專(zhuān)利名稱(chēng)：能源終端芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源終端芯片，更具體地涉及用于泛能網(wǎng)的能源終端芯片。
背景技術(shù)：
提高能源的綜合利用效率是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵之一。本申請(qǐng)人在中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) 201010173519. 1和201010173433. 9中提出了泛能網(wǎng)的方案，以實(shí)現(xiàn)各種能源和物質(zhì)的智能化和信息化，以及多能源(多種類(lèi)型的能源和/或來(lái)自多個(gè)地理位置的能源)的耦合利用、管理和交易服務(wù)，其全文內(nèi)容以引用方式結(jié)合在本文中。泛能網(wǎng)基于系統(tǒng)能效技術(shù)，通過(guò)能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用與再生四環(huán)節(jié)的能量和信息的耦合，形成能量輸入和輸出跨時(shí)域地域的實(shí)時(shí)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期的最優(yōu)化和能量的增效。能效控制系統(tǒng)對(duì)各能量流進(jìn)行供需轉(zhuǎn)換匹配，梯級(jí)利用、時(shí)空優(yōu)化、以達(dá)到系統(tǒng)能效最大化，最終輸出一種自組織的高度有序的高效智能能源。作為泛能網(wǎng)的基礎(chǔ)的終端設(shè)備提供了上述四環(huán)節(jié)的基本功能，并且還包括自身的控制實(shí)施單元，提供了自動(dòng)控制功能和外部通信功能。終端設(shè)備的控制實(shí)施單元承擔(dān)著模擬信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換計(jì)算以及控制與決策的任務(wù)，包含泛能網(wǎng)最基礎(chǔ)的系統(tǒng)傳感器和執(zhí)行器。 終端設(shè)備的控制實(shí)施單元還必須滿足低功耗、低成本、小尺寸、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性等性言旨需求。可以采用常規(guī)的機(jī)械計(jì)量、熱敏的和壓敏的電子元件(以下稱(chēng)為“敏感電子元件”)和控制方法來(lái)提供終端設(shè)備的控制實(shí)施單元，如包含無(wú)線抄表功能的機(jī)械表計(jì)、超聲波電子計(jì)量表計(jì)，以及帶有自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能家用電器等。然而，常規(guī)的機(jī)械計(jì)量在使用過(guò)程中因?yàn)闄C(jī)械老化而出現(xiàn)精度下降的現(xiàn)象，進(jìn)而造成計(jì)量收費(fèi)上的損失。以天然氣的機(jī)械式表計(jì)和控制系統(tǒng)為例，由于機(jī)械老化磨損造成的綜合計(jì)量/控制損耗在6 %以上。以一個(gè)中等規(guī)模(100萬(wàn)戶民用用戶，1000個(gè)工業(yè)用戶) 為例，每年僅天然氣一種能源，因?yàn)闄C(jī)械式計(jì)量和控制精度造成的經(jīng)濟(jì)損失就接近1億，并且隨著時(shí)間的推移，會(huì)造成越來(lái)越多的控制泄露安全隱患和工程維護(hù)的工作量。敏感電子元件可以用來(lái)代替機(jī)械計(jì)量，在泛能網(wǎng)中檢測(cè)各種物理參數(shù)(如溫度、 濃度、壓力、密度等)。然而，敏感電子元件的工作需要消耗電能，從而增加上述終端設(shè)備的控制實(shí)施單元的功耗，減小設(shè)備中包含的電池的使用壽命，提高了設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)成本。 常規(guī)的敏感電子元件的尺寸較大，不能用于檢測(cè)小區(qū)域中的物理參數(shù)，并且容易受到來(lái)自環(huán)境的干擾。而且，常規(guī)的敏感電子元件的精度較低。如果希望提高精度，則成本過(guò)高。以熱敏元件為例，普通精度的熱敏電阻的市場(chǎng)售價(jià)在0. 2元左右，而高精度的PTlK電阻，則市場(chǎng)售價(jià)在20 30元人民幣。因此，常規(guī)的敏感電子元件的尺寸、精度、功耗等方面的局限性，限制了它在泛能終端中的應(yīng)用。還可以采用超聲波測(cè)量裝置在泛能網(wǎng)中檢測(cè)各種物理參數(shù)。超聲波測(cè)量裝置的工作原理是首先主動(dòng)產(chǎn)生一束超聲波；超聲波在通過(guò)被測(cè)介質(zhì)的時(shí)候，其傳播速度、方向、 相位等特性發(fā)生變化；再通過(guò)一個(gè)可檢測(cè)超聲波傳播特性的器件，檢測(cè)上述變化，最后轉(zhuǎn)換為需要的物理量。