专利名称：应用无线射频识别标签技术的热气泡式角加速仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热气泡式角加速仪，特别涉及一种运用无线识别标签技术以及使 用低温工艺制作的热气泡式角加速仪。
背景技术：
许多基于不同测量方法的小型角加速仪已被开发，以满足对角加速度测量的需 求，而其中一种角加速仪是具有在硅晶片上制作出精巧的微结构，例如梳状结构(Comb Structure)或振动结构(Vibratory Structure)等。通过测量这些微结构在转动时产生的 寄生电容(Parasitic Capacitance)或共振频率(Resonant Frequency)的变化,可计算出 这些微结构的转动角速度或倾斜角度。然而，由于这些微结构不断地因受力而产生变形，使 其容易疲劳或老化，所以这种具有微结构的角加速仪具有较短的寿命。此外，在硅晶片上制 作微结构，需要使用高温工艺，所以制造成本昂贵。另有一种加速仪基于热气泡原理来测量倾斜角度，这类热气泡加速仪通常也是在 硅晶片上制作，且利用二氧化硅来支撑其加热器及热敏电阻等的结构。但由于二氧化硅的 热传导系数很小(1. 5ff/ (m-κ))，造成热传导效应不好，使得热气泡式加速仪的下方气室温 度较低，而导致热敏电阻的灵敏度会较差。同样地，也会使热敏电阻对加速度的感测灵敏度 下降。因此为提高加速度的感测灵敏度，必须提供传统热气泡式加速仪加热器更多的能量， 于是工作温度也会较高。如此一来这种以二氧化硅来支撑加热器及热敏电阻的结构，在每 次加热器开机、关机时，就很容易产生热胀冷缩的效应，材料很容易有疲劳而老化的现象， 寿命缩短。再者，传统热气泡式加速仪中是灌入空气，或其他易蒸发液体作为导热的介质。但 是因为空气中有氧气，所以加热器会因氧化作用而老化；而若灌入的是易蒸发气体，也可能 对加速仪各部的材料，产生化学作用，使用久了加速度测量的性能会降低，寿命缩短。综上，传统具有微结构的小型角加速仪容易因为微结构的疲劳老化，使其寿命短。 而传统热气泡式加速仪制作要用高温工艺，成本高，灵敏度较低，较不省电，且容易有材料 氧化，老化及性能降低的问题。因此，有必要发展出新的热气泡式角加速仪。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明揭示一种应用无线射频识别标签技术 (RFID)的热气泡式角加速仪及其制备方法，本发明揭示的热气泡式角加速仪将角加速仪制 作在一个可挠式基材上，因此可降低角加速仪的制作成本。另外值得一提的是，热气泡式角 加速仪与RFID天线整合制作，可具有使用上的便利性。本发明一实施例的应用无线射频识别标签技术的热气泡式角加速仪包含一挠性 基板、一底层、至少一第一凹槽以及至少一第一感测组件。底层设于该挠性基板。所述至少 一第一凹槽形成于该底层。所述至少一第一感测组件悬置于所述至少一第一凹槽上。各所 述第一感测组件包含一第一加热器与两第一温度感测元件，各所述第一温度感测元件具有用于连接的两端部，其中相对于该第一加热器，所述两第一温度感测元件实质对称地分别 设置于该第一加热器的两侧，且各所述温度感测元件与加热器都以向心辐射状方式排列。本发明将热气泡式角加速仪制作于可挠式基材上的技术与无线射频识别标签技 术结合，因此具有使用上的便利性，以及可降低角加速仪的制作成本。
图1为显示本发明一实施例的应用无线射频识别标签技术的热气泡式角加速仪 及其监测系统的示意图；图2为显示本发明一实施例的应用无线射频识别标签技术的多轴向热气泡式角 加速仪与RFID卡片整合的示意图；图3为显示本发明另一实施例的一 Z轴向热气泡式角加速仪与RFID卡片整合的 示意图；图4为显示本发明一实施例的温度感测元件连接电路的等效电路示意图；图5为显示本发明一实施例的Z轴向热气泡式角加速仪的布局示意图；图6为显示本发明又一实施例的X轴向热气泡式角加速仪的示意图；图7为图6沿A-A剖面线的剖视图；图8为显示本发明一实施例的形成于一挠性基板上的Z轴向热气泡式角加速仪及 矩形封盖与RFID卡片整合的示意图；图9为图8沿B-B剖面线的剖视图；图10为显示本发明另一实施例的Z轴向热气泡式角加速仪及内部为半圆球形或 