KR20240035736A

KR20240035736A - Asic 칩 및 이를 사용하는 센서, 전동 칫솔

Info

Publication number: KR20240035736A
Application number: KR1020237020771A
Authority: KR
Inventors: 순펑 황
Original assignee: 난징 프라임 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2022-09-05
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-03-18
Also published as: EP4358152A1; US11973503B2; US20240080021A1

Abstract

본 발명은 ASIC 칩 내부에“네 모서리+중간”의 대칭적인 딜레이 체인 조합을 3차원으로 분포시켜, 각 방향에서의 응력을 측정할 수 있는 ASIC 칩을 개시한다. 본 발명은 또한 ASIC 칩을 사용하는 센서 2가지를 개시하고, 한 가지는 MEMS 칩과 ASIC 칩을 적층하는 것이고, 다른 한 가지는 MEMS 칩과 ASIC 칩을 대칭적으로 배열하는 것이며, 적층과 대칭적 배열의 2가지 방식을 통해 MEMS 칩과 ASIC 칩이 매우 일관된 응력 집중 특성을 가지도록 하여 각 방향에서의 응력을 교정함으로써 MEMS 칩의 정확도 및 온도 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이 밖에, 본 발명은 응력 검출의 일관성, 안정성, 신뢰성, 민감도 및 선형성을 효과적으로 향상시키고 온도 드리프트를 보다 정확하게 보상할 수 있는 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔을 개시한다.

Description

ASIC 칩 및 이를 사용하는 센서, 전동 칫솔

본 발명은 응력 측정, 교정 소자 및 기기 분야에 관한 것으로, 특히 ASIC 칩 및 이를 사용하는 센서, 전동 칫솔에 관한 것이다.

기존의 ASIC 칩은 아날로그-디지털 변환 방식을 사용하며 내부 회로에 대한 변형의 영향을 계량화할 수 없으므로 응력을 측정할 수 없다.

기존의 다른 집적 회로 제품과 비교할 때 MEMS 소자의 패키징은 일부 추가 제약 설계를 따라야 하고 열악한 환경 조건에서 작동하는 요구 사항을 충족해야 하므로 복잡성이 상대적으로 높다. 사용되는 패키징 재료 및 패키징 공정에 관계없이 대부분의 MEMS 소자에서 열 응력 및 기계적 응력은 모두 MEMS 소자의 신뢰성과 반복성에 큰 영향을 미친다. MEMS 소자의 패키징 재료의 열팽창 계수 차이와 단일 재료 자체의 이방성은 모두 온도 변화로 인한 응력 집중으로 이어진다. MEMS 소자 자체에서 발생하는 변형률과 온도 사이의 관계는 단조롭지 않은 바, 다시 말하면, 온도-변형률 곡선은 함수로 피팅할 수 없고 즉 교정 포인트를 통해 온도 곡선을 교정할 수 없으므로 MEMS 소자의 정확도 및 온도 안정성이 좋지 않다.

전동 칫솔은 구동부재의 빠른 회전이나 스윙을 통해 브러시 헤드의 고주파 진동을 발생시켜 양치 효과를 높인다. 동시에 구동부재의 급격한 회전이나 진동으로 인한 불편함이 있는데, 예를 들어 브러시 헤드의 고주파 진동으로 인한 치약 튕김, 과도한 진동으로 인한 치아 표면, 치은, 치조 손상, 사용자의 잘못된 습관으로 인한 세정력 부족이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 적절한 브러시 헤드의 토크 측정 방식을 도입하고 토크 값을 사용하여 브러시 헤드가 치아 표면에 눌렸는지, 누르는 힘이 과도한지, 누르는 힘이 부족한지 등을 판단해야 한다. 이를 위해, 특허출원 "CN 108309486A 브러시 헤드 압력 검출 장치를 갖춘 전동 칫솔"에는 응력 트리거 부재 및 응력 검출 부재가 칫솔의 출력축에 상대적으로 설치되는 방식이 개시되어 있다. 그러나 응력 검출 부재의 구조는 휘트스톤 브릿지를 포함하는데, 접착제 접착 방식을 통해 응력 검출 부재를 요홈에 용접할 경우 용접 접착제가 넘치기 쉽고, 휘트스톤 브릿지의 브릿지 저항의 저항값과 4개의 브릿지 암 사이의 비율 관계는 밀접하게 관련되어 있으며, 용접 접착제가 넘치면 4개의 브릿지 암 사이의 비율 관계에 영향을 미치므로 저항의 저항값에 영향을 미치고 궁극적으로 응력 검출 부재의 일관성, 안정성, 신뢰성, 민감도 및 선형성에 영향을 미치게 된다. 이 밖에, 상기 특허 출원에서는 언급하지 않았으나, 원리적으로 후측단에 아날로그-디지털 변환 회로가 더 존재함을 알 수 있는데, 응력 검출 부재는 후측단의 아날로그-디지털 변환 회로와 분리되어 상이한 온도 필드에 있기에 응력 검출 부재의 온도 드리프트를 정확하게 보상할 수 없다.

