A Micro Fluxgate Magnetic Sensor with Closed Magnetic Path

폐자로를 형성한 마이크로 플럭스게이트 자기 센서

This paper presents a micro fluxgate magnetic sensor in printed circuit board (PCB). In order to observe the effect of the closed magnetic path, the magnetic cores of rectangular-ring and two bars were each fabricated. Each fluxgate sensor consists of five PCB stack layers including one layer magnetic core and four layers of excitation and pick-up coils. The center layer as a magnetic core is made of a Co-based amorphous magnetic ribbon with extremely high DC permeability of ~100,000. Four outer layers as an excitation and pick-up coils have a planar solenoid and are made of copper foil. In case of the fluxgate sensor having the rectangular-ring shaped core, excellent linear response over the range of -100 $\mu$T to ＋ 100 $\mu$T is obtained with 540 V/Tsensitivity at excitation square wave of 3 $V_{p-p}$ and 360 KHz. The chip size of the fabricated sensing element is $7.3 \times 5.7\textrm{mm}^2$. The very low power consumption of ~8 mW was measured. This magnetic sensor is very useful for various applications such as: portable navigation systems, telematics, VR game and so on.n.

본 논문은 인쇄회로 기판 (PCB)에 내장된 마이크로 플럭스게이트 자기센서 (micro fluxgate magnetic sensor)에 대한 것으로써, 센서의 제작과 폐자로 형성에 따른 자계 검출 특성 변화에 관한 것이다. 이를 위해 연자성 코아를 사각링 형태와 두개의 바 (bar)형태로 각각 구현하였다. 제작을 위해 모두 5층의 기판을 적층하였으며, 가운데 (3번째) 기판을 자성체 코아로, 자성체 코아 외부 (2번째와 4번째) 기판을 여자코일로, 최외부 (1번째와 5번째) 기판을 검출코일로 제작하였다. 연자성 코아로는 약 100,000의 큰 DC 투자율 (permeability)을 갖는 코발트 (Co)가 주성분인 아몰퍼스 재료를 사용하였으며, 여자코일과 검출코일은 구리를 사용하였다. 제작된 자기센서는 여자조건이 360 KHz, $3V_{p-p}$의 구형파일 경우에 사각링 형태의 연자성 코아를 갖는 자기센서에서는 540V/T로 매우 우수한 감도를 보이고 있으며, -100 $\mu$T~＋100 $\mu$T 영역에서 매우 우수한 선형특성을 보이고 있다. 자기 센서의 크기는 $7.3 \times 5.7\textrm{mm}^2$ 이며, 소비전력은 약 8 mW이다. 이런 초소형 자기센서는 휴대용 navigation 시스템, telematics, VR 게임기 등 다양한 응용분야에 적용할 수 있다.