TWI405710B - 應用無線射頻識別標籤技術之熱氣泡式角加速儀 - Google Patents

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Description

應用無線射頻識別標籤技術之熱氣泡式角加速儀
本發明係關於一種熱氣泡式角加速儀，特別係關於一種運用無線識別標籤技術以及使用低溫製程製作之熱氣泡式角加速儀。
許多基於不同量測方法的小型角加速儀已被開發，以滿足對角加速度量測之需求，而其中一種角加速儀是具有在矽晶圓上製作出精巧的微結構，例如梳狀結構(Comb Structure)或振動結構(Vibratory Structure)等。藉由量測這些微結構在轉動時產生之寄生電容(Parasitic Capacitance)或共振頻率(Resonant Frequency)之變化，可計算出該些微結構之轉動角速度或傾斜角度。然而，由於這些微結構不斷地因受力而產生變形，使其容易疲勞或老化，所以這種具微結構之角加速儀具有較短的壽期。此外，在矽晶片上製作微結構，需要使用高溫製程，所以製造成本昂貴。
另有一種加速儀係基於熱氣泡原理來量測傾斜角度，這類熱氣泡加速儀通常也是在矽晶片上製作，且利用二氧化矽來支撐其加熱器及熱敏電阻等的結構。但由於二氧化矽的熱傳導係數很小(1.5W/(m-K))，造成熱傳導效應不好，使得熱氣泡式加速儀的下方氣室溫度較低，而導致熱敏電阻的靈敏度會較差。同樣地，也會使熱敏電阻對加速度的感測靈敏度下降。因此為提高加速度的感測靈敏度，必須提供傳統熱氣泡式加速儀加熱器更多的能量，於是工作溫 度也會較高。如此一來這種以二氧化矽來支撐加熱器及熱敏電阻的結構，在每次加熱器開機、關機時，就很容易產生熱脹冷縮的效應，材料很容易有疲勞而老化的現象，壽期縮短。
再者，傳統熱氣泡式加速儀中是灌入空氣，或其他易蒸發液體作為導熱的介質。但是因為空氣中有氧氣，所以加熱器會因氧化作用而老化；而若灌入的是易蒸發氣體，也可能對加速儀各部的材料，產生化學作用，使用久了加速度量測的性能會降低，壽期縮短。
綜上，傳統具微結構之小型角加速儀容易因為微結構的疲勞老化，使其壽期短。而傳統熱氣泡式加速儀製作要用高溫製程，成本高，靈敏度較低，較不省電，且容易有材料氧化，老化及性能降低之問題。因此，有必要發展出新的熱氣泡式角加速儀。
本發明揭示一種應用無線射頻識別標籤技術(RFID)之熱氣泡式角加速儀及其製備方法，本發明揭示之熱氣泡式角加速儀係將角加速儀製作在一個可撓式基材上，因此可降低角加速儀之製作成本。另外值得一提的是，熱氣泡式角加速儀與RFID天線整合製作，可具有使用上之便利性。
本發明一實施例之應用無線射頻識別標籤技術之熱氣泡式角加速儀包含一撓性基板、一底層、至少一第一凹槽以及至少一第一感測組件。底層設於該撓性基板。該至少一第一凹槽形成於該底層。該至少一第一感測組件懸置於 該至少一第一凹槽上。各該第一感測組件包含一第一加熱器與兩第一溫度感測元件，各該第一溫度感測元件具有用於連接之兩端部，其中相對於該第一加熱器，該兩第一溫度感測元件係實質對稱地分別設置於該第一加熱器之兩側，且各該溫度感測元件與加熱器皆以向心輻射狀方式排列。
本發明揭示一種應用無線射頻識別標籤技術(RFID)之熱氣泡式角加速儀，本發明將熱氣泡式角加速儀製作於可撓式基材上之技術與無線射頻識別標籤技術結合，因此具有使用上之便利性，以及可降低角加速儀之製作成本。
本發明的特色之一，在於更換傳統熱氣泡式加速儀用的支撐材料為熱導係數較高的材料，例如氮化鋁或氮化矽，尤其是氮化鋁的熱導係數高達160-320W/(m-K)，接近銅的400 W/(m-K)。傳統方法是用二氧化矽，其熱傳導係數很小(約為1.5W/(m-K))。由於二氧化矽的熱傳導效應很差，所以空氣室下方的溫度會較低，因此會降低熱敏電阻對角加速度的感測靈敏度。而為達到角加速度所需的感測靈敏度，必需要提高熱氣泡式角加速儀內氣室之溫度，故會較消耗能量，而將來加熱器開機、關機時，產生的熱膨脹收縮應力與老化效應，也會比較嚴重。
