ITTO20120542A1 - Dispositivo microelettromeccanico con instradamento dei segnali attraverso un cappuccio protettivo e metodo per controllare un dispositivo microelettromeccanico - Google Patents

Dispositivo microelettromeccanico con instradamento dei segnali attraverso un cappuccio protettivo e metodo per controllare un dispositivo microelettromeccanico Download PDF

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ITTO20120542A1
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Description

DESCRIZIONE
“DISPOSITIVO MICROELETTROMECCANICO CON INSTRADAMENTO DEI SEGNALI ATTRAVERSO UN CAPPUCCIO PROTETTIVO E METODO PER CONTROLLARE UN DISPOSITIVO MICROELETTROMECCANICOâ€
La presente invenzione à ̈ relativa a un dispositivo microelettromeccanico con instradamento dei segnali attraverso un cappuccio protettivo e a un metodo per controllare un dispositivo microelettromeccanico.
Come à ̈ noto, l’impiego di sistemi microelettromeccanici o MEMS (dall’inglese “Micro-Electro-Mechanical Systems†) si à ̈ andato sempre più diffondendo in vari settori della tecnologia e ha dato risultati incoraggianti specialmente nella realizzazione di sensori inerziali, giroscopi microintegrati, e oscillatori elettromeccanici per svariate applicazioni.
Sotto la spinta della crescente richiesta di prestazioni e flessibilità di impiego elevate, la tecnologia si à ̈ rapidamente sviluppata e ha portato alla realizzazione di sensori microelettromeccanici miniaturizzati capaci di rilevare diverse grandezze indipendenti. Ad esempio, sono state proposte numerose soluzioni relative a sensori di movimento (accelerometri e giroscopi) multiassiali utilizzanti microstrutture integrate in un singolo “die†.
La tendenza alla miniaturizzazione e all’integrazione trova però un limite nella necessità di far comunicare i sensori integrati nel “die†con l’ambiente esterno, in particolar modo con i dispositivi di controllo che tipicamente sono realizzati in piastrine separate. Una parte importante del “die†integrante le microstrutture, infatti, à ̈ dedicata esclusivamente a ospitare piazzole di contatto per la connessione con l’esterno. Paradossalmente, mentre soluzioni sofisticate dal punto di vista meccanico ed elettrico permettono di progettare microstrutture estremamente compatte, l’area richiesta dalle piazzole e dalle relative linee di connessione non può essere ridotta oltre un certo limite.
Sensori integrati capaci di rilevare numerose grandezze indipendenti richiedono quindi un notevole dispendio in termini di area.
Oltre alle difficoltà tecniche da affrontare per il progetto delle connessioni, la resa per unità di area à ̈ bassa e il costo dei dispositivo à ̈ elevato.
Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un dispositivo microelettromeccanico e un metodo per controllare un dispositivo microelettromeccanico che permettano di superare le limitazioni descritte.
Secondo la presente invenzione vengono realizzati dispositivo microelettromeccanico e un metodo per controllare un dispositivo microelettromeccanico come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1, e 14.
Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne verranno ora descritte alcune forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 à ̈ una vista in pianta dall’alto semplificata di un dispositivo microelettromeccanico in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 2 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato del dispositivo microelettromeccanico di figura 1;
- la figura 3 Ã ̈ una sezione trasversale attraverso una porzione del dispositivo di microelettromeccanico figura 1;
- la figura 4 Ã ̈ uno schema elettrico semplificato di un dettaglio del dispositivo microelettromeccanico di figura 1;
- la figura 5 Ã ̈ uno schema elettrico semplificato di una variante del dettaglio di figura 4;
- la figura 6 mostra grafici relativi a grandezze utilizzate nel dispositivo microelettromeccanico secondo la variante di figura 5;
- la figura 7 mostra tabelle relative a funzioni logiche utilizzate nel dispositivo microelettromeccanico secondo la variante di figura 5;
- la figura 8 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di un dispositivo microelettromeccanico in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 9 à ̈ una vista in pianta dall’alto di un dispositivo microelettromeccanico in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 10 à ̈ una sezione trasversale attraverso una porzione di un dispositivo microelettromeccanico in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 11 à ̈ una sezione trasversale attraverso una porzione di un dispositivo microelettromeccanico in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 12 à ̈ una vista in pianta dall’alto semplificata e con parti asportate del dispositivo microelettromeccanico di figura 11; e
- la figura 13 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di un sistema elettronico incorporante un dispositivo microelettromeccanico secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.
Con riferimento alle figure 1 e 2, un sensore microelettromeccanico multiassiale à ̈ illustrato in modo schematico ed à ̈ indicato nel suo complesso con il numero 1. Il sensore microelettromeccanico 1 comprende un componente strutturale 2 e un circuito di controllo o ASIC (“Application Specific Integrated Circuit†) 3.
