专利名称：跌倒检测器和检测跌倒的方法
技术领域：
本发明涉及跌倒检测器和检测跌倒的方法，并且具体涉及跌倒检测器和使用多个传感器检测跌倒的方法。本发明还涉及可以在跌倒检测器和其它设备中使用的专用传感
O
背景技术：
跌倒是在照顾老年人时可能导致发病和死亡的显著问题。从身体角度来看，跌倒造成伤害，同时从心理角度来看，跌倒造成跌倒恐惧，跌倒恐惧反过来导致与社会隔绝和抑郁。开发了跌倒检测系统，当用户跌倒时这些系统可以提供自动并且可靠的检测手段。如果检测到跌倒，系统就发出给用户召唤帮助的警报。这保证用户在跌倒发生情况下将采取充足的措施。跌倒检测器通常基于附到用户身体的加速度计(通常是对三维空间中的加速度进行测量的3D加速度计)。跌倒检测器对来自加速度计的信号进行处理，以确定是否发生跌倒。然而，不幸的是，由于这些跌倒检测器仅包括单一传感器，所以它们通常缺乏灵敏度和/或专用性。因此，一些跌倒检测器利用诸如陀螺仪或者空气压力传感器的其他传感器，以实现高灵敏度和专用性。然而，这些类型的多个传感器的跌倒检测器中的每个具有它们自身的缺点。例如， 陀螺仪提供高度可靠的数据，但是由于它们的大小和能耗，所以它们对于小型的身体佩戴便携设备是难以实施的。可以使用空气压力传感器提供高度信息(通常是关于高度变化的信息)，但是它们仅以低采样速率提供该高度信息，使得对跌倒的可靠检测具有一定困难。 此外，如果跌倒检测器是防水的，这意味着由于空气压力传感器需要直接并且充足的空气流而需要专门的疏水性膜和专用的压力测量室，就很难将空气压力传感器安装在跌倒检测器中。因此，存在对克服了上述常规跌倒检测器的缺点的改进的跌倒检测器的需求。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于对用户或者对象的跌倒进行检测的跌倒检测器，该跌倒检测器附到所述用户或者对象，其特征在于，该跌倒检测器包括用于提供指示跌倒检测器的垂直速度和/或高度变化的测量结果的空气流传感器。因此，本发明提供了可以对高度变化和垂直速度进行估计同时避免对陀螺仪或者空气压力传感器的需求的跌倒传感器。在优选实施例中，该跌倒检测器还包括用于测量跌倒检测器的加速度的加速度计，以及用于对来自空气流传感器和加速度计的测量结果进行处理以确定是否发生跌倒的处理器。
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在一个优选实施例中，处理器被配置为根据来自加速度计的测量结果估计跌倒检测器的取向，并且使用所估计的取向根据来自空气流传感器的测量结果生成跌倒检测器的垂直速度分布图(profile)。 在优选实施例中，空气流传感器是热式空气流传感器。热式空气流传感器减少了跌倒检测器的功耗，提供了对空气流方向进行360度测量的能力，对低空气流速率敏感，并且能够采用确保设备防水的设备外壳的简单设计。在优选实施例中，热式空气流传感器包括在热式空气流传感器的正面上的、被布置为面向通道的电驱动热元件，以及电耦合到电驱动热元件的结合盘(pad)，用于进行离开热式空气流传感器的电接触，将结合盘布置为背向所述正面，以便可以从热式空气流传感器的背面达到对结合盘的接触。通过使得可以从集成电路的背面(背向流体通道)接触结合盘，结合盘以及到它的任何连接所需的空间不需要延伸到电驱动热元件即温度感测元件之外和阻碍流体通道。 因此，诸如温度感测元件的电驱动热元件可以定位成更接近流体通道或者在流体通道中， 以使得能够更好地进行测量。优选地，热式空气流传感器还包括在热式空气流传感器正面上、用于在电驱动热元件和结合盘之间电连接的导电层，并且结合盘包括导电层的背面。这样的优点是，提供关于热式流传感器设备热导率的额外自由度同时在背面上提供接触。例如，可以使用导电层的厚度或者包含在导电层中的材料作为设计变量。优选地，热式空气流传感器还包括用于使热式空气流传感器与通道中的流体电绝缘的绝缘层。优选地，绝缘层包括聚酰亚胺。聚酰亚胺具有大约0. 15W/(mK)的热导率，并且允许在大约10微米厚度的配置(disposition)。结果，减少了热分流。这有利地增大了热式流传感器设备的灵敏度。此外，较小的厚度对与热式流传感器设备相关联的响应时间有积极影响。除此之外，聚酰亚胺很容易通过旋涂方法施加，该方法有利地避免了对粘合的需求。优选地，热式空气流传感器还包括衬底，使该衬底形成图案以提供孔，从而暴露结合盘，使得能够通过该孔与结合盘接触。这允许与结合盘接通，同时为了机械强度和稳定性而保持一定衬底厚度。优选地，电驱动热元件包括在热式空气流传感器的正面上以面向通道的加热元件或者温度传感器元件。位于正面上，使得温度传感器更灵敏。根据本发明的第二方面，提供了一种在对用户或者对象的跌倒进行检测的跌倒检测器中的方法，其中，所述跌倒检测器附到所述用户或者对象，该方法包括使用空气流传感器提供指示跌倒传感器的垂直速度和/或高度变化的测量结果。各方面还涉及用于感测流速的传感器集成电路，涉及合并了这种集成电路的系统，并且涉及制造和操作这种集成电路和这种系统的方法。
