專利名稱：應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的熱氣泡式角加速儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱氣泡式角加速儀，特別涉及一種運(yùn)用無線識別標(biāo)簽技術(shù)以及使 用低溫工藝制作的熱氣泡式角加速儀。
背景技術(shù)：
許多基于不同測量方法的小型角加速儀已被開發(fā)，以滿足對角加速度測量的需 求，而其中一種角加速儀是具有在硅晶片上制作出精巧的微結(jié)構(gòu)，例如梳狀結(jié)構(gòu)(Comb Structure)或振動(dòng)結(jié)構(gòu)(Vibratory Structure)等。通過測量這些微結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的 寄生電容(Parasitic Capacitance)或共振頻率(Resonant Frequency)的變化,可計(jì)算出 這些微結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或傾斜角度。然而，由于這些微結(jié)構(gòu)不斷地因受力而產(chǎn)生變形，使 其容易疲勞或老化，所以這種具有微結(jié)構(gòu)的角加速儀具有較短的壽命。此外，在硅晶片上制 作微結(jié)構(gòu)，需要使用高溫工藝，所以制造成本昂貴。另有一種加速儀基于熱氣泡原理來測量傾斜角度，這類熱氣泡加速儀通常也是在 硅晶片上制作，且利用二氧化硅來支撐其加熱器及熱敏電阻等的結(jié)構(gòu)。但由于二氧化硅的 熱傳導(dǎo)系數(shù)很小(1. 5ff/ (m-κ))，造成熱傳導(dǎo)效應(yīng)不好，使得熱氣泡式加速儀的下方氣室溫 度較低，而導(dǎo)致熱敏電阻的靈敏度會較差。同樣地，也會使熱敏電阻對加速度的感測靈敏度 下降。因此為提高加速度的感測靈敏度，必須提供傳統(tǒng)熱氣泡式加速儀加熱器更多的能量， 于是工作溫度也會較高。如此一來這種以二氧化硅來支撐加熱器及熱敏電阻的結(jié)構(gòu)，在每 次加熱器開機(jī)、關(guān)機(jī)時(shí)，就很容易產(chǎn)生熱脹冷縮的效應(yīng)，材料很容易有疲勞而老化的現(xiàn)象， 壽命縮短。再者，傳統(tǒng)熱氣泡式加速儀中是灌入空氣，或其他易蒸發(fā)液體作為導(dǎo)熱的介質(zhì)。但 是因?yàn)榭諝庵杏醒鯕猓约訜崞鲿蜓趸饔枚匣?；而若灌入的是易蒸發(fā)氣體，也可能 對加速儀各部的材料，產(chǎn)生化學(xué)作用，使用久了加速度測量的性能會降低，壽命縮短。綜上，傳統(tǒng)具有微結(jié)構(gòu)的小型角加速儀容易因?yàn)槲⒔Y(jié)構(gòu)的疲勞老化，使其壽命短。 而傳統(tǒng)熱氣泡式加速儀制作要用高溫工藝，成本高，靈敏度較低，較不省電，且容易有材料 氧化，老化及性能降低的問題。因此，有必要發(fā)展出新的熱氣泡式角加速儀。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明揭示一種應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù) (RFID)的熱氣泡式角加速儀及其制備方法，本發(fā)明揭示的熱氣泡式角加速儀將角加速儀制 作在一個(gè)可撓式基材上，因此可降低角加速儀的制作成本。另外值得一提的是，熱氣泡式角 加速儀與RFID天線整合制作，可具有使用上的便利性。本發(fā)明一實(shí)施例的應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的熱氣泡式角加速儀包含一撓性 基板、一底層、至少一第一凹槽以及至少一第一感測組件。底層設(shè)于該撓性基板。所述至少 一第一凹槽形成于該底層。所述至少一第一感測組件懸置于所述至少一第一凹槽上。各所 述第一感測組件包含一第一加熱器與兩第一溫度感測元件，各所述第一溫度感測元件具有用于連接的兩端部，其中相對于該第一加熱器，所述兩第一溫度感測元件實(shí)質(zhì)對稱地分別 設(shè)置于該第一加熱器的兩側(cè)，且各所述溫度感測元件與加熱器都以向心輻射狀方式排列。本發(fā)明將熱氣泡式角加速儀制作于可撓式基材上的技術(shù)與無線射頻識別標(biāo)簽技 術(shù)結(jié)合，因此具有使用上的便利性，以及可降低角加速儀的制作成本。


圖1為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的熱氣泡式角加速儀 及其監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖；圖2為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的多軸向熱氣泡式角 加速儀與RFID卡片整合的示意圖；圖3為顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的一 Z軸向熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合的 示意圖；圖4為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的溫度感測元件連接電路的等效電路示意圖；圖5為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的Z軸向熱氣泡式角加速儀的布局示意圖；圖6為顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的X軸向熱氣泡式角加速儀的示意圖；圖7為圖6沿A-A剖面線的剖視圖；圖8為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的形成于一撓性基板上的Z軸向熱氣泡式角加速儀及 