Il componente strutturale 2 comprende, a sua volta, una piastrina (“chip†) microstrutture 4 e un cappuccio protettivo 5, uniti l’uno all’altra attraverso regioni di incollaggio (“bonding†) 7 conduttive.
Secondo una forma di realizzazione, nella piastrina microstrutture 4 sono alloggiate una prima struttura microelettromeccanica 8 e una seconda struttura microelettromeccanico 10, che formano parti strutturali rispettivamente di un accelerometro multiassiale e di un giroscopio multiassiale di tipo capacitivo. Nel seguito tali strutture microelettromeccaniche saranno per semplicità indicate come microstruttura 8 e microstruttura 10.
La prima microstruttura 8 e la seconda microstruttura 10 hanno rispettivi gruppi di terminali 8a, 10a collegati al cappuccio protettivo 5 attraverso rispettive regioni conduttive di incollaggio 7 (figura 3).
Oltre che attraverso le regioni conduttive di incollaggio 7, il cappuccio protettivo 5 à ̈ unito alla piastrina microstrutture 4 mediante un anello di incollaggio (non mostrato) ed à ̈ disposto a protezione delle microstrutture 8, 10. L’anello di incollaggio e le regioni conduttive di incollaggio 7 sono preferibilmente ricavati da uno stesso strato conduttivo di incollaggio e sono dello stesso materiale conduttivo. Tuttavia, le regioni conduttive di incollaggio 7 sono elettricamente isolate dall’anello di incollaggio per consentire il corretto instradamento dei segnali.
Il cappuccio protettivo 5 comprende un modulo di selezione 13, un modulo di pilotaggio 14, una struttura di instradamento (“routing†) 15 e vie passanti 17, ad esempio di tipo TSV (“Trough Silicon Vias†).
Il modulo di selezione 13 e il modulo di pilotaggio 14 sono realizzati in una porzione del cappuccio protettivo 5 che, per comodità, sarà qui e nel seguito indicata come substrato. Si intende tuttavia che tale porzione del cappuccio protettivo 5 può comprendere, oltre a un substrato semiconduttore propriamente detto, ulteriori strati semiconduttori policristallini e monocristallini e strati o porzioni di strati dielettrici, secondo quanto richiesto per la realizzazione del modulo di selezione 13, nonché del modulo di pilotaggio 14.
Il modulo di selezione 13 e il modulo di pilotaggio 14 sono alloggiati in prossimità di una faccia 18a del substrato 18 che à ̈ adiacente alla struttura di instradamento 15.
La struttura di instradamento 15 comprende una pluralità di linee di connessione 16 disposte su più livelli e annegate in uno strato di materiale dielettrico 19. La struttura di instradamento 15 permette quindi di realizzare una pluralità di connessioni fisse e non complanari fra le microstrutture 8, 10 e il modulo di selezione 13, fra il modulo di selezione 13 e il modulo di pilotaggio 14 e fra il modulo di selezione 13 e il modulo di pilotaggio 14 e piazzole 20 di contatto poste su una faccia 18b del substrato 18 opposta alla faccia 18a e collegate a rispettivi terminali di segnale 3a del dispositivo di controllo 3 (figure 1 e 2).
Il modulo di selezione 13 ha una pluralità di primi terminali di selezione 13a, di secondi terminali di selezione 13b e di terminali di controllo 13c, come mostrato schematicamente in figura 2. I primi terminali di selezione 13a del modulo di selezione 13 sono collegati ai terminali 8a, 10a della prima microstruttura 8 e della seconda microstruttura 10 attraverso la struttura di instradamento 15 e le regioni di incollaggio 7, come spiegato più avanti. I secondi terminali di selezione 13b sono meno numerosi dei primi terminali di selezione 13a e sono collegati a rispettive piazzole 20 di contatto. La connessione dei secondi terminali di selezione 13b alle piazzole 20 à ̈ ottenuta attraverso la struttura di instradamento 15 e rispettive vie passanti 17, che attraversano il substrato 18 dalla faccia 18a adiacente alla struttura di instradamento 15 alla opposta faccia 18b. Nella forma di realizzazione qui illustrata, i terminali di controllo 13c sono collegati a rispettive uscite del modulo di pilotaggio 14. In alternativa, in assenza del modulo di pilotaggio 14 i terminali di controllo 13c possono essere collegati direttamente a rispettivi terminali di temporizzazione 3b del dispositivo di controllo 3.
Il modulo di selezione 13 comprende una pluralità di interruttori 21 controllati dal dispositivo di controllo 3 (qui attraverso il modulo di pilotaggio 14) in modo da collegare i secondi terminali di selezione 13b ai primi terminali di selezione 13a secondo selettivamente una di una pluralità di configurazioni di connessione corrispondenti a rispettive condizioni operative.