본 발명은 목적은 응력을 측정할 수 있는 ASIC 칩을 제공하고; 응력을 교정할 수 있는 ASIC 칩을 사용하는 센서를 제공하는 것이며, 이 밖에 응력 검출의 일관성, 안정성, 신뢰성, 민감도 및 선형성을 향상시키고 온도 드리프트를 보상할 수 있는 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음과 같은 과제의 해결 수단을 채택한다.

본 발명에 따른 ASIC 칩은 딜레이 체인 어레이, RC 회로 및 마이크로프로세서를 포함하고, 마이크로프로세서는 RC 회로에 트리거 신호를 출력하며, RC 회로는 딜레이 체인 어레이의 입력 포트에 제1 신호(START) 및 제2 신호(STOP)를 출력하고, 딜레이 체인 어레이는 마이크로프로세서에 시간 경과 특성 신호를 출력하며, 마이크로프로세서는 처리 후 디지털 신호를 출력하고;

상기 딜레이 체인 어레이는 다수의 딜레이 체인을 포함하며, ASIC 칩 내부에서 ASIC 칩의 일측면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는 “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열되고, ASIC 칩의 타측면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는 “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열되며, ASIC 칩의 바닥면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는 “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열되고; 상기 ASIC 칩의 2개의 측면은 서로 수직되며; 상기 “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합은 평면의 네 모서리에 설치된 딜레이 체인 및 평면 중심에 설치된 딜레이 체인을 포함하고, 여기서, 평면 중심에 설치된 딜레이 체인은 해당 평면과 기설정 각도로 교차하는 다른 평면 내에 위치한다.

또한, 상기 평면의 네 모서리에 있는 딜레이 체인은 90° 딜레이 체인, 십자형 딜레이 체인, 정사각형 딜레이 체인 중 어느 하나이고, 평면 중심에 있는 딜레이 체인은 90° 딜레이 체인, 십자형 딜레이 체인, 정사각형 딜레이 체인, 동일원주 분포 딜레이 체인 중 어느 하나이며;

여기서, 90° 딜레이 체인은 90°로 배열된 2개의 딜레이 체인 유닛을 포함하고;

십자형 딜레이 체인은 “십자형”의 4개의 분기를 이루는 4개의 딜레이 체인 유닛을 포함하며, 각 딜레이 체인 유닛은 “십자형”의 하나의 분기에 있고, 4개의 딜레이 체인 유닛은 시계 방향 또는 반시계 방향에서 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이가 90°로 배열되며;

정사각형 딜레이 체인은 “정사각형”의 네 변을 이루는 4개의 딜레이 체인 유닛을 포함하며, 각 딜레이 체인 유닛은 “정사각형”의 하나의 변에 있고, 4개의 딜레이 체인 유닛은 시계 방향 또는 반시계 방향에서 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이가 90°로 배열되며;

동일원주 분포 딜레이 체인은 하나의 원호에 배열된 다수의 딜레이 체인 유닛을 포함하고, 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이는 기설정 각도를 이룬다.

또한, 상기 딜레이 체인 유닛은 버니어 딜레이 체인 유닛, 탭 딜레이 체인 유닛, 차동 딜레이 체인 유닛 중 어느 하나이다.

본 발명에 따른 ASIC 칩을 사용하는 센서는 기판, MEMS 칩을 포함하고, 상술한 ASIC 칩을 더 포함하며; ASIC 칩은 기판에 고정되고, MEMS 칩은 ASIC 칩 상단에 적층된다.

