에 근접하여 위치한다. 간편성을 위하여, 상기 자기장 센서의 다른 회로부는 생략된다.

도 4b에 예시한 실시예에 있어서, 상기 센싱 요소(156)의 위치는 코일(152)의 하나의 '측부'와 정렬된다. 즉, 센싱 요소(156)는 상기 다이의 일 측부에 대해 동일한 방향으로 전류가 흐르는 코일(152)의 위치와 정렬된다. 센싱 요소 위치에 대한 코일의 다른 배치들도 가능하다. 예를 들면, 상기 센싱 요소는 상기 코일에 대해 대체로 중심을 둘 수 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 평면형 홀 요소를 포함하는 센싱 요소가 바람직할 수 있다. 또한, 도 4b에 도시된 예시적인 실시예를 다시 참조하면, 코일(152)은 센싱 요소(156) 상부에 배치되는 것으로 도시된다. 그러나, 코일(152)이 대신에 상기 센싱 요소(156) 아래에 배치될 수 있는 점이 이해될 것이다. 다른 실시예들에 있어서, 코일(152)은 센싱 요소들(156) 위와 아래에 층들이나 도체들을 가질 수 있다. 후자의 배치로써, 상기 코일은 표준 IC 공정으로 제조될 수 있으며, 이후에 별도의 공정에서 센싱 요소(156)와 집적될 수 있다. 도시된 실시에는 수직형 홀 요소 또는 GMR, AMR, 스핀-밸브(spin-valve) 또는 TMR 요소와 같이 상기 다이의 평면에 민감한 센서에 유리할 수 있다.

절연층들은 물질들과 코일의 단락을 일으키지 않도록 센서와 기판 물질에 의해 요구되는 바와 같이 상기 코일과 센서 물질 및/또는 다이 기판 사이에 배치될 수 있다.

상기 코일의 특정한 크기와 기하학적 구조는 특정한 응용의 필요성을 만족시키도록 변화될 수 있다. 상기 코일은 권선들이 정사각형이나 직사각형(도 4a 및 도 4b의 상면도에 예시된 바와 같이)과 같은 임의의 실용적인 형상, 또는 원형, 타원형 등의 다른 형상들을 가지거나, 다중 층들을 가지도록 형성될 수 있다.

예시적인 "온-칩" 코일 실시예들에 있어서, 상기 코일은 종래의 증착 및/또는 식각 공정들, 혹은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 패터닝 및 전기도금 공정들을 이용하여 형성된다. 일반적으로, 상기 코일로부터 상기 센싱 요소까지의 간격은 요구되는 전압 분리 및 자기 결합(magnetic coupling)의 결과로 변화될 수 있으며, 여기서 자기 결합은 mA 또는 상기 코일 내를 흐르는 전류의 다른 단위 당 상기 코일에 의해 생성되는 자기장이다. 일반적으로, 보다 높은 자기 결합 레벨은 주어진 자기장 레벨에 대해 전력을 덜 사용한다. 또한, 절연층들이 상기 장치 내의 다른 전기적 층들에 대한 상기 코일의 단락을 방지하도록 상기 코일들과 센서들 및/또는 다른 다이 물질 사이에 배치될 수 있는 점이 이해될 것이다.

도 4b에 있어서, 상기 코일은 평면의 나선형 기하학적 구조를 가지는 것으로 도시된다. 도면들에서 비아들(vias) 및 접속들은 생략되지만(명확성을 위해), 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 분명할 것이다. 다중 금속층들뿐만 아니라 금속의 다른 기하학적 구조들이 사용될 수 있는 점이 이해될 것이다. 이에 한정되는 것은 아니지만 구불구불한 코일들 및 솔레노이드들을 포함하여 다른 코일 기하학적 구조들이 이용될 수 있다. 예를 들면, 실질적으로 균일한 직경의 코일 권선들을 갖는 실린더형 코일(즉, 솔레노이드 형태의 코일)이 사용될 수 있다. 상기 코일 배치는 자속 집중기(concentrator)를 포함할 수 있으며, 이는 상기 코일에 의해 발생되는 자속을 향상시키도록 연질의 자성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 연질의 강자성 코어가 상기 코일에 의해 생성되는 자기장을 집중시키도록 솔레노이드 형태의 코일 내부에 제공될 수 있다.

실린더형 코일에 있어서, 상기 자기장 선들의 방향은 상기 코일의 길이(즉, 상기 코일의 길이 방향의 경로)에 평행할 것이다. 평면의 나선형 코일 설계에 있어서, 상기 코일의 중심에서 자기장 선들의 방향은 상기 코일의 평면과 실질적으로 직교할 것이지만, 상기 코일의 권선들 아래의 상기 다이 표면에 실질적으로 평행할 것이다. 상기 센싱 요소의 적절한 위치 및 유형을 선택하는 데 있어서 다양한 위치들에서 상기 코일에 의해 발생되는 자기장의 방향에 대한 고려가 주어질 수 있다.

상기 "온-칩" 코일의 크기가 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이 센서, 센서 어셈블리 또는 응용의 다른 위치들에 위치하는 코일들보다 훨씬 작을 수 있는 점이 이해될 것이다. 상기 상대적으로 보다 작은 "온-칩" 코일들에 의해 발생되는 자기장들이 특히 강하지 않을 수 있기 때문에, GMR과 같은 고감도의 요소들이 홀 과 같이 덜 민감한 센싱 형태들의 요소들에 비해 온-칩 코일 설계를 위하여 보다 적합할 수 있다.

센서 다이 상에 도전성 코일을 제공하기 위한 추가적인 세부 사항들이나 선택적인 기술들은 2012년 5월 10일에 출원된 미국 특허 출원 제13/468,478호(발명의 명칭: "일체형 코일을 갖는 자기 센서를 위한 방법들 및 장치(Methods and Apparatus for Magnetic Sensor Having Integrated Coil)") 뿐만 아니라 미국 공개 특허 제2010/00211347호, 미국 특허 제8,030,918호 및 미국 특허 제8,063,634호를 참조하여 얻어질 수 있으며, 이들 문헌들은 각기 본 출원의 양수인에게 양도되었고, 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된다.

도 5를 참조하면, 자기장 센싱 요소 또는 센싱 요소(164)가 형성되는 제1 액티브 표면(162a) 및 리드 프레임(168)의 제1 표면(168a) 상의 다이 부착 영역(166)에 부착되는 제2 대향하는 표면(162b)을 갖는 반도체 다이(162), 상기 다이와 상기 리드 프레임의 적어도 일부를 감싸는 비도전성 몰드 물질(170)을 포함하는 제1 몰드 부분, 그리고 상기 비도전성 몰드 물질에 고정되는 제2 몰드 부분(172)을 포함하는 자기장 센서(160)의 다른 실시예가 도시된다. 비도전성 물질 또는 강자성 물질이 될 수 있는 상기 제2 몰드 부분(172)이 도시되지만, 상기 리드 프레임(168)에 근접하는 제1 단부(172a)로부터 상기 리드 프레임으로부터 윈위측의 제2 단부(172b)까지 테이퍼(taper)지는 것이 요구되지는 않는다.

전술한 및 다른 실시예들에서의 센싱 요소(164)는 센싱 요소(16)와 동일하거나 유사할 수 있다.

해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 반도체 다이(162)의 액티브 표면(162a)이 여기서는 임의의 유형들의 자기장 요소들(예를 들면, 홀 플레이트)을 가지는 경우에는 그 "내"에 상기 자기장 센싱 요소가 배치되거나 형성되는 표면으로 기재되지만, 상기 요소가 상기 액티브 반도체 표면(예를 들면, 자기저항 요소들)의 "상부" 또는 "상"에 배치될 수 있는 점을 이해할 것이다. 그러나, 설명의 간편성을 위하여, 여기에 기재되는 실시예들이 임의의 적합한 유형의 자기장 센싱 요소들을 활용할 수 있지만, 이와 같은 요소들은 여기서는 대체로 상기 액티브 반도체 표면 "내"에 형성되거나 배치되는 것으로 기재될 것이다.

사용 시에, 상기 자기장 센서(160)가 여기서 설명되는 다른 센서의 실시예들과 같이 예시된 기어(12')와 같은 강자성 타겟에 근접하여 위치할 수 있으므로, 상기 자기장 센싱 요소(164)는 상기 물품(12')에 인접하며, 이에 따라 상기 물품의 이동에 의해 변경되는 자기장에 노출된다. 상기 자기장 센싱 요소(164)는 상기 자기장에 비례하는 자기장 신호를 발생시킨다.

상기 자기장 센서(160)는 대체로 상기 센싱 요소(164)에 의해 제공되는 자기장 신호를 처리하기 위해 상기 다이(162)의 액티브 표면(162a) 상에 형성되는 추가적인 회로부를 포함한다. 상기 리드 프레임(168)은 상기 회로부를 전원 또는 마이크로컨트롤러와 같은 시스템 구성 요소들(도시되지 않음)에 연결하기 위한 리드들(174a-174c)을 포함한다. 상기 리드들(174a-174c)과 상기 반도체 다이(162) 사이의 전기적 연결은 도시된 바와 같이 각기 와이어 본드들(176a-176c)로 제공될 수 있다. 상기 센서(160)가 세 개의 리드들(174a-174c)을 포함하는 것으로 도시되지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 숫자의 리드들이 가능한 점을 이해할 것이다. 상기 리드 프레임의 리드들을 상기 센서 구성 요소들에 전기적으로 연결하기 위한 다른 기술들은 솔더 범프들이나 볼들 또는 필라 범프들을 포함한다. 상기 센서(160)는 2 내지 6핀의 SIP(Single In-Line) 패키지 또는 적절한 바에 따라 일부 다른 숫자의 핀들의 형태로 제공될 수 있다.

상기 제1 몰드 부분(170)은 상기 다이(162)와 상기 리드 프레임(168)의 둘러싸인 부분을 전기적으로 절연시키고, 기계적으로 보호하기 위해 비도전성 물질로 구성된다. 상기 비도전성 몰드 물질(170)을 위해 적합한 물질들은 열경화성 및 열가소성 몰드 화합물들과 다른 상업적으로 입수 가능한 IC 몰드 화합물들을 포함한다.

상기 제1 몰드 부분(170)의 비도전성 몰드 물질은 상기 다이(162) 및 상기 리드 프레임(168)의 일부를 둘러싸도록 몰딩 공정 동안에 상기 리드 프레임/다이 어셈블리에 적용된다. 상기 비도전성 제1 몰드 부분(170)은 제1 표면(170a) 및 제2 대향하는 표면(170b)을 가진다. 상기 비도전성 제1 몰드 부분의 형상과 치수들은 특정 IC 패키지에 적합하도록 선택된다.

상기 제2 몰드 부분(172)은 상기 제1 몰드 부분(170)을 형성하기 위해 사용되는 비도전성 몰드 화합물 과 동일할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 몰드 부분(172)은 상기 제1 몰드 부분(170)을 위해 사용되는 물질과 다른 비도전성 몰드 화합물 또는 다른 몰딩 가능한 물질이다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 몰드 부분(172)은 집중기를 형성하도록 연질의 강자성 물질로 구성된다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 분명할 것인 바와 같이, 다양한 물질들이 연질의 강자성 물질의 형태로 상기 강자성 몰드 물질(172)을 제공하는 데 적합할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 연질의 강자성 몰드 물질이 상대적으로 낮은 보자력과 높은 투자율을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 연질의 강자성 물질들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 퍼멀로이(permalloy), NiCo 합금들, NiFe 합금들, 스틸, 니켈 및 연질의 자성 페라이트들을 포함한다.

상기 제2 몰드 부분(172)은 몰딩 공정의 단계나 단계들 동안, 또는 열경화성 접착제(예를 들면, 이액형 에폭시(two part epoxy))와 같은 접착제를 사용하여 상기 제1 몰드 부분(170)에 고정될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 몰드 부분(172)과 접촉하는 상기 제1 몰드 부분(170)의 일부 및/또는 상기 비도전성 몰드 물질과 접촉하는 그 몰드 물질의 일부는 상기 두 물질들 사이의 접착력을 향상시키고, 상기 물질들 사이의 측방 미끄러짐이나 전단(shear)을 방지하기 위하여 고정 메커니즘(securing mechanism)을 가진다. 일 예로서, 상기 리드 프레임(168)은 도시된 바와 같이 상기 비도전성 몰드 물질을 지나 연장되고, 상기 제1 몰드 부분(172)의 몰드 물질에 의해 둘러싸이는 연장부들(extensions)(168c)(또는 "바브들(barbs)")을 가진다. 이와 같은 리드 프레임의 연장부들은 상기 리드 프레임 자체에 대한 상기 제2 몰드 부분/물질의 접착력을 추가적으로 향상시킨다. 상기 제2 몰드 부분(172)의 몰드 물질이 이와 같은 리드 프레임 부분들과 접촉하도록 고정 메커니즘으로 리드 프레임 부분들을 활용하는 이러한 실시예들에 있어서, 상기 제2 몰드 부분(172)은 상기 리드들이 상기 장치가 의도하는 바에 따라 동작하지 않게 되는 전기적인 단락을 일으키는 것을 방지하도록 비도전성이어야 하거나, 충분히 낮은 도전성을 가져야 하는 점이 이해될 것이다. 선택적인 형태들의 고정 메커니즘들이 사용될 수 있다.

도 5를 여전히 참조하면, 상기 센서(160)는 또한 본 도면에서 참조 부호 178로 나타낸 코일을 포함한다. 실시예들에 있어서, 코일(178)은 패키지 레벨 코일, 즉 패키지 몰드 부분(172) 내에 통합되는 코일이다. 코일(178)은 코일(18)과 동일하거나 유사한 기능을 수행할 수 있다. 코일(178)은 백 바이어스(back bias) 자기장을 제공하도록 센싱 요소(164)에 대해 위치하며, 이는 상기 센서를 통과하면서 상기 타겟의 프로파일을 검출하는 데 이용될 수 있다. 이를 위하여, 상기 코일(178)이 상기 비도전성 몰드 물질(170)의 제2 표면(170b)에 인접하여 위치하므로, 도시된 바와 같이 상기 센싱 요소(164)는 상기 코일(178) 보다 상기 타겟(12')에 가깝게 위치한다. 특정 응용들에서 상기 코일(178)이 상기 센싱 요소 보다 상기 타겟에 가깝게 있도록 센서(160)를 180°회전시키거나, 상기 센싱 요소의 주요 표면이 상기 타겟에 직교하도록 상기 센서를 90°회전시키는 것이 바람직할 수 있으며, 이에 따라 상기 센싱 요소가, 예를 들면 평면형 홀 요소와 다른 센싱 요소 감도의 축을 갖는 자기저항 요소일 때에 바람직할 수 있는 바와 같이, 다른 유형의 자기적으로 민감한 센서가 구현될 수 있는 점이 이해될 것이다. 또한, 일 실시예에서 특정한 센서 구성들 및 센싱 요소 결합들을 위해 그 중심축이 상기 다이(162)의 표면과 평행하도록 코일(178)을 회전시키는 것이 바람직할 수 있다.

다양한 기술들과 물질들이 상기 코일(178)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 코일(178)은 코일 권선들 사이에 절연체를 제공하도록 자동화된 공정들을 통해 다양한 크기의 구리 와이어로 형성될 수 있다. 상기 코일 물질 선택, 왕이어 게이지 선택, 권회의 횟수 및 다른 설계 선택 사항들은 원하는 강도의 자기장을 생성하기 위해 특정 응용들에 적합하도록 용이하게 변화될 수 있다. 상기 코일(178)은 특정 응용 및 패키지 배치에 적합하도록 원하는 바에 따라 각 권선들이 원형, 사각형 등의 일반적인 형상이나 대략적인 형상, 또는 타원형과 같은 다른 일반적인 형상이 되도록 형성될 수 있다.