半圆柱形的矩形封盖与RFID卡片整合的示意图；图11为显示本发明另一实施例的形成于挠性基板上的X轴向热气泡式角加速仪 及内部为矩形或半圆柱形的矩形封盖与RFID卡片整合的示意图；图12为图11沿C-C剖面线的剖视图；图13为显示本发明又一实施例的形成于挠性基板上的一矩形封盖内部为半圆球 形的X轴向热气泡式角加速仪与RFID卡片整合的示意图；图14为显示本发明一实施例的一矩形封盖内部为半圆球形或半圆柱形的X轴向 热气泡式角加速仪与RFID卡片整合的构造侧面剖视示意图；图15为显示本发明一实施例的X轴向热气泡式角加速仪构造与加热器与温度感 测元件悬浮于凹槽的结构示意图；图16为显示本发明一实施例的薄膜电阻的俯视示意图；图17为沿E-E剖面线的剖视图；图18为显示本发明一实施例的薄膜电容的示意图；及图19为沿F-F剖面线的剖视图。上述附图中的附图标记说明如下100应用无线射频识别标签技术的热气泡式角加速仪及监控系统104嵌入式单芯片系统单元106振荡模块108RFID 天线
IlOZ轴向角加速器112X轴向角加速器114Y轴向角加速器117滤波模块116调制及解调模块118整流模块120放大器模块122RFID 收发装置124监测系统129电性连接垫202挠性基板204 电路206薄膜电阻208薄膜电容210信号排线212外部电源214加热器217温度感测元件218双差分式惠斯登电桥308 底层316 表面322支撑结构332 铬层334 镍层348 黏胶364弓字型薄膜电阻弯曲部366金层电性连接焊垫370下层电极372 铬层374 镍层376 金层378上层电极380金导线382氮化硅层384 胶体102、10加、102b、102c、102d热气泡式角加速仪与RFID卡片整合示意图111、113、115 感测组件125、127 连线端部220、221电性检测端
310,310'凹槽350a、350b、350c、350d 封盖501-506 焊垫601-606 辉垫701-706 氮化硅层801-806 金线R1、R2、R3、R4温度感测元件
具体实施例方式本发明揭示一种应用无线射频识别标签技术(RFID)的热气泡式角加速仪，本发 明将热气泡式角加速仪制作于可挠式基材上的技术与无线射频识别标签技术结合，因此具 有使用上的便利性，以及可降低角加速仪的制作成本。本发明的特色之一，在于更换传统热气泡式加速仪用的支撑材料为热导系数较高 的材料，例如氮化铝或氮化硅，尤其是氮化铝的热导系数高达160-320W/(m-K)，接近铜的 400W/(m-K)。传统方法是用二氧化硅，其热传导系数很小(约为1.5W/(m-K))。由于二氧化 硅的热传导效应很差，所以空气室下方的温度会较低，因此会降低热敏电阻对角加速度的 感测灵敏度。而为达到角加速度所需的感测灵敏度，必需要提高热气泡式角加速仪内气室 的温度，故会较消耗能量，而将来加热器开机、关机时，产生的热膨胀收缩应力与老化效应， 也会比较严重。此外本发明的特色之二，是将密封角加速仪的空间抽真空后，灌入高分子量的惰 性气体，如氩、氪及氙，可提升角加速度感测的灵敏度，也不会对加热器及温度感测元件造 成氧化及老化效应。传统的方法是灌入空气或是易挥发的液体，会对加热器及温度感测器 造成氧化及老化效应，而影响加热器及温度感测器的性能及寿命。本发明的特色之三，是以电子枪蒸镀法，蒸镀含有P型掺杂(P-Type Impurity)及 硅等粉末的混合物，形成含有P型掺杂非晶硅层。再以激光进行退火(Laser Anneal)，使非 晶硅层转变成含有P型掺杂多晶硅层，以作为热敏电阻或一般电阻的结构。这种以低温工 艺在可挠式基材上，制作P型掺杂多晶硅的方法，还没有人提出过。图1为显示本发明一实施例的应用无线射频识别标签技术的多轴向热气泡式 角加速仪102的系统100示意图。本发明揭示的系统100包含一监测系统124、一 RFID 收发装置(RFID Reader) 122以及一热气泡式角加速仪102。监测系统IM连接于RFID 收发装置122，RFID收发装置(RFID Reader) 122利用无线射频信号与热气泡式角加 速仪102进行通信。