具有通過(guò)保護(hù)帽進(jìn)行信號(hào)路由的微機(jī)電設(shè)備及控制微機(jī)電設(shè)備的方法
【專利摘要】一種微機(jī)電設(shè)備包括：主體(4)，容納微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8、10)；以及帽(5)，通過(guò)導(dǎo)電鍵合區(qū)域(7)鍵合至主體(4)并且電耦合至微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8，10)；其中帽(5)包括選擇模塊(13)，選擇模塊(13)具有耦合至微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8、10)的第一選擇端子(13a)、第二選擇端子(13b)和至少一個(gè)控制端子(13c)，并且可以通過(guò)控制端子(13c)控制，以選擇性地根據(jù)與相應(yīng)運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的多個(gè)耦合配置之一、將第二選擇端子(13b)耦合至相應(yīng)第一選擇端子(13a)。
【專利說(shuō)明】具有通過(guò)保護(hù)帽進(jìn)行信號(hào)路由的微機(jī)電設(shè)備及控制微機(jī)電設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有通過(guò)保護(hù)帽進(jìn)行信號(hào)路由的微機(jī)電設(shè)備以及控制微機(jī)電設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的使用在各行各業(yè)的技術(shù)中遇到了不斷增長(zhǎng)的擴(kuò)展，并且已經(jīng)在大范圍的應(yīng)用中產(chǎn)生了令人振奮的結(jié)果，尤其是在慣性傳感器、微集成陀螺儀以及機(jī)電振蕩器的生產(chǎn)中。
[0003]在對(duì)高性能和使用的靈活性的要求不斷增加的推動(dòng)之下，技術(shù)已經(jīng)迅速地發(fā)展并且導(dǎo)致了能夠檢測(cè)不同的獨(dú)立的量的微型化的微機(jī)電傳感器的生產(chǎn)。例如，關(guān)于使用集成在單個(gè)裸片中的微結(jié)構(gòu)的多軸運(yùn)動(dòng)傳感器(加速器和陀螺儀)已經(jīng)提出了眾多解決方案。
[0004]然而，趨向微型化和集成的趨勢(shì)，在對(duì)集成在裸片中的傳感器與外部環(huán)境，尤其是與通常在分開(kāi)的裸片(dice)上獲得的控制設(shè)備進(jìn)行通信的需求方面已經(jīng)遇到了限制。事實(shí)上，集成微結(jié)構(gòu)的裸片的一個(gè)重要部分是排他性地專用于容納與外界連接的接觸焊盤。自相矛盾的是，盡管從機(jī)電的立場(chǎng)來(lái)看，成熟的解決方案提供了極緊湊的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是焊盤和相應(yīng)的連接線需要的面積卻不能夠被減小到超過(guò)一定的限度。
[0005]能夠檢測(cè)若干獨(dú)立的量的集成的傳感器因此需要考慮在面積方面的相當(dāng)大的支出。
[0006]針對(duì)連接的設(shè)計(jì)，除了要解決技術(shù)上的困難以外，單位面積產(chǎn)量也很低，并且設(shè)備的成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目標(biāo)在于提供使得能夠克服上述限制的微機(jī)電設(shè)備以及控制微機(jī)電設(shè)備的方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，提供分別在權(quán)利要求1至權(quán)利要求14中限定的微機(jī)電設(shè)備以及控制微機(jī)電設(shè)備的方法。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將描述一些本發(fā)明的實(shí)施例，僅通過(guò)非限制性的示例并且參考附圖的方式，其中:
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微機(jī)電設(shè)備的簡(jiǎn)化俯視圖；
[0011]圖2是圖1的微機(jī)電設(shè)備的簡(jiǎn)化框圖；
[0012]圖3是穿過(guò)圖1的微機(jī)電設(shè)備的部分的截面；
[0013]圖4是圖1的微機(jī)電設(shè)備的細(xì)節(jié)的簡(jiǎn)化的電路圖；
[0014]圖5是圖4的細(xì)節(jié)的變體的簡(jiǎn)化的電路圖；[0015]圖6示出根據(jù)圖5的變體的關(guān)于在微機(jī)電設(shè)備中使用的量的圖；
[0016]圖7示出根據(jù)圖5的變體的關(guān)于在微機(jī)電設(shè)備中使用的相關(guān)邏輯函數(shù)的表格；
[0017]圖8是根據(jù)本發(fā)明的不同的實(shí)施例的微機(jī)電設(shè)備的簡(jiǎn)化框圖；
[0018]圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的微機(jī)電設(shè)備的俯視圖；
