ITTO20130775A1

ITTO20130775A1 - Dispositivo sensore con sistema di calibrazione integrato e metodo di calibrazione dello stesso

Info

Publication number: ITTO20130775A1
Application number: IT000775A
Authority: IT
Inventors: Paolo Angelini; Roberto Pio Baorda; Francesco Diazzi; Danilo Karim Kaddouri; Dario Paci; Francesco Procopio; Carlo Valzasina
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-03-27
Also published as: US20180335326A1; US20150082856A1; US10794738B2; US10054471B2

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “DISPOSITIVO SENSORE CON SISTEMA DI CALIBRAZIONE INTEGRATO E METODO DI CALIBRAZIONE DELLO STESSO”

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo sensore con sistema di calibrazione integrato e ad un metodo di calibrazione dello stesso.

Al giorno d’oggi, dispositivi sensori (in particolare fabbricati in tecnologia MEMS) sono utilizzati in svariate applicazioni in cui le misure fornite dal sensore devono garantire elevata accuratezza. Sono pertanto richiesti sensori aventi comportamento stabile in un elevato intervallo di temperature, sia per quanto riguarda la sensibilità del sensore che per quanto riguarda la deriva in temperatura del segnale fornito dal sensore stesso. L’ottimizzazione del progetto e delle fasi di fabbricazione del sensore non consente di soddisfare le summenzionate richieste. Per ovviare a ciò, secondo lo stato dell’arte, è noto procedere con una fase di calibrazione del sensore al variare della temperatura, così da compensare le derive che subisce il segnale di uscita al variare della temperatura di utilizzo. La fase di calibrazione in temperatura del sensore comprende disporre il sensore in un forno, portare il sensore ad una o più temperature desiderate e procedere con la calibrazione.

Risulta evidente che tale metodo di calibrazione richiede molto tempo, con conseguente incremento dei costi di produzione.

Scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo sensore con sistema di calibrazione integrato e un metodo di calibrazione dello stesso, in grado di superare gli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo la presente invenzione vengono forniti (“provided”) un dispositivo sensore con sistema di calibrazione integrato e un metodo di calibrazione dello stesso, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1-5B mostrano rispettive forme di realizzazione del dispositivo sensore con un riscaldatore resistivo integrato, operabile per la calibrazione del dispositivo sensore; e

- la figura 6 mostra in vista superiore, una forma di realizzazione del riscaldatore resistivo del dispositivo sensore secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione delle figure 1-5B.

Un dispositivo integrato, in particolare fabbricato con tecnologia MEMS, comprende generalmente un primo corpo (solitamente definito “piastrina” o “die”) includente materiale semiconduttore (in particolare silicio), integrante una struttura micromeccanica, operante ad esempio come sensore per una o più grandezze da rilevare e generante una grandezza elettrica funzione della stessa grandezza da rilevare (ad esempio una variazione capacitiva, una variazione di resistenza elettrica, ecc.). In modo noto, la piastrina è il risultato di una operazione di taglio, “sawing”, o singolazione, “singulation”, di una fetta, “wafer”, in cui sono contemporaneamente realizzati, durante il procedimento di fabbricazione, una pluralità di dispositivi elementari.

Il dispositivo integrato tipicamente comprende inoltre almeno una seconda piastrina includente materiale semiconduttore (in particolare silicio), integrante almeno un componente o circuito elettronico, atto ad essere accoppiato elettricamente alla struttura micromeccanica in modo da cooperare funzionalmente con essa. Tipicamente, la seconda piastrina integra un circuito elettronico ASIC (“Application Specific Integrated Circuit”), accoppiato elettricamente alla struttura micromeccanica, avente ad esempio la funzione di circuito di lettura della grandezza elettrica rilevata dalla struttura micromeccanica, nel caso in cui la stessa operi come sensore (ad esempio per realizzare operazioni di amplificazione e filtraggio della stessa grandezza elettrica rilevata). Lo stesso circuito elettronico ASIC può inoltre avere ulteriori funzioni di elaborazione e valutazione delle grandezze rilevate, per la realizzazione di più o meno complessi sistemi integrati, cosiddetti SIP (“System In Package”).

Secondo un aspetto della presente invenzione viene fornito un dispositivo sensore includente:

- una prima piastrina (“die”), alloggiante un sensore atto a rilevare una grandezza (“quantity”) esterna al dispositivo sensore e trasdurre detta grandezza esterna in un segnale elettrico di rilevamento;

- una seconda piastrina, meccanicamente accoppiata alla prima piastrina; e

- almeno un riscaldatore resistivo, integrato nella prima e/o nella seconda piastrina, avente un primo ed un secondo terminale di conduzione configurati per essere accoppiati a rispettivi primi e secondi terminali di conduzione di un generatore di segnale, così da far fluire una corrente tra il primo ed il secondo terminale di conduzione e genere calore per effetto Joule.

Il riscaldatore è, secondo rispettive forme di realizzazione, una striscia (“strip”) di metallo. Tale striscia metallica è formata mediante tecniche note di deposito di materiale metallico e definizione (etching) dello stesso, per ottenere la forma desiderata del riscaldatore. Alternativamente al materiale metallico è altresì possibile depositare e definire (es., fotolitograficamente) polisilicio drogato, oppure realizzare regioni impiantate.

La seconda piastrina è, secondo una forma di realizzazione, una piastrina alloggiante un circuito integrato operativamente accoppiato al sensore e configurato per acquisire detto segnale elettrico di rilevamento (es., un ASIC).

Secondo una ulteriore forma di realizzazione, la seconda piastrina è un substrato di un package atto ad incapsulare e proteggere la prima piastrina. Secondo questa forma di realizzazione è presente una ulteriore terza piastrina, alloggiante un circuito integrato operativamente accoppiato al sensore e configurato per acquisire detto segnale elettrico di rilevamento (es., un ASIC). La terza piastrina è altresì atta a fungere da interfaccia di accoppiamento meccanico tra la prima piastrina (piastrina sensore) e la seconda piastrina (piastrina package). Alternativamente, sia la prima che la terza piastrina sono meccanicamente accoppiate direttamente alla seconda piastrina.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione, il riscaldatore comprende una pluralità di sotto-elementi riscaldabili, formati sia nella piastrina dell’ASIC che nella piastrina del sensore, così da garantire un riscaldamento uniforme di entrambe le piastrine.

Secondo ulteriori forme di realizzazione, il riscaldatore può essere formato in forma integrata sia nel substrato del package che nella prima piastrina, oppure nel substrato del package e nella seconda piastrina, oppure ancora nel substrato del package, nella prima piastrina e nella seconda piastrina.

Possono inoltre essere previsti altri riscaldatori resistivi, diversi dalla striscia conduttiva, ad esempio transistori MOSFET opportunamente progettati per garantire la generazione di una temperatura desiderata, o transistori di altro tipo.