또한, 상기 MEMS 칩과 ASIC 칩 사이는 접착제 접착 또는 본딩 방식으로 연결되고; MEMS 칩과 ASIC 칩이 접착제 접착 방식으로 연결될 경우, 접착제의 두께는 0.5μm보다 작거나 같다. 접착제의 두께가 0.5μm보다 작거나 같으면, MEMS 칩과 ASIC 칩이 매우 일관된 응력 집중 특성을 가지도록 할 수 있다.

또한, 상기 MEMS 칩과 ASIC 칩은 동축으로 적층된다. 이로써 MEMS 칩과 ASIC 칩이 매우 일관된 응력 집중 특성을 가지도록 한다.

본 발명에 따른 ASIC 칩을 사용하는 센서는 기판, MEMS 칩을 포함하고, 상술한 ASIC 칩을 더 포함하며, MEMS 칩과 ASIC 칩은 모두 기판에 고정되고, MEMS 칩, ASIC 칩 및 기판의 중심점은 모두 하나의 평면에 있고 해당 평면은 기판의 일측면에 평행하며, MEMS 칩의 중심점으로부터 기판 중심축 평면까지의 거리는 ASIC 칩의 중심점으로부터 기판 중심축 평면까지의 거리와 동일하고, 상기 중심축 평면은 기판의 타측면에 평행하는 중심축 평면이며, 상기 기판의 2개의 측면은 서로 수직된다.

또한, 상기 MEMS 칩과 ASIC 칩은 모두 접착제 접착 또는 본딩 방식으로 기판에 고정되고; MEMS 칩과 ASIC 칩이 모두 접착제 접착 방식으로 기판에 고정될 경우, 둘의 접착제의 두께는 동일하게 유지된다. 둘의 접착제의 두께를 동일하게 유지하면, MEMS 칩과 ASIC 칩이 받는 응력이 높은 상관 관계를 가지도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔은 손잡이부 및 브러시 헤드를 포함하고, 손잡이부에는 구동부재가 설치되며, 구동부재의 출력축은 브러시 헤드에 연결되고, 상술한 ASIC 칩을 더 포함하며; ASIC 칩은 출력축에 설치되고, 출력축에는 응력 트리거 부재가 더 설치되며, ASIC 칩은 응력 트리거 부재 위치의 응력을 검출하기 위한 것이다.

또한, 상기 응력 트리거 부재는 출력축 표면에 설치된 요홈이고, ASIC 칩은 요홈 내에 설치된다.

또한, 상기 요홈의 횡단면은 직사각형, 삼각형, L자형 중 어느 하나이다.

선행기술과 비교하여 본 발명은 다음과 같은 유익한 효과를 가진다.

1. 본 발명은 ASIC 칩 내부에“네 모서리+중간”의 대칭적인 딜레이 체인 조합을 3차원으로 분포시켜, 각 방향에서의 응력을 측정할 수 있는 ASIC 칩을 개시한다.

2. 본 발명은 또한 ASIC 칩을 사용하는 센서 2가지를 더 개시하고, 한 가지는 MEMS 칩과 ASIC 칩을 적층하는 것이고, 다른 한 가지는 MEMS 칩과 ASIC 칩을 대칭적으로 배열하는 것이며, 적층과 대칭적 배열의 2가지 방식을 통해 MEMS 칩과 ASIC 칩이 매우 일관된 응력 집중 특성을 가지도록 하여 각 방향에서의 응력을 교정함으로써 MEMS 칩의 정확도 및 온도 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

3. 본 발명은 자체 설계한 ASIC 칩을 사용하고 용접 접착제의 오버플로가 쉽게 발생하여 저항값에 영향을 미치는 휘트스톤 브릿지를 사용하지 않기에 응력 검출의 일관성, 안정성, 신뢰성, 민감도 및 선형성을 효과적으로 향상시키는 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔을 개시한다. 이 밖에, ASIC 칩 자체가 아날로그-디지털 변환을 구현할 수 있기 때문에 추가적인 아날로그-디지털 변환 회로를 설치할 필요가 없어 전체 ASIC 칩이 하나의 온도 필드에 위치하여 온도 드리프트를 더욱 정확하게 보상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 MEMS 칩과 ASIC 칩이 적층된 모식도이다.
도 2는 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 MEMS 칩과 ASIC 칩이 대칭적으로 배열된 모식도이다.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 응력 교정 흐름이다.
도 4는 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 차동 딜레이 체인의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 90° 딜레이 체인의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 십자형 딜레이 체인의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 정사각형 딜레이 체인의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 동일원주 분포 딜레이 체인의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 “네 모서리+중간”의 한 가지 배열 모식도이다.
도 10은 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 ASIC 칩의 회로 블록도이다.
도 11은 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 직사각형 요홈을 갖는 전동 칫솔 출력축의 모식도이다.
도 12는 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 삼각형 요홈을 갖는 전동 칫솔 출력축의 모식도이다.
도 13은 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 L자형 요홈을 갖는 전동 칫솔 출력축의 모식도이다.