[0019]圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電設(shè)備的一部分的截面；
[0020]圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的穿過(guò)微機(jī)電設(shè)備的一部分的截面；
[0021]圖12是具有部分被移除的圖11的微機(jī)電設(shè)備的簡(jiǎn)化俯視圖；以及
[0022]圖13是合并了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微機(jī)電設(shè)備的電子系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參考圖1和圖2，示意性地圖示了多軸微機(jī)電傳感器，并且整體由I標(biāo)示。微機(jī)電傳感器I包括結(jié)構(gòu)部件2和控制電路或ASIC (專用集成電路)3。
[0024]結(jié)構(gòu)部件2繼而包括微結(jié)構(gòu)裸片4和保護(hù)帽5，通過(guò)導(dǎo)電鍵合區(qū)域7彼此鍵合。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，微結(jié)構(gòu)裸片4容納第一微機(jī)電結(jié)構(gòu)8和第二微機(jī)電結(jié)構(gòu)10,其分別形成多軸加速器和電容型多軸陀螺儀的結(jié)構(gòu)部分。在下文中，為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，這些微機(jī)電結(jié)構(gòu)將被稱為“微結(jié)構(gòu)8”和“微結(jié)構(gòu)10”。
[0026]第一微結(jié)構(gòu)8和第二微結(jié)構(gòu)10具有通過(guò)相應(yīng)導(dǎo)電鍵合區(qū)域7耦合至保護(hù)帽5的相應(yīng)端子組8a、IOa (圖3)。
[0027]保護(hù)帽5不僅通過(guò)導(dǎo)電鍵合區(qū)域7也通過(guò)鍵合環(huán)(未示出)鍵合至微結(jié)構(gòu)裸片4，并且保護(hù)帽5被布置成保護(hù)微結(jié)構(gòu)8、10。鍵合環(huán)和導(dǎo)電鍵合區(qū)域7優(yōu)選地由單個(gè)導(dǎo)電鍵合層制成，并且由相同的導(dǎo)電材料組成。然而，導(dǎo)電鍵合區(qū)域7與導(dǎo)電環(huán)電絕緣，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)男盘?hào)路由。
[0028]保護(hù)帽5包括選擇模塊13、驅(qū)動(dòng)模塊14、路由結(jié)構(gòu)15和通孔17，例如是TSV(硅通孔技術(shù))型。
[0029]選擇模塊13和驅(qū)動(dòng)模塊14被制作在保護(hù)帽5的一部分之中，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，其將在下文中稱為“基底”。然而，將理解，根據(jù)制作選擇模塊13和驅(qū)動(dòng)模塊14所需要求，保護(hù)帽5的該部分除了包括適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體基底還可以包括多晶半導(dǎo)體層和單晶半導(dǎo)體層以及介電層或部分層。
[0030]選擇模塊13和驅(qū)動(dòng)模塊14被容納在基底18的與路由結(jié)構(gòu)15相鄰的面18a的附近。
[0031]路由結(jié)構(gòu)15包括多個(gè)連接線16，多個(gè)連接線16被布置在若干水平面上并且被嵌入在介電材料層19中。路由結(jié)構(gòu)15因此使得能夠在微結(jié)構(gòu)8、10和選擇模塊13之間、在選擇模塊13和驅(qū)動(dòng)模塊14之間、以及在選擇模塊13和驅(qū)動(dòng)模塊14和被布置在與基底18的面18a相對(duì)的面18b上的并且耦合至控制設(shè)備3的相應(yīng)信號(hào)端子3a的接觸焊盤20之間提供多個(gè)固定的且非共面的連接(圖1和圖2)。
[0032]如圖2中示意性示出的那樣，選擇模塊13具有多個(gè)第一選擇端子13a、第二選擇端子13b以及控制端子13c。如下文所釋，選擇模塊13的第一選擇端子13a通過(guò)路由結(jié)構(gòu)15和鍵合區(qū)域7稱合至第一微結(jié)構(gòu)8和第二微結(jié)構(gòu)10的端子8a和10a。第二選擇端子遠(yuǎn)少于第一選擇端子13a，并且耦合至相應(yīng)接觸焊盤20。通過(guò)路由結(jié)構(gòu)15以及相應(yīng)通孔17獲得第二選擇端子13b至焊盤20的連接，該通孔17從與路由結(jié)構(gòu)15相鄰的面18a穿過(guò)基底18至相對(duì)面18b。
[0033]在此處圖示的實(shí)施例中，控制端子13c耦合至驅(qū)動(dòng)模塊14的相應(yīng)輸出。備選地，在沒(méi)有驅(qū)動(dòng)模塊14的情況下，控制端子13c可以直接地耦合至控制設(shè)備3的相應(yīng)時(shí)鐘端子3b ο