Grazie alle dimensioni ridotte di riscaldatori resistivi ottenibili mediante tecniche di microfabbricazione e grazie alla elevata libertà di progetto (tali resistori possono essere integrati in corrispondenza degli elementi sensibili del sensore, così da garantire un adeguato riscaldamento degli stessi), il processo di riscaldamento è particolarmente veloce, e consente di ottenere elevata uniformità di temperatura.

Inoltre, la possibilità di integrare il riscaldatore nella piastrina package e/o nella piastrina ASIC e/o nella piastrina sensore consente l’applicazione della presente invenzione a svariate situazioni e campi applicativi, ad esempio anche nel caso in cui la piastrina sensore e la piastrina ASIC siano tra loro accoppiate mediante una interfaccia (es., colla) termicamente isolante.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione riguarda la possibilità di calibrare il sensore non solo in fase di test al termine del procedimento di fabbricazione, ma anche durante la vita operativa del dispositivo sensore.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento a due ambiti applicativi preferiti, i sensori magnetici e i sensori inerziali (essere tuttavia, l’invenzione può essere estesa, in modo evidente per il tecnico del ramo, ad altre tipologie di sensori quali ad esempio i sensori di pressione).

La figura 1 mostra una vista in sezione di una porzione di un dispositivo sensore di campo magnetico 1, comprendente una prima piastrina 10, comprendente materiale semiconduttore e alloggiante un elemento sensore di campo magnetico 2, ed una seconda piastrina 20 comprendente materiale semiconduttore e alloggiante un circuito di polarizzazione e lettura 22 dell’elemento sensore di campo magnetico 2.

In particolare, la prima piastrina 10 presenta una prima superficie principale (superficie frontale o superficie superiore) 10a, giacente in un piano orizzontale XY, ed una seconda superficie principale (superficie posteriore) 10b, opposta alla superficie superiore 10a lungo una asse verticale parallelo alla direzione Z, trasversale al piano orizzontale XY.

In maggior dettaglio, la prima piastrina 10 comprende uno strato 11, di interfaccia verso l’esterno, ad esempio ottenuto mediante tecnica di passivazione, che forma la superficie superiore 10a. Lo strato di passivazione 11 (es., di ossido di silicio con spessore di alcuni micrometri) è atto ad alloggiare connessioni conduttive 11’ e 11” (ad esempio pad conduttivi di metallo).

Al di sotto dello strato di passivazione 11, si estende uno strato di isolamento 12. Lo strato di isolamento 12 è di materiale dielettrico (es., ossido di silicio) e alloggia una pluralità di vias (non mostrate). Al di sotto dello strato di isolamento 12 si estende uno strato 13 comprendente ossidi e metalli, alloggiante connessioni conduttive (ad esempio, le connessioni che collegano il circuito di polarizzazione e lettura 22 con terminali di conduzione dell’elemento sensore di campo magnetico 2). Secondo questa forma di realizzazione, il dispositivo sensore è basato su elementi magnetoresistivi, di tipo AMR, e l’elemento sensore di campo magnetico 2 è una striscia di materiale magnetoresistivo. Le summenzionate connessioni conduttive sono pertanto elettricamente accoppiate a rispettive porzioni terminali della striscia di materiale magnetoresistivo, per polarizzarla in modo di per sé noto.

Secondo una forma di realizzazione di per sé nota, l’elemento sensore di campo magnetico 2 (qui un elemento magnetoresistivo) comprende una porzione di materiale ferromagnetico 4 (tipicamente di una lega di Ni/Fe, con spessore di alcune decine di nanometri) e una struttura Barber-Pole 5 (ad esempio, di rame, con spessore alcune centinaia di nanometri). La porzione di materiale ferromagnetico 4 e la struttura Barber-Pole 5 sono tra loro in contatto ohmico. Le domande di brevetto US 5,247,278 e US 2012/0161756 descrivono rispettive forme di realizzazione di sensori magnetici AMR provvisti di elementi magnetoresistivi con struttura Barber-Pole.

Al di sotto dello strato 13 si estende un secondo strato di isolamento 14, di materiale dielettrico, che alloggia una o più vias conduttive (non mostrate in figura).

Quindi, al di sotto secondo strato di isolamento 14 si estende uno strato metallico 15, che alloggia un generatore di campo magnetico 6. Il generatore di campo magnetico 6 ha, ad esempio, spessore compreso tra alcune centinaia di nanometri e alcuni micrometri ed è utilizzato per le operazioni di set, reset e/o compensazione dell’offset dell’elemento sensore di campo magnetico 2, in modo noto.

Lo strato metallico 15 può alloggiare inoltre ulteriori elementi di connessione e/o piste metalliche, per formare collegamenti tra gli strati superiori e gli strati inferiori.

Al di sotto del secondo strato metallico possono essere presenti uno o più ulteriori strati di isolamento (genericamente indicati con il numero di riferimento 16) ed uno o più strati di riscaldamento (un solo strato di riscaldamento 17 è mostrato in figura 1) alloggianti rispettivi uno o più riscaldatori resistivi 18 secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. L’uno o più riscaldatori resistivi 18 si estendono verticalmente allineati (ovvero allineati lungo la direzione Z) all’elemento sensore di campo magnetico 2. Il riscaldatore 18 mostrato in figura 1 ha, in vista in sezione, forma allungata avente un asse di estensione principale lungo la direzione X, e include un primo ed un secondo terminale di conduzione 18a, 18b elettricamente accoppiabili ad un generatore di segnale 9, ad esempio un generatore di tensione o corrente.

Il generatore di segnale 9 è tipicamente formato in una piastrina diversa dalla prima piastrina 10, in particolare nella seconda piastrina 20, elettricamente accoppiata alla prima piastrina 10. Secondo una ulteriore forma di realizzazione, il generatore di segnale 9 può essere esterno al dispositivo sensore 1, ad esempio parte di una scheda a circuito integrato sulla quale il dispositivo sensore 1 è montato. Indipendentemente dalla particolare forma di realizzazione, è evidente che l’accoppiamento elettrico tra il primo ed il secondo terminale di conduzione 18a, 18b ed il generatore di segnale 9 può essere realizzato in una pluralità di modi di per sé noti, ad esempio mediante fili conduttivi, sfere di saldatura o altro ancora.

