專利名稱：具有柔性襯底的熱傳感器及其使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及熱傳感器。更具體地，本發(fā)明的實施例涉及在電子部件及系 統(tǒng)內(nèi)的柔性襯底上的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)熱傳感器的設(shè)計、制造以及使用。
背景技術(shù)：
當(dāng)前使用熱二極管或熱敏電阻來監(jiān)測平臺(例如，計算機(jī)系統(tǒng)，如手機(jī)、移動互聯(lián) 網(wǎng)設(shè)備等的手持式設(shè)備)的溫度。當(dāng)熱敏電阻的電阻隨溫度變化時，這些熱二極管會經(jīng)歷對 應(yīng)于溫度變化的結(jié)電壓變化。然后將來自二極管或跨越熱敏電阻的輸出電壓數(shù)字化并轉(zhuǎn)換 為溫度。由于諸如成本和封裝剛性等限制因素，這種熱感測方法可能會限制所使用的傳感 器的數(shù)量。這種方法還可能存在精度低的問題，并且可能需要模_數(shù)轉(zhuǎn)換器來將信號數(shù)字 化。對模_數(shù)轉(zhuǎn)換器的需求增加了主平臺的成本和復(fù)雜性。此外，在固態(tài)硅襯底上制造二極管，并將其封裝至機(jī)械剛性封裝中，這限制了這些 傳感器在印刷電路板或者類似印刷電路板中的配置，以及在可獲得機(jī)械支撐和電跡線的平 臺底板內(nèi)非常特定的位置中的應(yīng)用或設(shè)置。這限制了設(shè)計選擇，并且還可能增加系統(tǒng)的復(fù) 雜性。


通過范例的方式而非通過限制的方式例示了本發(fā)明的實施例，在附圖的圖示中， 類似的附圖標(biāo)記指代相似的元件。圖1是具有熱傳感器的電子系統(tǒng)的一個實施例的框圖。圖2是可以用作熱傳感器的諧振器的一個實施例的物理表示。圖3是可以用作熱傳感器的諧振器的一個實施例的電路圖表示。圖4是具有能夠與連接器連接的觸點的熱傳感器的物理表示。圖5a_m示出了用于在柔性襯底上制造可以用作熱傳感器的MEMS銅諧振器結(jié)構(gòu)的 處理的一個實施例中的各個步驟。
具體實施例方式在以下描述中，闡述了大量的特定細(xì)節(jié)。不過，在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下，仍 然可以實施本發(fā)明的實施例。在其它情況下，為了不混淆對本描述的理解，沒有具體示出公 知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)。增加的熱感測可以用于支持改善的系統(tǒng)性能。不過，為了得到廣泛的接受，增加的 熱感測的成本必須在可接受的范圍內(nèi)。于此描述的是可以提供廉價的、精確的、能夠支持增 加的熱感測應(yīng)用的熱感測解決方案的諧振器結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器監(jiān)測平臺溫度。在相對低成本的柔性 聚合物襯底而非硅襯底上制造諧振器提供了機(jī)械靈活性以及關(guān)于傳感器布置的設(shè)計靈活性。必要時傳感器讀出和控制電路能夠在硅上，例如，結(jié)合諧振器以形成振蕩器的正反饋放 大器以及對振蕩器頻率進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)器。在一個實施例中，可以使用一種熱傳感器，該熱傳感器利用銅的低沉積溫度而在 柔性聚合物襯底上對銅諧振器結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)圖。使用聚合物柔性襯底可以實現(xiàn)能夠機(jī)械和電 連接至平臺中的任何點的非常柔性的封裝，其提供了配置的靈活性。傳感器可以通過導(dǎo)線 和/或連接器(例如，ZIF連接器)耦合到印刷電路板，所述導(dǎo)線和/或連接器可以允許傳感 器設(shè)置于平臺內(nèi)的任何位置。此外，使用銅作為諧振器的結(jié)構(gòu)材料可以增加諧振器頻率對溫度的熱相關(guān)性，從 而改善整體傳感器精度。在一個實施例中，諧振器可以與能夠形成在硅上以提供振蕩器的 跨導(dǎo)倒數(shù)放大器以正反饋拓?fù)溥B接。振蕩器的輸出是具有取決于諧振器溫度的頻率的信 號，并且采用也能夠在硅上實施的簡單計數(shù)器電路來對頻率進(jìn)行計數(shù)。圖1是具有熱傳感器的電子系統(tǒng)的一個實施例的框圖。圖1中所示的電子系統(tǒng) 意在表示電子系統(tǒng)的范圍(有線的或無線的)包括例如，臺式計算機(jī)系統(tǒng)、膝上型計算機(jī)系 統(tǒng)、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理(PDA)(包括具有移動電話功能的PDA)和機(jī)頂盒。替代的電 子系統(tǒng)可以包括更多、更少和/或不同的部件。電子系統(tǒng)100可以具有任何數(shù)量的熱傳感器，所述熱傳感器包括諧振器結(jié)構(gòu)和/ 或熱二極管。圖1中的范例包括三個熱傳感器(190，192和194);但是，能夠支持任何數(shù)量 的熱傳感器。熱傳感器可以用于監(jiān)測電子系統(tǒng)100的各個部件和/或區(qū)域的溫度。電子系統(tǒng)100包括總線105或其它通信器件以傳遞信息，并且處理器110耦合到 總線105以處理信息。雖然用單個處理器來例示電子系統(tǒng)100，但是電子系統(tǒng)100可以包 括多個處理器和/或協(xié)處理器。電子系統(tǒng)100還可以包括耦合到總線105并可存儲可由處 理器110執(zhí)行的信息和指令的隨機(jī)存取存儲器(RAM)或其它動態(tài)存儲器件(包括在存儲器 120中)。在處理器110執(zhí)行指令期間，存儲器120也可以用來存儲臨時變量或其它中間信 息。存儲器120也可以包括可存儲用于處理器110的靜態(tài)信息和指令的只讀存儲器(ROM) 和/或其它靜態(tài)存儲器件。