Abstract
To observe the effect of excitation coil pitch on the micro fluxgate magnetic sensor, two sensors are fabricated using multi layer board process and the pitch distance of excitation coil are $260\;{\mu}m$ and $520\;{\mu}m$, respectively. The fluxgate sensor consists of five PCB stack layers including one layer of magnetic core and four layers of excitation and pick-up coils. The center layer as magnetic core is made of a Co-based amorphous magnetic ribbon with extremely high DC permeability of ${\sim}100,000$ and has a rectangular-ring shape to minimize the magnetic flux leakage. Four outer layers as excitation and pick-up coils have a planar solenoid structure and are made of copper foil. In case of the fluxgate sensor having the excitation coil pitch of $260\;{\mu}m$, excellent linear response over the range of $-100\;{\mu}T$ to $+100\;{\mu}T$ is obtained with sensitivity of 780 V/T at excitation sine wave of $3V_{p_p}$ and 360 kHz. The chip size of the fabricated sensing element is $7.3\;{\times}\;5.7\;mm^2$. The very low power consumption of ${\sim}8\;mW$ is measured. This magnetic sensor is very useful for various applications such as: portable navigation systems, telematics, VR game and so on.
본 논문은 마이크로 플럭스게이트 자기 센서 (micro fluxgate magnetic sensor)의 여자코일 선폭에 따른 자계 검출 특성 변화에 관한 것이다. 센서 제작을 위해 PCB 다층 적층기술을 사용하였으며, 연자성 코어를 둘러싼 여자코일 선폭을 각각 $260\;{\mu}m$와 $520\;{\mu}m$로 센서를 구현하였다. 센서는 모두 5층의 기판을 적층 하였으며, 가운데 (3번째)기판을 자성체 코어로, 자성체 코어 외부 (2번째와 4번째)기판을 여자코일로, 최외부 (1번째와 5번째)기판을 검출코일로 제작하였다. 연자성 코어로는 약 100,000의 큰 DC 투자율 (permeability)을 갖는 코발트 (Co)가 주성분인 아몰퍼스 재료를 사용하였으며, 자속 누설을 최소화하기 위해 사각 링 형태를 유지하였다. 솔레노이드 형태의 여자코일과 검출코일은 구리 재질로 제작되었다. $260\;{\mu}m$ 여자코일 선폭을 갖는 자기센서는 여자조건이 360 kHz, $3\;V_{p_p}$의 정현파일 경우에 780 V/T로 매우 우수한 감도를 보이고 있으며, $-100\;{\mu}T\;{\sim}\;+100\;{\mu}T$ 영역에서 매우 우수한 선형특성을 보이고 있다. 자기 센서의 크기는 $7.3\;{\times}\;5.7\;mm^2$이며, 소비전력은 약 8 mW이다. 이런 초소형 자기센서는 휴대용 네비게이션 시스템, telematics, VR 게임기 등 다양한 응용분야에 적용할 수 있다.