Gli interruttori 21 hanno primi terminali di conduzione collegati a rispettivi primi terminali di selezione 13a e secondi terminali di conduzione collegati a rispettivi secondi terminali di selezione 13b, come mostrato a titolo di esempio in figura 4. Inoltre, terminali di controllo degli interruttori 21 definiscono rispettivi terminali di controllo 13c del modulo di selezione 13. Più in dettaglio, in una forma di realizzazione i primi terminali di conduzione degli interruttori 21 sono collegati a rispettivi primi terminali di selezione 13a distinti. Gruppi 21a di interruttori 21 hanno invece i rispettivi secondi terminali di conduzione collegati a uno stesso secondo terminale di selezione 13b. Gli interruttori 21 sono comandati in modo che in ciascun gruppo 21a un solo interruttore 21 per volta sia chiuso, mentre tutti gli altri sono aperti.
In una forma di realizzazione (figura 5), le microstrutture 8, 10 forniscono segnali di accelerazione AX, AY, AZ e segnali di velocità angolare ï —X, ï —Y, ï —Z a rispettivi primi terminali 13a’, 13a†. Per semplicità, viene qui illustrato il caso di segnali unipolari, ma quanto spiegato si applica indifferentemente anche nel caso di segnali differenziali, salvo il fatto che à ̈ richiesto un diverso numero di primi terminali 13a, di secondi terminali 13b e di interruttori 21. I primi terminali 13a’ riceventi i segnali di accelerazione AX, AY, AZ sono selettivamente collegabili a uno stesso secondo terminale 13b’ attraverso un primo gruppo 21a’ di interruttori 21’, mentre i primi terminali 13a†riceventi i segnali di velocità angolare ï —X, ï —Y, ï —Z sono selettivamente collegabili a uno stesso secondo terminale 13b†attraverso un secondo gruppo 21a†di interruttori 21†. Gli interruttori 21’ del primo gruppo 21a’ e gli interruttori 21†del secondo gruppo 21†vengono chiusi selettivamente uno per volta a rotazione durante il funzionamento del sensore microelettromeccanico 1.
Con riferimento nuovamente alle figure 1-3, il modulo di pilotaggio 14 ha ingressi collegati a rispettivi terminali di temporizzazione 3b del dispositivo di controllo 3 attraverso la struttura di instradamento 15, vie passanti 17 e piazzole 20 sulla faccia 18b del substrato 18. Il modulo di pilotaggio 14 riceve segnali di temporizzazione CK1, …, CKM dal dispositivo di controllo 3 e genera segnali di controllo SC1, …, SCN per gli interruttori 21. I segnali di controllo SC1, …, SCN, che possono essere condivisi da interruttori 21 di gruppi 21a distinti, vengono forniti ai terminali di controllo 13c del modulo di selezione 13 per determinare uno stato (aperto o chiuso) di ciascun interruttore 20. In questo modo, il modulo di pilotaggio 14 determina la configurazione del modulo di selezione 13 la condizione operativa del sensore microelettromeccanico 1.
Nell’esempio di figura 5, due segnali di temporizzazione CK1, CK2 vengono forniti in parallelo a rispettivi ingressi del modulo di pilotaggio 14. In alternativa, i segnali di temporizzazione possono essere forniti in serie attraverso un unico terminale o un numero ridotto di terminali. I segnali di temporizzazione CK1, CK2 assumono in sequenza i valori illustrati in figura 6 in fase di lettura dei segnali provenienti dalle microstrutture 8, 10 e contemporaneamente valore nullo quando il sensore microelettromeccanico 1 non à ̈ in fase di lettura, come ad esempio durante fasi di accensione (“Power-On†) o ingresso in o uscita da configurazione di risparmio energetico (“Power Down†). Il modulo di pilotaggio 14 comprende blocchi logici 24 che implementano rispettive funzioni logiche F1, F2, F3 per generare tre segnali di controllo SC1, SC2, SC3 in funzione dei segnali di temporizzazione CK1, CK2. I segnali di controllo SC1, SC2, SC3 vengono forniti ciascuno ai terminali di controllo di un rispettivo interruttore 21’ del primo gruppo 21a’ e di un rispettivo interruttore 21†del secondo gruppo 21a†.
Le funzioni logiche F1, F2, F3 sono definite mediante le tabelle mostrate in figura 7, in modo che in ciascun gruppo 21a’, 21a†tutti gli interruttori 21’, 21†vengano chiusi selettivamente uno per volta a rotazione in fase di lettura del sensore microelettromeccanico 1.