热气泡式角加速仪102包含一嵌入式单芯片系统单元(Embedded System-On-Chip) 104、一振荡模块106、一 RFID天线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。嵌入式单芯片系统单元104包含一滤波模块117、一调制 及解调模块116、一整流模块118及一放大器模块120。RFID天线108用于接收来自RFID 收发装置122的无线射频信号，或发送无线射频信号回到该RFID收发装置122，RFID天线 108耦接于调制及解调模块116、整流模块118与振荡模块106，本发明实施例中，RFID天线 108以微机电工艺形成于挠性基板上。调制及解调模块116用于解调发自RFID收发装置122的无线射频信号，以及调制发送至RFID收发装置122的无线射频信号。此调制回传动作即是注入一载波，而使其成为 适合传送的电波信号。整流模块118建构是以利用RFID天线108接收无线射频信号，并借以产生一直流 电源。当热气泡式角加速仪102设定在无源模式(Passive Mode)时，该热气泡式角加速仪 102以无线射频信号及整流模块118产生的直流电源所驱动。一般而言，为了节省无线射频 信号的能量，当无线射频信号不工作时，可将其工作模式由有源(Active Mode)切换为无源 模式，待收到RFID收发装置122的微波信号时才进行启动唤醒工作。如收到的信号很弱且 要发射信号回RFID收发装置122时，才启动有源工作模式，否则仍可以无源模式，将无线射 频信号回传给RFID收发装置122。放大器模块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所产生的电性信号。在本实施例中，放大器模块120可为多个仪表放大器 (Instrumentation Amplifiers)。仪表放大器属常见的精密放大器的一种，于此不再赘述。滤波模块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，滤波模块117用于去除直流偏压(DC Bias)，以获取短时间内的角度变化值。在本实施 例中，滤波模块117可为一高通滤波器(High Pass Filter)。振荡模块106用于提供该嵌入式单芯片系统单元104 —时钟脉冲信号，借以驱动 该嵌入式单芯片系统单元104。热气泡式角加速仪102另包含多个薄膜电阻及电容，其中所 述多个薄膜电阻可连接于该放大器模块120，借此提供该放大器模块120外接的精密电阻； 或和其他元件整合构成各种滤波器(Filter)，将噪声滤除，并获取角加速度信号。Z轴向角加速器110、X轴向角加速器112和Y轴向角加速器114耦接于嵌入式单 芯片系统单元104，Z轴向角加速器110、X轴向角加速器112和Y轴向角加速器114可分别 提供嵌入式单芯片系统单元104相对于Z轴、X轴及Y轴的角加速度。通过Z轴向角加速 器110、X轴向角加速器112、Y轴向角加速器114、RFID天线108与调制及解调模块116的 组合，可将热气泡式角加速仪102感测的角加速度值，以无线微波的方式传送回RFID收发 装置122，使连接至RFID收发装置122的角加速度监测系统IM可即时获知多轴向热气泡 式角加速仪102的角加速度信号，并将这些角加速度信号送至一个监控中心。图2为显示本发明一实施例的应用无线射频识别标签技术的热气泡式角加速仪 102a的示意图。参照图1与图2所示，一挠性基板202上可利用微机电工艺形成一 RFID天 线108、一电路204包含一振荡模块106、一 Z轴向角加速器110、一 X轴向角加速器112和 一 Y轴向角加速器114，其中Z轴向角加速器110包含多个感测组件111 ;X轴向角加速器 112包含多个感测组件113 ；而Y轴向角加速器114包含多个感测组件115。振荡模块106 包含至少一薄膜电阻206和至少一薄膜电容208等的薄膜元件。电路204包含Z轴向角加 速器110、X轴向角加速器112和Y轴向角加速器114的信号排线210，信号排线210与嵌 入式单芯片系统单元104耦合，各信号排线210可包含正负信号线与接地线。