CN111432554A - 微系统架构 - Google Patents

微系统架构 Download PDF

Info

Publication number
CN111432554A
CN111432554A CN202010174372.1A CN202010174372A CN111432554A CN 111432554 A CN111432554 A CN 111432554A CN 202010174372 A CN202010174372 A CN 202010174372A CN 111432554 A CN111432554 A CN 111432554A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
universal
analog
micro
interface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010174372.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111432554B (zh
Inventor
尤政
鲁文帅
尤睿
阮勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202010174372.1A priority Critical patent/CN111432554B/zh
Publication of CN111432554A publication Critical patent/CN111432554A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111432554B publication Critical patent/CN111432554B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
    • H05K1/185—Components encapsulated in the insulating substrate of the printed circuit or incorporated in internal layers of a multilayer circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L25/0655—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/11—Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/111—Pads for surface mounting, e.g. lay-out
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/09372—Pads and lands

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

本申请涉及一种微系统架构，通过在基板上设置接口电极和微型器件通用电路，采用预成型封装体对微型器件通用电路进行封装，并暴露出位于开放腔室内的接口电极，可以为各种微型器件提供二次集成所需的开放式通用接口以及封闭式通用电路。其中，设置于开放腔室内的接口电极形成开放式通用接口，可以在实现多种待集成微型器件的二次集成。封装于预成型封装体内的微型器件通用电路形成封闭式通用电路，可以保证微系统架构具有较高的集成度，从而形成功能完整、体积微小且面向应用的微系统，满足各种智能感知、移动感知以及分布感知场景的应用需求。

Description

微系统架构
技术领域
本申请涉及微系统技术领域，特别是涉及一种微系统架构。
背景技术
随着人类社会全面进入信息化时代，生产生活中需要对越来越多的场景和对象进行实时监测，如汽车轮胎、水电气热、气体组分以及物流货物等。由于上述监测需求具有信息密度低、分布范围广、维护管理难以及附加价值低等特点，故其对传感系统的体积、功耗、成本、信息融合度以及智能化程度提出了更高的要求，传统的传感系统难以胜任。
微传感器的出现使得微型化、轻量级、低成本、智能化的感知微系统成为可能，而微系统集成技术是微传感器从原始晶圆走向终端应用的关键。在传统方案中，通常采用系统级封装工艺将应用场景所需的微传感器晶圆、配套的专用功能电路晶圆以及封闭式封装进行一次性成型，从而形成面向场景的专用微系统，下游的终端设备制造商仅需要增添少量外围辅助器件即可得到面向专用场景的终端产品。因此，通过上述过程制造的面向场景的专用微系统存在应用范围较窄，且无法进行重复使用等缺陷。
发明内容
基于此，有必要针对传统方案中微系统存在应用范围较窄且无法进行重复使用的问题，提供一种微系统架构。
