[發(fā)明專利]三軸移動(dòng)傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 02122165.0
• 申請(qǐng)日: 2002-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1389704A
• 公開(kāi)（公告）日: 2003-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·G·哈特維爾;D·J·法森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 惠普公司
• 主分類號(hào): G01B7/004
• 分類號(hào): G01B7/004
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳,王忠忠

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及用來(lái)檢測(cè)由外力在設(shè)備上所引起的移動(dòng)的傳感系統(tǒng)。更具體地說(shuō)，它涉及一用來(lái)檢測(cè)半導(dǎo)體晶片系統(tǒng)一部分的移動(dòng)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)移動(dòng)傳感器，它是通過(guò)檢測(cè)電容隨設(shè)備移動(dòng)而變化的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明背景

在電子學(xué)測(cè)量裝置和其它裝置的領(lǐng)域中，需要測(cè)定作用在裝置上的一外力，或其它的力在何時(shí)使一設(shè)備發(fā)生物理上的移動(dòng)。還需要測(cè)定該力的性質(zhì)，包括利用安置在該設(shè)備上的小型的廉價(jià)移動(dòng)檢測(cè)裝置來(lái)測(cè)定如該力的方向和強(qiáng)度這樣的性質(zhì)。各種各樣的系統(tǒng)都可用來(lái)檢測(cè)施加在物體上的力。例如，需要測(cè)量由地震、星體之間的引力、運(yùn)載工具(vehicle)的移動(dòng)、人對(duì)物體的作用、或者任意數(shù)目的其它力的來(lái)源所引起的力。現(xiàn)存有一些系統(tǒng)用來(lái)檢測(cè)這樣的一維或二維移動(dòng)的，但這些系統(tǒng)卻不能有效地檢測(cè)三維移動(dòng)。

現(xiàn)行的移動(dòng)傳感系統(tǒng)包括在運(yùn)載工具中所使用的系統(tǒng)和在計(jì)算機(jī)或視頻游戲輸入裝置中所使用的系統(tǒng)，如操縱桿。這樣的一些系統(tǒng)利用基于電容的移動(dòng)傳感器來(lái)檢測(cè)二維移動(dòng)，它們根據(jù)電容的變化來(lái)識(shí)別移動(dòng)的變化。將一些相反電極安置在該裝置的靜止部分和裝置的可移動(dòng)的部分上，并檢測(cè)這些電極之間的電容。電容隨該可移動(dòng)部分的移動(dòng)而變化。現(xiàn)行的系統(tǒng)可利用一單個(gè)的移動(dòng)塊來(lái)檢測(cè)一維或二維的移動(dòng)，但卻不能利用同樣的移動(dòng)塊來(lái)檢測(cè)三維移動(dòng)。現(xiàn)行系統(tǒng)利用多個(gè)移動(dòng)塊形成一些一維或二維移動(dòng)傳感器的組合來(lái)檢測(cè)三維移動(dòng)。這就使檢測(cè)移動(dòng)的硬件設(shè)計(jì)變得很復(fù)雜，而且還會(huì)消耗該電子裝置半導(dǎo)體晶片上的寶貴空間。

對(duì)于檢測(cè)設(shè)備的三維移動(dòng)來(lái)說(shuō)，所需要的是一小巧而廉價(jià)的系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，需要的是MEMS器件，以便利用最小的空間和利用最少的移動(dòng)部件來(lái)檢測(cè)設(shè)備的三維移動(dòng)。

發(fā)明概述

本發(fā)明公開(kāi)了一種用來(lái)檢測(cè)半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)的三維移動(dòng)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的移動(dòng)傳感器。MEMS器件具有頂、中、底層，和一通過(guò)一屈曲部分附連在該中層上的動(dòng)子，這屈曲部分能使該動(dòng)子相對(duì)于這些層作三維移動(dòng)。系統(tǒng)可以是一半導(dǎo)體芯片，如電子器件中的處理器的一部分。動(dòng)子具有一些動(dòng)子電極，這些動(dòng)子電極與安置在相鄰層上的一些相反電極一起產(chǎn)生電容。這些電極之間的電容隨動(dòng)子的移動(dòng)而變化。一電容檢測(cè)器接收來(lái)自每一電極的信號(hào)，并根據(jù)該電容變化來(lái)檢測(cè)該動(dòng)子的移動(dòng)。MEMS器件處理該檢測(cè)的電容來(lái)確定該動(dòng)子的移動(dòng)特性。

動(dòng)子電極和相反電極包括：X-Y動(dòng)子電極與X-Y相反電極和Z動(dòng)子電極與Z相反電極，前兩X-Y電極用來(lái)檢測(cè)平行于該中間層的X-Y平面中的移動(dòng)，而后兩Z電極則用來(lái)檢測(cè)在與該X-Y平面垂直的方向上的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該動(dòng)子是通過(guò)一些屈曲部分與該中間層相連的，其控制該動(dòng)子的移動(dòng)，使動(dòng)子沿三維方向移動(dòng)而且還能促使該動(dòng)子回到靜態(tài)位置。每一層都可是一獨(dú)立的半導(dǎo)體晶片。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種用來(lái)檢測(cè)在該器件上的作用力的三晶片的MEMS器件。在該三晶片器件中，每一層都可是一獨(dú)立的半導(dǎo)體晶片，而該動(dòng)子就附連在該中間的晶片上。該MEMS器件可具有一些相反電極和相應(yīng)的動(dòng)子電極，該相反電極既可安置在頂層晶片上，又可安置在底層晶片上。

附圖簡(jiǎn)介

圖1畫出一個(gè)三層半導(dǎo)體晶片的MEMS器件的透視圖。

圖2畫出沿2-2’線截取的圖1所示MEMS器件的橫截面，它表示一動(dòng)子的頂視圖。

圖3畫出圖1所示MEMS器件的一沿3-3’線截取的橫截面。

圖4畫出該動(dòng)子的頂視圖，它表示在初始狀態(tài)時(shí)的電極之間的關(guān)系。

圖5畫出在動(dòng)子移動(dòng)后圖4所示的該動(dòng)子的頂視圖。

圖6畫出在電極和電容檢測(cè)器之間的連接框圖。

圖7畫出使用該MEMS器件的設(shè)備的方框圖。

發(fā)明詳述

圖1畫出一檢測(cè)移動(dòng)用的微機(jī)電系統(tǒng)MEMS器件10，它利用一些電容器板或電極來(lái)檢測(cè)一懸浮動(dòng)子的移動(dòng)。該MEMS器件10可封裝在一保護(hù)殼(未畫出)中，作為集成電路芯片的一部分。一中間層40安放在上層30和下層20之間，并用連接材料60與各層相連起來(lái)。該層20、30、40可以是，例如，半導(dǎo)體晶片。在一個(gè)實(shí)施例中，該層20、30、40中的每一層都是一獨(dú)立的半導(dǎo)體晶片，而且該連接材料就是晶片粘結(jié)材料60。在其它實(shí)施例中，層20、30、40中的每一層可以是一單個(gè)半導(dǎo)體晶片的一部分，也可是兩或多個(gè)晶片的一部分。

該中間層40具有一動(dòng)子50，它可以安置在下層20和上層30之間，能相對(duì)于該下層20和上層30進(jìn)行三維移動(dòng)的任何質(zhì)量。為了給該動(dòng)子50提供一較大的質(zhì)量可以利用三晶片實(shí)施例。當(dāng)該MEMS器件10，例如被一外力移動(dòng)時(shí)，動(dòng)子50就相對(duì)于下層20和上層30移動(dòng)。