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1、(10)申请公布号 CN 102292692 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102292692 A *CN102292692A* (21)申请号 200980155487.8 (22)申请日 2009.12.22 12/342,001 2008.12.22 US G06F 3/033(2006.01) G06F 3/03(2006.01) (71)申请人 弗拉多米尔瓦格诺夫 地址 美国加利福尼亚州 申请人 尼古拉别洛夫 (72)发明人 弗拉多米尔瓦格诺夫 尼古拉别洛夫 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人 顾峻峰 (54) 发明名称 半导。
2、体输入控制装置 (57) 摘要 已公开适于诸如蜂窝电话、 便携式游戏装置 和其它手持电子装置的大量应用连同像医疗设 备、 机器人、 安全系统和无线传感器网络的其它应 用的输入控制装置。该装置可以是单轴或双轴或 三轴灵敏性的， 从而拓宽应用范围。 装置包括力传 感器芯片， 该传感器芯片形成于半导体衬底内并 包含力传感器以及用于安装和 / 或引线接合的电 气连接元件， 该力传感器响应于施加的外力提供 电输出信号。信号调节和处理集成电路可以集成 在某些装置内。封装封闭所述力传感器芯片的至 少一部分， 且包括与用于将外力传递到力传感器 芯片的传感器芯片协配的力传递元件。 (30)优先权数据 (85)P。
3、CT申请进入国家阶段日 2011.07.22 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2009/069091 2009.12.22 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/075324 EN 2010.07.01 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 4 页 CN 102292709 A1/3 页 2 1. 一种用于将机械信号输入电子系统的半导体输入控制装置， 包括 ： 力传感器芯片， 所述力传感器芯片形成于半导体衬底内， 所述力传感器芯片具有第一 面和第二面、 电气连接元件、 力施加区、 以及至少一。
4、个力传感器， 所述力传感器响应于施加 到所述力施加区的外力提供电输出信号 ； 封装， 所述封装封闭所述力传感器芯片的至少一部分 ； 以及 力传递元件， 所述力传递元件与所述力施加区协作， 所述力传递元件将外力传递到所 述力传感器芯片 ； 其中， 所述力传感器芯片的所述电气连接元件和力施加区位于所述力传感器芯片的所 述第一面上， 且当施加所述外力时， 所述力传递元件与在所述力传感器芯片的所述第一面 上的所述力施加区接触。 2. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述外力直接施加到所述封装的所述力传 递元件。 3. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 为了所述装置的更好的和多轴的。
5、灵敏度， 所 述力传感器芯片具有联接到所述封装的所述力传递元件的力传递元件。 4. 如权利要求 3 所述的装置， 其特征在于， 所述力传感器芯片的所述力传递元件由选 自以下材料制成 ： 金属、 合金、 塑料、 橡胶、 硅、 陶瓷、 玻璃或上述的组合。 5. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述封装的所述力传递元件由选自以下的 材料制成 ： 一层均匀材料、 至少两层均匀材料、 带有硬度梯度的不均匀材料或上述的组合。 6.如权利要求1所述的装置， 其特征在于， 将所述封装安装在PCB上并且与所述PCB的 机械联接选自以下 ： 焊接件、 未充满的粘合剂、 敷加在所述封装的侧壁和 PCB 。
6、表面的周围的 粘合剂、 金属支架或上述的组合。 7. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 上述力传感器芯片由引线接合到所述封装 内。 8. 一种用于将机械信号输入电子系统的半导体输入控制装置， 包括 ： 形成于半导体衬底内的力传感器芯片， 所述力传感器芯片包括第一面和第二面、 电气 连接元件、 力施加区、 以及至少一个力传感器， 所述力传感器响应于施加到所述力施加区的 外力提供电输出信号 ； 以及 封装， 所述封装封闭所述力传感器芯片的至少一部分， 所述封装包括将外力传递到所 述力传感器芯片的力传递元件 ； 其中， 所述电气连接元件位于所述力传感器芯片的所述第一面上， 所述力施加区位于。
7、 力传感器芯片的所述第二面上， 且当施加所述外力时， 所述力传递元件与在所述力传感器 芯片的所述第二面上的所述力施加区接触。 9. 如权利要求 2 所述的装置， 其特征在于， 所述力传感器芯片以倒装片方式安装在所 述封装内。 10. 一种用于将机械信号输入电子系统的半导体输入控制装置， 包括 ： 力传感器芯片， 所述力传感器芯片形成于半导体衬底内， 所述力传感器芯片包括第一 面和第二面、 电气连接元件、 力施加区、 以及至少一个力传感器， 所述力传感器响应于施加 到所述力施加区的外力提供电输出信号 ； 晶体管集成电路， 所述晶体管集成电路形成于半导体衬底内， 所述晶体管集成电路与 权 利 要 。
8、求 书 CN 102292692 A CN 102292709 A2/3 页 3 所述至少一个力传感器电气联接以接收所述电信号 ； 封装， 所述封装封闭所述力传感器芯片的至少一部分 ； 以及 力传递元件， 所述力传递元件与所述力传感器芯片协作， 所述力传递元件将外力传递 到所述力传感器芯片 ； 其中， 所述晶体管集成电路提供来自所述至少一个力传感器的所述电输出信号的信号 调节和信号处理。 11. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 为将所述半导体输入控制装置直接安装 到电子系统中， 使所述力传感器芯片的电气连接元件露出。 12. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 所述装置。
