用于基于感测到的温度梯度操作MEMS设备的系统和方法技术方案

示例性微机电设备包括MEMS层，其部分对外力做出响应以便测量外力。基板层位于MEMS层下方，并且锚将基板层和MEMS层彼此耦合。多个温度传感器位于基板层内以识别MEMS设备所经历的温度梯度。基于温度梯度执行补偿或修改MEMS设备的操作。设备的操作。设备的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基于感测到的温度梯度操作MEMS设备的系统和方法

技术介绍

[0001]诸如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、航空无人机、电器、飞行器、运动辅助设备和游戏控制器之类的众多物品在其操作期间使用传感器(例如，运动传感器、压力传感器、温度传感器等)。在商业应用中，微机电(MEMS)设备或传感器(诸如加速度计和陀螺仪)捕获复杂的移动并确定朝向或方向。例如，智能电话配备有加速度计和陀螺仪，以增强依赖于全球定位系统(GPS)信息的导航系统。在另一个示例中，飞行器基于陀螺仪测量结果(例如，横滚、俯仰和偏航)确定朝向，并且车辆实现辅助驾驶以提高安全性(例如，识别打滑或翻车状况)。
[0002]MEMS设备的每个最终使用产品都涉及与其它电子组件(诸如显示器、处理器、存储器、天线和触摸屏)相邻放置。随着MEMS设备在不同制造商的数十种不同设备类型中激增，关于从其它组件消散的热量的量、散热的持续时间和模式以及热量消散到MEMS设备的位置，来自相邻组件的散热可能是不可预测的。此外，这些众多不同类型的设备被用于从简单的消费电子产品到工业环境和车辆的许多最终使用应用中，进一步恶化了MEMS设备在操作期间可能承受的众多散热剖面。

