KR20220089613A - 휘스톤 브릿지 기반의 자기센서 및 그 제조방법 - Google Patents

휘스톤 브릿지 기반의 자기센서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휘스톤 브릿지 기반의 자기센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 일실시예에 따른 자기센서는 저항 브릿지를 형성하는 복수의 자기 저항을 구비하는 자기장 감지부와, 복수의 자기 저항의 저항값을 모니터링 하는 자기 저항 모니터링부 및 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자 중 적어도 하나의 단자와 연결된 박막형 가변저항의 저항 값을 조절하는 오프셋 조절부를 포함한다.

Description

휘스톤 브릿지 기반의 자기센서 및 그 제조방법{MAGNETIC SENSOR BASED ON WHEATSTONE BRIDGE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 휘스톤 브릿지 기반의 자기센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휘스톤 브릿지 기반의 자기센서에서 오프셋을 보정하는 기술적 사상에 관한 것이다.
최근, 자동차 산업, 자기 통신, 비침습적 브레인 매핑(noninvasive brain mapping), 비파괴 재료(nondestructive materials)의 평가, 지자기 및 현장 진단 등 다양한 분야에서 자기센서가 활용되고 있으며, 이에 따라 자기장 감지의 정확도를 향상시키기 위해 오프셋(offset) 보정 기술에 대한 연구가 지속되고 있다.
구체적으로, 자기센서에서 정확하게 자기값을 검출하기 위해서는 센서 출력값에 대한 제로 오프셋이나 동일한 오프셋으로 보정하는 기술을 필요로 하며, 이에 기존에는 자기센서에 추가적으로 부착된 오프셋 보정회로를 이용하여 자기센서의 오프셋을 보정하였다.
그러나, 이러한 오프셋 보정회로는 회로의 제작/검증 과정을 필요로 하고, 보정회로 부착에 따른 노이즈 발생 및 회로 구동을 위한 추가적인 소모전력의 발생을 야기한다는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1863602호, "온도에 따른 감도 및/또는 오프셋을 조절하는 자기장 센서 및 이의 방법"
본 발명은 오프셋 보정회로 없이, 휘스톤 브릿지를 구성하는 자기 저항 값의 모니터링을 통해 박막형 가변저항의 저항 값을 조절하여 오프셋을 보정할 수 있는 자기센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 센서 패키징 후공정에 따른 환경 노이즈에 의해 오프셋이 변동되는 경우나, 다수 개의 각기 다른 오프셋을 가지는 센서를 사용하는 경우에도 하나의 박막성형 공정을 통하여 센서의 오프셋을 신속하고 간편하게 보정할 수 있는 자기센서 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 자기센서는 저항 브릿지를 형성하는 복수의 자기 저항을 구비하는 자기장 감지부와, 복수의 자기 저항의 저항값을 모니터링 하는 자기 저항 모니터링부 및 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자 중 적어도 하나의 단자와 연결된 박막형 가변저항의 저항 값을 조절하는 오프셋 조절부를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 박막형 가변저항은 적어도 하나의 단자로부터 제1 방향으로 형성된 제1 박막 저항체와, 제1 박막 저항체 상에 제1 간격으로 형성된 복수의 제1 저항체 전극을 구비하는 제1 가변저항 및 적어도 하나의 단자로부터 제2 방향으로 형성된 제2 박막 저항체와, 제2 박막 저항체 상에 제1 간격보다 좁은 제2 간격으로 형성된 복수의 제2 저항체 전극을 구비하는 제2 가변저항을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 오프셋 조절부는 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 복수의 제1 저항체 전극 중 어느 하나의 전극과, 복수의 제2 저항체 전극 중 어느 하나의 전극을 적어도 하나의 단자에 대응되는 배선에 연결할 수 있다.