Secondo una variante, illustrata schematicamente in figura 8, il sensore microelettromeccanico 1 comprende un modulo di selezione 13* dotato di memoria e capacità di elaborazione autonoma e genera le sequenze di segnali di controllo SC1, …, SCN necessarie per il corretto funzionamento a partire da un unico segnale di temporizzazione CK fornito dal dispositivo di controllo 3. In questo caso, sono sufficienti un unico terminale di temporizzazione 3b sul dispositivo di controllo 3 un’unica piazzola 20 sul cappuccio protettivo, in aggiunta alle piazzole 20 necessarie per la connessione ai terminali di segnale 3a.
Secondo la forma di realizzazione illustrata in figura 9, un componente strutturale 102 di un sensore microelettromeccanico comprende una piastrina microstrutture 104, che alloggia una prima microstruttura 108 e una seconda microstruttura 110, e un cappuccio protettivo 105. Il cappuccio protettivo 105 integra un modulo di selezione 113, un modulo di pilotaggio 114 e una struttura di instradamento (non mostrata) sostanzialmente come già descritti. Sul cappuccio protettivo 105 sono realizzate piazzole 120 di contatto per microstrutture alloggiate nella piastrina microstrutture 104.
La piastrina microstrutture 104 sporge su almeno un lato rispetto al cappuccio protettivo e, sulla porzione libera, alloggia ulteriori piazzole di contatto 120’.
La figura 10 mostra un componente strutturale 202 di un sensore microelettromeccanico in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione. Il sensore microelettromeccanico non à ̈ illustrato per intero e comprende, oltre al componente strutturale 202, un dispositivo di controllo o ASIC sostanzialmente come già descritto.
Il componente strutturale 202 comprende una piastrina microstrutture 204 e un cappuccio protettivo 205, uniti fra loro da regioni di incollaggio 207 conduttive.
La piastrina microstrutture 204 alloggia una prima microstruttura 208 e una seconda microstruttura 210 che formano parti strutturali rispettivamente di un accelerometro biassiale (con rilevamento in piano) e di un accelerometro monoassiale (con rilevamento fuori piano).
In dettaglio, la prima microstruttura 208 comprende una prima massa di rilevamento 230 in materiale semiconduttore, che à ̈ vincolata a un substrato 231 della piastrina microstrutture 204 mediante elementi elastici di connessione, qui non mostrati. La prima massa di rilevamento 204 à ̈ mobile rispetto al substrato 231 secondo due gradi di libertà traslatori indipendenti e può oscillare attorno a una posizione di equilibrio. La prima massa di rilevamento 230 à ̈ provvista di elettrodi mobili 232 piani (illustrati con linea a tratteggio), capacitivamente accoppiati a rispettivi elettrodi fissi 235, anch’essi piani, ancorati al substrato 231. Ulteriori elettrodi mobili e fissi, non mostrati, sono disposti in piani perpendicolari agli elettrodi mobili 232 e agli elettrodi fissi 235.
La seconda microstruttura 210 comprende una seconda massa di rilevamento 240, anch’essa di materiale semiconduttore, che à ̈ vincolata al substrato 231 mediante ulteriori elementi elastici di connessione (non mostrati) in modo da oscillare attorno a un asse A parallelo a una faccia 231a del substrato 231. La seconda massa di rilevamento 240 definisce un elettrodo mobile ed à ̈ capacitivamente accoppiata a un elettrodo fisso 243 formato sul substrato 231.
Gli elettrodi mobili 232 e gli elettrodi fissi 235 della prima microstruttura 208 sono elettricamente accoppiati al cappuccio protettivo 205 attraverso rispettive regioni di incollaggio 207 (i collegamenti degli elettrodi mobili 232 sfruttano anche gli elementi elastici di connessione e non sono visibili in figura 10).
La seconda massa di rilevamento 240 à ̈ elettricamente accoppiata al cappuccio protettivo 205 attraverso gli elementi elastici di connessione e rispettive regioni di incollaggio (i collegamenti della seconda massa di rilevamento 240 non sono visibili in figura 10). L’elettrodo fisso 243 della seconda microstruttura 210 à ̈ elettricamente accoppiato al cappuccio protettivo 205 attraverso linee di connessione 245 che si sviluppano sul substrato 231, spine conduttive 246 e rispettive regioni di incollaggio 207.
Il cappuccio protettivo 205 à ̈ unito alla piastrina microstrutture 204 mediante le regioni di incollaggio 207 e un anello di incollaggio (non mostrato) ed à ̈ disposto a protezione delle microstrutture 208, 210. L’anello di incollaggio e le regioni conduttive di incollaggio 207 sono preferibilmente ricavati da uno stesso strato conduttivo di incollaggio e sono dello stesso materiale conduttivo. Tuttavia, le regioni conduttive di incollaggio 207 sono elettricamente isolate dall’anello di incollaggio per consentire il corretto instradamento dei segnali.