아래에서 구체적인 실시형태 및 도면을 참조하여 본 발명의 과제의 해결 수단을 상세하게 설명한다.

본 구체적인 실시형태는 ASIC 칩을 개시하고, 도 10에 도시된 바와 같이 마이크로프로세서는 RC 회로에 트리거 신호를 출력하며, RC 회로는 딜레이 체인 어레이의 입력 포트에 제1 신호(START) 및 제2 신호(STOP)를 출력하고, 딜레이 체인 어레이는 마이크로프로세서에 시간 경과 특성 신호를 출력하며, 마이크로프로세서는 처리 후 디지털 신호를 출력한다.

ASIC 칩은 전체적인 모양이 직육면체이고, ASIC 칩의 전면은 후면에 평행하고 좌측면은 우측면에 평행하며 전면은 좌측면에 수직되고 상단면은 바닥면에 평행한다. 상기 딜레이 체인 어레이는 다수의 딜레이 체인을 포함하며, ASIC 칩 내부에서 ASIC 칩의 전면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는“네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열되고, ASIC 칩의 좌측면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는“네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열되며, ASIC 칩의 바닥면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는“네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열된다. “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합은 평면의 네 모서리에 설치된 딜레이 체인 및 평면 중심에 설치된 딜레이 체인을 포함하고, 여기서, 평면 중심에 설치된 딜레이 체인은 해당 평면과 기설정 각도로 교차하는 다른 평면 내에 위치한다.

평면의 네 모서리에 있는 딜레이 체인은 90° 딜레이 체인, 십자형 딜레이 체인, 정사각형 딜레이 체인 중 어느 하나이고, 평면 중심에 있는 딜레이 체인은 90° 딜레이 체인, 십자형 딜레이 체인, 정사각형 딜레이 체인, 동일원주 분포 딜레이 체인 중 어느 하나이다.

90° 딜레이 체인, 십자형 딜레이 체인, 정사각형 딜레이 체인, 동일원주 분포 딜레이 체인의 구조는 각각 다음과 같다.

90° 딜레이 체인은 90°로 배열된 2개의 딜레이 체인 유닛을 포함하고, 도 5에 도시된 바와 같다.

십자형 딜레이 체인은 “십자형”의 4개의 분기를 이루는 4개의 딜레이 체인 유닛을 포함하며, 각 딜레이 체인 유닛은 “십자형”의 하나의 분기에 있고, 4개의 딜레이 체인 유닛은 시계 방향 또는 반시계 방향에서 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이가 90°로 배열되며, 도 6에 도시된 바와 같다.

정사각형 딜레이 체인은 “정사각형”의 네 변을 이루는 4개의 딜레이 체인 유닛을 포함하며, 각 딜레이 체인 유닛은 “정사각형”의 하나의 변에 있고, 4개의 딜레이 체인 유닛은 시계 방향 또는 반시계 방향에서 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이가 90°로 배열되며, 도 7에 도시된 바와 같다.

동일원주 분포 딜레이 체인은 하나의 원호에 배열된 다수의 딜레이 체인 유닛을 포함하고, 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이는 기설정 각도를 이룬다. 이 각도에 딜레이 체인 유닛의 개수를 곱하면 360°이고, 딜레이 체인 유닛의 개수는 3개 이상이어야 한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이는 22.5°의 각을 이루고, 딜레이 체인 유닛은 16개이며, 도 8에는 5개만 도시하였다.