矩形封蓋與RFID卡片整合的示意圖；圖9為圖8沿B-B剖面線的剖視圖；圖10為顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的Z軸向熱氣泡式角加速儀及內(nèi)部為半圓球形或 半圓柱形的矩形封蓋與RFID卡片整合的示意圖；圖11為顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的形成于撓性基板上的X軸向熱氣泡式角加速儀 及內(nèi)部為矩形或半圓柱形的矩形封蓋與RFID卡片整合的示意圖；圖12為圖11沿C-C剖面線的剖視圖；圖13為顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的形成于撓性基板上的一矩形封蓋內(nèi)部為半圓球 形的X軸向熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合的示意圖；圖14為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的一矩形封蓋內(nèi)部為半圓球形或半圓柱形的X軸向 熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合的構(gòu)造側(cè)面剖視示意圖；圖15為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的X軸向熱氣泡式角加速儀構(gòu)造與加熱器與溫度感 測元件懸浮于凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖16為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的薄膜電阻的俯視示意圖；圖17為沿E-E剖面線的剖視圖；圖18為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的薄膜電容的示意圖；及圖19為沿F-F剖面線的剖視圖。上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下100應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的熱氣泡式角加速儀及監(jiān)控系統(tǒng)104嵌入式單芯片系統(tǒng)單元106振蕩模塊108RFID 天線
IlOZ軸向角加速器112X軸向角加速器114Y軸向角加速器117濾波模塊116調(diào)制及解調(diào)模塊118整流模塊120放大器模塊122RFID 收發(fā)裝置124監(jiān)測系統(tǒng)129電性連接墊202撓性基板204 電路206薄膜電阻208薄膜電容210信號排線212外部電源214加熱器217溫度感測元件218雙差分式惠斯登電橋308 底層316 表面322支撐結(jié)構(gòu)332 鉻層334 鎳層348 黏膠364弓字型薄膜電阻彎曲部366金層電性連接焊墊370下層電極372 鉻層374 鎳層376 金層378上層電極380金導(dǎo)線382氮化硅層384 膠體102、10加、102b、102c、102d熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合示意圖111、113、115 感測組件125、127 連線端部220、221電性檢測端
310,310'凹槽350a、350b、350c、350d 封蓋501-506 焊墊601-606 輝墊701-706 氮化硅層801-806 金線R1、R2、R3、R4溫度感測元件
具體實(shí)施例方式本發(fā)明揭示一種應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)(RFID)的熱氣泡式角加速儀，本發(fā) 明將熱氣泡式角加速儀制作于可撓式基材上的技術(shù)與無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)結(jié)合，因此具 有使用上的便利性，以及可降低角加速儀的制作成本。本發(fā)明的特色之一，在于更換傳統(tǒng)熱氣泡式加速儀用的支撐材料為熱導(dǎo)系數(shù)較高 的材料，例如氮化鋁或氮化硅，尤其是氮化鋁的熱導(dǎo)系數(shù)高達(dá)160-320W/(m-K)，接近銅的 400W/(m-K)。傳統(tǒng)方法是用二氧化硅，其熱傳導(dǎo)系數(shù)很小(約為1.5W/(m-K))。由于二氧化 硅的熱傳導(dǎo)效應(yīng)很差，所以空氣室下方的溫度會較低，因此會降低熱敏電阻對角加速度的 感測靈敏度。而為達(dá)到角加速度所需的感測靈敏度，必需要提高熱氣泡式角加速儀內(nèi)氣室 的溫度，故會較消耗能量，而將來加熱器開機(jī)、關(guān)機(jī)時(shí)，產(chǎn)生的熱膨脹收縮應(yīng)力與老化效應(yīng)， 也會比較嚴(yán)重。此外本發(fā)明的特色之二，是將密封角加速儀的空間抽真空后，灌入高分子量的惰 性氣體，如氬、氪及氙，可提升角加速度感測的靈敏度，也不會對加熱器及溫度感測元件造 成氧化及老化效應(yīng)。