Ad esempio, l’accoppiamento elettrico tra il primo ed il secondo terminale di conduzione 18a, 18b ed il generatore di segnale 9 è realizzato per mezzo di vie passanti conduttive (non mostrate in dettaglio) che si estendono a partire dallo strato di riscaldamento 17 fino a raggiungere lo strato di passivazione 11, attraversando gli strati intermedi. Tali vie passanti conduttive sono elettricamente accoppiate a rispettive piazzole conduttive (es., le piazzole conduttive 11’, 11”, o altre piazzole conduttive alloggiate dallo strato di passivazione 11 e complanari alle piazzole conduttive 11’, 11”) le quali sono a loro volta elettricamente accoppiate, ad esempio per mezzo di fili conduttivi (“wire bonding”), ad ulteriori piazzole conduttive non appartenenti alla prima piastrina 10 ma elettricamente accoppiate o accoppiabili a rispettivi terminali di conduzione 9a, 9b del generatore di segnale 9. Secondo una forma di realizzazione alternativa, l’accoppiamento elettrico tra il primo ed il secondo terminale di conduzione 18a, 18b ed il generatore di segnale 9 è realizzato per mezzo di vie passanti conduttive (non mostrate in dettaglio) che si estendono nella prima piastrina 10 a partire dallo strato di riscaldamento 17 fino a raggiungere la superficie inferiore 10b della prima piastrina 10. In questo caso, l’accoppiamento elettrico con il generatore di segnale 9 è ottenuto, ad esempio, per mezzo di sfere di saldatura (“solder balls”) formate in corrispondenza della superficie inferiore 10b della prima piastrina 10 e atte ad essere accoppiate a piazzole conduttive elettricamente a loro volta elettricamente accoppiate a rispettivi terminali di conduzione 9a, 9b del generatore di segnale 9.

Il riscaldatore 18 comprende, secondo un aspetto della presente invenzione, una o più strisce di materiale metallico, ad esempio tra cinque e dieci, ciascuna avente spessore (misurato lungo la direzione Z) compreso tra 0.5 μm e 3 μm, una estensione lungo la direzione X compresa tra 50 μm e 500 μm ed una estensione lungo la direzione Y compresa tra 1 μm e 50 μm. Il riscaldatore 18 genera calore quando percorso da una corrente elettrica, per effetto Joule.

Risulta evidente che altre forme, dimensioni e materiali possono essere scelti per fabbricare il riscaldatore resistivo 18, come meglio illustrato in seguito.

Secondo una diversa forma di realizzazione, il riscaldatore 18 è una regione impiantata, formata mediante fasi di impianto e diffusione di specie droganti durante le fasi di fabbricazione della prima piastrina 10. Ad esempio, tale regione impiantata si estende nella prima piastrina 10 a formare una o più strisce impiantate ciascuna avente uno spessore (misurato lungo la direzione Z) compreso tra 0.5 μm e 2 μm, una estensione lungo la direzione X compresa tra 5 μm e 100 μm, ed una estensione lungo la direzione Y compresa tra 2 μm e 30 μm. In questo caso, la regione impiantata mostra una densità di atomi droganti introdotti compresa tra 1015 e 1019.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione, il riscaldatore 18 comprende una o più strisce di polisilicio drogato, ciascuna avente uno spessore (misurato lungo la direzione Z) compreso tra 0.2 μm e 1 μm, una estensione lungo la direzione X compresa tra 5 μm e 100 μm, ed una estensione lungo la direzione Y compresa tra 2 μm e 30 μm.

Sempre con riferimento alla figura 1, la prima piastrina 10 include inoltre un substrato 19 estendentisi inferiormente allo strato di riscaldamento 17. La superficie inferiore del substrato 19 (indicata con il numero di riferimento 10b) forma una interfaccia di accoppiamento con la seconda piastrina 20.

Secondo la forma di realizzazione mostrata in figura 1, l’accoppiamento meccanico tra la prima e la seconda piastrina 10, 20 è garantito dalla presenza di uno strato di accoppiamento 8, ad esempio una colla conduttiva o colla isolante. Si fa notare che, nel caso di sensore inerziale, una colla conduttiva è preferibile in quando consente una migliore conducibilità termica così da favorire l’uniformità della temperatura tra i vari elementi. Alternativamente, come detto, lo strato di accoppiamento 8 include, in modo non mostrato in dettaglio, una pluralità di sfere di saldatura, in cui l’accoppiamento tra la prima e la seconda piastrina 10, 20 è ottenuto mediante tecnica “flip-chip”.

Altri accoppiamenti meccanici tra la prima e la seconda piastrina 10, 20 sono comunque possibili.

Inoltre, la prima piastrina integra un sensore di temperatura 3, preferibilmente alloggiato in prossimità dell’elemento sensore di campo magnetico 2, per rilevare una temperatura effettiva della prima piastrina 10. Il sensore di temperatura è un trasduttore di tipo noto che genera in uscita un segnale elettrico funzione della temperatura rilevata. Il segnale generato dal sensore di temperatura 3 è fornito ad una logica di elaborazione (non mostrata in dettaglio, ma, ad esempio, integrata nel circuito ASIC 24 descritto in seguito) che, sulla base di tale valore rilevato controlla il riscaldamento del riscaldatore 18 (e.g., alimentando corrente al riscaldatore 18 affinché generi calore per effetto Joule ed interrompendo il flusso di corrente quando la temperatura desiderata è stata raggiunta). Il valore di temperatura desiderata può essere memorizzato in una memoria (non mostrata in dettaglio, ma, ad esempio, anch’essa integrata nel circuito ASIC 24 descritto in seguito).

La seconda piastrina 20 presenta una rispettiva superficie anteriore 20a, giacente nel piano orizzontale XY, ed una rispettiva superficie posteriore 20b, opposta alla superficie anteriore 20a lungo la direzione Z.

La prima piastrina 10 è sovrapposta alla seconda piastrina 20 lungo la direzione Z, o, in altre parole, le due piastrine 10, 20 sono impilate (“stacked”) lungo uno stesso asse verticale parallelo alla direzione Z.

In dettaglio, la seconda piastrina 20 include un corpo semiconduttore 21 (comprendente, ad esempio, un substrato ed una pluralità di strati dielettrici e conduttivi), in cui sono realizzati in modo noto una pluralità componenti elettronici (ad esempio, il circuito di polarizzazione e lettura 22, e il generatore di segnale 9), nonché tutta la circuiteria di supporto alla lettura del segnale fornito dall’elemento sensore di campo magnetico 2 quale, ad esempio, front end per la lettura, ADC, generatori di riferimento di corrente e di tensione logica di controllo, filtri, memorie, logica di elaborazione del segnale generato dal sensore di temperatura 3 (ad esempio la circuiteria che forma un circuito ASIC, genericamente indicato con il numero di riferimento 24).