Il cappuccio protettivo 205 comprende un modulo di selezione 213 alloggiato in un substrato 218, una struttura di instradamento 215 e vie passanti 217. In questo caso, il cappuccio protettivo 205 Ã ̈ privo di un modulo di pilotaggio indipendente ed eventuali funzioni logiche sono incorporate nel modulo di selezione 213 (schematicamente indicate con il numero 214).
La struttura di instradamento 215 comprende linee di connessione 216 metalliche, annegate in uno strato dielettrico 219 e disposte su più livelli distinti. Le linee di connessione 216 metalliche sono ad esempio in rame e sono realizzate mediante una tecnica “damascene†.
Il modulo di selezione 213 à ̈ alloggiato in prossimità di una faccia 218a del substrato 218 adiacente alla struttura di instradamento 215 e ha una pluralità di primi terminali di selezione 213a e di secondi terminali di selezione 213b. I primi terminali di selezione 213a sono collegati alla prima microstruttura 208 e alla seconda microstruttura 210 attraverso la struttura di instradamento 215 e le regioni di incollaggio 207. I secondi terminali di selezione 213b sono meno numerosi dei primi terminali di selezione 213a e sono collegati a rispettive piazzole 220 di contatto poste su una faccia 218b del substrato 218 opposta alla faccia 218a. La connessione dei secondi terminali di selezione 213b alle piazzole 220 à ̈ ottenuta attraverso la struttura di instradamento 215 e rispettive vie passanti 217, che attraversano il substrato 218 dalla faccia 218a alla opposta faccia 218b.
Il modulo di selezione 213 à ̈ realizzato sostanzialmente come già descritto e comprende una pluralità di interruttori (qui non mostrati) controllati in modo da collegare i secondi terminali di selezione 213b ai primi terminali di selezione 213a secondo selettivamente una di una pluralità di configurazioni di connessione corrispondenti a rispettive condizioni operative. In questo caso, il modulo di selezione 213 e dotato di memoria e capacità di elaborazione autonoma e riceve un segnale di temporizzazione CK che viene utilizzato per configurare la connessione dei secondi terminali di selezione 213b ai primi terminali di selezione 213a.
La figura 11 mostra un componente strutturale 302 di un sensore microelettromeccanico in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione. Il sensore microelettromeccanico non à ̈ illustrato per intero e comprende, oltre al componente strutturale 302, un dispositivo di controllo o ASIC sostanzialmente come già descritto.
Il componente strutturale 302 comprende una piastrina microstrutture 304 e un cappuccio protettivo 305, uniti fra loro da regioni di incollaggio 307 conduttive.
La piastrina microstrutture 304 alloggia una microstruttura 308 che forma parti strutturali di un accelerometro biassiale.
Più in dettaglio, la microstruttura 308 comprende una massa di rilevamento 330 di materiale semiconduttore, meccanicamente collegata a un substrato 331 della piastrina microstrutture 304 in modo da avere due gradi di libertà definiti (un grado di libertà traslatorio e un grado di libertà rotatorio attorno a un asse non baricentrico nella forma di realizzazione qui descritta).
La massa di rilevamento 330 Ã ̈ provvista di due gruppi di elettrodi mobili 332, 333 in forma di lastre piane che si estendono a pettine in piani paralleli fra loro e perpendicolari a una faccia 331a del substrato 331. Inoltre, i due gruppi di elettrodi mobili 332, 333 sono sostanzialmente simmetrici.
La microstruttura 308 comprende, inoltre, due gruppi elettrodi fissi 335, 336, fissati al substrato 331 e capacitivamente accoppiati i gruppi di elettrodi mobili 332, 333, rispettivamente.
Il gruppo elettrodi fissi 335 comprende strutture di elettrodo 337 anch’esse in forma di lastre piane che si estendono a pettine verso la massa di rilevamento 330. Gli elettrodi mobili 332 e le strutture di elettrodo 337 si estendono gli uni verso le altre e sono interdigitati.
Ciascuna struttura di elettrodo 337 comprende un rispettivo primo elettrodo fisso 337a e un rispettivo secondo elettrodo fisso 337b, entrambi in silicio policristallino e reciprocamente isolati da una regione dielettrica 338. Il primo elettrodo fisso 337a, la regione dielettrica 338 e il secondo elettrodo fisso 337b formano nell’ordine una pila in direzione perpendicolare alla faccia 331a del substrato 331). Il primo elettrodo fisso 337a occupa una porzione della struttura di elettrodo fisso 337 che si estende fra la regione dielettrica 338 e un margine 337c rivolto verso il substrato 331. Il secondo elettrodo fisso 337b occupa invece una porzione della struttura di elettrodo 337 che si estende fra la regione dielettrica 338 e un margine 337d opposto al margine 337c e rivolto verso il cappuccio protettivo 305.