코일(178)은 다양한 수단들에 의해 상기 비도전성 몰드 물질(170)의 제2 표면(170b)에 고정될 수 있다. 일 예로서, 에폭시와 같은 접착제가 상기 코일을 제 위치에 고정시키는 데 사용될 수 있다. 제 위치에 고정되면, 상기 몰드 물질(172)은, 예를 들면, 사출 성형과 같은 적합한 몰딩 공정에 의해 형성될 수 있다.

상기 제2 몰드 부분(172)을 정의하는 데 사용되는 몰드 공동(mold cavity)은 상기 제2 몰드 부분이 여기서는 상기 비도전성 몰드 물질의 제2 표면(170b)으로부터 상기 제2 몰드 부분의 제2 단부(172b)까지 연장되는 중심 구멍(180)을 갖는 링 형상의 구조를 형성하도록 맨드렐(mandrel)을 포함할 수 있다. 상기 몰드 물질(172)은 종래의 O자형 링 구조 또는 D자형 구조를 형성할 수 있다. 선택적으로는, 상기 몰드 물질(172)은 "C"자형 또는 "U"자형 구조로 설명될 수 있는 바와 같은 부분적으로 링과 같은 구조만을 형성할 수 있다. 보다 일반적으로는, 상기 몰드 물질(172)은 상기 중심 영역이 그 외부 영역과 일체로 형성되지 않도록 비연속(non-contiguous) 중심 영역을 포함한다. 이와 같은 중심 영역은 도 8의 구멍(180)의 경우와 같은 개방된 영역이 될 수 있거나, 몰드 물질, 예를 들면, 강자성 몰드 물질을 포함할 수 있다. 제3 몰드 물질은 상기 제3 몰드 물질이 상기 제2 몰드 부분(172)에 고장되게 하기 위하여 추가적인 몰딩 단계, 또는 이에 한정되는 것은 아니지만 "포팅(potting)" 또는 다른 몰딩 단계를 포함하는 다른 적절한 제조 기술에 의해 형성될 수 있다. 상기 제3 몰드 물질은 경질의 강자성 물질, 연질의 강자성 물질 또는 비강자성 몰드 화합물로 구성될 수 있다.

상기 제2 몰드 부분(172)은 도 5의 측면도로부터 명백한 바와 같이 그 제1 단부((172a)(또는 그 제1 단부에 가까운 위치)로부터 그 제2 단부(172b)까지 테이퍼진다. 특히, 상기 제2 몰드 부분은 그 외측 주변 표면(182a)까지의 제1 테이퍼(taper) 및 그 내측 중심 구멍 표면(182b)까지의 제2 테이퍼를 가진다. 상기 테이퍼의 목적은 상기 몰드 공동으로부터 상기 센서(160)의 제거를 가능하게 하는 것이다. 상기 표면들(182a, 182b)의 테이퍼의 각도는 서로 동일하거나 유사할 수 있으며, 대체로 상기 표면들(182a, 182b)의 테이퍼의 각도는 대략 10도 내지 20도 이하이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 테이퍼의 각도는 2도-7도의 크기이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 테이퍼(182b)는 단일한 기울기 이상을 가질 수 있다.

상기 센서는 또한 상기 다이 상부에 위치하는 리드 프레임을 갖는 리드 온 칩(lead on chip) 구성으로 배열될 수 있다. 접착제가 상기 리드 프레임을 상기 다이의 액티브 표면에 고정시키는 데 사용될 수 있다.

도 6을 참조하면, 선택적인 자기장 센서(190)는 자기장 센싱 요소(194)가 배치되는 제1 액티브 표면(192a) 및 리드 프레임(198)의 제1 표면(198a) 상의 다이 부착 영역(196)에 부착되는 제2 대향하는 표면(192b)을 갖는 반도체 다이(192), 상기 다이와 상기 리드 프레임의 적어도 일부를 감싸는 제1 몰드 부분 또는 비도전성 몰드 물질(200), 그리고 상기 비도전성 몰드 물질의 일부에 고정되는 제2 몰드 부분 또는 몰드 물질(202)을 포함한다. 고정 메커니즘 또는 다른 적절한 메커니즘들이 상기 제1 및 제2 몰드 물질들 사이의 접착력을 향상시키도록 제공될 수 있다. 실시예들에 있어서, 센서(190)는 센서(10)와 동일하거나 유사할 수 있다.

상기 비도전성 몰드 물질(200)은 도시된 바와 같이 상기 리드 프레임(198)의 제2 표면(198b)으로부터 멀어지게 연장되는 돌출부(204)를 가진다. 보이드(void)의 존재가 오버몰딩(overmolding)을 보다 어렵게 만들 수 있기 때문에, 돌출부(204)는 센서(190)의 하부 표면(상기 몰드 물질의 제2 단부(202b)에 인접하는) 내에 보이드가 존재하는 것을 방지한다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 돌출부가 상기 제2 몰드 물질(202)의 제2 단부(202b)로 가는 경로의 모두 또는 일부만으로 연장될 수 있는 점을 이해할 것이다. 도 6에 예시된 실시예에 있어서, 돌출부(204)는 상기 제2 몰드 물질(202)의 제2 단부(202b) 이전에 종료된다. 따라서, 상기 돌출부(204)의 원위측 단부(distal end)(204a)는 도시된 바와 같이 상기 제2 몰드 물질(202)로 덮인다. 코일(206)을 지나(예를 들면, 아래로) 연장되는 것으로 도시된 상기 돌출부(204)가 코일(206)의 아래가 아닌 위치까지 연장될 수 있는 점도 이해될 것이다. 돌출부(204)가 코일(206)의 아래가 아닌 위치까지 연장될 경우, 상기 제2 몰드 물질(202)은 대체로 상기 돌출부(204) 및 상기 코일(206)을 감쌀 수 있다.

센서(190)는 도 1의 코일(18)과 동일하거나 유사할 수 있는 코일(206)을 포함한다. 비록 동심성 위치 결정이 요구되지 않는 점이 이해될 것이지만, 여기서, 코일(206)은 상기 비도전성 몰드 물질(200)의 돌출부(204)에 대해 동심성으로 위치한다. 돌출부(204)에 대한 테이퍼가 특정 응용에 대해 적합하도록 제거되거나 변경될 수 있는 점이 이해될 것이다. 일부 응용들에 있어서, 상기 돌출부는 조립 또는 제조 동안에 코일(206)을 위한 정렬 특징으로 유용할 수 있다. 다시 여기서, 코일(206)은 접착제의 의해 상기 몰드 물질(200)에 고정될 수 있다. 그러나 선택적으로는, 코일(206)은 상기 돌출부(204)에 대해 억지 끼워맞춤(interference fit)을 제공하도록 크기가 조절되고 형상이 정해질 수 있으므로, 접착제가 필요하지 않을 수 있으며, 상기 몰드 물질(200), 리드 프레임(198) 및 다이(192)를 포함하는 서브어셈블리가 상기 몰드 물질(202)의 형성을 위해 상기 몰드 공동 내로 배치될 때에 코일(206)이 상기 억지 끼워맞춤에 의해 상기 몰드 물질(200)에 대해 제 위치에 충분히 유지될 수 있다.

센서(190)가 상기 제2 몰드 물질(202)의 제2 단부(202b) 이전에 종료되도록 몰드 물질(202)을 통해 부분적으로만 연장되는 돌출부(protrusion)(204)를 가지는 것으로 도시되지만, 상기 비도전성 몰드 물질의 돌출부에 대해 동심으로 배치될 수 있는(비록 그렇게 되는 것이 요구되지 않더라도) 코일을 갖는 유사한 센서가 제2 몰드 물질(202)의 제2 단부(202b)까지 연장되는 형태의 돌출부를 가지고 제공될 수 있거나, 상기 돌출부(204)가 제2 몰드 물질(202)의 제2 단부(202b)를 지나 연장될 수 있는 점이 이해될 것이다.