挠性基板202 上更可提供一用于连接外部电源212(例如电池)的连接机构，该外部电源212使热气泡式 角加速仪10 于有源模式操作时，可获得足够的电力。本实施例中，Z轴向角加速器110的感测组件111相对于Z轴(垂直于X与Y轴) 对称设置在挠性基板202上，使得当挠性基板202相对于Z轴转动时，可测量出转动的角加 速度；X轴向角加速器112的感测组件113相对于平行于挠性基板202的表面的X轴对称设置，借此测量挠性基板202相对于X轴转动时的角加速度；Y轴向角加速器114的感测组 件115相对于平行于挠性基板202的表面的Y轴对称设置，借此测量挠性基板202相对于Y 轴转动时的角加速度。虽本实施例在挠性基板202上以设置3个角加速器为例，但是本发 明不限于此，其他实施例如具有单一角加速器的热气泡式角加速仪102或者任两测量不同 轴的加速器的组合，均包含于本发明之中。参照图2、图3与图4，热气泡式角加速仪102b包含多个感测组件111，其实质地等 距环绕Z轴(垂直于图面)而设置在挠性基板202上，各感测组件111包含一加热器21 或214b及两温度感测元件Rl、R2或R3、R4，其中加热器21 和214b及两温度感测元件 Rl、R2、R3和R4也约略等距围绕Z轴且相对于Z轴呈辐射状配置。这些温度感测元件R1、 R2、R3和R4间的电路连接方式如下在两相连接的感测组件111内的温度感测元件Rl与 温度感测元件R2，以及温度感测元件R3与温度感测元件R4均先相连接于单芯片送出的电 源的两端点A及B，且在一环绕Z轴的旋转方向上，两感测组件111间位于旋转时的上风处 及下风处的温度感测元件Rl与温度感测元件R4，及温度感测元件R2和温度感测元件R3分 别相串联。两者的串联接点间分别形成串联电性检测端220和221，如此便形成如图4所示 的双差分式惠斯登电桥(Double Difference Wheatstone Bridge) 218。当感测组件111绕着Z轴往一方向转动时，各感测组件111位于转动方向上下风 处的温度感测元件Rl和R3或R2和R4，其电阻值会因为接触附近温度较低的环境气体，导 致其电阻值产生变化，而使双差分式惠斯登电桥218上的电性检测端220及221会产生一 差分输出电压。通过测量该差分输出电压，可决定出Z轴向角加速度，并经积分运算后，可 获得转动角速度或转动角度。前述电阻值变化的大小与角加速度是成正比的关系，故可用 此装置来检测该角加速度。参照图5所示，多个感测组件111均位于XY平面内并与Z轴垂直配置，且多个加 热器214及多个温度感测元件217都约略等距围绕Z轴设置并呈辐射状排列。换言之，以 感测组件111为例，温度感测元件217有两个对外连接端125及127，且由于温度感测元件 217相对于加热器214对称，因此加热器214和温度感测元件217的端部125和127可延伸 交于一交点上(如图5中虚线所示)。而在本实施例中，该交点位于Z轴上。感测组件111 的外围可设置多个电性连接垫129，各加热器214及温度感测元件217的端部125和127， 则可相对应地连接至这些电性连接垫(Contact Pad) 1 上。参照图6与图7所示，多个感测组件113可相对于X轴实质对称地设置于挠性基 板202上，其中各感测组件113的长轴向可垂直于X轴，但不限于此。各感测组件113悬置 于凹槽310'上，且包含一加热器214及两温度感测元件217。加热器214与温度感测元件 217沿Z轴方向排列，其中两温度感测元件217相对于加热器214实质对称设置。相对设置 的感测组件113的温度感测元件217间，可以如前述般连接成一双差分式惠斯登电桥，通过 双差分式惠斯登电桥的电性检测端检测出挠性基板202因相对于X轴的转动所造成的差分 输出电压。类似地，相对于Y轴，在挠性基板202也可如图6实施例设置用以测量绕Y轴转 动的角加速度的多个感测组件，其加热器与温度感测元件可为实质对称且等距于Y轴，且 以叠置方式形成，其中这些加热器与这些温度感测元件的长轴向可垂直于Y轴。参照图8和图9所示，本发明一实施例揭示的热气泡式Z轴角加速仪102c可利用 中国台湾专利申请案号098127348的专利中所揭示的方法制作，因此不再重述。