用于傳感器校準的裝置和方法與流程

本發明一般涉及微機電系統(mems)器件，并且更具體地涉及在mems器件中的傳感器的校準。

背景技術：

使用各種半導體制造工藝形成mems器件。mems器件可以具有固定的和可移動的部分。mems器件可以包括一個或更多個mems傳感器。mems傳感器需要針對一個或更多個參數進行校準。mems器件有時可能會受到不期望的外部影響。有時，不期望的外部影響可能使得mems傳感器的校準不太可靠或者在某些情況下不可用。進一步地，外部影響可能基于mems器件所受到的環境而改變。定期校準mems器件中的mems傳感器的一個或更多個參數可能是有益的。

考慮到這些需要，出現了本公開。已經提供了該簡要概述，以便可以迅速地理解本公開的性質。通過參考以下結合附圖對本公開的各種實施例的詳細描述，可以獲得對本公開的更完整的理解。

技術實現要素：

在一個實施例中，公開了一種具有mems器件的裝置，該mems器件具有至少一個傳感器。熱元件鄰近mems器件設置以選擇性地調節mems器件的溫度。

在又一實施例中，公開了一種方法。該方法包括提供具有至少一個傳感器的mems器件。熱元件鄰近mems器件設置。熱元件被選擇性地激勵以調節mems器件的溫度。啟動用于傳感器的校準操作，以基于溫度確定將要應用于傳感器測量的校正值。校正值被存儲。

提供該簡要概述，以便可以迅速地理解本公開的性質。通過參考下面結合附圖對本公開的優選實施例的詳細描述，可以獲得對本公開的更完整的理解。

附圖說明

參照附圖描述幾個實施例的前述和其它特征。在附圖中，相同的部件具有相同的參考標號。所示實施例旨在說明而不是限制本發明。附圖包括以下內容：

圖1示出根據本公開的一個方面的具有mems器件的示例性裝置；

圖2示出根據本公開的另一方面的具有mems器件的另一示例性裝置；

圖3示出根據本公開的又一方面的具有mems器件的又一示例性裝置；

圖4a示出根據本公開的一個方面的熱元件的示例性配置；

圖4b示出根據本公開的一個方面的熱元件的另一示例性配置；

圖5示出根據本公開的另一方面的示例性主機裝置；

圖6示出根據本公開的一個方面的示出偏移和溫度之間的關系的示例性曲線圖；

圖7示出根據本公開的一個方面的第一示例性mems器件；以及

圖8示出根據本公開的一個方面的示例性流程圖，其用于確定用于mems器件的傳感器的偏移值。

具體實施方式

為了便于理解本公開的自適應方面，描述了用于mems器件校準的示例性裝置和方法。參考具有mems器件的示例性裝置描述本公開的用于mems器件校準的裝置和方法的自適應方面的具體結構和操作。

圖1示出具有mems器件102和電路板104的裝置100。粘合劑層106將mems器件102附接到電路板104。mems器件102包括器件層108和ic層110。傳感器(未示出)形成在mems器件102中。在一些示例中，傳感器可以形成在器件層108上。稍后將詳細描述具有傳感器的示例性mems器件102。

在一個示例中，熱元件112鄰近mems器件102設置。當被激勵時，熱元件112選擇性地經配置改變mems器件102的溫度。例如，熱元件112可以選擇性地被激勵，以調節mems器件102的溫度。在一些示例中，熱傳感器(未示出)可以設置在mems器件102中，以監測mems器件102的溫度，以便將mems器件102的溫度調節到預定的溫度。

在一個示例中，熱元件112設置在粘合劑層106中。在一些示例中，器件均熱器(thermalspreader)114可以設置在mems器件102之上。器件均熱器114可以圍繞mems器件102的頂表面115設置。器件均熱器114可以是導熱材料。器件均熱器114可以傳導熱量并且基本上維持mems器件102的頂表面周圍的均勻溫度。