下面将参考下列附图，仅通过举例的方式对本发明进行描述，在附图中图1是根据本发明的跌倒检测器的图示说明；图2是根据本发明对在跌倒检测器中使用的空气流传感器的图示说明；
图3是图示说明了根据本发明的检测跌倒的方法的流程图；图4至16示出了制造集成电路的方法中的步骤，该集成电路具有可以通过衬底中的孔接通的结合盘；图17至M示出了制造集成电路的备选方法中的步骤，该集成电路具有在衬底背面支柱上的结合盘；图25示出了通过将集成电路安装在PCB上形成组件；图沈示出了给组件施加密封剂；并且图27和观示出了安装在通道壁中的组件。
具体实施例方式虽然在这里将参考由人佩戴并且对该人的跌倒进行检测的跌倒检测器来对本发明进行描述，但是将意识到，可以将根据本发明的跌倒检测器和检测跌倒的方法应用到备选用途，诸如检测对象的跌倒，对象例如硬盘或者其它灵敏电子装备。本发明提供了跌倒检测器，其包括空气流传感器，用于提供指示跌倒检测器的垂直速度和/或高度变化的测量结果。在优选实施例中，跌倒检测器包括另一个传感器或多个传感器，例如，用于测量的传感器或者提供指示加速度的测量结果的传感器(例如，加速度计)。在这些实施例中，使用来自空气流传感器的测量结果确定跌倒检测器的高度变化和 /或垂直速度，并且结合加速度测量结果对来自空气流传感器的这些测量结果进行处理，以便确定是否发生跌倒。图1图示了根据本发明的跌倒检测器1。跌倒检测器1可以适合于由用户佩戴在他们身体的上部，例如，围绕他们的腰部、在他们的胸部上、在他们的手腕处、或者作为垂饰围绕在他们的颈部。跌倒检测器1包括对跌倒检测器1所经历的加速度进行测量的加速度计2、提供对围绕跌倒检测器1的气流的速度和方向的测量结果的空气流传感器3、对来自加速度计2和空气流传感器3的测量结果进行接收并且对这些测量结果进行处理以便确定是否发生跌倒的处理器4。跌倒检测器1还包括如果处理器4确定发生跌倒可以通过处理器4触发的警报5。 在备选实施例中，跌倒检测器1还可以或者备选地包括用于除非用户在所检测到的跌倒之后很快站起来，否则将警报信号无线发送到呼叫中心或者其它远程援助单元的工具。空气流传感器3可以包括任何类型的空气流传感器，例如超声、压差或者基于叶轮的传感器，但是，在本发明的优选实施例中，空气流传感器3包括热式空气流传感器，在图2中示出了其简化版本。热式空气流传感器是优选的，因为其具有低功耗(并且因此可以在采用电池的便携设备中使用)、测量360度方向上的空气流的可能性、并且对低空气流速灵敏。此外，热式空气流传感器能够将传感器部分与空气流屏蔽，其使得能够进行确保设备防水的设备外壳的简单设计。在下面“热式流传感器”章节中对可以在根据本发明的跌倒检测器1中使用的示例性热式流传感器(以及制造该热式流传感器的方法)进行详细描述。参考图2，热式空气流传感器3包括加热元件6 (保持在恒定功率或恒定温度时，其对应于一阻抗)以及一个或多个对感测元件7表面上的温度差异进行测量的温度感测元件 7 (热电偶或电阻器)。温度感测元件7优选包括热电堆(其是串联连接的多个热电偶)，因为热电堆以高灵敏度和零偏移量对温度差异进行直接测量。如在下面“热式流传感器”章节中所描述的那样，可以将热式空气流传感器3安装在跌倒检测器1中的印刷电路板或者其它结构上，使得跌倒检测器1防水。在零流动(流量)时，从热电堆7到传感器3中流体8的热传递通过传导发生，这导致在热电堆7表面上的对称温度分布。如果一定流体流动(流量)存在，通过对流传递热。对流热传递由两种机制组成；不仅通过传导传递能量，还通过液体8在出现温度梯度下的整体运动(平流)传递能量。对流热传递导致非对称温度分布；由于热流体8在下游方向中平流，所以热电堆7在上游部分处比在下游部分处冷却更多，导致在热电堆7表面上的温度差异。优选地，使用集成电路(IC)工艺来制造热式空气流传感器3，因为集成电路(IC) 工艺具有高再现性和缩减传感器封装(footprint)的可能性。例如，可以根据在下面章节 “热式流传感器”中所描述的过程制造热式空气流传感器3。在IC工艺中制造热式空气流传感器3的另一个优点是可能将诸如放大器、A/D转换器和微控制器的电子器件集成在芯片上以便进一步减小跌倒检测器1的尺寸、成本和能耗。