[0034]選擇模塊13包括多個(gè)被控制設(shè)備3控制的開(kāi)關(guān)21 (此處通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊14)，以便根據(jù)多個(gè)耦合配置的、與相應(yīng)運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的選擇配置，將第二選擇端子13b耦合至第一選擇端子13a。
[0035]如圖4中以示例方式示出的那樣，開(kāi)關(guān)21具有耦合至相應(yīng)第一選擇端子13a的第一導(dǎo)電端子和耦合至相應(yīng)第二選擇端子13b的第二導(dǎo)電端子。此外，開(kāi)關(guān)21的控制端子控制選擇模塊13的相應(yīng)控制端子13c。更具體而言,在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)21的第一導(dǎo)電端子耦合至相應(yīng)的單獨(dú)(distinct)第一選擇端子13a。開(kāi)關(guān)21的群組21a反而具有耦合至同一選擇端子13b的相應(yīng)第二導(dǎo)電端子。
[0036]開(kāi)關(guān)21以此種方式被控制，從而在每個(gè)群組21a中，每次只有一個(gè)開(kāi)關(guān)21閉合，而所有其它的開(kāi)關(guān)都打開(kāi)。
[0037]在一個(gè)實(shí)施例中(圖5)，微結(jié)構(gòu)8、10向相應(yīng)第一端子13a’、13a"提供加速信號(hào)AX、AY、AZ和角速度信號(hào)ΩΧ、ΩΥ、ΩΖ。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，此處圖示了單極信號(hào)的情況，但是已說(shuō)明的內(nèi)容一般也適用于差分信號(hào)的情況，除了以下事實(shí)之外:還要求不同數(shù)目的第一端子13a、第二端子13b和開(kāi)關(guān)21。接收加速信號(hào)AX、AY、AZ的第一端子13a’選擇性地通過(guò)開(kāi)關(guān)21’的第一群組21a’與同一第二端子13b’可連接，而接收角速度信號(hào)ΩΧ、ΩΥ、ΩΖ的第一端子13a"選擇性地通過(guò)開(kāi)關(guān)21"的第二群組21a"與同一第二端子13b"可連接。第一群組21a’的開(kāi)關(guān)21’和第二群組21"的開(kāi)關(guān)21"在微機(jī)電傳感器I的操作期間輪流地一次一個(gè)地選擇性地閉合。
[0038]再次參考圖1至圖3，驅(qū)動(dòng)模塊14具有通過(guò)路由結(jié)構(gòu)15、通孔17以及在基底18的面18b上的焊盤20耦合至控制設(shè)備3的相應(yīng)時(shí)鐘端子3b的輸入。驅(qū)動(dòng)模塊14從控制設(shè)備3接收時(shí)鐘信號(hào)CK1，...，CKM,并且產(chǎn)生用于開(kāi)關(guān)21的控制信號(hào)SCI，...，SCN?？梢员粏为?dú)的群組21a的開(kāi)關(guān)21共享的控制信號(hào)SCI，...，SCN被提供給選擇模塊13的控制端子13c，用以確定每個(gè)開(kāi)關(guān)20的狀態(tài)(打開(kāi)或閉合)。以此方式，驅(qū)動(dòng)模塊14確定選擇模塊13的配置以及微機(jī)電傳感器I的運(yùn)行狀態(tài)。
[0039]在圖5的示例中，兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CKl、CK2被并行地提供給驅(qū)動(dòng)模塊14的相應(yīng)輸入。備選地，時(shí)鐘信號(hào)可以通過(guò)單個(gè)端子或少量端子被串行地提供。諸如在加電或進(jìn)入或退出節(jié)能(省電)配置的步驟的期間，時(shí)鐘信號(hào)CK1、CK2依次采取在讀取來(lái)自微結(jié)構(gòu)8、10的信號(hào)的步驟期間的圖6中圖示的值，并且在微機(jī)電傳感器I不在讀取步驟中時(shí)同時(shí)采取零值。驅(qū)動(dòng)模塊14包括實(shí)現(xiàn)相應(yīng)邏輯函數(shù)F1、F2、F3以根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CKl、CK2生成三個(gè)控制信號(hào)SC1、SC2、SC3的邏輯塊24。控制信號(hào)SC1、SC2、SC3分別被提供給第一群組21a’的相應(yīng)開(kāi)關(guān)21’的和第二群組21a"的相應(yīng)開(kāi)關(guān)21"的控制端子。
[0040]按圖7中圖示的表格的方式定義邏輯函數(shù)F1、F2、F3，從而在每個(gè)群組21a’、21a"中，所有的開(kāi)關(guān)21’、21"將在讀取微機(jī)電傳感器I的步驟中輪流地一次一個(gè)地選擇性地閉
八
口 ο[0041]根據(jù)圖8中示意性地圖示的變體，微機(jī)電傳感器I包括具有存儲(chǔ)器和自動(dòng)處理能力的選擇模塊13*，并且選擇模塊13*生成從由控制設(shè)備3提供的單個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CK開(kāi)始的適當(dāng)操作所必須的控制信號(hào)SCI，...，SCN的序列。
[0042]在這種情況下，除了耦合至信號(hào)端子3a所必須的焊盤20之外，在控制設(shè)備3上單個(gè)時(shí)鐘端子3b是足夠的，并且在保護(hù)帽上單個(gè)焊盤20是足夠的。