本申请提供一种微系统架构，包括：
基板；
多个接口电极，设置于所述基板，用于兼容多种微型器件的封装引脚；
微型器件通用电路，设置于所述基板，且与所述接口电极同侧设置，与所述接口电极通过所述基板内预埋信号线电气互连；以及
预成型封装体，覆盖所述基板面向所述微型器件通用电路的一侧，用于对所述微型器件通用电路进行封装，其中所述预成型封装体开设有至少一个开放腔室，所述开放腔室用于暴露出所述接口电极。
在其中一个实施例中，所述微系统架构还包括：
盖板，覆盖所述开放腔室，用于对所述开放腔室内待集成于所述接口电极的多种所述微型器件进行封装。
在其中一个实施例中，所述盖板覆盖整个所述预成型封装体远离所述基板的一侧。
在其中一个实施例中，所述微型器件通用电路包括：
通用模拟调理电路，其输入端与所述接口电极电连接，用于对所述接口电极输出的模拟信号进行放大或滤波处理；以及
通用数字处理电路，其输入端与所述通用模拟调理电路的输出端以及所述接口电极电连接，用于接收所述模拟信号并对所述模拟信号进行模数转化处理，读取所述接口电极输出的数字信号，生成控制信号并发送至所述接口电极。
在其中一个实施例中，所述微型器件通用电路还包括：
通用无线通信电路，与所述通用数字处理电路电连接，用于对外进行数据收发。
在其中一个实施例中，所述微型器件通用电路还包括：
通用电源管理电路，其输出端与所述通用模拟调理电路、所述通用数字处理电路和所述通用无线通信电路分别电连接，用于为所述通用模拟调理电路、所述通用数字处理电路和所述通用无线通信电路供电。
在其中一个实施例中，所述微系统架构还包括：
外部电气接口，设置于所述基板背向所述微型器件通用电路的一侧，与所述微型器件通用电路通过所述基板内预埋信号线电气互连，用于与外部进行有线信号交互。
在其中一个实施例中，所述微系统架构还包括：
至少一个外部调整电路，通过所述外部电气接口与所述通用模拟调理电路电连接，每个所述外部调整电路用于调整所述通用模拟调理电路的放大倍数或滤波模式。
在其中一个实施例中，所述微系统架构还包括：
至少一个外部调整电路，通过所述外部电气接口与所述通用电源管理电路电连接，每个所述外部调整电路用于调整所述通用电源管理电路的供电电压或供电模式。
在其中一个实施例中，所述外部调整电路包括外置电阻。
在其中一个实施例中，所述通用数字处理电路包括：
数模转换模块，与所述通用模拟调理电路的输出端电连接，用于接收所述模拟信号并对所述模拟信号进行模数转化处理；
主控模块，与所述数模转换模块电连接，用于接收完成模数转化处理后的所述模拟信号并对所述模拟信号进行预设分析或预设运算处理，生成集成的所述微型器件所需的控制信号；以及
数字输入输出模块，与所述主控模块和所述接口电极分别电连接，用于读取所述接口电极输出的数字信号，接收所述控制信号并发送至所述接口电极。
在其中一个实施例中，多个所述接口电极呈阵列式分布。
本申请提供的微系统架构通过在基板上设置接口电极和微型器件通用电路，采用预成型封装体对微型器件通用电路进行封装，并暴露出位于开放腔室内的接口电极，可以为各种微型器件提供二次集成所需的开放式通用接口以及封闭式通用电路。其中，设置于开放腔室内的接口电极形成开放式通用接口，可以在对多种待集成微型器件进行二次集成，封装于预成型封装体内的微型器件通用电路形成封闭式通用电路，可以保证微系统架构仍具有较高的集成度，从而形成功能完整、体积微小且面向应用的微系统，满足各种智能感知、移动感知以及分布感知场景的应用需求。此外，本申请提供的微系统架构还可以降低感知微系统的开发难度，满足微型器件集成的灵活性需求，推动微型器件的快速及广泛应用。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种微系统架构结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种微系统架构连接关系示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种微系统架构连接关系示意图。
附图标号说明
100 微系统架构
10 基板
20 接口电极
30 微型器件通用电路
310 通用模拟调理电路
320 通用数字处理电路
321 数模转换模块
322 主控模块
323 数字输入输出模块
330 通用无线通信电路
340 通用电源管理电路
40 预成型封装体
410 开放腔室
50 盖板
60 外部电气接口
70 外部调整电路
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在传统方案中，通常采用系统级封装工艺将微传感器集成于微系统，即将应用场景所需的微传感器晶圆和配套的专用功能电路晶圆，连同封闭式封装进行一次性成型，从而形成面向场景的专用微系统。下游设备商作为微系统的使用者，无法对面向场景的专用微系统及其内部的微传感器进行更改，仅可以通过增添少量外围辅助器件形成面向专用场景的终端产品。例如，在胎压监测行业，恩智浦公司的FXTH87、英飞凌公司的SP37等微系统芯片是将压力传感器、加速度传感器、环境温度传感器、电压传感器以及专用配套电路一次性封装在封闭式封装体中形成专用微系统芯片。下游的汽车电子终端设备商不再更改微系统芯片内的微传感器，而是直接将已封装好的专用微系统芯片集成于专用无线传感器系统中，完成胎压监测专用微系统。
