DE112013000589B4

DE112013000589B4 - Gerät und System zum Bereitstellen von Messungen der Beschleunigung, Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers

Info

Publication number: DE112013000589B4
Application number: DE112013000589.1T
Authority: DE
Inventors: Kevin L. Lin; Feras Eid; Qing Ma
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: CN104641242B; US9250261B2; DE112013000589T5; GB2511704B; CN104641242A; GB201411223D0; JP2015511317A; US20140182377A1; KR20140110891A; GB2511704A; KR101572077B1; JP5917720B2; WO2014105147A1

Abstract

Gerät umfassend: einen mikroelektromechanischen Beschleunigungsmesser, umfassend:eine Masse;einen ersten Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes;einen ersten Trägerholmteil und einen zweiten Trägerholmteil, jeweils zum Leiten eines zeitlich variierenden Signals, welches das Magnetfeld entlang einer ersten Dimension quert, worin eine Resonanzfrequenz für das zeitlich variierende Signal auf dem Magnetfeld basiert, worin die Masse am ersten Trägerholmteil und am zweiten Trägerholmteil aufgehängt ist;einen ersten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einem ersten Anker flexibel gekoppelt ist; undeinen zweiten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einem zweiten Anker flexibel gekoppelt ist, worin der erste Anker und der zweite Anker ein erstes Signal mit dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil austauschen, wobei basierend auf dem ersten Signal und dem Magnetfeld der erste Drahtteil und der zweite Drahtteil eine Kraft entlang einer zweiten Dimension senkrecht zur ersten Dimension auf die Masse wirken lassen.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich generell auf messtechnische Instrumente und insbesondere auf Beschleunigungsmesser.
Hintergrund
Kürzlich erzielte Fortschritte im Feld der Technologie der mikroelektromechanischen Systeme (MEMS) ermöglichen die Integration von elektromechanischen Komponenten in Mikrogröße, wie Mikrosensoren und Mikrostellgliedern, in eine Vielzahl elektronischer Geräte.
Darüber hinaus setzen elektronische Handgeräte oft Beschleunigungsmesser ein, um Ausrichtungs- und Beschleunigungsdaten zu liefern. Diese elektronischen Handgeräte umfassen beispielsweise Mobiltelefone, Game-Controller, Handrechengeräte, Tablet-Computer, Mobilgeräte, digitale Kameras, Navigationssysteme u. ä., welche die Ausrichtungs- und/oder Beschleunigungsdaten zur Verbesserung der Interaktion mit dem Anwender verwenden, und um einer Vielzahl von Anwendungen, wie die Gesundheitsüberwachung und kontextbewusste Anwendungen, bereitzustellen.
Figurenliste
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden exemplarisch und in keiner Weise einschränkend in den Figuren der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, und in denen:

Nach einer Ausführungsform sind 1A und 1B Blockdiagramme, die jeweils Elemente eines Systems zum Messen der Beschleunigung darstellen.
Nach einer Ausführungsform sind 2A und 2B Blockdiagramme, die jeweils Elemente eines Beschleunigungsmessers darstellen.
Nach einer Ausführungsform ist 3 ein Blockdiagramm, das Elemente eines Beschleunigungsmessers darstellt.
Nach einer Ausführungsform ist 4 ein Blockdiagramm, das Elemente eines Beschleunigungsmessers darstellt.
Nach einer Ausführungsform ist 5 ein Blockdiagramm, das Elemente eines Beschleunigungsmessers darstellt.
Nach einer Ausführungsform sind 6A bis 6I Blockdiagramme, die Elemente zur Herstellung eines Beschleunigungsmessers darstellen.
Nach einer Ausführungsform ist 7 ein Flussdiagramm, das Elemente eines Verfahrens zum Messen der Beschleunigung darstellt.
Nach einer Ausführungsform ist 8 ein Schaltdiagramm, das Elemente eines Beschleunigungsmessers darstellt.
Nach einer Ausführungsform sind 9A und 9B grafische Darstellungen bzw. Betriebseigenschaften eines Beschleunigungsmessers.
Nach einer Ausführungsform ist 10 ein Blockdiagramm, das Elemente eines Rechensystems zum Messen der Beschleunigung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und einige Merkmale sind möglicherweise in einer schematischen Weise dargestellt, um einen oder mehrere Aspekt(e) der vorliegenden Offenbarung auf klare und präzise Weise darzustellen. Funktionen, die im Hinblick auf einen Aspekt beschrieben und/oder dargestellt sind, können in einem oder mehreren anderen Aspekten und/oder in Kombination mit oder anstelle der Merkmale der anderen Aspekte der Technologie, die hierin offenbart ist, verwendet werden.
Ein Beschleunigungsmesser nach einer Ausführungsform umfasst einen oder mehrere Dauermagneten, eine Testmasse, die von einem oder mehreren Trägerstrukturen herabhängt - und die hierin auch verschiedentlich als „Trägerholmteil“ oder einfach als „Träger“ bezeichnet wird - die jeweils wenigstens partiell eine entsprechende Leiterbahn bieten sollen. Wenn auf eine solchen Leiterbahn ein zeitlich variierendes Signal angelegt wird, wird eine charakteristische Resonanzfrequenz generiert. Wenn die Testmasse eine Beschleunigung erfährt, wird eine entsprechende Änderung in der Resonanzfrequenz erzeugt. In einer Ausführungsform umfasst ein Beschleunigungsmesser darüber hinaus Bias-Drähte, um eine Bias-Kraft auf die Testmasse ausüben sollen. Eine solche Bias-Kraft kann beispielsweise genutzt werden, um in verschiedener Weise zur Steigerung der Sensitivität und/oder der Kalibrierung des Beschleunigungsmessers beizutragen und/oder eine kleinere Beschleunigungsmessergeometrie zu ermöglichen.
Bei der nun folgenden Betrachtung der bestimmten Aspekte der einzelnen Ausführungsformen ist 1A nach einer Ausführungsform eine Draufsicht, die Elemente eines Systems 100 zur Beschleunigungsmessung. System 100 kann einen Beschleunigungsmesser 150 und eine Detektorlogik 155 zur Erfassung des Betriebs des Beschleunigungsmessers 155, sowie, basierend auf einem solchen erfassten Betrieb, zur Ermittlung einer oder mehrerer Eigenschaften einer Beschleunigung, erfassen.
In einer Ausführungsform umfasst der Beschleunigungsmesser 150 einen oder mehrere Magnete - dargestellt durch einen illustrativen Dauermagneten 112 - eine Testmasse 102, die als Trägheitsmasse fungiert, und Trägerstrukturen, an welchen die Testmasse 102 über einer Ebene, die den einen oder mehr Magnete umfassen kann, aufgehängt ist. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen können solche Trägerstrukturen einen Träger 108a umfassen, der zwischen der Testmasse 102 und einem Anker 110a des Beschleunigungsmessers 150 gekoppelt ist, und/oder einen Träger 108b, der zwischen der Testmasse 102 und einem Anker 110b des Beschleunigungsmessers 150 gekoppelt ist. Nach verschiedenen Ausführungsformen kann der Beschleunigungsmesser 150 eine beliebige Trägerstruktur aus einer Vielzahl zusätzlicher oder alternativer Trägerstrukturen umfassen, an denen die Testmasse 102 aufgehängt ist. Nach verschiedenen Ausführungsformen dient die Anordnung der magnetischen Polarität 112 nur zur Veranschaulichung und ist nicht beschränkt.
Die Anker 110a, 110b können eine elektrische Anbindung für die Träger 108a, 108b bereitstellen - z. B. zusätzlich zur Bereitstellung der Eigenschaft als mechanischer Stütze für die Aufhängung der Testmasse 102. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen können die Träger 108a, 108b wenigstens einen Teil einer Leiterbahn für ein elektrisches Signal - z. B. ein zeitlich variierendes Signal - liefern, das zwischen den Ankern 110a, 110b ausgetauscht wird. In einer Ausführungsform quert das elektrische Signal ein Magnetfeld, das vom Magneten 112 in wenigstens einer ersten Richtung erzeugt wird, wie beispielsweise entlang der dargestellten x-Dimension. Das elektrische Signal kann darüber hinaus über die Testmasse 102 geleitet werden, obgleich bestimmte Ausführungsformen diesbezüglich nicht eingeschränkt sind. Wenigstens zum Teil auf Grund des Magnetfeldes verfügt die Leiterbahn über eine zugehörige Resonanzfrequenzkennlinie. Wenn ein Strom durch ein Magnetfeld fließt, wird eine mechanische Kraft auf eine Struktur, die den Strom leitet, ausgeübt. Wenn der Strom und die mechanische Kraft in Nähe der mechanischen Resonanzfrequenz der Struktur liegen, zeigt die Leiterbahn eine zugehörige Resonanzfrequenzkennlinie.
Die Träger 108a, 108b können angeregt werden, beispielsweise mithilfe eines Stromimpulses aus einer Stromquelle (nicht dargestellt), die in der Detektorlogik 155 enthalten ist bzw. die an diese gekoppelt ist, sodass sie über eine resultierende Resonanzfrequenz verfügen. Die Träger 108a, 108b können einen Strom beispielsweise für eine gewisse Zeit im Maßstab von wenigen Zehntel Millisekunden leiten - z. B. ca. 5 ms bis 20 ms lang. Nach einer solchen Anregung der Träger 108a, 108b kann die Detaktorlogik 155 wenige hundert Millisekunden lang eine Resonanzkennlinie der Träger 108a, 108b erkennen. In einer Ausführungsform misst ein PLL (Phase Locked Loop) oder ein anderer derartiger Schaltkreis der Detektorlogik 155 eine Vibrationsfrequenz der Träger 108a, 108b.
In einer Ausführungsform kann die Detektorlogik 155 zwischen dem vorhandenen einen oder den vorhandenen mehreren Trägern wechseln und die Resonanz dieses einen oder dieser mehreren Träger messen. Die Detektorlogik 155 kann beispielsweise einen Schaltkreis zur selektiven Aktivierung einer beliebigen Kombination aus einer Vielzahl an Kombinationen von Trägerarmen für die Anregung und/oder Resonanzmessung umfassen - beispielsweise einschließlich einer periodischen Abtastresonanzfrequenz in Intervallen. Bestimmte Mechanismen für ein solches Umschalten zwischen der Trägeranregung und/oder -abtastung sind in bestimmten Ausführungsformen nicht beschränkt.
Eine Änderung in einer solchen Resonanzfrequenz kann mit dem Grad der Beschleunigung korreliert sein. In der Praxis und abhängig von der Anwendung kann eine Änderung der Resonanzfrequenz direkt als Wert für die Beschleunigung verwendet werden oder es kann eine Korrelation erstellt werden - beispielsweise entweder mithilfe einer Nachschlagetabelle oder einer anderen adäquaten Kalibriertechnik. Wie der Fachmann verstehen wird ist die spezifische Frequenzänderung abhängig von strukturellen Merkmalen des Systems 100, einschließlich der Breite, Dicke, Länge und Material des Trägers sowie vom Testmassengewicht sowie von der gemessenen Beschleunigung.
