多傳感檢測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電子行業(yè)，其覆蓋微電子技術(shù)以及納電子技術(shù)。更具體地，本發(fā)明涉 及一種用于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)或納機(jī)電系統(tǒng)（NEMS)的多傳感檢測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 多傳感檢測(cè)器，諸如三軸加速計(jì)、三軸磁力計(jì)、三軸陀螺儀和壓力檢測(cè)器類(lèi)型的消 費(fèi)者市場(chǎng)的方向通常是朝著部件的較小尺寸以實(shí)現(xiàn)有競(jìng)爭(zhēng)力的成本。
[0003] 因此，對(duì)于九軸檢測(cè)器來(lái)說(shuō)，其包括微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)類(lèi)型的硅芯片，其信號(hào) 處理的電子件包括針對(duì)應(yīng)用程序的集成電路（"應(yīng)用程序?qū)Ｓ眉呻娐?，首字母縮寫(xiě)為 "ASIC"）和封裝包，這種九軸檢測(cè)器的一般尺寸為4X4mm 2(mm=毫米），且很快將達(dá)到 3X3mm2。這樣的尺寸要求下，單獨(dú)的硅芯片的尺寸為約4mm 2。在空間非常局限的情況下，如 果MEMS的結(jié)構(gòu)包括6個(gè)、9個(gè)、或甚至是10個(gè)測(cè)量軸（或者被測(cè)量對(duì)象），并且需要重要數(shù) 目的焊盤(pán)（pad)來(lái)與每個(gè)軸的讀取電子件交互，這種MEMS結(jié)構(gòu)在某些情況下不可能制成。 事實(shí)上，這種情況下部件的尺寸將大于放置MEMS結(jié)構(gòu)所需的空間，因而需要過(guò)高的制造成 本。
[0004] 通常，被認(rèn)為敏感的元件占據(jù)硅芯片的總大小的25%以下。大部分表面的導(dǎo)線用 于將信號(hào)（供電、檢測(cè)）路由至焊盤(pán)，該焊盤(pán)將芯片連接至外部部件（ASIC)，還用于將信號(hào) 路由至密封串接附加基板以形成保護(hù)蓋。
[0005] 例如，在六軸測(cè)量檢測(cè)器（例如，包括三軸加速計(jì)和三軸陀螺儀的檢測(cè)器）中，每 個(gè)軸通過(guò)惠斯通電橋（Wheatstone bridge)來(lái)檢測(cè)。加速計(jì)所需的三個(gè)惠斯通電橋連接至 不同的電源；陀螺儀所需的三個(gè)惠斯通電橋也是如此。為了消除電橋外部的寄生偶極子的 影響，在每個(gè)電橋的端子處測(cè)量電壓。為每個(gè)陀螺儀添加用于致動(dòng)和控制慣性質(zhì)量的兩個(gè) 焊盤(pán)，并且為加速計(jì)添加自測(cè)焊盤(pán)。這樣的系統(tǒng)需要最少4個(gè)焊盤(pán)用于供電，12個(gè)焊盤(pán)用于 測(cè)量向每個(gè)電橋的端子供應(yīng)的電壓，12個(gè)焊盤(pán)用于測(cè)量每個(gè)電橋的不平衡，6個(gè)焊盤(pán)用于 致動(dòng)和控制陀螺儀的慣性質(zhì)量，1個(gè)焊盤(pán)用于加速計(jì)的自測(cè)。因此達(dá)到了 35個(gè)焊盤(pán)的最小 總數(shù)，由于生產(chǎn)約束，這些焊盤(pán)通常分布在芯片的兩側(cè)。對(duì)于200微米（μπι=微米=KT6 米），這個(gè)焊盤(pán)之間的典型節(jié)距來(lái)說(shuō)，芯片的尺寸中最小的為3. 6毫米。對(duì)于大約1. 5毫米 至2毫米的另一方向上的最小尺寸，芯片的最小尺寸為5. 4mm2至7. 2mm 2,而具有電容類(lèi)型 的檢測(cè)的當(dāng)前可用產(chǎn)品的尺寸已經(jīng)小于5mm2并且趨勢(shì)是朝著甚至更小的尺寸。焊盤(pán)的生 產(chǎn)因此成為降低MEMS部件大小的限制因素。
[0006] 還需要限制耗電量，耗電量在使用惠斯通電橋的當(dāng)前裝備中很高。
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種多傳感檢測(cè)器，以?xún)?yōu)化連接并且具體地以限制部件的大 小。
[0008] 尤其有利地，本發(fā)明還旨在降低這樣的檢測(cè)器的能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明涉及一種用于多傳感檢測(cè)器的測(cè)量電路，其包括：