可以理解，现有微系统架构仅针对特定场景，无法对内部封装的微传感器进行二次选型和集成，应用范围较窄。而当传感器应用场景发生变化时，只能重新设计订制整套微系统，导致研发成本升高、加工周期延长以及投资风险升高等缺陷。同时，部分既有体量较小的应用场景通常难以采用现有微系统，而体量大的市场又存在惯性投资或恶性竞争。因此，上述微系统虽然可以针对特定场景进行大量应用，但其在开放性、通用性、灵活性和重用率等方面还存在明显的技术缺陷，限制了新型微传感器的快速实验、规模部署以及量产推广。
传统微电子器件针对标准化的电信号，具有较强的共性。而微传感器面对自然界实体对象，种类众多且参数多样，故面向各应用行业时标准不统一。因此，考虑到微传感器并不宜被预先固化在封闭式微系统中，本申请提供一种微系统架构，其可以将微系统对外开放，将微传感器二次集成的机会留给靠近用户的应用开发商，以提高微系统利用效率以及应用灵活性。
请参见图1，本申请提供一种微系统架构100，微系统架构100包括基板10、多个接口电极20、微型器件通用电路30和预成型封装体40。接口电极20设置于基板10，用于兼容多种微型器件的封装引脚。微型器件通用电路30设置于基板10，且与接口电极20同侧设置，与接口电极20通过基板10内预埋信号线电气互连。预成型封装体40覆盖基板10面向微型器件通用电路30的一侧，并包覆微型器件通用电路30，用于对微型器件通用电路30进行封装，其中预成型封装体40开设有至少一个开放腔室410，开放腔室410用于暴露出接口电极20。
在本实施例中，基板10是微系统架构100实现内部电气信号互连和内部组件机械固定的载体，微系统架构100内的所有组件均可以由基板10承载，并通过基板10内的信号线(金属走线)实现电气互连。因此，基板10的设置可以减少微系统架构100内部的连线，进一步缩小微系统架构100的体积，便于对待集成的微型器件进行二次集成。需要说明的是，微型器件可以为微传感器、微执行器或者其他ASIC芯片。
接口电极20为微型器件通用接口，可以设置于开放腔室410内部的下方，即位于开放腔室410底部的基板10上。接口电极20可以包括一组或多组金属电极，用于将开放腔室410中二次集成的微型器件连接至基板10，并通过基板10与微系统架构100中的通用电路电气互连。在其中一个实施例中，多个接口电极20呈阵列式分布，其可以兼容阻性、容性，单端、差分，半桥、全桥，模拟、数字、开关量等多种信号类型和形式，还可以兼容各尺寸裸芯晶圆引线键合、SOT封装焊接、DFN封装焊接、LGA封装焊接或其他主流IC封装焊接，并可在内部采用自定义转接板的方式实现对更多封装引脚的兼容性。接口电极20的设置可以满足微型器件二次集成需求，从而提高微系统架构100的通用性和应用灵活性，扩大微系统架构100应用范围。
不同于接口电极20，微型器件通用电路30为微系统架构100的通用部分，无需在空间上对外开放，可以通过预成型封装体40进行封装。微型器件通用电路30通过基板10内预埋的信号线与接口电极20电气互连，从而为二次集成时接入微型器件的微系统架构100提供所需的信号处理、网络适配、电源管理等智能算法，完成微系统架构100所需的分析、运算、控制、通信任务。
可以理解，本申请对预成型封装体40的具体材料和形状不作限定，只要其满足应用场景需求即可。在本实施例中，预成型封装体40可以对微型器件通用电路30进行封装，且预成型封装体40开设有至少一个开放腔室410。可以理解，开放腔室410由预成型封装体40上开设的通孔形成，由于预成型封装体40覆盖基板10，故基板10可以封闭通孔的一端，从而形成开放腔室410。开放腔室410可以容置所需的一个或多个微型器件，当然也可以容置微执行器或专用ASIC芯片等其他所需器件。在其中一个实施例中，开放腔室410可以与待集成的微型器件一一对应，即一个开放腔室410内集成一个微型器件。在另一个实施例中，一个开放腔室410也可以对应多个待集成的微型器件。需要说明的是，二次集成的微型器件可以为裸芯晶圆微型器件和/或已封装的微型器件。因此，相比于传统方案中在集成场景专用微型器件后整体形成封闭式封装体，本申请提供的预成型封装体40可以为待集成微型器件提供开放腔室410，在微系统架构100出厂后，仍可针对应用需求将所需的微型器件、微执行器或其他微型器件在微系统中进行二次集成。其中，开放腔室410可以为半开放式或者全开放式，可以根据实际场景需要进行选择。
