ASIC芯片及使用其的传感器、电动牙刷制造技术

本发明专利技术公开了ASIC芯片，通过在ASIC芯片内部三个维度上分布“四角+中间”的对称性延迟链组合，能够测量各个方向上的应力。本发明专利技术还公开了两种使用ASIC芯片的传感器，一种是将MEMS芯片与ASIC芯片堆叠，另一种是将MEMS芯片与ASIC芯片对称排布，通过堆叠及对称排布两种方式，使得MEMS芯片与ASIC芯片具有高度一致的应力集中特性，从而能够对各个方向上的应力进行校准，能够有效提高MEMS芯片的精度及温度稳定性。此外，本发明专利技术还公开了使用ASIC芯片的电动牙刷，有效提高了应力检测的一致性、稳定性、可靠性、灵敏度和线性度，能够更加精准地补偿温度漂移。度漂移。度漂移。

【技术实现步骤摘要】
ASIC芯片及使用其的传感器、电动牙刷


[0001]本专利技术涉及应力测量、校准器件与设备领域，特别是涉及ASIC芯片及使用其的传感器、电动牙刷。

技术介绍

[0002]常规的ASIC芯片采用模拟
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数字转换器方式，其内部电路受变形的影响无法被量化，因此无法测量应力。
[0003]MEMS器件相比其他常规集成电路产品而言，其封装需要遵循一些额外的约束设计以及满足工作在严苛环境条件下的要求，因而其复杂程度相对较高。不论采用怎样的封装材料及封装工艺，对于绝大多数的MEMS器件来说，热应力和机械应力都对MEMS器件的可靠性、重复性产生着巨大影响。MEMS器件封装材料的热膨胀系数差异、单一材料本身的各向异性等都会导致温度变化引起的应力集中。MEMS器件本身产生的应变与温度之间的关系不是单调的，换言之，温度
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应变曲线无法通过函数来拟合，也即无法通过校准点来实现温度曲线的校准，导致MEMS器件的精度及温度稳定性较差。
[0004]电动牙刷通过驱动件的快速转动或摆动，使刷头产生高频振动，提升洁牙效果。与此同时，由于驱动件的快速转动或摆动，也会带来不便，例如：刷头高频振动引起的牙膏飞溅，过度振动引起的齿面、牙龈、牙槽损伤，用户惰性带来的刷洗力度不足。为解决上述问题，需要引入合适的刷头扭矩测量方案，通过扭矩数值来判断刷头是否已经按压在齿面上、按压力度是否过度、按压力度是否不足，等等。为此，“CN 108309486 A 带有检测刷头压力装置的电动牙刷”这件专利申请公开了在牙刷输出轴上相对设置应力触发件和应力检测件的方案。然而，应力检测件的结构中包含惠斯顿电桥，应力检测件通过焊接胶粘贴于凹槽时焊接胶容易溢出，而惠斯顿电桥的桥路电阻的阻值与四个桥臂之间的比例关系密切相关，焊接胶溢出会影响四个桥臂之间的比例关系，从而影响电阻的阻值，最终影响应力检测件的一致性、稳定性、可靠性、灵敏度和线性度。此外，专利申请中虽未提及，但从原理上能够明确得出还存在后端的模拟
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数字转换器电路，而应力检测件与后端的模拟
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数字转换器电路分离，处于不同的温度场下，无法精准补偿应力检测件的温度漂移。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供能够测量应力的ASIC芯片；提供能够进行应力校准的使用了ASIC芯片的传感器；此外，提供能够提高应力检测的一致性、稳定性、可靠性、灵敏度和线性度，并能够精准补偿温度漂移的使用了ASIC芯片的电动牙刷。
[0006]技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的ASIC芯片，包括延迟链阵列、RC电路及微处理器，微处理器输出触发信号至RC电路，RC电路输出第一信号START和第二信号STOP至延迟链阵列的输入端口，延迟链阵列输出时间通过特性信号至微处理器，微处理器进行处理后输出数字信号；所述延迟链阵列包括若干延迟链，在ASIC芯片内部平行于ASIC芯片的一个侧面的
至少一个平面上排布有“四角+中间”延迟链组合，平行于ASIC芯片的另一个侧面的至少一个平面上排布有“四角+中间”延迟链组合，平行于ASIC芯片的底面的至少一个平面上排布有“四角+中间”延迟链组合；所述ASIC芯片的两个侧面互相垂直；所述“四角+中间”延迟链组合包括设于平面四个角上的延迟链及设于平面中心的延迟链，其中，设于平面中心的延迟链处在与该平面呈一定角度相交的另一平面内。
[0007]进一步，所述平面四个角上的延迟链为90
°
延迟链、十字形延迟链、正方形延迟链中的任意一种，平面中心的延迟链为90
°
延迟链、十字形延迟链、正方形延迟链、共圆分布延迟链中的任意一种；其中，90
°
延迟链包括两个之间呈90
°
排列的延迟链单元；十字形延迟链包括组成“十字形”的四个分支的四个延迟链单元，每个延迟链单元在“十字形”的一个分支上，且四个延迟链单元在顺时针或者逆时针方向上相邻两个延迟链单元之间呈90