然而，針對(duì)每一個(gè)物理量的測(cè)量，都需要額外增加若干個(gè)的超聲波發(fā)射裝置，超聲波發(fā)射裝置的成本、尺寸、重量、功耗等往往會(huì)占整個(gè)設(shè)備的50%以上，降低了產(chǎn)品的成本優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)有技術(shù)的基于敏感電子元件的測(cè)量和控制裝置中，物理參數(shù)的模擬感知、數(shù)字運(yùn)算、控制與傳輸是分別由不同的芯片處理。各種芯片提供密封的接口，以導(dǎo)線的方式相互連接，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。然而，分立的芯片增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和裝配難度。無(wú)論何種原理的敏感電子元件，其測(cè)量表面都比較脆弱，很容易受到測(cè)量環(huán)境的污染， 甚至在運(yùn)輸和裝配過(guò)程中，也極易受到損害，其測(cè)量精度則會(huì)大打折扣，甚至?xí)绊懫涫褂脡勖?。并且，模擬信號(hào)通過(guò)較長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)容易受到外界的電磁干擾，為了保證信號(hào)的可靠度， 不得不通過(guò)放大信號(hào)的方法增強(qiáng)其抗干擾性，這樣又增加了功耗。因此，分立的芯片設(shè)計(jì)在存在著較差的抗干擾性，不能以高精度、可靠的方式長(zhǎng)期運(yùn)行。以上常規(guī)的機(jī)械計(jì)量、敏感電子元件和超聲波測(cè)量裝置僅僅適用于智能化程度較低、結(jié)構(gòu)單一的現(xiàn)有的能源網(wǎng)絡(luò)。泛能網(wǎng)的終端設(shè)備的控制實(shí)施單元需要采用感測(cè)和處理多個(gè)物理參數(shù)，因此必須使用大量的敏感電子元件。泛能網(wǎng)涉及多能源的耦合利用，而且四環(huán)節(jié)終端設(shè)備均應(yīng)當(dāng)智有化、數(shù)字化，以實(shí)現(xiàn)能量流、物質(zhì)流、信息流相互耦合協(xié)同而形成的邏輯智能流。因此，泛能網(wǎng)中采用的敏感電子元件的類(lèi)型及數(shù)量顯著增加。常規(guī)的機(jī)械計(jì)量、敏感電子元件和超聲波測(cè)量裝置由于體積大、精度低、抗干擾能力差、可靠性差而不能滿足泛能網(wǎng)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以用作泛能網(wǎng)的終端設(shè)備的控制實(shí)施單元的能源終
丄山-H-· I I
順心片。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種能源終端芯片，用作泛能網(wǎng)中的終端設(shè)備的控制實(shí)施單元，其中，該能源終端芯片包括在一個(gè)芯片外殼中封裝的分別形成在多個(gè)管芯上的至少一個(gè)MEMS傳感器，以及A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理與計(jì)算模塊、控制與決策模塊、外部通信模塊、通信端口、控制端口和電源時(shí)鐘端口中的至少一個(gè)。本發(fā)明的能源終端芯片是提供了系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)的MEMS傳感器及其功能電路， 例如A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理與計(jì)算模塊、控制與決策模塊、外部通信模塊、通信端口、控制端口和電源時(shí)鐘端口。本發(fā)明技術(shù)方案有優(yōu)點(diǎn)和效果如下1)泛能終端芯片基于MEMS器件和CMOS技術(shù)，相比常規(guī)的敏感電子元件，MEMS器件具有精度高、成本低、功耗小、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，并且工作壽命和可靠性上有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因而系統(tǒng)的制造和運(yùn)行和維護(hù)成本可以大幅降低；2)將模擬傳感、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)值計(jì)算以及控制決策等模塊集成在一個(gè)芯片中，大大提高了芯片的集成度，對(duì)于保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、增加產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的靈活性、加快市場(chǎng)的成熟度具有重要的意義；3)基于多芯片模塊的SIP封裝技術(shù)，創(chuàng)新性地用于泛能終端芯片的設(shè)計(jì)過(guò)程，相比常規(guī)的SOC方案，具有投資小、見(jiàn)效快、周期短、器件更替靈活、現(xiàn)有工藝復(fù)用率高等不可比擬的優(yōu)點(diǎn)；