此外本發明的特色之二，是將密封角加速儀的空間抽真空後，灌入高分子量的惰性氣體，如氬、氪及氙，可提升角加速度感測的靈敏度，也不會對加熱器及溫度感測元 件造成氧化及老化效應。傳統的方法是灌入空氣或是易揮發的液體，會對加熱器及溫度感測器造成氧化及老化效應，而影響加熱器及溫度感測器的性能及壽期。
本發明的特色之三，是以電子槍蒸鍍法，蒸鍍含有P型摻雜(P-Type Impurity)及矽等粉末的混合物，形成含有P型摻雜非晶矽層。再以雷射進行退火(Laser Anneal)，使非晶矽層轉變成含有P型摻雜複晶矽層，以作為熱敏電阻或一般電阻的結構。這種以低溫製程在可撓式基材上，製作P型摻雜複晶矽的方法，還沒有人提出過。
圖1顯示本發明一實施例之應用無線射頻識別標籤技術之多軸向熱氣泡式角加速儀102之系統100示意圖。本發明揭示之系統100包含一監測系統124、一RFID收發裝置(RFID Reader)122以及一熱氣泡式角加速儀102。監測系統124連接於RFID收發裝置122，RFID收發裝置(RFID Reader)122利用無線射頻信號與熱氣泡式角加速儀102進行通訊。熱氣泡式角加速儀102包含一嵌入式單晶片系統單元(Embedded System-On-Chip)104、一振盪模組106、一RFID天線108、一第一角加速器110、一第二角加速器112及一第三角加速器114。嵌入式單晶片系統單元104包含一濾波模組117、一調變及解調模組116、一整流模組118及一放大器模組120。RFID天線108用於接收來自RFID收發裝置122之無線射頻信號，或發送無線射頻信號回到該RFID收發裝置122，RFID天線108耦接於調變及解調模組116、整流模組118與振盪模組106，本案實施例中，RFID天線108係以微機電 製程形成於撓性基板上。
調變及解調模組116用於解調發自RFID收發裝置122之無線射頻信號，以及調變發送至RFID收發裝置122之無線射頻信號。此調變回傳動作即是注入一載波，而使其成為適合傳送之電波信號。
整流模組118建構是以利用RFID天線108接收無線射頻信號，並藉以產生一直流電源。當熱氣泡式角加速儀102設定在被動模式(Passive Mode)時，該熱氣泡式角加速儀102係以無線射頻信號及整流模組118產生之直流電源所驅動。一般而言，為了節省無線射頻信號的能量，當無線射頻信號不工作時，可將其工作模式由主動(Active Mode)切換為被動模式，待收到RFID收發裝置122的微波信號時才進行啟動喚醒工作。如收到的信號很弱且要發射信號回RFID收發裝置122時，才啟動主動工作模式，否則仍可以被動模式，將無線射頻信號回傳給RFID收發裝置122。
放大器模組120係用於放大第一角加速器110、第二角加速器112和第三角加速器114所產生之電性信號。在本實施例中，放大器模組120可為複數個儀表放大器(Instrumentation Amplifiers)。儀表放大器係屬常見之精密放大器之一種，於此不再贅述。
濾波模組117可耦接於第一角加速器110、第二角加速器112或第三角加速器114，濾波模組117係用於去除直流偏壓(DC Bias)，以獲取短時間內之角度變化值。在本實施例中，濾波模組117可為一高通濾波器(High Pass Filter)。
振盪模組106係用於提供該嵌入式單晶片系統單元104一時脈信號，藉以驅動該嵌入式單晶片系統單元104。熱氣泡式角加速儀102另包含複數個薄膜電阻及電容，其中該複數個薄膜電阻可連接於該放大器模組120，藉此提供該放大器模組120外接之精密電阻；或和其他元件整合構成各種濾波器(Filter)，將雜訊濾除，並獲取角加速度信號。
Z軸向角加速器110、X軸向角加速器112和Y軸向角加速器114耦接於嵌入式單晶片系統單元104，Z軸向角加速器110、X軸向角加速器112和Y軸向角加速器114可分別提供嵌入式單晶片系統單元104相對於Z軸、X軸及Y軸之角加速度。藉由Z軸向角加速器110、X軸向角加速器112、Y軸向角加速器114、RFID天線108與調變及解調模組116之組合，可將熱氣泡式角加速儀102感測之角加速度值，以無線微波的方式傳送回RFID收發裝置122，使連接至RFID收發裝置122之加速監測系統124可即時獲知多軸向熱氣泡式加速儀102之角加速度信號，並將這些角加速度信號送至一個監控中心。