[0010] 并聯(lián)安裝的多個(gè)檢測(cè)支路，每個(gè)檢測(cè)支路包括至少兩個(gè)串聯(lián)安裝的偶極子；以及
[0011] 至少一個(gè)參照支路，所述參照之路包括極化源以及至少兩個(gè)串聯(lián)安裝的偶極子， 所述參照支路并聯(lián)連接至所述多個(gè)檢測(cè)支路中的至少兩個(gè)檢測(cè)支路，從而與所述至少兩個(gè) 檢測(cè)支路的每一個(gè)形成惠斯頓通電橋。
[0012] 本發(fā)明還涉及一種包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量電路的多傳感檢測(cè)器。
[0013] 本發(fā)明實(shí)施所謂的多電橋安裝，將參照支路連接至多個(gè)檢測(cè)支路以便共享相同的 極化源（polarizing source)，并且從而降低能耗。
[0014] 本發(fā)明所提出的安裝方案還提出了降低微機(jī)電系統(tǒng)上存在的焊盤(pán)（pads)數(shù)目的 解決方案。焊盤(pán)是能夠測(cè)量偶極子的阻抗變化的訪問(wèn)裝置。這樣的解決方案依賴(lài)于不同檢 測(cè)支路對(duì)訪問(wèn)焊盤(pán)的共享，不同檢測(cè)支路包括偶極子（每個(gè)偶極子包括一個(gè)被測(cè)量對(duì)象）。 優(yōu)選地，對(duì)包括MEMS類(lèi)型或者NEMS類(lèi)型的系統(tǒng)的基板執(zhí)行檢測(cè)支路的互連。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 根據(jù)通過(guò)以下附圖圖示的實(shí)施例，以及之后的詳細(xì)描述，將更好地揭示本發(fā)明的 其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖中：
[0016] 圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多傳感檢測(cè)器的示意圖，其需要與被測(cè)量對(duì)象一樣多的極 化源。每個(gè)檢測(cè)支路包括偶極子，其阻抗根據(jù)被測(cè)量對(duì)象的演變而變化。
[0017] 圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多傳感檢測(cè)器的示意圖，其需要與被測(cè)量對(duì)象一樣多的極 化源。每個(gè)檢測(cè)支路包括兩個(gè)偶極子，其阻抗根據(jù)被測(cè)量對(duì)象的演變而變化。
[0018] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的多傳感檢測(cè)器的示意圖，其需要用于多個(gè)被測(cè)量對(duì)象的極化 源。被測(cè)量對(duì)象與每個(gè)檢測(cè)支路關(guān)聯(lián)。
[0019] 圖4至圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的多傳感檢測(cè)器的示意圖，其需要用于多個(gè)被測(cè)量 對(duì)象極化源。被測(cè)量和測(cè)量焊盤(pán)與每個(gè)檢測(cè)支路關(guān)聯(lián)。
[0020] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的多傳感檢測(cè)器的示意圖，其需要用于多個(gè)被測(cè)量對(duì)象的極化 源。在這樣的實(shí)施例中，附加測(cè)量（或者訪問(wèn)）焊盤(pán)位于附加基板上。
[0021] 圖8是具有兩個(gè)被測(cè)量對(duì)象多傳感檢測(cè)器。在這一情況下，五個(gè)焊盤(pán)位于附加基 板上。
[0022] 本文中給出的附圖作為示例，而非限制本發(fā)明。這些是示意圖，意在便于理解本發(fā) 明，并不是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中必不可少的。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在進(jìn)行本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)論述之前，先列出可以結(jié)合或作為替代性解決方案 使用的可選特征。
[0024] 有利地，電路包括具有可變阻抗的至少一個(gè)偶極子，該阻抗隨著被測(cè)量對(duì)象的演 變而變化。
[0025] 參照支路直接地或者通過(guò)第一焊盤(pán)和第二極化焊盤(pán)連接至檢測(cè)支路。