Indipendentemente dalla forma di realizzazione del riscaldatore 18, quest’ultimo include un primo ed un secondo terminale di conduzione 18a, 18b elettricamente accoppiati a rispettivi terminali di conduzione 9a, 9b del generatore di segnale 9 (qui, ad esempio, un generatore di tensione). Il generatore di segnale 9 è configurato per polarizzare il riscaldatore 18 ad una tensione VTtale da generare un flusso di corrente iTtra il primo ed il secondo terminale di conduzione 18a, 18b. Tale flusso di corrente iTgenera, per effetto Joule, il riscaldamento del riscaldatore 18. Il calore così prodotto si propaga uniformemente attraverso gli strati superiori allo strato 17, fino a raggiungere e riscaldare l’elemento sensore di campo magnetico 2. Risulta evidente che il valore di tensione VTapplicato al riscaldatore 18, così come la corrente iTtra il primo ed il secondo terminale di conduzione 18a, 18b ed il calore generato per effetto Joule variano a seconda di una pluralità di parametri, tra cui il materiale, le dimensioni e la geometria del riscaldatore 18. Inoltre, il calore ricevuto dall’elemento sensore di campo magnetico 2 dipende dalla distanza (lungo Z) tra il riscaldatore 18 e l’elemento sensore di campo magnetico 2.

La figura 2 mostra una vista in sezione di una porzione di un dispositivo sensore di campo magnetico 30, secondo una forma di realizzazione alternativa a quella di figura 1. Il dispositivo sensore di campo magnetico 30 comprende, analogamente a quanto descritto con riferimento alla figura 1 (e quindi sono utilizzati gli stessi numeri di riferimento) la prima piastrina 10 alloggiante l’elemento sensore di campo magnetico 2, e la seconda piastrina 20 alloggiante il circuito di polarizzazione e lettura 22 dell’elemento sensore di campo magnetico 2.

La prima piastrina 10 comprende lo strato 11, di interfaccia verso l’esterno, ad esempio ottenuto mediante tecnica di passivazione. Lo strato di passivazione 11 è atto ad alloggiare connessioni conduttive 11’ e 11” (ad esempio pad conduttivi di metallo). Al di sotto dello strato di passivazione 11, si estende lo strato di isolamento 12. Lo strato di isolamento 12 è di materiale dielettrico (es., ossido di silicio) e alloggia una pluralità di vias (non mostrate).

Secondo la forma di realizzazione di figura 2, al di sotto dello strato di isolamento 12 si estende uno strato di riscaldamento 31, analogo allo strato di riscaldamento 17 di figura 1. Lo strato di riscaldamento 31 alloggia un riscaldatore 18 dello stesso tipo del riscaldatore 18 di figura 1 e per questo indicato con lo stesso numero di riferimento.

Al di sotto dello strato 31 si estende uno strato isolante 33, atto ad isolare elettricamente il riscaldatore 18 dall’elemento sensore di campo magnetico 2 sottostante. Infatti, al di sotto dello strato 33 si estende uno strato 34 comprendente ossidi e metalli, alloggiante connessioni conduttive (ad esempio, le connessioni che collegano il circuito di polarizzazione e lettura 22 con terminali di conduzione dell’elemento sensore di campo magnetico 2). Analogamente a quanto descritto con riferimento alla figura 1, anche in questo caso il dispositivo sensore è basato su elementi magnetoresistivi, di tipo AMR, e l’elemento sensore di campo magnetico 2 è una striscia di materiale magnetoresistivo. Le summenzionate connessioni conduttive sono pertanto elettricamente accoppiate a rispettive porzioni terminali della striscia di materiale magnetoresistivo, per polarizzarla in modo di per sé noto.

Al di sotto dello strato 34 si estende uno strato di isolamento 35, di materiale dielettrico, che alloggia una o più vias conduttive (non mostrate in figura).

Quindi, al di sotto dello strato di isolamento 35 si estende uno strato metallico 36, che alloggia un generatore di campo magnetico 6, dello stesso tipo del generatore di campo magnetico 6 di figura 1.

Lo strato metallico 36 può alloggiare inoltre ulteriori elementi di connessione e/o piste metalliche, per formare collegamenti tra gli strati superiori e gli strati inferiori.

Al di sotto dello strato metallico 36 possono essere presenti ulteriori strati di isolamento, strati metallici ed un substrato (indicati genericamente nel complesso con il numero di riferimento 37). In corrispondenza della superficie inferiore 10b della prima piastrina 10 è presente, in analogia con la figura 1, lo strato di accoppiamento 8, configurato per accoppiare la prima piastrina 10 alla seconda piastrina 20.

Secondo la forma di realizzazione di figura 2, la seconda piastrina 20 è analoga alla seconda piastrina 20 descritta con riferimento alla figura 1 e pertanto essa non è qui ulteriormente descritta.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione, non mostrata in figura, il riscaldatore 18 è formato in corrispondenza di una regione della prima piastrina 10 estendentesi tra l’elemento sensore di campo magnetico 2 e il generatore di campo magnetico 6, elettricamente isolato da entrambi.

La figura 3 mostra una ulteriore forma di realizzazione di un dispositivo sensore 40, secondo un aspetto della presente invenzione. Elementi comuni a quelli di figura 2 sono numerati con gli stessi numeri di riferimento.

Secondo la forma di realizzazione della figura 3, il riscaldatore 18 è formato integrato nella seconda piastrina 20. In questo caso, la seconda piastrina 20 include uno strato di interfaccia superiore 42, di materiale dielettrico o isolante (ad esempio uno strato di passivazione), atto a formare una interfaccia di accoppiamento con la prima piastrina 10. Lo strato di interfaccia superiore 42 alloggia una pluralità di piazzole conduttive 42’, 42”, atte ad essere elettricamente accoppiate con rispettive piazzole conduttive della prima piastrina 10, in modo di per sé noto (ad esempio mediante wire bonding o sfere di saldatura).

Al di sotto dello strato di interfaccia superiore 42 si estende uno strato di riscaldamento 44 che alloggia il riscaldatore 18. Il riscaldatore 18 ha forma e dimensioni secondo quanto già descritto con riferimento alla figura 1, e può essere formato utilizzando uno qualsiasi dei metodi di fabbricazione di resistori integrati di tipo noto (es., deposito e definizione di materiale conduttivo, impianto di regioni drogate, ecc.). Inoltre, il riscaldatore 18 è formato in una regione della seconda piastrina 20 tale per cui, quando la prima e la seconda piastrina 10, 20 sono accoppiate tra loro, l’elemento sensore di campo magnetico 2 e il riscaldatore 18 sono, in vista superiore, almeno parzialmente sovrapposti (ovvero almeno parzialmente allineati lungo la direzione Z).

