TWI576882B - 晶片級濕度微開關及具有濕度偵測功能的電子裝置 - Google Patents

Description

晶片級濕度微開關及具有濕度偵測功能的電子裝置

本發明係有關於一種微開關，特別是一種晶片級濕度微開關。

現今常見的除濕機的濕度感測的相關模組，無法依據使用者的需求，而於特定濕度下啟動或是停止，亦即使用者無法設定除濕機在特定的濕度下再開啟或是在特定的濕度下關閉。如此造成使用者使用上的極大不便，使用者如忘記關閉除濕機，則除濕機很可能持續地運作，進而可能使環境空氣過於乾燥的問題，甚至可能會有意外發生的風險。相對地在其他的濕度控制的應用中，亦存在有使用不便的問題，舉另一實例來說，常見的防潮箱，多是內部自行偵測到特定濕度後，即自動進行相關的除濕動作，相關使用者無法自行設定所述特定濕度，因此在使用者存在有諸多不便。緣此，本發明人乃潛心研究並配合學理的運用，而提出一種設計合理且有效改善上述問題的本發明。

本發明在於提供一種晶片級濕度微開關，其能夠在不同的環境濕度下對應導通不同的電路。

本發明的主要目的在於提供一種晶片級濕度微開關，其包含：一基板、一電路結構及一封裝結構。電路結構形成於基板的一側，電路結構包含有一主電極單元、一主線路結構、至少兩個副電極單元及至少兩個副線路結構，主線路結構的一端 與主電極單元相連接，主線路結構的另一端對應於該些副電極單元的個數具有數個分支結構，各分支結構的末端連接一第一開關結構，各副電極單元連接有一第二開關結構，且該些第二開關結構與該些第一開關結構彼此相對地間隔設置，各第一開關結構與其所相對的第二開關結構具有相對應的外型。封裝結構形成於基板的該側，而對應密封電路結構的至少一部分，封裝結構對應於每一個彼此相對的第一開關結構及第二開關結構之間的位置，形成有一貫穿電路結構的微流道，且微流道對應裸露其所對應的第一開關結構及第二開關結構的至少一部份，主電極結構及該些副電極結構的至少一部份對應外露於封裝結構遠離基板的一側。其中，該些微流道的容積皆不相同，且該些微流道能藉由毛細現象而吸入導電液體，而使其所對應的第一開關結構及第二開關結構電性導通，從而使主電極單元與第二開關結構所對應的副電極單元電性導通；其中，各微流道透過毛細現象將導電液體吸入的速度不同，藉以各第一開關結構及其對應的第二開關結構能對應於不同環境濕度下被導通。其中，任一填充有導電液體的微流道，其所對應的第一開關結構及第二開關結構，在電流通過時能對應產生熱能，從而使位於微流道中的導電液體蒸發。