상기 제2 몰드 물질(202)은 상기 리드 프레임(198)에 근접하는 제1 단부(202a)로부터 상기 리드 프레임으로부터 윈위측의 제2 단부(202b)까지 테이퍼진다. 상기 제2 몰드 물질(202)은 그 외측 주변 표면(208a) 및 그 내측 표면(208b) 모두를 따라 그 제1 단부(202a)로부터 그 제2 단부(202b)까지 테이퍼진다. 다시 여기서, 상기 표면(208a)의 테이퍼의 각도는 15도-20도 이하의 크기가 될 수 있다. 상기 내측 표면(208b)의 테이퍼의 각도는 상기 외측 표면(208a)의 테이퍼의 각도와 동일하거나 유사할 수 있다.

상기 제2 몰드 물질(202)은 상기 내측 표면(208b)에 의해 정의되는 중심 구멍의 형태로 비연속 중심 영역을 가진다. 몰드 물질(202)의 이러한 비연속 중심 영역은 예들로서 O자형, D자형, C자형 또는 U자형 구조를 형성하도록 다양한 형상들을 취할 수 있다.

상기 제2 몰드 물질은 연질의 강자성 물질이나 경질의 강자성 물질과 같은 비도전성 물질 또는 강자성 물질의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 물질이 연질의 강자성 물질인 실시예들에서, 상기 코일에 의해 발생되는 자기장은 집중될 수 있거나, 그렇지 않으면 상기 연질의 강자성 몰드 물질에 의해 원하는 바에 따라 농축될 수 있다. 선택적으로, 상기 물질이 경질의 강자성 물질인 실시예들에서, 상기 코일에 의해 제공되는 자기장은 이에 따라 상기 코일만으로(즉, 상기 경질의 강자성몰드 물질이 존재하지 않는 경우) 동일한 자기장 강도를 제공하도록 그렇지 않으면 요구되는 피크 전류를 감소시키기 위하여 상기 경질의 강자성 물질에 의해 제공되는 상기 자기장을 조절하는 데 사용될 수 있다. 상기 백 바이어스 기능성이 상기 코일에 의해 제공되기 때문에, 상기 제2 몰드 부분/물질은 그 표면에 부착되는 상기 코일을 갖는 비도전성 몰드 물질이 경과물인 센서 IC를 제공하도록 패키지될 수 있는 경우에 전체적으로 제거될 수 있다(도 10에 도시한 바와 같이). 이와 같은 배치는 미국 특허 제6,265,865호 또는 미국 특허 제5,581,179호에 기재된 유형의 패키지 내에 제공될 수 있으며, 이들 문헌들은 각기 본 출원의 양수인에게 양도되었고 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된다.

상기 제2 몰드 부분/물질을 포함하는 응용들에 있어서, 이와 같은 몰드 물질은 상기 리드 프레임에 근접하는 제1 단부로부터 상기 리드 프레임(또는 그 일부 위치들에 대해)으로부터 원위측의 제2 단부까지 테이퍼질 수 있으며, 상기 장치를 보호하고 전기적으로 절연시키기 위하여 상기 센서는 선택적으로 오버몰드(overmold)의 형태로 제3 몰드 물질을 포함할 수 있다.

센서(190)는 상기 장치를 보호하고 전기적으로 절연시키기 위해 선택적으로 오버몰드의 형태로 제3 몰드 물질(210)을 포함할 수 있다. 상기 제3 몰드 물질(210)은 제3 몰딩 단계/공정 동안에 또는 선택적으로 임의의 적합한 제조 방법에 의해 적용될 수 있다. 오버몰드(210)는 그 목적이 전기적 절연을 제공하는 것이기 때문에 선택적으로 고려된다. 강자성 몰드 물질(202)이 충분한 절연을 제공하는(예를 들면, 특정한 응용들에서 대략 1메가-옴(mega-Ohm)의 이상의 저항을 제공하는) 실시예들에 있어서, 오버몰드(210)가 제거될 수 있다. 오버몰드(210)가 도 1, 도 3, 도 4, 도 5 및 다른 실시예들의 센서에 대해 제공될 수 있는 점이 이해될 것이다. 오버몰드 물질(210)을 제공하기 위한 적절한 물질들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, PPS, 나일론, 스미토모 베이클라이트 주식회사(Sumitomo Bakelite Co., Ltd.)의 스미콘®(SUMIKON®) EME, 또는 한켈(Henkel) AG & Co. KGaA의 하이솔®(Hysol®) 몰드 화합물들을 포함한다.

도 7을 참조하면, 선택적인 자기장 센서(220)는 자기장 센싱 요소(224)가 배치되는 제1 액티브 표면(222a) 및 리드 프레임(228)의 제1 표면(228a) 상의 다이 부착 영역(226)에 부착되는 제2 대향하는 표면(222b)을 갖는 반도체 다이(222), 그리고 상기 다이 및 상기 리드 프레임의 적어도 일부를 감싸는 비도전성 몰드 물질(230)을 포함한다. 실시예들에서, 센서(220)는 센서(10)와 동일하거나 유사할 수 있다.

센서(220)는 상기 비도전성 몰드 물질(230)에 고정되는, 보다 상세하게는 둘러싸이는 코일(232)을 포함한다. 상기 코일(232)의 와이어는 도시된 바와 같이 맨드렐 또는 보빈(bobbin)(234) 주위에 권취될 수 있다. 선택적인 일 실시예에 있어서, 맨드렐(234)은 연질의 강자성 물질 또는 플라스틱 및 최종 장치의 나머지 부분으로 구성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 맨드렐(234)은 코일 권취 동안에 사용되지만, 이후에 상기 최종 패키지의 일부를 구성하지는 않는다. 맨드렐(234) 및 코일(232)은 접착제나 다른 고정 메커니즘으로 상기 다이(222)에 대향하는 상기 리드 프레임(228)의 표면(228b)에 고정될 수 있으므로, 상기 서브어셈블리가 몰드 공동 내에 배치되고 상기 비도전성 몰드 물질(230)이 형성될 때에 코일(232)이 상기 리드 프레임(228)에 고정된다.

하나 또는 다중의 몰드 물질들을 갖는 패키지를 제공하기 위한 추가적인 세부 사항들이나 선택적인 기술들은 2013년 1월 24일에 출원되었던 미국 특허 출원 제13/748,999호(발명의 명칭: "일체형 강자성 물질을 갖는 자기장 센서 집적 회로(Magnetic Field Sensor Integrated Circuit with Integral Ferromagnetic Material)")를 참조로 얻어질 수 있으며, 상기 문헌은 본 출원의 양수인에게 양도되었고, 개시 사항이 여기에 참조로 포함된다. 고정 메커니즘의 다른 예들은 접착물질 및/또는 상기 몰드 물질들 사이에 간섭 및/또는 상호 연결(interlocking mechanism) 메커니즘을 제공하도록 설계된 다양한 다른 특징들의 이용을 포함한다.

상기 신호는 상기 코일에 대한 외부 연결을 가능하게 하는 추가 핀들을 통해 상기 코일에 제공될 수 있다. 상기 신호는 AC 신호, 램프(ramped) 신호, 펄스 신호, 또는 상기 코일에 적용될 때에 변화하는 자기장을 생성할 수 있는 임의의 다른 유형의 변화하는(예를 들면, 비-DC) 신호가 될 수 있다. 선택적으로는, 상기 신호는 상기 다이에 대한 연결들을 통해 제공될 수 있다. 예를 들면, 코일 단자에 연결되는 와이어가 상기 다이에 납땜되거나 와이어 본드들을 통해 상기 다이에 연결될 수 있다. 선택적인 실시예에 있어서, 상기 리드 프레임의 일부는 상기 코일 와이어 및 상기 다이에 연결되도록(예를 들면, 와이어 본드를 통해) 사용될 수 있다. 상기 리드 프레임의 이들 연결 영역들은 몰딩 및 트리밍(trimming) 후에 상기 리드 프레임의 나머지에 연결되지 않을 수 있다.