Al di sotto dello strato di riscaldamento 44 si estende un ulteriore strato isolante 46, per isolare il riscaldatore 18 dagli elementi elettrici/elettronici che formano il circuito di polarizzazione e lettura 22, l’ASIC 24 ed il generatore di segnale 9. Risulta evidente che tra lo strato di interfaccia superiore 42 e lo strato di riscaldamento 44 possono estendersi una pluralità di ulteriori strati, non mostrati, di tipo dielettrico o metallico, ad esempio alloggianti componenti elettrici/elettronici. Considerazioni analoghe possono essere fatte per quanto riguarda la regione della seconda piastrina 20 al di sotto dello strato di riscaldamento 42. La figura 4 mostra il dispositivo sensore 40 secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione. In particolare, si fa notare che la seconda piastrina 20 ha un’elevata densità di integrazione di componenti elettrici ed elettronici, in quando alloggia gran parte (o tutti) dei circuiti che controllano e comandano il funzionamento del dispositivo sensore 40. Pertanto, l’integrazione nella seconda piastrina 20 del riscaldatore 18 potrebbe essere difficoltosa. Inoltre, le temperature raggiungibili dal riscaldatore 18 durante l’uso potrebbero danneggiare irrimediabilmente componenti elettronici situati in prossimità del riscaldatore 18. A questo fine, secondo un aspetto della presente invenzione, il riscaldatore 18 comprende una pluralità di elementi riscaldabili 48, configurati per generare calore per effetto Joule, collegati tra loro in serie o in parallelo e disposti in corrispondenza di regioni della seconda piastrina 20 prive di componenti elettronici o altri elementi che possono subire un danno termico. In figura 4 gli elementi riscaldabili 48 sono esemplificativamente collegati tra loro in serie e polarizzati a tensione VTmediante il generatore di segnale 9. Gli elementi riscaldabili 48 sono, ad esempio, micro-strisce conduttive, oppure transistori MOS con bassa resistenza in stato acceso RON, oppure in alternativa DMOS).

Inoltre, gli elementi riscaldabili 48 sono disposti in rispettive regioni della seconda piastrina 20 tali per cui, quando la prima e la seconda piastrina 10, 20 sono accoppiate tra loro, l’elemento sensore di campo magnetico 2 e gli elementi riscaldabili 48 sono, in vista superiore, almeno sovrapposti (ovvero allineati lungo la direzione Z). Inoltre, gli elementi riscaldabili 48 sono preferibilmente disposti equidistanti tra loro, per garantire uniformità spaziale di riscaldamento.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione, mostrata in figura 5A, il resistore 18 (formato secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente descritte con riferimento alle figure 1-4) è integrato in un substrato di un package 50 che incapsula la prima e la seconda piastrina 10, 20.

Il package 50 è un contenitore o involucro che circonda, in tutto o in parte, le piastrine 10, 20 del dispositivo sensore, assicurandone la protezione da agenti esterni e consentendone il collegamento elettrico vero l’ambiente esterno; l’assemblaggio del dispositivo sensore all’interno del relativo package 50, viene solitamente definito complessivamente come “chip”, e può ad esempio essere collegato elettricamente ad un circuito stampato di un apparecchio elettronico in cui lo stesso dispositivo sensore deve essere utilizzato.

Tipicamente, il package include una struttura di copertura, o cappuccio (“cap”) 51, definente almeno una cavità 52 interna al package 50 stesso. Inoltre, un’apertura di accesso (non mostrata) è eventualmente prevista attraverso la struttura di copertura 51, nel caso in cui si richieda un collegamento fluidico con l’esterno del package 50 (ad esempio per l’ingresso di onde di pressione, o acustiche). Altri tipi di package possono comunque essere previsti (ad esempio package in cui le piastrine (die) sono circondate da una resina protettiva.

Tipicamente, la tecnica di incapsulamento prevede di utilizzare i processi standard di microfabbricazione delle piastrine anche per la realizzazione del relativo package, realizzando a livello di wafer, ovvero prima della relativa operazione di singolazione, anche le strutture di copertura e protezione delle stesse piastrine ed i relativi collegamenti elettrici e/o fluidici verso l’esterno, in tal modo semplificando e uniformando il processo complessivo di fabbricazione.

Secondo la forma di realizzazione di figura 5, il dispositivo sensore (qui indicato nel complesso con il numero di riferimento 60) comprende il package 50 alloggiante le piastrine 10, 20, assicurandone la protezione dall’ambiente esterno ed assicurando inoltre i collegamenti elettrici tra lo stesso ambiente esterno ed il circuito ASIC 24 e/o il circuito di polarizzazione e lettura 22.

Nella forma di realizzazione illustrata, il package 50 comprende un substrato, o supporto di base, 54, avente una superficie interna 54a, rivolta verso l’interno del package 50 (ovvero verso la cavità 52), ed una superficie esterna 54b, rivolta, affacciata, verso l’ambiente esterno. Il supporto di base 54 include in particolare un substrato ed strati dielettrici e metallici sovrapposti.

La seconda piastrina 20 integrante il circuito ASIC 24 è accoppiata alla superficie interna 54a del supporto di base 54, mediante un rispettivo strato adesivo 56, che risulta interposto tra la stessa superficie interna 54a e la superficie posteriore 20b della seconda piastrina 20. Fili elettrici 62 collegano elettricamente piazzole 64 portate dalla superficie anteriore 20a della seconda piastrina 20 a corrispondenti piazzole o piste elettriche 66 portate dalla superficie interna 54a del supporto di base 54.

Inoltre, lo stesso supporto di base 54 porta, in corrispondenza della superficie esterna 54b, opportuni elementi di connessione elettrica 68 nei confronti dell’ambiente esterno (ad esempio nei confronti di una scheda a circuito stampato PCB – Printed Circuit Board), sotto forma ad esempio di piazzole (land) o rigonfiamenti (bump) conduttivi.

Opportune vie di collegamento elettrico 69 sono previste attraverso il supporto di base 54, per mettere in collegamento le piazzole o piste elettriche 66 portate dalla superficie interna 54a dello stesso supporto di base 54 e gli elementi di connessione elettrica 68.

Secondo la forma di realizzazione di figura 5A, l’accoppiamento elettrico tra la prima piastrina 10 ed il circuito di polarizzazione e lettura 22 e/o circuito ASIC 24 nella seconda piastrina 20 è realizzato mediante la tecnica del wire bonding, ovvero mediante fili elettrici 71, che collegano elettricamente corrispondenti piazzole di contatto 11” e 72 portate dalla rispettiva superficie anteriore delle due piastrine 10, 20. Ulteriori fili conduttivi sono previsti per collegare elettricamente il generatore di segnale 9 al riscaldatore 18, 48, secondo le rispettive forme di realizzazione, come già precedentemente illustrato.

Secondo la presente invenzione, il supporto di base 54 include strati sovrapposti di materiale isolante e materiale conduttore. Il materiale conduttore è depositato e definito (es., litograficamente) per formare una o più strisce conduttive atte a realizzare un riscaldatore (analogo al riscaldatore descritto con riferimento alle figure 1-3 e per questo motivo indicato ancora con il numero di riferimento 18) atto a generare calore per effetto Joule. Alternativamente, il riscaldatore integrato nel supporto di base 54 può comprendere una pluralità di sotto-elementi riscaldatori 48 del tipo descritto con riferimento alla figura 4.