일측에 따르면, 박막형 가변저항은 복수의 제1 저항체 전극 및 복수의 제2 저항체 전극 각각이 1μm 내지 1,000μm의 간격으로 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 박막형 가변저항은 적어도 하나의 단자로부터 제1 방향으로 형성된 제1 배선에 연결되고 제1 두께로 형성된 제1 박막 저항체와 제1 박막 저항체 상에 기설정된 간격으로 형성된 복수의 제1 저항체 전극을 구비하는 제1 가변저항 및 적어도 하나의 단자로부터 제2 방향으로 형성된 제2 배선에 연결되고 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 형성된 제2 박막 저항체와 제2 박막 저항체 상에 기설정된 간격으로 형성된 복수의 제2 저항체 전극을 구비하는 제2 가변저항을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 오프셋 조절부는 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 복수의 제1 저항체 전극 중 어느 하나의 전극과, 복수의 제2 저항체 전극 중 어느 하나의 전극을 서로 연결할 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 자기 저항은 휘스톤 브릿지(wheatstone bridge)를 구성하고, 복수의 전류 단자와 복수의 전압 단자 사이에 각각에 구비되는 제1 내지 제4 자기 저항을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 오프셋 조절부는 저항값의 모니터링 결과에 기초하여, 제1 자기 저항의 저항값에 제3 자기 저항의 저항값을 반영한 결과가 제2 자기 저항의 저항값에 제4 자기 저항의 저항값을 반영한 결과와 일치 되도록 박막형 가변저항의 저항값을 조절할 수 있다.
일측에 따르면, 자기장 감지부는 복수의 전압 단자를 통해 출력되는 전압을 모니터링하고, 전압에 대한 모니터링의 결과에 기초하여 자기장의 변화를 감지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 복수의 자기 저항을 구비하는 저항 브릿지를 형성하는 단계와, 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자 중 적어도 하나의 단자와 연결되는 배선 상에 박막형 가변저항의 제1 박막 저항체와 제2 박막 저항체를 형성하는 단계 및 제1 박막 저항체 상에 복수의 제1 저항체 전극을 형성하고, 제2 박막 저항체 상에 복수의 제2 저항체 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 오프셋 보정회로 없이, 휘스톤 브릿지를 구성하는 자기 저항 값의 모니터링을 통해 박막형 가변저항의 저항 값을 조절하여 오프셋을 보정할 수 있다.
또한, 본 발명은 센서 패키징 후공정에 따른 환경 노이즈에 의해 오프셋이 변동되는 경우나, 다수 개의 각기 다른 오프셋을 가지는 센서를 사용하는 경우에도 하나의 박막성형 공정을 통하여 센서의 오프셋을 신속하고 간편하게 보정할 수 있다.
도 1는 일실시예에 따른 자기센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 제1 실시예에 따른 자기센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 자기센서에 구비된 박막형 가변저항의 저항값 변화에 따른 오프셋 보상 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 제2 실시예에 따른 자기센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 자기센서의 응용예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 제1 실시예에 따른 자기센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
상술한 구체적인 실시예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일실시예에 따른 자기센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 자기센서(100)는 오프셋 보정회로 없이, 휘스톤 브릿지를 구성하는 자기 저항 값의 모니터링을 통해 박막형 가변저항의 저항 값을 조절하여 오프셋을 보정할 수 있다.
또한, 자기센서(100)는 센서 패키징 후공정에 따른 환경 노이즈에 의해 오프셋이 변동되는 경우나, 다수 개의 각기 다른 오프셋을 가지는 센서를 사용하는 경우에도 하나의 박막성형 공정을 통하여 센서의 오프셋을 신속하고 간편하게 보정할 수 있다.
이를 위해, 자기센서(100)는 자기장 감지부(110), 자기 저항 모니터링부(120) 및 오프셋 조절부(130)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 자기장 감지부(110)는 저항 브릿지를 형성하는 복수의 자기 저항을 구비할 수 있다.
예를 들면, 복수의 자기 저항은 휘스톤 브릿지(wheatstone bridge)를 구성하고, 저항 브릿지(휘스톤 브릿지)에 구비된 복수의 전류 단자와 복수의 전압 단자 사이에 각각에 구비되는 제1 내지 제4 자기 저항을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 자기장 감지부(110)는 복수의 전압 단자를 통해 출력되는 전압을 모니터링하고, 전압에 대한 모니터링의 결과에 기초하여 자기장의 변화를 감지할 수 있다. 다시 말해, 자기장 감지부(110)는 외부 자기장에 대응하여 변화하는 출력 전압(즉, 복수의 전압 단자를 통해 출력되는 전압)의 값을 모니터링하고, 모니터링된 출력 전압을 일실시예에 따른 자기센서(100)의 자기장 감지 결과로 출력할 수 있다.
일실시예에 따른 자기 저항 모니터링부(120)는 복수의 자기 저항의 저항값을 모니터링할 수 있다. 다시 말해, 자기 저항 모니터링부(120)는 제1 내지 제4 자기 저항의 저항값을 모니터링할 수 있는 저항 감지 수단을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 오프셋 조절부(130)는 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자 중 적어도 하나의 단자와 연결된 박막형 가변저항의 저항 값을 조절할 수 있다.