도 8 및 도 9는 코일을 갖는 자기장 센서를 위한 또 다른 유형의 패키지를 예시한다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 자기장 센서 어셈블리(240)는 패키지된 자기장 센서 IC(242), 코일 유닛(244), 그리고 케이스(또는 하우징 쉘(housing shell))(246) 및 단부 캡(end cap)(248)을 갖는 하우징을 포함한다. 케이스(246)는 개구(도시되지 않음)를 갖는 제1 단부(250a) 및 윈도우(252)를 포함하는 제2 단부(250b)를 가진다. 각각의 이들 요소들이 상기 케이스(246)의 개구(250a)를 통해 직렬로 배치될(도 9의 분해도에 도시된 바와 같이 센서 IC(242), 이후에 단부 캡(248)에 이어서 코일 유닛(244)의 순서로) 때, 상기 "완전히 조립된" 자기장 센서 어셈블리(240)는 도 8에 도시된 구성에 나타낸 형태를 취한다. 비록 상기 하우징이 대체로 실린더 형상을 갖는 두 부분(two-piece)의 하우징으로 도시되지만, 다른 형태들의 하우징들 또한 사용될 수 있다.

상기 패키지된 자기장 센서 IC(242)는 보호 패키지 몸체 내에 자기장 센서 칩에 대응하는 제1 패키지 부분(254) 및 도전성 리드들(256)의 형태로 제2 패키지 부분을 포함하는 것으로 도시된다. 동력 및 접지 연결들에 대응되는 리드와 출력 신호를 위한 리드("3선식(three-wire)" 장치에 대해 도 3 및 도 6의 실시예들에서 도시된 바와 같이), 또는 일부 다른 숫자의 리드들을 가지는 세 개의 도전성 리드들(256)이 존재할 수 있다. 코일 유닛(244)은 코일(예를 들면, 나선 형태의 코일, 솔레노이드 형태의 코일, 연질의 강자성 코어를 갖는 솔레노이드 형태의 코일, 또는 다른 형태의 코일 구성이 될 수 있는) 및 도전성 리드들(258a, 258b)을 포함하는 코일 몸체 부분(257)을 구비할 수 있다. 전체적인 코일 몸체 부분(257)(내부 코일은 배제)을 위한 물질들은 플라스틱(또는 다른 몰드 화합물) 혹은 비강자성 물질을 포함할 수 있다.

선택적으로는, 자속 집중기나 가이드를 통합하는 코일 유닛 설계를 위해, 코일 몸체 부분(257)의 상부(즉, 상기 센서 IC(242)의 코일과 센싱 요소 사이의 부품)는 플라스틱(또는 다른 몰드 화합물) 혹은 비강자성 물질로 만들어질 수 있고, 코일 몸체 부분(257)의 측부들과 하부는 자기저항 경로(reluctance path)를 감소시키는 데 기여하도록, 즉 상기 자속을 보다 효과적으로 가이드하도록 연질의 강자성 물질로 만들어질 수 있다.

상기 리드들의 하나, 예를 들면, 리드(258a)는 신호 소스(예를 들면, 도 1에 도시된 코일 입력 라인(26))에 연결하기 신호 입력이다. 상술한 바와 같이, 상기 신호 소스는 상기 코일에 적용될 때에 변화하는 자기장을 생성할 수 있는 변화하는 신호(즉, 비-DC 신호)가 될 수 있다. 다른 리드, 예를 들면, 리드(258b)는 기준 전위(예를 들면, 접지)에 연결하기 위한 접지 단자이다. 상기 코일 유닛(244)의 코일은 공통 노드를 갖지 않는 상기 센서 IC(242)로부터 전기적으로 절연되어 구동될 수 있다. 그러나, 상기 센서 IC 접지 및 상기 코일 유닛 접지가 함께 묶일 경우, 그러면 상기 어셈블리(240)는 외부 연결들을 위해 하나 적은 핀/리드를 가지도록 설계될 수 있다. 상기 어셈블리(240)에 있어서, 상기 패키지된 센서 IC의 리드들(256) 및 상기 코일 유닛(244)의 리드들(258)은 상기 케이스(246)의 제1 단부(250a) 내의 개구로부터 외측으로 연장된다. 상기 제1 패키지 부분(254)은 제1 몸체 면(body face)(260)이 상기 케이스(246)의 제2 단부(250b)로부터 외측으로 연장되도록 상기 윈도우(252)를 통해 상기 케이스(246) 내에서 어느 정도까지 위치한다. 상기 센서 어셈블리(240)가 응용에서 장착될 때, 상기 제1 몸체 면(260)은 상기 타겟의 프로파일에 근접하여 위치할 것이다.

도 8-도 9의 예시적인 하우징은 앞서 언급한 미국 특허 제5,581,179호에 기재된 기술들과 같은 기술들 또는 다른 적합한 기술들에 따라 구성될 수 있다. 상기 케이스(246)는 앞서 언급한 특허에 기재된 바와 같이 중합체 절연 물질 또는, 선택적으로는 연질의 강자성 물질로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 별도의 자속 집중기가 상기 어셈블리 내에 포함될 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 비강자성 타겟(1001)을 검출하기 위한 자기 센서 시스템(1000) 의 예들을 예시한다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 센서 시스템(1000)은 하나 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들(1002, 1004)을 가지는 자기장 센서(1003)를 포함한다. 센서(1003)는 센서 집적 회로 또는 다이(1015)와 자기장(1006)을 생성할 수 있는 하나 또는 그 이상의 자기 소스들(magnetic sources)(예를 들면, 코일들이나 백-바이어스 자석과 같은 자석들)(1005)을 포함할 수 있다. 비록 두 자기장 센싱 요소들(1002, 1004)을 가지는 것으로 도시되지만, 센서(1003)는 둘 보다 둘 이상의 센싱 요소들을 포함할 수 있다. 비록 단일 자기 소스를 가지는 것으로 도시되지만, 센서(1003)는 다중 자기 소스들을 포함할 수 있다. 해당 기술 분야의 숙련자는 센서(1003)가 하나 이상의 자기 소스를 가질 경우, 이들 소스들에 의해 생성되는 자기장들이 다중의 별도의 소스들에 의해 생성되는 단일의 결합된 자기장(1006)으로 보일 수 있는 점을 이해할 것이다. 또한, 도 10a 및 도 10b에 도시된 센싱 요소나 센싱 요소들에 대한 상기 자기 소스의 배향이 사실상 개략적이고 다양한 실시예들에서 변경될 수 있는 점에 유의한다. 예를 들면, 센서(1003)(및/또는 다이(1015))는 자기 소스(1005) 및 타겟(1001) 사이에 위치할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 자기 소스나 소스들 및 센싱 요소나 요소들은 상기 타겟에 대해 다른 위치들을 가진다.

센싱 요소들(1002, 1004)은 앞서 도 1-도 9에 대하여 설명한 센서들의 임의의 것이나 모두와 동일하거나 유사할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 센싱 요소들(1002, 1004)은 일부 공통 회로부에 의해 연결되는 분리된 자기장 센서들이 될 수 있다. 상술한 바와 같이, 센싱 요소들(1002, 1004)은 자기장(1006)을 생성하는 자기 소스(1005)(예를 들면, 코일 및/또는 자석)를 포함할 수 있다. 선택적으로는, 자기 소스(1005)는 다이(1015)로부터 분리되어 장착될 수 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 소스(1005)는 자기장(1006)이 타겟(1001)의 몸체와 교차하도록 타겟(1001)에 대해 위치할 수 있다. 비록 자기 소스(1005)가 다이(1015)의 일부로서 도 10a 및 도 10b에 도시되지만, 이는 요구 사항이 아니다. 다양한 실시예들에 있어서, 자기 소스(1005)는 다이(1015), 다이(1015)에 인접하거나 그 상부에 장착되거나 배치되는 다이(1015)의 부품 등으로부터 분리될 수 있다. 예를 들면, 다양한 실시예들에서, 자기 소스(1005)는 자기 소스(1005)가 센싱 요소들(1002 및/또는 1004)에 의해 검출될 수 있는 자기장(1006)을 생성하게 하는 임의의 구성이나 배치로 배열될 수 있다. 이와 같은 구성들 및 배치들의 예들은 도 1-도 9와 관련하여 앞서 설명하였다.