Während des Betriebs ändert sich die Resonanzfrequenz der Leiterbahn, wenn die Testmasse 102 eine Beschleunigung erfährt - beispielsweise auf Grund eines Geräts, in welches der Beschleunigungsmesser 150 integriert ist. In der Konfiguration, die für die Träger 108a, 108b dargestellt ist, neigt die Resonanzfrequenz beispielsweise zu einer Änderung linear zur Beschleunigung entlang der X-Dimension. Da die Beschleunigung in der X-Dimension jedoch eine Spannung in einem der Träger 108a, 108b und eine Kompression in dem anderen der Träger 108a, 108b erzeugt, fällt die Wirkung im Vergleich zur Beschleunigung entlang der Y-Dimension (oder der Z-Dimension) verhältnismäßig kleiner aus.
Wenn im Gegensatz dazu eine Testmasse 102 entlang der Y-Dimension (oder Z-Dimension) beschleunigt wird, wird eine Spannung in beide Träger 108a, 108b induziert, wodurch sich deren elastisches Verhalten ändert. Somit ist der Beschleunigungsmesser 150 im Vergleich mit einer Beschleunigung in X-Dimension empfindlicher bei einer Beschleunigung in Y-Dimension und/oder in Z-Dimension. Auf Grund der Konfiguration des Beschleunigungsmessers 150 neigt die Resonanzfrequenz jedoch zu einer nicht linearen Änderung bei einer solchen Beschleunigung in Y-Dimension und/oder Z-Dimension.
Für den Umgang mit der nichtlinearen Sensitivität bei bestimmten Beschleunigungsarten umfasst der Beschleunigungsmesser 150 darüber hinaus eine Vielzahl von Drähten, die jeweils mit der Testmasse gekoppelt und mit dem jeweiligen Anker flexibel gekoppelt sind, wobei die Vielzahl der Drähte ein Biasing der Testmasse 102 vereinfachen. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen kann der Beschleunigungsmesser 150 einen Bias-Draht 118a umfassen, der mit der Testmasse 102 gekoppelt und flexibel mit einem Anker 120b gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Beschleunigungsmesser 150 einen Bias-Draht 118b umfassen, der der mit der Testmasse 102 gekoppelt und flexibel mit einem Anker 120b gekoppelt ist. Die Bias-Drähte 118a, 118b können jeweils über dem Magneten 112 aufgehängt sein - beispielsweise dort, wo die Bias-Drähte 118a, 118b jeweils über eine Seite des Magneten 112 reichen und/oder wo sie jeweils in Richtung eines der Pole des Magneten 112 versetzt sind. Eine Seitenansicht einer derartigen Konfiguration ist in 1B dargestellt. Die flexible Verbindung der Bias-Drähte 118a, 118b jeweils mit den Ankern 120a, 120b kann beispielsweise über eine oder mehrere Federstruktur(en) erfolgen (unterschiedlich durch Schraffierung dargestellt). Nach verschiedenen Ausführungsformen kann jeder beliebige aus einer Vielzahl von zusätzlichen oder alternativen Drähten das Biaising des Beschleunigungsmessers 150 herbeiführen.
Die Anker 120a, 120b können eine elektrische Anbindung für die Bias-Drähte 118a, 118b bereitstellen - z. B. zusätzlich zur Bereitstellung der Eigenschaft als mechanischer Stütze für die Aufhängung der Bias-Drähte 118a, 118b über dem Magneten 112. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen können die Bias-Drähte 118a, 118b wenigstens einen Teil einer Leiterbahn für ein elektrisches Signal bereitstellen - beispielsweise ein Gleichstromsignal oder ein quadratisches, dreieckiges oder anderes periodisches Wellensignal - das zwischen den Ankern 120a, 120b ausgetauscht wird. In einer Ausführungsform quert das elektrische Signal, das zwischen den Ankern 120a, 120b ausgetauscht wird, das Magnetfeld, das vom Magneten 112 erzeugt wird - beispielsweise zumindest teilweise entlang der X-Dimension. Das elektrische Signal kann darüber hinaus über die Testmasse 102 geleitet werden, obgleich bestimmte Ausführungsformen diesbezüglich nicht eingeschränkt sind. Interaktionen zwischen einem Strom, der über die Bias-Drähte 118a, 118b geleitet wird, und einem Magnetfeld, das vom Magneten 112 erzeugt wird, können dazu führen, dass die Bias-Drähte 118a, 118b eine Kraft auf die Testmasse 102 ausüben - beispielsweise dort, wo diese Kraft entlang der Y-Dimension reicht.
2A ist nach einer Ausführungsform eine Draufsicht, welche die Elemente eines Beschleunigungsmessers 200 darstellt. Der Beschleunigungsmesser 200 kann so betrieben werden, dass er beispielsweise einige oder alle Funktionen des Beschleunigungsmessers 150 bietet.
In einer Ausführungsform umfasst der Beschleunigungsmesser 200 die Magnete 220, 225 - beispielsweise Dauermagnete - eine Testmasse 210, die als Trägheitsmasse fungiert, und Trägerstrukturen 230, 232, 234, 236, an welchen die Testmasse 210 über einer Ebene, welche die Magnete 220, 225 umfasst, aufgehängt ist. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen können die Träger 230, 232, 234, 236 jeweils unabhängig voneinander mit der Testmasse 210 gekoppelt sein, wobei die Träger 230, 232, 234, 236 darüber hinaus jeweils noch weiter mit den Ankern 240, 242, 244, 246 des Beschleunigungsmessers 200 gekoppelt sind. Nach verschiedenen Ausführungsformen kann der Beschleunigungsmesser 200 eine beliebige Trägerstruktur aus einer Vielzahl zusätzlicher oder alternativer Trägerstrukturen umfassen, an denen die Testmasse 210 aufgehängt ist.
Die Anker 240, 242, 244, 246 können eine elektrische Anbindung für die Träger 230, 232, 234, 236 bereitstellen - z. B. zusätzlich zur Bereitstellung der Eigenschaft als mechanischer Stütze für die Aufhängung der Testmasse 210. Eine Seitenansicht einer derartigen Konfiguration ist in 2B dargestellt. In einer Ausführungsform bieten verschiedene Paare der Träger 230, 232, 234, 236 jeweils wenigstens partiell eine entsprechende Leiterbahn. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen können die Träger 230, 232 zur Leiterbahn beitragen, damit ein erstes Signal zwischen den Ankern 240, 242 ausgetauscht werden kann. Alternativ oder zusätzlich können die Träger 234, 236 zu eine weiteren Leiterbahn beitragen, damit ein zweites Signal zwischen den Ankern 244, 246 ausgetauscht werden kann. Basierend auf solchen Signalen kann eine Resonanzfrequenzanalyse einiger oder aller Leiterbahnen durchgeführt werden - beispielsweise von der Detektorlogik 150 oder ähnlichen Mitteln - um eine Beschleunigung, welche die Testmasse 210 erfährt, zu evaluieren.
Wie hierin im Hinblick auf den Beschleuniger 150 abgehandelt, kann der Beschleuniger 200 eine nicht-lineare Sensitivität gegenüber der Beschleunigung in eine bestimmte Richtung bzw. in bestimmte Richtungen zeigen - beispielsweise einschließlich einer Richtung entlang der dargestellten Y-Dimension. Für den Umgang mit einer derartigen Nicht-Linearität kann der Beschleunigungsmesser 200 darüber hinaus über die Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 verfügen, die jeweils unabhängig voneinander mit der Testmasse 210 gekoppelt sind, wobei die Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 darüber hinaus jeweils flexibel mit den Ankern 260, 262, 264, 266 gekoppelt sind. Die Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 können jeweils über dem Magneten 112 aufgehängt sein - beispielsweise dort, wo einer oder mehrere der Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 von einer X-Dimension-Mittellinie des Beschleunigungsmessers 200 entlang der Y-Dimension versetzt sind. Ein derartiger Versatz kann beispielsweise größer sein als ein entsprechender Versatz für einen zugewiesenen Träger der Träger 230, 232, 234, 236.
Die flexiblen Verbindungsstrukturen 270, 272, 274, 276 für die Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 können jeweils eine oder mehrere Federstrukturen umfassen, wie beispielsweise Spulen und/oder Wellungen. Die flexiblen Verbindungsstrukturen 270, 272, 274, 276 können eine Bewegung der Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 zusammen mit der Testmasse 210 ermöglichen, während der Verlust der Beschleunigungssensitivität durch den Beschleunigungsmesser 200 vermindert wird - beispielsweise während die Anker 260, 262, 264, 266 jeweils eine elektrische Anbindung für die Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 bereitstellen. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen können die Bias-Drähte 250, 252 wenigstens einen Teil einer Leiterbahn bieten, damit ein elektrisches Signal zwischen den Ankern 260, 262 ausgetauscht werden kann, und/oder können die Bias-Drähte 254, 256 wenigstens einen Teil einer Leiterbahn bieten, damit ein anderes elektrisches Signal zwischen den Ankern 264, 266 ausgetauscht werden kann.
In einer Ausführungsform quert ein zwischen den Ankern 260, 262 ausgetauschtes elektrisches Signal ein Magnetfeld, das vom Magneten 220 erzeugt wurde - einschließlich beispielsweise der Querung des Signals über ein solches Magnetfeld zumindest teilweise entlang der X-Dimension. Alternativ oder zusätzlich kann ein zwischen den Ankern 264, 266 ausgetauschtes elektrisches Signal in ähnlicher Weise ein vom Magneten 225 erzeugtes Magnetfeld queren. Einige oder alle elektrischen Signale, die in unterschiedlicher Weise über die Anker 260, 262, 264, 266 geleitet werden, können darüber hinaus über die Testmasse 210 geleitet werden, obgleich bestimmte Ausführungsformen diesbezüglich nicht eingeschränkt sind. In einer Ausführungsform können elektromagnetische Interaktionen zwischen den entsprechenden Strömen, die von den Bias-Drähten 250, 252, 254, 256 geleitet werden, und einem oder beiden der jeweiligen Magnetfelder, die von den Magneten 220, 225 erzeugt werden, dazu führen, dass die Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 eine Kraft auf die Testmasse 210 ausüben - beispielsweise wenn die Kraft entlang der Y-Dimension wirkt.