圖2顯示本發明一實施例之應用無線射頻識別標籤技術之熱氣泡式角加速儀102a之示意圖。參照圖1與圖2所示，一撓性基板202上可利用微機電製程形成一RFID天線108、一電路204包含一振盪模組106、一Z軸向角加速器110、一X軸向角加速器112和一Y軸向角加速器114，其中Z軸向角加速器110包含複數個感測組件111；X軸向角加速器112包含複數個感測組件113；而Y軸向角加速器114包含感測組 件115。振盪模組106包含至少一薄膜電阻206和至少一薄膜電容208等之薄膜元件。電路204包含Z軸向角加速器110、X軸向角加速器112和Y軸向角加速器114之信號排線210，信號線排210與嵌入式單晶片系統單元104耦合，各信號線排210可包含正負信號線與接地線。撓性基板202上更可提供一用於連接外部電源212(例如電池)之連接機構，該外部電源212使熱氣泡式角加速儀102a於主動模式操作時，可獲得足夠之電力。
本實施例中，Z軸向角加速器110之感測組件111相對於Z軸(垂直於X與Y軸)對稱設置在撓性基板202上，使得當撓性基板202相對於Z軸轉動時，可量測出轉動之角加速度；X軸向角加速器112之感測組件113相對於平行於撓性基板202之表面之X軸對稱設置，藉此量測撓性基板202相對於X軸轉動時之角加速度；Y軸向角加速器114之感測組件115相對於平行於撓性基板202之表面之Y軸對稱設置，藉此量測撓性基板202相對於Y軸轉動時之角加速度。雖本實施例在撓性基板202上係以設置3個角加速器為例，但是本發明不限於此，其他實施例如具單一角加速器之熱氣泡式角加速儀102或者任兩量測不同軸之加速器之組合，均包含於本發明之中。
參照圖2、圖3與圖4，熱氣泡式角加速儀102b包含複數個感測組件111，其係實質地等距環繞Z軸(垂直於圖面)而設置在撓性基板202上，各感測組件111包含一加熱器(214a或214b)及兩溫度感測元件((R1、R2)或(R3、R4))，其中加 熱器(214a和214b)及兩溫度感測元件(R1、R2、R3和R4)亦約略等距圍繞Z軸且相對於Z軸呈輻射狀配置。該些溫度感測元件(R1、R2、R3和R4)間的電路連接方式如下：在兩相連接之感測組件111內之溫度感測元件R1與溫度感測元件R2，以及溫度感測元件R3與溫度感測元件R4均先相連接於單晶片送出之電源的兩端點A及B，且在一環繞Z軸的旋轉方向上，兩感測組件111間位於旋轉時的上風處及下風處之溫度感測元件R1與溫度感測元件R4，及溫度感測元件R2和溫度感測元件R3分別相串聯。兩者之串聯接點間分別形成串聯電性檢測端(220和221)，如此便形成如圖4所示之雙差分式惠斯登電橋(Double Difference Wheatstone Bridge)218。
當感測組件111繞著Z軸往一方向轉動時，各感測組件111位在轉動方向上下風處之溫度感測元件((R1和R3)或(R2和R4))，其電阻值會因為接觸附近溫度較低的環境氣體，導致其電阻值產生變化，而使雙差分式惠斯登電橋218上之電性檢測端220及221會產生一差分輸出電壓。藉由量測該差分輸出電壓，可決定出Z軸向角加速度，並經積分運算後，可獲得轉動角速度或轉動角度。前述電阻值變化的大小與角加速度是成正比的關係，故可用此裝置來檢測該角加速度。
參照圖5所示，複數個感測組件111均位於XY平面內並與Z軸垂直配置，且複數個加熱器214及複數個溫度感測元件217皆約略等距圍繞Z軸設置並呈輻射狀排列。換言之， 以感測組件111為例，溫度感測元件217有兩個對外連接端125及127，且由於溫度感測元件217相對於加熱器214係對稱，因此加熱器214和溫度感測元件217之端部125和127可延伸交於一交點上(如圖5中虛線所示)。而於本實施例中，該交點位於Z軸上。感測組件111之外圍可設置複數個電性連接墊129，各加熱器214及溫度感測元件217之端部125和127，則可相對應地連接至該些電性連接墊(Contact Pad)129上。
