专利名称：具有柔性衬底的热传感器及其使用的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及热传感器。更具体地，本发明的实施例涉及在电子部件及系 统内的柔性衬底上的微机电系统(MEMS)热传感器的设计、制造以及使用。
背景技术：
当前使用热二极管或热敏电阻来监测平台(例如，计算机系统，如手机、移动互联 网设备等的手持式设备)的温度。当热敏电阻的电阻随温度变化时，这些热二极管会经历对 应于温度变化的结电压变化。然后将来自二极管或跨越热敏电阻的输出电压数字化并转换 为温度。由于诸如成本和封装刚性等限制因素，这种热感测方法可能会限制所使用的传感 器的数量。这种方法还可能存在精度低的问题，并且可能需要模_数转换器来将信号数字 化。对模_数转换器的需求增加了主平台的成本和复杂性。此外，在固态硅衬底上制造二极管，并将其封装至机械刚性封装中，这限制了这些 传感器在印刷电路板或者类似印刷电路板中的配置，以及在可获得机械支撑和电迹线的平 台底板内非常特定的位置中的应用或设置。这限制了设计选择，并且还可能增加系统的复 杂性。
通过范例的方式而非通过限制的方式例示了本发明的实施例，在附图的图示中， 类似的附图标记指代相似的元件。图1是具有热传感器的电子系统的一个实施例的框图。图2是可以用作热传感器的谐振器的一个实施例的物理表示。图3是可以用作热传感器的谐振器的一个实施例的电路图表示。图4是具有能够与连接器连接的触点的热传感器的物理表示。图5a_m示出了用于在柔性衬底上制造可以用作热传感器的MEMS铜谐振器结构的 处理的一个实施例中的各个步骤。
具体实施例方式在以下描述中，阐述了大量的特定细节。不过，在没有这些特定细节的情况下，仍 然可以实施本发明的实施例。在其它情况下，为了不混淆对本描述的理解，没有具体示出公 知的电路、结构和技术。增加的热感测可以用于支持改善的系统性能。不过，为了得到广泛的接受，增加的 热感测的成本必须在可接受的范围内。于此描述的是可以提供廉价的、精确的、能够支持增 加的热感测应用的热感测解决方案的谐振器结构。在一个实施例中，微机电系统(MEMS)谐振器监测平台温度。在相对低成本的柔性 聚合物衬底而非硅衬底上制造谐振器提供了机械灵活性以及关于传感器布置的设计灵活性。必要时传感器读出和控制电路能够在硅上，例如，结合谐振器以形成振荡器的正反馈放 大器以及对振荡器频率进行计数的计数器。在一个实施例中，可以使用一种热传感器，该热传感器利用铜的低沉积温度而在 柔性聚合物衬底上对铜谐振器结构进行构图。使用聚合物柔性衬底可以实现能够机械和电 连接至平台中的任何点的非常柔性的封装，其提供了配置的灵活性。传感器可以通过导线 和/或连接器(例如，ZIF连接器)耦合到印刷电路板，所述导线和/或连接器可以允许传感 器设置于平台内的任何位置。此外，使用铜作为谐振器的结构材料可以增加谐振器频率对温度的热相关性，从 而改善整体传感器精度。在一个实施例中，谐振器可以与能够形成在硅上以提供振荡器的 跨导倒数放大器以正反馈拓扑连接。振荡器的输出是具有取决于谐振器温度的频率的信 号，并且采用也能够在硅上实施的简单计数器电路来对频率进行计数。图1是具有热传感器的电子系统的一个实施例的框图。图1中所示的电子系统 意在表示电子系统的范围(有线的或无线的)包括例如，台式计算机系统、膝上型计算机系 统、蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)(包括具有移动电话功能的PDA)和机顶盒。替代的电 子系统可以包括更多、更少和/或不同的部件。电子系统100可以具有任何数量的热传感器，所述热传感器包括谐振器结构和/ 或热二极管。图1中的范例包括三个热传感器(190，192和194);但是，能够支持任何数量 的热传感器。热传感器可以用于监测电子系统100的各个部件和/或区域的温度。电子系统100包括总线105或其它通信器件以传递信息，并且处理器110耦合到 总线105以处理信息。虽然用单个处理器来例示电子系统100，但是电子系统100可以包 括多个处理器和/或协处理器。电子系统100还可以包括耦合到总线105并可存储可由处 理器110执行的信息和指令的随机存取存储器(RAM)或其它动态存储器件(包括在存储器 120中)。在处理器110执行指令期间，存储器120也可以用来存储临时变量或其它中间信 息。存储器120也可以包括可存储用于处理器110的静态信息和指令的只读存储器(ROM) 和/或其它静态存储器件。电子系统100可包括热管理系统130，该热管理系统130可以提供热监测和/或冷 却功能。热管理系统130可以包括一个或多个风扇和/或一个或多个液体冷却机构，以冷 却电子系统100的各个部件。此外，热管理系统130可以包括监测电子系统100中各个部 件和区域的温度的监测电路。数据存储器件140可以耦合到总线105以存储信息和指令。 诸如磁盘或光盘等数据存储器件140以及相应的驱动器可以耦合到电子系统100上。电子系统100也可以通过总线105耦合到诸如阴极射线管(CRT)或液晶显示器 (LCD)等显示设备150，以向用户显示信息。包括字母数字或其它按键的字母数字输入设备 160可以耦合到总线105，以向处理器110传递信息和命令选择。另一类型的用户输入设备 是诸如鼠标、跟踪球或光标方向键等的光标控制器170，用于向处理器110传递方向信息和 命令选择，并用于控制显示器150上的光标运动。电子系统100还可以包括一个或多个网络接口 180，以提供对诸如局域网等网络 的访问。一个或多个网络接口 180可以包括例如，带有可以表示一个或多个天线的天线 185的无线网络接口。一个或多个网络接口 180也可以包括例如，通过网络电缆187与远 程设备通信的有线网络接口，所述网络电缆187例如可以是以太网电缆、同轴电缆、光纤电缆、串行电缆或并行电缆。在一个实施例中，一个或多个网络接口 180例如可以通过遵照IEEE 802. lib和/ 或IEEE 802. llg标准提供对局域网的访问；和/或无线网络接口例如可以通过遵照蓝牙标 准提供对个人区域网络的访问。也能够支持其它无线网络接口和/或协议。IEEE 802. lib 对应于 1999 年 9 月 16 日获准的标题为“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”以及相关文献的ffiEE标准802. 1 lb-1999。IEEE 802. llg对应于2003年6月27日 获准的标题为 “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”以及相关文献的 IEEE 标准 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”中描述了蓝牙协议。也能够支持相关的以 及先前或后续版本的蓝牙标准。除了通过无线LAN标准的通信以外，或者替代通过无线LAN标准的通信，一个或多 个网络接口 180可以例如使用时分多址(TDMA )协议、全球移动通信系统(GSM)协议、码分多 址(CDMA)协议和/或任何其它类型的无线通信协议来提供无线通信。图2是可以用作热传感器的谐振器的一个实施例的物理表示。图2中的范例是两 端固支梁(clamped-clamped beam) MEMS谐振器的范例。谐振器频率可以描述为
权利要求
1.一种装置，包括 柔性衬底；以及 设置在所述柔性衬底上的微机电系统(MEMS)谐振器结构，所述谐振器结构提供输出信号，所述输出信号对应于由所述谐振器结构检测到的温度。
2.根据权利要求I所述的装置，还包括接收来自所述谐振器结构的所述输出信号并且分析所述输出信号以确定由所述谐振器结构检测到的所述温度的电路。
3.根据权利要求I所述的装置，其中，来自所述谐振器结构的所述输出信号包括对应于当所述谐振器以其固有频率中的一个频率振动时的电容变化的电流，所述输出电流电容的频率变化对应于温度变化。
4.根据权利要求I所述的装置，其中所述谐振器结构至少包括铜谐振器。
5.根据权利要求I所述的装置，还包括所述柔性衬底的延伸部分，所述延伸部分上具有多个导体，所述导体的一端上具有触点。
6.根据权利要求I所述的装置，还包括设置在印刷电路板上的连接器，所述连接器容纳所述触点。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述连接器包括零插拔力(ZIF)连接器。
8.一种系统,包括 柔性衬底，所述柔性衬底具有主体部分和延伸部分； 设置在所述柔性衬底的所述主体部分上的微机电系统(MEMS)谐振器结构，以及所述延伸部分上的多个导体，所述导体的一端具有触点，所述谐振器结构在一个或多个所述导体上提供输出信号，所述输出信号对应于由所述谐振器结构检测到的温度； 连接器，所述连接器设置在印刷电路板上，所述连接器容纳所述触点；以及 电路，所述电路与所述连接器耦合，以便接收来自所述谐振器结构的所述输出信号并且分析所述输出信号以确定由所述谐振器结构检测到的所述温度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，来自所述谐振器结构的所述输出信号包括电流，所述电流的频率在所述谐振器结构的固有频率随着所述谐振器结构的温度而变化时发生变化，其中施加至所述谐振器结构的电压导致输出电流的幅度成比例地变化。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述振荡器电路产生数字输出信号，所述数字输出信号的频率等于由所述谐振器结构产生的所述输出电流的频率。
11.根据权利要求8所述的系统，其中所述谐振器结构至少包括铜谐振器。
12.根据权利要求8所述的系统，其中所述连接器包括零插拔力(ZIF)连接器。
13.—种热管理系统,包括 多个热传感器，每个热传感器均包括柔性衬底以及设置在所述柔性衬底的主体部分上的微机电系统(MEMS)谐振器结构和延伸部分上的多个导体，所述导体的一端具有触点，所述谐振器结构在一个或多个所述导体上提供输出信号，所述输出信号对应于由所述谐振器结构检测到的温度； 多个连接器，所述多个连接器设置在印刷电路板上，容纳所述多个热传感器中的一个热传感器的所述触点； 热管理电路，所述热管理电路与所述多个连接器耦合，监测来自所述多个热传感器的所述信号，计算热状态数据并将所述热状态数据存入存储器中。
14.根据权利要求13所述的热管理系统，其中，来自所述谐振器结构的所述输出信号包括电流，所述电流的频率在所述谐振器结构的固有频率随着所述谐振器结构的温度而变化时发生变化，其中施加至所述谐振器结构的电压导致输出电流的幅度成比例地变化。
15.根据权利要求14所述的热管理系统，其中，所述振荡器电路产生数字输出信号，所述数字输出信号的频率等于由所述谐振器结构产生的所述输出电流的频率。
16.根据权利要求14所述的热管理系统，其中，所述谐振器结构包括铜谐振器结构。
17.根据权利要求14所述的热管理系统，其中，所述多个连接器包括零插拔力(ZIF)连接器。
全文摘要
一种用微机电系统(MEMS)谐振器来监测平台温度的方法和装置。在相对低成本的柔性聚合物衬底而非硅衬底上制造谐振器提供了机械灵活性以及关于传感器布置的设计灵活性。必要时传感器读出和控制电路能够在硅上，例如，结合谐振器以形成振荡器的正反馈放大器以及对振荡器频率进行计数的计数器。
文档编号B81C1/00GK102667432SQ201080053488
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月18日 优先权日2009年12月23日
发明者D·A·凯森, M·A·阿卜杜勒莫努姆 申请人:英特尔公司