상술한 바와 같이, 자기장(1006)은 자기장을 생성하는 DC 또는 다른 느리게 변화하는 전류로 영구 자석(예를 들면, 경질의 강자성 물질)이나 전자석에 의해 생성되는 정지 자기장이 될 수 있다.

두 센싱 요소들(1002, 1004)을 가지는 것으로 도시되지만, 시스템(1000)은 단일 센싱 요소만을 포함할 수 있거나, 둘 이상의 센싱 요소들을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 센싱 요소(들)가 타겟(1001)의 근접, 존재, 속도 및 다른 성질들을 검출하는 데 사용될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 타겟(1001)은 비강자성 타겟이다. 타겟(1001)은 구리, 알루미늄, 티타늄 등과 같은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 상기 타겟(1001)의 표면 내에, 상에 또는 부근에 형성되게 하는 크기와 두께를 가질 수 있다.

동작 시에, 자기 소스(1005)는 자기장(1006)을 생성하고, 센싱 요소들(1002, 1004)은 자기장(1006)에 반응하거나 감지한다. 일 실시예에 있어서, 센싱 요소들(1002, 1004)은 각기 신호들(1002a, 1004a)을 발생시킨다. 증폭기들(1030, 1032)은 이들 신호들을 수신하고, 이들을 증폭시키며, 이들을 프로세서(1034)에 공급한다. 프로세서(1034)는 이후에 타겟(1001)의 존재, 속도, 방향, 위치 또는 다른 성질들을 결장하도록 상기 신호들을 처리한다.

유도의 패러데이(Faraday)의 법칙의 동작을 통해, 상기 타겟(1001)의 몸체가 도전성(및/또는 상자성)이기 때문에, 자기장(1006)은 상기 타겟(1001)의 표면상에 또는 부근에 와전류(예를 들면, 와전류(1010) 및/또는 와전류(1012))를 유도한다. 자기장들(1006)이 변화하는 자기장인 경우, 상기 자기장 내의 변화들은 타겟(1001) 내에 와전류들을 유도할 것이다. 자기장(1006)이 정지 자기장인 경우, 상기 자기장을 통한 상기 도전성 타겟의 운동은 와전류들(1010, 1012)이 타겟(1001 또는 1001') 내에 형성되게 한다. 상기 타겟의 불규칙한 특징들 또는 형상들은 상기 유도된 와전류들의 존재나 크기에 영향을 미칠 수 있다.

다중 와전류들(1010, 1012)이 예시의 편의를 위해 도시된다. 해당 기술 분야의 숙련자는 타겟(1001) 내에 결합된 와전류를 형성하도록 추가되거나 결합될 수 있는 단일 와전류 또는 다중 와전류들을 타겟(1001) 내에 유도할 수 있는 점을 이해할 것이다. 특정 실시예들에 있어서, 자기 소스(1005)는 형상이 구현된 자기장(1006)을 생성하도록 구성될 수 있다. 달리 말하면, 자기 소스(1005)는 다양한 패턴들로 함께 추가되는 다중 자기장들을 생성할 수 있으므로, 결과적인 결합된 자기장은 상대적으로 강한 국소 영역들 및 상대적으로 약한 국소 영역들을 가진다. 이와 같은 실시예들에 있어서, 자기 소스(1005)는 다중 코일들, 자석들 또는 다른 자기 소스들을 포함할 수 있다. 상기 자기장(1006)의 형상을 구현함에 의해, 자기 소스(1005)는 타겟(1001) 내에 유도되는 상기 와전류들(1010, 1012)의 위치, 방향 및 강도를 제어할 수 있다.

상기 타겟(1001) 내에 형성되는 와전류들(1010, 1012)은 상기 타겟(1001) 내의 자기장(1006)에 대향하여 변화하는 이들 자체의 이차적인 자기장들을 생성한다. 이들 자기장 변화들은, 예를 들면, 시간에 대해 상기 자기장(1006)의 강도나 형상을 변화시키는 자기 소스(1005)로 인한 것일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 자기장(1006)이 정지(예를 들면, 변화하지 않거나 느리게 변화하는) 자기장일 경우, 자기장(1006)을 통한 상기 타겟(100)의 운동(예를 들면, 회전)은 타겟(1001)이 상기 자기장(1006)에 대한 변화들을 가져오는 와전류들을 생성하게 할 수 있다. 상기 와전류들(1010, 1012)에 의해 야기되는 자기장들은 자기장(1006) 내의 변화들에 대향하는 경향이 있을 것이며, 상기 자기장 센싱 요소들(1002, 1004)을 통해 흐르는 자속의 양을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 따라서, 와전류들(1010, 1012)은 상기 자기장 센싱 요소들(1002, 1004)에 의해 생성되는 신호들의 진폭을 증가시키거나 감소시키는 경향을 가질 것이다. 대조적으로, 타겟(1001)이 존재하지 않을 경우, 자기장에 대향하는 와전류들이 유도되지 않을 수 있으며, 이에 따라 상기 자기장 센싱 요소들에 의해 생성되는 신호들의 진폭은 증가하거나 감소하지 않을 수 있다. 이에 따라, 시스템(1000)은 상기 센싱 요소들(1002, 1004)에 의해 생성되는 신호들의 진폭의 변화를 검출함에 의해서와 상기 타겟 내의 와전류들의 존재로 인하여 상기 타겟(1001)의 존재를 검출할 수 있다.

자기장(1006)이 정지 자기장일 경우, 상기 자기장을 통한 상기 타겟의 운동은 와전류들(1010, 1012)에 대한 변화들을 야기한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 타겟(1001)의 표면상의 포인트(1020)는 자기 소스(1005)로부터 상대적으로 거리가 있을 때에 무시할 수 있는 자기장을 가질 수 있다. 포인트(1020)이 센서(1003) 상의 포인트(1022)에 접근함에 따라, 이는 증가하는 크기의 자기장(1006)에 노출될 것이며, 이에 따라 변화에 대향하는 와전류(1010)가 생성된다. 유사하게, 포인트(1020)이 센서(1003) 상의 포인트(1024)를 통과함에 따라, 이는 자기 소스(1005)로부터의 자기장 내의 감소를 보게 될 것이며, 이에 따라 이러한 변화에 대향하는 와전류(1012)가 생성된다.

화살표 1026으로 도시되는 상기 타겟 회전의 방향이 정해지면, 와전류(1010)는 자기장 센싱 요소(1004)에 의해 감지되는 자기장을 감소시킬 것이고, 와전류(1012)는 자기장 센싱 요소(1002)에 의해 감지되는 자기장을 증가시킬 것이다. 상기 회전의 방향이 반대일 경우, 와전류들(1012, 1010)은 대향하는 크기가 될 것이다. 즉 와전류(1010)는 상기 자기장 센싱 요소(1004)에 의해 감지되는 자기장을 증가시킬 것이고, 와전류(1012)는 상기 자기장 센싱 요소(1002)에 의해 감지되는 자기장을 감소시킬 것이다. 따라서, 상기 자기장 센싱 요소들(1002, 1004)에 의해 생성되는 신호의 진폭은 타겟 회전의 방향에 의존할 수 있다. 이에 따라, 시스템(1000)은 시스템(1000) 내에 공간적으로 위치하는 상기 센싱 요소들(1002, 1004)에 의해 생성되는 신호들 내의 변화를 검출함에 의해 상기 타겟(1001) 회전의 방향을 검출할 수 있다.