可以理解，本申请通过采用预成型封装体40对微型器件通用电路30进行封装，可以将开放腔室410和微型器件通用电路30高度集成于单封装内，结合开放腔室410和接口电极20对各类微型器件进行二次集成。因此，本申请提供的微系统架构100可以在实现通用性和开放性的同时，进一步确保微系统架构100的高集成度，整体尺寸可达到毫米量级，可以达到传统的一次性专用微系统尺寸量级，有利于下游厂商对微系统架构100进行灵活应用或二次开发。
本申请提供的微系统架构100通过在基板10上设置接口电极20和微型器件通用电路30，采用预成型封装体40对微型器件通用电路30进行封装，并暴露出位于开放腔室410内的接口电极20，可以为各种微型器件提供二次集成所需的开放式通用接口以及封闭式通用电路。其中，设置于开放腔室410内的接口电极20形成开放式通用接口，可以在实现多种待集成微型器件的二次集成。封装于预成型封装体410内的微型器件通用电路30为封闭式通用电路，可以保证微系统架构100具有较高的集成度。因此，开放腔室410内的接口电极20以及预成型封装体410两者结合可以在实现多种待集成微型器件的二次集成的同时，保证微系统架构100的高集成度，从而形成功能完整、体积微小且面向应用的微系统，可以满足各种智能感知、移动感知以及分布感知场景的应用需求。此外，本申请提供的微系统架构100还可以降低感知微系统的开发难度，满足微型器件集成的灵活性需求，推动微型器件的快速及广泛应用。
在其中一个实施例中，微系统架构100还包括盖板50。盖板50覆盖开放腔室410，用于对开放腔室410内待集成于接口电极20的多种微型器件进行封装。在其中一个实施例中，盖板50覆盖整个预成型封装体40远离所述基板10的一侧。在本实施例中，盖板50可以为覆盖并保护开放腔室410的平板。可以理解，盖板50可以只覆盖开放腔室410，也可以根据实际需要覆盖整个预成型封装体40，以实现对整个微系统架构100的保护，延长微系统架构100的使用寿命。在其中一个实施例中，盖板50可以根据待集成的微传感器或其他微型器件的需要，开设有一个或多个通孔或窗口。当然，盖板50也可以为完全闭合的平板，以实现对待集成的位传感器或其他微型器件的密封。因此，盖板50可以与开放腔室410配合共同实现对微传感器或其他微型器件的二次集成和封装。
请一并参见图2，在其中一个实施例中，微型器件通用电路30包括通用模拟调理电路310和通用数字处理电路320。通用模拟调理电路310，其输入端与接口电极20电连接，用于对接口电极20输出的模拟信号进行放大或滤波处理。通用数字处理电路320，其输入端与通用模拟调理电路310的输出端以及所述接口电极20电连接，用于接收模拟信号并对模拟信号进行模数转化处理，读取接口电极20输出的数字信号，生成控制信号并发送至接口电极20。在本实施例中，通用模拟调理电路310可以与接口电极30电连接，设置于基板10上表面且预埋于预成型封装体40内部，其可以对开放腔室410内集成的微传感器或其他微型器件经由接口电极30输出的模拟信号进行必要的调理，具体包括但不限于直流/交流电桥检测、放大、偏置、滤波、差分转单端、阻抗匹配等功能。在其中一个实施例中，上述功能的具体参数可以通过软件控制进行改变，也可以通过外接电阻的阻值进行编程和调整，具备通用性，并非针对某一型号或某一类微传感器或其他微型器件。可以理解，通用模拟调理电路310和通用数字处理电路320的设置可以提高微系统架构100功能的完整性和通用程度。
在其中一个实施例中，微型器件通用电路30还包括通用无线通信电路330。通用无线通信电路330与通用数字处理电路320电连接，用于对外进行数据收发。在本实施例中，通用无线通信电路330可以为单频段或多频段的射频通信电路。通用无线通信电路330与通用数字处理电路320电连，可以为微系统架构100提供对外射频数据发送和接收的通道。此外，通用无线通信电路330可以运行在单工或半双工或双工模式，也可以运行在常用的无线通信频段或根据需要进行必要的频段切换。可以理解，通用无线通信电路330的设置可以保证微系统架构100与外界的数据交换，提高微系统架构100功能的完整性。
在其中一个实施例中，微型器件通用电路30还包括通用电源管理电路340。通用电源管理电路340的输出端与通用模拟调理电路310、通用数字处理电路320和通用无线通信电路330分别电连接，用于为通用模拟调理电路310、通用数字处理电路320和通用无线通信电路330供电。在本实施例中，通用电源管理电路340可以包括至少一个供电域的稳压源或恒流源电路，从而为微系统架构100内部的各个组成部分提供一种或多种驱动电压或电流。在其中一个实施例中，通用电源管理电路340的供电电压和供电模式可以通过软件控制或者外接于通用电源管理电路340的外置电阻进行编程调整。
可以理解，通用模拟调理电路310、通用数字处理电路320、通用无线通信电路330以及通用电源管理电路340均可以为微系统架构100的通用部分，可以预成型封装体40共同成型，不需要在空间上对外开放。而开放腔室410、接口电极20以及盖板50可以为微系统架构100的开放部分，可以用于根据应用场景需要灵活集成微传感器、微执行器或其他微型器件。