[0043]根據(jù)圖9中圖示的實(shí)施例，微機(jī)電傳感器的結(jié)構(gòu)部件102包括微結(jié)構(gòu)芯片104以及保護(hù)帽105，微結(jié)構(gòu)芯片104容納第一微結(jié)構(gòu)108和第二微結(jié)構(gòu)110。保護(hù)帽105集成了基本上已經(jīng)描述的選擇模塊113、驅(qū)動(dòng)模塊114和路由結(jié)構(gòu)(未示出)。在保護(hù)帽105上，接觸焊盤120被制作用于容納在微結(jié)構(gòu)芯片104中的微結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)裸片104被規(guī)劃到關(guān)于保護(hù)帽的至少一例上，并且在自由部分上還容納接觸焊盤120’。
[0044]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的微機(jī)電傳感器的結(jié)構(gòu)部件202。并未完整地圖示微機(jī)電傳感器，并且除了包括結(jié)構(gòu)部件202之外，微機(jī)電傳感器還包括基本上已經(jīng)描述的控制設(shè)備或ASIC。
[0045]結(jié)構(gòu)部件202包括微結(jié)構(gòu)裸片204和保護(hù)帽205，通過(guò)導(dǎo)電鍵合區(qū)域207彼此鍵
八
口 ο
[0046]微結(jié)構(gòu)裸片204容納分別形成雙軸加速器(具有平面內(nèi)檢測(cè))和單軸加速器(具有平面外檢測(cè))的結(jié)構(gòu)部分的第一微結(jié)構(gòu)208和第二微結(jié)構(gòu)210。
[0047]具體而言，第一微結(jié)構(gòu)208包括由半導(dǎo)體材料制成的第一檢測(cè)質(zhì)量體230，其通過(guò)彈性的連接元件(此處未示出)被約束到微結(jié)構(gòu)芯片204的基底231。第一檢測(cè)質(zhì)量體204根據(jù)兩個(gè)獨(dú)立的平移自由度關(guān)于基底231可移動(dòng)，并且可以在均衡位置附近振蕩。第一檢測(cè)質(zhì)量體230具有平面可移動(dòng)電極232 (由虛線表示)，電容性地耦合至相應(yīng)固定電極235 (也是平面的)，固定電極235錨定至基底231。未示出的其它的可移動(dòng)電極和固定電極被布置在與可移動(dòng)電極232垂直的平面中并且與固定電極235耦合。
[0048]第二微結(jié)構(gòu)210包括第二檢測(cè)質(zhì)量體240，其也是由半導(dǎo)體材料制成并且也通過(guò)又一彈性連接元件(未示出)被約束到至基底231，以便關(guān)于與基底231的面231a平行的軸A振蕩。第二檢測(cè)質(zhì)量體240限定可移動(dòng)電極，并且電容性地耦合至在基底231上形成的固定電極243。
[0049]第一微結(jié)構(gòu)208的可移動(dòng)電極232和固定電極235通過(guò)相應(yīng)鍵合區(qū)域207被電耦合至保護(hù)帽205 (可移動(dòng)電極232的連接還利用了彈性連接元件并且在圖10中不可見(jiàn))。
[0050]第二檢測(cè)質(zhì)量體240通過(guò)彈性連接元件和相應(yīng)鍵合區(qū)域電耦合至保護(hù)帽205 (第二檢測(cè)質(zhì)量體240的連接在圖10中不可見(jiàn))。
[0051]第二微結(jié)構(gòu)210的固定電極243通過(guò)在基底231上形成的連接線245、導(dǎo)電插塞246和相應(yīng)鍵合區(qū)域207被電耦合至保護(hù)帽205。
[0052]保護(hù)帽205通過(guò)鍵合區(qū)域207和鍵合環(huán)(未示出)鍵合至微結(jié)構(gòu)芯片204，并且被布置成保護(hù)微結(jié)構(gòu)208、210。鍵合環(huán)和導(dǎo)電鍵合區(qū)域207優(yōu)選地由同一導(dǎo)電鍵合層組成，并且由同一導(dǎo)電材料制成。然而，導(dǎo)電鍵合區(qū)域207與鍵合環(huán)電絕緣，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)信號(hào)路由。
[0053]保護(hù)帽205包括容納于基底218中的選擇模塊213、路由結(jié)構(gòu)215以及通孔217。在這種情況下，保護(hù)帽205沒(méi)有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊，并且可能的邏輯函數(shù)被合并在選擇模塊213中(由數(shù)字214示意性地標(biāo)示)。[0054]路由結(jié)構(gòu)215包括嵌入在介電層219中并且被布置在若干單獨(dú)水平面上的金屬連接線216。金屬連接線216例如由銅制成，并且使用“大馬士革”技術(shù)獲得。
[0055]選擇模塊213被容納在基底218的與路由結(jié)構(gòu)215相鄰的面218a附近，并且具有多個(gè)第一選擇端子213a和第二選擇端子213b。第一選擇端子213a通過(guò)路由結(jié)構(gòu)215和鍵合區(qū)域207耦合至第一微結(jié)構(gòu)208和至第二微結(jié)構(gòu)210。第二選擇端子213b遠(yuǎn)少于第一選擇端子213a，并且耦合至設(shè)置在基底218的與面218a相對(duì)的面218b上的相應(yīng)接觸焊盤220。通過(guò)路由結(jié)構(gòu)215和相應(yīng)通孔217獲得第二選擇端子213b至焊盤220的連接，該通孔217從面218a穿過(guò)基底218至相對(duì)面218b。