較佳地，各副電極單元更連接有一判斷單元，其能在不同容積的微流道被填充有導電液體，而使其對應的第一開關結構及第二開關結構導通時，產生不同的判斷訊號。

本發明的主要目的在於提供一種具有濕度偵測功能的電子裝置，其包含有一晶片級濕度微開關及一控制單元。晶片級濕度微開關包含：一基板、一電路結構及一封裝結構。電路結構形成於基板的一側，電路結構包含有一主電極單元、一主線路結構、至少兩個副電極單元及至少兩個副線路結構，主線路結構的一端與主電極單元相連接，主線路結構的另一端對應於該些副電極單元的個數具有數個分支結構，各分支結構的末端連接一第 一開關結構，各副電極單元連接有一第二開關結構，且該些第二開關結構與該些第一開關結構彼此相對地間隔設置，各第一開關結構與其所相對的第二開關結構具有相對應的外型。封裝結構形成於基板的該側，而對應密封電路結構的至少一部分，封裝結構對應於每一個彼此相對的第一開關結構及第二開關結構之間的位置，形成有一貫穿電路結構的微流道，且微流道對應裸露其所對應的第一開關結構及第二開關結構的至少一部份，主電極結構及該些副電極結構的至少一部份對應外露於封裝結構遠離基板的一側。其中，該些微流道的容積皆不相同，且該些微流道能藉由毛細現象而吸入導電液體，而使其所對應的第一開關結構及第二開關結構電性導通，從而使主電極單元與第二開關結構所對應的副電極單元電性導通；其中，各微流道透過毛細現象將導電液體吸入的速度不同，藉以各第一開關結構及其對應的第二開關結構能對應於不同環境濕度下被導通。其中，任一填充有導電液體的微流道，其所對應的第一開關結構及第二開關結構，在電流通過時能對應產生熱能，從而使位於微流道中的導電液體蒸發。控制單元電性連接主電極單元及該些副電極單元，控制單元能於不同的第一開關結構及其對應的第二開關結構被導通時，對應產生不同的控制訊號。

較佳地，該些微流道的深度介於28~35μm之間。

較佳地，該些微流道的寬度介於30~75μm之間。

較佳地，電路結構是透過CMOS-MEMS製程製作，而電路結構包含有多層交互堆疊的金屬層及介質層，且各金屬層至少包含主電極單元、該些第一開關結構、該些副電極單元及該些第二開關結構，且其中至少一金屬層更包含有主線路結構、該些分支結構及該些副線路結構，而該些金屬層及該些介質層；其中，該些微流道是由雷射切割的方式，於封裝結構、該些金屬層及該些介質層上形成。

本發明的有益效果可以在於：本發明透過多個容積不同的微流道，可對應在不同環境濕度下，導通其所對應的第一關結構及第二開關結構，據以對應導通不同的電路，藉此可達到在不同環境濕度下對應啟動不同電路或是進行不同的操作的功效。

1‧‧‧晶片級濕度微開關

10‧‧‧基板

20‧‧‧電路結構

20a‧‧‧介質層

20b‧‧‧金屬層

21‧‧‧主電極單元

211‧‧‧主線路結構

212‧‧‧分支結構

22‧‧‧副電極單元

221‧‧‧副線路結構

30‧‧‧封裝結構

301‧‧‧微流道

S1‧‧‧第一開關結構

S2‧‧‧第二開關結構

圖1為本發明的晶片級濕度微開關的示意圖。

圖2為本發明的晶片級濕度微開關的分解示意圖。

圖3為本發明的晶片級濕度微開關的俯視圖。

圖4為本發明的晶片級濕度微開關的另一實施態樣的局部俯視圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之晶片級濕度微開關及具有濕度偵測的電子裝置的實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。又本發明之圖示僅為簡單說明，並非依實際尺寸描繪，亦即未反應出相關構成之實際尺寸，先予敘明。以下之實施方式係進一步詳細說明本發明之觀點，但並非以任何觀點限制本發明之範疇。

請一併參閱圖1及圖3，圖1為本發明的晶片級濕度微開關的示意圖；圖3為本發明的晶片級濕度微開關的俯視示意圖。如圖所示，晶片級濕度微開關包含有一基板10及一形成於基板10上的電路結構20。電路結構20包含一主電極單元21、一主線路結構211、數個分支結構212、數個第一開關結構S1、至少兩個副電極單元22(圖中以三個為例，但不以此為限)、數個副線路結構221、數個第二開關結構S2及一封裝結構30。基板10上形成有由數個金 屬層及數個介質層所構成的線路結構，而該些線路結構對應形成上述主電極單元21、主線路結構211、分支結構212、第一開關結構S1、副電極單元22、副線路結構221及第二開關結構S2。

進一步來說，主電極單元21與主線路結構211相連接，且主線路結構211與數個分支結構212相連接，而數個分支結構212則對應與數個第一開關結構S1相連接；亦即，主電極單元21透過主線路結構211及分支結構212與數個第一開關結構S1相連接，而透過主線路結構211及分支結構212的設置，通過主電極單元21的電流能被傳導至該些第一開關結構S1。