热气泡式角加速仪102c包含一挠性基板202、一底层308、多个凹槽310、多个感测组件111。底层308 设于挠性基板202上，底层308具有一表面316，所述多个凹槽310则设于该底层308的表 面316上，并环绕于Z轴。多个感测组件111悬置于相对应的多个凹槽310，且距离该Z轴 实质相等。此实质相等的距离包含多个感测组件111上任一对应位置相距Z轴约略相同， 对应位置可如加热器214或温度感测元件217的任一端部或中央位置等。各感测组件111包含一加热器214和两温度感测元件217，各加热器214与各温度 感测元件217均以一支撑结构322将其悬置于相对应的凹槽310上，其中支撑结构322跨 架于凹槽310上且包含氮化铝或氮化硅，其中氮化铝的热导率高达160-320W/(m-K)，接近 铜的400W/(m-K)，所以本发明实施例的热气泡式角加速仪102c内，下气室的温度会提升， 热敏电阻的灵敏度会更好。在另一实施例中，由于氢氟酸缓冲溶液不会蚀刻氮化硅，使其较 易在工艺中使用，所以氮化硅可以取代氮化铝，作为支撑加热器214以及温度感测元件217 的材料，只是其热传导系数(约为35W/ (m-K))低于氮化铝(约为160-320W/ (m-K))，但是仍 比传统的二氧化硅热传导系数(约为1.5W/(m-K))为高。封盖350a覆盖住相对应的凹槽 310而将加热器214与温度感测元件217遮盖，封盖350a并以黏胶348密封，形成气密。黏 胶348可以网印方式涂布。黏胶348烤干后对密封的空间抽真空，并灌入高分子量的惰性气 体，如氩、氪及氙，可提升角加速度感测的灵敏度，且不会对加热器214及温度感测元件217 造成氧化及老化等不良效应。特而言之，温度感测元件217包含P型掺杂非晶硅层，其以电子枪蒸镀含有P型掺 杂(P-Type Impurity)及硅等粉末的混合物，再以激光进行退火(Laser Anneal)，使非晶硅 层转变成含有P型掺杂多晶硅层，以作为热敏电阻或一般电阻的结构，这种以低温工艺在 可挠式基材上，制作P型掺杂多晶硅的方法，还没有人提出过。温度感测元件217的外形可 包含直线形、弓字形或锯齿形。加热器214包含铬层332及镍层334，其中铬层332及镍层334可利用电子枪蒸镀 形成。加热器214的外形可包含直线形、弓字形或锯齿形。再次参照图8和图9所示，热气泡式角加速仪102b另可包含一 RFID天线108、一 嵌入式单芯片系统单元104及一电路(未示出)。RFID天线108形成于挠性基板202 ；嵌 入式单芯片系统单元104设置于挠性基板202并连接RFID天线108 ；电路(未示出)形 成于挠性基板202上，以提供热气泡式角加速仪102c内各元件间电性互连(Electrical Interconnections)及元件性能调整，电路(未示出)可包含多条导线及电性连接焊垫 (Bonding Pad)。RFID天线108与电路(未示出)分别包含金层、铬层及镍层，其中铬层及 镍层可利用电子枪蒸镀形成，而金层可利用无电电镀方法(Electroless-Plating)镀在镍 层上。由于金的附着性佳及电阻较小，因此适合为RFID天线108、导线及焊垫(Pad)的材 料。嵌入式单芯片系统单元104以覆晶式焊接(Flip Chip Bonding)技术，运用热摩擦挤 压法(Thermal Compression)，将嵌入式单芯片系统单元104焊接在RFID天线108上。参照图10所示，在另一实施例中，感测组件111可为内部呈半圆柱形或是半圆球 形的矩形封盖350b所密封，这样气泡腔体内的温度分布，即可很快到达平衡，而不会有乱 流(Turbulent Flow)，所以可以大幅提升本装置的反应带宽，角加速度测量，线性度及范 围。而矩形封盖350b外部仍须为平面矩形，以利打印商标、品名、生产序号及日期。参照图11与图12所示，本发明又一实施例的热气泡式角加速仪102d包含一挠性基板202、一底层308、多个凹槽310'、多个感测组件111。底层308设于挠性基板202上， 底层308具有一表面316，所述多个凹槽310'则设于该底层308的表面316上，并位于平 行于挠性基板202的表面的X轴的两相对侧。