Die Pfeile in 2A stehen für die Richtung der Signale, die nach einer Ausführungsform in unterschiedlicher Form von den Trägern 230, 232, 234, 236 und den Bias-Leitungen 250, 252, 254, 256 geleitet werden, wobei die Magnete 220, 225 dieselben Polaritäten haben - beispielsweise die Polarität Norden - die ähnlich entlang der dargestellten Z-Dimension ausgerichtet sind. In einer Ausführungsform leiten die Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 jeweils ein entsprechende Gleichstromsignal (oder alternativ ein quadratisches, dreieckiges oder anderes periodische Kurvensignal) weiter, wobei die Pfeile für die Bias-Drähte 250, 252, 254, 256 jeweils eine Beziehung zwischen den Signalen repräsentieren - beispielsweise einschließlich der Darstellung der relativen Stromflussrichtung in den Bias-Drähten 250, 252, 254, 256 zu einem willkürlichen Zeitpunkt. Alternativ oder zusätzlich können die Träger 230, 232, 234, 236 ein entsprechendes alternierendes Stromsignal oder ein anderes zeitlich variierendes Signal leiten, wobei die Pfeile für die Träger 230, 232, 234, 236 eine Phasenbeziehung zwischen solchen Wechselstromsignalen darstellt - beispielsweise einschließlich der Darstellung der relativen Stromflussrichtungen in den Trägern 230, 232, 234, 236 zu einem willkürlichen Zeitpunkt.
In einer Ausführungsform, in der alle Bias-Drähte dieselbe Geometrie aufweisen und einen ähnlichen Strompegel leiten, ist die Testmasse 210 möglicherweise einer resultierenden Kraft ausgesetzt, welche über die Höhe F verfügen kann, die in der folgenden Gleichung dargestellt ist: $F = N (iL \times B)$
wobei N die Gesamtanzahl der Bias-Drähte ist, L die Länge eines jeden Bias-Drahtes, ein Strom, der von jedem Bias-Draht geleitet wird, und B eine Magnetflussdichte an jedem solchen Bias-Draht.
2B ist eine Seitenansicht des Beschleunigungsmessers 200, bei der das Profil der Magnete 220, 225 sowie deren Beziehungen zu den Trägern 232, 236 dargestellt wird (die Träger 230, 234 sind in dieser Ansicht nicht sichtbar). Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt, sind die dargestellten Abstände und Dicken nicht unbedingt maßstabsgerecht. In Ausführungsformen können die Magnete 220, 225 zwischen ca. 100-300 µm dick sein und zwischen ca. 100 und 1000 µm in X- und Y-Dimension reichen. Sie können beispielsweise aus einer Samarium-Kobaltlegierung bestehen. Neobdym-Eisen-Bor-Magnete können in Ausführungsformen ebenfalls zum Einsatz kommen. Typische Magnetfeldstärken können im Bereich von 0,1-0,4 T liegen.
In einer Ausführungsform sind die Träger in der Regel ca. zwischen 2 und 20 µm dick, 4-30 µm breit und 200-2000 µm lang. Die Testmasse kann im Bereich von 20-400 µg liegen. Der Abstand zwischen einem Magneten und einem darüber liegenden Träger kann zwischen 5 und 50 µm betragen. Die treibenden Ströme für den Schaltkreis können im Bereich von 1-20 mA liegen. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sein wird, können diese Dimensionen variieren und die resultierende charakteristische Vibrationsfrequenz ist abhängig von der jeweiligen ausgewählten Ausführung.
3 ist nach einer Ausführungsform eine Draufsicht, welche die Elemente eines Beschleunigungsmessers 300 darstellt. Der Beschleunigungsmesser 300 kann so betrieben werden, dass er beispielsweise einige oder alle Funktionen des Beschleunigungsmessers 150 bietet.
In einer Ausführungsform sind bestimmte Komponenten des Beschleunigungsmessers 300 in einer Konfiguration angeordnet, die der für die entsprechenden Komponenten des Beschleunigungsmessers 200 entspricht. Der Beschleunigungsmesser 300 kann beispielsweise die Magnete 320, 325, die Testmasse 310 und die Träger 330, 332, 334, 336 umfassen, was funktionsmäßig jeweils den Magneten 220, 225, der Testmasse 210 und den Trägern 230, 232, 234, 236 entspricht. Der Beschleunigungsmesser 300 kann darüber hinaus die Anker 340, 342, 344, 346 umfassen, die funktionsmäßig jeweils den Ankern 240, 242, 244, 246 entspricht.
Wie hierin im Hinblick auf den Beschleuniger 150 abgehandelt, kann der Beschleuniger 300 eine nicht-lineare Sensitivität gegenüber der Beschleunigung in eine bestimmte Richtung bzw. in bestimmte Richtungen zeigen - beispielsweise einschließlich einer Richtung entlang der dargestellten Y-Dimension. Für den Umgang mit einer derartigen Nicht-Linearität kann der Beschleunigungsmesser 300 darüber hinaus über die Bias-Drähte 350, 352, 354, 356, die Anker 360, 362, 364, 366 und die flexiblen Verbindungsstrukturen 370, 372, 374, 376 verfügen, die funktionsmäßig jeweils den Bias-Drähten 250, 252, 254, 256, den Ankern 260, 262, 264, 266 und den flexiblen Verbindungsstrukturen 270, 272, 274, 276 entsprechen.
Im Vergleich zum Beschleunigungsmesser 200 stellt der Beschleunigungsmesser 300 eine alternative Anordnung der magnetischen Polarität und der elektrischen Signalisierung dar, um einen Bias der Testmasse ähnlich dem für die Testmasse 210 bereitgestellten Biasing zu erreichen. Die Pfeile in 3 zeigen die Richtung des Stroms, der in unterschiedlicher Form von den Trägern 330, 332, 334, 336 und den Bias-Drähten 350, 352, 354, 356 geleitet wird, für eine Ausführungsform, in der die Magnete 320, 325 beide so konfiguriert sind, dass sie über entgegengesetzte Ausrichtungen ihrer jeweiligen Magnetachsen verfügen, jeweils entlang der dargestellten Y-Dimension. In einer Ausführungsform leiten die Bias-Drähte 350, 352, 354, 356 jeweils ein entsprechende Gleichstromsignal (oder alternativ ein quadratisches, dreieckiges oder anderes periodische Kurvensignal) weiter, wobei die Pfeile für die Bias-Drähte 350, 352, 354, 356 jeweils eine entsprechende Stromflussrichtung zu einem willkürlichen Zeitpunkt zeigen. Alternativ oder zusätzlich können die Träger 330, 332, 334, 336 ein entsprechendes alternierendes Stromsignal oder ein anderes zeitlich variierendes Signal leiten, wobei die Pfeile für die Träger 330, 332, 334, 336 eine Phasenbeziehung zwischen solchen Wechselstromsignalen darstellt - beispielsweise einschließlich der Darstellung der relativen Stromflussrichtungen in den Träger 330, 332, 334, 336 zu einem willkürlichen Zeitpunkt.
4 ist in einer Ausführungsform eine Draufsicht, die Elemente eines Beschleunigungsmessers 400 zeigt, wobei bestimmte Komponenten des Beschleunigungsmessers 400 so angeordnet sind, dass die Konfiguration der von entsprechenden Komponenten des Beschleunigungsmessers 200 entspricht.
Der Beschleunigungsmesser 400 umfasst möglicherweise Magnete (nicht dargestellt), eine Testmasse 410 und die Träger 430, 432, 434, 436, die daran gekoppelt sind, sowie die Anker 440, 442, 444, 446, die jeweils an die Träger 430, 432, 434, 436 gekoppelt sind. Zur Bereitstellung des Biasings der Testmasse 410 umfasst der Beschleunigungsmesser 400 darüber hinaus die Bias-Drähte 450, 452, 454, 456, die Anker 460, 462, 464, 466 und flexible Verbindungsstrukturen 470, 472, 474, 476, die funktionsmäßig den Bias-Drähten 250, 252, 254, 256, den Ankern 260, 262, 264, 266 und den flexiblen Verbindungsstrukturen 270, 272, 274, 276 entsprechen.
Im Vergleich zum Beschleunigungsmesser 200 stellt der Beschleunigungsmesser 400 eine alternative Anordnung der magnetischen Polarität und der elektrischen Signalisierung dar, um einen Bias der Testmasse ähnlich dem für die Testmasse 210 bereitgestellten Biasing zu erreichen. Die Pfeile in 4 zeigen die Richtung des Stroms, der in unterschiedlicher Form von den Trägern 430, 432, 434, 436 und den Bias-Drähten 450, 452, 454, 456 geleitet wird, für eine Ausführungsform, in der die Magnete 420, 425 beide so konfiguriert sind, dass sie über dieselbe Ausrichtung ihrer jeweiligen Magnetachsen verfügen, jeweils entlang der dargestellten Y-Dimension. In einer Ausführungsform leiten die Bias-Drähte 450, 452, 454, 456 jeweils ein entsprechende Gleichstromsignal (oder alternativ ein quadratisches, dreieckiges oder anderes periodische Kurvensignal) weiter, wobei die Pfeile für die Bias-Drähte 450, 452, 454, 456 jeweils eine entsprechende Stromflussrichtung zu einem willkürlichen Zeitpunkt darstellen. Alternativ oder zusätzlich können die Träger 430, 432, 434, 436 ein entsprechendes alternierendes Stromsignal oder ein anderes zeitlich variierendes Signal leiten, wobei die Pfeile für die Träger 430, 432, 434, 436 eine Phasenbeziehung zwischen solchen Wechselstromsignalen darstellt - beispielsweise einschließlich der Darstellung der relativen Stromflussrichtungen in den Trägern 430, 432, 434, 436 zu einem willkürlichen Zeitpunkt.
5 ist in einer Ausführungsform eine Draufsicht, in der Elemente eines Beschleunigungsmessers 500 in einer Konfiguration angeordnet sind, die der für die entsprechenden Komponenten des Beschleunigungsmessers 200 entspricht. Der Beschleunigungsmesser 500 umfasst möglicherweise Magnete (nicht dargestellt), eine Testmasse 510 und die Träger 530, 532, 534, 536, die daran gekoppelt sind, sowie die Anker 540, 542, 544, 546 die jeweils an die Träger 530, 532, 534, 536 gekoppelt sind. Zur Bereitstellung des Biasing der Testmasse 510 umfasst der Beschleunigungsmesser 500 darüber hinaus die Bias-Drähte 550, 552, 554, 556, gekoppelt an die Testmasse 510 und zudem entsprechend zudem an die Anker 560, 562, 564, 566 des Beschleunigungsmessers 500 gekoppelt.
In einer illustrativen Ausführungsform des Beschleunigungsmessers 500 verfügt die Testmasse 510 über ein „I“-Profil mit einer Gesamtbreite L1, einer Gesamthöhe L4 und einem Halsteil mit einer Breite L2 und einer Höhe L3. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen können L1, L2, L3 und L4 jeweils im Bereich 3300 µm, 700 µm, 300 µm und 1790 liegen - beispielsweise, wenn die Länge eines jeden Trägers 530, 532, 534, 536 im Bereich 1000 µm bis 1500 µm liegt.
In einer solchen Ausführungsform kann eine Baseline-Trägerresonanzfrequenz bei 0 G Beschleunigung des Beschleunigungsmessers 500 beispielsweise im Bereich von 16.000 Hz liegen. Zusätzlich oder alternativ kann die Sensitivität einer solchen Resonanzfrequenz auf die Beschleunigung im Bereich 0,18 Hz/m/s2 liegen, wenn der Beschleunigungsmesser 500 eine Beschleunigung von weniger als 0,1 G erfasst. Diese Sensitivität kann sich bei einer weiteren Beschleunigung des Beschleunigungsmessers 500 ändern, sodass die Sensitivität beispielsweise im Bereich von 1,7 Hz/m/s2 liegt, wenn der Beschleunigungsmesser 500 eine Beschleunigung von weniger als 1 G erfasst, und im Bereich von 7 Hz/m/s2, wenn der Beschleunigungsmesser 500 weniger als 2 G erfasst.
In einer Ausführungsform kann ein Bias-Strom im Bereich von 14 mA einen Bias von 1 G für die Testmasse 510 bereitstellen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Bias-Strom im Bereich von 28 mA einen Bias von 2 G und/oder ein Bias-Strom im Bereich von 100 mA einen Bias von 8 G liefern. Die oben beschriebenen Betriebseigenschaften sind nur Veranschaulichungen einer Ausführungsform, die je nach Ausführungsform gemäß den implementierungsspezifischen Geometrien und/oder Konfigurationen der Elemente variieren können.
6A bis 61 zeigen Elemente eines Prozesses zur Herstellung eines Beschleunigungsmessers gemäß einer Ausführungsform. Im Prinzip kann die dargestellte Schichtung variieren. Es können beispielsweise zusätzliche Schichten zwischengezogen sein, die Dielektrik, funktionelle Schichten oder andere Komponenten für andere, um gemeinsamen Substrat vorhandene mikroelektronische Geräte zu erhalten. Gleichermaßen können bestimmte der dargestellten Schichten (beispielsweise die Schichten, die sich unter den Kompetenten des Beschleunigungsmessers befinden) in einem Gerät vorhanden sein, dass dennoch die Vorgaben der Ausführungsformen erfüllt.
6A zeigt ein Substrat 602, auf dem das Gerät getragen wird, bei dem es sich um eine Kupferplatte oder ein anderes Substrat handeln kann, darunter, ohne Ausnahme, Glas oder organisches Material. Zur Verwendung in BBUL (Bumpless Build Up Layer)-Anwendungen verwendet; es kann jedes für die Anwendung in dieser Technologie geeignete Substrat verwendet werden. Eine dünne Metallschicht 604 liegt über dem Substrat 602. Eine dielektrische Haftmittelschicht 606 wird über der Schicht 604 gebildet. Optional wird eine dünne Substratschicht 608 über die dielektrische Schicht 606 gelegt. Diese Schicht kann eine verhältnismäßig steife Substanz für den Magneten 610 bereitstellen, sie wird jedoch im Allgemeinen nicht benötigt. Der Magnet 610 wird ausgewählt und auf der Haftschicht 606 platziert. Gleichermaßen wird eine Matrize 612 optional ausgewählt und auf dem Adhäsiv in der Nähe des Magneten 610 auf dem Magneten platziert. Diese Matrize 612 kann einen Steuer- und/oder Detektorschaltkreis umfassen, wie die aktuelle Quelle, einen Switch, einen PLL (Phase Locked Loop), einen Differenzialverstärker und/oder andere verwandte Schaltkreise zum Steuern und Abfragen des Beschleunigungsmessers. Wie der Fachmann verstehen wird, kann die Matrize 612 alle oder keinen dieser Schaltkreise umfassen, und kann andere Schaltkreise zur Durchführung anderer Funktionen umfassen.
Wie der Fachmann verstehen wird, kann die Matrize 612 in einem System in einer Chip-Ausführungsform einen Prozessor, einen Speicher, Kommunikationsschaltkreise u. ä. umfassen. Obgleich nur eine einzelne Matrize 612 dargestellt ist, kann keine, eine oder können mehrere Matrizen in derselben Wafer-Region vorhanden sein.
Eine dielektrische Schicht 614 ist über dem Magneten 610 und der Matrize 612, wie in 6B dargestellt, beispielsweise durch die Laminierung eines Trockenfilms positioniert und kann durch Kompression maßgeblich planarisiert werden. Diese Schicht 614 kann beispielsweise ein organischer dielektrischer Film sein. Über der dielektrischen Schicht 614 ist eine leitende Schicht oder sind mehrere leitende Schichten, dargestellt durch eine illustrative leitende Trace-Schicht 616, positioniert. In einer Ausführungsform umfasst die eine leitende Schicht bzw. umfassen die mehreren leitenden Schichten, dargestellt durch die Trace-Schicht 616, ganz oder partiell Testmasse, Träger, Bias-Drähte, flexible Verbindungsstrukturen (zur Kopplung der jeweiligen Bias-Drähte mit einem entsprechenden Anker/einem entsprechenden elektrischen Anschluss) und andere leitende Elemente des Geräts. Wie der Fachmann verstehen wird, ist diese Schicht generell eine metallische Schicht, sie kann jedoch ein beliebiges leitendes Material sein. Sie kann beispielsweise mit einem semi-haftenden Verfahren besputtert oder beschichtet sein. Es können Löcher 618 in die Trace-Schicht 616, wie in 6C dargestellt, gebohrt oder auf andere Weise eingebracht werden.
Eine zusätzliche dielektrische Schicht 620 ist, wie in 6D dargestellt, ähnlich wie bei der Schicht 614, über die Trace-Schicht 616 laminiert. Eine Metallschicht 622, einschließlich beispielsweise einem Plattenschutzgeflecht 624 und elektrischen Kontakten 626, ist über der dielektrischen Schicht 620 (6E) positioniert. Im Allgemeinen sollte das Plattenschutzgeflecht an mehreren Stellen (nicht dargestellt), die nicht von der Beschleunigungsmesserstruktur belegt sind, an den darunter befindlichen Strukturen verankert sein.
Eine Schicht Fotolack 628 wird aufgetragen, beispielsweise durch Spin-Coating ( 6F). Ein Bereich 630, der über der Beschleunigungsmesserstruktur liegt, wird entweder frei von Fotolack gehalten, oder der Teil des Fotolacks wird wieder entfernt, um so Zugang zum Geflecht 624 und zur Beschleunigungsmesserstruktur zu ermöglichen, während der Rest des Wafers geschützt ist.
Teile der dielektrischen Schichten 614 und 620, die keine Funktion haben, werden geätzt oder in anderer Weise bearbeitet, um sie so zu entfernen, dass Träger, Bias-Drähte und Testmasse frei, wie oben beschrieben (6G), vibrieren können. In einer Ausführungsform wird durch andere Herangehensweisen ein Sauerstoff-Plasma-Verfahren zur Materialentfernung eingesetzt.
Die Fotolackschicht 628 wird beispielsweise durch ein Fotolack-Abbeizverfahren entfernt. Ein nasschemisches Verfahren kann eingesetzt werden, oder alternativ ein trockenes Verfahren, wie das Plasma-Abbeizen (6H). Das resultierende Paket wird dann wieder mit einer anderen organischen Laminatschicht (oder einer anderen geeigneten dielektrischen Schicht) 632 bedeckt, wodurch das Packen abgeschlossen ist (61). Bei dieser Maßnahme schützt und separiert das Plattenschutzgeflecht 624 die aktiven Teile des Beschleunigungsmessers von der Laminatschicht. Daraufhin lässt sich das Kupfersubstrat 602 entfernen (nicht dargestellt).
Nach einer Ausführungsform zeigt 7 Elemente eines Verfahrens 700 zum Messen der Beschleunigung . Das Verfahren 700 kann bei Betrieb oder basierend auf dem Betrieb eines Beschleunigungsmessers durchgeführt werden, einschließlich einiger oder aller Funktionen beispielsweise eines Beschleunigungsmessers 150. In einer Ausführungsform wird das Verfahren 500 von den Schaltkreisen durchgeführt, einschließlich einiger oder aller Funktionen der Detektorlogik 155.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren 700 bei 710 das Empfangen eines ersten Eingangs, der einen Bias des Beschleunigungsmessers anzeigt. Der erste Eingang kann eine Kraft festlegen oder anderweitig anzeigen, die an eine Masse des Beschleunigungsmessers - beispielsweise die Testmasse - durch einen ersten Drahtteil und einen zweiten Drahtteil des Beschleunigungsmessers angelegt wird. Eine solche Kraft kann beispielsweise durch elektromagnetische Interaktionen zwischen einem Magneten des Beschleunigungsmessers und einem Signal, das mit dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil weitergeleitet wird.
In einer Ausführungsform umfasst der erste, an 710 empfangene Eingang das Signal, das mit dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil weitergeleitet wird. Alternativ kann der erste Eingang Informationen umfassen, welche eine oder mehrere Eigenschaft(en) - z. B. einschließlich der Stromstärke - dieses Signals festlegen. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Eingang Informationen umfassen, die eine oder mehrere Eigenschaft(en) festlegen - z. B. eine Größe und/oder Richtung - der Kraft, die auf Grund dieses Signals auf die Masse wirkt.
Das Verfahren 700 kann zudem bei 720 das Empfangen eines zweiten Eingangs umfassen, der eine Resonanzfrequenz eines ersten Trägerholmteils des Beschleunigers und eines zweiten Trägerholmteils des Beschleunigers anzeigt. In einer Ausführung wird die Masse mithilfe des ersten Trägerholmteils und des zweiten Trägerholmteils aufgehängt. Die Resonanzfrequenz, die vom zweiten Eingang angezeigt wird, kann auf dem Magnetfeld und dem zeitlich variierenden Signal, das mit dem ersten Trägerholmteil und dem zweiten Trägerholmteil geleitet wurde, während die Kraft an die Masse angelegt wird, basieren.
In einer Ausführungsform umfasst der zweite, bei 720 empfangene Eingang das zeitlich variierende Signal, das mit dem ersten Trägerholmteil und dem zweiten Trägerholmteil weitergeleitet wurde. Alternativ kann der zweite Eingang Informationen umfassen, welche eine oder mehrere Eigenschaft(en) dieses zeitlich variierenden Signals festlegen. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Eingang Informationen umfassen, welche die Resonanzfrequenz festlegen. Die Erkennung der Resonanzfrequenz kann beispielsweise mit einem PLL-Schaltkreis vorgenommen werden - z. B. gemäß herkömmlichen Techniken, die für die Implementierung in verschiedenen Umgebungen angepasst wurden.