现在，将参考图3对根据本发明的检测跌倒的方法(其对应于由跌倒检测器1中的处理器4所执行的方法)进行描述。在步骤1001中，处理器4从加速度计2接收测量结果，并且在步骤1003中，处理器4从空气流传感器3接收空气流的测量结果。如图3中所示，基本上对这两种类型的测量结果进行并行接收。在步骤1005中，处理器4根据加速度计2的测量结果对跌倒检测器1的取向、跌倒检测器1的取向的任何改变、以及是否发生任何冲击(impact)进行估计。用于根据加速度计测量结果中估计对象取向的处理技术在本领域中是已知的，并且在这里将不再进一步描述。在步骤1007中，处理器4使用在步骤1005中估计的跌倒检测器1的取向以及来自空气流传感器3的测量结果对跌倒检测器1的垂直速度和垂直速度分布图(即指示跌倒检测器1的垂直速度如何随着时间改变的分布图)进行估计。具体而言，处理器4使用所估计的取向对空气流测量结果中对应于垂直方向的分量进行识别。通常，空气流传感器3具有空气引导通道，并且处理器4可以使用所估计的取向对空气引导通道的取向进行估计，并且因此确定在垂直方向中是否存在空气流。在步骤1009中，处理器4使用所估计的垂直速度对跌倒检测器1的高度随着时间的变化进行估计(例如，通过对垂直速度分布图在特定时间周期上进行积分)。在步骤1011中，处理器4根据垂直速度分布图、加速度分布图(其将指示任何冲击的定时和幅度以及在冲击之后任何“静息”周期的存在，在该“静息”周期加速度处于稳定状态——仅存在重力)、跌倒检测器1的取向变化以及所估计的高度变化中确定是否发生或者可能发生跌倒。本领域的技术人员将会想到许多算法，处理器4可以使用这些算法对该信息进行处理、以确定是否发生跌倒。因此，提供了一种跌倒检测器和检测跌倒的方法，其克服了常规跌倒检测器和跌
7倒检测方法的缺点，并且在特定实施例中，得到这样的跌倒检测器，其具有(i)低功耗、 (ii)对空气流方向进行360度测量的能力、(iii)对低空气流速的灵敏性、以及(iv)确保设备防水的设备外壳的简单设计。热式流传感器下面所描述的、本发明的涉及用于基于温度测量对通道中的流动进行感测的热式流传感器集成电路的多个方面包括一集成电路，该集成电路在其正面具有温度感测元件以面向流体通道，并且具有电耦合到温度感测元件的结合盘，用于离开集成电路进行电接触， 将结合盘布置为背向正面，以便可以从集成电路背面达到与结合盘的接触。在一些热式流传感器的实施例中，示出了以集成电路(IC)工艺加工的热式流传感器，其具有在传感器背面制造的结合盘，使得该传感器容易安装并且具有快速和灵敏的传感器响应。由于在后处理步骤中制造结合盘，所以所描述的步骤可以与诸如CMOS加工特别是标准CMOS加工的主流IC工艺兼容，从而使得能够在集成电路上集成驱动电子器件。 在热式流传感器的另一个实施例中，可以在拾取和放置流程中将传感器安装在印刷电路板 (PCB)上，从而使得能够进行大批量、低成本生产。在热式流传感器的一些实施例中，在集成电路的正面上存在用于在感测元件和结合盘之间的电连接的金属层，并且结合盘包括金属层的背面。这使得结合盘能够相对接近感测元件以便保持结构简单和紧凑。在下面所描述的热式流传感器的第一实施例中示出了一个示例。在热式流传感器的一些实施例中，集成电路包括衬底，并且使衬底形成图案以提供孔，从而暴露结合盘，使得能够通过该孔与结合盘接触。这能够有助于保护接触并且提供紧凑结构。在热式流传感器的一些实施例中，集成电路包括衬底，并且使衬底形成图案以构成一个或多个支柱，并且使结合盘位于衬底背面、所述支柱中的一个上。所述支柱可以提供对结合盘的支撑，并且保持与其它电路隔离。在下面所描述的热式流传感器的第二实施例中示出了一个示例。在热式流传感器的一些实施例中，集成电路包括在集成电路正面以面向流体通道的加热元件。这使得能够得到更集成的解决方案，不过在热式流传感器的备选实施例中，可以通过在集成电路之外的加热器提供热。应该提供外部加热器，使得对接近温度传感器的流体充分加热。在热式流传感器的一些实施例中，集成电路包括绝缘体上硅(silicon on insulator)集成电路。这有助于使得能够集成其它电路元件。在下面所描述的热式流传感器的第三实施例公开了这种布置。在热式流传感器的一些实施例中，存在包括印刷电路板、以及安装在印刷电路板上的任何实施例的集成电路的组件，其中，结合盘耦合到印刷电路板上的对应触点。这使得能够将其它电路元件安装在电路板上，作为将他们集成在同一个集成电路上的替代，这种结构可以更便宜或者更容易地制造。还允许所述集成电路包括额外元件。