多个感测组件111悬置于相对应的多个凹槽 310'，且相对于X轴呈现对称。各感测组件111包含一加热器214及位于加热器214两相 对侧的两温度感测元件217，加热器214与两温度感测元件217沿Z轴向叠置，且以一支撑 结构322支撑，其中支撑结构322跨架于凹槽310'上且包含氮化铝或氮化硅。封盖350c 覆盖住相对应的凹槽310'而将加热器214与温度感测元件217遮盖，封盖350c并以黏胶 348密封，并灌入高分子量的惰性气体，如氩、氪及氙。再次参照图11和图12所示，热气泡式角加速仪102d另可包含一 RFID天线108、 一嵌入式单芯片系统单元104及一电路(未示出)。RFID天线108形成于挠性基板202 ； 嵌入式单芯片系统单元104设置于挠性基板202并连接RFID天线108 ；电路(未示出)形 成于挠性基板202上，以提供热气泡式角加速仪102d内各元件间电性互连(electrical interconnections)及元件性能调整，电路(未示出)可包含多条导线及电性连接焊垫 (Bonding Pad)。参照图13，另一实施例中的矩形封盖内部为半圆球形的X轴向热气泡式角加速 仪，感测组件111可为封盖350d所密封，这样气泡腔体内的温度分布，即可很快到达平衡， 而不会有乱流(Turbulent Flow)。参照图14，显示本发明一实施例的一矩形封盖内部为半 圆球形，或半圆柱形的X轴向热气泡式角加速仪，与RFID卡片整合的构造侧面剖视示意图。参照图15所示，在图11至图14的实施例中，其加热器214与温度感测元件217 叠置设置，而制作叠置的加热器214与温度感测元件217的方法是交替重复蒸镀铬层332、 镍层334，支撑结构322，氮化硅层701-706及介于加热器214与温度感测元件217间的二 氧化硅牺牲层(未示出)，以成为三明治垂直排列结构，其中各氮化硅层701-706周设于相 对应的空气室凹槽310'，以成为支撑。在凹槽310'外围，制作多个以金、镍、铬三层金属 所形成的焊垫501-506，其目的是以金线801-806进行打线连接(Wire-Bond)，将连接加热 器214的焊垫602及605及连接温度感测元件217的焊垫601、606、603及604连接到外围 的焊垫501-506，如图15所示。为了要降低金线在加热器214及温度感测元件217等焊垫 部分的弧度及高度(Wire Loop and Height)，打线时在基板202上的焊垫501-506为第一 个焊点(First Bond)，第二个焊点(Second Bond)才是加热器214及温度感测元件217的 焊垫(标记为601-606)。当打线完成后，再以胶体384将金线601-606覆盖，以保护这些金 线601-606。而后用氢氟酸缓冲液，或用气体等离子体蚀刻法(如SF6),将二氧化硅牺牲层 蚀刻掉。如此，加热器与上、下方温度感测元件217及其支撑结构322氮化铝层，彼此就可 以分开并悬浮于凹槽310'内。参照图2、图16和图17，电路204包含多个薄膜电阻206，其可具“弓字”形状的弯 曲部364，如此可较节省其所占的面积。一实施例中，薄膜电阻206可包含金属铬层及镍层。 另一实施例中，薄膜电阻206包含P型掺杂多晶硅。以这种材料制作的薄膜电阻206的好 处是，可比用铬层及镍层制作的具有较大的电阻值范围。故实施时可视薄膜电阻的大小需 求及面积限制，选择上述工艺的材料。弯曲部364制作完成后，在弯曲部364的两端形成一 金层焊垫366，如此便完成薄膜电阻206的制作。参照图2、图18和19所示，薄膜电容208包含一上层电极378及一下层电极370，下层电极370包含P型掺杂多晶硅，而上层电极378包含铬层372、镍层374及金层376。薄 膜电容208另包含金导线380作为上、下层电极378和370对外连接导线，及氮化硅层382 或其他绝缘介质材料(高诱电系数)，作为上、下层电极378和370间的绝缘层。薄膜电容 208可耦接于RFID天线以调整其共振频率值；薄膜电容208也可运用在电源及信号滤波之用。此外，本发明有四个特点第一个特点是将角加速仪制作在一个可挠式基材上， 而非是制作在传统的硅晶片上。