Basierend auf dem empfangenen ersten Eingang und zweiten Eingang kann das Verfahren 700 bei 730 die Evaluierung einer Beschleunigung der Masse umfassen. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen kann die Evaluierung bei 730 die Identifizierung eines oder mehrerer Werte umfassen, welche eine Größe und/oder Richtung einer Beschleunigung in Übereinstimmung mit der vom zweiten Eingang angegebenen Resonanzfrequenz festlegt. Eine Nachschlagetabelle oder andere Referenzinformationen am sekundären Eingang durchsucht werden, um diesen einen oder diese mehreren Werte zu identifizieren. Diese Referenzinformationen können ein Sensitivitätsreaktionsprofil für den Beschleunigungsmesser darstellen, das beispielsweise während der anfänglichen Tests und/oder Kalibrierung generiert wird. Bestimmte Ausführungen sind hinsichtlich der Art der a priori Bereitstellung dieser Referenzinformationen zur Nutzung im Verfahren 700 nicht beschränkt.
In einer Ausführungsform umfasst die Evaluierung an 730 die Identifizierung einer Bias-Komponente, welche der durch den ersten Eingang angegebenen Kraft entspricht. Es kann beispielsweise eine Nachschlagetabelle oder es können andere Referenzinformationen basierend auf der ersten Eingabe durchsucht werden, um einen oder mehrere Werte festzulegen, die eine Größe und/oder Richtung der Bias-Komponente zu identifizieren. Wie oben aufgeführt sind bestimmte Ausführungsformen nicht beschränkt in Bezug auf die Art, in der diese Referenzinformationen a priori für die Verwendung in Verfahren 700 bereitgestellt werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren 700 die Erzeugung eines Signals, welches die evaluierte Beschleunigung darstellt. Das bei 740 generierte Signal kann beispielsweise zur Darstellung der erkannten Beschleunigung in einer der vielzähligen Software- und/oder Hardware-Anwendungen bereitgestellt sein - z. B. zur Aktualisierung einer Darstellung einer Ausrichtung und/oder Position eines Gerätes, welches den Beschleunigungsmesser und die Videoanzeige umfassen, an einem Touchscreen oder einer anderen Videoanzeige.
Das Biasing der Testmasse lässt sich durch eine Vielzahl an Techniken und/oder Mechanismen gemäß verschiedenen Ausführungsformen ergänzen. Es kann beispielsweise das Differenzial-Biasing durch die Anwendung eines zeitlich variierenden periodischen Signals, wie eines quadratischen (oder dreieckigen) Kurvensignals, an ein Paar Bias-Drähte implementiert sein, die wenigstens einen Teil einer Leiterbahn umfassen. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen kann das Paar Bias-Drähte 250, 252 sukzessive zwischen den Leiten einen ersten Strompegel, um eine Kraft äquivalent zu einer + 1-G- Kraft, auf die Testmasse 210 wirken zu lassen (beispielsweise in -Y-Richtung) und um einen zweiten Strompegel weiterzuleiten, um so eine Kraft, äquivalent zu einer +1-G-Kraft, auf die Testmasse 210 wirken zu lassen, alternieren. Eine erste Evaluierung der Trägerresonanz kann für einen ersten Systemstatus (z. B. eines ersten Zeitpunktes oder eines ersten Zeitraums) durchgeführt werden, was Zuweisung der Testmasse mit dem ersten Strompegel für die +1 G-äquivalenten Kraft, umfasst Eine weitere Evaluierung der Trägerresonanz kann für einen zweiten Systemstatus (z. B. eine zweite Zeit oder ein zweiter Zeitraum) durchgeführt werden, was den Bias der Testmasse mit einem zweiten Strompegel für die -1 G-äquivalente Kraft umfasst. Angesichts der ersten und zweiten Bias-Strompegel (und/oder der entsprechenden Bias-Kräfte) sowie den evaluierten Balkenresonanzfrequenzen, kann eine zeitbasierte Differenzial-Biasing-Analyse der Testmassenbeschleunigung durchgeführt werden.
Das Differenzial-Biasing kann zur Steigerung der Sensitivität und/oder zur Unterscheidung zwischen positiver und negativer Beschleunigung verwendet werden. Wie in der Grafik 900 von 9A dargestellt, lassen sich bei kleinen Veränderungen des Beschleunigungsgrades höhere Sensitivitäten zur Veränderung derartiger Beschleunigungen in Relation zu einer Differenzialfrequenz f_diff erreichen, die in der folgenden Formel ausgedrückt sind: $f_{diff} = f (+ N Bias) - f (- N Bias),$
wobei f(+N Bias) eine Resonanzfrequenz ist, die erkannt wird, während sich eine Testmasse unter Einwirkung einer +N Bias-Kraft befindet, und wo f(-N bias) eine Resonanzfrequenz ist, die erkannt wird, während sich eine Testmasse unter Einwirkung einer -N Bias-Kraft befindet. In 9A, ist N gleich 1 G.
Im Gegenteil lassen sich, wie in der Kurve 910 von 9B dargestellt, bei größeren Beschleunigungsgraden eine höhere Sensitivität gegenüber Änderungen feststellen, als dass sich Änderungen dieser Beschleunigung im Hinblick auf den Verweis auf eine Frequenz f_avg, welche in der folgenden Gleichung ausgedrückt ist, erreichen lässt: $f_{avg} = \frac{1}{2} {f (+ N Bias) - f (- N Bias)} .$
Bei bestimmten Ausführungsformen kann aus einer Differenzialresonanzfrequenzen, wie f_diff, und einer mittleren Resonanz, wie f_avg, gewählt werden - z. B. zur Auswahl einer bestimmten Gleichung, die dann zur Evaluierung an 730 angewendet wird. In einer Ausführungsform kann eine derartige Auswahl auf einer oder mehreren Testbedingung(en) basieren - wie beispielsweise einschließlich eines Vergleichs von einer oder mehreren der folgenden Optionen f(+N bias), f(-N bias), f_diff und f_avg, jeweils entsprechend eines bestimmten Schwellenwertes. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen kann f_diff zur Ermittlung der Richtung und des Grades der Beschleunigung verwendet werden, wenn diese eine oder mehrere Testbedingung(en) anzeigen, dass die Beschleunigung größer oder gleich einem Schwellenwertpegel ist - wie beispielsweise 1 G. Alternativ können, wenn diese eine oder mehrere Testbedingung(en) anzeigen, dass die Beschleunigung weniger als dieser Schwellenwert ist, f_diff zur Ermittlung der Beschleunigungsrichtung und f_avg zur Ermittlung des Beschleunigungsgrades verwendet werden.
Nach einer Ausführungsform zeigt 8 Elemente eines RC-Verzögerungsschaltkreises 800 für eine Verringerung des beim Testmassen-Biasing verursachten Klingelns. RC-Verzögerungsschaltkreis 800 beispielsweise kann mit einigen oder allen Merkmalen eines Beschleunigungsmessers 150 implementiert werden, einschließlich beispielsweise einiger oder aller Funktionen des Beschleunigungsmessers. RC-Verzögerungsschaltkreis 800 umfasst eine Stromquelle I(t) 810, welche beispielsweise zwischen den verschiedenen Gleichstrompegeln alterniert, um wenigstens teilweise mit einer Testmasse PM 830 eines Beschleunigers - wie beispielsweise Testmasse 102, Testmasse 210 o. ä., geleitet zu werden. Das Klingeln lässt sich auch durch die Bereitstellung eines Ramp-Signals (wie bei einer Dreieckskurve) mit der Stromquelle I(t) 810 verringern.
In einer Ausführungsform kann PM 830 einen überaus hohen Q-Faktor für seine beabsichtigte Verwendung als Trägheitsmasse des Beschleunigungsmessers aufweisen. Demgemäß kann PM 830 klingelanfällig sein, wenn eine große, schrittweise BiasingÄnderung des PM 830 eintritt. Zur Verringerung dieses Klingelns umfasst der RC - Verzögerungsschaltkreis 800 einen Widerstand 820 und einen Kondensator C1 840 in Parallelschaltung - z. B. wo der Schaltkreisschenkel, der PM 820 und R1 820 umfasst, ein Paar Bias-Drähte beinhaltet. Zur Veranschaulichung und nicht beschränkt auf diese Ausführungen kann R1 820 einen Widerstand von 0,1-100, haben, und einen Kondensator C1 840 kann eine Kapazität von 1nF bis 100uF haben. Mit dieser Impedanz kann der RC-Verzögerungsschaltkreis 800 schrittweise Änderungen beim Biasing von PM 830 ausgleichen, um so das diesbezügliche Klingeln zu verringern - beispielsweise während des Differenzial-Biasing.
10 zeigt Elemente eines generischen Geräts oder Systems 100 in welches bzw. im Zusammenhang mit welchem eine oder mehrere Ausführungsform(en) implementiert sein können. In einigen Ausführungsformen kann das generische Gerät oder System 1000, das in 10 dargestellt ist, ein tragbares oder in der Hand haltbares elektronisches Gerät und/oder Rechengerät umfassen. Zu diesen elektronischen Geräten und/oder Rechengeräten können u. a. Laptops, Mobilgeräte, Smartphones, Gaming-Konsolen, Tablet-Computer, Netzwerkgeräte und/oder andere Geräte zählen. Im illustrativen Beispiel umfasst das Gerät oder System 1000 ein Anzeigegerät 1020, einen Lautsprecher 1030, ein Mikrofon 1040, eine Kamera 1050, Eingabegeräte 1060, einen Speicher 1070, einen Grafikprozessor 1075, einen SoC (System-on-Chip)-Chipsatz 1080, einen Beschleunigungsmesser 1085 gemäß den verschiedenen zuvor genannten Ausführungsformen, ein Kommunikationsmodul 1090 und eine Antenne 1095. Das Gerät 1000 kann zudem einen Bus 1097 und/oder andere Zwischenverbindungsmittel zur Verbindung und Kommunikation von Informationen über eine Vielzahl von Komponenten des Geräts 1000 umfassen.
In einigen Ausführungen ist das Anzeigegerät 1020 so konfiguriert, dass es einem Anwender Informationen anzeigt, und es kann ein LC (Liquid Crystal)-Display, ein LED (Light Emitting Diode)-basiertes Display oder eine andere Art von Flachbildschirm umfassen, oder es kann ein CRT (Kathodenstrahlrohr) verwenden. Lautsprecher 1030, Mikrofon 1040 und Kamera 1050 sind so konfiguriert, dass Audio- und Video-Inhalte, die von einem oder mehreren Inhabern (z. B. in SoC 1080) verarbeitet und in einem Speichergerät, das dem Gerät 1000 zugewiesen ist, gespeichert werden, erstellt, erfasst und ausgegeben werden. Eingabegeräte 1060 können alphanumerische und andere Tasten umfassen, wobei die Eingabe über eine Tastatur, einen Touchscreen oder einen anderen vergleichbaren Eingabemechanismus erfolgen kann. Mikrofon 1040 und Kamera 1050 können so konfiguriert sein, dass sie einen Eingang (Informationen, Befehlsoptionen usw.) von einem Benutzer oder einem anderen zugewiesenen Gerät oder System empfangen. Die über ein oder mehrere Eingabegeräte 1060 empfangenen Eingabeinformationen können zur Weiterverarbeitung an einen Prozessor des SoC 1080 kommuniziert werden, beispielsweise über den Bus 1097. Eine andere Art von Benutzereingabegerät 1060 ist Cursorsteuerung, wie z. B. eine Maus, ein Trackball oder Cursorpfeiltasten, für die Kommunikation von Richtungsinformationen und Befehlsoptionen an SoC 1080 sowie für die Steuerung der Cursorbewegung am Anzeigegerät 1020.