Il gruppo elettrodi fissi 336 à ̈ fissato rigidamente al substrato 331, in posizione opposta al gruppo di elettrodi fissi 335 rispetto alla massa mobile 330. Il gruppo elettrodi fissi 336 comprende strutture di elettrodo 340 anch’esse in forma di lastre piane che si estendono a pettine verso la massa di rilevamento 330 in piani paralleli fra loro e perpendicolari alla faccia 331a del substrato 331. Gli elettrodi mobili 333 e le strutture di elettrodo 340 si estendono gli uni verso le altre e sono interdigitati.
Ciascuna struttura di elettrodo 340 comprende un rispettivo primo elettrodo fisso 340a e un rispettivo secondo elettrodo fisso 340b, entrambi in silicio policristallino e reciprocamente isolati da una regione dielettrica 341. Il primo elettrodo fisso 340a, la regione dielettrica 341 e il secondo elettrodo fisso 340b formano nell’ordine una pila in direzione perpendicolare alla faccia 331a del substrato 331. Il primo elettrodo fisso 340b (complanare al primo elettrodo fisso 337a di una corrispondente struttura di elettrodo 337) occupa una porzione della struttura di elettrodo fisso 340 che si estende fra la regione dielettrica 341 e un margine 340c rivolto verso il substrato 331. Il quarto elettrodo fisso 340b (complanare al secondo elettrodo fisso 337b di una corrispondente struttura di elettrodo 337) occupa invece una porzione della struttura di elettrodo 340 che si estende fra la regione dielettrica 341 e un margine 340d opposto al margine 340c e rivolto verso il cappuccio protettivo 305.
Il primi elettrodi fissi 337a, 340a delle strutture di elettrodo 337, 340 sono collegati a rispettive linee di connessione elettrica 345, le quali si sviluppano sul substrato 331 e sono collegate al cappuccio protettivo 305 attraverso spine conduttive 346 e rispettive regioni di incollaggio 307.
I secondi elettrodi fissi 337b, 340b delle strutture di elettrodo 337, 340 sono al cappuccio protettivo 305 attraverso rispettive regioni di incollaggio 307.
Come mostrato in modo semplificato in figura 12, i primi elettrodi fissi 337a e i secondi elettrodi fissi 337b delle strutture di elettrodo 337 sono capacitivamente accoppiati a rispettivi elettrodi mobili 332a della massa di rilevamento 3 e definiscono con questi ultimi rispettivi condensatori che hanno capacità complessiva Ca, Cb. I terzi elettrodi fissi 340a e i quarti elettrodi fissi 340b delle strutture di elettrodo fisso 340 sono capacitivamente accoppiati a rispettivi elettrodi mobili 332b della massa di rilevamento 3 e definiscono con questi ultimi rispettivi condensatori che hanno capacità complessiva Cc, Cd.
Con riferimento nuovamente alla figura 11, il cappuccio protettivo 305 comprende un modulo di selezione 313 alloggiato in un substrato 318, una struttura di instradamento 315 e vie passanti 317.
La struttura di instradamento 315 comprende linee di connessione 316 metalliche, annegate in uno strato dielettrico 319 e disposte su più livelli distinti.
Il modulo di selezione 313 à ̈ alloggiato in prossimità di una faccia 318a del substrato 318 adiacente alla struttura di instradamento 315 e ha una pluralità di primi terminali di selezione 313a e di secondi terminali di selezione 313b. I primi terminali di selezione 313a sono collegati alla microstruttura 308 attraverso la struttura di instradamento 315 e le regioni di incollaggio 307. I secondi terminali di selezione 313b sono meno numerosi dei primi terminali di selezione 313a e sono collegati a rispettive piazzole 320 di contatto poste su una faccia 318b del substrato 318 opposta alla faccia 318a. La connessione dei secondi terminali di selezione 313b alle piazzole 320 à ̈ ottenuta attraverso la struttura di instradamento 315 e rispettive vie passanti 317, che attraversano il substrato 318 dalla faccia 318a alla opposta faccia 318b.
Il modulo di selezione 313 à ̈ realizzato sostanzialmente come già descritto e comprende una pluralità di interruttori (qui non mostrati) controllati in modo da collegare i secondi terminali di selezione 313b ai primi terminali di selezione 313a secondo selettivamente una di una pluralità di configurazioni di connessione corrispondenti a rispettive condizioni operative. In questo caso, il modulo di selezione 313 e dotato di memoria e capacità di elaborazione autonoma per implementare funzioni logiche di controllo (indicate schematicamente con il numero 314) e riceve un segnale di temporizzazione CK che viene utilizzato per configurare la connessione dei secondi terminali di selezione 313b ai primi terminali di selezione 313a.