4)在芯片外殼模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)泛能終端的工作環(huán)境需求，設(shè)計(jì)一個(gè)um級(jí)的保護(hù)結(jié)構(gòu)，不但可以更大程度低保護(hù)MEMS傳感器，更能高效率、低成本地構(gòu)造一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)量微環(huán)境，相比常規(guī)的機(jī)械加工工藝，精度能提高2 3個(gè)數(shù)量級(jí)，從而使得芯片的測(cè)量結(jié)果更加可信，終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，進(jìn)一步加快產(chǎn)品工程化和市場(chǎng)化的速度。而這個(gè)穩(wěn)定的微環(huán)境，也從測(cè)量提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)成本。


圖1示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的能源終端芯片的控制系統(tǒng)。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的能源終端芯片的結(jié)構(gòu)框圖。圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的能源終端芯片的封裝。
具體實(shí)施例方式首先，對(duì)本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)說(shuō)明如下“泛能網(wǎng)”泛能網(wǎng)包括以傳輸泛能流的虛擬管道互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)連接在一起的節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)之間雙向傳輸泛能流。節(jié)點(diǎn)包括系統(tǒng)能效控制器，以及連接至系統(tǒng)能效控制器的其他節(jié)點(diǎn)、能源生產(chǎn)裝置、能源儲(chǔ)存裝置、能源應(yīng)用裝置和能源再生裝置中的至少一個(gè)。其中，系統(tǒng)能效控制器控制其他節(jié)點(diǎn)、能源生產(chǎn)裝置、能源儲(chǔ)存裝置、能源應(yīng)用裝置和能源再生裝置的至少一個(gè)的泛能流的輸入和輸出，泛能流包括能量流、物質(zhì)流、信息流相互耦合協(xié)同而形成的邏輯智能流?！胺耗芸刂茖印蔽挥诜耗芫W(wǎng)的最底層，以一個(gè)基本的能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用與再生四環(huán)節(jié)為控制對(duì)象?？刂茖咏邮諄?lái)自于上層的優(yōu)化指令，綜合各種本地實(shí)時(shí)信對(duì)各種能源設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制范圍內(nèi)能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用與再生四環(huán)節(jié)子系統(tǒng)的能效最優(yōu)， 并將子系統(tǒng)運(yùn)行信息反饋給上層。“終端設(shè)備”能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用與再生四環(huán)節(jié)的各種設(shè)備和機(jī)器，包括光伏一體板、真空集熱器、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、熱泵、儲(chǔ)冷罐、蓄電池、各種家電、微藻池等。每個(gè)設(shè)備都具備自動(dòng)控制功能，能夠采集本地物理信息，可接受外部的控制命令。"MEMS智能芯片”基于MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)，具備信息轉(zhuǎn)換和處理功能的高性能芯片，能夠完成能量/物質(zhì)和信息之間的轉(zhuǎn)換，具有精度高、功耗低、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、 成本低廉等優(yōu)點(diǎn)?！癝IP封裝”系統(tǒng)級(jí)封裝，其中將多個(gè)不同功能類(lèi)型的管芯，根據(jù)工作環(huán)境的需求選擇合適工藝，在一個(gè)芯片封裝內(nèi)完成電信號(hào)互連、熱耗散、機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)的功能。 通過(guò)封裝實(shí)現(xiàn)模擬采集、A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算判斷和控制、無(wú)線通信等多個(gè)功能模塊的高度集成， 從而構(gòu)造一個(gè)系統(tǒng)級(jí)芯片。圖1示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的能源終端芯片的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括處理器100以及用于檢測(cè)泛能網(wǎng)中的物理參數(shù)的能源終端芯片200。