在一些示例中，一個或更多個板均熱器116可以圍繞電路板104設置。板均熱器116可以是導熱材料。板均熱器116可以傳導熱量并且基本上維持電路板104周圍的均勻溫度。在一些示例中，電路板104可以是具有多個層的層壓板。電路板104的一個或更多個層可以選擇性地配置為板均熱器116。在一些示例中，至少一對板均熱器116可以圍繞電路板104設置。例如，板均熱器中的至少一個可以設置成更靠近電路板104的頂表面118，并且板均熱器中的另一個可以設置成更靠近電路板104的底表面120。

現在參照圖2，示出具有mems器件102的另一示例性裝置100。在該示例中，粘合劑層106將mems器件102附接到電路板104。熱元件112設置在電路板104內。在一些示例中，電路板104可以是具有多個層的層壓板，并且至少一層經配置為熱元件112。在一些示例中，至少一個板均熱器116可以圍繞電路板104設置。在一些示例中，至少一對板均熱器116可以圍繞電路板104設置。熱元件112可以設置在該對板均熱器116之間。在一些示例中，一個或更多個通孔122可以將熱元件112熱聯接到板均熱器116。例如，通孔122可以是導熱的并且可以聯接到圍繞電路板104的頂表面118設置的板均熱器116。在一些示例中，通孔122可以選擇性地設置并聯接到板均熱器116，以便有助于均勻的熱傳遞到板均熱器116。盡管示出板均熱器116圍繞電路板104的頂表面118和底表面120設置，但是如本領域技術人員所理解的，電路板104內的一層或更多層可以經配置為板均熱器116。在一些示例中，器件均熱器114可以設置在mems器件102之上。

現在，參考圖3，示出另一示例性裝置100。在該示例中，熱元件112可以配置為選擇性地加熱和選擇性地冷卻mems器件102。例如，熱元件112可以是珀耳帖(peltier)熱元件，其可以經配置選擇性地加熱或選擇性地冷卻mems器件102。如本領域的技術人員所理解的，珀耳帖熱元件112可以具有第一表面124和第二表面126。并且，當珀耳帖熱元件112被選擇性地激勵時，隨著第一表面124的溫度降低，第二表面126的溫度相應地升高。因此，必須要規定從第二表面126去除或消散熱量。在一些示例中，板均熱器116可以經配置從第二表面126消散熱量。在一些示例中，一個或更多個通孔(未示出)可以用于將第二表面126熱聯接到板均熱器116。在一些示例中，珀耳帖熱元件112可以設置在粘合劑層106中。

現在，參考圖4a，示出熱元件112的一個示例性配置。在該示例中，熱元件112具有曲折的加熱器圖案。熱元件112可以由鎳和鉻的合金制成。當電流通過熱元件112時，熱元件112產生熱量。

現在，參考圖4b，示出熱元件112的另一示例性配置。在該示例中，多個熱子元件112a-112d形成熱元件112。在該示例中，多個熱子元件112a-112d關于x軸和y軸對稱，其中y軸與x軸正交。熱子元件112a-112d可以具有第一端128和第二端130。在一個示例中，例如如先前參考圖2所述，熱元件112a-112d可以設置在電路板內。

在一些示例中，熱子元件112a-112d中的每個的第二端130可以熱聯接到板均熱器，例如如圖2所示，設置在電路板104的頂表面118之上的板均熱器116。在一些示例中，多個導熱通孔122可以將熱子元件112的第二端130熱聯接到設置在電路板104的頂表面118之上的板均熱器116，如圖2所示。如本領域技術人員所理解的，通過將熱子元件112a-112d設置成對稱地圍繞x軸和y軸并且將熱子元件112a-112d中的每個的第二端130聯接到板均熱器116，板均熱器116可以維持在其表面周圍的基本均勻的溫度。熱元件112a-112d可以由鎳和鉻的合金制成。當電流通過熱元件112a-112d時，熱元件112a-112d產生熱量。在一個示例中，熱元件112a-112d可以設置在電路板內，例如，如先前參考圖2所述。

現在參考圖5，描述了一個示例性主機設備500。主機設備500包括全部通過主機總線510進行通信的顯示器502、應用處理器504、應用存儲器506和運動處理單元508(有時稱為mpu)。應用處理器504可以經配置執行涉及主機設備500的一般功能的各種計算和操作。應用存儲器506可以包括利用由mpu508提供的信息的程序、驅動器或其他數據。

在一個示例中，mpu508包括處理器510、一個或更多個傳感器512、存儲器514，其全部通過mpu總線516彼此通信。一個或更多個外部傳感器518可以通過鏈路520與mpu508通信。傳感器512可以包括一個或更多個傳感器，例如加速度計、陀螺儀、磁力儀、壓力傳感器、濕度傳感器、麥克風、溫度傳感器和其它傳感器。外部傳感器518可以包括一個或更多個傳感器，例如加速度計、陀螺儀、磁力儀、壓力傳感器、濕度傳感器、麥克風、溫度傳感器和其它傳感器。存儲器514的數據524部分可以用于存儲在mpu508的操作期間生成的永久和瞬時值。例如，與傳感器相關的信息、定向信息、在操作期間生成的信號、執行的各種操作的時間戳、偏移值、校正值等可以存儲在存儲器514的數據524部分中。

在一些示例中，mpu508可以實施一個或更多個功能模塊，例如，系統監視器522和校準邏輯526。在一些示例中，這些功能模塊中的一個或更多個可以用硬件、軟件或硬件和軟件的組合來實施。在一些示例中，這些功能模塊中的一個或更多個可以實施為存儲在存儲器514中的由處理器510執行的軟件功能。在一些示例中，這些功能模塊中的一些可以實施為存儲在應用存儲器506中的由應用處理器504執行的軟件功能。這些功能的結果可以被報告回到mpu508。例如，校準邏輯526可以在mpu508的外部實施，并且mpu508可以向處理器504發送信號以啟動重新校準。

可以使用關于傳感器512和外部傳感器518之一或兩者的校準操作來估計偏移誤差或靈敏度誤差。這些誤差可以表示要添加到傳感器測量的校正值或偏移值。校準操作可以使用處理器510、應用處理器504或其任何組合來執行。類似地，與校準操作相關的指令和校準操作的結果可以存儲在存儲器514、應用存儲器506或外部存儲器530的任何組合中。例如，網絡模塊532可以經配置與外部存儲器530通信，以存儲校準操作的結果和相應的校正值。網絡模塊532可以通過有線或無線鏈路與外部存儲器530通信。在一些示例中，外部存儲器530可以是本地計算設備或遠程計算設備上可用的數據存儲的一部分，其可以通過有線鏈路、無線鏈路或有線鏈路和無線鏈路的組合來訪問。在一些示例中，校正值或偏移值可以基于傳感器的溫度而改變。在一些示例中，傳感器的溫度可以基本上類似于主機設備500的溫度。

器件熱元件528設置在主機設備500中。在一些示例中，器件熱元件528可以設置在mpu508中。在一些示例中，器件熱元件528可以設置在mpu508的外部。器件熱元件528可以類似于先前描述的熱元件112。器件熱元件528可以聯接到mpu總線516。校準邏輯526可以經配置選擇性地激活器件熱元件528以選擇性地改變傳感器512和外部傳感器518的溫度。溫度傳感器(未示出)可以測量傳感器512和外部傳感器518的溫度。在一個示例中，測量的溫度可以被傳達到校準邏輯526，使得校準邏輯526可以基于測量的溫度來選擇性地激勵或去激勵器件熱元件528，以達到期望的溫度。

系統監視器522可以經配置從任何可用的來源(包括處理器510、傳感器512、外部傳感器518和/或應用處理器504)收集關于主機設備500的狀況的信息。至少部分地基于該信息，校準邏輯可以然后啟動校準操作。在一方面，關于主機設備500的狀況的信息可以涉及主機設備500的物理狀態。例如，系統監視器522可以收集反映主機設備500當前正在經歷的運動的信息。

如本領域技術人員已知的，某些運動狀態有助于校準操作。尤其，可以在靜止狀態下有利地執行涉及陀螺儀的校準。類似地，加速度計或陀螺儀的校準可以受益于當主機設備500經歷相對較小量的線性加速時被執行。因此，系統監視器522可以收集指示主機設備500的運動狀態的信息，并且校準邏輯526可以響應于運動狀態而啟動校準操作。如前所述，在啟動傳感器的校準操作之前，校準邏輯526可以選擇性地激勵器件熱元件528直到達到期望的溫度。

現在，參考圖6，示出一個示例性曲線圖600，其中x軸描繪溫度并且y軸描繪用于傳感器的偏移值。在該示例中，用于傳感器的多個偏移值測量可以在各種溫度下執行。例如，可以構造線602以表示在各種溫度下的偏移值。作為一個示例，在溫度t1處，對應的偏移值可以是os1。類似地，在溫度t2處，對應的偏移值可以是os2。類似地，在溫度t3處，偏移值可以是os3。如本領域技術人員所理解的，在該示例中，在溫度t3處的偏移值os3是最低的偏移值。如本領域技術人員所理解的，傳感器在各種溫度處的偏移值可以選擇性地測量并存儲在主機設備500中。在一個示例中，在傳感器的正常操作期間，基于測量的溫度，對應的偏移值可以被添加到測量的傳感器值。在另一示例中，例如通過選擇性地激勵器件熱元件，并且通過傳感器將對應于該優選溫度的偏移添加到測量的值，傳感器的溫度可以在正常操作期間維持在一個優選的溫度。在一個示例中，一個優選溫度可以是主機設備通常例如基于主機設備操作的環境所承受的環境溫度。

現在參考圖7，公開了一個示例性第一mems器件700。第一mems器件700可以類似于如前所述的mems器件102。第一mems器件700包括處理層702、器件層108和ic層110。在器件層108上形成一個或更多個傳感器。融合結合層(fusionbondlayer)714將處理層702結合到器件層108，以形成由處理層702的下側717和器件層108的上側718所限定的上腔體716。

圖7還示出溝槽圖案720-1和720-2以及致動器722。致動器722是可移動的并且附接到至少一個彈性元件(spring)(未示出)。通過在器件層108上形成多個溝槽圖案，例如使用干反應離子蝕刻(drie)工藝來創建彈性元件。傳感器724形成在致動器722之上。

器件層108包括支架(standoff)732。支架732圍繞形成在器件層108上的一個或更多個傳感器。密封環734設置在支架732和ic層110的頂表面736之間，以便密封第一mems器件700的傳感器724。

在一些示例中，ic層110可以是cmos襯底。一個或更多個電子電路(未示出)可以設置在ic層110之上。第一端子710和第二端子712可以經配置電耦合到設置在ic層110之上的電子電路。熱傳感器740可以設置在ic層110之上。

現在，參考圖8，將描述一個示例性流程圖800。在方框s802中，提供mems器件。例如，提供mems器件102。mems器件102可以參考圖1至圖3來描述。在一些示例中，mems器件102可以類似于參考圖7所述的第一mems器件。

在方框s804中，熱元件鄰近mems器件設置。熱元件經配置選擇性地改變mems器件的溫度。例如，參考圖1至圖3所述的熱元件112可以鄰近mems器件設置。進一步地，如參考圖5所述，熱元件可以選擇性地被激勵以改變mems器件的溫度。

在方框s806中，熱元件被激勵以改變mems器件的溫度。例如，如參考圖5所述，可以選擇性地激勵熱元件以改變mems器件的溫度。

在方框s808中，基于溫度來確定用于傳感器測量的校正值。例如，如參考圖5所述，確定用于傳感器測量的校正值。

在方框s810中，基于mems器件的溫度將校正值應用到傳感器測量。例如，如參考圖5和圖6所述，基于mems器件的溫度將校正值應用到傳感器測量。在一些示例中，在主機設備的正常操作期間將校正值應用到傳感器測量。

雖然上面參考當前被認為是其優選實施例的內容描述了本發明的實施例，但是應當理解，本發明不限于以上描述。相反，本發明旨在覆蓋所附權利要求的精神和范圍內的各種修改和等效布置。