°
排列；正方形延迟链包括组成“正方形”的四条边的四个延迟链单元，每个延迟链单元在“正方形”的一条边上，且四个延迟链单元在顺时针或者逆时针方向上相邻两个延迟链单元之间呈90
°
排列；共圆分布延迟链包括若干个在一个圆弧上排列的延迟链单元，相邻两个延迟链单元之间呈一定角度。
[0008]进一步，所述延迟链单元为游标延迟链单元、抽头延迟链单元、差分延迟链单元中的任意一种。
[0009]本专利技术所述的使用ASIC芯片的传感器，包括基板、MEMS芯片，还包括所述的ASIC芯片；ASIC芯片固定在基板上，MEMS芯片堆叠在ASIC芯片顶部。
[0010]进一步，所述MEMS芯片与ASIC芯片之间通过胶粘或者键合方式连接；当MEMS芯片与ASIC芯片通过胶粘方式连接时，胶的厚度小于或等于0.5μm。胶的厚度小于或等于0.5μm，能够使得MEMS芯片与ASIC芯片具有高度一致的应力集中特性。
[0011]进一步，所述MEMS芯片与ASIC芯片同轴堆叠。这样能够使得MEMS芯片与ASIC芯片具有高度一致的应力集中特性。
[0012]本专利技术所述的使用ASIC芯片的传感器，包括基板、MEMS芯片，还包括所述的ASIC芯片；MEMS芯片与ASIC芯片均固定在基板上，MEMS芯片、ASIC芯片及基板的中心点在一个平面上且该平面平行于基板的一个侧面，MEMS芯片中心点到基板中轴面的距离与ASIC芯片中心点到基板中轴面的距离相等，所述中轴面为平行于基板另一个侧面的中轴面，所述基板的两个侧面相互垂直。
[0013]进一步，所述MEMS芯片与ASIC芯片均通过胶粘或者均通过键合方式固定在基板上；当MEMS芯片与ASIC芯片均通过胶粘固定在基板上时，两者胶的厚度保持一致。两者胶的厚度保持一致，能够使得MEMS芯片与ASIC芯片所受应力具有较高的相关性。
[0014]本专利技术所述的使用ASIC芯片的电动牙刷，包括刷柄和刷头，刷柄中设有驱动件，驱动件的输出轴与刷头连接；还包括所述的ASIC芯片；ASIC芯片设于输出轴上，输出轴上还设有应力触发件，ASIC芯片用于检测应力触发件位置处的应力。
[0015]进一步，所述应力触发件为设置在输出轴表面上的凹槽，ASIC芯片设置在凹槽内。
[0016]进一步，所述凹槽的横截面为矩形、三角形、L形中的任意一种。
[0017]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：1、本专利技术公开了一种ASIC芯片，通过在ASIC芯片内部三个维度上分布“四角+中间”的对称性延迟链组合，能够测量各个方向上的应力；2、本专利技术公开了两种使用ASIC芯片的传感器，一种是将MEMS芯片与ASIC芯片堆叠，另一种是将MEMS芯片与ASIC芯片对称排布，通过堆叠及对称排布两种方式，使得MEMS芯片与ASIC芯片具有高度一致的应力集中特性，从而能够对各个方向上的应力进行校准，能够有效提高MEMS芯片的精度及温度稳定性；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ASIC芯片，其特征在于：包括延迟链阵列、RC电路及微处理器，微处理器输出触发信号至RC电路，RC电路输出第一信号START和第二信号STOP至延迟链阵列的输入端口，延迟链阵列输出时间通过特性信号至微处理器，微处理器进行处理后输出数字信号；所述延迟链阵列包括若干延迟链，在ASIC芯片内部平行于ASIC芯片的一个侧面的至少一个平面上排布有“四角+中间”延迟链组合，平行于ASIC芯片的另一个侧面的至少一个平面上排布有“四角+中间”延迟链组合，平行于ASIC芯片的底面的至少一个平面上排布有“四角+中间”延迟链组合；所述ASIC芯片的两个侧面互相垂直；所述“四角+中间”延迟链组合包括设于平面四个角上的延迟链及设于平面中心的延迟链，其中，设于平面中心的延迟链处在与该平面呈一定角度相交的另一平面内。2.根据权利要求1中所述的ASIC芯片，其特征在于：所述平面四个角上的延迟链为90
°
延迟链、十字形延迟链、正方形延迟链中的任意一种，平面中心的延迟链为90
°
延迟链、十字形延迟链、正方形延迟链、共圆分布延迟链中的任意一种；其中，90
°
延迟链包括两个之间呈90
°
排列的延迟链单元；十字形延迟链包括组成“十字形”的四个分支的四个延迟链单元，每个延迟链单元在“十字形”的一个分支上，且四个延迟链单元在顺时针或者逆时针方向上相邻两个延迟链单元之间呈90
°
排列；正方形延迟链包括组成“正方形”的四条边的四个延迟链单元，每个延迟链单元在“正方形”的一条边上，且四个延迟链单元在顺时针或者逆时针方向上相邻两个延迟链单元之间呈90
°
排列；共圆分布延迟链包括若干个在一个圆弧上排列的延迟链单元，相邻两个延迟链单元之间呈一定角度。3.根据权利要求2中所述的ASIC芯片，其特征在于：所述延迟链单元为游标延迟链单元、抽头延迟链单元、差分延迟链单元中的任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄孙峰，周其伟，
申请(专利权)人：南京湃睿半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：