在其中一个实施例中，微系统架构100还包括外部电气接口60。外部电气接口60设置于基板10背向微型器件通用电路30的一侧，与微型器件通用电路30通过基板10内预埋信号线电气互连，用于与外部进行有线信号交互。在本实施例中，外部电气接口60为基板10与微系统架构100外部实现有线电气连接的接口，也是微系统架构100整体与外部进行有线信号交互的接口，可以扩大微系统架构100的应用范围。
在其中一个实施例中，微系统架构100还包括至少一个外部调整电路70。至少一个外部调整电路70通过外部电气接口60与通用模拟调理电路310电连接，每个外部调整电路70用于调整通用模拟调理电路310的放大倍数或滤波模式。在本实施例中，外部调整电路70可以包括外置电阻。通过外置电路可以对通用模拟调整电路310的放大倍数或滤波模式进行编程或选择，提高了微系统架构100的通用性和灵活性。
在其中一个实施例中，微系统架构100还包括至少一个外部调整电路70。外部调整电路70通过外部电气接口60与通用电源管理电路340电连接，每个外部调整电路70用于调整通用电源管理电路340的供电电压或供电模式。在本实施例中，外部调整电路70包括外置电阻。在本实施例中，通过外置电路可以对通用电源管理电路340的放大倍数或滤波模式进行编程或选择，提高了微系统架构100的通用性和灵活性。
请一并参见图3，在其中一个实施例中，通用数字处理电路320包括数模转换模块321、主控模块322和数字输入输出模块323。数模转换模块321与通用模拟调理电路310的输出端电连接，用于接收模拟信号并对模拟信号进行模数转化处理。主控模块322与数模转换模块321电连接，用于接收完成模数转化处理后的模拟信号并对模拟信号进行预设分析或预设运算处理，生成集成的微型器件所需的控制信号。数字输入输出模块323与主控模块322和接口电极20分别电连接，用于读取接口电极20输出的数字信号，接收控制信号并发送至接口电极20。在本实施例中，通用数字处理电路320可以通过编程进行控制，具体可以将通用模拟调理电路310输出的信号转换成数字信号，直接通过数字输入输出模块323接口读取接口电极30的数字输出信号，向接口电极30输出主控模块322生成的数字控制信号。此外，通用数字处理电路320可以与通用无线通信电路330、通用电源管理电路340、外部电气接口60进行信号交互和数据传输，运行微系统所需的信号处理、网络适配、电源管理等智能算法，完成微系统所需的分析、运算、控制、通信任务。
可以理解，为了保证微系统架构100功能的完整性，微系统架构100完整覆盖了传感器、执行器、模拟电路、模数转换、微处理器、数字输入输出、无线射频电路、电源电路、外部电气接口，确保了单封装的高集成度，使用户仅需选型和封入微传感器即可实现高集成度的各类场景应用。
在其中一个实施例中，微系统架构100可以为金属封装体的开放式通用微系统，可以应用于胎压监测。在本实施例中，开放腔室410可以为2个4mm×4mm×2mm的正方形腔室，每个开放腔室410内的接口电极30可以为由10个0.8mm×0.5mm表面镀金的铜焊盘组成的阵列，镀金厚度为2微米。通用模拟调理电路310可以由AD8235差分仪表放大器(放大倍数可以由外部电阻设置为30倍)实现，通用数字处理电路320和通用无线通信电路330可以由CC1310无线微控制器实现(在Sub-1GHz频段工作)，通用电源管理电路340可以由RT9078实现(可以由外部电阻设置为稳压3V)。基板10可以采用0.8mm厚度的四层FR4板材实现，预成型封装体40可以采用表面镀锌的低碳钢薄板经过精密机加工实现，外部电气接口60可以由分布在基板10四周的28个邮票孔组成，110盖板厚度为0.2mm且中心带有1个直径1mm通气圆孔的表面镀锌低碳钢薄板。在本实施例中，最终实现的单封装开放通用微系统芯片的尺寸为10mm×10mm×3mm。
在本实施例中，当下游公司使用上述开放通用微系统芯片进行面向轿车胎压监测场景的应用开发时，只需要在其中一个4mm×4mm×2mm开放腔室410中集成裸晶圆XGZP1006-701压力微传感器，用于测量0～700kPa的轿车轮胎内部气压，在另一个开放腔室410中集成ADXL372，用于测量±200g范围的轮胎加速度，整个过程无需考虑微系统设计加工和封装问题。而当需要测量更大范围的重载卡车轮胎内部气压时，只需将XGZP1006-701简单更换为XGZP1006-162，即可测量0～1600kPa范围气压，而无需重新设计一款重载卡车专用胎压监测微系统芯片。因此，本申请提供的微系统架构100具有开放性、通用性、灵活性、有效性和简易性。