Il generatore di segnale atto ad alimentare un segnale di tensione/corrente al riscaldatore 18, 48 può essere formato in forma integrata nella seconda piastrina 20 ed elettricamente accoppiato al riscaldatore 18, 48 attraverso un filo conduttivo analogo al filo conduttivo 62. Secondo una ulteriore forma di realizzazione, tale generatore di segnale può essere esterno al dispositivo sensore 60, elettricamente accoppiato al riscaldatore 18, 48 attraverso rispettivi elementi di connessione elettrica (es., piazzole conduttive) analoghi all’elemento di connessione elettrica 68, formati in corrispondenza della superficie esterna 54b del supporto di base 54.

Il riscaldatore 18, 48, secondo un aspetto della forma di realizzazione di figura 5A, è, in vista superiore (cioè in vista sul piano XY) almeno parzialmente sovrapposto all'elemento sensore di campo magnetico 2, ovvero almeno parzialmente allineato, lungo la direzione Z, all'elemento sensore di campo magnetico 2.

Secondo un altro aspetto della forma di realizzazione di figura 5A, il riscaldatore non è allineato all'elemento sensore di campo magnetico 2. In questo caso, infatti, essendo la cavità 52 del package 50 isolata dall’esterno mediante il cappuccio 51 e il supporto di base 54, il riscaldamento di una porzione qualsiasi del supporto di base 54 causa un conseguente riscaldamento sostanzialmente uniforme dell’intera cavità 52.

Come detto, e in modo non mostrato nelle figure, ulteriori riscaldatori 18 possono essere predisposti in uno o più tra la prima piastrina 10, la seconda piastrina 20 ed il supporto di base 54 del package 50.

La figura 5B mostra, secondo una forma di realizzazione alternativa a quella di figura 5A, un dispositivo sensore 60’ analogo al dispositivo sensore 60 di figura 5A (elementi comuni sono indicati con gli stessi numeri di riferimento e non ulteriormente descritti).

A differenza da quanto mostrato in figura 5a, qui la prima e la seconda piastrina 10, 20 non sono impilate una sull’altra, ma sono disposte affiancate sul supporto di base 54, nella cavità 52. Dunque, secondo questa forma di realizzazione, la prima piastrina 10 è meccanicamente accoppiata al supporto di base 54 mediante uno strato adesivo 57, che risulta interposto tra la stessa superficie interna 54a e la superficie posteriore 10b della prima piastrina 10.

Il riscaldatore 18 è integrato nel supporto di base 54, in particolare almeno parzialmente allineato, lungo la direzione Z, con la prima piastrina 10, più in particolare con l’elemento sensore di campo magnetico 2 alloggiato dalla prima piastrina 10.

Risulta evidente che il riscaldatore 18, indipendentemente dalla particolare forma di realizzazione dispositivo sensore delle figure 1-5B, può avere una forma diversa dalla forma a striscia rettilinea.

La figura 6 mostra, in vista superiore (cioè in vista sul piano XY), un riscaldatore 18 avente una forma a serpentina, includente una pluralità di porzioni 81 sostanzialmente rettilinee e parallele tra loro, aventi una estensione principale lungo la direzione X. Porzioni 81 tra loro affacciate sono elettricamente accoppiate le une alle altre mediante rispettive porzioni di accoppiamento 82, aventi estensione principale lungo l’asse Y. Quando polarizzato a tensione VT, una corrente iTscorre attraverso le porzioni 81, generando calore per effetto Joule. Questa forma di realizzazione del riscaldatore è particolarmente utile in quanto è possibile coprire (e riscaldare) una area relativamente elevata della piastrina in cui il riscaldatore 18 è integrato e della/e piastrina/e ad essa accoppiate.

Inoltre, questa forma di realizzazione trova una ulteriore particolare utilità nel caso in cui il sensore alloggiato dalla prima piastrina sia un sensore magnetico. Infatti, come noto, un conduttore percorso da corrente elettrica genera un campo magnetico avente linee di campo ortogonali alla direzione del flusso di corrente iT. Nel caso di sensore magnetico, il campo così generato può influire sul corretto funzionamento dello stesso. Tuttavia, nel caso di figura 6 le linee di campo magnetico generate in corrispondenza di una porzione 81 compensano (ovvero annullano) le linee di campo magnetico generate in corrispondenza della porzione 81 adiacente, rendendo così il campo magnetico risultante teoricamente nullo.

In pratica, anche la forma di realizzazione di figura 6 non consente di annullare completamente il campo magnetico indesiderato derivante dalla fase di riscaldamento. A questo fine, è consigliabile operare il generatore di segnale 9 come nel seguito descritto.

Nella fase che precede la calibrazione del dispositivo sensore, il generatore di segnale 9 viene controllato in modo da generare uno o più impulsi di corrente δiattraverso il riscaldatore 18, ciascuno avente durata ed ampiezza tale da non danneggiare il riscaldatore 18 (e l’elettronica se il riscaldatore è integrato nell’ASIC, o il sensore se il riscaldatore è integrato nel die del sensore) e portare la temperatura del sensore al valore desiderato.

A titolo puramente esemplificativo, un possibile intervallo di valori di corrente per ciascun impulso di corrente δiè compreso tra circa 50mA e 300 mA, in particolare tra 100 mA e 250 mA, e la durata dell’impulso tra 50 ms e 300 ms, in particolare tra 100 e 250 ms. Tipicamente, i valori di ampiezza e durata dell’impulso di corrente sono scelti di valori tali da riscaldare la prima piastrina 10 al valore di temperatura desiderato (es., tra 60°C e 80°C).

Risulta evidente che l’aumento di temperatura in corrispondenza delle regioni che alloggiano il riscaldatore 18, 48 (in particolare quando quest’ultimo è alloggiato dalla seconda piastrina 20 o dal substrato 54 del package 50) è maggiore della temperatura trasferita alla prima piastrina 10 ed all’elemento sensore di campo magnetico 2. È pertanto opportuno alimentare al riscaldatore 18 impulsi di corrente δitali per cui la temperatura in corrispondenza delle regioni immediatamente circostanti il riscaldatore 18 non superi una temperatura critica per i materiali di tali regioni immediatamente circostanti e/o per eventuali componenti elettronici situati nelle vicinanze (tipicamente, la temperatura critica è maggiore di 90°C).