電子系統(tǒng)100可包括熱管理系統(tǒng)130，該熱管理系統(tǒng)130可以提供熱監(jiān)測和/或冷 卻功能。熱管理系統(tǒng)130可以包括一個或多個風(fēng)扇和/或一個或多個液體冷卻機(jī)構(gòu)，以冷 卻電子系統(tǒng)100的各個部件。此外，熱管理系統(tǒng)130可以包括監(jiān)測電子系統(tǒng)100中各個部 件和區(qū)域的溫度的監(jiān)測電路。數(shù)據(jù)存儲器件140可以耦合到總線105以存儲信息和指令。 諸如磁盤或光盤等數(shù)據(jù)存儲器件140以及相應(yīng)的驅(qū)動器可以耦合到電子系統(tǒng)100上。電子系統(tǒng)100也可以通過總線105耦合到諸如陰極射線管(CRT)或液晶顯示器 (LCD)等顯示設(shè)備150，以向用戶顯示信息。包括字母數(shù)字或其它按鍵的字母數(shù)字輸入設(shè)備 160可以耦合到總線105，以向處理器110傳遞信息和命令選擇。另一類型的用戶輸入設(shè)備 是諸如鼠標(biāo)、跟蹤球或光標(biāo)方向鍵等的光標(biāo)控制器170，用于向處理器110傳遞方向信息和 命令選擇，并用于控制顯示器150上的光標(biāo)運動。電子系統(tǒng)100還可以包括一個或多個網(wǎng)絡(luò)接口 180，以提供對諸如局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò) 的訪問。一個或多個網(wǎng)絡(luò)接口 180可以包括例如，帶有可以表示一個或多個天線的天線 185的無線網(wǎng)絡(luò)接口。一個或多個網(wǎng)絡(luò)接口 180也可以包括例如，通過網(wǎng)絡(luò)電纜187與遠(yuǎn) 程設(shè)備通信的有線網(wǎng)絡(luò)接口，所述網(wǎng)絡(luò)電纜187例如可以是以太網(wǎng)電纜、同軸電纜、光纖電纜、串行電纜或并行電纜。在一個實施例中，一個或多個網(wǎng)絡(luò)接口 180例如可以通過遵照IEEE 802. lib和/ 或IEEE 802. llg標(biāo)準(zhǔn)提供對局域網(wǎng)的訪問；和/或無線網(wǎng)絡(luò)接口例如可以通過遵照藍(lán)牙標(biāo) 準(zhǔn)提供對個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的訪問。也能夠支持其它無線網(wǎng)絡(luò)接口和/或協(xié)議。IEEE 802. lib 對應(yīng)于 1999 年 9 月 16 日獲準(zhǔn)的標(biāo)題為“Local and Metropolitan Area Networks, Part 11:ffireless LAN Medium Access Control (MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications:Higher_Speed Physical Layer Extension in the 2. 4GHz Band”以及相關(guān)文獻(xiàn)的ffiEE標(biāo)準(zhǔn)802. 1 lb-1999。IEEE 802. llg對應(yīng)于2003年6月27日 獲準(zhǔn)的標(biāo)題為 “Local and Metropolitan Area Networks, Part 11 :ffireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications, Amendment 4:Further Higher Rate Extension in the 2. 4GHz Band”以及相關(guān)文獻(xiàn)的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 802. llg-2003。 在由 Bluetooth Special Interest Group, Inc 于 2001 年 2 月 22 日出版的“Specification of the Bluetooth System:Core, Version LI”中描述了藍(lán)牙協(xié)議。也能夠支持相關(guān)的以 及先前或后續(xù)版本的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)。除了通過無線LAN標(biāo)準(zhǔn)的通信以外，或者替代通過無線LAN標(biāo)準(zhǔn)的通信，一個或多 個網(wǎng)絡(luò)接口 180可以例如使用時分多址(TDMA )協(xié)議、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)協(xié)議、碼分多 址(CDMA)協(xié)議和/或任何其它類型的無線通信協(xié)議來提供無線通信。圖2是可以用作熱傳感器的諧振器的一個實施例的物理表示。圖2中的范例是兩 端固支梁(clamped-clamped beam) MEMS諧振器的范例。諧振器頻率可以描述為