在其中一个实施例中，微系统架构100可以为塑料封装体的开放式通用微系统，可以应用于电流监测方面的应用。在本实施例中，开放腔室410可以为1个9.8mm×4.9mm×1.5mm的矩形腔室，开放腔室410内的接口电极30可以为由27个0.8mm×0.5mm表面镀金的铜焊盘组成的阵列，镀金厚度为3微米。通用模拟调理电路310可以由AD8235差分仪表放大器(放大倍数由外部电阻设置为20倍)实现，通用数字处理电路320和通用无线通信电路330可以共同由CC1350双频段无线微控制器实现(在Sub-1GHz和2.4GHz两个频段切换)。通用电源管理电路340可以由RT9078实现(由外部电阻设置为稳压3V)。基板10采用0.5mm厚度的BT树脂材料实现。预成型封装体40可以采用BT环氧塑封材料。外部电气接口60可以由分布在基板10底面的39个LGA焊盘组成，盖板50可以采用厚度为0.3mm的环氧塑料平板。在本实施例中，实现的单封装开放通用微系统芯片的尺寸为12mm×12mm×2.3mm。
在本实施例中，当下游公司使用此开放通用微系统芯片进行室内漏电监测场景的应用开发时，只需在9.8mm×4.9mm×1.5mm的开放腔室410中集成2片TMR2003单轴磁强微传感器，2片TMR2003磁强微传感器可以共用一个开放腔室，按照敏感轴呈正交的角度放置，用于得到正交的磁场强度，以支撑正交电流值的计算，进而判断电缆的用电流和漏电流情况，即可以测量0～15A范围的家用电流，而无需考虑对微系统的加工和封装问题。而当需要测量更大范围的干线漏电流时，只需将2片TMR2003器件简单的更换为2片TMR2705器件，而无需重新设计一款干线专用漏电监测的微系统芯片。因此，本申请提供的微系统架构100具有开放性、通用性、灵活性、有效性和简易性。
在其中一个实施例中，塑料封装体的开放式通用微系统及其在气体监测方面的应用。开放腔室410、接口电极20、通用数字处理电路320、通用无线通信电路330、基板10、预成型封装体40以及外部电气接口60可以与上一个实施例完全相同。通用模拟调理电路310可以由TLV9064四通道紧凑运算放大器形成4路跟随器，通用电源管理电路340可以由TPS61099实现(由外部电阻设置为稳压5V)。盖板50可以采用厚度为0.3mm、带有8个直径为0.3mm通气孔的BT树脂盖板。在本实施例中，实现的单封装开放通用微系统芯片的尺寸为12mm×12mm×2.3mm。
当继续使用此开放通用微系统芯片进行室内气体监测场景的应用开发时，只需在9.8mm×4.9mm×1.5mm的开放腔室410中集成自研的裸晶圆MEMS甲醛、一氧化碳、氢气、酒精传感器各1片和1片已封装的HDC2010温湿度传感器，即可评估室内气体总体水平和环境温度、湿度，而无需考虑微系统的设计和加工。当关注对象改为大气监测场景时，只需简单的将开放腔室中的气体传感器更换为一氧化氮、硫化氢、一氧化碳、PM2.5微传感器，而无需重新设计一款大气监测专用的微系统芯片。因此，本申请提供的微系统架构100具有开放性、通用性、灵活性、有效性和简易性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种微系统架构，其特征在于，包括：
基板(10)；
多个接口电极(20)，设置于所述基板(10)，用于兼容多种微型器件的封装引脚；
微型器件通用电路(30)，设置于所述基板(10)，且与所述接口电极(20)同侧设置，与所述接口电极(20)通过所述基板(10)内预埋信号线电气互连；以及
预成型封装体(40)，覆盖所述基板(10)面向所述微型器件通用电路(30)的一侧，用于对所述微型器件通用电路(30)进行封装，其中所述预成型封装体(40)开设有至少一个开放腔室(410)，所述开放腔室(410)用于暴露出所述接口电极(20)。
2.根据权利要求1所述的微系统架构，其特征在于，还包括：
盖板(50)，覆盖所述开放腔室(410)，用于对所述开放腔室(410)内待集成于所述接口电极(20)的多种所述微型器件进行封装。
3.根据权利要求2所述的微系统架构，其特征在于，所述盖板(50)覆盖整个所述预成型封装体(40)远离所述基板(10)的一侧。
4.根据权利要求1所述的微系统架构，其特征在于，所述微型器件通用电路(30)包括：
通用模拟调理电路(310)，其输入端与所述接口电极(20)电连接，用于对所述接口电极(20)输出的模拟信号进行放大或滤波处理；以及
通用数字处理电路(320)，其输入端与所述通用模拟调理电路(310)的输出端以及所述接口电极(20)分别电连接，用于接收所述模拟信号并对所述模拟信号进行模数转化处理，读取所述接口电极(20)输出的数字信号，生成控制信号并发送至所述接口电极(20)。
5.根据权利要求4所述的微系统架构，其特征在于，所述微型器件通用电路(30)还包括：
通用无线通信电路(330)，与所述通用数字处理电路(320)电连接，用于对外进行数据收发。
6.根据权利要求5所述的微系统架构，其特征在于，所述微型器件通用电路(30)还包括：