Speicher 1070 des Geräts 1000 kann ein dynamisches Speichergerät sein, das an Bus 1097 gekoppelt ist, und das so konfiguriert ist, dass Informationen und auszuführende Befehle von den Prozessoren des SoC 1080 und/oder anderen Prozessoren (oder Computereinheiten), die dem Gerät 1000 zugewiesen sind, gespeichert werden. Speicher 1070 kann ebenfalls zum Speichern von temporären Variablen oder anderen Zwischeninformationen während Ausführung von Anweisungen durch die Prozessoren verwendet werden. Der Speicher 1070 kann ganz oder partiell als DIMM (Dual In-Line- Memory Module)-Speicher implementiert werden und es kann sich dabei um einen oder mehrere der folgenden Speicherarten handeln: Static random access memory (SRAM), Burst SRAM oder SynchBurst SRAM (BSRAM), Dynamic random access memory (DRAM), Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM), Enhanced DRAM (EDRAM), Extended Data Output RAM (EDO RAM), Extended Data Output DRAM (EDO DRAM), Burst Extended Data Output DRAM (BEDO DRAM), Enhanced DRAM (EDRAM1, synchronous DRAM (SDRAM), JEDECSRAM, PClOO SDRAM, Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM), Enhanced SDRAM (ESDRAM), SyncLink DRAM (SLDRAM), Direct Rambus DRAM (DRDRAM), Ferroelectric RAM (FRAM) oder jede andere Art von Speichergerät. Das Gerät 1000 kann auch ROM (Read-Only Memory) und/oder einen anderen entsprechenden statischen Speicher umfassen - es kann beispielsweise an den Bus 1097 gekoppelt und so konfiguriert sein, dass statische Informationen und Befehle von den Prozessoren des SoC 1080 und/oder anderen Prozessoren (oder Computereinheiten), die dem Gerät 1000 zugewiesen sind, gespeichert werden. Dieses Datenspeichergerät des Geräts 1000 kann eine Magnetdisk, eine optische Disk oder Flash Memory-Geräte umfassen und es kann an Bus 1097 gekoppelt sein, um Informationen und Befehle zu speichern.
In einigen Ausführungsformen ist SoC 1080 ein Teil einer Kernverarbeitungs- oder Recheneinheit von Gerät 1000, und es ist so konfiguriert, dass es eingegebene Daten und Befehle empfängt und verarbeitet, eine Ausgabe und/oder die Steuerung anderer Komponenten des Geräts 1000 gemäß den Ausführungsformen bereitstellt. SoC 1080 kann einen Mikroprozessor, einen Speicher-Controller, einen Speicher und periphere Komponenten umfassen. Der Mikroprozessor kann darüber hinaus einen Cache-Speicher (z. B. SRAM, der zusammen mit dem Speicher des SoC 1080 ein Teil einer Speicherhierarchie zum Speichern von Befehlen und Daten sein kann), umfassen. Der Mikroprozessor kann zudem ein oder mehrere logische Module, wie ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder ein anderes logisches Array umfassen. Die Kommunikation zwischen einem Mikroprozessor des SoC 1080 und dem Speicher kann durch den Speicher-Controller (oder den Chipsatz) vereinfacht sein, was auch die Kommunikation mit den peripheren Komponenten, wie Zähler-Timer, Echtzeit-Timer und Power-On-Reset-Generatoren, erleichtern kann. Der SoC 1080 kann zudem andere Komponenten umfassen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Timing-Quellen (z.B. Oszillatoren und Phase-Locked Loops), Spannungsregler und Leistungsmanagement-Schaltkreise.
In einigen Ausführungsformen ist das Gerät 1000 so konfiguriert, dass es mit anderen Geräten oder System direkt oder mithilfe des Kommunikationsmoduls 1090 über eines oder mehrere Netzwerke kommuniziert. Das Kommunikationsmodul 1090 kann die notwendige und typischen Hardware-, Software- und/oder Firmware-Module umfassen, wie z. B. in Bezug auf einen Modulator, einen Demodulator, einen Baseband-Konverter, einen Kanal-Codec und/oder andere Komponenten, die darin implementiert sind, um das Gerät 1000 für die drahtlose Kommunikation zu befähigen. Demgemäß ist das Kommunikationsmodul 1090 in der Lage, Daten und Meldungen in Form von RF (Radiofrequenz)-Signalen über eine oder mehrere Antennen 1095 drahtlos zu übertragen und zu empfangen. In einigen Ausführungsformen ist das Kommunikationsmodul 1090 so konzipiert und konfiguriert, dass es eine Kommunikation basierend auf einem oder mehreren Kommunikationsstandards und - protokollen unterstützt, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf die Mobilfunkstandards WLAN, Wi-Gi, Bluetooth, GSM, CDMA, GPRS, 3G oder 4G (z. B. WiMAX, LTE), Wireless USB, Satellitenkommunikation und Wireless LAN. Zusätzlich oder alternativ kann das Kommunikationsmodul 1090 auch für die schnurgebundene Kommunikation konfiguriert sein, wie beispielsweise basierend auf dem Ethernet-Standard, und somit kann es an eine adäquate Netzwerkschnittstelle des Geräts 1000 gekoppelt sein.
In einem Gesichtspunkt umfasst das Gerät einen mikroelektromechanischen Beschleunigungsmesser, einschließlich einer Masse, einem ersten Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes, und eines ersten Trägerholmteils und einen zweiten Trägerholmteils, jeweils zum Leiten eines zeitlich variierenden Signals, welches das Magnetfeld entlang einer ersten Dimension quert, worin eine Resonanzfrequenz für das zeitlich variierende Signal auf dem Magnetfeld basiert, worin die Masse am ersten Trägerholmteil und am zweiten Trägerholmteil aufgehängt ist. Der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser umfasst ferner einen ersten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und flexibel an einem ersten Anker gekoppelt ist, sowie einen zweiten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und flexibel an einen zweiten Anker gekoppelt ist, worin der erste Anker und der zweite Anker ein erstes Signal mit dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil austauschen, worin, basierend auf dem ersten Signal und dem Magnetfeld, der erste Drahtteil und der zweite Drahtteil eine Kraft entlang einer zweiten Dimension senkrecht zur ersten Dimension auf die Masse wirken lassen.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Signal ein Gleichstromsignal. In einer anderen Ausführungsform ist der erste Drahtteil flexibel über eine Federstruktur mit dem ersten Anker gekoppelt. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Federstruktur Spulen oder Wellungen. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Gerät zudem eine Detektorlogik für den Empfang eines ersten Eingangs, der einen Bias des mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers anzeigt, worin der erste Eingang die Kraft anzeigt, um einen zweiten Eingang zu empfangen, der die Resonanzfrequenz anzeigt, um eine Beschleunigung der Masse basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang zu evaluieren, und um ein Signal zu erzeugen, welches die evaluierte Beschleunigung darstellt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das erste Signal ein periodisches Wellensignal, worin die Detektorlogik zur Evaluierung der Beschleunigung basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang Detektorlogik zur Evaluierung einer der Frequenzen, die Differenzialresonanzfrequenz oder die mittlere Resonanzfrequenz, umfasst. In einer weiteren Ausführungsform wählt die Detektorlogik darüber hinaus zwischen der Differenzialresonanzfrequenz und der mittleren Resonanzfrequenz, um die Beschleunigung zu evaluieren, worin die Detektorlogik die Auswahl basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingang trifft. In einer anderen Ausführungsform umfasst der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser darüber hinaus einen zweiten Magneten, einen dritten Trägerholmteil und einen vierten Trägerholmteil, einen dritten Drahtteil, der an der Masse und flexibel an einem dritten Anker gekoppelt ist, und einen vierten Drahtteil, der an der Masse und flexibel an einem vierten Anker gekoppelt ist. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gerät darüber hinaus einen Verzögerungsschaltkreis mit einem Widerstand und einem Kondensator, die an die Testmasse gekoppelt sind, wobei der Verzögerungsschaltkreis ein Klingeln der Testmasse verringert.
In einem anderen Gesichtspunkt umfasst das System einen mikroelektromechanischen Beschleunigungsmesser, einschließlich einer Masse, einem ersten Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes sowie einem ersten Trägerholmteil und einem zweiten Trägerholmteil, jeweils zum Leiten eines zeitlich variierenden Signals, welches das Magnetfeld entlang einer ersten Dimension quert, worin eine Resonanzfrequenz für das zeitlich variierende Signal auf dem Magnetfeld basiert, worin die Masse am ersten Trägerholmteil und am zweiten Trägerholmteil aufgehängt ist. Der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser umfasst ferner einen ersten Drahtteil, der an die Masse und flexibel an einen ersten Anker gekoppelt ist, sowie einen zweiten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einem zweiten Anker flexibel gekoppelt ist, worin der erste Anker und der zweite Anker basierend auf dem ersten Signal und dem Magnetfeld ein erstes Signal mit dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil austauschen, wobei der erste Drahtteil und der zweite Drahtteil eine Kraft entlang einer zweiten Dimension senkrecht zur ersten Dimension auf die Masse wirken lassen. Das System umfasst fernerer ein Touchscreen-Anzeigegerät, gekoppelt an den mikroelektromechanischen Beschleunigungsmesser, wobei das Touchscreen-Anzeigegerät Informationen an einem Benutzerdisplay bereitstellt, welche eine Beschleunigung der Testmasse angeben.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Signal ein Gleichstromsignal. In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Drahtteil flexibel über eine Federstruktur mit dem ersten Anker gekoppelt. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Federstruktur Spulen oder Wellungen. In einer anderen Ausführungsform umfasst der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser darüber hinaus eine Detektorlogik für den Empfang eines ersten Eingangs, der einen Bias des mirkoelektromechanischen Beschleunigungsmesssers angibt, worin der erste Eingang die Kraft angibt, um einen zweiten Eingang zu erhalten, welcher die Resonanzfrequenz angibt, zur Evaluierung einer Beschleunigung der Masse basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang sowie zur Generierung eines Signals, welches die evaluierte Beschleunigung darstellt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das erste Signal ein periodisches Wellensignal, worin die Detektorlogik zur Evaluierung der Beschleunigung basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang Detektorlogik zur Evaluierung einer der Frequenzen, die Differenzialresonanzfrequenz oder die mittlere Resonanzfrequenz, umfasst. In einer weiteren Ausführungsform wählt die Detektorlogik darüber hinaus zwischen der Differenzialresonanzfrequenz und der mittleren Resonanzfrequenz, um die Beschleunigung zu evaluieren, worin die Detektorlogik die Auswahl basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingang trifft. In einer anderen Ausführungsform umfasst der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser darüber hinaus einen zweiten Magneten, einen dritten Trägerholmteil und einen vierten Trägerholmteil, einen dritten Drahtteil, der an der Masse und flexibel an einem dritten Anker gekoppelt ist, und einen vierten Drahtteil, der an der Masse und flexibel an einem vierten Anker gekoppelt ist. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser darüber hinaus einen Verzögerungsschaltkreis mit einem Widerstand und einem Kondensator, die an die Testmasse gekoppelt sind, wobei der Verzögerungsschaltkreis ein Klingeln der Testmasse verringert.