자기장 센싱 요소들(1002, 1004)은 이들 사이에 물리적인 거리가 존재하도록 공간적으로 배열될 수 있다. 이러한 방식으로 이격되게 상기 센싱 요소들을 떨어지게 하는 것은 각 센싱 요소(1002, 1004)가 타겟(1001)의 다른 국소화된 영역 내에서 와전류에 의해 생성되는 자기장들을 검출하게 할 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이, 센싱 요소(1002)가 와전류(1012)에 보다 가깝게 되고, 센싱 요소(1004)가 와전류(1010)에 보다 가깝게 된다. 따라서, 상기 센싱 요소(1002)에 의해 감지되는 자기장은 와전류(1012)에 의해 보다 크게 영향을 받을 것이며, 상기 센싱 요소(1004)에 의해 감지되는 자기장은 와전류(1010)에 의해 보다 크게 영향을 받을 것이다.

타겟(1001)은 또한 특징(1014)와 같은 불규칙한 특징들을 가질 수 있다. 특징(1014)은 밸리, 갭, 리세스(recess), 비도전성 영역, 덜 도전성인 영역, 또는 상기 자기장들(1006, 1008)에 의해 유도되는 와전류들(1010, 1012)을 변화시키는 임의의 유형의 영역이 될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 특징(1014)은 톱니, 범프 또는 상기 타겟의 돌출부가 될 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 갭들 및 돌출부들의 결합들, 예를 들면, 이에 한정되는 것은 아니지만, 상기 회전의 중심으로부터 대략 세 가지 다른 방사상의 거리들, 즉 밸리, 공칭 반경 및 톱니도 가능할 수 있다. 따라서, 특징(1014)이 자기장(1006 또는 1008)에 인접할 때, 상기 타겟(1001) 내에 유도되는 와전류는 타겟(1014)이 자기장(1006 또는 1008)에 인접하지 않을 때에 유도되는 와전류와 다를 수 있다. 예를 들면, 특징(1014)이 갭이나 비도전성 영역일 때, 영역(1014) 내에 유도되는 와전류가 없을 수 있고, 대향하는 자기장이 없을 수 있다. 선택적으로는, 와전류가 특징(1014) 내에 유도될 수 있지만, 상기 와전류는 타겟(1001)의 주요 몸체 내에 유도되는 와전류(1012 또는 1010)와 다른 강도나 크기를 가질 수 있다.

상기 센서(1003) 및 센싱 요소들(1002 또는 1004)은 특징(1014)의 존재로 인해 상기 자기장 내의 변화를 감지할 수 있고, 특징(1014)이 검출되었던 것을 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 상기 타겟이 특정 속도로 회전하고 있을 경우, 피크들 또는 밸리들은 특징(1014)이 센싱 요소(1002, 1004)를 통과하면서 신호들(1002a, 1004a) 상에 나타날 수 있다. 프로세서(1034)는 속도, 존재, 위치, 회전의 방향 등을 결장하도록 이들 피크들 및 밸리들을 검출할 수 있고 처리할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 타겟(1001)의 주요 몸체는 비도전성일 수 있는 반면, 특징(1014)은 도전성일 수 있다. 이 경우, 와전류들은 특징(1014) 내에 유도될 수 있지만, 상기 타겟(1001)의 주요 몸체 내에는 유도되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 대향하는 자기장은 특징(1014)이 센서(1002 또는 1004)에 인접하는 때에만 존재할 수 있다.

도 10b는 불규칙한 형상의 타겟(1001')을 갖는 시스템(1000)의 다른 실시예를 예시한다. 상기 불규칙한 형상(도 10b에 타원형으로 도시한 바와 같은)으로 인하여, 타겟(1001')이 센서들(1002, 1004)을 지나 회전함에 따라, 상기 타겟(1001')의 몸체의 일부들이 센서들(1002, 1004)에 보다 가깝게 될 수 있는 반면, 다른 부분들은 보다 멀어질 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이, 타겟(1001')의 영역(1016)이 센서(1004)에 보다 가깝게 되고, 영역(1018)이 센서(1002)에 보다 가깝게 된다.

영역(1016)이 영역(1018) 보다 자기장(1006)에 가까워지기 때문에, 와전류(1010)는 상기 와전류들이 자기장(1006)에 의해 유도되기 때문에 와전류(1012) 보다 강할 수 있다. 이에 따라, 상기 와전류(1010)에 의해 생성되는 자기장은 와전류(1012)에 의해 생성되는 자기장 보다 강할 수 있다. 또한, 상기 와전류(1010)에 의해 생성되는 자기장이 센서(1004)에 보다 가깝고, 상기 와전류(1012)에 의해 생성되는 자기장이 센서(1002)에 보다 가깝기 때문에, 상기 와전류(1010)는 센서(1004) 내의 자기 센싱 요소를 통해 흐르는 자속에 보다 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상기 영역(1016) 내에 유도되는 자기장은 상기 영역(1018) 내에 유도되는 자기장과 다른 반응을 상기 센서 내에 제공할 수 있다. 달리 말하면, 센서들(1002, 1004)은 상기 와전류가 상기 센서에 의해 검출되는 자기장에 영향을 미치는 정도에 기초하여 상기 센서에 인접하는 타겟(1001')의 영역이 상기 센서와 상대적으로 가까워지거나, 상대적으로 멀어지는 지를 검출할 수 있다. 시스템(1000)은 이에 따라 상기 불규칙한 형상의 타겟(1001')의 영역들이 타겟(1001')이 이동함에 따라 상기 센서에 인접하는 것에 기초하여 상기 타겟(1001')의 위치, 속도 및/또는 방향을 결정할 수 있다.

비록 타원형 타겟으로 도시되지만, 타겟(1001')의 일부 영역들이 다른 센서들에 가까워질 수 있는 반면에 다른 영역들이 멀어질 수 있는 한 타겟(1001')은 임의의 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 타겟(1001')은 톱니 휠, 랙 앤드 피니언(rack and pinion) 시스템 내의 톱니 랙, 코너들을 갖는 정사각형이나 직사각형, 또는 돌출부들 혹은 센서들(1002, 1004)에 대해 이동할 수 있는 다른 특징들을 갖는 임의의 다른 형상이 될 수 있다.

자기장들(1006, 1008)이 정지(즉, DC) 자기장들인 경우, 상기 타겟들(1001, 1001')의 불규칙한 특징들이나 형상들 및/또는 상기 타겟들의 운동이 상기 타겟 내에 와전류를 유도할 수 있다. 와전류들이 도체를 통해 변화하는 자기장에 의해 야기되는 점에 유의한다. 이에 따라, 상기 타겟이 정지되고 상기 자기장들이 고정될 경우, 상기 타겟과 교차되는 자기장이 변화하지 않을 것이기 때문에 와전류들이 형성되지 않을 것이다. 그러나, 와전류들은 상기 타겟이 정지 자기장을 통해 이동하거나 회전함에 따라 상기 타겟의 몸체 내에 생성될 것이다. 타겟(1001 또는 1001')이 불규칙한 특징들이나 형상들을 포함하지 않을 경우, 일정한 강도를 갖는 와전류들이 타겟(1001)이 회전함에 따라 상기 타겟(1001)의 몸체 내에 유도될 것이다. 상기 타겟이 이동하고 있는 한, 이들 와전류들은 상기 타겟(1001)의 존재를 검출하는 데 사용될 수 있다. 상기 타겟(1001)의 속도가 변화함에 따라, 상기 와전류들의 크기 및 상기 와전류들에 의해 생성되는 자기장들의 강도 또한 변화할 것이다. 따라서, 상기 센서들 또한 상기 와전류들에 의해 생성되는 상기 자기장의 강도를 측정함에 의해 상기 타겟의 속도를 검출할 수 있다.