[0056]選擇模塊213基本上按照已經(jīng)描述的那樣被制成，并且包括多個(gè)開(kāi)關(guān)(此處未示出)，控制該開(kāi)關(guān)，以便選擇性地根據(jù)與相應(yīng)運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的多個(gè)耦合配置之一，將第二選擇端子213b耦合至第一選擇端子213a。在這種情況下，選擇模塊213具有存儲(chǔ)器以及自動(dòng)處理能力，并且接收用于配置第二選擇端子213b至第一選擇端子213a的連接的時(shí)鐘信號(hào)CK0
[0057]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的微機(jī)電傳感器的結(jié)構(gòu)部件302。并未完整地圖示微機(jī)電傳感器，并且除了包括結(jié)構(gòu)部件302之外，微機(jī)電傳感器還包括基本上已經(jīng)描述的控制設(shè)備或ASIC。
[0058]結(jié)構(gòu)部件302包括通過(guò)導(dǎo)電鍵合區(qū)域307彼此鍵合的微結(jié)構(gòu)芯片304和保護(hù)帽205。
[0059]微結(jié)構(gòu)芯片304容納形成雙軸加速器的結(jié)構(gòu)部分的微結(jié)構(gòu)308。
[0060]更具體而言，微結(jié)構(gòu)308包括由半導(dǎo)體材料制成的檢測(cè)質(zhì)量體330，檢測(cè)質(zhì)量體330機(jī)械地耦合至微結(jié)構(gòu)裸片304的基底331以便具有兩個(gè)自由度(在此處描述的實(shí)施例中，平移自由度和關(guān)于非質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)。
[0061]檢測(cè)質(zhì)量體330具有平面板形式的兩組可移動(dòng)電極332、333，該兩組可移動(dòng)電極332、333在彼此平行并且與基底331的面331a垂直的平面中以梳狀形式延伸。此外，兩組可移動(dòng)電極332、333基本上是對(duì)稱的。
[0062]微結(jié)構(gòu)308還包括兩組固定電極335、336，固定至基底331并且分別電容性地耦合至可移動(dòng)電極332、333的組。
[0063]固定電極335的組包括形式同樣是平面板的電極結(jié)構(gòu)337，電極結(jié)構(gòu)337朝向檢測(cè)質(zhì)量體330以梳狀形式延伸。可移動(dòng)電極332和電極結(jié)構(gòu)337朝向彼此延伸并且形成為梳指狀。
[0064]每個(gè)電極結(jié)構(gòu)337包括相應(yīng)第一固定電極337a和相應(yīng)第二固定電極337b,第一固定電極337a和第二固定電極337b都由多晶硅制成并且通過(guò)介電區(qū)域338彼此絕緣。第一固定電極337a、介電區(qū)域338和第二固定電極337b在與基底331的面331a垂直的方向上按順序形成堆疊。第一固定電極337a占據(jù)固定電極結(jié)構(gòu)337的、在介電區(qū)域338和面向基底331的邊緣(margin) 337c之間延伸的部分。第二固定電極337b反而占據(jù)電極結(jié)構(gòu)337的、在介電區(qū)域338和與邊緣337c相對(duì)并且面對(duì)保護(hù)帽305的邊緣337d之間延伸的部分。
[0065]固定電極336的組在關(guān)于可移動(dòng)的質(zhì)量體330與固定電極335的組相對(duì)的位置剛性地固定至基底331。固定電極336的組包括形式也是平面板的電極結(jié)構(gòu)340，電極結(jié)構(gòu)340在彼此平行并且與襯底331的面331a的平面中朝向檢測(cè)質(zhì)量體330以梳狀方式延伸?？梢苿?dòng)電極333和電極結(jié)構(gòu)340朝向彼此延伸并且形成為梳指狀。
[0066]每個(gè)電極結(jié)構(gòu)340包括相應(yīng)第一固定電極340a和相應(yīng)第二固定電極340b，二者都由多晶硅制成并且通過(guò)介電區(qū)域341彼此絕緣。第一固定電極340a、介電區(qū)域341和第二固定電極340b在與基底331的面331a垂直的方向上按順序形成堆疊。第一固定電極340b (對(duì)相應(yīng)的電極結(jié)構(gòu)337的第一固定電極337a共面)占據(jù)固定電極結(jié)構(gòu)340的在介電區(qū)域341和面向基底331的邊緣340c之間延伸的部分。第四固定電極340b(對(duì)相應(yīng)的電極結(jié)構(gòu)337的第一固定電極337b共面)反而占據(jù)電極結(jié)構(gòu)340的在介電區(qū)域341和與邊緣340c相對(duì)并且面向保護(hù)帽305的邊緣340d之間延伸的部分。
[0067]電極結(jié)構(gòu)337、340的第一固定電極337a、340a耦合至相應(yīng)電連接線345，電連接線345在基底331上形成并且通過(guò)導(dǎo)電插塞346和相應(yīng)鍵合區(qū)域307耦合至保護(hù)帽305。