技术实现思路

[0003]在本公开的实施例中，微机电(MEMS)设备可以包括第一层，包括位于第一层内的第一平面；第二层，包括位于第二层内的第二平面，其中第二层位于第一层下方；以及锚，其中锚将第一层耦合到第二层。MEMS设备可以包括位于第二平面内的多个温度传感器，其中多个温度传感器中的每个温度传感器相对于锚位于不同的距离处。MEMS设备可以包括处理电路系统，其被配置为基于多个温度传感器的输出来输出与垂直于第二平面的热梯度对应的信号。
[0004]在本公开的实施例中，一种微机电(MEMS)设备可以包括第一层，包括位于第一层内的第一平面，其中第一层包括至少一个检测质块；第二层，包括位于第二层内的第二平面，其中第二层位于第一层下方，并且其中第一层和第二层由间隙分开；以及锚，其中锚将第一层耦合到第二层并且至少部分地位于间隙内。MEMS设备还可以包括位于第二平面内的多个温度传感器，其中多个温度传感器中的第一温度传感器位于锚下方，并且其中多个温度传感器中的第二温度传感器不位于锚下方。
[0005]在本公开的实施例中，一种操作微机电(MEMS)设备的方法可以包括从位于靠近锚的第一层中的第一温度传感器接收第一温度信号，其中锚耦合在第一层和第二层之间，在第一层和第二层之间的间隙内。该方法还可以包括从位于第一层中的第二温度传感器接收第二温度信号，该第二温度传感器与第一温度传感器相比离锚更远。该方法还可以包括由处理电路系统基于第一温度信号和第二温度信号来确定第二层的方向上的热梯度。
附图说明
[0006]在结合附图考虑以下具体实施方式后，本公开的上述和其它特征、其性质和各种
优点将更加清楚，其中：
[0007]图1示出了根据本公开的一些实施例的示例性运动感测系统；
[0008]图2A示出了根据本公开的一些实施例的示例性MEMS设备的侧视图；
[0009]图2B示出了根据本公开的一些实施例的图2A的MEMS设备的基板层的顶视图；
[0010]图3A示出了根据本公开的一些实施例的示例性温度感测配置；
[0011]图3B示出了根据本公开的一些实施例的另一个示例性温度感测配置；
[0012]图3C示出了根据本公开的一些实施例的另一个示例性温度感测配置；
[0013]图4示出了根据本公开的一些实施例的示例性惠斯通(Wheatstone)桥处理电路；以及
[0014]图5示出了根据本公开的一些实施例的用于处理接收到的温度传感器输出的示例性步骤。
具体实施方式
[0015]示例性MEMS设备可以具有被制造、图案化和键合在一起的多个层。MEMS层可以键合在其它层(例如，上层或帽层和下部基板层)之间并且可以包括可以响应于施加到MEMS设备的特定刺激而移动的一个或多个组件。MEMS设备的电气电路系统可以与微机械组件交互以输出感兴趣的信号。例如，MEMS惯性传感器可以包括悬挂的弹簧
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质块系统，该悬挂的弹簧
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质块系统被设计为使得悬挂的弹簧
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质块系统的部分(例如，悬挂在悬挂的弹簧
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质块系统内的检测质块)响应于特定施加的力(诸如沿着测量轴的线加速度或围绕测量轴的角速度)而以特定方式移动。示例性压力传感器可以具有相对于MEMS层的一个部分气密密封的腔体和在MEMS层的另一个部分处接收气体的另一个腔体，从而导致MEMS层基于相对压力和MEMS层设计而移动。可以使用MEMS技术制造的其它示例性设备包括磁力计和超声传感器，但是有许多可以使用MEMS技术制造的设备，诸如传感器和致动器。
[0016]因为MEMS设备可以非常小，因此它们被用在众多电子设备中，常常靠近作为显著热源的组件，或者用在其中环境包括显著热源的最终使用应用中。因此，MEMS设备可受到各种热条件的影响，从而导致暴露的相对位置、暴露的时间、随时间的变化率等的显著变化。因此，MEMS设备可不处于均匀的温度，相反，整个设备可经历复杂的热梯度。这些热梯度也可受到MEMS设备本身的设计的影响，包括相应层的材料、层之间的键合材料、可以在各层之间进行散热的键合位置的配置、层内设计(诸如MEMS层设计)，以及电子组件的位置和密度(例如，在CMOS基板层内)。
[0017]热梯度会造成传感器操作的复杂改变，例如，通过使MEMS层内的组件膨胀或收缩、修改可移动组件之间的间隙、改变电气组件的操作参数以及在MEMS设备的腔体内部产生压力差。因为热梯度可能不处于稳定状态，所以在传感器内不同相对位置处的相似电气组件和机械组件可能不同地经历这些影响。改变热梯度会在粒子在其间传递能量的边界处产生克努森(Knudsen)力，从而导致力施加在机械组件(诸如检测质块)上。由于热梯度引起的所有这些改变都会以复杂的方式影响MEMS设备和组件，并且可能使MEMS设备的精度和准确性劣化。
[0018]MEMS设备的层中的一个或多个(例如，CMOS基板层)可以包括可以以测量和估计热梯度(包括从其它层传递的复杂热梯度)的方式定位和连接的电气电路系统。该电气电路系
统可以包括已知以预定方式响应温度和/或温度改变的组件，诸如热敏电阻、双极结晶体管(BJT)，以及金属
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氧化物
‑
半导体场效应晶体管(MOSFET)。基于传感器设计，这些温度敏感组件(温度传感器)可以被定位和配置为检测和/或估计特定的温度梯度，无论是在它们所在的层内还是来自其它层。
[0019]来自外部源的热量在沿着MEMS设备外围的特定位置处施加到MEMS设备，诸如顶部(例如，沿着帽层的顶部)、侧面(例如，对于四边传感器可以是帽层、MEMS层或CMOS层的四个侧面中的任何一个，这取决于热源的位置)或底部(例如，沿着CMOS层的底部)。这些可以是由于暴露于外部环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微机电MEMS设备，包括：第一层，包括位于第一层内的第一平面；第二层，包括位于第二层内的第二平面，其中第二层位于第一层下方；锚，其中锚将第一层耦合到第二层；多个温度传感器，位于第二平面内，其中所述多个温度传感器中的每个温度传感器位于相对于锚的不同距离处；以及处理电路系统，被配置为基于所述多个温度传感器的输出而输出与垂直于第二平面的热梯度对应的信号。2.如权利要求1所述的MEMS设备，其中与热梯度对应的信号基于来自所述多个温度传感器的一个或多个输出。3.如权利要求1所述的MEMS设备，其中第一层包括MEMS层并且第二层包括CMOS层。4.如权利要求2所述的MEMS设备，其中第一平面平行于第二平面。5.如权利要求1所述的MEMS设备，还包括在第一层和第二层之间的间隙，其中锚位于该间隙内。6.如权利要求1所述的MEMS设备，其中锚在锚定位置处与第二层接触，其中所述多个温度传感器中的第一温度传感器位于锚定位置下方，并且其中所述多个温度传感器中的第二温度传感器不位于该锚定位置下方。7.如权利要求1所述的MEMS设备，其中锚是多个锚中的第一锚，所述MEMS设备还包括所述多个锚中的第二锚，其中第二锚将第一层耦合到第二层，其中所述多个温度传感器中的每个温度传感器位于相对于第二锚的不同距离处，其中第一锚在第一锚定位置处与第二层接触，其中第二锚在第二锚定位置处与第二层接触，以及其中：所述多个温度传感器中的第一温度传感器位于第一锚定位置下方；以及所述多个温度传感器中的第二温度传感器位于第二锚定位置下方。8.如权利要求7所述的MEMS设备，其中：所述多个温度传感器中的第三温度传感器位于距第一锚定位置第一距离并且距第二锚定位置第二距离处；以及所述多个温度传感器中的第四温度传感器位于距第一锚定位置第三距离并且距第二锚定位置第四距离处，其中第三温度传感器和第四温度传感器中的每一个都不位于第一锚定位置或第二锚定位置中的任一个下方。9.如权利要求8所述的MEMS设备，其中：第一温度传感器和第二温度传感器位于第一轴上；第三温度传感器和第四温度传感器位于第二轴上；以及第一轴和第二轴是正交轴。10.如权利要求8所述的MEMS设备，其中：第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器位于距中心点一定距离处，其中中心点在第二平面内；第一温度传感器和第二温度传感器各自位于远离中心点第一距离处；以及第三温度传感器和第四温度传感器各自位于远离中心点第二距离处。11.如权利要求10所述的MEMS设备，其中处理电路系统还被配置为：
从第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器中的每一个接收信号；以及基于接收到的信号生成信号，其中，响应于平行于第二平面的热梯度，该信号基本不变。12.如权利要求1所述的MEMS设备，其中，响应于平行于第二平面的热梯度，所述信号基本不变。13.如权利要求12所述的MEMS设备，其中所述多个温度传感器位于第二平面内，使得所述多个温度传感器中的至少两个温度传感器距所述多个温度传感器的中心点等距。14.如权利要求1所述的MEMS设备，其中来自所述多个温度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：应美盛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：