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括 柔性襯底；以及 設(shè)置在所述柔性襯底上的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器結(jié)構(gòu)，所述諧振器結(jié)構(gòu)提供輸出信號，所述輸出信號對應(yīng)于由所述諧振器結(jié)構(gòu)檢測到的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，還包括接收來自所述諧振器結(jié)構(gòu)的所述輸出信號并且分析所述輸出信號以確定由所述諧振器結(jié)構(gòu)檢測到的所述溫度的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，來自所述諧振器結(jié)構(gòu)的所述輸出信號包括對應(yīng)于當(dāng)所述諧振器以其固有頻率中的一個頻率振動時的電容變化的電流，所述輸出電流電容的頻率變化對應(yīng)于溫度變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述諧振器結(jié)構(gòu)至少包括銅諧振器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，還包括所述柔性襯底的延伸部分，所述延伸部分上具有多個導(dǎo)體，所述導(dǎo)體的一端上具有觸點。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，還包括設(shè)置在印刷電路板上的連接器，所述連接器容納所述觸點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述連接器包括零插拔力(ZIF)連接器。
8.一種系統(tǒng),包括 柔性襯底，所述柔性襯底具有主體部分和延伸部分； 設(shè)置在所述柔性襯底的所述主體部分上的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器結(jié)構(gòu)，以及所述延伸部分上的多個導(dǎo)體，所述導(dǎo)體的一端具有觸點，所述諧振器結(jié)構(gòu)在一個或多個所述導(dǎo)體上提供輸出信號，所述輸出信號對應(yīng)于由所述諧振器結(jié)構(gòu)檢測到的溫度； 連接器，所述連接器設(shè)置在印刷電路板上，所述連接器容納所述觸點；以及 電路，所述電路與所述連接器耦合，以便接收來自所述諧振器結(jié)構(gòu)的所述輸出信號并且分析所述輸出信號以確定由所述諧振器結(jié)構(gòu)檢測到的所述溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，來自所述諧振器結(jié)構(gòu)的所述輸出信號包括電流，所述電流的頻率在所述諧振器結(jié)構(gòu)的固有頻率隨著所述諧振器結(jié)構(gòu)的溫度而變化時發(fā)生變化，其中施加至所述諧振器結(jié)構(gòu)的電壓導(dǎo)致輸出電流的幅度成比例地變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述振蕩器電路產(chǎn)生數(shù)字輸出信號，所述數(shù)字輸出信號的頻率等于由所述諧振器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的所述輸出電流的頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述諧振器結(jié)構(gòu)至少包括銅諧振器。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述連接器包括零插拔力(ZIF)連接器。
13.—種熱管理系統(tǒng),包括 多個熱傳感器，每個熱傳感器均包括柔性襯底以及設(shè)置在所述柔性襯底的主體部分上的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器結(jié)構(gòu)和延伸部分上的多個導(dǎo)體，所述導(dǎo)體的一端具有觸點，所述諧振器結(jié)構(gòu)在一個或多個所述導(dǎo)體上提供輸出信號，所述輸出信號對應(yīng)于由所述諧振器結(jié)構(gòu)檢測到的溫度； 多個連接器，所述多個連接器設(shè)置在印刷電路板上，容納所述多個熱傳感器中的一個熱傳感器的所述觸點； 熱管理電路，所述熱管理電路與所述多個連接器耦合，監(jiān)測來自所述多個熱傳感器的所述信號，計算熱狀態(tài)數(shù)據(jù)并將所述熱狀態(tài)數(shù)據(jù)存入存儲器中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱管理系統(tǒng)，其中，來自所述諧振器結(jié)構(gòu)的所述輸出信號包括電流，所述電流的頻率在所述諧振器結(jié)構(gòu)的固有頻率隨著所述諧振器結(jié)構(gòu)的溫度而變化時發(fā)生變化，其中施加至所述諧振器結(jié)構(gòu)的電壓導(dǎo)致輸出電流的幅度成比例地變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱管理系統(tǒng)，其中，所述振蕩器電路產(chǎn)生數(shù)字輸出信號，所述數(shù)字輸出信號的頻率等于由所述諧振器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的所述輸出電流的頻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱管理系統(tǒng)，其中，所述諧振器結(jié)構(gòu)包括銅諧振器結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱管理系統(tǒng)，其中，所述多個連接器包括零插拔力(ZIF)連接器。
全文摘要
一種用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器來監(jiān)測平臺溫度的方法和裝置。在相對低成本的柔性聚合物襯底而非硅襯底上制造諧振器提供了機(jī)械靈活性以及關(guān)于傳感器布置的設(shè)計靈活性。必要時傳感器讀出和控制電路能夠在硅上，例如，結(jié)合諧振器以形成振蕩器的正反饋放大器以及對振蕩器頻率進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)器。
文檔編號B81C1/00GK102667432SQ201080053488
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者D·A·凱森, M·A·阿卜杜勒莫努姆 申請人:英特爾公司