在下面所描述的热式流传感器的第四实施例中示出了一个示例。在一些实施例中，存在具有用于流体流动的流体通道的系统，该通道具有存在凹陷的壁，并且在凹陷中是所述集成电路或者组件，其中，感测元件面向通道。涉及热式流传感器的多个方面还提供了制造用于基于温度测量结果对流体通道中的流动进行感测的热式流传感器集成电路的方法，该方法可以包括多个步骤在集成电路正面上形成诸如温度感测元件的电驱动热元件，该电驱动热元件布置被为面向流体通道；并且形成电耦合到诸如温度感测元件的电驱动热元件的结合盘，用于离开集成电路进行电接触，将结合盘布置为背向流体通道。制造热式流传感器的方法可以包括以下步骤在金属层的背面上形成结合盘，或者使衬底形成图案以形成孔并且在孔中形成结合盘，或者使衬底形成图案以形成支柱并且在支柱上形成结合盘。总之，所描述的热式流传感器的实施例包括IC工艺加工的热式流传感器，其具有在传感器背面制造的结合盘。由于可以在后处理步骤中制造结合盘，所以热式流传感器的至少一些实施例与诸如CMOS加工特别是标准CMOS加工的主流IC工艺兼容，从而使得能够集成(例如)在集成电路上的驱动电子器件。在热式流传感器的另一个实施例中，示出了在拾取和放置流程中将传感器安装在PCB上的方法，从而使得能够进行大批量、低成本生产。典型地，热式流传感器包括一个或多个加热元件以及/或者一个或多个温度感测元件，例如电阻器、晶体管或者热电偶。加热元件(在集成电路上或者其它地方)对流体的接近传感器的部分加热。流体流动引起加热器温度的降低和集成电路温度分布图的漂移， 这些可以采用温度感测元件测量。可以使用加热器温度以及温度分布图的漂移作为对流速的度量。温度分布图测量的附加益处是确定流方向的能力。在热式流传感器的实施例中，术语“衬底”可以包括任何在下层材料，或者可以使用的或者可以在其上形成设备、电路或者外延层的材料。在热式流传感器的其它备选实施例中，该“衬底”可以包括诸如硅、掺杂硅、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铟(InP)、 锗(Ge)或者硅锗(SiGe)衬底的半导体衬底。例如，“衬底”可以包括除了半导体衬底部分之外的绝缘层，诸如SiO2或者Si3N4层。因此，术语衬底还包括玻璃基硅、蓝宝石基硅衬底。 因此，使用术语“衬底”普遍定义用于位于一层或者感兴趣部分之下的层的元件。热式流传感器的第一实施例是如图4至16所示而制造的集成电路，其具有可以通过衬底中的孔而与其接通的结合盘。图4示出了初始材料，在该情况下是诸如半导体晶片的半导体衬底，一个示例是在顶部具有诸如氧化层的绝缘层的300微米厚的硅衬底20，在硅衬底20顶部具有(例如)0. 5微米厚的热氧化层10。可以使用其它绝缘层厚度或者绝缘层材料，例如氮化硅。可以使用标准沉积和光刻技术(图5至10中所示)对加热元件和温度感测元件进行处理。图5示出了诸如热电阻器的电驱动热元件的形成，例如，使用第一掩模MASK 1 PS，沉积0. 3微米现场掺杂(η++)的多晶硅层30并且对该多晶硅层30形成图案。多晶硅层30可以形成一个或多个加热元件以及/或者一个或多个温度感测元件，例如电阻器、晶体管或者热电偶。可以分立地定位加热元件，并且仅使用多晶硅层作为温度感测元件。在提供加热元件之处，加热元件对接近传感器的流体部分进行加热。流体流动引起加热器温度的降低，加热器温度的降低可以采用温度感测元件来测量。可以使用加热器温度以及温度传感器的温度的漂移作为对流速的度量。图6示出了诸如0. 2微米TEOS层40的在前金属介电层和在诸如多晶硅层30的热元件上的第一接触孔42、44的开口的形成。这使用第二掩模MASK 2 =CO0图7示出了到衬底的第二接触孔50的开口，用于结合盘。这可以使用第三掩模MASK 3:CB。在图8中示出了导电层的形成，该导电层可以是诸如金属堆的金属化层(例如，20nm的Ti+0. 5铝金属化层60)以便在元件之间形成电接触尤其是通过第一接触孔42、44到达由多晶硅30制成的热元件的触点62、64以及到达结合盘孔或者第二接触孔50的触点66。这可以使用第四掩模MASK 4 =IN0触点62、64、66使得所述电连接能够驱动热元件并且操作传感器。图9示出了在整个设备上形成钝化层和划伤保护层，例如，为了钝化和划伤保护形成0. 5微米厚的PECVD氮化物和0. 5微米厚的氧化层70。最接近流体通道的传感器部分在多晶硅层30上，使得可以沉积更多层以提供热导性并且改善粘附性，例如，图10示出了形成金属层(例如0.05-1微米厚的铝层75)以调节热导率，以及为了粘附形成绝缘层(例如0.5微米厚的氧化层80)。为了获得最佳响应时间和灵敏度，可以通过改变附加(未形成图案的)金属化层的厚度来调节堆的平均热导性。图11示出了到耐化学品的光滑和平坦的表面层的结合过程。例如，施加胶水100， 随后施加绝缘衬底90。绝缘衬底90可以由玻璃制造，玻璃具有大约IW/(mK)的热导率。当由玻璃制造时，通常，绝缘层将具有大约400微米的厚度。这可以通过将半导体晶片自上而下放置在绝缘衬底90上来实现。随后，可选地，例如，通过(DISC0-)磨削到50-100微米厚度，随后进行可选的抛光步骤以确保如图12中所示的光滑传感器表面，来使绝缘衬底90变薄。备选地，绝缘衬底90由聚酰亚胺制造，聚酰亚胺具有大约0. 15ff/(mK)的热导率以及大致10微米的厚度。结果，减少了传感器所位于的区域中的热分流。这有利地增大了传感器的灵敏度。此外，更小的厚度对传感器的响应时间有积极影响。除此之外，很容易将聚酰亚胺施加在半导体晶片上，诸如通过旋涂方法，旋涂方法有利地避免了对绝缘衬底90进行粘合的需求。图13示出了形成诸如抗蚀层的背面掩模120，以便诸如使用第五掩模MASK 5 CAV进行诸如深RIE蚀刻的各向异性蚀刻。图14示出了在半导体衬底中形成孔130，以便通过局部移除诸如硅的半导体材料打开结合盘。这可以包括各向异性蚀刻，诸如深RIE蚀刻(Bosch工艺)，在例如氧化物10 的绝缘层和例如金属(例如，铝结合盘)的传导层60上停止。注意到，铝结合盘直接位于硅衬底上，使得移除衬底打开了结合盘。可选地，可以移除在感测区域下面的硅，以便增大传感器灵敏度。剩余的硅提供机械强度和作为热沉的功能。现在，可以接触传感器，例如， 使用弓I线结合(Wirebonding)0图15示出了移除诸如抗蚀层120的背面掩模。图16示出了切割并且将结合引线 160提供给诸如PCB或者弹性金属箔的外部电路的最后步骤。热式流传感器的第二实施例包括制造诸如硅的电隔离的半导体‘支柱’，以便移动传感器到堆的背板的电连接。初始材料是诸如半导体晶片，例如，在顶部具有绝缘层(例如在顶部具有热氧化层)的高掺杂低电阻衬底。使用标准沉积和光刻技术对加热元件和/或温度感测元件进行处理，并且所示加热元件和/或温度感测元件如在关于热式流传感器的第一实施例所描述的图5至10中所示，即由多晶硅层30所示。为了获得最佳响应时间和灵敏度，可以通过调整如图10中所示的附加金属化层的厚度调节堆的平均热导性。例如，通过如图11中所示的、自上而下粘合到玻璃衬底来结合晶片，并且可选地， 通过(DISC0-)将玻璃衬底磨到50-100微米厚度，继之以抛光步骤以确保如图12中所示的光滑传感器表面，来使玻璃衬底变薄。代替参考热式流传感器的第一实施例的图13至16所描述的方法步骤，热式流传感器的第二实施例具有在图17至22中所示的步骤。图17示出了在晶片背面上的诸如0. 5微米厚铝层180的金属层的沉积(例如通过溅射)。图18示出了用于诸如深RIE蚀刻的各向异性蚀刻的背面掩模MASK 5 :CAV。该掩模可以是抗蚀层190。该掩模用于使诸如铝层180的金属层形成图案，以定义如图19中所示的结合盘200。图20示出了在氧化层10 (以及任何铝层60)上停止的诸如深RIE蚀刻(Bosch工艺)的各向异性蚀刻。这使得能够移除在感测区域下面的硅220以增加传感器灵敏度，并且移除结合盘周围的硅以形成电隔离的硅‘支柱’对0，该硅‘支柱’ 240提供在传感器和结合盘之间的电连接。剩余的硅提供机械强度和用作传感器热沉的功能。现在，可以使用诸如引线结合来接触传感器。图21示出了移除抗蚀层。图22描绘了在堆的背面提供电阻材料的涂层250。在这里，给支柱240之间的沟填充以涂层250。同时，给剩余的硅衬底提供电阻材料的涂层250。涂层250优选包括聚对二甲苯。涂层250具有使得完全填充支柱之间的沟的厚度，即涂层250具有大致等于支柱 240之间沟的一半宽度的厚度。图23显示了通过给涂层250施加氧等离子体直到从氧化层10和支柱顶部表面移除所有涂层250为止的方式，来移除涂层250。将仅移除沉积在支柱240之间的沟中的涂层 250的一小部分，该部分将具有大致等于涂层250初始厚度的厚度。图M示出了晶片尺度(wafer-scale)加工以形成柱形凸块270。这之后可以继之以晶片切块，以便提供各个集成电路。热式流传感器的第三实施例包括使用如上所述的相同步骤制造实施例1和2的传感器，但是初始材料是SOI (绝缘体上硅)晶片，其在绝缘层之上具有单晶上层。在热式流传感器的该实施例中，可以在SOI的单晶硅层中加工诸如A/D转换器等的驱动电子器件。同时，可以在单晶硅中而不是使用单独的多晶硅层30加工温度感测元件。在热式流传感器的第四实施例中，呈现了安装如热式流传感器的任何实施例中所述的传感器堆的方法。作为示例，如图25和沈中所示，将如在热式流传感器的第二实施例中的传感器设备直接安装在PCB上。将柱形凸块施加在结合盘上，以便提供到PCB 290的良好电连接。另外，将柱形凸块施加在硅热沉下面，以便提供到PCB的良好热连接。将导电粘合剂280施加在PCB上。应该选择粘合剂以减小硅和PCB的热膨胀系数的不匹配。优选使用在室温下固化的导电性环氧树脂，以防止由于硅和PCB的热膨胀系数不匹配在传感器中引入应力。为了避免水(水蒸汽)和灰尘渗透到传感器和PCB之间的间隙中，施加粘附剂330来密封传感器。热沉300可以安装在PCB的背面，并且可以通过导热通孔310与硅热沉连接，导热通孔310穿过PCB。示出了用于将传感器的结合盘耦合到PCB上其它部件的电连接320。这些连接可以包括常规通孔和印刷铜线。图27示出了在以流动通道壁340中预制窗口形式的凹陷中具有根据热式流传感器的任何实施例的流传感器的组件的安装。从这个角度来看，流动通道在传感器上方。图 28示出了在以流动通道壁的局部变薄部分350形式的备选类型凹陷之后的流传感器的安装。该变薄部分可以提供屏障，以减小流体渗漏或者污染的风险，并且避免在传感器集成电路的边缘周围提供良好密封的需求。
传感器、组件和制造方法不限于在跌倒检测器中应用。例如，它们可以应用在喷雾器系统或者其它需要无菌的医疗应用中，例如在IV输注给药中。同时，它们可以应用在除了医疗领域之外的应用中，例如，在具有侵蚀性流体的环境中使用。在热式流传感器的实施例中，传感器位于硅衬底顶部上或者上层中。常规上，传感器区域和连接到传感器的结合盘(例如，驱动电子器件)都位于硅堆正面。在这种常规设备中，传感器区域和结合盘位于同一个平面中，使得当把热式流传感器嵌入管道的壁中时， 必须在传感器和流经管道的流体之间应用厚层，以便提供空间并且保护和引导到PCB或者引线框架的连接线。所描述的热式流传感器的实施例可以解决这一问题，该问题可能在灵敏度和响应时间方面影响传感器性能。通过上述实施例减少包括在热式传感器的温度感测元件与流经流体通道的流体之间的距离可以改善传感器的响应时间和灵敏度。因此，总而言之，该方面为并入了这种传感器或者传感器集成电路的系统提供了用于感测流速的备选的传感器和传感器集成电路，并且提供了制造和操作这种传感器或者传感器集成电路以及这种系统的方法。根据第一方面，提供了一种热式流传感器设备。该设备包括热式流传感器集成电路或者集成电路(IC)热式流传感器，其包括用于基于温度测量来感测流体通道中的流动的集成电路，该集成电路具有电驱动热元件，例如，在集成电路正面上以面向流体通道的温度感测元件、以及电耦合到诸如温度感测元件的电驱动热元件的结合盘，用于离开集成电路进行电接触，将结合盘布置为背向正面，以便可以从集成电路背面达到与结合盘的接触。通过使得可以从集成电路背面与结合盘接触，并且使得结合盘背向流体通道，对结合盘和任何到它的连接所需的空间不需要延伸到诸如温度感测元件的电驱动热元件之外并且不需要阻碍流体通道。因此，诸如温度感测元件的电驱动热元件可以位于更接近流体通道或者在流体通道中，使得能够进行更好的测量。在许多应用中需要精确的流速感测。一个这种应用是跌倒检测，并且另一个是静脉内给药的监测和控制。另一个这种应用是喷雾器系统。使用喷雾器系统以气雾剂形式给具有呼吸疾病的患者输送药物。为了使得能够进行精确的药品或者气雾剂输送，基于流传感器数据确定用于药品或者气雾剂释放的准确时间周期。这种流传感器应该快速并且灵敏地分辨出诸如在吸入到呼出转折点周围以及呼出到吸入转折点周围的速度波动。诸如喷雾器的医疗设备可能需要在高压灭菌器中或者使用机械或者化学方法灭菌。对经过流体通道壁的流动进行测量的能力使得可能将流传感器和电子器件安装在设备的密封部分中，与无菌环境分离。然而，为了传感器在灵敏度和响应时间方面良好的性能， 应该将传感器安装在接近流体处。使用IC加工技术在硅衬底顶部或者上层中制造热式流传感器集成电路。因此，传感器区域和与传感器接触的结合盘位于硅堆正面。由于传感器区域和结合盘位于同一个平面中，所以必须在传感器和流体之间应用厚层，以便保护并且引导到PCB或者引线框架的连接线。传感器在灵敏度和响应时间方面的性能随着流和流体之间的距离而降低。为了电驱动热元件和结合盘之间的电连接，可以在热式流传感器设备的正面提供导电层，并且结合盘包括导电层的背面。这样的优点是提供了关于热式流传感器设备的热导率的额外自由度、同时提供在背面上的接触。例如，可以使用导电层的厚度或者包括在导电层中的材料作为设计变量。
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热式流传感器设备可以包括用于使其与通道中的流体电绝缘的绝缘层。优选地， 该绝缘层包括聚酰亚胺。聚酰亚胺具有大约0. 15W/(mK)的热导率，并且允许配置大致10 微米的厚度。结果，减少了热分流。这有利地增加了热式流传感器设备的灵敏度。此外，更小的厚度对与热式流传感器设备相关的响应时间有积极影响。除此之外，通过旋涂方法很容易施加聚酰亚胺，该方法有利地避免了对粘合的需求。该设备可以包括诸如半导体衬底的衬底。可以使该衬底形成图案以提供孔，从而暴露结合盘，使得能够通过该孔与结合盘接触。这允许与结合盘接通，同时为了机械强度和稳定性保持一定的衬底厚度。还可以使衬底形成图案以构成一个或多个支柱，并且可以使结合盘位于衬底背面、支柱中的一个上。为了增加支柱的机械支撑，可以给支柱提供电阻材料的涂层。结果，可以减小支柱的横截面大小，同时物化出充分的机械强度。支柱横截面大小的减小使IC的大小减小，并且因此有利地减小了 ID的成本。电阻材料优选包括聚对二甲苯，因为聚对二甲苯具有非常好的阶式覆盖属性。由于所述极好的阶式覆盖属性，所以聚对二甲苯将以与衬底的水平表面几乎相同的比率覆盖支柱的侧壁。合适的聚对二甲苯的例子是聚苯二甲基 (poly-xylylene)。电驱动热元件可以包括在热式流传感器的正面以面向通道的加热元件或者温度传感器元件。位于正面使得温度传感器更灵敏。可以将该设备作为集成电路而形成。这样制成了可以容易地包括在其它装备内的紧凑设备。IC可以是绝缘体上硅集成电路。多个方面还提供了包括印刷电路板和安装在印刷电路板上的上述热式流传感器设备的组件，该热式流传感器设备具有连接到印刷电路板上对应触点的结合盘。多个方面还提供了具有通道的系统，通道具有壁，壁具有凹陷，并且在凹陷中安装热式流传感器设备或者上述组件，其中，电驱动热元件面向通道。多个方面还提供了用于基于温度测量对通道中的流动进行感测的热式流传感器设备的制造方法，该方法具有如下步骤在热式流传感器设备的正面形成电驱动热元件，其被布置为面向通道，并且形成电耦合到该电驱动热元件的结合盘，用于离开热式流传感器设备进行电接触，将结合盘布置为背向正面，以便可以从热式流传感器设备的背面达到与结合盘的接触。这些方法步骤与标准CMOS加工流程兼容，使得能够进行经济的制造。可以为电驱动热元件和结合盘之间的电连接提供导电层，其中，结合盘包括金属层的背面。当该层在设备的正面上时，它可以有助于改善沿着平行于流体通道主方向的方向的热响应时间。所述热式流传感器设备可以具有诸如半导体衬底的衬底，并且所述方法可以具有使衬底形成图案以提供孔从而暴露结合盘的步骤，提供该孔以便使得能够通过该孔与结合盘接触。所述方法还可以具有使衬底形成图案以形成支柱的步骤，形成结合盘的步骤包括在支柱上形成结合盘。所述方法可以包括将热式流传感器设备组装在印刷电路板上、并且将结合盘耦合到印刷电路板上对应触点的步骤。
可以有利地将所述热式流传感器设备安装在用于流体流动的通道壁中的凹陷内。其它多个方面包括传感器和具有这种集成电路的传感器系统、以及制造这种集成电路或者这种系统的方法、以及操作这种传感器和具有这种集成电路的传感器系统的方法。多个方面还提供了制造用于基于温度测量来感测流体通道中的流动的诸如热式流传感器集成电路的热式流传感器设备的方法，所述方法包括如下步骤在集成电路的正面上形成诸如温度感测元件的电驱动热元件，其布置为面向流体通道；并且形成电耦合到该电驱动热元件或者温度感测元件的结合盘，用于离开集成电路进行电接触，将结合盘布置为背向流体通道。所述方法可以包括以下步骤在金属层的背面上形成结合盘，或者使衬底形成图案以形成孔，以及在该孔中形成结合盘，或者使衬底形成图案以形成支柱，以及在该支柱上形成结合盘。虽然已经在附图和前述说明中对本发明进行了详细说明和描述，但是将这些说明和描述将被视为说明性或者示例性而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域的技术人员在实施所要求的发明中可以通过对附图、公开和所附权利要求的研究而理解和实现对所公开实施例的改变。在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或者步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。单独一个处理器或者其它单元可以执行在权利要求中叙述的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中所叙述的某些措施的仅有事实不表明不可以使用这些措施的组合进行改进。可以将计算机程序存储/分布在诸如与其它硬件一起提供或者作为其它硬件一部分提供的光存储介质或者固态介质的合适介质上，但是也可以以其它方式分布，例如，经因特网或者其它有线或无线通信系统。不应该将权利要求中的任何参考标记解释对范围的限制。
权利要求
1.一种用于对用户或者对象的跌倒进行检测的跌倒检测器(1)，其中，所述跌倒检测器(1)附到所述用户或者对象，其特征在于所述跌倒检测器(1)包括用于提供指示所述跌倒检测器(1)的垂直速度和/或高度变化的测量结果的空气流传感器(3)。
2.如权利要求1所述的跌倒检测器(1)，还包括用于测量所述跌倒检测器(1)的加速度的加速度计O)。
3.如权利要求2所述的跌倒检测器(1)，还包括用于对来自所述空气流传感器(3)和所述加速度计O)的测量结果进行处理以便确定是否发生跌倒的处理器G)。
4.如权利要求3所述的跌倒检测器(1)，其中，所述处理器(4)被配置为根据来自所述加速度计O)的所述测量结果对所述跌倒检测器(1)的取向进行估计，并且使用所估计的取向根据来自所述空气流传感器C3)的所述测量结果生成所述跌倒检测器(1)的垂直速度分布图。
5.如前述权利要求中的任一项所述的跌倒检测器(1)，其中，所述空气流传感器(3)是热式空气流传感器。
6.如权利要求5所述的跌倒检测器(1)，其中，所述热式空气流传感器(3)基于温度测量结果来感测通道中的流动。
7.如权利要求6所述的跌倒检测器(1)，其中，所述热式空气流传感器(3)包括-在所述热式空气流传感器(3)的正面上、被布置为面向所述通道的电驱动热元件(6)；以及-电耦合到所述电驱动热元件(6)的结合盘，用于离开所述热式空气流传感器(3)进行电接触，所述结合盘被布置为背向所述正面，以便能够从所述热式空气流传感器(3)的背面达到与所述结合盘的接触。
8.如权利要求7所述的跌倒检测器(1)，其中，所述热式空气流传感器C3)还包括在所述热式空气流传感器(3)的所述正面上的导电层，所述导电层用于所述电驱动热元件(6) 和所述结合盘之间的电连接，并且所述结合盘包括所述导电层的背面。
9.如权利要求7或8所述的跌倒检测器(1)，其中，所述热式空气流传感器(3)还包括用于使所述热式空气流传感器(3)与所述通道中的流体(8)电绝缘的绝缘层。
10.如权利要求7、8或9中的任一项所述的跌倒检测器(1)，其中，所述热式空气流传感器C3)还包括衬底，使所述衬底形成图案以提供孔，从而暴露所述结合盘，使得能够通过所述孔与所述结合盘接触。
11.如权利要求7至10中的任一项所述的跌倒检测器(1)，其中，所述电驱动热元件 (6)包括在所述热式空气流传感器(3)的正面上以面向所述通道的加热元件(6)或者温度传感器元件(7)。
12.—种在对用户或者对象的跌倒进行检测的跌倒检测器中的方法，其中，所述跌倒检测器附到所述用户或者对象，所述方法包括-使用空气流传感器提供指示所述跌倒检测器的垂直速度和/或高度变化的测量结果 (1003、1007、1009)。
13.如权利要求12所述的方法，还包括测量所述跌倒检测器的加速度的步骤(1001)。
14.如权利要求13所述的方法，还包括对来自所述空气传感器的测量结果和所述加速度的测量结果进行处理，以便确定是否发生跌倒的步骤(1011)。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述处理的步骤包括 -根据所述加速度的所述测量结果估计所述跌倒检测器的取向(100 ；以及 -使用所估计的取向根据所述空气流传感器的所述测量结果生成所述跌倒检测器的垂直速度分布图(1007)。
全文摘要
提供了一种用于对用户或者对象的跌倒进行检测的跌倒检测器，所述跌倒检测器附到所述用户或者对象，其特征在于所述跌倒检测器包括用于提供指示所述跌倒检测器的垂直速度和/或高度变化的测量结果的空气流传感器。
文档编号G01F1/692GK102469956SQ200980160619
公开日2012年5月23日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年7月22日
发明者A·T·J·M·席佩尔, H·巴尔杜斯, J·R·哈尔曾, N·J·A·范费恩, P·德格拉夫, R·德克尔, S·施伦博姆 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司