傳統(tǒng)的方法是灌入空氣或是易揮發(fā)的液體，會對加熱器及溫度感測器 造成氧化及老化效應(yīng)，而影響加熱器及溫度感測器的性能及壽命。本發(fā)明的特色之三，是以電子槍蒸鍍法，蒸鍍含有P型摻雜(P-Type Impurity)及 硅等粉末的混合物，形成含有P型摻雜非晶硅層。再以激光進(jìn)行退火(Laser Anneal)，使非 晶硅層轉(zhuǎn)變成含有P型摻雜多晶硅層，以作為熱敏電阻或一般電阻的結(jié)構(gòu)。這種以低溫工 藝在可撓式基材上，制作P型摻雜多晶硅的方法，還沒有人提出過。圖1為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的多軸向熱氣泡式 角加速儀102的系統(tǒng)100示意圖。本發(fā)明揭示的系統(tǒng)100包含一監(jiān)測系統(tǒng)124、一 RFID 收發(fā)裝置(RFID Reader) 122以及一熱氣泡式角加速儀102。監(jiān)測系統(tǒng)IM連接于RFID 收發(fā)裝置122，RFID收發(fā)裝置(RFID Reader) 122利用無線射頻信號與熱氣泡式角加 速儀102進(jìn)行通信。熱氣泡式角加速儀102包含一嵌入式單芯片系統(tǒng)單元(Embedded System-On-Chip) 104、一振蕩模塊106、一 RFID天線108、一第一角加速器110、一第二角加 速器112及一第三角加速器114。嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104包含一濾波模塊117、一調(diào)制 及解調(diào)模塊116、一整流模塊118及一放大器模塊120。RFID天線108用于接收來自RFID 收發(fā)裝置122的無線射頻信號，或發(fā)送無線射頻信號回到該RFID收發(fā)裝置122，RFID天線 108耦接于調(diào)制及解調(diào)模塊116、整流模塊118與振蕩模塊106，本發(fā)明實(shí)施例中，RFID天線 108以微機(jī)電工藝形成于撓性基板上。調(diào)制及解調(diào)模塊116用于解調(diào)發(fā)自RFID收發(fā)裝置122的無線射頻信號，以及調(diào)制發(fā)送至RFID收發(fā)裝置122的無線射頻信號。此調(diào)制回傳動(dòng)作即是注入一載波，而使其成為 適合傳送的電波信號。整流模塊118建構(gòu)是以利用RFID天線108接收無線射頻信號，并借以產(chǎn)生一直流 電源。當(dāng)熱氣泡式角加速儀102設(shè)定在無源模式(Passive Mode)時(shí)，該熱氣泡式角加速儀 102以無線射頻信號及整流模塊118產(chǎn)生的直流電源所驅(qū)動(dòng)。一般而言，為了節(jié)省無線射頻 信號的能量，當(dāng)無線射頻信號不工作時(shí)，可將其工作模式由有源(Active Mode)切換為無源 模式，待收到RFID收發(fā)裝置122的微波信號時(shí)才進(jìn)行啟動(dòng)喚醒工作。如收到的信號很弱且 要發(fā)射信號回RFID收發(fā)裝置122時(shí)，才啟動(dòng)有源工作模式，否則仍可以無源模式，將無線射 頻信號回傳給RFID收發(fā)裝置122。放大器模塊120用于放大第一角加速器110、第二角加速器112和第三角加 速器114所產(chǎn)生的電性信號。在本實(shí)施例中，放大器模塊120可為多個(gè)儀表放大器 (Instrumentation Amplifiers)。儀表放大器屬常見的精密放大器的一種，于此不再贅述。濾波模塊117可耦接于第一角加速器110、第二角加速器112或第三角加速器 114，濾波模塊117用于去除直流偏壓(DC Bias)，以獲取短時(shí)間內(nèi)的角度變化值。在本實(shí)施 例中，濾波模塊117可為一高通濾波器(High Pass Filter)。振蕩模塊106用于提供該嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104 —時(shí)鐘脈沖信號，借以驅(qū)動(dòng) 該嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104。熱氣泡式角加速儀102另包含多個(gè)薄膜電阻及電容，其中所 述多個(gè)薄膜電阻可連接于該放大器模塊120，借此提供該放大器模塊120外接的精密電阻； 或和其他元件整合構(gòu)成各種濾波器(Filter)，將噪聲濾除，并獲取角加速度信號。Z軸向角加速器110、X軸向角加速器112和Y軸向角加速器114耦接于嵌入式單 芯片系統(tǒng)單元104，Z軸向角加速器110、X軸向角加速器112和Y軸向角加速器114可分別 提供嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104相對于Z軸、X軸及Y軸的角加速度。通過Z軸向角加速 器110、X軸向角加速器112、Y軸向角加速器114、RFID天線108與調(diào)制及解調(diào)模塊116的 組合，可將熱氣泡式角加速儀102感測的角加速度值，以無線微波的方式傳送回RFID收發(fā) 裝置122，使連接至RFID收發(fā)裝置122的角加速度監(jiān)測系統(tǒng)IM可即時(shí)獲知多軸向熱氣泡 式角加速儀102的角加速度信號，并將這些角加速度信號送至一個(gè)監(jiān)控中心。圖2為顯示本發(fā)明一實(shí)施例的應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的熱氣泡式角加速儀 102a的示意圖。