處理器100從能源終端芯片200接收檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)外設(shè)300、存儲(chǔ)介質(zhì)400、RF/IC卡500獲得取用戶的賬戶信息和/或控制數(shù)據(jù)，并通過(guò)顯示器600顯示相關(guān)的信息。此外，該控制系統(tǒng)還包括能源管理單元700，用于向控制系統(tǒng)中的各個(gè)部件供電。處理器100的功能根據(jù)具體的場(chǎng)景需求而定，通常，處理器100具有顯示驅(qū)動(dòng)、閥門(mén)控制、按鍵處理、外部設(shè)備接口、多媒體娛樂(lè)等用戶體驗(yàn)直接相關(guān)的功能。上述控制系統(tǒng)的各個(gè)部件可以安裝在一個(gè)產(chǎn)品外殼內(nèi)，構(gòu)成完整的產(chǎn)品組件。應(yīng)當(dāng)注意，圖1所示的控制系統(tǒng)僅僅是示意性的。如果工作環(huán)境以及熱耗散的要求不苛刻，可以將處理器100集成在能源終端芯片200中，以提高產(chǎn)品的集成度，簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和裝配。 然而，過(guò)高的集成度會(huì)在一定程度降低芯片的普適性，所以應(yīng)該在集成度和適應(yīng)性之間取得一個(gè)折中平衡。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的能源終端芯片的結(jié)構(gòu)框圖。該能源終端芯片 200包括三個(gè)MEMS傳感器201-203。MEMS傳感器201-203感知泛能網(wǎng)的物理參數(shù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的模擬檢測(cè)信號(hào)，以收集相應(yīng)的終端設(shè)備的本地傳感信息和運(yùn)行信息。該模擬檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器204轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳送給信號(hào)處理與計(jì)算模塊205，經(jīng)過(guò)處理的數(shù)字信號(hào)進(jìn)一步傳送給控制與決策模塊206。一方面，控制與決策模塊206經(jīng)由外部通信模塊207和通信端口 210，將終端設(shè)備的本地傳感信息和運(yùn)行信息上報(bào)給泛能網(wǎng)中的上一級(jí)的系統(tǒng)能效控制器。另一方面控制與決策模塊206經(jīng)由外部通信模塊207和通信端口 210， 從上一級(jí)的系統(tǒng)能效控制器接收相應(yīng)的終端設(shè)備的控制信息，并且經(jīng)由控制端口 208向終端設(shè)備的執(zhí)行元件(未示出)發(fā)送控制命令。此外，該能源終端芯片還包括電源時(shí)鐘端口 209，從外部獲取電源電壓以供給能源終端芯片中的各個(gè)部件。MEMS傳感器是通過(guò)對(duì)工作表面一個(gè)很小范圍內(nèi)的被測(cè)介質(zhì)的物理性能進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算，而獲得整個(gè)被測(cè)環(huán)境內(nèi)物理性能。圖2中的MEMS傳感器201-203可以是測(cè)量不同物理參數(shù)的傳感器，例如溫度傳感器、密度傳感器、流速傳感器、濃度傳感器、壓力傳感器、 加速度傳感器等。MEMS傳感器的工作需要一個(gè)能夠反映被測(cè)介質(zhì)整體平均水平的穩(wěn)定的微環(huán)境。在以往的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，這個(gè)微環(huán)境的構(gòu)造往往通過(guò)對(duì)測(cè)量腔體的特殊加工來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如增加整流格柵或者設(shè)計(jì)特殊的流道尺寸結(jié)構(gòu)。這樣不但會(huì)大幅提高設(shè)備的加工成本，而且目前機(jī)械加工的精度，很難達(dá)到器件工作所需的微環(huán)境穩(wěn)定性。由于芯片設(shè)計(jì)和高度成熟以及CMOS工藝nm數(shù)量級(jí)的精度，使得在硅片級(jí)的芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，構(gòu)建這樣一個(gè)微環(huán)境的成本和精度，都有著常規(guī)機(jī)械加工不可比擬的優(yōu)勢(shì)。和常規(guī)的機(jī)測(cè)量方法相比，MEMS測(cè)量技術(shù)具有小尺寸，大量程、高精度、高可靠度、 低功耗、低成本等顯著優(yōu)勢(shì)。由于芯片在生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)做了器件的老練處理，計(jì)算和控制精度會(huì)一直保持在較高的水平上。