參照圖6與圖7所示，複數個感測組件113可相對於X軸實質對稱地設置於撓性基板202上，其中各感測組件113之長軸向可垂直於X軸，但不限於此。各感測組件113懸置於凹槽310'上，且包含一加熱器214及兩溫度感測元件217。加熱器214與溫度感測元件217沿Z軸方向排列，其中兩溫度感測元件217相對於加熱器214係實質對稱設置。相對設置之感測組件113之溫度感測元件217間，可以如前述般連接成一雙差分式惠斯登電橋，藉由雙差分式惠斯登電橋之電性檢測端檢測出撓性基板202因相對於X軸之轉動所造成之差分輸出電壓。類似地，相對於Y軸，在撓性基板202亦可如圖6實施例設置用以量測繞Y軸轉動之角速度之複數個感測組件，其加熱器與溫度感測元件可為實質對稱且等距於Y軸，且以疊置方式形成，其中該些加熱器與該些溫度感測元件之長軸向可垂直於Y軸。
參照圖8和圖9所示，本發明一實施例揭示之熱氣泡式Z軸角加速儀102c可利用中華民國專利申請案號098127348 之專利中所揭示之方法製作，因此不再重述。熱氣泡式角加速儀102c包含一撓性基板202、一底層308、複數個凹槽310、複數個感測組件111。底層308設於撓性基板202上，底層308具有一表面316，該複數個凹槽310則設於該底層308之表面316上，並環繞於Z軸。複數個感測組件111係懸置於相對應之複數個凹槽310，且距離該Z軸實質相等。此實質相等之距離包含複數複數個感測組件111上任一對應位置相距Z軸約略相同，對應位置可如加熱器214或溫度感測元件217之任一端部或中央位置等。
在一實施例中，底層308包含一光阻層。
各感測組件111包含一加熱器214和兩溫度感測元件217，各加熱器214與各溫度感測元件217均以一支撐結構322將其懸置於相對應之凹槽310上，其中支撐結構322跨架於凹槽310上且包含氮化鋁或氮化矽，其中氮化鋁的熱導率高達160-320W/(m-K)，接近銅的400 W/(m-K)，所以本案實施例之熱氣泡式角加速儀102c內，下氣室之溫度會提升，熱敏電阻的靈敏度會更好。在另一實施例中，由於氫氟酸緩衝溶液不會蝕刻氮化矽，使其較易在製程中使用，所以氮化矽可以取代氮化鋁，作為支撐加熱器214以及溫度感測元件217的材料，只是其熱傳導係數(約為35W/(m-K))低於氮化鋁(約為160-320W/(m-K))，但是仍比傳統的二氧化矽熱傳導係數(約為1.5 W/(m-K))為高。封蓋350a覆蓋住相對應之凹槽310而將加熱器214與溫度感測元件217遮蓋，封蓋350a並以黏膠348密封，形成氣密。黏膠348可以網印方式 塗佈。黏膠348烤乾後對密封的空間抽真空，並灌入高分子量的惰性氣體，如氬、氪及氙，可提升角加速度感測的靈敏度，且不會對加熱器214及溫度感測元件217造成氧化及老化等不良效應。
特而言之，溫度感測元件217包含P型摻雜非晶矽層，其係以電子槍蒸鍍含有P型摻雜(P-Type Impurity)及矽等粉末的混合物，再以雷射進行退火(Laser Anneal)，使非晶矽層轉變成含有P型摻雜複晶矽層，以作為熱敏電阻或一般電阻的結構，這種以低溫製程在可撓式基材上，製作P型摻雜複晶矽的方法，還沒有人提出過。溫度感測元件217之外形可包含直線形、弓字形或鋸齒形。
加熱器214包含鉻層332及鎳層334，其中鉻層332及鎳層334可利用電子槍蒸鍍形成。加熱器214之外形可包含直線形、弓字形或鋸齒形。
再次參照圖8和圖9所示，熱氣泡式角加速儀102b另可包含一RFID天線108、一嵌入式單晶片系統單元104及一電路(未繪示)。RFID天線108形成於撓性基板202；嵌入式單晶片系統單元104設置於撓性基板202並連接RFID天線108；電路(未繪示)形成於撓性基板202上，以提供熱氣泡式角加速儀102c內各元件間電性互連(Electrical Interconnections)及元件性能調整，電路(未繪示)可包含複數條導線及電性連接焊墊(Bonding Pad)。RFID天線108與電路(未繪示)分別包含金層、鉻層及鎳層，其中鉻層及鎳層可利用電子槍蒸鍍形成，而金層可利用無電電鍍方法 (Electroless-Plating)鍍在鎳層上。由於金的附著性佳及電阻較小，因此適合為RFID天線108、導線及焊墊(Pad)之材料。嵌入式單晶片單元104以覆晶式焊接(Flip Chip Bonding)技術，運用熱摩擦擠壓法(Thermal Compression)，將嵌入式單晶片單元104焊接在RFID天線108上。