通用电源管理电路(340)，其输出端与所述通用模拟调理电路(310)、所述通用数字处理电路(320)和所述通用无线通信电路(330)分别电连接，用于为所述通用模拟调理电路(310)、所述通用数字处理电路(320)和所述通用无线通信电路(330)供电。
7.根据权利要求6所述的微系统架构，其特征在于，还包括：
外部电气接口(60)，设置于所述基板(10)背向所述微型器件通用电路(30)的一侧，与所述微型器件通用电路(30)通过所述基板(10)内预埋信号线电气互连，用于与外部进行有线信号交互。
8.根据权利要求7所述的微系统架构，其特征在于，还包括：
至少一个外部调整电路(70)，通过所述外部电气接口(60)与所述通用模拟调理电路(310)电连接，每个所述外部调整电路(70)用于调整所述通用模拟调理电路(310)的放大倍数或滤波模式。
9.根据权利要求7所述的微系统架构，其特征在于，还包括：
至少一个外部调整电路(70)，通过所述外部电气接口(60)与所述通用电源管理电路(340)电连接，每个所述外部调整电路(70)用于调整所述通用电源管理电路(340)的供电电压或供电模式。
10.根据权利要求8或9所述的微系统架构，其特征在于，所述外部调整电路(70)包括外置电阻。
11.根据权利要求4所述的微系统架构，其特征在于，所述通用数字处理电路(320)包括：
数模转换模块(321)，与所述通用模拟调理电路(310)的输出端电连接，用于接收所述模拟信号并对所述模拟信号进行模数转化处理；
主控模块(322)，与所述数模转换模块(321)电连接，用于接收完成模数转化处理后的所述模拟信号并对所述模拟信号进行预设分析或预设运算处理，生成集成的所述微型器件所需的控制信号；以及
数字输入输出模块(323)，与所述主控模块(322)和所述接口电极(20)分别电连接，用于读取所述接口电极(20)输出的数字信号，接收所述控制信号并发送至所述接口电极(20)。
12.根据权利要求1所述的微系统架构，其特征在于，多个所述接口电极(20)呈阵列式分布。
CN202010174372.1A 2020-03-13 2020-03-13 微系统架构 Active CN111432554B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010174372.1A CN111432554B (zh) 2020-03-13 2020-03-13 微系统架构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010174372.1A CN111432554B (zh) 2020-03-13 2020-03-13 微系统架构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111432554A true CN111432554A (zh) 2020-07-17
CN111432554B CN111432554B (zh) 2021-08-10

Family

ID=71553764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010174372.1A Active CN111432554B (zh) 2020-03-13 2020-03-13 微系统架构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111432554B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000244077A (ja) * 1999-02-24 2000-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 樹脂成形基板と電子部品組み込み樹脂成形基板
GB0322466D0 (en) * 2003-04-02 2003-10-29 Carry Computer Eng Co Ltd Micro card and passive adapter suitable for micro card
CN1574301A (zh) * 2003-06-10 2005-02-02 三星电机株式会社 陶瓷封装及其制造方法
CN102107846A (zh) * 2009-12-28 2011-06-29 鑫创科技股份有限公司 密封微机电系统装置及其制造方法与封装结构
CN104332412A (zh) * 2013-07-22 2015-02-04 宏启胜精密电子(秦皇岛)有限公司 封装基板、封装结构以及封装基板的制作方法
CN104426500A (zh) * 2013-08-19 2015-03-18 日本特殊陶业株式会社 封装
CN109478544A (zh) * 2015-07-10 2019-03-15 创研腾科技有限公司 通用表面粘着半导体封装