第二个特点是与有源式RFID天线整合制作在一个可挠式 基材上。第三个特点是工艺中支撑加热器及温度感测器的材料是用氮化铝。第四个特点 是封盖内部还可以是半圆柱形或是半圆球形。上述第一及第三个创新特征，在于传统电 容式加速仪或是热传导气泡式加速仪，都是在硅晶片上进行制作，要将二氧化硅当作支撑 材料，所以要用到高温工艺且成本很贵。再之，传统热传导气泡式加速仪所用硅晶片基板 的热传导系数，远高于本发明所用的可挠式基材，如聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate, PET)，或聚酰亚胺(Polyimide，PI)等塑胶材料，所以本发明较传统热传导 气泡式加速仪省电。而本发明支撑材料氮化铝的热传导性能，又远大于传统热传导气泡式 加速仪所用的二氧化硅，所以本发明较传统热传导气泡式加速仪省电，且灵敏度会较高。最 后要特别提出的是，本发明的封盖内部还可以是半圆柱形或是半圆球形，所以气泡腔体内 的温度分布，可很快到达平衡，而不会有乱流，所以可以大幅提升本装置的反应带宽，角加 速度测量，线性度及范围。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于 本发明的教导及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围 应不限于实施例所揭示的范围，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权 利要求所涵盖。
权利要求
1.一种应用无线射频识别标签技术的热气泡式角加速仪，包含 一挠性基板；一底层，设置于该挠性基板，该底层具有一表面； 至少一第一凹槽，形成于该底层；以及至少一第一感测组件，其悬置于所述至少一第一凹槽上，该第一感测组件包含 一第一加热器；及两第一温度感测元件，各所述第一温度感测元件具有用于电性连接的两端部，其中所 述两第一温度感测元件实质对称地分别设置于该第一加热器的两侧，且各所述温度感测元 件与加热器都以向心辐射状方式排列。
2.根据权利要求1所述的热气泡式角加速仪，其还包含 多个第一凹槽；以及多个第一感测组件，其中所述多个第一凹槽环绕一垂直于该表面的第一轴设置，而所 述多个第一感测组件相对应地悬置于所述多个第一凹槽，且距离该第一轴实质地相等，其 中各所述第一感测组件的该第一加热器与该第一温度感测元件，相对于该第一轴呈辐射状 排列。
3.根据权利要求2所述的热气泡式角加速仪，其还包含一嵌入式单芯片系统单元，其设于该挠性基板上，且包含一调制及解调模块；以及 -RFID天线，形成于该挠性基板上，耦接于该调制及解调模块； 其中，两相连接的这些第一感测组件的这些第一温度感测元件间，连接成一第一双差 分式惠斯登电桥，且该第一双差分式惠斯登电桥，耦接于该嵌入式单芯片系统单元，使该嵌 入式单芯片系统单元，通过该第一双差分式惠斯登电桥的输出电压差，计算相对于该第一 轴的角加速度，该角加速度的值经该调制及解调模块调制与加密后，通过该RFID天线送 出ο
4.根据权利要求3所述的热气泡式角加速仪，其还包含多个第二凹槽，形成于该表面且位于一平行于该表面的第二轴的相对侧；以及 多个第二感测组件，相对应地悬置于这些第二凹槽上且相对于该第二轴对称设置，各 所述第二感测组件包含 一第二加热器；及两第二温度感测元件，其中各所述第二感测组件的该第二加热器，与这些第二温度感 测元件沿该第一轴的方向排列，且所述两第二温度感测元件相对于该第二加热器实质对 称；其中，两相对设置的这些第二感测组件的这些第二温度感测元件间，连接成一第二双 差分式惠斯登电桥，且该第二双差分式惠斯登电桥，耦接于该嵌入式单芯片系统单元，使该 嵌入式单芯片系统单元，通过该第二双差分式惠斯登电桥的输出电压差，计算相对于该第 二轴的角加速度，该角加速度的值经该调制及解调模块调制与加密后，通过该RFID天线送出ο
5.根据权利要求4所述的热气泡式角加速仪，其中该第二加热器与该第二温度感测元 件的纵向实质地垂直于该第二轴。