參照圖10所示，在另一實施例中，感測組件111可為內部呈半圓柱形或是半圓球形之矩形封蓋350b所密封，這樣氣泡腔體內的溫度分佈，即可很快到達平衡，而不會有亂流(Turbulent Flow)，所以可以大幅提升本裝置的反應頻寬，加速度量測，線性度及範圍。而矩形封蓋350b外部仍須為平面矩形，以利打印商標、品名、生產序號及日期。
參照圖11與圖12所示，本發明又一實施例之熱氣泡式角加速儀102d包含一撓性基板202、一底層308、複數個凹槽310'、複數個感測組件111。底層308設於撓性基板202上，底層308具有一表面316，該複數個凹槽310'則設於該底層308之表面316上，並位於平行於撓性基板202之表面之X軸之兩相對側。複數個感測組件111懸置於相對應之複數個凹槽310'，且相對於X軸呈現對稱。各感測組件111包含一加熱器214及位於加熱器214兩相對側之兩溫度感測元件217，加熱器214與兩溫度感測元件217係沿Z軸向疊置，且以一支撐結構322支撐，其中支撐結構322跨架於凹槽310'上且包含氮化鋁或氮化矽。封蓋350c覆蓋住相對應之凹槽310'而將加熱器214與溫度感測元件217遮蓋，封蓋350c並以黏膠348密封，並灌入高分子量的惰性氣體，如氬、氪及氙。
再次參照圖11和圖12所示，熱氣泡式角加速儀102d另可包含一RFID天線108、一嵌入式單晶片系統單元104及一電路(未繪示)。RFID天線108形成於撓性基板202；嵌入式單晶片系統單元104設置於撓性基板202並連接RFID天線108；電路(未繪示)形成於撓性基板202上，以提供熱氣泡式角加速儀102d內各元件間電性互連(electrical interconnections)及元件性能調整，電路(未繪示)可包含複數條導線及電性連接焊墊(Bonding Pad)。
參照圖13，另一實施例中之矩形封蓋內部為半圓球形之X軸向熱氣泡式角加速儀，感測組件111可為封蓋350d所密封，這樣氣泡腔體內的溫度分佈，即可很快到達平衡，而不會有亂流(Turbulent Flow)。參照圖14，顯示本發明一實施例之一矩形封蓋內部為半圓球形，或半圓柱形之X軸向熱氣泡式角加速儀，與RFID卡片整合之構造側面剖視示意圖。
參照圖15所示，在圖11至圖14之實施例中，其加熱器214與溫度感測元件217係疊置設置，而製作疊置之加熱器214與溫度感測元件217之方法是交替重複蒸鍍鉻層332、鎳層334，支撐結構322，氮化矽層701-706及介於加熱器214與溫度感測元件217間之二氧化矽犧牲層(未繪示)，以成為三明治垂直排列結構，其中各氮化矽層701-706周設於相對應之空氣室凹槽310'，以成為支撐。在凹槽310'外圍，製作多數個以金、鎳、鉻三層金屬所形成的焊墊501-506，其目的是以金線801-806進行打線連接(Wire-Bond)，將連接加 熱器214的焊墊(602及605)及連接溫度感測元件217的焊墊(601、606、603及604)連接到外圍的焊墊501-506，如圖15所示。為了要降低金線在加熱器214及溫度感測元件217等焊墊部份的弧度及高度(Wire Loop and Height)，打線時在基板202上的焊墊501-506為第一個焊點(First Bond)，第二個焊點(Second Bond)才是加熱器214及溫度感測元件217的焊墊(編號為601-606)。當打線完成後，再以膠體384將金線601-606覆蓋，以保護該些金線601-606。而後用氫氟酸緩衝液，或用氣體電漿蝕刻法(如SF6 )，將二氧化矽犧牲層蝕刻掉。如此，加熱器與上、下方溫度感測元件217及其支撐結構322氮化鋁層，彼此就可以分開並懸浮於凹槽310'內。