[0068]電極結(jié)構(gòu)337、340的第二固定電極337b、340b通過(guò)相應(yīng)鍵合區(qū)域307鍵合至保護(hù)帽 305。
[0069]如圖12中以簡(jiǎn)化方式示出的那樣，電極結(jié)構(gòu)337的第一固定電極337a和第二固定電極337b電容性地耦合至檢測(cè)質(zhì)量體3的相應(yīng)可移動(dòng)電極332a，并且用后者定義具有整體電容Ca、Cb的相應(yīng)電容器。固定電極結(jié)構(gòu)340的第三固定電極340a和第四固定電極340b電容性地耦合至檢測(cè)質(zhì)量體3的相應(yīng)可移動(dòng)電極332b并且用后者定義具有整體電容Ce、Cd的相應(yīng)電容器。
[0070]再次參考圖11，保護(hù)帽305包括被容納在基底318中的選擇模決313、路由結(jié)構(gòu)315和通孔317。
[0071]路由結(jié)構(gòu)315包括嵌入在介電層319中并且被布置在若干單獨(dú)水平面上的金屬連接線316。
[0072]選擇模塊313被容納在基底318的、與路由結(jié)構(gòu)315相鄰的面318a附近，并且具有多個(gè)第一選擇端子313a和第二選擇端子313b。第一選擇端子313a通過(guò)路由結(jié)構(gòu)315和鍵合區(qū)域307耦合至微結(jié)構(gòu)308。第二選擇端子313b遠(yuǎn)少于第一選擇端子313a并且耦合至設(shè)置在基底318的與面318a相對(duì)的面318b上的相應(yīng)接觸焊盤320。通過(guò)路由結(jié)構(gòu)315和相應(yīng)通孔317獲得第二選擇端子313b至焊盤320的連接，通孔317從面318a穿過(guò)基底318至相對(duì)的面318b。
[0073]基本上按照已經(jīng)描述的那樣制成選擇模塊313，并且選擇模塊313包括多個(gè)開(kāi)關(guān)(此處未示出)，控制該開(kāi)關(guān)以便選擇性地根據(jù)與相應(yīng)運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的多個(gè)耦合配置的之一，將第二選擇端子313b耦合至第一選擇端子313a。在這種情況下，選擇模塊313具有用以實(shí)現(xiàn)邏輯控制函數(shù)的存儲(chǔ)器以及自動(dòng)處理能力(整體由數(shù)字314標(biāo)示)，并且接收用于配置第二選擇端子313b至第一選擇端子313a的連接的時(shí)鐘信號(hào)CK。
[0074]在保護(hù)帽上使用選擇模塊和接觸焊盤有利地使得能夠釋放微結(jié)構(gòu)芯片上的空間并且實(shí)現(xiàn)可用于微結(jié)構(gòu)的較大區(qū)域。事實(shí)上應(yīng)該考慮沒(méi)有必要將焊盤排他地布置在微結(jié)構(gòu)周圍。可以在帽的、覆蓋微結(jié)構(gòu)、選擇模塊以及驅(qū)動(dòng)模塊的區(qū)域中提供焊盤(參見(jiàn)在圖1中的該連接中的關(guān)于微結(jié)構(gòu)8、10、選擇模塊13和驅(qū)動(dòng)模塊14的焊盤20)。
[0075]用于朝向外界，尤其朝向控制設(shè)備的連接所需的焊盤的數(shù)目較少，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制所需的焊盤的數(shù)目也較少。因此，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，還因?yàn)檫B接線形成過(guò)程中的較大靈活性，所以提供較大尺寸的焊盤成為可能，從而有利于后續(xù)提供接觸。[0076]圖13圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子系統(tǒng)400的部分。系統(tǒng)400合并了微機(jī)電設(shè)備I并且可以在如下設(shè)備中使用，諸如掌上計(jì)算機(jī)(個(gè)人數(shù)字助手、PDA)、可能具有無(wú)線能力的膝上型或便攜式計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、消息傳輸設(shè)備、數(shù)字音樂(lè)播放器、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)或被設(shè)計(jì)成處理、存儲(chǔ)、發(fā)送或接收信息的其它設(shè)備。例如，微機(jī)電設(shè)備I可以在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)中用于檢測(cè)移動(dòng)并執(zhí)行圖像穩(wěn)定。在另一實(shí)施例中，在計(jì)算機(jī)或視頻游戲控制臺(tái)的動(dòng)作激活的用戶接口中包括微機(jī)電設(shè)備I。在另一實(shí)施例中，微機(jī)電設(shè)備I被并入衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備并且用于在失去衛(wèi)星定位信號(hào)的情況下臨時(shí)地跟蹤位置。