여기서, 딜레이 체인 유닛은 버니어 딜레이 체인 유닛, 탭 딜레이 체인 유닛, 차동 딜레이 체인 유닛 중 어느 하나이다. 차동 딜레이 체인 유닛은 도 4에 도시된 바와 같다. “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합은 도 9에 도시된 바와 같이, 평면의 네 모서리에 있는 딜레이 체인은 90° 딜레이 체인이고, 평면 중심에 있는 딜레이 체인은 동일원주 분포 딜레이 체인이다.

본 구체적인 실시형태는 또한 ASIC 칩을 사용하는 센서 2가지를 더 개시하고, 2가지 센서는 모두 MEMS 칩(1), ASIC 칩(2) 및 기판(3)을 포함한다. 그러나 2가지 센서는 MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)의 상대적 위치가 다른 바, 한 가지는 도 1에 도시된 바와 같이 MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)을 적층하는 것이고, 다른 한 가지는 도 2에 도시된 바와 같이 MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)을 대칭적으로 배열하는 것이다.

적층하는 방식은 도 1에 도시된 바와 같이 MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)이 두께 방향에서 상하로 적층되며, ASIC 칩(2)은 기판(미도시)에 고정되고 MEMS 칩(1)은 ASIC 칩(2)의 상단에 적층된다. MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2) 사이는 접착제 접착 또는 본딩 방식으로 연결되고, 접착제 접착 방식으로 연결될 경우, 접착제의 두께는 0.5μm보다 작거나 같다. 이로써, MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)이 매우 일관된 응력 집중 특성을 가지도록 할 수 있다. 또한, MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)은 동축으로 적층될 수 있으며, 이로써 MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)이 매우 일관된 응력 집중 특성을 가지도록 할 수 있다. ASIC 칩(2)은 접착제 접착 또는 본딩 방식으로 기판(3)에 고정된다.

대칭적으로 배열하는 방식은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(3)의 좌측 하단 가장자리 중심을 좌표 원점으로 하고 전면의 중간 장축을 x축으로 하고, 좌측면의 중간 장축을 y축으로 하여, MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)이 모두 기판(3)에 고정되고, MEMS 칩(1), ASIC 칩(2) 및 기판(3)의 중심점은 기판(3) 전면에 평행하는 평면에 있고, MEMS 칩(1)의 중심점(M)으로부터 기판(3) 중심축 평면 까지의 거리는 ASIC 칩(2)의 중심점(A)으로부터 기판(3) 중심축 평면 까지의 거리와 동일하고, 해당 중심축 평면은 기판의 좌측면 및 우측면에 평행하고, 기판(3)의 좌측면은 우측면에 평행하고 전면은 후면에 평행하며 좌측면은 전면에 수직되고 상단면은 바닥면에 평행하며 상단면은 전면 및 좌측면에 모두 수직된다. MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)은 동일한 방식으로 기판(3)에 고정되고, 예를 들어 모두 접착제 접착 방식 또는 본딩 방식으로 고정된다. 둘이 모두 접착제 접착 방식으로 고정될 경우, 둘의 접착제의 두께는 동일하게 유지된다.

본 구체적인 실시형태에서 2가지 센서의 응력 교정 흐름은 도 3에 도시된 바와 같이, ASIC 칩(2)의 구조를 응력을 측정할 수 있도록 설계하고, MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2)의 배열 방식을 MEMS 칩(1)과 ASIC 칩(2) 사이가 매우 일관된 응력 집중 특성을 가지도록 설계하였다. 열 응력 및 기계적 응력의 합성 후 ASIC 칩(2)에 작용하는 합력의 z축의 성분을 라고 가정하면, MEMS 칩(1)이 받는 합력의 z축 방향의 성분은 이며, 둘 사이는 다음과 같은 관계를 충족한다.

적층하는 방식에서, k는 1에 가깝고 b는 0에 가까우며; 대칭적 배열 방식에서는 k는 두 칩의 면적 비율과 관련되며 b는 교정 계수이다.

외부 커패시턴스 를 측정해야 하는 경우, 측정할 외부 커패시턴스 와 RC 회로 내부의 기준 저항 을 결합하여 외부 방전 회로를 구성하고 RC 회로 내부 기준 커패시턴스 및 기준 저항 로 구성된 내부 방전 회로의 방전 시간과 비교하기만 하면 다음과 같이 외부 커패시턴스 의 값을 얻을 수 있다.

상기 식에서, 는 외부 방전 회로의 방전 시간이고, 는 내부 방전 회로의 방전 시간이며, 는 RC 회로 내부 기준 커패시턴스이고 는 측정할 외부 커패시턴스이다.

마찬가지로, 전압, 전류, 인덕턴스와 같은 전기적 신호 역시 측정을 위해 저항 또는 커패시턴스로 변환될 수 있으며, 본 구체적인 실시형태의 방법을 통해 높은 역동성과 높은 정확도를 얻을 수 있다. 실제 측정 결과 정확도의 유효 비트가 최대 22-bit에 달할 수 있었다.

가속도, 지자기, 자이로스코프 등 관성 소자와 같은 실리콘 미세 기계 구조의 크기에 크게 의존하는 MEMS 소자의 경우, 본 발명의 방법은 제품의 정확도 및 온도 안정성을 크게 향상시킬 수 있고 패키징, 교정에 필요한 비용을 크게 감소할 수 있으며; 공압 등 소자와 같은 실리콘 미세 기계 구조의 크기에 상대적으로 의존하는 MEMS 소자의 경우, 동일한 정확도에서 교정 지점 수를 크게 줄일 수 있으므로 교정 비용을 크게 줄일 수 있다. 실험에 따르면 본 발명의 방법은 온도 드리프트의 영향을 90% 이상 줄이거나 동일한 정확도 및 온도 안정성에서 교정 비용을 50-70%(관성 MEMS 소자의 경우) 또는 30-50%(비관성 MEMS 소자의 경우) 줄일 수 있다.

이 밖에, 본 구체적인 실시형태는 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔을 더 제공하고, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 손잡이부 및 브러시 헤드(미도시)를 포함하고, 손잡이부에는 구동부재가 설치되며, 구동부재의 출력축(4)은 브러시 헤드에 연결되고, 본 구체적인 실시형태에 따른 ASIC 칩(6)을 더 포함한다. ASIC 칩(6)은 출력축(4)에 설치되고, 출력축(4)에는 응력 트리거 부재가 더 설치되며, ASIC 칩(6)은 응력 트리거 부재 위치의 응력을 검출하기 위한 것이다. 구체적으로, 응력 트리거 부재는 요홈(5)일 수 있고, ASIC 칩(6)는 요홈(5) 내에 설치되며, 요홈(5)의 횡단면은 직사각형, 삼각형, L자형 중 어느 하나이고, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같다.

본 구체적인 실시형태에 따른 전동 칫솔은 자체 설계한 ASIC 칩을 사용하고 용접 접착제의 오버플로가 쉽게 발생하여 저항값에 영향을 미치는 휘트스톤 브릿지를 사용하지 않기에 응력 검출의 일관성, 안정성, 신뢰성, 민감도 및 선형성을 효과적으로 향상시킨다. 이 밖에, ASIC 칩 자체가 아날로그-디지털 변환을 구현할 수 있기 때문에 추가적인 아날로그-디지털 변환 회로를 설치할 필요가 없어 전체 ASIC 칩이 하나의 온도 필드에 위치하여 온도 드리프트를 더욱 정확하게 보상할 수 있다.

Claims

ASIC 칩으로서,
딜레이 체인 어레이, RC 회로 및 마이크로프로세서를 포함하고, 마이크로프로세서는 RC 회로에 트리거 신호를 출력하며, RC 회로는 딜레이 체인 어레이의 입력 포트에 제1 신호(START) 및 제2 신호(STOP)를 출력하고, 딜레이 체인 어레이는 마이크로프로세서에 시간 경과 특성 신호를 출력하며, 마이크로프로세서는 처리 후 디지털 신호를 출력하고;
상기 딜레이 체인 어레이는 다수의 딜레이 체인을 포함하며, ASIC 칩 내부에서 ASIC 칩의 일측면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는 “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열되고, ASIC 칩의 타측면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는 “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열되며, ASIC 칩의 바닥면에 평행하는 적어도 하나의 평면에는 “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합이 배열되고; 상기 ASIC 칩의 2개의 측면은 서로 수직되며; 상기 “네 모서리+중간” 딜레이 체인 조합은 평면의 네 모서리에 설치된 딜레이 체인 및 평면 중심에 설치된 딜레이 체인을 포함하고, 여기서, 평면 중심에 설치된 딜레이 체인은 해당 평면과 기설정 각도로 교차하는 다른 평면 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
제1항에 있어서,
상기 평면의 네 모서리에 있는 딜레이 체인은 90° 딜레이 체인, 십자형 딜레이 체인, 정사각형 딜레이 체인 중 어느 하나이고, 평면 중심에 있는 딜레이 체인은 90° 딜레이 체인, 십자형 딜레이 체인, 정사각형 딜레이 체인, 동일원주 분포 딜레이 체인 중 어느 하나이며;
여기서, 90° 딜레이 체인은 90°로 배열된 2개의 딜레이 체인 유닛을 포함하고;
십자형 딜레이 체인은 “십자형”의 4개의 분기를 이루는 4개의 딜레이 체인 유닛을 포함하며, 각 딜레이 체인 유닛은 “십자형”의 하나의 분기에 있고, 4개의 딜레이 체인 유닛은 시계 방향 또는 반시계 방향에서 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이가 90°로 배열되며;
정사각형 딜레이 체인은 “정사각형”의 네 변을 이루는 4개의 딜레이 체인 유닛을 포함하며, 각 딜레이 체인 유닛은 “정사각형”의 하나의 변에 있고, 4개의 딜레이 체인 유닛은 시계 방향 또는 반시계 방향에서 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이가 90°로 배열되며;
동일원주 분포 딜레이 체인은 하나의 원호에 배열된 다수의 딜레이 체인 유닛을 포함하고, 인접한 2개의 딜레이 체인 유닛 사이는 기설정 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
제2항에 있어서,
상기 딜레이 체인 유닛은 버니어 딜레이 체인 유닛, 탭 딜레이 체인 유닛, 차동 딜레이 체인 유닛 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
기판, MEMS 칩을 포함하는 ASIC 칩을 사용하는 센서로서,
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 ASIC 칩을 더 포함하며; ASIC 칩은 기판에 고정되고, MEMS 칩은 ASIC 칩 상단에 적층되는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩을 사용하는 센서.
제4항에 있어서,
상기 MEMS 칩과 ASIC 칩 사이는 접착제 접착 또는 본딩 방식으로 연결되고; MEMS 칩과 ASIC 칩이 접착제 접착 방식으로 연결될 경우, 접착제의 두께는 0.5μm보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 ASIC 칩을 사용하는 센서.
제4항에 있어서,
상기 MEMS 칩과 ASIC 칩은 동축으로 적층되는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩을 사용하는 센서.
기판, MEMS 칩을 포함하는 ASIC 칩을 사용하는 센서로서,
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 ASIC 칩을 더 포함하며, MEMS 칩과 ASIC 칩은 모두 기판에 고정되고, MEMS 칩, ASIC 칩 및 기판의 중심점은 모두 하나의 평면에 있고 해당 평면은 기판의 일측면에 평행하며, MEMS 칩의 중심점으로부터 기판 중심축 평면까지의 거리는 ASIC 칩의 중심점으로부터 기판 중심축 평면까지의 거리와 동일하고, 상기 중심축 평면은 기판의 타측면에 평행하는 중심축 평면이며, 상기 기판의 2개의 측면은 서로 수직되는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩을 사용하는 센서.
제7항에 있어서,
상기 MEMS 칩과 ASIC 칩은 모두 접착제 접착 또는 본딩 방식으로 기판에 고정되고; MEMS 칩과 ASIC 칩이 모두 접착제 접착 방식으로 기판에 고정될 경우, 둘의 접착제의 두께는 동일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩을 사용하는 센서.
손잡이부 및 브러시 헤드를 포함하고, 손잡이부에는 구동부재가 설치되며, 구동부재의 출력축은 브러시 헤드에 연결되는 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔로서,
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 ASIC 칩을 더 포함하며; ASIC 칩은 출력축에 설치되고, 출력축에는 응력 트리거 부재가 더 설치되며, ASIC 칩은 응력 트리거 부재 위치의 응력을 검출하기 위한 것임을 특징으로 하는 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔.
제9항에 있어서,
상기 응력 트리거 부재는 출력축 표면에 설치된 요홈이고, ASIC 칩은 요홈 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔.
제10항에 있어서,
상기 요홈의 횡단면은 직사각형, 삼각형, L자형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 ASIC 칩을 사용하는 전동 칫솔.