參照圖2、圖16和圖17，電路204包含複數個薄膜電阻206，其可具”弓字”形狀之彎曲部364，如此可較節省其所佔之面積。一實施例中，薄膜電阻206可包含金屬鉻層及鎳層。另一實施例中，薄膜電阻206包含P型摻雜複晶矽。以這種材料製作之薄膜電阻206的好處是，可比用鉻層及鎳層製作者具較大的電阻值範圍。故實作時可視薄膜電阻之大小需求及面積限制，選擇上述製程之材料。彎曲部364製作完成後，在彎曲部364之兩端形成一金層焊墊366，如此便完成薄膜電阻206之製作。
參照圖2、圖18和19所示，薄膜電容208包含一上層電極378及一下層電極370，下層電極370包含P型摻雜複晶矽，而上層電極378包含鉻層372、鎳層374及金層376。薄膜電容208另包含金導線380做為上、下層電極378和370對外 連接導線，及氮化矽層382或其他絕緣介質材料(高誘電係數)，作為上、下層電極378和370間的絕緣層。薄膜電容208可耦接於RFID天線以調整其共振頻率值；薄膜電容208亦可運用在電源及信號濾波之用。
此外，本發明有四個特點：第一個特點是將角加速儀製作在一個可撓式基材上，而非是製作在傳統的矽晶片上。第二個特點是與主動式RFID天線整合製作在一個可撓式基材上。第三個特點是製程中支撐加熱器及溫度感測器的材料是用氮化鋁。第四個特點是封蓋內部還可以是半圓柱形或是半圓球形。上述第一及第三個創新特徵，在於傳統電容式加速儀或是熱傳導氣泡式加速儀，都是在矽晶片上進行製作，要長二氧化矽當做支撐材料，所以要用到高溫製程且成本很貴。再之，傳統熱傳導氣泡式加速儀所用矽晶片基板的熱傳導係數，遠高於本發明所用的可撓式基材，如聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)，或聚醯亞胺(Polyimide，PI)等塑膠材料，所以本發明較傳統熱傳導氣泡式加速儀省電。而本發明支撐材料氮化鋁的熱傳導性能，又遠大於傳統熱傳導氣泡式加速儀所用的二氧化矽，所以本發明較傳統熱傳導氣泡式加速儀省電，且靈敏度會較高。最後要特別提出的是，本發明的封蓋內部還可以是半圓柱形或是半圓球形，所以氣泡腔體內的溫度分佈，可很快到達平衡，而不會有亂流，所以可以大幅提升本裝置的反應頻寬，角加速度量測，線性度及範圍。
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。
100‧‧‧應用無線射頻識別標籤技術之熱氣泡式角加速儀及監控系統
104‧‧‧嵌入式單晶片系統單元
106‧‧‧振盪模組
108‧‧‧RFID天線
110‧‧‧Z軸向角加速器
112‧‧‧X軸向角加速器
114‧‧‧Y軸向角加速器
117‧‧‧濾波模組
116‧‧‧調變及解調模組
118‧‧‧整流模組
120‧‧‧放大器模組
122‧‧‧RFID收發裝置
124‧‧‧監測系統
129‧‧‧電性連接墊
202‧‧‧撓性基板
204‧‧‧電路
206‧‧‧薄膜電阻
208‧‧‧薄膜電容
210‧‧‧信號線排
212‧‧‧外部電源
214‧‧‧加熱器
217‧‧‧溫度感測元件
218‧‧‧雙差分式惠斯登電橋
308‧‧‧底層
316‧‧‧表面
322‧‧‧支撐結構
332‧‧‧鉻層
334‧‧‧鎳層
348‧‧‧黏膠
364‧‧‧弓字型薄膜電阻彎曲部
366‧‧‧金層電性連接焊墊
370‧‧‧下層電極
372‧‧‧鉻層
374‧‧‧鎳層
376‧‧‧金層
378‧‧‧上層電極
380‧‧‧金導線
382‧‧‧氮化矽層
384‧‧‧膠體
102、102a、102b、102c、102d‧‧‧熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合示意圖
111、113、115‧‧‧感測組件
125、127‧‧‧連線端部
220、221‧‧‧電性檢測端
310、310'‧‧‧凹槽
350a、350b、350c、350d‧‧‧封蓋
501-506‧‧‧焊墊
601-606‧‧‧焊墊
701-706‧‧‧氮化矽層
801-806‧‧‧金線
R1、R2、R3、R4‧‧‧溫度感測元件