CN110765729A (zh) * 2019-10-30 2020-02-07 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于soc集成化可扩展卫星通信业务系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000244077A (ja) * 1999-02-24 2000-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 樹脂成形基板と電子部品組み込み樹脂成形基板
GB0322466D0 (en) * 2003-04-02 2003-10-29 Carry Computer Eng Co Ltd Micro card and passive adapter suitable for micro card
CN1574301A (zh) * 2003-06-10 2005-02-02 三星电机株式会社 陶瓷封装及其制造方法
CN102107846A (zh) * 2009-12-28 2011-06-29 鑫创科技股份有限公司 密封微机电系统装置及其制造方法与封装结构
CN104332412A (zh) * 2013-07-22 2015-02-04 宏启胜精密电子(秦皇岛)有限公司 封装基板、封装结构以及封装基板的制作方法
CN104426500A (zh) * 2013-08-19 2015-03-18 日本特殊陶业株式会社 封装
CN109478544A (zh) * 2015-07-10 2019-03-15 创研腾科技有限公司 通用表面粘着半导体封装
CN110765729A (zh) * 2019-10-30 2020-02-07 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于soc集成化可扩展卫星通信业务系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111432554B (zh) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7775115B2 (en) Sensor component and method for producing a sensor component
US10709009B2 (en) Electrical circuit and method for producing an electrical circuit
CN102067051A (zh) 用于过程设备无线适配器的改善的形状因素和电磁干扰保护
CN110567632B (zh) 芯体复合式硅压阻压力传感器
CN104249990A (zh) 包含流体路径的mems器件及其制造工艺
CN105450251A (zh) 小型化双收双发通用终端系统级封装方法
CN112378553B (zh) 一种在线温控标定的硅压阻压力传感器及其温度标定方法
CN211205616U (zh) Mems压力传感器装置
CN214373107U (zh) 气压传感器及电子设备
CN105637899B (zh) 助听器
CN111432554B (zh) 微系统架构
TW201044280A (en) Chip card with a measuring circuit that has a sensor, and method of making the chip card
CN103376185A (zh) 微制造的热丝真空传感器
CN111157167A (zh) Mems压力传感器装置及封装方法
CN109748234B (zh) 压力测量模块及其封装方法
CN110346602A (zh) 一种加速度计、环境传感器的集成芯片及其制造方法
CN203837873U (zh) 一种绝压传感器批量调试装置
CN217442736U (zh) 一种压力传感器的封装结构
CN216645689U (zh) 一种数字信号气压传感装置
CN111422821A (zh) 微系统封装方法
CN219347895U (zh) 液位传感器
CN210833675U (zh) 一种多芯片集成封装结构
US11172313B2 (en) MEMS microphone and method for sensing temperature
US20240170409A1 (en) Semiconductor module, semiconductor chip, and method for manufacturing semiconductor module
CN105387900A (zh) 用于确定流体质量流的设备和方法和制造该设备的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant