TW201403070A - 熱氣泡角加速儀 - Google Patents

Abstract

一種熱氣泡角加速儀，包含一絕熱基板，及一角加速度感測裝置。角加速度感測裝置，設置於絕熱基板上。角加速度感測裝置，用於量測繞一轉軸之角加速度。角加速度感測裝置，包含一溫度感測元件組，溫度感測元件組包含兩個溫度感測元件，和設置於兩個溫度感測元件之間之一加熱器，其中兩個溫度感測元件，靠近該轉軸之兩端間之距離，大於遠離該轉軸之兩端間之距離。

Description

熱氣泡角加速儀

本發明係關於一種角加速儀，特別係關於一種熱氣泡角加速儀。

美國專利公告號第6,182,509號，公開一種熱氣泡型加速儀(Thermal Bubble Accelerometer)。熱氣泡型加速儀包含一絕熱基板、一加熱器和兩個溫度感測元件。絕熱基板具一凹槽，加熱器與兩個溫度感測元件，懸置於凹槽上，且兩個溫度感測元件，分別等距置放於加熱器之相對兩側。

為形成懸置之加熱器與兩個溫度感測元件，首先在絕熱基板上，形成二氧化矽層。然後，在二氧化矽層上，形成一多晶矽層。之後，進行氧化製程，在多晶矽層上，形成另一氧化層。接著，圖案化該多晶矽層，以獲得3條多晶矽橋樑(Polysilicon Bridge)。然後，再次進行氧化製程，以便在多晶矽橋樑之側邊，形成氧化層。之後，絕熱基板以EDP(乙二胺(Ethylenediamine)、兒茶酚(Pyrocatechol)和水之混合物)，蝕刻出深凹槽。

從上述的製程描述可看出，懸置之加熱器與兩個溫度感測元件之製作步驟繁複，因而導致此熱氣泡型加速儀的製造成本高。再者，纖細的多晶矽橋樑，容易在製造及長時間工作時損壞，造成熱氣泡型加速儀的低良率。此外，元件通常是作在矽基板上，由於矽的熱傳導係數(1.48 W/(cm-K)較高，容易散逸加熱器產生的熱能，因此加熱器 需懸置於凹槽上，以節省能量消耗。雖然如此，矽基板仍會散逸加熱器可觀的能量，而導致此類熱氣泡型加速儀，會消耗較大的能量。再者，此種熱氣泡型加速儀空腔中，是充入二氧化碳或是空氣，容易使加熱器及溫度感測器，產生氧化效應，影響其性能及壽期。

此外，傳統角加速儀包含壓電的轉換器(piezoelectric transducer)，或機械式的陀螺儀元件。這些傳統角加速儀，體積較大又相當複雜，並且需要長時間且昂貴的維修。隨著微機電技術的發展，小體積之微機電式(mems-based)陀螺儀被開發出來。微機電式陀螺儀可包含一梳狀結構(Comb Structure)元件，藉由量測梳狀結構之寄生電容(Parasitic Capacitance)，或共振頻率(Resonant Frequency)的改變，即可計算出這些微機電式陀螺儀之角加速率。然而，可動之梳狀結構，容易疲勞老化，所以會限制了微機電式陀螺儀的壽期。

基於上述問題，本發明一實施例揭示一種熱氣泡角加速儀，其包含一第一絕熱基板，及一第一角加速度感測裝置。第一角加速度感測裝置，設置於第一絕熱基板上。第一角加速度感測裝置，用於量測繞一第一轉軸之角加速度。第一角加速度感測裝置，包含一溫度感測元件組，溫度感測元件組，包含兩個溫度感測元件，和設置於兩個溫度感測元件之間之一加熱器，其中該兩個溫度感測元件，靠近該第一轉軸之兩端間之距離，大於遠離該第一轉軸之兩 端間之距離。

本發明實施例揭露之熱氣泡角加速儀，製作步驟簡單、不易損壞，且壽期較長。

在一些實施例中，一種熱氣泡角加速儀，包含至少一加熱器與複數個溫度感測元件，其中至少一加熱器與複數個溫度感測元件，並非懸置，因此本發明之熱氣泡角加速儀，容易製造及不易損壞。

在一些實施例中，一種熱氣泡角加速儀，包含複數個溫度感測元件及一封裝蓋體，封裝蓋體只覆蓋複數個溫度感測元件之部分，使得複數個溫度感測元件之露出部分，可位在室溫的環境下，因而可獲得較準確的溫度校準及量測值。

圖1顯示本發明一實施例之角加速度量測系統1之示意圖。參照圖1所示，角加速度量測系統1，包含一監控設備11，和一熱氣泡角加速儀12。熱氣泡角加速儀12，可至少量測繞一轉軸之角加速度。在本實施例中，熱氣泡角加速儀12，包含一第一角加速度感測裝置13、一第二角加速度感測裝置14，和一第三角加速度感測裝置15，其中第一角加速度感測裝置13、第二角加速度感測裝置14，和第三角加速度感測裝置15，用於量測繞不同轉軸之角加速度。在一些實施例中，第一角加速度感測裝置13、第二角加速度感測裝置14，和第三角加速度感測裝置15，可分別用來量測在笛卡兒座標系統(Cartesian Coordinate System)上，繞X 軸之角加速度、繞Y軸之角加速度、和繞Z軸之角加速度。在一些實施例中，第一角加速度感測裝置13、第二角加速度感測裝置14，及第三角加速度感測裝置15，可耦接一控制及放大器124，以控制、放大及傳送第一角加速度感測裝置13、第二角加速度感測裝置14，及第三角加速度感測裝置15之信號。熱氣泡角加速儀12，可另包含一無線模組125，無線模組125可根據一通訊標準及協定(Communication Standard and Protocol)，和監控設備11之無線模組111，進行訊號傳輸，藉此使監控設備11可監控或取得熱氣泡角加速儀12，所量測得之角加速度，其中通訊標準及協定，可包含RFID(Radio Frequency IDentification)標準、ZigBee標準，或藍芽標準。

圖2顯示本發明一實施例之熱氣泡角加速儀2之示意圖。圖3是沿圖2割面線1-1之截面圖。參照圖2與圖3所示，熱氣泡角加速儀2，包含一絕熱基板21、一角加速度感測裝置22，以及一支撐層23，其中支撐層23設置於絕熱基板21上，並支撐角加速度感測裝置22。由於無需凹槽，熱氣泡角加速儀2之製作程序，非常簡單。

如圖2所示，角加速度感測裝置22，包含至少一溫度感測元件組(sensing element group)221a或221b，溫度感測元件組221a或221b，用於量測繞垂直於圖面之一轉軸而轉之角加速度，在本實施例中，該轉軸為Z軸。在本實施例中，角加速度感測裝置22，包含兩溫度感測元件組221a和221b，其中兩溫度感測元件組221a和221b，可相對設置，但本 發明不以此種設置方式為限。

每一溫度感測元件組221a或221b，可包含兩個溫度感測元件222和一加熱器223。加熱器223設置於兩個溫度感測元件222之間，兩個溫度感測元件222，靠近Z軸之兩端間之距離，大於遠離Z軸之兩端間之距離。換言之，各溫度感測元件222，相對於加熱器223，有夾一角度θ，其中θ可介於25度至35度之間。較佳地，θ可為30度。

在本案，當為"實質的"或"實質上"所修飾時，受修飾之受詞會被此項技藝人士，視為足夠類似或屬於前述受詞類似者(such objects)，所共同構成之一上位概念(general genus)範圍內。例如，"實質上是球形"意指一物件，雖非為數學上完整的球，但仍會被此項技藝人士視作為屬於在合理之"球形"範圍內。

參照圖2所示，兩溫度感測元件組221a和221b，可相對設置。溫度感測元件組221a之加熱器223，可和溫度感測元件組221b之加熱器223串接。感測元件組221a之每一溫度感測元件222，可和溫度感測元件組221b之一對應溫度感測元件222串接，以便形成惠斯登電橋(Wheatstone bridge)。在一些實施例中，角加速度感測裝置22，包含一封裝蓋體24，封裝蓋體24可以阻隔外界環境，對角加速度感測裝置22的影響。封裝蓋體24可以黏膠黏著。在一些實施例中，封裝蓋體24，可完全覆蓋兩溫度感測元件組221a和221b。在一些實施例中，熱氣泡角加速儀2，可更包含一惰性氣體，其中惰性氣體，填充於封裝蓋體24內。在一些實施例中， 惰性氣體可包含氬(Ar)、氪(Kr)，或氙(Xenon)。

封裝蓋體24可具矩形外形，其內部空間可為方形、半圓柱形或半球形，後兩者的氣體流動性會更順暢，角加速度感測的靈敏度會更高，為本發明首先提出的觀念。一般傳統角加速度儀的內部空間，是採用前者方形的結構。

在一些實施例中，熱氣泡角加速儀2，可更包含一電源25，其中電源25可至少提供角加速度感測裝置22電能。在本實施例中，電源25耦接晶片26，而兩個溫度感測元件組221a和221b之四個溫度感測元件222，是分別以惠斯登電橋之電路，連接至晶片26。詳細方法說明如下：將加熱器同側兩溫度感測元件組221a和221b，靠內部對應之兩個溫度感測元件222端點，分別先串接在一起，而兩個溫度感測元件組221a和221b之溫度感測元件222，靠外部對應之兩端，則是先和兩個加熱器223，靠外部對應之兩端並聯後，再分別連接至晶片26之兩個接觸墊，如此即可形成惠斯登電橋。而電能是經由晶片26之同步控制，提供給兩個溫度感測元件組221a和221b，和兩個加熱器223，以量測繞Z軸之角加速度。這麼做的好處是可以隨需要，控制電力輸出的形態，如脈衝式(Pulse Type)，則可節省大量的電力。

在本實施例中，晶片26可含類比/數位轉換器(Analog-to-Digital Converter)263(如圖4所示)，可耦接至溫度感測元件組221a之溫度感測元件222，和溫度感測元件組221b之溫度感測元件222等兩點之間，即耦接至惠斯登電橋兩邊電橋中間點連接導線，藉此獲取熱氣泡角加速儀2在轉 動時，因溫度感測元件組221a，和溫度感測元件組221b之溫度感測元件222之電阻值之改變，造成感測元件組221a之溫度感測元件222，和感測元件組221b之溫度感測元件222等兩點之間，即惠斯登電橋兩邊電橋中間點，產生之電壓差。利用此電壓差，即可計算熱氣泡角加速儀2之角加速度。

在一些實施例中，晶片26可包含前述之控制及放大器124，和前述之無線模組125。

在一些實施例中，溫度感測元件222可為電阻。在一些實施例中，每一溫度感測元件222，可包含複數個串聯電阻。在一些實施例中，溫度感測元件222，可包含P型半導體。在一些實施例中，溫度感測元件222，可包含P型摻雜複晶矽。

在一些實施例中，加熱器223可包含鎳及/或鉻。

參照圖4所示，在一些實施例中，晶片26可包含處理器261及記憶體262，處理器261可根據量測之角加速度，加以積分，計算出載具旋轉角速度及/或轉動角度，如此若熱氣泡角加速儀2安裝在一物件上時，即可決定物件繞Z軸向之轉動角度和角速度。

參照圖1與圖2所示，在本實施例中，熱氣泡角加速儀2可更包含一天線27。透過天線27，熱氣泡角加速儀2可與監控設備11進行通訊，以傳送量測值或接收指令。在一些實施例中，熱氣泡角加速儀2是以RFID協定進行通訊。在此種設計下，熱氣泡角加速儀2可具備被動模式(passive mode) 。在被動模式下，熱氣泡角加速儀2之整流器(可設置於晶片26內)，將天線27接收到的微波信號加以整流，而獲得熱氣泡角加速儀2操作所需之電能。為維持整流後電能供應的穩定度，可在熱氣泡角加速儀2上，另設置電容28，如圖2所示。再者，熱氣泡角加速儀2上的晶片26控制及放大器124，可另包含一震盪器(Oscillator)電路30，震盪器電路可產生鐘波信號(Clock)。此外，震盪器電路可額外耦接電阻29及另一電容。在一些實施例中，電阻29可包含至少一金屬。在一些實施例中，電阻29可包含鉻、鎳及金。在一些實施例中，電阻29可包含P型摻雜複晶矽。

天線27可包含至少一金屬。在一些實施例中，天線27可包含鉻及鎳。在一些實施例中，鉻及鎳層之表面上可鍍金，以提升其靈敏度性能。

參照圖5所示，電容28可為一薄膜電容，其可包含一下電極51、一上電極52，以及一介電層53。在一些實施例中，下電極51可包含P型摻雜複晶矽。在一些實施例中，上電極52可包含至少一金屬。在一些實施例中，上電極52可包含鉻層521、鎳層522及金層523。在一些實施例中，介電層53可包含氮化矽，或其他類似介電材料。

參照圖2和圖3所示，較佳地，支撐層23支持角加速度感測裝置22。溫度感測元件組221a和221b之溫度感測元件222及加熱器223，可直接形成或固定於支撐層23上，而不需如傳統作法，是將其懸浮在一個氣室(Chamber)的上方，如此本揭露之溫度感測元件222及加熱器223，不易在製造 及長時間工作時損壞。在一些實施例中，支撐層23包含高分子材料。在一些實施例中，支撐層23包含絕熱高分子材料，如此可降低加熱器223，因熱傳導發生之熱散逸，故本揭露較省電。在一些實施例中，支撐層23包含一正極性光阻。在一些實施例中，支撐層23可包含厚度為5至100微米之正極性光阻。

如圖3所示，熱氣泡角加速儀2，可更包含隔離層31，隔離層31可直接形成在絕熱基板21上。隔離層31用於隔熱及防濕。在一些實施例中，隔離層31可包含厚度為1至10微米之二氧化矽。支撐層23可直接形成於隔離層31上。

在一些實施例中，絕熱基板21包含高分子材料。在一些實施例中，絕熱基板21為可撓性。在一些實施例中，絕熱基板21包含聚噻吩、聚對苯二甲酸乙二酯，或聚醯亞胺。

再參照圖4所示，晶片26可另包含一記憶體262。在一些實施例中，記憶體262可儲存與角加速度感測裝置22，相關之角加速度偏差(Bias)之補償值。在一些實施例中，記憶體262可儲存角加速度感測裝置22之轉動角度值。

記憶體262可為揮發性記憶體，或非揮發性記憶體。記憶體262可包含動態隨機存取記憶體、靜態隨機存取記憶體、快閃記憶體，或其他類似者。

圖6為本發明另一實施例之熱氣泡角加速儀6之示意圖。比較圖2實施例之熱氣泡角加速儀2，圖6實施例之熱氣泡角加速儀6，具有四個不同且分別屬於溫度感測元件組221a' 和221b'的溫度感測元件222'。角加速度感測裝置22'之溫度感測元件222'，可為熱電堆(thermopile)。溫度感測元件222'可包含複數個串聯之熱電偶，其中熱電偶包含E型熱電偶、K型熱電偶、J型熱電偶或T型熱電偶。在一些實施例中，熱電偶包含以鎳和鉻等元素，所構成之克鉻美(Chromel)合金。在一實施例中，克鉻美合金包含90~91%之鉻和10~9%之鎳。在一實施例中，熱電偶包含鎳、鋁、錳和矽等元素，所構成之亞鋁美(Alumel)合金。在一些實施例中，亞鋁美合金包含16~17%之鎳、34~33%之鋁、34~33%之錳，和16~17%之矽。

在一些實施例中，熱電偶可包含由鎳和銅，所構成之康銅(Constantan)合金。在一些實施例中，康銅合金包含45~46%之鎳，及55~54%之銅。

溫度感測元件222'可包含單一金屬元素。在一些實施例中，溫度感測元件222'包含銅。在一些實施例中，溫度感測元件222'包含鐵。

在一些實施例中，封裝蓋體24可完全覆蓋溫度感測元件222'。在一些實施例中，封裝蓋體24部分覆蓋溫度感測元件222'，如此溫度感測元件222'之露出部分，可在室溫環境之下，從而產生溫度補償效果。在一些實施例中，溫度感測元件222'露出封裝蓋體24之部分之長度，小於溫度感測元件222'之總長度之一半。在一些實施例中，溫度感測元件222'露出蓋體24之部分之長度，小於溫度感測元件222'之總長度之四分之一。在一些實施例中，溫度感測元件222'露出 蓋體24之部分之長度，介於溫度感測元件222'之總長度之四分之一至二分之一。

圖7為本發明另一實施例之熱氣泡角加速儀7之示意圖。圖8是圖7沿割面線8-8之剖示圖。圖7之實施例例示熱氣泡角加速儀7，可用於量測繞X軸及/或Y軸之角加速度，但本發明不限於量測繞X軸及/或Y軸之角加速度。參照圖7與圖8所示，熱氣泡角加速儀7根據使用需求，可含量測繞X軸角加速度之一角加速度感測裝置71a，及/或量測繞Y軸角加速度之一角加速度感測裝置71b。角加速度感測裝置71a，或角加速度感測裝置71b，可插置在一插座72上。插座72可設置於一絕熱基板21上，插座72上可設有複數個端子，端子電性連接角加速度感測裝置71a，或角加速度感測裝置71b，與設置於絕熱基板21上之一電路。

如圖8所示，角加速度感測裝置71a或角加速度感測裝置71b，可包含至少一溫度感測元件組73a或73b。在本實施例中，熱氣泡角加速儀7包含兩溫度感測元件組73a和73b。每一溫度感測元件組73a或73b，可包含兩溫度感測元件((711a和711b)或(711c和711d))，及一加熱器712，其中加熱器712位於兩溫度感測元件((711a和711b)，或(711c和711d))之間。各溫度感測元件(711a、711b、711c或711d)，相對於加熱器712，有夾一角度θ，其中θ可介於25度至35度之間。較佳地，θ可為30度。溫度感測元件((711a和711b)或(711c和711d))，可類似前述之溫度感測元件222，或溫度感測元件222'。加熱器712可類似前述之加熱器223。

角加速度感測裝置71a，或角加速度感測裝置71b，可包含一絕熱基板713。絕熱基板713上可設置一支撐層23，溫度感測元件組73a和73b，固定在支撐層23上。封裝蓋體24可覆蓋感測元件組73a和73b，或部分覆蓋溫度感測元件711a、711b、711c或711d。

角加速度感測裝置71a，或角加速度感測裝置71b，可另包含複數個接觸墊714，接觸墊714對應溫度感測元件組73a和73b之溫度感測元件(711a、711b、711c或711d)和加熱器712。接觸墊714可沿絕熱基板713之一邊緣排列，如圖8所示。各接觸墊714可電性連接對應之溫度感測元件(711a、711b、711c或711d)或加熱器712。在本實施例中，溫度感測元件(711a、711b、711c或711d)，或加熱器712中，每一者之每一末端部，皆電性連接至一連接接觸墊714，如此溫度感測元件(711a、711b、711c或711d)或加熱器712中，每一者各連接著兩個不同之接觸墊714。

參照圖4所示，在一些實施例中，記憶體262可儲存與角加速度感測裝置71a，或角加速度感測裝置71b，相關之角加速度、角速度，或角位移偏差之補償值。在一些實施例中，角加速度感測裝置71a，或角加速度感測裝置71b中之熱氣泡，會因重力場之影響而產生上、下溫度分佈不對稱現象，而記憶體262可儲存與角加速度感測裝置71a，或角加速度感測裝置71b，相關之重力補償值(gravity compensation value)，以補償上、下溫度分佈不對稱，所造成之誤差。

圖9例示角加速度感測裝置71a之溫度感測元件711a至711d，與晶片26之惠斯登電橋之電性連接(electrical connection)方法。參照圖8與圖9所示，以下說明，溫度感測元件組73a和73b可互相對應。溫度感測元件組73a之溫度感測元件711a，可串聯溫度感測元件組73b之溫度感測元件711d，而溫度感測元件組73a之溫度感測元件711b，可串聯溫度感測元件組73b之溫度感測元件711c。溫度感測元件組73a之溫度感測元件711a，和溫度感測元件711b，以導線88電性連接至晶片26，溫度感測元件組73b之溫度感測元件711c，和溫度感測元件711d，亦以導線89電性連接至晶片26，如此電流可經由晶片26，供應給溫度感測元件組73a和73b之溫度感測元件(711a、711b、711c和711d)。

在一些實施例中，一導線91可連接兩溫度感測元件(711a和711d)，在電橋之串接處至晶片26，如此晶片26可獲取該串接處之電壓值。另一導線92可連接另兩溫度感測元件(711b和711c)，在電橋之串接處至晶片26，如此晶片26可獲取該串接處之電壓值。晶片26利用此兩電壓間之差值，即可計算出角加速度。

圖10為本發明另一實施例之熱氣泡角加速儀9之示意圖。參照圖10所示，熱氣泡角加速儀9，可為圖2實施例之熱氣泡角加速儀2，與圖7實施例之熱氣泡角加速儀7之整合，或者為圖6實施例之熱氣泡角加速儀6，與圖7實施例之熱氣泡角加速儀7之整合，如此熱氣泡角加速儀9，可同時量測繞X軸、Y軸及Z軸之角加速度。

參照圖1、圖6與圖11所示，在一些實施例中，兩組溫度感測元件222'之輸出電壓V2(+)及V1(+)，可連接至圖1所示之控制及放大器124。控制及放大器124可包含一減法放大器(Substracter)101。各溫度感測元件組221a'或221b'之兩溫度感測元件222'，分別經由電阻Ro，連接到減法放大器101之正極輸入端和負極輸入端。這樣可補償環境溫度的偏差，消除熱電堆佈線時，產生的幾何偏差，及傳輸過程中共模雜訊(Common-Mode Noise)的干擾，而獲得純粹由於角加速度所產生的溫度差，及正確的電壓輸出。

前述實施例可利用中華民國專利申請號第100143669號專利申請案所揭露之方法，於此第100143669號專利申請案之所有揭示，均併入本案中以作為參考(fully incorporated herein by reference)。

圖12為本發明另一實施例之熱氣泡角加速儀4之示意圖。圖13為沿圖12之割面線13-13之剖示圖。參照圖12與圖13所示，熱氣泡角加速儀4，可用於量測X、Y或Z軸之角加速度。熱氣泡角加速儀4，可具有連接插座端子之接觸墊。熱氣泡角加速儀4，包含由兩溫度感測元件組41，所構成之角加速度感測裝置40，各溫度感測元件組41，包含兩溫度感測元件411與一加熱器412，各溫度感測元件，可相對於加熱器412，有夾一角度θ，其中θ可介於25度至35度之間。較佳地，θ可為30度。角加速度感測裝置40，可設置於凹槽42上。在本實施例中，各兩溫度感測元件組41，設置於一凹槽42上。類似地，熱氣泡角加速儀4包含一絕熱基板21 ，一光阻層43可形成於絕熱基板21，然後利用微影製程形成凹槽42。在一實施例中，光阻層43包含SU-8光阻。至於角加速度感測裝置40，懸置於凹槽42之製備方法，可參考美國專利第12/767,597號申請案，其內容於此併入本案中以作為參考。

圖14為以現有之相關感測裝置，所產生之溫差與角速度之關係曲線圖，其中現有感測裝置之加熱器與溫度感測元件，是互為平行設置。圖15為本發明一實施例之角加速度感測裝置，所產生之溫差與角加速率之關係曲線圖。比較圖14與圖15可知，現有感測裝置的輸入(角速率ω)，及溫度感測器輸出溫度差，不是呈線性關係；而本發明一實施例之角加速度感測裝置的輸入(角加速率α)，及溫度感測器輸出溫度差，則是呈線性關係。由於呈線性關係，因此本發明一實施例之角加速度感測裝置，可更準確量測角加速度，及積分後的角速度。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士，仍可能基於本發明之教示及揭示，而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍，應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧角加速度量測系統

2‧‧‧熱氣泡角加速儀

4‧‧‧熱氣泡角加速儀

6‧‧‧熱氣泡角加速儀

7‧‧‧熱氣泡角加速儀

9‧‧‧熱氣泡角加速儀

11‧‧‧監控設備

12‧‧‧熱氣泡角加速儀

13‧‧‧第一角加速度感測裝置

14‧‧‧第二角加速度感測裝置

15‧‧‧第三角加速度感測裝置

21‧‧‧絕熱基板

22‧‧‧角加速度感測裝置

22'‧‧‧角加速度感測裝置

23‧‧‧支撐層

24‧‧‧蓋體

25‧‧‧電源

26‧‧‧晶片

27‧‧‧天線

28‧‧‧電容

29‧‧‧電阻

30‧‧‧震盪器電路

31‧‧‧隔離層

40‧‧‧角加速度感測裝置

41‧‧‧溫度感測元件組

42‧‧‧凹槽

43‧‧‧光阻層

51‧‧‧下電極

52‧‧‧上電極

53‧‧‧介電層

71a‧‧‧角加速度感測裝置

71b‧‧‧角加速度感測裝置

72‧‧‧插座

73a‧‧‧溫度感測元件組

73b‧‧‧溫度感測元件組

88‧‧‧導線

89‧‧‧導線

91‧‧‧導線

92‧‧‧導線

101‧‧‧減法放大器

111‧‧‧無線模組

124‧‧‧控制及放大器

125‧‧‧無線模組

221a‧‧‧溫度感測元件組

221a'‧‧‧溫度感測元件組

221b‧‧‧溫度感測元件組

221b'‧‧‧溫度感測元件組

222‧‧‧溫度感測元件

222'‧‧‧溫度感測元件

223‧‧‧加熱器

261‧‧‧處理器

262‧‧‧記憶體

263‧‧‧類比/數位轉換器

411‧‧‧溫度感測元件

412‧‧‧加熱器

521‧‧‧鉻層

522‧‧‧鎳層

523‧‧‧金層

711a‧‧‧溫度感測元件

711b‧‧‧溫度感測元件

711c‧‧‧溫度感測元件

711d‧‧‧溫度感測元件

712‧‧‧加熱器

713‧‧‧絕熱基板

714‧‧‧接觸墊

圖1顯示本發明一實施例之角加速度量測系統之示意圖；圖2顯示本發明一實施例之熱氣泡角加速儀之示意圖； 圖3是沿圖2割面線1-1之截面圖；圖4為本發明一實施例之晶片之功能方塊示意圖；圖5為本發明一實施例之電容之截面示意圖；圖6為本發明另一實施例之熱氣泡角加速儀之示意圖；圖7為本發明另一實施例之熱氣泡角加速儀之示意圖；圖8是圖7沿割面線8-8之剖示圖；圖9例示角加速度感測裝置之溫度感測元件，與晶片之電性連接之示意圖；圖10為本發明另一實施例之熱氣泡角加速儀之示意圖；圖11為本發明一實施例之兩個溫度感測元件，與減法器之接線電路圖案之示意圖；圖12為本發明另一實施例之熱氣泡角加速儀之示意圖；圖13為沿圖12之割面線13-13之剖示圖；圖14為以現有感測裝置，所產生之溫差與角速率之關係曲線圖；以及圖15為本發明一實施例之角加速度感測裝置，所產生之溫差與角加速率之關係曲線圖。

2‧‧‧熱氣泡角加速儀

21‧‧‧絕熱基板

22‧‧‧角加速度感測裝置

23‧‧‧支撐層

24‧‧‧封裝蓋體

25‧‧‧電源

26‧‧‧晶片

27‧‧‧天線

28‧‧‧電容

29‧‧‧電阻

221a‧‧‧溫度感測元件組

221b‧‧‧溫度感測元件組

222‧‧‧溫度感測元件

223‧‧‧加熱器

Claims (21)

1. 一種熱氣泡角加速儀，包含：一第一絕熱基板；以及一第一角加速度感測裝置，設置於該第一絕熱基板上，用於量測繞一第一軸之角加速度，該第一角加速度感測裝置，包含一溫度感測元件組，該溫度感測元件組，包含兩個溫度感測元件，和設置於該兩個溫度感測元件之間之一加熱器，其中該兩個溫度感測元件，靠近該第一轉軸之兩端間之距離，大於遠離該第一轉軸之兩端間之距離。
2. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，其中各該溫度感測元件與該加熱器間之夾角，介於25至35度。
3. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，更包含一第一支撐層，設置於該第一絕熱基板上，並支撐該第一角加速度感測裝置。
4. 根據請求項3所述之熱氣泡角加速儀，其中該第一支撐層，包含一正極性光阻。
5. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，其中該第一角加速度感測裝置，位於一第一凹槽上。
6. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，更包含一封裝蓋體及一惰性氣體，其中該封裝蓋體，覆蓋部分之該兩個溫度感測元件，而該惰性氣體在該封裝蓋體內。
7. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，其中該加熱器包含鎳或鉻。
8. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，其中各該溫度感測元件，包含至少一電阻，或複數個串聯之熱電偶。
9. 根據請求項8所述之熱氣泡角加速儀，其中各該熱電偶，包含克鉻美合金，或亞鋁美合金。
10. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，其中各該溫度感測元件，包含P型摻雜複晶矽。
11. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，其更包含複數個接觸墊，該些接觸墊對應該兩個溫度感測元件及該加熱器，其中該些接觸墊，再分別連接至一控制晶片，以便由該控制晶片，同步啟動加熱器及兩個溫度感測元件的電源，進行角加速度的量測，其中該控制晶片提供脈衝式輸出電力，以節省能源。
12. 根據請求項11所述之熱氣泡角加速儀，其中該兩個溫度感測元件，和該加熱器之每一者，各連接兩不同之接觸墊。
13. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，其包含兩溫度感測元件組，其中該兩溫度感測元件組之該些加熱器是串聯，該兩溫度感測元件組中，對應之該些溫度感測元件是串聯。
14. 根據請求項1所述之熱氣泡角加速儀，更包含：一第一插座，設置於該第一絕熱基板上；一第二絕熱基板，插置於該第一插座；複數個接觸墊，設置於該第二絕熱基板；以及一第二角加速度感測裝置，設置於該第二絕熱基板，用於量測繞一第二轉軸之角加速度，該第二角加速度感測裝置，包含一溫度感測元件組，而該第二角加速度感測裝置之該溫度感測元件組包含：兩溫度感測元件，耦接至相對應之該些接觸墊； 及一加熱器，設置於該第二角加速度感測裝置之該兩溫度感測元件之間，其中該第二角加速度感測裝置之該兩溫度感測元件，靠近該第二轉軸之兩端間之距離，大於遠離該第二轉軸之兩端間之距離。
15. 根據請求項14所述之熱氣泡角加速儀，其中該第二角加速度感測裝置之各該溫度感測元件，與該第二角加速度感測裝置之該加熱器間之夾角，介於25至35度。
16. 根據請求項14所述之熱氣泡角加速儀，更包含一第二支撐層，附著該第二絕熱基板，並支撐該第二角加速度感測裝置。
17. 根據請求項14所述之熱氣泡角加速儀，其中該第二角加速度感測裝置，設置於一第二凹槽上。
18. 根據請求項14所述之熱氣泡角加速儀，其中該第二角加速度感測裝置，包含相對應設置之兩溫度感測元件組。
19. 根據請求項14所述之熱氣泡角加速儀，更包含：一第二插座，設置於該第一絕熱基板上，其中該第一插座與該第二插座之延伸方向是垂直；一第三絕熱基板，插置於該第二插座；複數個接觸墊，設置於該第三絕熱基板；以及一第三角加速度感測裝置，設置於該第三絕熱基板，用於量測繞一第三轉軸之角加速度，該第三角加速度感測裝置，包含一溫度感測元件組，而該第三角加速度感測裝置之該溫度感測元件組包含：兩溫度感測元件，相應地耦接至設置於該第三絕 熱基板上之該些接觸墊；及一加熱器，設置於該第三角加速度感測裝置之該兩溫度感測元件之間，其中該第三角加速度感測裝置之該兩溫度感測元件，靠近該第三轉軸之兩端間之距離，大於遠離該第三轉軸之兩端間之距離。
20. 根據請求項19所述之熱氣泡角加速儀，更包含一第三支撐層，附著該第三絕熱基板，並支撐該第三角加速度感測裝置之該兩溫度感測元件，及該加熱器。
21. 根據請求項19所述之熱氣泡角加速儀，其中該第三角加速度感測裝置，設置於一第三凹槽上。