L’impiego di un modulo di selezione e di piazzole di contatto sul cappuccio protettivo permette vantaggiosamente di liberare spazio sulla piastrina microstrutture e di rendere una maggiore area disponibile per le microstrutture. Va infatti considerato che non c’à ̈ necessità di disporre le piazzole esclusivamente attorno alle microstrutture. Le piazzole possono essere realizzate anche in regioni del cappuccio che sovrastano sia le microstrutture, sia il modulo di selezione e il modulo di pilotaggio (si vedano in proposito in figura 1 le piazzole 20 rispetto alle microstrutture 8, 10, al modulo di selezione 13 e al modulo di pilotaggio 14).
Il numero di piazzole necessarie per la connessione verso l’esterno, in particolare verso il dispositivo di controllo, à ̈ ridotto, anche considerando le piazzole necessarie per il controllo degli interruttori. Di conseguenza, il progetto à ̈ semplificato, anche per la maggior flessibilità nello sviluppo delle linee di connessione, ed à ̈ possibile predisporre piazzole di dimensioni cospicue, favorendo la successiva realizzazione dei contatti.
In figura 13 à ̈ illustrata una porzione di un sistema elettronico 400 in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione. Il sistema 400 incorpora il dispositivo microelettromeccanico 1 e può essere utilizzato in dispositivi come, ad esempio, un calcolatore palmare (personal digital assistant, PDA), calcolatore “laptop†o portatile, eventualmente con capacità “wireless†, un telefono cellulare, un dispositivo di messaggistica, un lettore musicale digitale, una camera digitale o altri dispositivi atti a elaborare, immagazzinare, trasmettere o ricevere informazioni. Ad esempio, il dispositivo microelettromeccanico 1 può essere utilizzato in una camera digitale per rilevare movimenti ed effettuare una stabilizzazione di immagine. In un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo microelettromeccanico 1 à ̈ incluso in un’interfaccia utente attivata da movimento per calcolatori o console per videogiochi. In un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo microelettromeccanico 1 à ̈ incorporato in un dispositivo di navigazione satellitare ed à ̈ utilizzato per il tracciamento temporaneo di posizione in caso di perdita del segnale di posizionamento satellitare.
Il sistema elettronico 400 può comprendere un controllore 410, un dispositivo di ingresso/uscita (I/O) 420 (ad esempio una tastiera o uno schermo), il dispositivo microelettromeccanico 1, un’interfaccia “wireless†440 e una memoria 460, di tipo volatile o non volatile, accoppiati fra loro attraverso un bus 450. in una forma di realizzazione, una batteria 480 può essere utilizzata per alimentare il sistema 400. Si noti che l’ambito della presente invenzione non à ̈ limitato a forme di realizzazione aventi necessariamente uno o tutti i dispositivi elencati.
Il controllore 410 può comprendere, ad esempio, uno o più microprocessori, microcontrollori e simili.
Il dispositivo di I/O 420 può essere utilizzato per generare un messaggio. Il sistema 400 può utilizzare l’interfaccia wireless 440 per trasmettere e ricevere messaggi a e da una rete di comunicazione wireless con un segnale a radiofrequenza (RF). Esempi di interfaccia wireless possono comprendere un’antenna, un ricetrasmettitore wireless, come un’antenna a dipolo, benché l’ambito della presente invenzione non sia limitato sotto questo aspetto. Inoltre, il dispositivo I/O 420 può fornire una tensione rappresentativa di ciò che à ̈ memorizzato sia in forma di uscita digitale (se sono state immagazzinate informazioni digitali), sia in forma di informazione analogica (se sono state immagazzinate informazioni analogiche).
Al dispositivo microelettromeccanico e al metodo descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, come definita nelle rivendicazioni allegate.
In particolare, il dispositivo microelettromeccanico può incorporare uno o più sensori microelettromeccanici di qualsiasi tipo, ma anche micromotori e microattuatori.
Il raggruppamento e il pilotaggio degli interruttori del modulo di selezione può ovviamente variare ed à ̈ essenzialmente determinato dal modo di funzionamento dei sensori, micromotori o microattuatori incorporati nel dispositivo.
Inoltre, gli interruttori del modulo di selezione possono essere disposti anche su diversi livelli di selezione, ad esempio secondo una struttura ad albero.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo microelettromeccanico comprendente: un corpo (4; 104; 204; 304) alloggiante una struttura microelettromeccanica (8, 10; 108; 208, 210; 308); un cappuccio (5; 105; 205; 305) unito al corpo (4; 104; 204; 304) ed elettricamente collegato alla struttura microelettromeccanica (8, 10; 108; 208, 210; 308) mediante regioni di incollaggio (7; 207; 307) conduttive; in cui il cappuccio (5; 105; 205; 305) comprende un modulo di selezione (13; 213; 313) avente primi terminali di selezione (13a) connessi alla struttura microelettromeccanica (8, 10; 108; 208, 210; 308), secondi terminali di selezione (13b) e almeno un terminale di controllo (13c), e controllabile mediante il terminale di controllo (13c) per collegare i secondi terminali di selezione (13b) a rispettivi primi terminali di selezione (13a) secondo selettivamente una di una pluralità di configurazioni di connessione corrispondenti a rispettive condizioni operative.
  2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i secondi terminali di selezione (13b) sono in numero inferiore ai primi terminali di selezione (13a).
  3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il modulo di selezione (13; 213; 313) comprende una pluralità di interruttori (21, 21’, 21†) aventi primi terminali di conduzione collegati a rispettivi primi terminali di selezione (13a, 13a’, 13a†) e secondi terminali di conduzione collegati a rispettivi secondi terminali di selezione (13b, 13b’, 13b†).
  4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, comprendente componenti di pilotaggio (14; 214; 314) configurati per determinare uno stato di ciascun interruttore 21, 21’, 21†).
  5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, comprendente un dispositivo di controllo (3) configurato per fornire almeno un segnale di temporizzazione (CK1, …, CKM, CK1, CK2; CK) ai componenti di pilotaggio (14; 214; 314).
  6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui i componenti di pilotaggio (14; 214; 314) sono configurati per ricevere il segnale di temporizzazione (CK1, …, CKM, CK1, CK2; CK) e per determinare lo stato di ciascun interruttore 21, 21’, 21†) in funzione del segnale di temporizzazione (CK1, …, CKM, CK1, CK2; CK).
  7. 7. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui i primi terminali di conduzione degli interruttori (21, 21’, 21†) sono collegati a rispettivi primi terminali di selezione (13a, 13a’, 13a†) distinti e gruppi (21a, 21a’, 21a†) di interruttori (21, 21’, 21†) hanno i rispettivi secondi terminali di conduzione collegati a uno stesso secondo terminale di selezione (13b, 13b’, 13b†).
  8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7 dipendente dalla rivendicazione 6, in cui i componenti di pilotaggio (14; 214; 314) sono configurati per chiudere un solo interruttore (21, 21’, 21†) per volta sia in ciascun gruppo (21a, 21a’, 21a†).
  9. 9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente piazzole (20; 220; 320) di contatto disposte su una faccia (18b; 218b; 318b) del cappuccio (5; 105; 205; 305) opposta al corpo (4; 104; 204; 304) e collegate ai secondi terminali di selezione (13b, 13b’, 13b†) del modulo di selezione (13; 213; 313).
  10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, comprendente vie passanti (17; 217; 317) colleganti le piazzole (20; 220; 320) al modulo di selezione (13; 213; 313) attraverso il cappuccio (5; 105; 205; 305).
  11. 11. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il cappuccio (5; 105; 205; 305) comprende una struttura di instradamento (15; 215; 315) collegante i primi terminali di selezione (13a, 13a’, 13a†) del modulo di selezione (13; 213; 313) alla struttura microelettromeccanica (8, 10; 108; 208, 210; 308).
  12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11 dipendente dalla rivendicazione 8, in cui la struttura di instradamento (15; 215; 315) collega i secondi terminali di selezione (13b, 13b’, 13b†) del modulo di selezione (13; 213; 313) alle piazzole (20; 220; 320) attraverso rispettive vie passanti (17; 217; 317).
  13. 13. Sistema elettronico comprendente un’unità di controllo (410) e un dispositivo microelettromeccanico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti accoppiato all’unità di controllo (410).
  14. 14. Metodo per controllare un dispositivo microelettromeccanico (1), comprendente fornire una struttura composita (4, 5) includente: un corpo (4; 104; 204; 304) alloggiante una struttura microelettromeccanica (8, 10; 108; 208, 210; 308); un cappuccio (5; 105; 205; 305) unito al corpo (4; 104; 204; 304) ed elettricamente collegato alla struttura microelettromeccanica (8, 10; 108; 208, 210; 308) mediante regioni di incollaggio (7; 207; 307) conduttive; e nel cappuccio (5; 105; 205; 305), un modulo di selezione (13; 213; 313) avente primi terminali di selezione (13a) connessi alla struttura microelettromeccanica (8, 10; 108; 208, 210; 308), secondi terminali di selezione (13b) e almeno un terminale di controllo (13c); il metodo comprendendo collegare i secondi terminali di selezione (13b) a rispettivi primi terminali di selezione (13a) secondo selettivamente una di una pluralità di configurazioni di connessione corrispondenti a rispettive condizioni operative.
  15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui i secondi terminali di selezione (13b) sono in numero inferiore ai primi terminali di selezione (13a).
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