參照圖1與圖2所示，一撓性基板202上可利用微機(jī)電工藝形成一 RFID天 線108、一電路204包含一振蕩模塊106、一 Z軸向角加速器110、一 X軸向角加速器112和 一 Y軸向角加速器114，其中Z軸向角加速器110包含多個(gè)感測組件111 ;X軸向角加速器 112包含多個(gè)感測組件113 ；而Y軸向角加速器114包含多個(gè)感測組件115。振蕩模塊106 包含至少一薄膜電阻206和至少一薄膜電容208等的薄膜元件。電路204包含Z軸向角加 速器110、X軸向角加速器112和Y軸向角加速器114的信號排線210，信號排線210與嵌 入式單芯片系統(tǒng)單元104耦合，各信號排線210可包含正負(fù)信號線與接地線。撓性基板202 上更可提供一用于連接外部電源212(例如電池)的連接機(jī)構(gòu)，該外部電源212使熱氣泡式 角加速儀10 于有源模式操作時(shí)，可獲得足夠的電力。本實(shí)施例中，Z軸向角加速器110的感測組件111相對于Z軸(垂直于X與Y軸) 對稱設(shè)置在撓性基板202上，使得當(dāng)撓性基板202相對于Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可測量出轉(zhuǎn)動(dòng)的角加 速度；X軸向角加速器112的感測組件113相對于平行于撓性基板202的表面的X軸對稱設(shè)置，借此測量撓性基板202相對于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角加速度；Y軸向角加速器114的感測組 件115相對于平行于撓性基板202的表面的Y軸對稱設(shè)置，借此測量撓性基板202相對于Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角加速度。雖本實(shí)施例在撓性基板202上以設(shè)置3個(gè)角加速器為例，但是本發(fā) 明不限于此，其他實(shí)施例如具有單一角加速器的熱氣泡式角加速儀102或者任兩測量不同 軸的加速器的組合，均包含于本發(fā)明之中。參照圖2、圖3與圖4，熱氣泡式角加速儀102b包含多個(gè)感測組件111，其實(shí)質(zhì)地等 距環(huán)繞Z軸(垂直于圖面)而設(shè)置在撓性基板202上，各感測組件111包含一加熱器21 或214b及兩溫度感測元件Rl、R2或R3、R4，其中加熱器21 和214b及兩溫度感測元件 Rl、R2、R3和R4也約略等距圍繞Z軸且相對于Z軸呈輻射狀配置。這些溫度感測元件R1、 R2、R3和R4間的電路連接方式如下在兩相連接的感測組件111內(nèi)的溫度感測元件Rl與 溫度感測元件R2，以及溫度感測元件R3與溫度感測元件R4均先相連接于單芯片送出的電 源的兩端點(diǎn)A及B，且在一環(huán)繞Z軸的旋轉(zhuǎn)方向上，兩感測組件111間位于旋轉(zhuǎn)時(shí)的上風(fēng)處 及下風(fēng)處的溫度感測元件Rl與溫度感測元件R4，及溫度感測元件R2和溫度感測元件R3分 別相串聯(lián)。兩者的串聯(lián)接點(diǎn)間分別形成串聯(lián)電性檢測端220和221，如此便形成如圖4所示 的雙差分式惠斯登電橋(Double Difference Wheatstone Bridge) 218。當(dāng)感測組件111繞著Z軸往一方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各感測組件111位于轉(zhuǎn)動(dòng)方向上下風(fēng) 處的溫度感測元件Rl和R3或R2和R4，其電阻值會因?yàn)榻佑|附近溫度較低的環(huán)境氣體，導(dǎo) 致其電阻值產(chǎn)生變化，而使雙差分式惠斯登電橋218上的電性檢測端220及221會產(chǎn)生一 差分輸出電壓。通過測量該差分輸出電壓，可決定出Z軸向角加速度，并經(jīng)積分運(yùn)算后，可 獲得轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或轉(zhuǎn)動(dòng)角度。前述電阻值變化的大小與角加速度是成正比的關(guān)系，故可用 此裝置來檢測該角加速度。參照圖5所示，多個(gè)感測組件111均位于XY平面內(nèi)并與Z軸垂直配置，且多個(gè)加 熱器214及多個(gè)溫度感測元件217都約略等距圍繞Z軸設(shè)置并呈輻射狀排列。換言之，以 感測組件111為例，溫度感測元件217有兩個(gè)對外連接端125及127，且由于溫度感測元件 217相對于加熱器214對稱，因此加熱器214和溫度感測元件217的端部125和127可延伸 交于一交點(diǎn)上(如圖5中虛線所示)。而在本實(shí)施例中，該交點(diǎn)位于Z軸上。感測組件111 的外圍可設(shè)置多個(gè)電性連接墊129，各加熱器214及溫度感測元件217的端部125和127， 則可相對應(yīng)地連接至這些電性連接墊(Contact Pad) 1 上。參照圖6與圖7所示，多個(gè)感測組件113可相對于X軸實(shí)質(zhì)對稱地設(shè)置于撓性基 板202上，其中各感測組件113的長軸向可垂直于X軸，但不限于此。各感測組件113懸置 于凹槽310'上，且包含一加熱器214及兩溫度感測元件217。加熱器214與溫度感測元件 217沿Z軸方向排列，其中兩溫度感測元件217相對于加熱器214實(shí)質(zhì)對稱設(shè)置。