일측에 따르면, 오프셋 조절부(130)는 복수의 자기 저항(일례로, 제1 내지 제4 자기 저항)의 저항 값에 대응되는 저항 제어값들을 구비하는 룩업-테이블(lookup table)을 포함할 수 있으며, 자기 저항 모니터링부(120)를 통해 모니터링한 복수의 자기 저항의 저항값과 룩업 테이블에 기초하여 박막형 가변저항의 저항 값을 조절할 수 있다.
구체적으로, 자기센서는 감지부에 대한 박막 성형공정과 전극의 박막 성형공정 시의 차이 및 리소그래피 공정에서의 비균일한 패턴 형성 등의 공정적 문제로 인해 복수의 자기 저항의 저항값에 오차가 발생되며, 이러한 오차는 자기센서의 오프셋에 영향을 미치게 되며, 이에, 기존의 자기센서는 오프셋을 조절하기 위해 별도의 오프셋 보정장치를 실장해야만 했다.
반면, 일실시예에 따른 자기센서(100)는 별도의 오프셋 보정장치 없이, 저항 브릿지의 하단부에 박막 저항체를 추가 증착하고, 복수의 자기 저항의 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 박막 저항체의 길이를 조절(즉, 저항값을 조절)하여 자기센서(100)의 오프셋을 보정함으로써, 혼합 노이즈(intermixing noise)와 열 드리프트(thermal drift)를 최소화할 수 있다.
일실시예에 따른 자기센서(100)는 이후 실시예 도 2a 내지 도 6c를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2b는 제1 실시예에 따른 자기센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 도 2a는 제1 실시예에 따른 자기센서(200)를 설명하기 위한 도면을 도시하고, 도 2b는 제1 실시예에 따른 자기센서(200)에 구비된 박막형 가변저항(Ra, Rb; 210 내지 240)을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면을 도시한다.
제1 실시예에 따른 자기센서(200)는 저항 브릿지(휘스톤 브릿지)를 구성하는 복수의 자기 저항(R1 내지 R4)과, 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자(-I 단자, +I 단자) 중 적어도 하나의 단자와 연결된 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 자기 저항(R1 내지 R4)은 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자(-I 단자, +I 단자) 및 복수의 전압 단자(-V 단자 및 +V 단자) 사이에 각각에 구비되고, 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)은 + I 단자와 + I 단자에 대응되는 전류 배선 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 제1 자기 저항(R1)은 +I 단자와 +V 단자 사이에 구비되고, 제2 자기 저항(R2)은 -I 단자와 +V 단자 사이에 구비되며, 제3 자기 저항(R3)은 -I 단자와 -V 단자 사이에 구비되고, 제4 자기 저항(R4)은 +I 단자와 -V 단자 사이에 구비될 수 있다.
일측에 따르면, 박막형 가변저항(Ra 및 Rb) 중 제1 가변저항(Ra)은 적어도 하나의 단자(일례로, +I 단자)로부터 제1 방향으로 형성된 제1 박막 저항체(210)와, 제1 박막 저항체(210) 상에 제1 간격(D1)으로 형성된 복수의 제1 저항체 전극(220)을 구비할 수 있다.
또한, 박막형 가변저항(Ra 및 Rb) 중 제2 가변저항(Rb)은 적어도 하나의 단자(일례로, +I 단자)로부터 제2 방향으로 형성된 제2 박막 저항체(230)와, 제2 박막 저항체(230) 상에 제1 간격(D1) 보다 좁은 제2 간격(D2)으로 형성된 복수의 제2 저항체 전극(240)을 구비할 수 있다.
예를 들면, 자기센서(200)를 기준으로 제1 방향은 -x 방향, 제2 방향은 +x 방향일 수 있다.
또한, 박막형 가변저항은 복수의 제1 저항체 전극(220) 및 복수의 제2 저항체 전극(240) 각각이 1μm 내지 1,000μm의 간격으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제1 저항체 전극(220) 간의 제1 간격(D1)은 70μm이고, 제2 저항체 전극(240) 간의 제2 간격(D2)은 35μm일 수 있다.
한편, 자기센서(200)는 복수의 자기 저항(R1 내지 R4)의 저항값을 모니터링하고, 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 박막형 가변저항의 저항 값을 조절할 수 있다.