상기 타겟(1001)과 타겟(1001')의 특징들 및 불규칙한 형상들이 상기 자기장을 통해 이동함에 따라, 상기 와전류들(및 이에 따라 상기 와전류들에 의해 생성되는 자기장들)이 변화할 것이다. 예를 들면, 타겟(1001)이 회전하고 특징(1014)이 상기 자기장들을 통해 이동함에 따라, 상기 자기장을 통과하는 특징(1014)의 불규칙한 형상 또는 도전성은 타겟(1001) 내의 와전류들에 변화들을 야기한다. 유사하게, 상기 타겟(1001')의 불규칙한 형상이 상기 자기장들을 통해 회전함에 따라, 타겟(1001')의 영역들은 상기 센서들에 상대적으로 가까워지거나 상대적으로 멀어지게 이동한다. 이는 또한 상기 타겟(1001') 내에 유도되는 와전류들을 변화하게 한다. 이들 변화들은 상기 타겟의 존재, 상기 타겟의 운동, 상기 타겟의 속도 등으로 상기 센서들(1002, 1004)에 의해 검출될 수 있다.

특정한 구성들에 있어서, 시스템(1000)은 타겟(1001)의 운동의 방향을 검출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 시스템은 상기 타겟 상의 다른 위치들을 검출하도록 배향되는 두 센서들(1002, 1004)로 구성된다. 예를 들면, 타겟(1001)이 시계 방향으로 회전하고 있을 경우, 특징(1014)은 먼저 센서(1002)를 지나가고, 다음에 센서(1004)을 지나갈 것이다. 이에 따라, 특징(1014)의 존재를 나타내는 상기 센서(1002)에 의해 생성되는 신호는 상기 센서(1004)에 의해 생성되는 신호 보다 선행할 것이다. 반대로, 타겟(1001)이 반시계 방향으로 돌고 있을 경우, 특징(1014)의 존재를 나타내는 상기 센서(1004)에 의해 생성되는 신호는 상기 센서(1002)에 의해 생성되는 신호 보다 선행할 것이다. 센서(1002) 및 센서(1004)에 의해 생성되는 위상 관계 신호들을 모니터링함에 의해, 시스템(1000)은 타겟(1001)의 속도와 방향을 결정할 수 있다.

비록 회전하는 타겟으로 도시되지만, 타겟(1001)은 또한 랙 앤드 피니언 시스템 내의 랙과 같은 선형의 타겟, 또는 센서들(1002, 1004)에 대해 이동할 수 있는 임의의 유형의 타겟이 될 수 있다.

도 11은 자기장을 감지하기 위한 프로세스(1100)의 흐름도이다. 블록 1102에서, 회로(예를 들면, 도 1의 집적 회로(20))는 코일(예를 들면, 코일(18))을 통해 변화하는 전류를 구동시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 변화하는 전류는 AC 전류, 톱니 패턴 전류, 펄스 전류, DC, 또는 거의 DC 전류 등과 같은 주기성 전류가 될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 코일을 통한 전류는 변화하는 자기장을 생성한다. 블록 1104에서, 센서(예를 들면, 센서(10))는 타겟에 대해 위치한다. 선택적으로는, 상기 타겟은 상기 센서에 대해 위치할 수 있다. 상기 타겟은 도전성 타겟, 강자성 타겟, 자석, 전자석 또는 자기장을 발생시키는 다른 유형의 타겟이 될 수 있다. 블록 1106에서, 상기 코일로부터의 결합된 자기장과 상기 타겟으로부터의 자기장의 강도를 나타내는 신호가 발생된다. 상기 신호는, 예를 들면 센싱 요소(16)에 의해 발생될 수 있다. 블록 1108에서, 상기 신호는 기대되는 자기장 강도값과 비교된다. 블록 1110에서, 신호가 상기 타겟(12)의 존재에 의해 생성되는 예상되는 자기장에 대한 변화들을 나타내는 신호가 발생된다. 상기 신호는 상기 센서에 대한 상기 타겟의 근접을 나타낼 수 있다. 상기 신호는 상기 타겟의 다른 성질들 중에서 상기 타겟의 근접, 위치, 속도 및 방향을 계산하는 데 사용될 수 있다.

도 12는 자기장을 감지하기 위한 다른 프로세스(1200)의 흐름도이다. 블록 1202에서, 비강자성 타겟이 자기장 소스에 근접하여 배치된다. 예를 들면, 도 10a의 타겟(1001)이 센서(1002 및/또는 1004)에 근접하여 배치될 수 있다. 블록 1204에서, 자기장이 자석 또는 전자석에 의해 생성된다. 상기 자기장은 상기 타겟과 교차되며, 센싱 요소들(1002 및/또는 1004)에 의해 감지될 수 있다. 블록 1206에서, 와전류가 상기 타겟 내에 유도되고, 상기 와전류에 의해 야기되는 자기장에 대한 변화들이 검출된다.

변화하는 자기장을 생성하는 자기 센서들 및 시스템들의 예시적인 실시예들이 폭넓게 다양한 응용들에 적용될 수 있는 점이 이해될 것이다. 예를 들면, 일 실시예에서, 일체형 코일을 갖는 자기 센서는 안전벨트 검출에 대해 최적화된다. 또 다른 실시예에 있어서, 자기 센서는 약 0.5㎜ 내지 약 3㎜의 크기로 에어 갭들을 갖는 시트 포지션 검출에 대해 최적화된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 센서는 1㎝ 정도로 큰 에어 갭들에 대해 최적화될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 자기 센서는 자동차 변속기, 휠 또는 차축의 운동을 검출하도록 최적화된다.

상술한 바에서는 본 발명의 주제인 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 예시하는 데 기여하는 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 이들 개념들, 구조들 및 기술들을 포괄하는 다른 실시예들도 이용될 수 있는 점이 명백할 것이다. 다양한 실시예들과 함께 도시되고 설명된 다양한 특징들이 선택적으로 결합될 수 있는 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범주는 설시된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허 청구 범위의 사상과 범주에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다. 여기서 언급되는 모든 참조 문헌들은 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된다.

Claims

반도체 기판;
코일 내의 변화하는 자기장에 반응하여 변화하는 자기장을 제공하도록 구성되는 상기 코일; 및
강자성 타겟의 존재에 의해 영향을 받을 경우에 상기 자기장을 감지하도록 상기 기판에 의해 지지되는 자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)를 포함하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 코일은 상기 기판의 표면상에 배치되는 적어도 하나의 금속층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소는 거대 자기저항(GMR) 트랜스듀서(transducer)인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 3 항에 있어서, 상기 거대 자기저항(GMR) 트랜스듀서는 브리지 구성으로 복수의 GMR 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 4 항에 있어서, H-브리지의 제1 쌍의 GMR 요소들은 상기 코일의 단부에 위치하고, 상기 브리지의 제2 쌍의 GMR 요소들은 상기 코일의 대향하는 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소의 적어도 일부는 상기 코일의 루프 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 자기장 센싱 요소는 홀 요소(Hall element)인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 코일에 연결되는 전류 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 코일에 연결되는 펄스 또는 과도 전류 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 코일은 상기 기판의 상부 또는 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 코일은 상기 기판과 동일한 패키지 내에 포함되는 별도로 형성되는 요소인 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
반도체 기판을 제공하는 단계;
코일이 변화하는 자기장을 발생시키도록 상기 코일을 통해 변화하는 전류를 구동시키는 단계; 및
강자성 타겟의 근접으로 인한 상기 변화하는 자기장 내의 변화들을 상기 기판에 의해 지지되는 자기장 센싱 요소로 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장을 검출하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 기판의 표면상에 배치되는 하나 또는 그 이상의 금속층들로 상기 유도 코일을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 브리지 구성으로 복수의 GMR 요소들의 형태로 상기 자기장 센싱 요소를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 브리지의 제1 쌍의 GMR 요소들을 상기 유도 코일의 단부에 위치시키는 단계 및 상기 브리지의 제2 쌍의 GMR 요소들을 상기 유도 코일의 대향하는 단부에 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 유도 코일의 루프 내에 상기 자기장 센싱 요소의 적어도 일부를 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 홀 요소의 형태로 상기 자기장 센싱 요소를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 코일에 펄스 또는 과도 전류를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 코일을 상기 기판의 상부 또는 하부 표면에 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 기판과 동일한 패키지 내에 별도로 형성되는 요소로 상기 코일을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.