[0077]電子系統(tǒng)400可以包括控制器410、輸入/輸出(I/O)設(shè)備420 (例如，鍵盤或顯示器)、微機(jī)電設(shè)備1、無(wú)線接口 440和易失性或非易失性的存儲(chǔ)器460，其通過(guò)總線450彼此耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用電池480提供系統(tǒng)480。應(yīng)該注意，本發(fā)明的范圍不限于必然地具有一個(gè)或全部的列出的設(shè)備的實(shí)施例。
[0078]控制器410可以例如包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、微控制器等等。
[0079]I/O設(shè)備420可以用于產(chǎn)生消息。系統(tǒng)400可以使用無(wú)線接口 440向無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送并從無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)接收具有無(wú)線電頻率(RF)信號(hào)的消息。無(wú)線接口的示例可以包括天線、無(wú)線收發(fā)器，諸如偶極天線，盡管如此，但是本發(fā)明的范圍從這個(gè)立場(chǎng)上不受限制。另外，I/O設(shè)備420可以提供或者以數(shù)字輸出(如果存儲(chǔ)了數(shù)字信息)或者以模擬輸出(如果存儲(chǔ)了模擬信息)的形式表示存儲(chǔ)的內(nèi)容的電壓。
[0080]可以對(duì)描述的微機(jī)電設(shè)備和方法進(jìn)行修改和變更，而不會(huì)脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。
[0081]尤其地，微機(jī)電設(shè)備可以合并一個(gè)或多個(gè)任何類型的微機(jī)電傳感器，以及微電動(dòng)機(jī)和微致動(dòng)器。
[0082]對(duì)選擇模塊的開(kāi)關(guān)的分組和驅(qū)動(dòng)可以明顯地變化并且基本上由合并在設(shè)備中的傳感器、微電動(dòng)機(jī)和微致動(dòng)器的操作的模式確定。
[0083]另外，選擇模塊的開(kāi)關(guān)還可以被布置在不同的選擇水平面上，例如根據(jù)樹(shù)結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種微機(jī)電設(shè)備，包括:
主體(4 ;104 ;204 ;304)，容納微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8、10 ;108 ;208、210 ;308)； 帽(5 ；105 ；205 ;305)，通過(guò)導(dǎo)電鍵合區(qū)域(7 ；207 ；307)鍵合至所述主體(4 ；104 ；204 ；304)并且電耦合至所述微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8,10 ；108 ；208 ；308)； 其中所述帽(5 ；105 ；205 ；305)包括選擇模塊(13 ；213 ;313)，所述選擇模塊(13 ；213 ；313)具有連接至所述微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8、10 ；108 ;208、210 ；308)的第一選擇端子(13a)、第二選擇端子(13b)和至少控制端子(13c)，并且所述選擇模塊(13 ；213 ；313)選擇性地根據(jù)與相應(yīng)運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的多個(gè)耦合配置之一，通過(guò)所述控制端子(13c)可控制地將所述第二選擇端子(13b)耦合至相應(yīng)第一選擇端子(13a)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二選擇端子(13b)在數(shù)目上少于所述第一選擇端子(13a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述選擇模塊(13；213 ；313)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)(21，21’，21”)，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)(21，21’，21”)具有耦合至相應(yīng)第一選擇端子(13a、13a’、13a”)的第一導(dǎo)電端子以及耦合至相應(yīng)第二選擇端子(13b、13b’、13b”)的第二導(dǎo)電端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，包括被配置成確定每個(gè)開(kāi)關(guān)(21、21’、21”)的狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)部件(14 ；214 ；314)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，包括被配置成向所述驅(qū)動(dòng)部件(14;214;314)提供至少時(shí)鐘信號(hào)(CKl，...，CKM, CKl，CK2 ；CK)的控制設(shè)備(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)部件(14；214 ；314)被配置成接收所述時(shí)鐘信號(hào)(CKl，...，CKM, CKl，CK2 ；CK)并且根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)(CKl，...，CKM, CKl，CK2 ；CK)確定每個(gè)開(kāi)關(guān)(21、21’、2 I，，)的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中的任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述開(kāi)關(guān)(21、21’、21”)的所述第一導(dǎo)電端子耦合至相應(yīng)單獨(dú)的第一選擇端子(13a、13a’、13a”)并且開(kāi)關(guān)(21、21’、21”)的組(21a、21a’、21a”)具有耦合至相同的第二選擇端子(13b、13b’、13b”)的相應(yīng)所述第二導(dǎo)電端子。
8.根據(jù)附屬于權(quán)利要求6的權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)部件(14；214 ；314)被配置成在每個(gè)組(21a、21a’、21a”)中一次僅閉合一個(gè)開(kāi)關(guān)(21、21’、21”)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括: 接觸焊盤(20 ;220 ;320)，布置在所述帽(5 ；105 ；205 ；305)的與所述主體(4 ;104 ;204 ；304)相對(duì)的面(18b ；218b ；318b)上，并且耦合至所述選擇模塊(13 ；213 ；313)的所述第二選擇端子(13b、13b’、13b”)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，包括: 通孔(17 ；217 ;317)，通過(guò)所述帽(5 ；105 ；205 ；305)將所述焊盤(20 ；220 ；320)連接至所述選擇模塊(13 ；213 ；313)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述帽(5；105 ；205 ；305)包括將所述選擇模塊(13 ；213 ；313)的所述第一選擇端子(13a、13a’、13a”)連接至所述微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8,10 ；108 ；208,210 ；308)的路由結(jié)構(gòu)(15 ;215 ;315)。
12.根據(jù)附屬于權(quán)利要求8的權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述路由結(jié)構(gòu)(15;215;315)通過(guò)相應(yīng)通孔(17 ；217 ；317)將所述選擇模塊(13 ；213 ；313)的所述第二選擇端子(13b、13b’、13b”)耦合至所述焊盤(20 ；220 ;320)。
13.一種電子系統(tǒng)，包括控制單元(410)和根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的耦合至所述控制單元(410)的微機(jī)電設(shè)備(I)。
14.一種控制微機(jī)電設(shè)備(I)的方法，包括提供復(fù)合結(jié)構(gòu)(4，5)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)(4，5)包括: 主體(4 ;104 ;204 ;304)，容納微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8、10 ; 108 ;208、210 ;308)； 帽(5 ；105 ；205 ;305)，通過(guò)導(dǎo)電鍵合區(qū)域(7 ；207 ；307)鍵合至所述主體(4 ；104 ；204 ；304)并且電耦合至所述微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8,10 ；108 ;208，210 ；308);以及 在所述帽(5 ；105 ；205 ；305)中的選擇模塊(13 ；213 ;313)，具有耦合至所述微機(jī)電結(jié)構(gòu)(8,10 ；108 ;208、210 ；308)的第一選擇端子(13a)、第二選擇端子(13b)和至少控制端子(13c)； 所述方法包括選擇性地根據(jù)與相應(yīng)運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的多個(gè)耦合配置之一，將所述第二選擇端子(13b)耦合至相應(yīng)第一選擇端子(13a)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二選擇端子(13b)在數(shù)目上少于所述第一選擇端子(13a)。
【文檔編號(hào)】G01P15/18GK103513059SQ201310259186
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】G·阿里加托, B·西摩尼, C·瓦爾扎西納, L·科爾索 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體股份有限公司