TWI704101B - Adjustable sensing capacitance microelectromechanical system (mems) apparatus - Google Patents
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本發明是關於一種微機電感測裝置,特別是一種可調整感應電容值的微機電感測裝置。The invention relates to a microcomputer inductance measuring device, in particular to a microcomputer inductance measuring device that can adjust the value of the inductive capacitance.
微機電感測器是將被測量的物理量變化轉換為電容量變化的一種裝置。微機電感測器本身就是一種可變電容器,由於這種感測器具有結構簡單、體積小、靈敏度高、解析度高、能實現非接觸測量等特點,因而被廣泛應用於偵測位移、加速度、振動、壓力、壓差、液體高度等機械物理量的變化。Microcomputer inductance detector is a device that converts the change of the measured physical quantity into the change of capacitance. The microcomputer inductance sensor itself is a variable capacitor. Because this sensor has the characteristics of simple structure, small size, high sensitivity, high resolution, and non-contact measurement, it is widely used to detect displacement and acceleration. , Vibration, pressure, pressure difference, liquid height and other mechanical physical changes.
傳統的電容式微機電感測器包含上下電極,其中一個為固定電極,且另外一個為可動電極。當可動電極受外力作用時,可動電極會發生一定程度的變形而接近固定電極。電容式微機電感測器的電容值會受到固定電極與可動電極之間距離大小的影響。經由兩電極之間的距離發生一定的變化量,從而使電容值改變,進而電極之間的電位差發生變化。藉由電路分別讀取電極變形前以及變形後的電位差,使用者可以推斷物理量的變化程度。The traditional capacitive microcomputer inductance sensor includes upper and lower electrodes, one of which is a fixed electrode, and the other is a movable electrode. When the movable electrode is subjected to an external force, the movable electrode will deform to a certain degree and approach the fixed electrode. The capacitance value of the capacitive microcomputer inductance sensor is affected by the distance between the fixed electrode and the movable electrode. A certain amount of change occurs through the distance between the two electrodes, so that the capacitance value changes, and then the potential difference between the electrodes changes. By reading the electric potential difference before and after the electrode is deformed, the user can infer the degree of change of the physical quantity.
由於微量偵測的需求日益增加,電容式微機電感測器需要擁有高靈敏度,以便能夠偵測出微小的物理量變化。一般而言,會讓微機電感測器的固定電極與可動電極之間的距離有很小的改變就能產生明顯的電位差變化,藉此提高微機電感測器的靈敏度。然而,若使用適用於微量偵測的電容式微機電感測器來偵測較大的物理量變化,電容式微機電感測器中的積體電路可能會因為電位差變化過大而燒毀。因此,現有適用於微量偵測的電容式微機電感測器無法兼用於偵測較大的物理量變化。Due to the increasing demand for trace detection, capacitive microcomputer inductance sensors need to have high sensitivity in order to be able to detect small changes in physical quantities. Generally speaking, a small change in the distance between the fixed electrode and the movable electrode of the microcomputer inductance sensor can produce a significant potential difference change, thereby improving the sensitivity of the microcomputer inductance sensor. However, if a capacitive microcomputer inductance sensor suitable for micro-detection is used to detect a large physical quantity change, the integrated circuit in the capacitive microcomputer inductance sensor may be burned due to the excessive change in the potential difference. Therefore, the existing capacitive microcomputer inductance sensor suitable for micro-detection cannot also be used for detecting large physical quantity changes.
鑒於以上的問題,本發明揭露一種可調整感應電容值的微機電感測裝置,其感應電容值可適當調整,而有助於解決現有微機電感測器無法兼顧偵測微小的物理量變化以及較大的物理量變化的問題。In view of the above problems, the present invention discloses a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value. The inductive capacitance value can be adjusted appropriately, which helps to solve the problem that the existing microcomputer inductance sensor cannot simultaneously detect small physical changes and relatively The problem of large changes in physical quantities.
本發明所揭露可調整感應電容值的微機電感測裝置,包含一特殊應用積體電路晶片以及一感測元件。特殊應用積體電路晶片包含一上表面、一讀取電路以及多個電性開關。感測元件用以偵測物理量並且包含一固定電極以及一可動電極。固定電極包含多個電極單元。可動電極可相對固定電極移動。該些電性開關分別電性耦接至各該些電極單元,用以控制該些電極單元的一工作狀態,進而可調整微機電感測器的一感應電容值。The invention discloses a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the value of inductive capacitance, including a special application integrated circuit chip and a sensing element. The special application integrated circuit chip includes an upper surface, a reading circuit and a plurality of electrical switches. The sensing element is used to detect physical quantities and includes a fixed electrode and a movable electrode. The fixed electrode includes a plurality of electrode units. The movable electrode can move relative to the fixed electrode. The electrical switches are electrically coupled to the electrode units, respectively, for controlling a working state of the electrode units, so as to adjust an induction capacitance value of the microcomputer inductance sensor.
本發明另揭露可調整感應電容值的微機電感測裝置,包含一基板、一特殊應用積體電路晶片、用於偵測第一物理量的一第一感測元件以及用於偵測第二物理量的一第二感測元件。特殊應用積體電路晶片設置於基板,且特殊應用積體電路晶片包含一讀取電路、多個第一電性開關以及多個第二電性開關。第一感測元件設置於該基板,且第一感測元件包含一第一固定電極以及一第一可動電極。第一固定電極包含多個第一電極單元。第一可動電極可相對第一固定電極移動。各該些第一電性開關分別電性耦接至各該些第一電極單元,用以控制各該些第一電極單元的工作狀態,進而可調整第一固定電極與第一可動電極之間的感應電容值。第二感測元件設置於基板,且第二感測元件包含一第二固定電極以及一第二可動電極。第二固定電極包含多個第二電極單元。第二可動電極可相對第二固定電極移動。各該些第二電性開關分別電性耦接至各該些第二電極單元,用以控制各該些第二電極單元的工作狀態,進而可調整第二固定電極與第二可動電極之間的感應電容值。The present invention also discloses a microcomputer inductive sensing device capable of adjusting the value of the sensing capacitance, which includes a substrate, a special application integrated circuit chip, a first sensing element for detecting a first physical quantity, and a second physical quantity for detecting的一 second sensing element. The special application integrated circuit chip is arranged on the substrate, and the special application integrated circuit chip includes a reading circuit, a plurality of first electrical switches and a plurality of second electrical switches. The first sensing element is disposed on the substrate, and the first sensing element includes a first fixed electrode and a first movable electrode. The first fixed electrode includes a plurality of first electrode units. The first movable electrode is movable relative to the first fixed electrode. Each of the first electrical switches is electrically coupled to each of the first electrode units, so as to control the working state of each of the first electrode units, so as to adjust the distance between the first fixed electrode and the first movable electrode. The value of the sensing capacitance. The second sensing element is disposed on the substrate, and the second sensing element includes a second fixed electrode and a second movable electrode. The second fixed electrode includes a plurality of second electrode units. The second movable electrode is movable relative to the second fixed electrode. Each of the second electrical switches is electrically coupled to each of the second electrode units to control the working state of each of the second electrode units, so as to adjust the distance between the second fixed electrode and the second movable electrode The value of the sensing capacitance.
根據本發明所揭露的可調整感應電容值的微機電感測裝置,多個電性開關分別電性耦接於多個電極單元而能控制這些電極單元的工作狀態。透過獨立控制這些電極單元的工作狀態,能夠調整微機電感測器的感應電容值大小,進而準確量測出待偵測物理量的變化程度並防止特殊應用積體電路晶片失效。當要偵測微量的物理量變化時,可讓多數的電極單元處於開啟狀態(即電性開關導通而有供應電荷給電極單元)。當要偵測較大的物理量變化時,可讓少數的電極單元處於開啟狀態以降低微機電感測器的感應電容值,進而避免特殊應用積體電路晶中的讀取電路失效。According to the microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value disclosed in the present invention, a plurality of electrical switches are respectively electrically coupled to a plurality of electrode units to control the working state of these electrode units. By independently controlling the working status of these electrode units, the inductive capacitance value of the microcomputer inductance sensor can be adjusted to accurately measure the degree of change of the physical quantity to be detected and prevent the failure of the integrated circuit chip for special applications. When detecting a slight change in physical quantity, most of the electrode units can be turned on (that is, the electrical switches are turned on to supply charge to the electrode units). When a large physical quantity change is to be detected, a small number of electrode units can be turned on to reduce the inductive capacitance value of the microcomputer inductance sensor, thereby avoiding failure of the reading circuit in the integrated circuit chip for special applications.
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理,並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。The above description of the content of the disclosure and the description of the following embodiments are used to demonstrate and explain the spirit and principle of the present invention, and to provide a further explanation of the patent application scope of the present invention.
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點,其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施,且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式,任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本發明之觀點,但非以任何觀點限制本發明之範疇。The detailed features and advantages of the present invention are described in detail in the following embodiments, and the content is sufficient to enable anyone familiar with the relevant art to understand the technical content of the present invention and implement it accordingly, and according to the content disclosed in this specification, the scope of patent application and the drawings Anyone who is familiar with the relevant art can easily understand the related purpose and advantages of the present invention. The following examples further illustrate the viewpoint of the present invention in detail, but do not limit the scope of the present invention by any viewpoint.
根據本發明的一實施例,微機電感測器包含一特殊應用積體電路晶片(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、一固定電極以及一可動電極。請參照圖1,為根據本發明第一實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體示意圖。在本實施例中,可調整感應電容值的微機電感測裝置1包含一特殊應用積體電路晶片10以及一感測元件11。According to an embodiment of the present invention, the microcomputer inductance sensor includes an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), a fixed electrode, and a movable electrode. Please refer to FIG. 1, which is a three-dimensional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the microcomputer
特殊應用積體電路晶片10是由特定使用者要求和特定電子系統的需要而設計並且製造。特殊應用積體電路晶片10包含一上表面110。The application-specific
感測元件11包含一固定電極20以及一可動電極30。固定電極20設置於特殊應用積體電路晶片10的上表面110。固定電極20包含間隔設置的多個電極單元210。電極單元210例如為金屬導電墊,其設置於特殊應用積體電路晶片10的上表面110。圖1中繪示的電極單元210的數量並非用以限制本發明。The
可動電極30可相對固定電極20移動。詳細來說,可動電極30包含相連的一固定部310以及一可動部320。固定部310設置於特殊應用積體電路晶片10的上表面110,且可動部320對應於電極單元210。可動電極30之可動部320的一端連接於固定部310,且可動部320的相對另一端懸空設置。當外力施加於可動電極30而使可動部320變形時,可動部320懸空設置的一端可相對固定電極20移動接近或遠離電極單元210,而使可動部320懸空設置的一端與電極單元210之間的間距改變,進而可改變可調整感應電容值的微機電感測裝置1的感應電容值。The
請一併參照圖2,為圖1之可調整感應電容值的微機電感測裝置中特殊應用積體電路晶片與電極單元的電性連接關係示意圖。在本實施例中,特殊應用積體電路晶片10還包含一讀取電路120以及多個電性開關130。電性開關130的數量對應電極單元210的數量。Please also refer to FIG. 2, which is a schematic diagram of the electrical connection relationship between the special application integrated circuit chip and the electrode unit in the microcomputer inductance measuring device with adjustable inductive capacitance value in FIG. 1. In this embodiment, the special application
讀取電路120電性耦接於固定電極20的電極單元210,以便讀取固定電極20與可動電極30之間的電位差,進而確認電容式感測器1的電容值。The
這些電性開關130分別電性耦接於固定電極20的這些電極單元210,並且電性開關130用以控制對應的電極單元210的一工作狀態。在一實施例中,電性開關130為電容式感應開關。在另一實施例中,電性開關130為可恢復式熔斷開關。The
電極單元210的工作狀態包含一開啟狀態(On state)及一關閉狀態(Off state)。當特殊應用積體電路晶片10的電性開關130導通而供應電荷至電極單元210時,此電極單元210的工作狀態可定義為開啟狀態。於開啟狀態之下,固定電極20與可動電極30之間存在電位差。相對地,當電性開關130不供應電荷至電極單元210時,此電極單元210的工作狀態可定義為關閉狀態。於關閉狀態之下,固定電極20與可動電極30之間沒有存在電位差。The working state of the
電性開關130控制電極單元210之工作狀態的具體方式並非用以限制本發明。舉例來說,使用者可以手動調整電性開關130是否要導通以供應電荷給電極單元210,或是特殊應用積體電路晶片10根據外部暫存器(未繪示)中的運作指令以自動化控制方式來決定是否要讓電性開關130導通以供應電荷給電極單元210。The specific manner in which the
以下說明使用可調整感應電容值的微機電感測裝置1偵測理量變化的方式。請參照圖3和圖4。圖3為圖1之可調整感應電容值的微機電感測裝置於偵測微小的物理量變化時電極單元的工作狀態示意圖。圖4為圖1之可調整感應電容值的微機電感測裝置於偵測較大的物理量變化時電極單元的工作狀態示意圖。於圖3和圖4中,被塗黑的電極單元210處於關閉狀態,未被塗黑的電極單元210處於開啟狀態。The following describes the method of detecting the change of the physical quantity using the microcomputer
根據本發明的一實施例,各個電性開關130分別控制固定電極20的各個電極單元210。進一步來說,固定電極20的電極單元210於特殊應用積體電路晶片10的上表面110上排列而形成一電極陣列。依據電極陣列中每個電極單元210的工作狀態,這些電極單元210進一步包含了多個電極組合。圖3和圖4中繪示4列×4行的電極陣列,但電極陣列的列數與行數並非用以限制本發明。According to an embodiment of the present invention, each
圖3繪示出電極單元210所組成的數個電極組合21、22、23以及24。在此實施例中,每一電極組合21、22、23、24包含多個沿Y軸方向設置的電極單元210。藉由特殊應用積體電路晶片10的控制,可使多個電性開關130各自形成電性通路,以供應電荷至電極組合21、22、23中的每一電極單元210,進而使電極組合21、22、23中的每一電極單元210的工作狀態處於開啟狀態。同時地,特殊應用積體電路晶片10可使多個電性開關130各自而形成電性斷路,而無法供應電荷至電極組合24中的每一電極單元210,進而使電極組合24中的每一電極單元210的工作狀態處於關閉狀態。FIG. 3 illustrates
圖4繪示出電極單元210所組成的數個電極組合25、26、27以及28。相同地,藉由特殊應用積體電路晶片10的控制,可使多個電性開關130導通而供應電荷至電極組合25中的每一電極單元210,進而使電極組合25中的每一電極單元210的工作狀態處於開啟狀態。同時地,特殊應用積體電路晶片10可使多個電性開關130不導通,而無法供應電荷至電極組合26、27、28中的每一電極單元210,進而使電極組合26、27、28中的每一電極單元210的工作狀態處於關閉狀態。FIG. 4 illustrates
電極單元210所組成的電極組合的實施態樣並不以圖3和圖4中繪示的態樣為限。在另一實施例中,二相鄰的電極組合中的所有電極單元210是處於開啟狀態,另外二相鄰的電極組合中的所有電極單元210是處於關閉狀態。又在另一實施例中,可以是所有的電極單元210都處於開啟狀態。The implementation aspect of the electrode assembly formed by the
如上所述,特殊應用積體電路晶片10的部分電性開關130被分別控制而形成電性通路,以分別供應電荷至部分的電極單元210。另一部分電性開關130被分別控制而形成電性斷路,而無法供應電荷至另一部分的電極單元210。藉由控制電極單元210或是電極組合的工作狀態,可改變可調整感應電容值的微機電感測裝置1的感應電容值。如此,便能使可調整感應電容值的微機電感測裝置1可適用於偵測不同的物理量,而防止特殊應用積體電路晶片10讀取到過大的感應電容值而失效。As described above, part of the
以下,以可調整感應電容值的微機電感測裝置1應用於偵測壓力為例子做較具體的說明,但並非用以限制可調整感應電容值的微機電感測裝置1所能偵測的物理量。可調整感應電容值的微機電感測裝置1也能夠偵測位移、加速度、振動、氣壓等物理量。In the following, the application of the microcomputer
先描述使用可調整感應電容值的微機電感測裝置1偵測微小的壓力變化(例如,100~1000帕斯卡的壓力差)的情況。當壓力施加於可調整感應電容值的微機電感測裝置1的可動電極30上時,可動部320變形而使可動部320與電極單元210之間的間距發生改變。由於施加於可動電極30上的壓力較小,因此可動部320與電極單元210之間的間距變化也會較少。此時,可調整感應電容值的微機電感測裝置1需要擁有較大的靈敏度,以使特殊應用積體電路晶片10的讀取電路120能夠成功取得較大的感應電容。如圖3所示,三組電性開關130分別控制相對應的三電極組合21、22、23中的電極單元210的工作狀態,使這些電極單元210處於開啟狀態。同時地,另一組電性開關130控制相對應的電極組合24中的電極單元210,使這些電極單元210處於關閉狀態。當量測微小的壓力變化時,由於多數電極單元210都處於開啟狀態,可調整感應電容值的微機電感測裝置1會產生較高的感應電容值。此時,可動部320與電極單元210之間的間距只需要很少的變化就能產生一定程度的明顯電位差變化。如此一來,圖3中大部分電極單元210都處於開啟狀態的可調整感應電容值的微機電感測裝置1適合用於偵測微量的壓力變化。First, the case of using the microcomputer
然而,圖3的可調整感應電容值的微機電感測裝置1卻不適合偵測較大的壓力變化(例如,10
5帕斯卡以上的壓力差)。當較大的壓力施加於可動電極30上時,由於可調整感應電容值的微機電感測裝置1所產生的感應電容值過大,導致讀取電路120有失效的可能。此時,需透過改變電極單元210的工作狀態來調整感應電容值的微機電感測裝置1的感應電容值。
However, the microcomputer
如圖4所示,一組電性開關130控制相對應電極組合25中的多個電極單元210的工作狀態,使這些電極單元210處於開啟狀態。同時地,另外三組電性開關130控制相對應電極組合26、27、28中的電極單元210,使之保持在關閉狀態。由於只有少數電極單元210有被供應電荷而處於開啟狀態,可調整感應電容值的微機電感測裝置1會具有較低的感應電容值。此時,即便可動部320與電極單元210之間的間距變化較大,其所產生的電容變化(感應電容值)也不會過大,進而防止讀取電路120失效。如此一來,圖4中大部分電極單元210都處於關閉狀態的微機電感測器1適合用於偵測較大的壓力變化。As shown in FIG. 4, a group of
綜上所述,透過多個電性開關130分別控制多個電極單元210的工作狀態,能夠調整可調整感應電容值的微機電感測裝置1的感應電容值大小,進一步可讓使用者或是控制系統能夠根據待偵測物理量的變化程度來提高或降低可調整感應電容值的微機電感測裝置1的感應電容值。當要偵測微量的物理量變化時,讓多數的電極單元210處於開啟狀態以提高可調整感應電容值的微機電感測裝置1的感應電容值,而可以在物理量變化較微小的情況下就能成功讀取固定電極20與可動電極30之間的電容變化。當要偵測較大的物理量變化時,讓少數的電極單元210處於開啟狀態以降低可調整感應電容值的微機電感測裝置1的感應電容值,而可以避免因為物理量變化過大而導致讀取電路120毀損。In summary, by controlling the working states of the
以下揭露本發明之微機電感測器的其他態樣。圖5為根據本發明第二實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體示意圖。圖6為圖5之可調整感應電容值的微機電感測裝置的上視示意圖。在本實施例中,可調整感應電容值的微機電感測裝置1a包含一特殊應用積體電路晶片10以及一感測元件11a。特殊應用積體電路晶片10的進一步說明請參照第一實施例,以下不重複贅述。Other aspects of the microcomputer inductance sensor of the present invention are disclosed below. FIG. 5 is a three-dimensional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting inductive capacitance according to a second embodiment of the present invention. 6 is a schematic top view of the microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value of FIG. 5. In this embodiment, the microcomputer inductance sensing device 1a capable of adjusting the inductive capacitance value includes a special application integrated
特殊應用積體電路晶片10包含上表面110、讀取電路以及多個電性開關。感測元件11a包含一固定電極20a以及一可動電極30a。固定電極20a包含間隔設置的多個第一電極單元210a以及間隔設置的多個第二電極單元220a。The application-specific
第一電極單元210a與第二電極單元220a皆設置於特殊應用積體電路晶片10的上表面110。讀取電路電性耦接於第一電極單元210a以及第二電極單元220a,以便讀取固定電極20a與可動電極30a之間的電位差。這些電性開關當中的一部分分別電性耦接於這些第一電極單元210a,並且另一部分電性開關分別電性耦接於這些第二電極單元220a。電性開關用以控制對應的第一電極單元210a或是第二電極單元220a的工作狀態。第一電極單元210a與第二電極單元220a的數量並非用以限制本發明。Both the
可動電極30a包含相連的一固定部310a、一可動部320a以及一撓曲部330a。固定部310a設置於特殊應用積體電路晶片10的上表面110,並且可動部320a經由撓曲部330a連接於固定部310a。第一電極單元210a與第二電極單元220a分別位於可動部320a的相對二側。可動電極30a可沿著垂直上表面110之法線的方向相對固定電極20a移動。The
在本實施例中,固定電極20a與可動電極30a的配置構成了梳狀電極結構。如圖6所示,每個第一電極單元210a包含多個第一梳狀齒211a,並且每個第二電極單元220a包含多個第二梳狀齒221a。可動電極30a的可動部320a包含多個第三梳狀齒321a。當可動部320a相對固定電極20a移動時,能改變可調整感應電容值的微機電感測裝置1a的電容值。透過特殊應用積體電路晶片10控制各個第一電極單元210a以及第二電極單元220a的工作狀態,能夠根據待偵測物理量的變化程度來提高或降低可調整感應電容值的微機電感測裝置1a的感應電容值。In this embodiment, the arrangement of the fixed
圖7為根據本發明第三實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體剖切示意圖。在本實施例中,可調整感應電容值的微機電感測裝置1b包含一特殊應用積體電路晶片10以及一感測元件11b。特殊應用積體電路晶片10的進一步說明請參照第一實施例,以下不重複贅述。FIG. 7 is a three-dimensional cross-sectional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the microcomputer
特殊應用積體電路晶片10包含上表面110、讀取電路以及多個電性開關。感測元件11b包含一固定電極20以及一可動電極30b,並且固定電極20包含間隔設置的多個電極單元210。The application-specific
電極單元210設置於特殊應用積體電路晶片10的上表面110。讀取電路電性耦接於電極單元210,以便讀取固定電極20與可動電極30b之間的電位差。這些電性開關分別電性耦接於這些電極單元210,用以控制對應的電極單元210的工作狀態。The
可動電極30b的固定部310b圍繞固定電極20的電極單元210。可動電極30b的可動部320b懸置於電極單元210上方。可動電極30b與特殊應用積體電路晶片10接合以形成一氣密空間,並且電極單元210容置於此氣密空間內。藉此,有助於防止電極單元210因為暴露於空氣中而沾染到灰塵。The fixed
在本實施例中,可調整感應電容值的微機電感測裝置1b適用於高度計。可調整感應電容值的微機電感測裝置1b用於量測高度的變化時,可利用電性開關使大部分的電極單元210之工作狀態處於開啟狀態。如此,當大氣壓力因高度變化而產生微小的氣壓變化時,可調整感應電容值的微機電感測裝置1b會產生較大的感應電容,使特殊應用積體電路晶片10能計準確算出高度的變化。In this embodiment, the microcomputer
在本實施例中,可調整感應電容值的微機電感測裝置1b也適用於氣壓計。可調整感應電容值的微機電感測裝置1b應用於量測高壓氣體時,可利用電性開關使大部分的電極單元210之工作狀態處於關閉狀態。如此,當氣壓計量測容器內的高壓氣體時,可調整感應電容值的微機電感測裝置1b不會產生過大的感應電容,而防止特殊應用積體電路晶片10失效。In this embodiment, the microcomputer
請一併參照圖8和圖9。圖8為根據本發明第四實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體剖切示意圖。圖9為圖8之可調整感應電容值的微機電感測裝置的剖切示意圖。在本實施例中,可調整感應電容值的微機電感測裝置1c包含一特殊應用積體電路晶片10以及一感測元件11c。特殊應用積體電路晶片10的進一步說明請參照第一實施例,以下不重複贅述。Please refer to Figure 8 and Figure 9 together. FIG. 8 is a three-dimensional cross-sectional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value according to a fourth embodiment of the present invention. 9 is a schematic cross-sectional view of the microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value of FIG. 8. In this embodiment, the microcomputer inductance sensing device 1c capable of adjusting the inductive capacitance value includes a special application integrated
特殊應用積體電路晶片10包含上表面110、讀取電路以及多個電性開關。感測元件11c包含一固定電極20c以及一可動電極30c。The application-specific
固定電極20c包含間隔設置的一中央電極單元210c以及多個環形電極單元220c,且環形電極單元220c圍繞中央電極單元210c。詳細來說,這些環形電極單元220c以及中央電極單元210c為中心呈同心圓排列。中央電極單元210c以及環形電極單元220c設置於特殊應用積體電路晶片10的上表面110。讀取電路電性耦接於中央電極單元210c以及環形電極單元220c,以便讀取固定電極20c與可動電極30c之間的電位差。這些電性開關當中的其中之一電性耦接於中央電極單元210c,並且其餘電性開關分別電性耦接於這些環形電極單元220c。電性開關用以控制對應的中央電極單元210c或是環形電極單元220c的工作狀態。環形電極單元220c的數量並非用以限制本發明。The fixed
可動電極30c的固定部310c圍繞固定電極20c的中央電極單元210c以及環形電極單元220c,並且可動電極30c的可動部320c懸置於中央電極單元210c以及環形電極單元220c的上方。The fixed
請一併參照圖10和圖11。圖10為根據本發明第五實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體示意圖。圖11為圖10之可調整感應電容值的微機電感測裝置中特殊應用積體電路晶片與電極單元的電性連接關係示意圖。Please refer to Figure 10 and Figure 11 together. 10 is a three-dimensional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic diagram of the electrical connection relationship between a special application integrated circuit chip and an electrode unit in the microcomputer inductance measuring device with adjustable inductive capacitance value of FIG. 10.
在本實施例中,可調整感應電容值的微機電感測裝置1d包含一基板2d、一特殊應用積體電路晶片10d、一第一感測元件11d以及一第二感測元件11e。In this embodiment, the microcomputer inductance sensing device 1d capable of adjusting the inductive capacitance value includes a
基板2d例如為矽基板,其具有一上表面21。特殊應用積體電路晶片10d、第一感測元件11d以及第二感測元件11e皆設置於基板2d的上表面21。The
第一感測元件11d包含一第一固定電極20d以及一第一可動電極30d。第一固定電極20d包含間隔設置的多個第一電極單元210d。第一可動電極30d包含一第一固定部310d以及一第一可動部320d。第一固定部310d設置於基板2d並且圍繞這些第一電極單元210d,且第一可動部320d懸置於第一電極單元210d上方。第一可動電極30d與特殊應用積體電路晶片10d接合以形成一氣密空間,並且第一電極單元210d容置於此氣密空間內。當外力施加於第一可動電極30d而使第一可動部320d變形時,第一可動部320d可相對第一固定電極20d移動,而使第一可動部320d與第一電極單元210d之間的間距改變,進而改變第一固定電極20d與第一可動電極30d之間的感應電容值。The
第二感測元件11e包含一第二固定電極20e以及一第二可動電極30e。第二固定電極20e包含間隔設置的多個第二電極單元210e。第二可動電極30e包含多個第二固定部310e以及一第二可動部320e。這些第二固定部310e設置於基板2d,並且第二可動部320e介於多個第二固定部310e之間。第二可動部320e包含一可動質量塊321e以及多個彈性件322e。可動質量塊321e經由多個彈性件322e而連接於多個第二固定部310e,且可動質量塊321e懸置於第二電極單元210e上方。可動質量塊321e可相對第二固定電極20e移動而進而改變第二固定電極20e與第二可動電極30e之間的感應電容值。The
特殊應用積體電路晶片10d包含一讀取電路120d、多個第一電性開關130d以及多個第二電性開關130e。第一電性開關130d的數量對應第一電極單元210d的數量,並且第二電性開關130e的數量對應第二電極單元210e的數量。讀取電路120d電性耦接於第一電極單元210d以及第二電極單元210e,以便讀取第一固定電極20d與第一可動電極30d之間的電位差,進而確認第一感測元件11d的電容值。此外,讀取電路120d也電性耦接於第二電極單元210e,以便讀取第二固定電極20e與第二可動電極30e之間的電位差,進而確認第二感測元件11e的電容值。The special application integrated
這些第一電性開關130d分別電性耦接於這些第一電極單元210d,並且第一電性開關130d用以控制對應的第一電極單元210d的工作狀態。另外,這些第二電性開關130e分別電性耦接於這些第二電極單元210e,並且第二電性開關130e用以控制對應的第二電極單元210e的工作狀態。The first
第一電極單元210d和第二電極單元210e的工作狀態包含開啟狀態及關閉狀態。當特殊應用積體電路晶片10d的第一電性開關130d導通而供應電荷至第一電極單元210d時,此第一電極單元210d的工作狀態可定義為開啟狀態。同樣地,當特殊應用積體電路晶片10d的第二電性開關130e導通而供應電荷至第二電極單元210e時,此第二電極單元210e的工作狀態可定義為開啟狀態。於開啟狀態之下,第一固定電極20d與第一可動電極30d之間或是第二固定電極20e與第二可動電極30e之間存在電位差。The working states of the
相對地,當第一電性開關130d不供應電荷至第一電極單元210d時,此第一電極單元210d的工作狀態定義為關閉狀態。當特殊應用積體電路晶片10d的第二電性開關130e不供應電荷至第二電極單元210e時,此第二電極單元210e的工作狀態可定義為關閉狀態。於關閉狀態之下,第一固定電極20d與第一可動電極30d之間或是第二固定電極20e與第二可動電極30e之間沒有存在電位差。In contrast, when the first
在本實施例中,第一感測元件11d用以偵測第一物理量,且第二感測元件11e用以偵測與第一物理量相異的第二物理量。進一步來說,第一感測元件11d為氣壓計,且第二感測元件11e為加速度計。In this embodiment, the
如圖10所示,透過第一電性開關130d分別控制第一電極單元210d,使得部分第一電極單元210d的工作狀態處於開啟狀態,且另一部分第一電極單元210d的工作狀態處於關閉狀態。當微機電感測器1d周圍的氣壓增加時,第一可動部320d變形而使第一可動部320d與第一電極單元210d之間的間距發生改變。第一可動部320d與第一電極單元210d之間的間距變化使得第一固定電極20d與第一可動電極30d之間產生電位差變化。As shown in FIG. 10, the
此外,透過第二電性開關130e分別控制第二電極單元210e,使得部分第二電極單元210e的工作狀態處於開啟狀態,且另一部分第二電極單元210e的工作狀態處於關閉狀態。當搭載可調整感應電容值的微機電感測裝置1d的載具(例如汽車)的加速度發生變化時,第二可動部320e移動接近其中一個第二固定部310e,使得第二固定電極20e與第二可動電極30e之間產生電位差變化。In addition, the
在本實施例中,每一第一電極單元210d的面積A1等於每一第二電極單元210e的面積A2。當第一感測元件11d與第二感測元件11e同時進行偵測時,處於開啟狀態的第一電極單元210d的數量為N1,處於開啟狀態的第二電極單元210e的數量為N2,且滿足下列條件:N1>N2。如此一來,當第一感測元件11d偵測微小的氣壓變化且第二感測元件11e偵測加速度變化,第二感測元件11e不會產生過大的感應電容,而有助於防止特殊應用積體電路晶片10d失效。在另一實施例中,當第一感測元件11d偵測較大的的第一物理量變化且第二感測元件11e偵測較小的第二物理量變化時,可使每一第一電極單元210d的面積等於每一第二電極單元210e的面積,且讓處於開啟狀態的第一電極單元210d的數量(N1)小於處於開啟狀態的第二電極單元210e的數量(N2)。In this embodiment, the area A1 of each
在另一實施例中,當第一感測元件11d與第二感測元件11e同時進行偵測時,處於開啟狀態的多個第一電極單元210d的面積總和為TA1,處於開啟狀態的多個第二電極單元210e的面積總和為TA2,且滿足下列條件:TA1>TA2。如此一來,當第一感測元件11d偵測微小的氣壓變化且第二感測元件11e偵測加速度變化,第二感測元件11e不會產生過大的感應電容,而有助於防止特殊應用積體電路晶片10d失效。In another embodiment, when the
在另一實施例中,當第一感測元件11d偵測較大的的第一物理量變化且第二感測元件11e偵測較小的第二物理量變化時,可使處於開啟狀態的多個第一電極單元210d的面積總和(TA1)小於處於開啟狀態的多個第二電極單元210e的面積總和(TA2)。In another embodiment, when the
綜上所述,本發明所揭露的可調整感應電容值的微機電感測裝置中,多個電性開關分別電性耦接於多個電極單元而能控制這些電極單元的工作狀態。透過獨立控制這些電極單元的工作狀態,能夠調整微機電感測器的感應電容值大小,進而準確量測出待偵測物理量的變化程度並防止特殊應用積體電路晶片失效。當要偵測微量的物理量變化時,可讓多數的電極單元處於開啟狀態(即電性開關導通而有供應電荷給電極單元)。當要偵測較大的物理量變化時,可讓少數的電極單元處於開啟狀態以降低微機電感測器的感應電容值,進而避免特殊應用積體電路晶中的讀取電路失效。In summary, in the microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value disclosed in the present invention, a plurality of electrical switches are electrically coupled to a plurality of electrode units to control the working state of these electrode units. By independently controlling the working status of these electrode units, the inductive capacitance value of the microcomputer inductance sensor can be adjusted to accurately measure the degree of change of the physical quantity to be detected and prevent the failure of the integrated circuit chip for special applications. When detecting a slight change in physical quantity, most of the electrode units can be turned on (that is, the electrical switches are turned on to supply charge to the electrode units). When a large physical quantity change is to be detected, a small number of electrode units can be turned on to reduce the inductive capacitance value of the microcomputer inductance sensor, thereby avoiding failure of the reading circuit in the integrated circuit chip for special applications.
雖然本發明以前述之實施例揭露如上,然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內,所為之更動與潤飾,均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。Although the present invention is disclosed in the foregoing embodiments, these embodiments are not intended to limit the present invention. All changes and modifications made without departing from the spirit and scope of the present invention fall within the scope of patent protection of the present invention. For the scope of protection defined by the present invention, please refer to the attached patent scope.
1、1a、1b、1c、1d:可調整感應電容值的微機電感測裝置1. 1a, 1b, 1c, 1d: microcomputer inductance measuring device that can adjust the value of inductive capacitance
2d:基板2d: substrate
21:上表面21: upper surface
10、10d:特殊應用積體電路晶片10.10d: Special application integrated circuit chip
110:上表面110: upper surface
120、120d:讀取電路120, 120d: reading circuit
130:電性開關130: electrical switch
130d:第一電性開關130d: The first electrical switch
130e:第二電性開關130e: The second electrical switch
11、11a、11b、11c:感測元件11, 11a, 11b, 11c: sensing element
11d:第一感測元件11d: the first sensing element
11e:第二感測元件11e: second sensing element
20、20a、20c:固定電極20, 20a, 20c: fixed electrode
20d:第一固定電極20d: first fixed electrode
20e:第二固定電極20e: second fixed electrode
210:電極單元210: Electrode unit
210a、210d:第一電極單元210a, 210d: the first electrode unit
211a:第一梳狀齒211a: first comb tooth
220a、210e:第二電極單元220a, 210e: second electrode unit
221a:第二梳狀齒221a: second comb tooth
210c:中央電極單元210c: Central electrode unit
220c:環形電極單元220c: Ring electrode unit
21、22、23、24、25、26、27、28:電極組合21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28: electrode combination
30、30a、30b、30c:可動電極30, 30a, 30b, 30c: movable electrode
30d:第一可動電極30d: first movable electrode
30e:第二可動電極30e: second movable electrode
310、310a、310b、310c:固定部310, 310a, 310b, 310c: fixed part
310d:第一固定部310d: The first fixed part
310e:第二固定部310e: second fixed part
320、320a、320b、320c:可動部320, 320a, 320b, 320c: movable part
320d:第一可動部320d: the first movable part
320e:第二可動部320e: second movable part
321a:第三梳狀齒321a: third comb tooth
321e:電極件321e: Electrode parts
322e:彈性件322e: elastic part
330a:撓曲部330a: Flexure
圖1為根據本發明第一實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體示意圖。 圖2為圖1之可調整感應電容值的微機電感測裝置中特殊應用積體電路晶片與電極單元的電性連接關係示意圖。 圖3為圖1之可調整感應電容值的微機電感測裝置於偵測微小的物理量變化時電極單元的工作狀態示意圖。 圖4為圖1之可調整感應電容值的微機電感測裝置於偵測較大的物理量變化時電極單元的工作狀態示意圖。 圖5為根據本發明第二實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體示意圖。 圖6為圖5之可調整感應電容值的微機電感測裝置的上視示意圖。 圖7為根據本發明第三實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體剖切示意圖。 圖8為根據本發明第四實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體剖切示意圖。 圖9為圖8之可調整感應電容值的微機電感測裝置的剖切示意圖。 圖10為根據本發明第五實施例之可調整感應電容值的微機電感測裝置的立體示意圖。 圖11為圖10之可調整感應電容值的微機電感測裝置中特殊應用積體電路晶片與電極單元的電性連接關係示意圖。 FIG. 1 is a three-dimensional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting inductive capacitance according to a first embodiment of the present invention. 2 is a schematic diagram of the electrical connection relationship between a special application integrated circuit chip and an electrode unit in the microcomputer inductance measuring device with adjustable inductive capacitance value of FIG. 1. FIG. 3 is a schematic diagram of the working state of the electrode unit when the microcomputer inductance measuring device with adjustable sensing capacitance value of FIG. 1 detects a small physical quantity change. 4 is a schematic diagram of the working state of the electrode unit when the microcomputer inductive sensing device with adjustable sensing capacitance value of FIG. 1 detects a large physical quantity change. FIG. 5 is a three-dimensional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting inductive capacitance according to a second embodiment of the present invention. 6 is a schematic top view of the microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value of FIG. 5. FIG. 7 is a three-dimensional cross-sectional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value according to a third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a three-dimensional cross-sectional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value according to a fourth embodiment of the present invention. 9 is a schematic cross-sectional view of the microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value of FIG. 8. 10 is a three-dimensional schematic diagram of a microcomputer inductance measuring device capable of adjusting the inductive capacitance value according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic diagram of the electrical connection relationship between a special application integrated circuit chip and an electrode unit in the microcomputer inductance measuring device with adjustable inductive capacitance value of FIG. 10.
1:可調整感應電容值的微機電感測裝置 1: Microcomputer inductance measuring device with adjustable inductive capacitance value
10:特殊應用積體電路晶片 10: Special application integrated circuit chip
110:上表面 110: upper surface
11:感測元件 11: sensing element
20:固定電極 20: fixed electrode
210:電極單元 210: Electrode unit
30:可動電極 30: movable electrode
310:固定部 310: fixed part
320:可動部 320: movable part
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