[0026] 尤其有利地，每個(gè)檢測(cè)支路在檢測(cè)支路的中點(diǎn)處連接至位于所述檢測(cè)支路的偶極 子之間的至少一個(gè)中央測(cè)量焊盤(pán)。
[0027] 兩個(gè)附加測(cè)量焊盤(pán)優(yōu)選地并聯(lián)安裝并且被配置成控制檢測(cè)支路的極化電壓。
[0028] 多傳感檢測(cè)器尤其有利地至少包括測(cè)量電路。
[0029] 有利地，測(cè)量電路至少部分形成在第一基板和第二基板上，所述基板被組裝以形 成腔體。
[0030] 在參照支路借助于第一焊盤(pán)和第二極化焊盤(pán)并聯(lián)連接至檢測(cè)支路時(shí)，所述測(cè)量焊 盤(pán)、中央測(cè)量焊盤(pán)和附加測(cè)量焊盤(pán)中的至少一個(gè)測(cè)量焊盤(pán)有利地位于第一基板和/或第二 基板上。
[0031] 有利地，參照支路至少部分位于第一基板上和/或至少部分位于第二基板上。
[0032] 優(yōu)選地，每個(gè)檢測(cè)支路至少部分位于第一基板上。
[0033] 有利地，每個(gè)檢測(cè)支路連接至至少一個(gè)中央檢測(cè)焊盤(pán)，所述測(cè)量焊盤(pán)位于第二基 板或第一基板上。
[0034] 根據(jù)具體有利的實(shí)施例，檢測(cè)器包括微機(jī)電系統(tǒng)和/或納機(jī)電系統(tǒng)。
[0035] 有利地，微機(jī)電系統(tǒng)和/或納機(jī)電系統(tǒng)位于腔體內(nèi)。
[0036] 優(yōu)選地，微機(jī)電系統(tǒng)和/或納機(jī)電系統(tǒng)包括至少一個(gè)移動(dòng)存儲(chǔ)（mass)。
[0037] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，微機(jī)電系統(tǒng)和/或納機(jī)電系統(tǒng)在第一基板上制造。
[0038] 有利地，第一基板和/或第二基板包括互連導(dǎo)線。
[0039] 圖1示出了傳統(tǒng)的與檢測(cè)器相關(guān)的電路，該檢測(cè)器具有兩個(gè)被測(cè)量對(duì)象。被測(cè)量 對(duì)象是一種輸入物理量，其被變換成另一輸出物理量或電信號(hào)。這種物理量的類(lèi)型可以是， 例如機(jī)械的（位移、力、質(zhì)量、流）、熱量的（溫度、熱容量、熱流）、電的（電流、電壓、電荷、 阻抗、電介質(zhì)）、磁的（磁場(chǎng)）、輻射的（可見(jiàn)光、X射線、微波），或者（生物）化學(xué)的（濕 度、氣體）。根據(jù)這樣的實(shí)施例，測(cè)量電路包括若干參照支路100。每個(gè)參照支路100包括 極化源10以及串聯(lián)安裝的至少兩個(gè)偶極子25。電路還包括檢測(cè)支路200。每個(gè)檢測(cè)支路 200包括串聯(lián)安裝的至少兩個(gè)偶極子25。對(duì)于每個(gè)被測(cè)量對(duì)象，參照支路100與檢測(cè)支路 200關(guān)聯(lián)以形成惠斯通電橋。
[0040] 在這一情況下，檢測(cè)支路200的偶極子25中的每個(gè)偶極子代表無(wú)源換能器，即具 有可變阻抗的偶極子，可變阻抗可以是電阻式的、電容式的或者電感式的。每個(gè)被測(cè)量對(duì)象 實(shí)施的焊盤(pán)55的數(shù)目為兩個(gè)：第一焊盤(pán)55被配置成注入極化電流，而第二焊盤(pán)55被配置 成提取極化電流。
[0041] 在這一情況下，如果是η個(gè)被測(cè)量對(duì)象，則讀取每個(gè)優(yōu)選的無(wú)源換能器25所需的 焊盤(pán)55的數(shù)目等于2Χη個(gè)。例如，對(duì)于具有10個(gè)軸（即10個(gè)被測(cè)量對(duì)象）的檢測(cè)器來(lái) 說(shuō)，其需要20個(gè)連接焊盤(pán)55。
[0042] 可以使用惠斯通電橋安裝方式來(lái)從Vm輸出電壓讀取偶極子25。生成參照電勢(shì)的 參照支路100在這樣的示例性配置中完全制造在基板300外部。有利地，基板300包括微 機(jī)電系統(tǒng)（微機(jī)電系統(tǒng)的首字母縮寫(xiě)為MEMS)類(lèi)型的芯片。只有一半的檢測(cè)支路200展現(xiàn) 在基板300上。
[0043] 圖2圖示包括檢測(cè)器的電路，其中，每個(gè)檢測(cè)支路200的優(yōu)選的無(wú)源換能器25用 于相對(duì)的被測(cè)量對(duì)象。這一不同檢測(cè)策略通常是優(yōu)選的，因?yàn)槠涫沟媚軌蛴欣厥褂没?