作為例子，上述能源終端芯片作為能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用與再生四環(huán)節(jié)的終端設(shè)備的控制實(shí)施單元，執(zhí)行以下控制方法。在開(kāi)始之后，通過(guò)泛能控制層的內(nèi)部通信通道，能源終端芯片200從上一級(jí)的系統(tǒng)能效控制器讀取相應(yīng)的終端設(shè)備的控制信息。進(jìn)一步地，能源終端芯片200收集相應(yīng)的終端設(shè)備的本地傳感信息和運(yùn)行信息， 并將收集的信息暫存在本地的存儲(chǔ)器中。進(jìn)一步地，能源終端芯片200根據(jù)讀取的控制信息，控制相應(yīng)的終端設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。進(jìn)一步地，能源終端芯片200判斷是否是合適的上報(bào)運(yùn)行信息時(shí)機(jī)。
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如果是合適的上報(bào)運(yùn)行信息時(shí)機(jī)，則能源終端芯片200通過(guò)泛能控制層的內(nèi)部通信通道向上一級(jí)的系統(tǒng)能效控制器上報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行信息，并且進(jìn)一步地通過(guò)泛能控制層的內(nèi)部通信通道從上一級(jí)的系統(tǒng)能效控制器讀取控制新的控制信息，然后重復(fù)上述隨后的步驟。如果不是合適的上報(bào)運(yùn)行信息時(shí)機(jī)，則能源終端芯片200直接通過(guò)泛能控制層的內(nèi)部通信通道從上一級(jí)的系統(tǒng)能效控制器讀取控制新的控制信息，然后重復(fù)上述隨后的步驟。圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的能源終端芯片的封裝，其中將圖2所示的能源終端芯片的各個(gè)部件(僅示出了三個(gè)MEMS傳感器201-20 組合設(shè)置在同一個(gè)封裝中，形成系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)。也即，本發(fā)明的能源終端芯片將泛能網(wǎng)的物理參數(shù)的感測(cè)、轉(zhuǎn)換、數(shù)值計(jì)算、控制決策和對(duì)外通信等功能集成在一個(gè)封裝之內(nèi)。本發(fā)明的能源終端芯片200是基于MEMS技術(shù)的系統(tǒng)封裝芯片，其中包括MEMS感知、轉(zhuǎn)換、數(shù)值計(jì)算、控制決策和對(duì)外通信等功能模塊。在不同的半導(dǎo)體襯底621上形成能源終端芯片的至少一些部件，從而形成多個(gè)獨(dú)立的管芯。然后，將多個(gè)管芯封裝在同一個(gè)封裝中，該封裝包括芯片外殼622，芯片外殼還包括位于MEMS傳感器的頂部用于提供保護(hù)的保護(hù)結(jié)構(gòu)623。這種基于多芯片模塊(MCM :Multiple Chip Model)的系統(tǒng)級(jí)封裝，與系統(tǒng)級(jí)芯片 (SOC)是完全不同的一種方法。SIP技術(shù)在同一封裝體內(nèi)疊加多個(gè)芯片，特別是可以將垂直方向的空間也利用起來(lái)，從而大大減少了封裝體積。兩芯片疊加使面積比增加到170%，三芯片疊裝可增至 250%。SIP技術(shù)還可以縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的周期。由于SIP無(wú)需像SOC那樣進(jìn)行版圖級(jí)布局布線，從而減小設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和調(diào)試的復(fù)雜性和減少系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的時(shí)間。即使需要局部改動(dòng)設(shè)計(jì)，也比SOC要簡(jiǎn)單容易的多。SIP技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)不同工藝、材料制作的芯片封裝形成一個(gè)系統(tǒng)，比如可以將Si、GaASUnP的芯片組合一體化封裝。從而具有很好的兼容性，并可實(shí)現(xiàn)嵌入的集成化無(wú)源元件。SIP技術(shù)還可以使多個(gè)封裝合而為一，可使總的焊點(diǎn)大為減少， 也可以顯著減小封裝體積、重量，縮短元件的連接路線，從而使電性能得以提高。進(jìn)一步地，SIP技術(shù)允許將現(xiàn)有芯片的功能添加到系統(tǒng)中，從而增加設(shè)計(jì)的靈活性，并且使現(xiàn)有的芯片資源得到充分的利用。SIP技術(shù)不僅可以處理數(shù)字系統(tǒng)，還可以應(yīng)用于光通信、傳感器、運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域。對(duì)于用于泛能網(wǎng)的能源終端芯片，希望集成MEMS傳感器、AD轉(zhuǎn)換、外設(shè)驅(qū)動(dòng)和數(shù)字信號(hào)處理等功能。