三個副電極單元22分別連接有一個副線路結構221，且各個副線路結構221相反於與副電極單元22相連接的一端，連接有一第二開關結構S2；該些第二開關結構S2則對應與該些第一開關結構S1間隔地設置。各個第一開關結構S1及各個第二開關結構S2可以是呈現為類似U型的結構，而每一組彼此相對設置的第一開關結構S1及第二開關結構S2可以共同形成類似O型的結構。其中，於圖中是以該些第一開關結構S1與其所對應的第二開關結構S2皆大致呈現為相同外型為例，但不以此為限。

封裝結構30是形成於電路結構20的上方，而封裝結構30能對應遮蔽主線路結構211、該些分支結構212、該些第一開關結構S1、該些第二開關結構S2、該些副線路結構221及該些第二開關結構S2，而主電極單元21及該些副電極單元22則對應外露於封裝結構30的一表面，且封裝結構30對應於每一個彼此相對設置的第一開關結構S1及第二開關結構S2之間的位置，形成有一貫穿電路結構20的微流道301，且各個微流道301外露其所對應的第一開關結構S1及第二開關結構S2的至少一部份。

各個微流道301皆可以透過毛細現象而將導電分子吸入，從而使其所對應的第一開關結構S1與第二開關結構S2彼此電性導通，且由於各個微流道301的容積皆不相同，因此，各個微 流道301吸入導電分子的速度不相同，從而各個微流道301可以對應於不同的環境濕度下，使不同的第一開關結構S1及其對應的第二開關結構S2彼此電性導通。換言之，主電極單元21在沒有任一個微流道301中填充有導電分子時，由於各個第一開關結構S1是與各個第二開關結構S2不相互電性連通，因此，主電極單元21不會與任一副電極單元22電性連通；而在其中一個微流道301填充有導電分子時，該微流道301所對應的副電極單元22將會與主電極單元21相互電性連通。在較佳的實施態樣中，各個微流道301的深度可以是介於28~35μm之間，而各個微流道301的寬度則可以是介於30~75μm之間。於實際應用中，各個微流道301可以是透過深度、或是外型來達到不同容積的目的，於此不加以限制；換言之，如圖所示，本實施例之晶片級濕度微開關共形成有三個微流道301，其分別對應外露所對應的第一開關結構S1及第二開關結構S2，且各微流道301填充有導電分子時，能使其所對應的第一開關結構S1及第二開關結構S2導通，而使主電極單元21與該第二開關結構S2所對應連接的副電極單元22電性連通。

請一併參閱圖3及圖4，在實際應用中，該些第一開關結構S1及第二開關結構S2的外型可依據需求加以變化，舉例來說，如圖3所示，每一個第一開關結構S1及其對應的第二開關結構S2可以是大致呈現為相同的外型，而各微流道301則對應具有大致相同的外型；相對地，如圖4所示，在另一實施態樣中，各個第一開關結構S1及各個第二開關結構S2可以是分別具有不同的外型，而各個微流道301則對應呈現為彼此不相同的外型。

在實際應用中，在環境濕度相對較低的情況下，容積相對較小的微流道301將會相對較容易地被填滿，從而使其所對應的第一開關結構S1及第二開關結構S2導通，而其他相對容積較大的微流道301則相對不易被填滿，該些未被導電分子填滿的微流道301將使得其所對應的第一開關結構S1的第二開關結構S2的電 性導通能力，相對於已被導分子填滿的微流道301的電性導通能力差，藉此即可判斷該晶片級濕度微開關1所處的環境濕度。

在更好的應用中，各副電極單元22更連接有一判斷單元(圖未示)，該判斷單元能在不同容積的微流道301被填充有導電液體，而使其對應的第一開關結構S1及第二開關結構S2導通時，產生不同的判斷訊號；其中，判斷單元可以是依據各微流道301的電性導通能力(例如是的電流大小)，來產生相對應的控制訊號；在環境濕度相對較高的情況下，可能發生多個微流道301皆被導電分子填滿的情況，此時，可以是透過所述判斷單元來進行判斷，舉例來說，所述判斷單元可以是在多組微流道301皆被導通的情況下，對應產生對應於容積較大的微流道301的訊號；舉例來說，判斷單元可以是於容積相對較小的微流道被導通時，對應產生一第一判斷訊號，而於容積相對較大的微流道被導通時，對應產生一第二判斷訊號，而當兩個微流道301皆被填滿時，該判斷單元則可以是產生所述第二判斷訊號。

請參閱圖2，其顯示基板10與電路結構20的分解示意圖。如圖所示，本發明的晶片級濕度微開關可以是利用CMOS-MEMS製程製作，而電路結構20包含有多層交互堆疊的金屬層20b及介質層20a，且各金屬層20b至少包含主電極單元21、該些第一開關結構S1、該些副電極單元22及該些第二開關結構S2，且其中至少一金屬層20b更包含有主線路結構211、該些分支結構及該些副線路結構221；其中，該些微流道301可以是利用雷射切割的方式，於封裝結構30、該些金屬層20b及該些介質層20a上形成。特別強調的是，為了使各個不同容積的微流道301可以在相對較低的濕度下，透過毛細現象吸取導電分子，該些微流道301以雷射方式將相對優於利用蝕刻方式來達成。

如上所述，在實際應用中，本發明的晶片級濕度微開關，可以是應用於一具有濕度偵測功能的電子裝置(例如除濕 機、防潮箱)中；具體來說，所述具有濕度偵測功能的電子裝置(圖未示)，可以是包含有前述的晶片級濕度微開關1及一控制單元(圖未示)。晶片級濕度微開關1已於前詳細說明，於此不再贅述。所述控制單元可以是電性連接晶片級濕度微開關1的主電極單元21及該些副電極單元22，控制單元能於不同的第一開關結構S1及其對應的第二開關結構S2被導通時，對應產生不同的控制訊號。具體來說，所述控制單元可以是與晶片級濕度微開關1共同封裝形成為一濕度偵測晶片，而所述控制單元即可以是所述濕度偵測晶片中的一判斷電路。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。

1‧‧‧晶片級濕度微開關

21‧‧‧主電極單元

211‧‧‧主線路結構

212‧‧‧分支結構

22‧‧‧副電極單元

221‧‧‧副線路結構

301‧‧‧微流道

S1‧‧‧第一開關結構

S2‧‧‧第二開關結構

Claims (9)

1. 一種晶片級濕度微開關，其包含：一基板；一電路結構，其形成於該基板的一側，該電路結構包含有一主電極單元、一主線路結構、至少兩個副電極單元及至少兩個副線路結構，該主線路結構的一端與該主電極單元相連接，該主線路結構的另一端對應於該些副電極單元的個數具有數個分支結構，各該分支結構的末端連接一第一開關結構，各該副電極單元連接有一第二開關結構，且該些第二開關結構與該些第一開關結構彼此相對地間隔設置，各該第一開關結構與其所相對的第二開關結構具有相對應的外型；一封裝結構，其形成於該基板的該側，而對應密封該電路結構的至少一部分，該封裝結構對應於每一個彼此相對的第一開關結構及第二開關結構之間的位置，形成有一貫穿該電路結構的微流道，且該微流道對應裸露其所對應的第一開關結構及第二開關結構的至少一部份，該主電極結構及該些副電極結構的至少一部份對應外露於該封裝結構遠離該基板的一側；其中，該些微流道的容積皆不相同，且該些微流道能藉由毛細現象而吸入導電液體，而使其所對應的該第一開關結構及第二開關結構電性導通，從而使該主電極單元與該第二開關結構所對應的該副電極單元電性導通；其中，各該微流道透過毛細現象將導電液體吸入的速度不同，藉以各該第一開關結構及其對應的第二開關結構能對應於不同環境濕度下被導通； 其中，任一填充有該導電液體的微流道，其所對應的該第一開關結構及該第二開關結構，在電流通過時能對應產生熱能，從而使位於微流道中的導電液體蒸發。
2. 如請求項2所述的晶片級濕度微開關，其中該些微流道的深度介於28~35μm之間。
3. 如請求項2所述的晶片級濕度微開關，其中該些微流道的寬度介於30~75μm之間。
4. 如請求項1至3其中任一項所述的晶片級濕度微開關，其中該電路結構是透過CMOS-MEMS製程製作，而該電路結構包含有多層交互堆疊的金屬層及介質層，且各該金屬層至少包含該主電極單元、該些第一開關結構、該些副電極單元及該些第二開關結構，且其中至少一金屬層更包含有該主線路結構、該些分支結構及該些副線路結構；其中，該些微流道是由雷射切割的方式，於該封裝結構、該些金屬層及該些介質層上形成。
5. 如請求項4所述的晶片級濕度微開關，其中各該副電極單元更連接有一判斷單元，其能在不同容積的微流道被填充有導電液體，而使其對應的該第一開關結構及該第二開關結構導通時，產生不同的判斷訊號。
6. 一種具有濕度偵測功能的電子裝置，其包含：一晶片級濕度微開關，其包含：一基板；一電路結構，其形成於該基板的一側，該電路結構包含有一主電極單元、一主線路結構、至少兩個副電極單元及至少兩個副線路結構，該主線路結構的一端與該主電極單元相連接，該主線路結構的另一端對應於該些副電極單元的個數具有數個分支結構，各該分支結構的末端連接一第一開關結構，各該副電極單元連接有一第二開關結構，且該些第二開關結構與該些第一開關結構彼此相對地間隔設 置，各該第一開關結構與其所相對的第二開關結構具有相對應的外型；一封裝結構，其形成於該基板的該側，而對應密封該電路結構的至少一部分，該封裝結構對應於每一個彼此相對的第一開關結構及第二開關結構之間的位置，形成有一貫穿該電路結構的微流道，該微流道對應裸露其所對應的第一開關結構及第二開關結構的至少一部份，該主電極結構及該些副電極結構的至少一部份對應外露於該封裝結構遠離該基板的一側；其中，該些微流道的容積皆不相同，且該些微流道能藉由毛細現象而吸入導電液體，而使其所對應的該第一開關結構及第二開關結構電性導通，從而使該主電極單元與該第二開關結構所對應的該副電極單元電性導通；其中各該微流道透過毛細現象將導電液體吸入的速度不同，藉以各該第一開關結構及其對應的第二開關結構能對應於不同環境濕度下被導通；其中，任一填充有該導電液體的微流道，其所對應的該第一開關結構及該第二開關結構，在電流通過時能對應產生熱能，從而使位於微流道中的導電液體蒸發；一控制單元，其電性連接該主電極單元及該些副電極單元，該控制單元能於不同的該第一開關結構及其對應的第二開關結構被導通時，對應產生不同的控制訊號。
7. 如請求項6所述的晶片級濕度微開關，其中該些微流道的深度介於28~35μm之間。
8. 如請求項6所述的晶片級濕度微開關，其中該些微流道的寬度介於30~75μm之間。
9. 如請求項6至8其中任一項所述的晶片級濕度微開關，其中該電路結構是透過CMOS-MEMS製程製作，而該電路結構包含 有多層交互堆疊的金屬層及介質層，且各該金屬層至少包含該主電極單元、該些第一開關結構、該些副電極單元及該些第二開關結構，且其中至少一金屬層更包含有該主線路結構、該些分支結構及該些副線路結構；其中該些微流道是由雷射切割的方式，於該封裝結構、該些金屬層及該些介質層上形成。