相對設(shè)置 的感測組件113的溫度感測元件217間，可以如前述般連接成一雙差分式惠斯登電橋，通過 雙差分式惠斯登電橋的電性檢測端檢測出撓性基板202因相對于X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)所造成的差分 輸出電壓。類似地，相對于Y軸，在撓性基板202也可如圖6實(shí)施例設(shè)置用以測量繞Y軸轉(zhuǎn) 動(dòng)的角加速度的多個(gè)感測組件，其加熱器與溫度感測元件可為實(shí)質(zhì)對稱且等距于Y軸，且 以疊置方式形成，其中這些加熱器與這些溫度感測元件的長軸向可垂直于Y軸。參照圖8和圖9所示，本發(fā)明一實(shí)施例揭示的熱氣泡式Z軸角加速儀102c可利用 中國臺灣專利申請案號098127348的專利中所揭示的方法制作，因此不再重述。熱氣泡式角加速儀102c包含一撓性基板202、一底層308、多個(gè)凹槽310、多個(gè)感測組件111。底層308 設(shè)于撓性基板202上，底層308具有一表面316，所述多個(gè)凹槽310則設(shè)于該底層308的表 面316上，并環(huán)繞于Z軸。多個(gè)感測組件111懸置于相對應(yīng)的多個(gè)凹槽310，且距離該Z軸 實(shí)質(zhì)相等。此實(shí)質(zhì)相等的距離包含多個(gè)感測組件111上任一對應(yīng)位置相距Z軸約略相同， 對應(yīng)位置可如加熱器214或溫度感測元件217的任一端部或中央位置等。各感測組件111包含一加熱器214和兩溫度感測元件217，各加熱器214與各溫度 感測元件217均以一支撐結(jié)構(gòu)322將其懸置于相對應(yīng)的凹槽310上，其中支撐結(jié)構(gòu)322跨 架于凹槽310上且包含氮化鋁或氮化硅，其中氮化鋁的熱導(dǎo)率高達(dá)160-320W/(m-K)，接近 銅的400W/(m-K)，所以本發(fā)明實(shí)施例的熱氣泡式角加速儀102c內(nèi)，下氣室的溫度會提升， 熱敏電阻的靈敏度會更好。在另一實(shí)施例中，由于氫氟酸緩沖溶液不會蝕刻氮化硅，使其較 易在工藝中使用，所以氮化硅可以取代氮化鋁，作為支撐加熱器214以及溫度感測元件217 的材料，只是其熱傳導(dǎo)系數(shù)(約為35W/ (m-K))低于氮化鋁(約為160-320W/ (m-K))，但是仍 比傳統(tǒng)的二氧化硅熱傳導(dǎo)系數(shù)(約為1.5W/(m-K))為高。封蓋350a覆蓋住相對應(yīng)的凹槽 310而將加熱器214與溫度感測元件217遮蓋，封蓋350a并以黏膠348密封，形成氣密。黏 膠348可以網(wǎng)印方式涂布。黏膠348烤干后對密封的空間抽真空，并灌入高分子量的惰性氣 體，如氬、氪及氙，可提升角加速度感測的靈敏度，且不會對加熱器214及溫度感測元件217 造成氧化及老化等不良效應(yīng)。特而言之，溫度感測元件217包含P型摻雜非晶硅層，其以電子槍蒸鍍含有P型摻 雜(P-Type Impurity)及硅等粉末的混合物，再以激光進(jìn)行退火(Laser Anneal)，使非晶硅 層轉(zhuǎn)變成含有P型摻雜多晶硅層，以作為熱敏電阻或一般電阻的結(jié)構(gòu)，這種以低溫工藝在 可撓式基材上，制作P型摻雜多晶硅的方法，還沒有人提出過。溫度感測元件217的外形可 包含直線形、弓字形或鋸齒形。加熱器214包含鉻層332及鎳層334，其中鉻層332及鎳層334可利用電子槍蒸鍍 形成。加熱器214的外形可包含直線形、弓字形或鋸齒形。再次參照圖8和圖9所示，熱氣泡式角加速儀102b另可包含一 RFID天線108、一 嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104及一電路(未示出)。RFID天線108形成于撓性基板202 ；嵌 入式單芯片系統(tǒng)單元104設(shè)置于撓性基板202并連接RFID天線108 ；電路(未示出)形 成于撓性基板202上，以提供熱氣泡式角加速儀102c內(nèi)各元件間電性互連(Electrical Interconnections)及元件性能調(diào)整，電路(未示出)可包含多條導(dǎo)線及電性連接焊墊 (Bonding Pad)。RFID天線108與電路(未示出)分別包含金層、鉻層及鎳層，其中鉻層及 鎳層可利用電子槍蒸鍍形成，而金層可利用無電電鍍方法(Electroless-Plating)鍍在鎳 層上。由于金的附著性佳及電阻較小，因此適合為RFID天線108、導(dǎo)線及焊墊(Pad)的材 料。嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104以覆晶式焊接(Flip Chip Bonding)技術(shù)，運(yùn)用熱摩擦擠 壓法(Thermal Compression)，將嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104焊接在RFID天線108上。參照圖10所示，在另一實(shí)施例中，感測組件111可為內(nèi)部呈半圓柱形或是半圓球 形的矩形封蓋350b所密封，這樣氣泡腔體內(nèi)的溫度分布，即可很快到達(dá)平衡，而不會有亂 流(Turbulent Flow)，所以可以大幅提升本裝置的反應(yīng)帶寬，角加速度測量，線性度及范 圍。而矩形封蓋350b外部仍須為平面矩形，以利打印商標(biāo)、品名、生產(chǎn)序號及日期。參照圖11與圖12所示，本發(fā)明又一實(shí)施例的熱氣泡式角加速儀102d包含一撓性基板202、一底層308、多個(gè)凹槽310'、多個(gè)感測組件111。底層308設(shè)于撓性基板202上， 底層308具有一表面316，所述多個(gè)凹槽310'則設(shè)于該底層308的表面316上，并位于平 行于撓性基板202的表面的X軸的兩相對側(cè)。多個(gè)感測組件111懸置于相對應(yīng)的多個(gè)凹槽 310'，且相對于X軸呈現(xiàn)對稱。各感測組件111包含一加熱器214及位于加熱器214兩相 對側(cè)的兩溫度感測元件217，加熱器214與兩溫度感測元件217沿Z軸向疊置，且以一支撐 結(jié)構(gòu)322支撐，其中支撐結(jié)構(gòu)322跨架于凹槽310'上且包含氮化鋁或氮化硅。封蓋350c 覆蓋住相對應(yīng)的凹槽310'而將加熱器214與溫度感測元件217遮蓋，封蓋350c并以黏膠 348密封，并灌入高分子量的惰性氣體，如氬、氪及氙。再次參照圖11和圖12所示，熱氣泡式角加速儀102d另可包含一 RFID天線108、 一嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104及一電路(未示出)。RFID天線108形成于撓性基板202 ； 嵌入式單芯片系統(tǒng)單元104設(shè)置于撓性基板202并連接RFID天線108 ；電路(未示出)形 成于撓性基板202上，以提供熱氣泡式角加速儀102d內(nèi)各元件間電性互連(electrical interconnections)及元件性能調(diào)整，電路(未示出)可包含多條導(dǎo)線及電性連接焊墊 (Bonding Pad)。參照圖13，另一實(shí)施例中的矩形封蓋內(nèi)部為半圓球形的X軸向熱氣泡式角加速 儀，感測組件111可為封蓋350d所密封，這樣氣泡腔體內(nèi)的溫度分布，即可很快到達(dá)平衡， 而不會有亂流(Turbulent Flow)。參照圖14，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的一矩形封蓋內(nèi)部為半 圓球形，或半圓柱形的X軸向熱氣泡式角加速儀，與RFID卡片整合的構(gòu)造側(cè)面剖視示意圖。參照圖15所示，在圖11至圖14的實(shí)施例中，其加熱器214與溫度感測元件217 疊置設(shè)置，而制作疊置的加熱器214與溫度感測元件217的方法是交替重復(fù)蒸鍍鉻層332、 鎳層334，支撐結(jié)構(gòu)322，氮化硅層701-706及介于加熱器214與溫度感測元件217間的二 氧化硅犧牲層(未示出)，以成為三明治垂直排列結(jié)構(gòu)，其中各氮化硅層701-706周設(shè)于相 對應(yīng)的空氣室凹槽310'，以成為支撐。在凹槽310'外圍，制作多個(gè)以金、鎳、鉻三層金屬 所形成的焊墊501-506，其目的是以金線801-806進(jìn)行打線連接(Wire-Bond)，將連接加熱 器214的焊墊602及605及連接溫度感測元件217的焊墊601、606、603及604連接到外圍 的焊墊501-506，如圖15所示。為了要降低金線在加熱器214及溫度感測元件217等焊墊 部分的弧度及高度(Wire Loop and Height)，打線時(shí)在基板202上的焊墊501-506為第一 個(gè)焊點(diǎn)(First Bond)，第二個(gè)焊點(diǎn)(Second Bond)才是加熱器214及溫度感測元件217的 焊墊(標(biāo)記為601-606)。當(dāng)打線完成后，再以膠體384將金線601-606覆蓋，以保護(hù)這些金 線601-606。而后用氫氟酸緩沖液，或用氣體等離子體蝕刻法(如SF6),將二氧化硅犧牲層 蝕刻掉。如此，加熱器與上、下方溫度感測元件217及其支撐結(jié)構(gòu)322氮化鋁層，彼此就可 以分開并懸浮于凹槽310'內(nèi)。參照圖2、圖16和圖17，電路204包含多個(gè)薄膜電阻206，其可具“弓字”形狀的彎 曲部364，如此可較節(jié)省其所占的面積。一實(shí)施例中，薄膜電阻206可包含金屬鉻層及鎳層。 另一實(shí)施例中，薄膜電阻206包含P型摻雜多晶硅。以這種材料制作的薄膜電阻206的好 處是，可比用鉻層及鎳層制作的具有較大的電阻值范圍。故實(shí)施時(shí)可視薄膜電阻的大小需 求及面積限制，選擇上述工藝的材料。彎曲部364制作完成后，在彎曲部364的兩端形成一 金層焊墊366，如此便完成薄膜電阻206的制作。參照圖2、圖18和19所示，薄膜電容208包含一上層電極378及一下層電極370，下層電極370包含P型摻雜多晶硅，而上層電極378包含鉻層372、鎳層374及金層376。薄 膜電容208另包含金導(dǎo)線380作為上、下層電極378和370對外連接導(dǎo)線，及氮化硅層382 或其他絕緣介質(zhì)材料(高誘電系數(shù))，作為上、下層電極378和370間的絕緣層。薄膜電容 208可耦接于RFID天線以調(diào)整其共振頻率值；薄膜電容208也可運(yùn)用在電源及信號濾波之用。此外，本發(fā)明有四個(gè)特點(diǎn)第一個(gè)特點(diǎn)是將角加速儀制作在一個(gè)可撓式基材上， 而非是制作在傳統(tǒng)的硅晶片上。第二個(gè)特點(diǎn)是與有源式RFID天線整合制作在一個(gè)可撓式 基材上。第三個(gè)特點(diǎn)是工藝中支撐加熱器及溫度感測器的材料是用氮化鋁。第四個(gè)特點(diǎn) 是封蓋內(nèi)部還可以是半圓柱形或是半圓球形。上述第一及第三個(gè)創(chuàng)新特征，在于傳統(tǒng)電 容式加速儀或是熱傳導(dǎo)氣泡式加速儀，都是在硅晶片上進(jìn)行制作，要將二氧化硅當(dāng)作支撐 材料，所以要用到高溫工藝且成本很貴。再之，傳統(tǒng)熱傳導(dǎo)氣泡式加速儀所用硅晶片基板 的熱傳導(dǎo)系數(shù)，遠(yuǎn)高于本發(fā)明所用的可撓式基材，如聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate, PET)，或聚酰亞胺(Polyimide，PI)等塑膠材料，所以本發(fā)明較傳統(tǒng)熱傳導(dǎo) 氣泡式加速儀省電。而本發(fā)明支撐材料氮化鋁的熱傳導(dǎo)性能，又遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)熱傳導(dǎo)氣泡式 加速儀所用的二氧化硅，所以本發(fā)明較傳統(tǒng)熱傳導(dǎo)氣泡式加速儀省電，且靈敏度會較高。最 后要特別提出的是，本發(fā)明的封蓋內(nèi)部還可以是半圓柱形或是半圓球形，所以氣泡腔體內(nèi) 的溫度分布，可很快到達(dá)平衡，而不會有亂流，所以可以大幅提升本裝置的反應(yīng)帶寬，角加 速度測量，線性度及范圍。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員仍可能基于 本發(fā)明的教導(dǎo)及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的范圍，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為以下的權(quán) 利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的熱氣泡式角加速儀，包含 一撓性基板；一底層，設(shè)置于該撓性基板，該底層具有一表面； 至少一第一凹槽，形成于該底層；以及至少一第一感測組件，其懸置于所述至少一第一凹槽上，該第一感測組件包含 一第一加熱器；及兩第一溫度感測元件，各所述第一溫度感測元件具有用于電性連接的兩端部，其中所 述兩第一溫度感測元件實(shí)質(zhì)對稱地分別設(shè)置于該第一加熱器的兩側(cè)，且各所述溫度感測元 件與加熱器都以向心輻射狀方式排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱氣泡式角加速儀，其還包含 多個(gè)第一凹槽；以及多個(gè)第一感測組件，其中所述多個(gè)第一凹槽環(huán)繞一垂直于該表面的第一軸設(shè)置，而所 述多個(gè)第一感測組件相對應(yīng)地懸置于所述多個(gè)第一凹槽，且距離該第一軸實(shí)質(zhì)地相等，其 中各所述第一感測組件的該第一加熱器與該第一溫度感測元件，相對于該第一軸呈輻射狀 排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱氣泡式角加速儀，其還包含一嵌入式單芯片系統(tǒng)單元，其設(shè)于該撓性基板上，且包含一調(diào)制及解調(diào)模塊；以及 -RFID天線，形成于該撓性基板上，耦接于該調(diào)制及解調(diào)模塊； 其中，兩相連接的這些第一感測組件的這些第一溫度感測元件間，連接成一第一雙差 分式惠斯登電橋，且該第一雙差分式惠斯登電橋，耦接于該嵌入式單芯片系統(tǒng)單元，使該嵌 入式單芯片系統(tǒng)單元，通過該第一雙差分式惠斯登電橋的輸出電壓差，計(jì)算相對于該第一 軸的角加速度，該角加速度的值經(jīng)該調(diào)制及解調(diào)模塊調(diào)制與加密后，通過該RFID天線送 出ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱氣泡式角加速儀，其還包含多個(gè)第二凹槽，形成于該表面且位于一平行于該表面的第二軸的相對側(cè)；以及 多個(gè)第二感測組件，相對應(yīng)地懸置于這些第二凹槽上且相對于該第二軸對稱設(shè)置，各 所述第二感測組件包含 一第二加熱器；及兩第二溫度感測元件，其中各所述第二感測組件的該第二加熱器，與這些第二溫度感 測元件沿該第一軸的方向排列，且所述兩第二溫度感測元件相對于該第二加熱器實(shí)質(zhì)對 稱；其中，兩相對設(shè)置的這些第二感測組件的這些第二溫度感測元件間，連接成一第二雙 差分式惠斯登電橋，且該第二雙差分式惠斯登電橋，耦接于該嵌入式單芯片系統(tǒng)單元，使該 嵌入式單芯片系統(tǒng)單元，通過該第二雙差分式惠斯登電橋的輸出電壓差，計(jì)算相對于該第 二軸的角加速度，該角加速度的值經(jīng)該調(diào)制及解調(diào)模塊調(diào)制與加密后，通過該RFID天線送出ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱氣泡式角加速儀，其中該第二加熱器與該第二溫度感測元 件的縱向?qū)嵸|(zhì)地垂直于該第二軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱氣泡式角加速儀，其還包含多個(gè)第三凹槽，形成于該表面且位于一平行于該表面的第三軸的相對側(cè)，其中該第三 軸垂直于該第二軸；以及多個(gè)第三感測組件，相對應(yīng)地懸置于這些第三凹槽上，且相對于該第三軸對稱，各所述 第三感測組件包含一第三加熱器；及兩第三溫度感測元件，其中各所述第三感測組件的該第三加熱器與這些第三溫度感測 元件，沿該第一軸的方向排列，且該兩第三溫度感測元件相對于該第三加熱器實(shí)質(zhì)對稱；其中，兩相對設(shè)置的這些第三感測組件的這些第三溫度感測元件間，連接成一第三雙 差分式惠斯登電橋，且該第三雙差分式惠斯登電橋，耦接于該嵌入式單芯片系統(tǒng)單元，使該 嵌入式單芯片系統(tǒng)單元，通過該第三雙差分式惠斯登電橋的輸出電壓差，計(jì)算相對于該第 三軸的角加速度，該角加速度的值經(jīng)該調(diào)制及解調(diào)模塊調(diào)制與加密后，通過該RFID天線送 出ο
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱氣泡式角加速儀，其中該第三加熱器與該第三溫度感測元 件的縱向?qū)嵸|(zhì)地垂直于該第二軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱氣泡式角加速儀，其中該RFID天線包含一鉻層、一鎳層及 一金層，其中該金層以無電電鍍金工藝，形成于該鉻層與該鎳層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱氣泡式角加速儀，其中該第一加熱器、該第二加熱器與該 第三加熱器包含鎳及鉻。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱氣泡式角加速儀，其還包含一高分子量的惰性氣體及多 個(gè)封蓋，其中這些封蓋相對應(yīng)地設(shè)置于這些第一凹槽、這些第二凹槽與這些第三凹槽之上， 且將該高分子量的惰性氣體密封于其間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的熱氣泡式角加速儀，其中該高分子量的惰性氣體為氬、氪或氙。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的熱氣泡式角加速儀，其還包含多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，這些支撐結(jié)構(gòu)相對 應(yīng)地設(shè)置于這些第一加熱器、這些第一第一溫度感測元件、這些第二加熱器、這些第一第二 溫度感測元件、這些第三加熱器、這些第一第三溫度感測元件之下，其中各所述支撐結(jié)構(gòu)跨 設(shè)于相對應(yīng)的該第一凹槽、該第二凹槽或該第三凹槽上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱氣泡式角加速儀，其中該支撐結(jié)構(gòu)的材料為氮化鋁或氮 化硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱氣泡式角加速儀，其中該第一溫度感測元件、該第二溫度 感測元件及該第三溫度感測元件的材料，包含P型摻雜多晶硅。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱氣泡式角加速儀，其還包含一振蕩模塊，該振蕩模塊形成 于該撓性基板上，且與該嵌入式單芯片系統(tǒng)單元耦接，該振蕩模塊用于提供嵌入式單芯片 系統(tǒng)單元一時(shí)鐘脈沖信號，其中該振蕩模塊包含至少一第一薄膜電阻及至少一薄膜電容。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱氣泡式角加速儀，其還包含一第二薄膜電阻，而該嵌入式 單芯片系統(tǒng)單元還包含一放大器模塊，其中該第二薄膜電阻連接于該放大器模塊。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱氣泡式角加速儀，其中該薄膜電容包含一下層電極、一 上層電極，及介于該上層電極與下層電極間的一絕緣層，其中該第一薄膜電阻與該第二薄 膜電阻，以P摻雜多晶硅材料制作，該上層電極包含一鉻層、一鎳層和一金層所整合構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱氣泡式角加速儀，其中該放大器模塊為由多個(gè)儀表放大器所構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱氣泡式角加速儀，其還包含一電性連接至該RFID天線的 整流模塊，該整流模塊利用一微波信號產(chǎn)生一直流電源。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱氣泡式角加速儀，其中該撓性基板的材料為聚對苯二甲 酸乙二酯或聚酰亞胺。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱氣泡式角加速儀，其中該底層包含一光阻層。
全文摘要
一應(yīng)用無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)的熱氣泡式角加速儀，包含一撓性基板、一底層、至少一凹槽以及至少一感測組件。底層設(shè)于該撓性基板。所述至少一凹槽形成于該底層。所述至少一感測組件懸置于所述至少一凹槽上。各感測組件包含一加熱器與兩溫度感測元件，各所述溫度感測元件具有用于連接的兩端部，其中相對于該加熱器，該兩溫度感測元件實(shí)質(zhì)對稱地分別設(shè)置于該加熱器的兩側(cè)，且各所述溫度感測元件與加熱器都以向心輻射狀方式排列。本發(fā)明將熱氣泡式角加速儀制作于可撓式基材上的技術(shù)與無線射頻識別標(biāo)簽技術(shù)結(jié)合，因此具有使用上的便利性，以及可降低角加速儀的制作成本。
文檔編號G01P15/08GK102053167SQ200910212138
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者林君明 申請人:中華大學(xué)