本發(fā)明的能源終端芯片由于采用了 SIP技術(shù)，因此可以使用用于A/D 和數(shù)字信號(hào)處理的成熟的管芯。正如本領(lǐng)域已知的那樣，用于形成MEMS傳感器201-203的制造工藝與用于形成集成電路的制造工藝是兼容的。因此，在SIP技術(shù)中包含MEMS傳感器而獲得系統(tǒng)芯片的方法， 具有技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。該能源終端芯片200的重要方面是封裝。在該封裝內(nèi)，與集成電路封裝類(lèi)似，應(yīng)當(dāng)為MEMS傳感器提供電信號(hào)互連、電源連接、熱耗散(熱管理)、機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)的功能。可以選擇合適的封裝材料用于提供芯片外殼622和保護(hù)結(jié)構(gòu)623。常用的封裝材料有金屬，陶瓷和塑料。金屬封裝和陶瓷封裝由于其導(dǎo)熱性能好，氣密
在封裝內(nèi)的空間中，可以放置吸氣劑以去除濕氣。使用適量的吸氣劑和塑料封裝技術(shù)就可能獲得準(zhǔn)密封的封裝效果，從而在降低封裝成本的同時(shí)保證了能源終端芯片200 的可靠性。能源終端芯片的尺寸越小，則器件的集成度要求越高，相應(yīng)的成本也越高。因此， 應(yīng)當(dāng)兼顧成本和集成度兩方面的需求。進(jìn)一步地，還應(yīng)當(dāng)考慮工作環(huán)境的需求，例如氣密性、溫度、濕度、壓力、有害成分腐蝕等；能源終端芯片的芯片外殼222可以由通用或?qū)ｉT(mén)的外殼模具制成，以提供所需的用于容納管芯的空間。能源芯片的保護(hù)結(jié)構(gòu)223提供實(shí)現(xiàn)對(duì)MEMS傳感器的保護(hù)。在芯片的封裝、運(yùn)輸、 裝配、調(diào)試以及正常工作過(guò)程中，MEMS傳感器很容易被測(cè)量對(duì)象中的雜質(zhì)或者產(chǎn)線中的不確定因素污損或者破壞。保護(hù)結(jié)構(gòu)223的尺寸大約為一個(gè)um量級(jí)，使得敏感電子元件遠(yuǎn)離上述危險(xiǎn)因素，同時(shí)也不會(huì)顯著增加整個(gè)芯片的外形尺寸和重量，并且由于該結(jié)構(gòu)是一個(gè)純機(jī)械的裝置，因此對(duì)于芯片的電氣性能不會(huì)有任何影響。盡管已經(jīng)結(jié)合特定的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明所包含的主旨并不限于這些具體的實(shí)施例。相反，本發(fā)明的主旨意在包含全部可替換、修改和等價(jià)物，這些都包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種能源終端芯片，用作泛能網(wǎng)中的終端設(shè)備的控制實(shí)施單元，其中，該能源終端芯片包括在一個(gè)芯片外殼中封裝的分別形成在多個(gè)管芯上的至少一個(gè)MEMS傳感器，以及A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理與計(jì)算模塊、控制與決策模塊、外部通信模塊、通信端口、控制端口和電源時(shí)鐘端口中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源終端芯片，其中所述芯片外殼由封裝材料組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能源終端芯片，其中所述芯片外殼還包括位于MEMS傳感器的頂部用于提供保護(hù)的保護(hù)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源終端芯片，其中所述至少一個(gè)MEMS傳感器選自溫度傳感器、密度傳感器、流速傳感器、濃度傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的能源終端芯片，其中所述至少一個(gè)MEMS傳感器包括不同類(lèi)型的MEMS傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能源終端芯片，用作泛能網(wǎng)中的終端設(shè)備的控制實(shí)施單元，其中，該能源終端芯片包括在一個(gè)芯片外殼中封裝的分別形成在多個(gè)管芯上的至少一個(gè)MEMS傳感器，以及A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理與計(jì)算模塊、控制與決策模塊、外部通信模塊、通信端口、控制端口和電源時(shí)鐘端口中的至少一個(gè)。該能源終端芯片可以用作泛能網(wǎng)的終端設(shè)備的控制實(shí)施單元。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102540916SQ201010602760
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者甘中學(xué), 董勝龍, 蔡奇志 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司