In modo di per sé noto al tecnico del ramo, nota la resistività del riscaldatore 18, è possibile modulare la corrente alimentata al riscaldatore 18 per generare calore per effetto Joule, per raggiungere la temperatura desiderata. Il valore di temperatura desiderata è un valore predefinito memorizzato in una memoria del circuito ASIC 24. Risulta evidente che è possibile memorizzare una pluralità di valori di temperatura predefiniti in modo da eseguire la calibrazione per una pluralità di valori di temperatura. Se la memoria è riscrivibile, è anche possibile aggiornare tale valore di temperatura desiderata durante l’uso o in fase di test del dispositivo sensore secondo la presente invenzione. Il circuito ASIC 24 comprende un comparatore configurato per ricevere in ingresso il valore di temperatura predefinito (memorizzato) ed il valore di temperatura rilevato fornito in uscita dal sensore di temperatura 3 e generare un segnale di comparazione indicativo del fatto che la temperatura misurata ha raggiunto o superato il valore di temperatura predefinito. Sulla base del segnale di comparazione, il circuito ASIC 24 interrompe la polarizzazione del riscaldatore 18 da parte del generatore di segnale 9, interrompendo di conseguenza il flusso di corrente iT, δiattraverso il riscaldatore 18. Non viene così generato ulteriore calore per effetto Joule.

Come detto, il sensore di temperatura è preferibilmente alloggiato dalla prima piastrina 10, così che la temperatura misurata sia effettivamente la temperatura “percepita” dall’elemento sensore di campo magnetico 2.

In seguito, raggiunta la temperatura desiderata, si procede con la misura del segnale generato in uscita dal sensore (il segnale in uscita dal sensore è un segnale che è funzione di una quantità misurata dal sensore, es., il valore di un campo magnetico). Tipicamente, la calibrazione in temperatura è eseguita in assenza della quantità esterna da misurare, così che il segnale in uscita dal sensore è, di fatto, l’offset che affligge il sensore stesso a causa dell’aumento di temperatura). A tal fine, il dispositivo integrato secondo la presente invenzione comprende inoltre un circuito di calibrazione (es., integrato nel circuito ASIC 24) configurato per acquisire il segnale in uscita dal sensore 2 quando il sensore 2 ha raggiunto la temperatura predefinita e ricavare il valore di offset che affligge il segnale in uscita dal sensore 2 quando il sensore 2 ha raggiunto la temperatura predefinita o desiderata.

Questa fase di misura, è dunque eseguita al termine dell’impulso di corrente δi(dunque quando il relativo campo magnetico generato è decaduto a valori trascurabili), ma ad un istante di tempo in cui la prima piastrina 10 è ancora alla temperatura desiderata (o ad una temperatura molto prossima alla temperatura desiderata). Infatti, il tempo di raffreddamento del riscaldatore 18 e della prima piastrina 10 è di molti ordini di grandezza maggiore rispetto al tempo utile a fare la misura del campo magnetico pilotato durante la calibrazione. La Richiedente ha verificato che il campo magnetico prodotto dal riscaldatore si annulla pressoché istantaneamente dopo spegnimento del circuito di polarizzazione del riscaldatore, il quale comunque presenta un certo transitorio di spegnimento.

Effettuando la misura in temperatura del segnale in uscita dal sensore in una condizione di riposo del sensore stesso (ovvero quando la quantità da misurare è nulla), è possibile ricavare l’offset generato dall’incremento controllato di temperatura, e procedere così alla calibrazione. Conoscendo il valore di offset al variare della temperatura è possibile compensare le derive che subisce il segnale di uscita al variare della temperatura di utilizzo (sostanzialmente sottraendo il valore di offset dalla misura fornita dal sensore).

Si fa inoltre notare che, nel caso particolare di un sensore AMR del tipo descritto ad esempio nelle domande di brevetto US 5,247,278 e US 2012/0161756, è possibile utilizzare la stesa bobina di calibrazione dell’offset (nota come offset coil o self-test coil) per eseguire le operazioni di riscaldamento dell’elemento sensore di campo magnetico (cioè l’elemento ferromagnetico provvisto di struttura Barber-Pole). In questo caso, un riscaldatore aggiuntivo non è necessario e le fasi di riscaldamento, precedenti la calibrazione, possono essere eseguite generando l’impulso di corrente δidirettamente attraverso la bobina di calibrazione dell’offset già presente sul sensore stesso.

Con riferimento a sensori di tipo inerziale (es., accelerometri e giroscopi), anche essi mostrano un segnale di uscita il cui valore è dipendente dalla temperatura a cui il sensore inerziale opera. Questo è dovuto ad una pluralità di aspetti, tra cui stress derivante dal processo di fabbricazione (“built-in stress”) e dall’accoppiamento della piastrina alloggiante il sensore con il package; variazioni del fattore di qualità; variazioni delle proprietà dei materiali utilizzati.

Lo stress derivante dal processo di fabbricazione (“built-in stress”) varia al variare della temperatura a cui il sensore opera a causa dei differenti coefficienti di espansione termica dei materiali utilizzati per fabbricare il sensore ed il package. Nella maggior parte dei casi, i sensori inerziali sono incapsulati ermeticamente a livello fetta (“wafer level”) o a livello incapsulamento (“package level”). Questo incapsulamento ermetico risulta in una cavità interna al package sigillata, nella quale la pressione e la composizione gassosa possono essere regolate per consentire la corretta operatività del dispositivo sensore. In particolare, nel caso di giroscopi e sensori risonanti, una pressione interna al package molto bassa è essenziale per ottenere un fattore di qualità di valore elevato. Essendo il sensore sigillato all’interno del package, un aumento della temperatura interna al package comporta un aumento della pressione interna. Se la cavità interna al package ha un livello di vuoto basso, l’effetto di smorzamento (damping) è dominato dallo smorzamento causato dal gas (es., aria) presente nella cavità del package. Un riscaldatore può essere efficacemente utilizzato per portare la temperatura interna al package al valore ottimale di funzionamento del sensore inerziale, nonché per verificare l’operatività del sensore inerziale a differenti temperature, in fase di test.

In questo modo è possibile investigare l’effettivo comportamento del sensore inerziale, al termine delle fasi di fabbricazione, a differenti temperature operative, in modo rapido ed economico.

Quanto descritto con riferimento alle figure 1-6 si applica in modo analogo, ed evidente al tecnico del ramo, ai sensori inerziali. In questo caso, la prima piastrina 10 non alloggia l’elemento sensore di campo magnetico 2, ma alloggia la struttura sensibile del sensore inerziale (una struttura micromeccanica di rilevamento atta ad entrare in contatto con l’ambiente esterno, per consentire il rilevamento delle grandezze ambientali di interesse, ed includente, ad es., masse mobili lungo una o più direzioni). Il circuito di polarizzazione e lettura 22 della seconda piastrina 20 è, in questo caso, configurato per comandare un movimento controllato (es., in risonanza) delle masse mobili del sensore inerziale, e ricevere un segnale di uscita che è funzione di una forza applicata alle masse mobili del sensore inerziale, secondo il funzionamento noto dei sensori inerziali.