圖1顯示本發明一實施例之應用無線射頻識別標籤技術之熱氣泡式角加速儀及其監測系統之示意圖；圖2顯示本發明一實施例之應用無線射頻識別標籤技術之多軸向熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合之示意圖；圖3顯示本發明另一實施例之一Z軸向熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合之示意圖；圖4顯示本發明一實施例之溫度感測元件連接電路之等效電路示意圖；圖5顯示本發明一實施例之Z軸向熱氣泡式角加速儀之佈局示意圖；圖6顯示本發明又一實施例之X軸向熱氣泡式角加速儀之示意圖；圖7係圖6沿A-A割面線之剖視圖；圖8顯示本發明一實施例之形成於一撓性基板上之Z軸向熱氣泡式角加速儀及矩形封蓋與RFID卡片整合之示意圖；圖9係圖8沿B-B割面線之剖視圖；圖10顯示本發明另一實施例之Z軸向熱氣泡式角加速儀及內部為半圓球形或半圓柱形之矩形封蓋與RFID卡片整 合之示意圖；圖11顯示本發明另一實施例之形成於撓性基板上之X軸向熱氣泡式角加速儀及內部為矩形或半圓柱形之矩形封蓋與RFID卡片整合之示意圖；圖12係圖11沿C-C割面線之剖視圖；圖13顯示本發明又一實施例之形成於撓性基板上之一矩形封蓋內部為半圓球形之X軸向熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合之示意圖；圖14顯示本發明一實施例之一矩形封蓋內部為半圓球形或半圓柱形之X軸向熱氣泡式角加速儀與RFID卡片整合之構造側面剖視示意圖；圖15顯示本發明一實施例之X軸向熱氣泡式角加速儀構造與加熱器與溫度感測元件懸浮於凹槽之結構示意圖；圖16顯示本發明一實施例之薄膜電阻之俯視示意圖；圖17係沿E-E割面線之剖視圖；圖18顯示本發明一實施例之薄膜電容之示意圖；及圖19係沿F-F割面線之剖視圖。
102a‧‧‧與RFID卡片整合之熱氣泡式角加速儀
104‧‧‧嵌入式單晶片系統單元
106‧‧‧振盪模組
108‧‧‧RFID天線
110‧‧‧Z軸向加速器
112‧‧‧X軸向角加速器
114‧‧‧Y軸向角加速器
202‧‧‧撓性基板
204‧‧‧電路
206‧‧‧薄膜電阻
208‧‧‧薄膜電容
210‧‧‧信號線排
212‧‧‧外部電源
111、113、115‧‧‧溫度感測組件

Claims (21)

  1. 一種應用無線射頻識別標籤技術之熱氣泡式角加速儀，包含：一撓性基板；一底層，設置於該撓性基板，該底層具一表面；至少一第一凹槽，形成於該底層；以及至少一第一感測組件，其係懸置於該至少一第一凹槽上，該第一感測組件包含：一第一加熱器；及兩第一溫度感測元件，各該第一溫度感測元件具有用於電性連接之兩端部，其中該兩第一溫度感測元件實質對稱地分別設置於該第一加熱器之兩側，且各該溫度感測元件與加熱器皆以向心輻射狀方式排列。
  2. 根據請求項1所述之熱氣泡式角加速儀，其更包含：複數個第一凹槽；以及複數個第一感測組件，其中該複數個第一凹槽係環繞一垂直於該表面之第一軸設置，而該複數個第一感測組件相對應地懸置於該複數個第一凹槽，且距離該第一軸實質地相等，其中各該第一感測組件之該第一加熱器與該第一溫度感測元件，相對於該第一軸呈輻射狀排列。
  3. 根據請求項2所述之熱氣泡式角加速儀，其更包含：一嵌入式單晶片系統單元，其係設於該撓性基板上，且包含一調變及解調模組；以及一RFID天線，形成於該撓性基板上，耦接於該調變及解調模組； 其中，兩相連接之該些第一感測組件之該些第一溫度感測元件間，連接成一第一雙差分式惠斯登電橋，且該第一雙差分式惠斯登電橋，耦接於該嵌入式單晶片系統單元，使該嵌入式單晶片系統單元，藉由該第一雙差分式惠斯登電橋之輸出電壓差，計算相對於該第一軸之角加速度，該角加速度之值經該調變及解調模組調變與加密後，藉由該RFID天線送出。
  4. 根據請求項3所述之熱氣泡式角加速儀，其更包含：複數個第二凹槽，形成於該表面且位於一平行於該表面之第二軸之相對側；以及複數個第二感測組件，相對應地懸置於該些第二凹槽上且相對於該第二軸對稱設置，各該第二感測組件包含：一第二加熱器；及兩第二溫度感測元件，其中各該第二感測組件之該第二加熱器，與該些第二溫度感測元件沿該第一軸之方向排列，且該兩第二溫度感測元件相對於該第二加熱器實質對稱；其中，兩相對設置之該些第二感測組件之該些第二溫度感測元件間，連接成一第二雙差分式惠斯登電橋，且該第二雙差分式惠斯登電橋，耦接於該嵌入式單晶片系統單元，使該嵌入式單晶片系統單元，藉由該第二雙差分式惠斯登電橋之輸出電壓差，計算相對於該第二軸之角加速度，該角加速度之值經該調變及解調模組調變與加密後，藉由該RFID天線送出。
  5. 根據請求項4所述之熱氣泡式角加速儀，其中該第二加熱 器與該第二溫度感測元件之縱向實質地垂直於該第二軸。
  6. 根據請求項4所述之熱氣泡式角加速儀，其更包含：複數個第三凹槽，形成於該表面且位於一平行於該表面之第三軸之相對側，其中該第三軸垂直於該第二軸；以及複數個第三感測組件，相對應地懸置於該些第三凹槽上，且相對於該第三軸對稱，各該第三感測組件包含：一第三加熱器；及兩第三溫度感測元件，其中各該第三感測組件之該第三加熱器與該些第三溫度感測元件，沿該第一軸之方向排列，且該兩第三溫度感測元件相對於該第三加熱器實質對稱；其中，兩相對設置之該些第三感測組件之該些第三溫度感測元件間，連接成一第三雙差分式惠斯登電橋，且該第三雙差分式惠斯登電橋，耦接於該嵌入式單晶片系統單元，使該嵌入式單晶片系統單元，藉由該第三雙差分式惠斯登電橋之輸出電壓差，計算相對於該第三軸之角加速度，該角加速度之值經該調變及解調模組調變與加密後，藉由該RFID天線送出。
  7. 根據請求項6所述之熱氣泡式角加速儀，其中該第三加熱器與該第三溫度感測元件之縱向實質地垂直於該第三軸。
  8. 根據請求項6所述之熱氣泡式角加速儀，其中該RFID天線包含一鉻層、一鎳層及一金層，其中該金層以無電電鍍金製程，形成於該鉻層與該鎳層上。
  9. 根據請求項6所述之熱氣泡式角加速儀，其中該第一加熱 器、該第二加熱器與該第三加熱器包含鎳及鉻。
  10. 根據請求項6所述之熱氣泡式角加速儀，其更包含一高分子量之惰性氣體及複數個封蓋，其中該些封蓋相對應地設置於該些第一凹槽、該些第二凹槽與該些第三凹槽之上，且將該高分子量之惰性氣體密封於其間。
  11. 根據請求項10之熱氣泡式角加速儀，其中該高分子量之惰性氣體為氬、氪或氙。
  12. 根據請求項6之熱氣泡式角加速儀，其更包含複數個支撐結構，該些支撐結構相對應地設置於該些第一加熱器、該些第一第一溫度感測元件、該些第二加熱器、該些第一第二溫度感測元件、該些第三加熱器、該些第一第三溫度感測元件之下，其中各該支撐結構跨設於相對應之該第一凹槽、該第二凹槽或該第三凹槽上。
  13. 根據請求項12所述之熱氣泡式角加速儀，其中該支撐結構之材料為氮化鋁或氮化矽。
  14. 根據請求項6所述之熱氣泡式角加速儀，其中該第一溫度感測元件、該第二溫度感測元件及該第三溫度感測元件之材料，包含P型摻雜複晶矽。
  15. 根據請求項6所述之熱氣泡式角加速儀，其更包含一振盪模組，該振盪模組形成於該撓性基板上，且與該嵌入式單晶片系統單元耦接，該振盪模組係用於提供嵌入式單晶片系統單元一時脈信號，其中該振盪模組包含至少一第一薄膜電阻及至少一薄膜電容。
  16. 根據請求項6所述之熱氣泡式角加速儀，其更包含一第二薄膜電阻，而該嵌入式單晶片系統單元更包含一放大器模 組，其中該第二薄膜電阻連接於該放大器模組。
  17. 根據請求項16所述之熱氣泡式角加速儀，其中該薄膜電容包含一下層電極、一上層電極，及介於該上層電極與下層電極間之一絕緣層，其中該第一薄膜電阻與該第二薄膜電阻，係以P摻雜複晶矽材料製作，該上層電極包含一鉻層、一鎳層和一金層所整合構成。
  18. 根據請求項16所述之熱氣泡式角加速儀，其中該放大器模組為由複數個儀表放大器所構成。
  19. 根據請求項6所述之熱氣泡式角加速儀，其更包含一電性連接至該RFID天線之整流模組，該整流模組係利用一微波信號產生一直流電源。
  20. 根據請求項1所述之熱氣泡式角加速儀，其中該撓性基板之材料為聚對苯二甲酸乙二酯或聚醯亞胺。
  21. 根據請求項1所述之熱氣泡式角加速儀，其中該底層包含一光阻層。
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