In einem weiteren Gesichtspunkt umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers einen ersten Magneten auf einem Substrat, wobei eine erste dielektrische Schicht über dem ersten Magneten laminiert ist und wobei eine oder mehrere leitende Schichten über der ersten dielektrischen Schicht gebildet werden. Die eine oder mehreren leitenden Schichten umfassen eine Masse, einen ersten Trägerholmteil und einen zweiten Trägerholmteil, einen ersten Drahtteil, der an die Masse und flexibel an einem ersten Anker gekoppelt ist, und einen zweiten Drahtteil, der an die Masse und flexibel an einen zweiten Anker gekoppelt ist. Die Methode umfasst ferner das Entfernen eines Teils der ersten dielektrischen Schicht proximal jeweils zur Masse, dem ersten Trägerholmteil, dem zweiten Träger, dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil, worin die Masse nach dem Entfernen des Teils der ersten dielektrischen Schicht zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger hängt und durch Beschleunigung des mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers in Bewegung versetzt werden kann.
In einer Ausführungsform ist der erste Drahtteil flexibel über eine Federstruktur mit dem ersten Anker verbunden. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Federstruktur Spulen oder Wellungen. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren darüber hinaus die Platzierung einer Matrize auf dem Substrat, einschließlich einer Detektorlogik für den Empfang eines ersten Eingangs, der einen Bias des mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers umfasst, worin der erste Eingang die Kraft angibt, für den Empfang eines zweiten Eingangs, welcher die Resonanzfrequenz angibt, zur Evaluierung einer Beschleunigung der Masse basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingang, und zur Generierung eines Signals, welches die evaluierte Beschleunigung darstellt. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Gerät darüber hinaus die Platzierung eines zweiten Magneten auf das Substrat, worin die eine oder die mehreren leitfähige(n) Schicht(en) darüber hinaus einen dritten Trägerholmteil umfassen, sowie einen dritten Drahtteil, der an Masse und flexibel an einem dritten Anker gekoppelt ist, und einen vierten Drahtteil, der an Masse und flexibel am vierten Anker gekoppelt ist.
In einem anderen Gesichtspunkt umfasst ein Verfahren das Empfangen eines ersten Eingangs, der einen Bias eines Beschleunigungsmessers anzeigt, einschließlich eines ersten Magneten, einer Masse, eines ersten Trägerholmteils, eines zweiten Trägerholmteils, eines ersten Drahtteils, an die Masse gekoppelt und flexibel an einen ersten Anker gekoppelt, und einen zweiten Drahtteil, an die Masse gekoppelt und flexibel an einen zweiten Anker gekoppelt, worin die Masse zwischen dem ersten Trägerholmteil und dem zweiten Trägerholmteil aufgehängt ist, worin der erste Anker und der zweite Anker ein erstes Signal austauschen, und worin, basierend auf dem ersten Signal und einem Magnetfeld des Magneten, der erste Drahtteil und der zweite Drahtteil eine Kraft an die Masse anlegen, worin der erste Eingang die Kraft darstellt. Das Verfahren umfasst ferner das Empfangen eines zweiten Eingangs, der eine Resonanzfrequenz des ersten Trägerholmteils und des zweiten Trägerholmteils angibt, wobei die Resonanzfrequenz auf dem Magnetfeld und dem zeitlich variierenden Signal, das mit dem ersten Trägerholmteil und dem zweiten Trägerholmteil geleitet wurde, während die Kraft an die Masse angelegt wird, basiert. Das Verfahren umfasst ferner - basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang - die Evaluierung einer Beschleunigung der Masse sowie die Erzeugung eines Signals, das die evaluierte Beschleunigung darstellt.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Signal ein Gleichstromsignal. In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Drahtteil flexibel über eine Federstruktur mit dem ersten Anker gekoppelt. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Federstruktur Spulen oder Wellungen. In einer anderen Ausführungsform umfasst das erste Signal ein periodisches Wellensignal, worin die Evaluierung der Beschleunigung basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang die Evaluierung einer der Frequenzen, einer Differenzialresonanzfrequenz oder einer mittleren Resonanzfrequenz, umfasst. in einer anderen Ausführungsform basiert die Auswahl zwischen der Differenzialresonanzfrequenz und der mittleren Resonanzfrequenz zur Evaluierung der Beschleunigung auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Auswahl zwischen der Differenzialresonanzfrequenz und der mittleren Resonanzfrequenz, ob der erste Eingang und der zweite Eingang anzeigen, dass die Beschleunigung größer oder gleich einem Schwellenwertpegel ist, dann die Auswahl der Differenzialresonanzfrequenz zur Ermittlung einer Richtung und einer Größe der Beschleunigung, ansonsten die Auswahl der Differenzialresonanzfrequenz zur Ermittlung der Beschleunigungsrichtung und Auswahl der mittleren Resonanzfrequenz zur Ermittlung der Größe der Beschleunigung.
Technik und Architekturen zur Bereitstellung einer Beschleunigungsmessung sind hierin beschrieben. Die Beschleunigungsmesser, wie hierin beschrieben, werden möglicherweise im Rahmen eines Chip-Scale-Verpackungsansatzes hergestellt, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf die BBUL (Bumpless Build Up Layer)-Technologie. In der obigen Beschreibung werden zum Zweck der Erklärung zahlreiche spezifische Details erläutert, um ein gründliches Verständnis von erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu ermöglichen. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass bestimmte Ausführungsformen auch ohne diese spezifischen Details umgesetzt werden können. In anderen Fällen sind Strukturen und Geräte in Form eines Blockdiagramms gezeigt, um die Beschreibung nicht zu verschleiern.
Verweise in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“ bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Charakteristikum, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in zumindest einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthalten ist. Die Verwendung des Ausdrucks „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in der Beschreibung bezieht sich nicht notwendigerweise immer auf die gleiche Ausführungsform.
Einige Teile der ausführlichen Beschreibung hierin sind in Form von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen auf Datenbits innerhalb eines Computerspeichers dargestellt. Diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen sind die von Fachleuten im Bereich der Datenverarbeitung verwendeten Mittel, um den Inhalt ihrer Arbeit anderen Fachleuten effektiv mitzuteilen. Ein Algorithmus ist hier und wird generell als eine selbstkonsistente Sequenz von Schritten betrachtet, die zu einem gewünschten Resultat führen. Die Schritte sind diejenigen, die physische Manipulationen von physischen Mengen erfordern. Gewöhnlich, obwohl nicht notwendigerweise, nehmen diese Mengen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen an, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich grundsätzlich aus Gründen des allgemeinen Sprachgebrauchs als geeignet erwiesen, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen o. ä. zu bezeichnen.
Es sollte bedacht werden, dass alle diese und ähnlichen Begriffe jedoch mit den geeigneten, physischen Größen zu verbinden sind und lediglich praktische Bezeichnungen darstellen, die auf diese Größen angewendet werden. Wenn nicht spezifisch anders angegeben, wie offensichtlich aus der Erörterung hierin, ist es selbstverständlich, dass sich in der Beschreibung Erörterungen, die die Begriffe, wie z. B. „Verarbeiten“ oder „Berechnen“ oder „Ausrechnen“ oder „Bestimmen“ oder „Darlegen“ und dergleichen, auf die Handlungen und Prozesse eines Computersystems oder eines ähnlichen elektronischen Computergeräts beziehen, das Daten, die als physische (elektronische) Mengen innerhalb der Register und Speicher des Computersystems dargestellt sind, in andere Daten transformiert und manipuliert, die gleichermaßen als physische Mengen innerhalb der Computersystemspeicher oder -register oder innerhalb anderer solcher Informationsspeicher, Übertragungs- oder Displaygeräte dargestellt sind.
Hierin beschriebenen Ausführungsformen können sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der hier beschriebenen Operationen beziehen. Diese Vorrichtung kann speziell für die erforderlichen Zwecke gestaltet sein, oder sie kann einen Universalcomputer umfassen, der selektiv durch ein in dem Computer gespeichertes Computerprogramm aktiviert oder rekonfiguriert wird. Solch ein Computerprogramm kann in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, jede Art Disk, einschließlich Floppy Disks, optische Disks, CD-ROMs und magnetooptische Disks, Festwertspeicher (read-only memories, ROMs), Direktzugriffspeicher (random access memories, RAMs), wie z. B. dynamischer RAM (DRAM), EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten, oder jeden Typ an Medien, der zum Speichern von elektronischen Befehlen geeignet ist, und wobei jedes mit einem Computersystem-Bus gekoppelt ist.
Die hierin dargestellten Algorithmen und Displays sind nicht von Natur aus mit irgendeinem bestimmten Computer oder einer anderen Vorrichtung verbunden. Verschiedene Universalsysteme können mit Programmen in Übereinstimmung mit den Lehren hierin verwendet werden, oder es kann sich als zweckmäßig herausstellen, eine spezialisiertere Vorrichtung zu gestalten, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Die erforderliche Struktur für vielerlei dieser Systeme wird in der nachstehenden Beschreibung erscheinen. Außerdem sind die vorliegenden Ausführungsformen nicht unter Bezugnahme auf eine konkrete Programmiersprache beschrieben. Es ist selbstverständlich, dass vielerlei Programmiersprachen verwendet werden können, um die Lehren der Ausführungsformen wie hierin beschrieben zu implementieren.
Neben den Beschreibungen hierin, können verschiedene Modifikationen an den offenbarten erfindungsgemäßen Ausführungsformen und Implementierungen gemacht werden, ohne von deren Umfang abzuweichen. Die Veranschaulichungen und Beispiele hierin sollen deshalb in einem veranschaulichenden und nicht einschränkenden Sinn ausgelegt werden. Der Umfang der Erfindung soll lediglich unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche gemessen werden.