일측에 따르면, 자기센서(200)는 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 복수의 제1 저항체 전극(220) 중 어느 하나의 전극과, 복수의 제2 저항체 전극(240) 중 어느 하나의 전극을 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)이 연결된 적어도 하나의 단자(일례로, +I 단자)에 대응되는 배선에 연결할 수 있다.
즉, 자기센서(200)는 복수의 자기 저항(R1 내지 R4)의 저항값에 대한 모니터링 결과에 기초하여 복수의 제1 저항체 전극(220) 중 어느 하나의 전극을 +I 단자에 대응되는 전류 배선과 연결하고, 복수의 제2 저항체 전극(240) 중 어느 하나의 전극을 +I 단자에 대응되는 전류 배선과 연결함으로써, 오프셋 보정을 위한 타겟 저항값으로 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)의 저항값을 제어할 수 있다.
다시 말해, 자기센서(200)는 복수의 제1 저항체 전극(220) 중 어느 하나의 전극과, 복수의 제1 저항체 전극(220) 중 어느 하나의 전극을 선택하여 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)의 저항체의 길이를 제어(즉, 저항값을 조절)할 수 있다.
보다 구체적으로, 자기센서(200)는 보다 넓은 제1 간격으로 배치된 복수의 제1 저항체 전극(220) 중 어느 하나의 전극을 선택하는 제1 저항 조절 과정과, 제1 간격 보다 좁은 제2 간격으로 배치된 복수의 제2 저항체 전극(240)을 선택하는 제2 저항 조정 과정(즉, 저항 미세 조정 과정)을 통해, 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)의 저항값(즉, 길이)을 보다 세부적으로 조절할 수 있으며, 이를 통해 오프셋 보정의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
일측에 따르면, 자기센서(200)는 저항값의 모니터링 결과에 기초하여, 제1 자기 저항(R1)의 저항값에 제3 자기 저항(R3)의 저항값을 반영한 결과가 제2 자기 저항(R2)의 저항값에 제4 자기 저항(R4)의 저항값을 반영한 결과와 일치 되도록, 다시 말해 'R1 x R3 = R2 x R4'의 조건을 만족하도록 하는 타겟 저항값이 되도록 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)의 저항값을 조절할 수 있다.
구체적으로, 저항 브릿지에서는 'R1 x R3 = R2 x R4'의 조건을 만족하면 오프셋이 발생되지 않으며 오프셋이 발생하는 경우에는 상술한 조건이 성립되지 못하므로, 자기센서(200)는 복수의 자기 저장(R1 내지 R4) 각각의 저항값을 확인한 후, 상술한 조건이 성립되도록 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)의 저항값을 조절하여 오프셋을 보상할 수 있다.
도 3은 제1 실시예에 따른 자기센서에 구비된 박막형 가변저항의 저항값 변화에 따른 오프셋 보상 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 참조부호 300은 제1 실시예에 따른 자기센서에 구비된 제1 가변저항(Ra)의 길이 변화(0μm 내지 -600μm) 및 제2 가변저항(Rb)의 길이 변화(0μm 내지 600μm)에 따른 오프셋 전압(offset voltage) 및 피상 저항(apparent resistance)의 변화 특성을 설명하기 위한 도면을 도시하며, 여기서 제1 가변저항(Ra)과 제2 가변저항(Rb)의 길이는 동시에 변화하지 않았다고 가정한다.
참조부호 300에서는 제1 가변저항(Ra)과 제2 가변저항(Rb)의 길이가 변화함에 따라 오프셋 전압이 변화하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 제1 실시예에 따른 자기센서는 복수의 제1 저항체 전극 중 어느 하나의 전극을 선택하여 제1 가변저항(Ra)에 대응되는 제1 박막 저항체의 길이를 변화시키고, 복수의 제2 저항체 전극 중 어느 하나의 전극을 선택하여 제2 가변저항(Rb)에 대응되는 제2 박막 저항체의 길이를 제어할 수 있으며, 이를 통해 변화된 제1 박막 저항체와 제2 박막 저항체의 길이(즉, 저항값의 변화)에 대응하여 자기센서의 오프셋을 보상할 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 제2 실시예에 따른 자기센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 도 4a는 제2 실시예에 따른 자기센서(400)를 설명하기 위한 도면을 도시하고, 도 4b는 제2 실시예에 따른 자기센서(400)에 구비된 박막형 가변저항(Ra; 410 내지 440)을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면을 도시한다.
제2 실시예에 따른 자기센서(400)는 저항 브릿지(휘스톤 브릿지)를 구성하는 복수의 자기 저항(R1 내지 R4)과, 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자(-I 단자, +I 단자) 중 적어도 하나의 단자와 연결된 박막형 가변저항(Ra)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 자기 저항(R1 내지 R4)은 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자(-I 단자, +I 단자) 및 복수의 전압 단자(-V 단자 및 +V 단자) 사이에 각각에 구비되고, 박막형 가변저항(Ra 및 Rb)은 + I 단자와 + I 단자에 대응되는 전류 배선(+I1 및 +I2 배선) 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 제1 자기 저항(R1)은 +I 단자와 +V 단자 사이에 구비되고, 제2 자기 저항(R2)은 -I 단자와 +V 단자 사이에 구비되며, 제3 자기 저항(R3)은 -I 단자와 -V 단자 사이에 구비되고, 제4 자기 저항(R4)은 +I 단자와 -V 단자 사이에 구비될 수 있다.
일측에 따르면, 박막형 가변저항(Ra)은 적어도 하나의 단자(일례로, +I 단자)로부터 제1 방향으로 형성된 제1 배선(일례로, +I1 배선)에 연결되고 제1 두께로 형성된 제1 박막 저항체(410)와, 제1 박막 저항체(410) 상에 기설정된 간격으로 형성된 복수의 제1 저항체 전극(420)을 구비하는 제1 가변저항을 포함할 수 있다.
또한, 박막형 가변저항(Rb)는 적어도 하나의 단자(일례로, +I 단자)로부터 제2 방향으로 형성된 제2 배선(일례로, +I2)에 연결되고 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 형성된 제2 박막 저항체(430)와, 제2 박막 저항체(430) 상에 기설정된 간격으로 형성된 복수의 제2 저항체 전극(440)을 구비하는 제2 가변저항을 포함할 수 있다.
예를 들면, 복수의 제1 저항체 전극(420) 및 복수의 제2 저항체 전극(440)은 각각 제1 박막 저항체(410) 및 제2 박막 저항체(430) 상에 동일한 간격으로 배치될 수 있다.
일측에 따르면, 자기센서(400)는 복수의 자기 저항(R1 내지 R4)의 저항값에 대한 모니터링 결과에 기초하여 복수의 제1 저항체 전극(420) 중 어느 하나의 전극과, 복수의 제2 저항체 전극(440) 중 어느 하나의 전극을 서로 연결할 수 있다.
다시 말해, 자기센서(400)는 제1 저항체 전극(420) 중 어느 하나의 전극을 선택하여 선택된 전극에 대응되는 제1 박막 저항체(410)의 길이(즉, 제1 가변저항의 저항값)를 결정하고, 제2 저항체 전극(440) 중 어느 하나의 전극을 선택하여 선택된 전극에 대응되는 제2 박막 저항체(430)의 길이(즉, 제2 가변저항의 저항값)을 결정할 수 있으며, 선택된 전극을 서로 연결하여 박막형 가변저항(Ra)의 저항값을 '제1 가변저항의 저항값 + 제2 가변저항의 저항값'으로 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 자기센서(400)는 제1 두께로 형성된 제1 박막 저항체(410)에 배치된 제1 저항체 전극(420)을 이용하여 박막형 가변저항(Ra)의 저항값을 10Ω 단위로 조절하는 제1 저항 조절 과정과, 제1 두께보다 두꺼운 제2 박막 저항체(430)에 배치된 제2 저항체 전극(440)을 이용하여 박막형 가변저항(Ra)의 저항값을 1Ω 단위로 조절하는 제2 저항 조절 과정을 통해 박막형 가변저항(Ra)의 저항값을 보다 정확하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 오프셋 보정의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 자기센서(400)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 저항체 전극(420) 중 제1 박막 저항체(410)의 저항값을 60Ω이 되도록 하는 어느 하나의 전극을 선택하고, 복수의 제2 저항체 전극(440) 중 제2 박막 저항체(430)의 저항값을 5Ω이 되도록 하는 어느 하나의 전극을 선택하며, 선택된 전극을 서로 연결하여 박막형 가변저항(Ra)의 저항값을 65Ω(즉, 60Ω + 5Ω)으로 조절할 수 있다.
즉, 도 2a 내지 도 2b를 통해 설명한 제1 실시예에 따른 자기센서는 박막형 가변저항의 양쪽(즉, 제1 박막 저항체 및 제2 박막 저항체)의 비율을 통해 박막형 가변저항의 저항값을 조절하므로 조절이 불가능한 저항값 영역이 발생될 수 있다.
반면, 제2 실시예에 따른 자기센서(400)는 상술한 박막형 가변저항(Ra)의 구조적 특징으로 인해 절대적인 저항수치를 이용하여 조절 가능한 오프셋 범위를 보다 세분화(10Ω 단위 및 1Ω 단위의 저항값 제어)할 수 있다. 즉, 제2 실시예에 따른 자기센서(400)는 +I1 배선과 +I2 배선 사이에서 와이어 본딩과 같은 전기적 연결로 인한 1Ω 단위의 저항값 조절을 통해, 조절이 불가능한 저항값 영역없이 보다 정확하게 오프셋을 조절할 수 있다.
또한, 제2 실시예에 따른 자기센서(400)는 제1 실시예에 따른 자기센서 대비 작은 사이즈(일례로, 제1 실시예에 따른 자기 센서: 10mm, 제2 실시예에 따른 자기센서: 1.3mm)로 박막형 가변저항을 구현할 수 있으며, 저항체 전극의 개수도 최소화할 수 있다.
일측에 따르면, 자기센서(400)는 저항값의 모니터링 결과에 기초하여, 제1 자기 저항(R1)의 저항값에 제3 자기 저항(R3)의 저항값을 반영한 결과가 제2 자기 저항(R2)의 저항값에 제4 자기 저항(R4)의 저항값을 반영한 결과와 일치 되도록, 다시 말해, 'R1 x R3 = R2 x R4'의 조건을 만족하도록 하는 타겟 저항값이 되도록 박막형 가변저항(Ra)의 저항값을 조절할 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 자기센서의 응용예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 자기센서(500)는 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자(-I 단자, +I 단자) 중 +I 단자와 연결된 제1 박막형 가변저항(510 및 520)과, -I 단자와 연결된 제2 박막형 가변저항(530 및 540)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 박막형 가변저항(510 및 520)은 제1 가변저항(510) 및 제2 가변저항(520)을 포함하고, 제2 박막형 가변저항(530 및 540)은 제3 가변저항(530) 및 제4 가변저항(540)을 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 가변저항(510 내지 540) 각각은 기설정된 길이를 갖는 박막 저항체와, 박막 저항체 상에 기설정된 간격으로 형성된 복수의 저항체 전극을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 제1 내지 제4 가변저항(510 내지 540)에 구비된 박막 저항체 각각은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 제1 가변저항(510)에 구비된 박막 저항체는 저항값을 10Ω 단위로 조절하기 위한 두께로 설계되고, 제2 가변저항(520)에 구비된 박막 저항체는 저항값을 1Ω 단위로 조절하기 위한 두께로 설계되며, 제3 가변저항(530)에 구비된 박막 저항체는 저항값을 0.1Ω 단위로 조절하기 위한 두께로 설계되고, 제4 가변저항(540)에 구비된 박막 저항체는 저항값을 0.01Ω 단위로 조절하기 위한 두께로 설계될 수 있다.
즉, 자기센서(500)는 복수의 자기저항의 저항값에 대한 모니터링 결과에 기초하여 제1 박막형 가변저항(510 및 520) 및 제2 박막형 가변저항(530 및 540)의 저항값을 10Ω 단위, 1Ω 단위, 0.1Ω 단위 및 0.01Ω 단위로 보다 미세하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 오프셋을 보다 정확하게 조절할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 6은 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법을 설명하는 도면으로, 이하에서 도 6을 통해 설명하는 내용 중 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 610 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 복수의 자기 저항을 구비하는 저항 브릿지를 형성할 수 있다.
예를 들면, 복수의 자기 저항은 휘스톤 브릿지를 구성하고, 복수의 전류 단자와 복수의 전압 단자 사이에 각각에 구비되는 제1 내지 제4 자기 저항을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 610 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 DC 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering)을 통해 이중층 구조의 자기 박막으로 저항 브릿지를 형성할 수 있다. 예를 들면, 이중층 구조는 'Ta(5nm) / NiFe(10nm) / IrMn(10nm) / Ta(5nm)'로 형성될 수 있다.
다음으로, 620 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자 중 적어도 하나의 단자와 연결되는 배선 상에 박막형 가변저항의 제1 박막 저항체와 제2 박막 저항체를 형성할 수 있다.
일측에 따르면, 620 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 적어도 하나의 단자로부터 제1 방향으로 형성된 제1 박막 저항체와, 적어도 하나의 단자로부터 제2 방향으로 형성된 제2 박막 저항체를 형성할 수 있다.
또한, 620 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 적어도 하나의 단자로부터 제1 방향으로 형성된 제1 배선에 연결되고 기설정된 제1 두께로 형성된 제1 박막 저항체와, 적어도 하나의 단자로부터 제2 방향으로 형성된 제2 배선에 연결되고 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 형성된 제2 박막 저항체를 형성할 수도 있다.
일측에 따르면, 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 저항 브릿지와 제1 및 제2 박막 저항체가 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 이 경우 610 단계 및 620 단계는 통합하여 하나의 단계로 수행될 수 있다.
예를 들면, 제1 및 제2 박막 저항체는 비저항이 높고, 온도 안정성 및 장기적인 안정성이 보장되는 물질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 망가닌 및 콘스탄탄 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
다음으로, 630 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 제1 박막 저항체 상에 복수의 제1 저항체 전극을 형성하고, 제2 박막 저항체 상에 복수의 제2 저항체 전극을 형성할 수 있다.
예를 들면, 제1 저항체 전극 및 제2 저항체 전극은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 630 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 제1 박막 저항체 상에 제1 간격으로 형성된 복수의 제1 저항체 전극을 형성하고, 제2 박막 저항체 상에 제1 간격보다 좁은 제2 간격으로 형성된 복수의 제2 저항체 전극을 형성할 수 있다.
예를 들면, 630 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 복수의 제1 저항체 전극 및 복수의 제2 저항체 전극 각각이 1μm 내지 1,000μm의 간격으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제1 간격은 70μm이고 제2 간격은 35μm일 수 있다.
또한, 630 단계에서 일실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 제1 박막 저항체 상에 기설정된 간격으로 형성된 복수의 제1 저항체 전극을 형성하고, 제2 박막 저항체 상에 기설정된 간격으로 형성된 복수의 제2 저항체 전극을 형성할 수도 있다. 즉, 제1 저항체 전극과 제2 저항체 전극을 서로 동일한 간격으로 형성될 수도 있다.
도 7a 내지 도 7c는 제1 실시예에 따른 자기센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 도 7a 내지 도 7c을 통해 설명하는 자기센서의 제조방법은 도 6의 610 단계 내지 630 단계에서 수행될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c을 참조하면, 710 단계에서 제1 실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 복수의 자기 저항을 구비하는 저항 브릿지를 형성할 수 있다.
예를 들면, 저항 브릿지는 휘스톤 브릿지로, 제1 내지 제4 자기 저항과, 복수의 전류 단자(-I 단자, +I 단자) 및 복수의 전압 단자(-V 단자 및 +V 단자)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 자기 저항은 +I 단자와 +V 단자 사이에 구비되고, 제2 자기 저항은 -I 단자와 +V 단자 사이에 구비되며, 제3 자기 저항은 -I 단자와 -V 단자 사이에 구비되고, 제4 자기 저항은 +I 단자와 -V 단자 사이에 구비될 수 있다.
다음으로, 720 단계에서 제1 실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 복수의 전류 단자(-I 단자, +I 단자) 중 적어도 하나의 단자로부터 제1 방향으로 형성된 제1 박막 저항체(720-1)와, 적어도 하나의 단자로부터 제2 방향으로 형성된 제2 박막 저항체(720-2)를 형성할 수 있다.
예를 들면, 제1 박막 저항체(720-1)와 제2 박막 저항체(720-2)는 +I 단자로부터 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 형성될 수 있다.
다음으로, 730 단계에서 제1 실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 제1 박막 저항체(720-1) 상에 복수의 제1 저항체 전극(730-1)을 형성하고, 제2 박막 저항체(720-2) 상에 복수의 제2 저항체 전극(730-2)을 형성할 수 있으며, 여기서, 제1 저항체 전극(730-1)은 제1 간격으로 형성되고, 제2 저항체 전극(730-2)은 제1 간격 보다 좁은 제2 간격으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 제1 저항체 전극(730-1) 간의 제1 간격은 70μm이고, 제2 저항체 전극(730-2) 간의 제2 간격은 35μm일 수 있다.
한편, 730 단계에서 제1 실시예에 따른 자기센서의 제조방법은 +V 단자, -I 단자 및 -V 단자 각각에 대응되는 위치에 제1 전극(730-3), 제2 전극(730-2) 및 제3 전극(730-3)을 형성할 수도 있다.
결국, 본 발명을 이용하면, 오프셋 보정회로 없이, 휘스톤 브릿지를 구성하는 자기 저항 값의 모니터링을 통해 박막형 가변저항의 저항 값을 조절하여 오프셋을 보정할 수 있다.
또한, 센서 패키징 후공정에 따른 환경 노이즈에 의해 오프셋이 변동되는 경우나, 다수 개의 각기 다른 오프셋을 가지는 센서를 사용하는 경우에도 하나의 박막성형 공정을 통하여 센서의 오프셋을 신속하고 간편하게 보정할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 자기센서 110: 자기장 감지부
120: 자기 저항 모니터링부 130: 오프셋 조절부

Claims (10)

  1. 저항 브릿지를 형성하는 복수의 자기 저항을 구비하는 자기장 감지부;
    상기 복수의 자기 저항의 저항값을 모니터링 하는 자기 저항 모니터링부 및
    상기 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 상기 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자 중 적어도 하나의 단자와 연결된 박막형 가변저항의 저항 값을 조절하는 오프셋 조절부
    를 포함하는 자기센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막형 가변저항은,
    상기 적어도 하나의 단자로부터 제1 방향으로 형성된 제1 박막 저항체와, 상기 제1 박막 저항체 상에 제1 간격으로 형성된 복수의 제1 저항체 전극을 구비하는 제1 가변저항 및
    상기 적어도 하나의 단자로부터 제2 방향으로 형성된 제2 박막 저항체와, 상기 제2 박막 저항체 상에 상기 제1 간격보다 좁은 제2 간격으로 형성된 복수의 제2 저항체 전극을 구비하는 제2 가변저항
    을 포함하는 자기센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오프셋 조절부는,
    상기 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 상기 복수의 제1 저항체 전극 중 어느 하나의 전극과, 상기 복수의 제2 저항체 전극 중 어느 하나의 전극을 상기 적어도 하나의 단자에 대응되는 배선에 연결하는
    자기센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 박막형 가변저항은,
    상기 복수의 제1 저항체 전극 및 상기 복수의 제2 저항체 전극 각각이 1μm 내지 1,000μm의 간격으로 형성되는
    자기센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박막형 가변저항은,
    상기 적어도 하나의 단자로부터 제1 방향으로 형성된 제1 배선에 연결되고 제1 두께로 형성된 제1 박막 저항체와, 상기 제1 박막 저항체 상에 기설정된 간격으로 형성된 복수의 제1 저항체 전극을 구비하는 제1 가변저항 및
    상기 적어도 하나의 단자로부터 제2 방향으로 형성된 제2 배선에 연결되고 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께로 형성된 제2 박막 저항체와, 상기 제2 박막 저항체 상에 상기 기설정된 간격으로 형성된 복수의 제2 저항체 전극을 구비하는 제2 가변저항
    을 포함하는 자기센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오프셋 조절부는,
    상기 저항값의 모니터링 결과에 기초하여 상기 복수의 제1 저항체 전극 중 어느 하나의 전극과, 상기 복수의 제2 저항체 전극 중 어느 하나의 전극을 서로 연결하는
    자기센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자기 저항은,
    휘스톤 브릿지(wheatstone bridge)를 구성하고, 상기 복수의 전류 단자와 복수의 전압 단자 사이에 각각에 구비되는 제1 내지 제4 자기 저항을 포함하는
    자기센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오프셋 조절부는,
    상기 저항값의 모니터링 결과에 기초하여, 상기 제1 자기 저항의 저항값에 상기 제3 자기 저항의 저항값을 반영한 결과가 상기 제2 자기 저항의 저항값에 상기 제4 자기 저항의 저항값을 반영한 결과와 일치 되도록 상기 박막형 가변저항의 저항값을 조절하는
    자기센서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 자기장 감지부는,
    상기 복수의 전압 단자를 통해 출력되는 전압을 모니터링하고, 상기 전압에 대한 모니터링의 결과에 기초하여 자기장의 변화를 감지하는
    자기센서.
  10. 복수의 자기 저항을 구비하는 저항 브릿지를 형성하는 단계;
    상기 저항 브릿지에 구비된 복수의 전류 단자 중 적어도 하나의 단자와 연결되는 배선 상에 박막형 가변저항의 제1 박막 저항체와 제2 박막 저항체를 형성하는 단계 및
    상기 제1 박막 저항체 상에 복수의 제1 저항체 전극을 형성하고, 상기 제2 박막 저항체 상에 복수의 제2 저항체 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 자기센서의 제조방법.
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