Il riscaldatore 18 può essere alloggiato in una o più tra la prima piastrina 10, la seconda piastrina 20 e il supporto di base 54 del package 50.

I vantaggi del trovato secondo la presente invenzione, e del relativo procedimento di fabbricazione, emergono in maniera evidente dalla descrizione precedente.

In particolare, tali vantaggi includo semplicità realizzativa e completa integrazione nel flusso di fabbricazione standard di dispositivi integrati ed incremento della rapidità delle fasi di test con conseguente vantaggio economico.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, la prima piastrina 10 può alloggiare (in alternativa all’elemento sensore di campo magnetico 2 descritto con riferimento alle figure 1-5B) un generico elemento sensore, in particolare un elemento sensore in tecnologia MEMS, diverso dal sensore inerziale e dal sensore di campo magnetico, ad esempio un sensore di pressione, un microfono, uno speaker, o un generico trasduttore MEMS.

Inoltre, per una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente descritte, il sensore di temperatura 3 può essere integrato, anziché nella prima piastrina 10, nella seconda piastrina 20, o in corrispondenza del supporto di base 54 del package 50.

Inoltre, il generatore di segnale 9 può essere integrato nella prima piastrina 10 oppure nel supporto di base 54 del package 50.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo sensore integrato (1, 30, 40, 60) includente: - una prima piastrina (“die”) (10), alloggiante un elemento sensore (2) atto a rilevare una grandezza (“quantity”) esterna al dispositivo sensore e trasdurre detta grandezza esterna in un segnale elettrico di rilevamento; - una seconda piastrina (20; 54), meccanicamente accoppiata alla prima piastrina (10) in modo tale che la prima e la seconda piastrina sono tra loro impilate (“stacked”) lungo uno stesso asse (Z); - almeno un riscaldatore (18; 48) di tipo resistivo integrato nella prima (10) e/o nella seconda (20; 54) piastrina, avente un primo ed un secondo terminale di conduzione (18a, 18b); - un generatore di segnale (9) avente primi e secondi terminali di conduzione (9a, 9b) elettricamente accoppiati al primo e al secondo terminale di conduzione del riscaldatore e operabile in modo tale che, in uso, una corrente elettrica (iT, δi) fluisce tra il primo ed il secondo terminale di conduzione (18a, 18b; 48a, 48b) del riscaldatore (18; 48) generando calore per effetto Joule in modo tale da portare l’elemento sensore (2) ad una temperatura predefinita; e - un circuito di calibrazione (24) configurato per acquisire detto segnale elettrico di rilevamento quando l’elemento sensore (2) ha raggiunto detta temperatura predefinita e ricavare un valore di offset che affligge il segnale elettrico di rilevamento quando l’elemento sensore (2) ha raggiunto detta temperatura predefinita.
2. Dispositivo sensore integrato secondo la rivendicazione 1, in cui il riscaldatore (18; 48) comprende una pluralità di sotto-elementi riscaldatori (48; 81) elettricamente collegati tra loro in serie o parallelo mediante sotto-regioni di collegamento elettrico (82).
3. Dispositivo sensore integrato secondo la rivendicazione 2, in cui il riscaldatore (18; 48) ha forma a serpentina in cui detta pluralità di sotto-elementi riscaldatori (81) sono in numero pari e si estendono a formare strisce conduttive parallele tra loro, e dette sotto-regioni di collegamento elettrico (82) si estendono ortogonalmente ai sotto-elementi riscaldatori (81) accoppiando elettricamente in serie tra loro due sottoelementi riscaldatori (81) adiacenti.
4. Dispositivo sensore integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il riscaldatore (18; 48) si estende in una regione della prima e/o della seconda piastrina sostanzialmente allineata, lungo detto asse (Z), all’elemento sensore (2).
5. Dispositivo sensore integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il riscaldatore (18; 48) si estende in una regione della prima e/o della seconda piastrina priva di componenti elettrici e/o elettronici.
6. Dispositivo sensore integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il riscaldatore (18) include almeno uno tra: una striscia (“strip”) di materiale conduttore, una regione impiantata di specie droganti, un transistore.
7. Dispositivo sensore integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto generatore di segnale (9) è integrato nella prima piastrina (10) o nella seconda piastrina (20).
8. Dispositivo sensore integrato secondo la rivendicazione 7, in cui il generatore di segnale (9) è operabile per alimentare detta corrente elettrica (iT, δi) sotto forma di impulsi di corrente.
9. Dispositivo sensore integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda piastrina (20) alloggia un circuito integrato (22, 24) operativamente accoppiato all’elemento sensore (2) e configurato per acquisire detto segnale elettrico di rilevamento.
10. Dispositivo sensore integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una terza piastrina (54) definente un supporto di base di un contenitore (“package”) (50) atto ad alloggiare in corrispondenza di una sua cavità (52) interna, detta prima e detta seconda piastrina (10, 20).
11. Dispositivo sensore integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-8, comprendente inoltre una terza piastrina (20) alloggia un circuito integrato (22, 24) operativamente accoppiato all’elemento sensore (2) della prima piastrina (10) e configurato per acquisire detto segnale elettrico di rilevamento, e in cui detta seconda piastrina (54) è un supporto di base di un contenitore (“package”) (50), detto contenitore (50) avendo una cavità interna (52) atta ad alloggiare detta prima e detta terza piastrina (10, 20).
12. Metodo di calibrazione di un dispositivo sensore integrato (1, 30, 40, 60, 60’) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-11, comprendente le fasi di: (a) comandare il generatore di segnale (9) per generare un flusso di corrente elettrica (iT, δi) tra il primo ed il secondo terminale di conduzione (18a, 18b; 48a, 48b) del riscaldatore (18; 48), così da generare calore per effetto Joule; (b) misurare un valore di temperatura in corrispondenza della prima o della seconda piastrina (10, 20; 54); (c) interrompere la generazione di detto flusso di corrente elettrica (iT, δi) se il valore di temperatura misurato è pari a, o maggiore di, un valore predefinito; (d) calibrare l’elemento sensore (2) dopo detta fase (c).
13. Metodo di calibrazione secondo la rivendicazione 12, in cui la fase (d) include ricavare un valore di offset che affligge il segnale elettrico di rilevamento generato dal l’elemento sensore (2) quando il valore di temperatura ha raggiunto il valore predefinito.
14. Metodo di calibrazione secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui la fase (a) include generare uno o più impulsi di corrente elettrica aventi durata temporale compresa tra circa 50 ms e 300 ms e ampiezza compresa tra circa 50 mA e 300 mA.