Claims

Gerät umfassend: einen mikroelektromechanischen Beschleunigungsmesser, umfassend: eine Masse; einen ersten Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes; einen ersten Trägerholmteil und einen zweiten Trägerholmteil, jeweils zum Leiten eines zeitlich variierenden Signals, welches das Magnetfeld entlang einer ersten Dimension quert, worin eine Resonanzfrequenz für das zeitlich variierende Signal auf dem Magnetfeld basiert, worin die Masse am ersten Trägerholmteil und am zweiten Trägerholmteil aufgehängt ist; einen ersten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einem ersten Anker flexibel gekoppelt ist; und einen zweiten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einem zweiten Anker flexibel gekoppelt ist, worin der erste Anker und der zweite Anker ein erstes Signal mit dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil austauschen, wobei basierend auf dem ersten Signal und dem Magnetfeld der erste Drahtteil und der zweite Drahtteil eine Kraft entlang einer zweiten Dimension senkrecht zur ersten Dimension auf die Masse wirken lassen.
Gerät nach Anspruch 1, worin das erste Signal ein Gleichstromsignal umfasst.
Gerät nach Anspruch 1, worin der erste Drahtteil über eine Federstruktur flexibel mit dem ersten Anker gekoppelt ist.
Gerät nach Anspruch 3, worin die Federstruktur Spulen oder Wellungen umfasst.
Gerät nach Anspruch 1, zudem umfassend eine Detektorlogik für den Empfang eines ersten Eingangs, der ein Bias des mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers anzeigt, worin der erste Eingang die Kraft anzeigt, um einen zweiten Eingang zu empfangen, der die Resonanzfrequenz anzeigt, um eine Beschleunigung der Masse basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang zu evaluieren, und um ein Signal zu erzeugen, welches die evaluierte Beschleunigung darstellt.
Gerät nach Anspruch 5, worin das erste Signal ein periodisches Wellensignal umfasst und worin die Detektorlogik zur Evaluierung der Beschleunigung basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang Detektorlogik zur Evaluierung einer der Optionen Differenzialresonanzfrequenz oder mittlere Resonanzfrequenz umfasst.
Gerät nach Anspruch 6, worin die Detektorlogik darüber hinaus zwischen der Differenzialresonanzfrequenz und der mittleren Resonanzfrequenz zur Evaluierung der Beschleunigung wählt, worin die Detektorlogik, die Auswahl basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang treffen soll.
Gerät nach Anspruch 1, wobei der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser darüber hinaus Folgendes umfasst: einen zweiten Magneten; einen dritten Trägerholmteil und einen vierten Trägerholmteil; einen dritten Drahtteil, gekoppelt an die Masse und flexibel an einen dritten Anker gekoppelt; und einen vierten Drahtteil, gekoppelt an die Masse und flexibel an einen vierten Anker gekoppelt.
Gerät nach Anspruch 1, welches darüber hinaus einen Verzögerungsschaltkreis mit einem Widerstand und einem Kondensator umfasst, die an die Testmasse gekoppelt sind, wobei der Verzögerungsschaltkreis ein Klingeln der Testmasse verringern soll.
System, umfassend: einen mikroelektromechanischen Beschleunigungsmesser, umfassend: eine Masse; einen ersten Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes; einen ersten Trägerholmteil und einen zweiten Trägerholmteil, jeweils zum Leiten eines zeitlich variierenden Signals, welches das Magnetfeld entlang einer ersten Dimension quert, worin eine Resonanzfrequenz für das zeitlich variierende Signal auf dem Magnetfeld basiert, worin die Masse am ersten Trägerholmteil und am zweiten Trägerholmteil aufgehängt ist; einen ersten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einen ersten Anker flexibel gekoppelt ist; und einen zweiten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einen zweiten Anker flexibel gekoppelt ist, worin der erste Anker und der zweite Anker ein erstes Signal mit dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil austauschen, worin, basierend auf dem ersten Signal und dem Magnetfeld, der erste Drahtteil und der zweite Drahtteil eine Kraft entlang einer zweiten Dimension senkrecht zur ersten Dimension auf die Masse wirken lassen; und ein Touchscreen-Anzeigegerät, gekoppelt an den mikroelektromechanischen Beschleunigungsmesser, wobei das Touchscreen-Anzeigegerät Informationen an einem Benutzerdisplay bereitstellt, welche eine Beschleunigung der Testmasse angeben.
System nach Anspruch 10, worin das erste Signal ein Gleichstromsignal umfasst.
System nach Anspruch 10, worin der erste Drahtteil flexibel über eine Federstruktur mit dem ersten Anker gekoppelt ist.
System nach Anspruch 12, worin die Federstruktur Spulen oder Wellungen umfasst.
System nach Anspruch 10, wobei der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser darüber hinaus eine Detektorlogik für den Empfang eines ersten Eingangs umfasst, der einen Bias des mirkoelektromechanischen Beschleunigungsmesssers angibt, worin der erste Eingang die Kraft angibt, um einen zweiten Eingang zu erhalten, welcher die Resonanzfrequenz angibt, zur Evaluierung einer Beschleunigung der Masse basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang sowie zur Generierung eines Signals, welches die evaluierte Beschleunigung darstellt.
System nach Anspruch 14, worin das erste Signal ein periodisches Wellensignal umfasst und worin die Detektorlogik zur Evaluierung der Beschleunigung basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang die Detektorlogik zur Evaluierung eine der Frequenzen, die Differenzialresonanzfrequenz oder die mittlere Resonanzfrequenz, umfasst.
System nach Anspruch 15, worin die Detektorlogik darüber hinaus zwischen der Differenzialresonanzfrequenz und der mittleren Resonanzfrequenz wählt, um die Beschleunigung zu evaluieren, worin die Detektorlogik die Auswahl basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingang trifft.
System nach Anspruch 10, wobei der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser darüber hinaus Folgendes umfasst: einen zweiten Magneten; einen dritten Trägerholmteil und einen vierten Trägerholmteil; einen dritten Drahtteil, gekoppelt an die Masse und flexibel an einen dritten Anker gekoppelt; und einen vierten Drahtteil, gekoppelt an die Masse und flexibel an einen vierten Anker gekoppelt.
System nach Anspruch 10, wobei der mikroelektromechanische Beschleunigungsmesser darüber hinaus einen Verzögerungsschaltkreis mit einem Widerstand und einem Kondensator, die an die Testmasse gekoppelt sind, umfasst, wobei der Verzögerungsschaltkreis ein Klingeln der Testmasse verringert.
Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers, wobei dieses Verfahren Folgendes umfasst: Platzierung eines ersten Magneten auf einem Substrat; Laminieren einer ersten dielektrischen Schicht über dem ersten Magneten; Bilden einer oder mehrerer leitender Schichten über der ersten dielektrischen Schicht, wobei die mindestens eine leitende Schicht Folgendes umfasst: eine Masse; einen ersten Trägerholmteil und einen zweiten Trägerholmteil; einen ersten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einen ersten Anker flexibel gekoppelt ist; und einen zweiten Drahtteil, der an die Masse gekoppelt und an einem zweiten Anker flexibel gekoppelt ist; und Entfernen eines Teils der ersten dielektrischen Schicht proximal jeweils zur Masse, dem ersten Trägerholmteil, dem zweiten Trägerholmteil, dem ersten Drahtteil und dem zweiten Drahtteil, worin die Masse nach dem Entfernen des Teils der ersten dielektrischen Schicht zwischen dem ersten Trägerholmteil und dem zweiten Trägerholmteil hängt und durch Beschleunigung des mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers in Bewegung versetzt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 19, worin der erste Drahtteil flexibel über eine Federstruktur mit dem ersten Anker verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Federstruktur Spulen oder Wellungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, darüber hinaus umfassend die Platzierung einer Matrize auf dem Substrat, einschließlich einer Detektorlogik für den Empfang eines ersten Eingangs, der einen Bias des mikroelektromechanischen Beschleunigungsmessers umfasst, worin der erste Eingang die Kraft angibt, für den Empfang eines zweiten Eingangs, welcher die Resonanzfrequenz angibt, zur Evaluierung einer Beschleunigung der Masse basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingang, und zur Generierung eines Signals, welches die evaluierte Beschleunigung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 19, darüber hinaus umfassend die Platzierung eines zweiten Magneten auf dem Substrat, worin die mindestens eine Leitschicht zudem Folgendes umfasst: einen dritten Trägerholmteil und einen vierten Trägerholmteil; einen dritten Drahtteil, gekoppelt an die Masse und flexibel an einen dritten Anker gekoppelt; und einen vierten Drahtteil, gekoppelt an die Masse und flexibel an einen vierten Anker gekoppelt.
Verfahren, umfassend: Empfangen eines ersten Eingangs, der einen Bias eines Beschleunigungsmessers anzeigt, einschließlich eines ersten Magneten, einer Masse, eines ersten Trägerholmteils, eines zweiten Trägerholmteils, eines ersten Drahtteils, an die Masse gekoppelt und flexibel an einen ersten Anker gekoppelt, und einen zweiten Drahtteil, an die Masse gekoppelt und flexibel an einen zweiten Anker gekoppelt, worin die Masse zwischen dem ersten Trägerholmteil und dem zweiten Trägerholmteil aufgehängt ist, worin der erste Anker und der zweite Anker ein erstes Signal austauschen, und worin, basierend auf dem ersten Signal und einem Magnetfeld des Magneten, der erste Drahtteil und der zweite Drahtteil eine Kraft an die Masse anlegen, worin der erste Eingang die Kraft darstellt; Empfangen eines zweiten Eingangs, der eine Resonanzfrequenz des ersten Trägerholmteils und des zweiten Trägerholmteils angibt, wobei die Resonanzfrequenz auf dem Magnetfeld und dem zeitlich variierenden Signal, das mit dem ersten Trägerholmteil und dem zweiten Trägerholmteil geleitet wurde, während die Kraft an die Masse angelegt wird, basiert; Evaluieren der Beschleunigung der Masse basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang; und Erzeugen eines Signals, welches die evaluierte Beschleunigung anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 24, worin das erste Signal ein Gleichstromsignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, worin der erste Drahtteil flexibel über eine Federstruktur am ersten Anker gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 26, worin die Federstruktur Spulen oder Wellungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, worin das erste Signal ein periodisches Wellensignal umfasst, und worin die Evaluierung der Beschleunigung basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang die Evaluierung einer der Frequenzen, einer Differenzialresonanzfrequenz oder einer mittleren Resonanzfrequenz, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, ferner umfassend: Die Auswahl zwischen der Differenzialresonanzfrequenz und der mittleren Resonanzfrequenz zur Evaluierung der Beschleunigung basierend auf dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang.
Verfahren aus Anspruch 29, worin die Auswahl zwischen der Differenzialresonanzfrequenz und der mittleren Resonanzfrequenz Folgendes umfasst: Wenn der erste Eingang und der zweite Eingang anzeigen, dass die Beschleunigung größer oder gleich einem Schwellenwertpegel ist, dann die Auswahl der Differenzialresonanzfrequenz zur Ermittlung einer Richtung und einer Größe der Beschleunigung, ansonsten Auswahl der Differenzialresonanzfrequenz zur Ermittlung der Beschleunigungsrichtung und Auswahl der mittleren Resonanzfrequenz zur Ermittlung der Größe der Beschleunigung.