6.根据权利要求4所述的热气泡式角加速仪，其还包含多个第三凹槽，形成于该表面且位于一平行于该表面的第三轴的相对侧，其中该第三 轴垂直于该第二轴；以及多个第三感测组件，相对应地悬置于这些第三凹槽上，且相对于该第三轴对称，各所述 第三感测组件包含一第三加热器；及两第三温度感测元件，其中各所述第三感测组件的该第三加热器与这些第三温度感测 元件，沿该第一轴的方向排列，且该两第三温度感测元件相对于该第三加热器实质对称；其中，两相对设置的这些第三感测组件的这些第三温度感测元件间，连接成一第三双 差分式惠斯登电桥，且该第三双差分式惠斯登电桥，耦接于该嵌入式单芯片系统单元，使该 嵌入式单芯片系统单元，通过该第三双差分式惠斯登电桥的输出电压差，计算相对于该第 三轴的角加速度，该角加速度的值经该调制及解调模块调制与加密后，通过该RFID天线送 出ο
7.根据权利要求6所述的热气泡式角加速仪，其中该第三加热器与该第三温度感测元 件的纵向实质地垂直于该第二轴。
8.根据权利要求6所述的热气泡式角加速仪，其中该RFID天线包含一铬层、一镍层及 一金层，其中该金层以无电电镀金工艺，形成于该铬层与该镍层上。
9.根据权利要求6所述的热气泡式角加速仪，其中该第一加热器、该第二加热器与该 第三加热器包含镍及铬。
10.根据权利要求6所述的热气泡式角加速仪，其还包含一高分子量的惰性气体及多 个封盖，其中这些封盖相对应地设置于这些第一凹槽、这些第二凹槽与这些第三凹槽之上， 且将该高分子量的惰性气体密封于其间。
11.根据权利要求10的热气泡式角加速仪，其中该高分子量的惰性气体为氩、氪或氙。
12.根据权利要求6的热气泡式角加速仪，其还包含多个支撑结构，这些支撑结构相对 应地设置于这些第一加热器、这些第一第一温度感测元件、这些第二加热器、这些第一第二 温度感测元件、这些第三加热器、这些第一第三温度感测元件之下，其中各所述支撑结构跨 设于相对应的该第一凹槽、该第二凹槽或该第三凹槽上。
13.根据权利要求12所述的热气泡式角加速仪，其中该支撑结构的材料为氮化铝或氮 化硅。
14.根据权利要求6所述的热气泡式角加速仪，其中该第一温度感测元件、该第二温度 感测元件及该第三温度感测元件的材料，包含P型掺杂多晶硅。
15.根据权利要求6所述的热气泡式角加速仪，其还包含一振荡模块，该振荡模块形成 于该挠性基板上，且与该嵌入式单芯片系统单元耦接，该振荡模块用于提供嵌入式单芯片 系统单元一时钟脉冲信号，其中该振荡模块包含至少一第一薄膜电阻及至少一薄膜电容。
16.根据权利要求6所述的热气泡式角加速仪，其还包含一第二薄膜电阻，而该嵌入式 单芯片系统单元还包含一放大器模块，其中该第二薄膜电阻连接于该放大器模块。
17.根据权利要求16所述的热气泡式角加速仪，其中该薄膜电容包含一下层电极、一 上层电极，及介于该上层电极与下层电极间的一绝缘层，其中该第一薄膜电阻与该第二薄 膜电阻，以P掺杂多晶硅材料制作，该上层电极包含一铬层、一镍层和一金层所整合构成。
18.根据权利要求16所述的热气泡式角加速仪，其中该放大器模块为由多个仪表放大器所构成。
19.根据权利要求6所述的热气泡式角加速仪，其还包含一电性连接至该RFID天线的 整流模块，该整流模块利用一微波信号产生一直流电源。
20.根据权利要求1所述的热气泡式角加速仪，其中该挠性基板的材料为聚对苯二甲 酸乙二酯或聚酰亚胺。
21.根据权利要求1所述的热气泡式角加速仪，其中该底层包含一光阻层。
全文摘要
一应用无线射频识别标签技术的热气泡式角加速仪，包含一挠性基板、一底层、至少一凹槽以及至少一感测组件。底层设于该挠性基板。所述至少一凹槽形成于该底层。所述至少一感测组件悬置于所述至少一凹槽上。各感测组件包含一加热器与两温度感测元件，各所述温度感测元件具有用于连接的两端部，其中相对于该加热器，该两温度感测元件实质对称地分别设置于该加热器的两侧，且各所述温度感测元件与加热器都以向心辐射状方式排列。本发明将热气泡式角加速仪制作于可挠式基材上的技术与无线射频识别标签技术结合，因此具有使用上的便利性，以及可降低角加速仪的制作成本。
文档编号G01P15/08GK102053167SQ200910212138
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者林君明 申请人:中华大学