9、具有至少 N 个力传感器， N 小于 四， 所述至少N个力传感器提供独立的电输出信号， 所述信号包含关于外力向量的N个分量 的信息。 13. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 所述半导体输入控制装置安装在印刷电 路板(PCB)上， 因而， 所述力传感器芯片的所述第一面相对于所述PCB平面的位置的相互位 置选自以下相互位置， 包括 ： 平行、 垂直或不平行。 14. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 还包括按钮， 所述按钮提供与所述外力的 接口并将所述外力传递到所述力传递元件， 以使得所述力传递元件将所述外力传递到所述 力传感器芯片。 15. 如权利要求 14 所述的装置。
10、， 其特征在于， 所述按钮具有使所述按钮与所述力传递 元件协配的连接件， 所述连接件构造成允许所述按钮被替换。 16. 如权利要求 14 所述的装置， 其特征在于， 所述按钮集成到选自以下组的控制面板 中， 所述组包括以下所述的一个或多个 ： 键盘、 键垫、 控制面区域及上述的组合。 17. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 所述装置安装在物体上的选自以下的位 置处 ： 前、 后、 顶、 底、 左侧、 右侧、 前板、 边、 控制板、 控制区域、 侧壁、 手柄、 方向盘、 外表面、 物 体内部或上述的组合。 18. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 响应于施加到所述力施加。
11、区的所述外力 而提供所述电输出信号的所述至少一个力传感器中的一个或多个力传感器选自以下 ： 压电 晶体管、 PN 结、 隧道二极管、 肖特基二极管、 剪切应力部件、 压阻惠斯通电桥、 MOS 晶体管、 互 补成对 CMOS 晶体管、 双极晶体管、 成对的 P-N-P 和 N-P-N 双极晶体管、 双极晶体管和连接到 晶体管的至少一个压电晶体管、 MOS 晶体管和连接到晶体管的至少一个压电晶体管、 双极晶 体管电路和 CMOS 晶体管电路、 压电传感器、 电容器、 差动电容器、 电容电桥、 磁传感器、 电磁 传感器、 磁电传感器、 光学传感器、 辐射发射和辐射敏感部件、 振动传感器、 声波传感器。
12、、 热 传感器、 热传递传感器或它们的组合。 19. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 所述电气连接元件选自以下 ： 用于引线接 合的金属接触垫、 用于倒装片方式接合的金属垫、 焊接球、 焊接凸起、 穿过硅通孔、 射束引线 或它们的组合。 20. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 由所述晶体管集成电路提供的所述电输 出信号的所述信号调节和信号处理包括选自如下所述的力感测、 信号调节和信号处理功能 之间的划分 ： 在一个力传感器芯片内集成力感测、 信号调节和信号处理功能 ； 在力传感器 芯片内集成力感测和至少一些信号调节功能， 且在至少另一芯片内集成至少信号处理功 权 利。
13、 要 求 书 CN 102292692 A CN 102292709 A3/3 页 4 能 ； 在力传感器芯片内集成力感测功能， 且在至少另一芯片内集成信号调节功能 ； 在力传 感器芯片内集成力感测功能， 且在至少另一芯片内集成信号调节和信号处理功能。 21. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 所述晶体管集成电路位于所述半导体输 入控制装置的所述封装内。 22. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 所述晶体管集成电路选自以下 ： CMOS、 双 极和双 CMOS。 23. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 电气连接元件位于所述第一面上， 力施加 区位于力传感器。
14、芯片的所述第二面上， 且所述力传递元件与在所述力传感器芯片的所述第 二面上的所述力施加区联接。 24. 如权利要求 10 所述的装置， 其特征在于， 所述力传感器芯片的电气连接元件和力 施加区位于所述力传感器芯片的所述第一面上， 且所述力传递元件与在所述力传感器芯片 的所述第一面上的所述力施加区联接。 权 利 要 求 书 CN 102292692 A CN 102292709 A1/8 页 5 半导体输入控制装置 0001 本发明是 2008 年 12 月 22 日提交的美国专利申请 12/342,001 的延续申请， 此申 请的全部内容以参见的方式纳入本文。 技术领域 0002 本发明涉及半。
15、导体输入控制系统、 微电子机械系统 (MEMS)、 传感器， 且更具体地涉 及用于多种用途且尤其用于消费用途和其它用途的手指鼠标和微型操纵杆的单轴或双轴 或三轴力传感器。 背景技术 0003 已知基于带有柔性膜片上的应力灵敏部件的微型机加工硅芯片的单轴或双轴或 三轴力传感器。现有技术使用带有应力灵敏部件的硅芯片， 这些部件利用金属杆或销粘结 到金属弹性元件以施加外力。这些力传感器的封装一般较复杂、 较大且较贵。 0004 然而， 有对于单轴、 双轴和三轴输入力控制装置的需要， 这些装置低成本、 较小、 可 靠、 稳定、 提供 X、 Y 或 X、 Y、 Z 灵敏度之间经选择的比率、 低横轴线灵敏。
16、度、 与 CMOS 工艺集 成、 可缩放、 用于施加外力的方便的解决方式， 施加的力及偏转的可选择的组合以及大量应 用的可制造性。 此类例子是诸如蜂窝电话、 便携式游戏机、 数字照相机等的消费者市场和用 途， 使用用户触觉力输入作为用户界面的一部分。 发明内容 0005 已公开适于诸如蜂窝电话、 便携式游戏装置和其它手持电子装置的大量应用的低 成本力输入控制装置。 0006 该装置包括力传感器芯片， 该芯片形成于半导体衬底内并包含 ： 力施加区、 至少一 个力传感器， 该力传感器响应于施加到力施加区的外力而提供电输出信号 ； 至少一个信号 调节和处理集成电路， 该电路提供来自力传感器的输出信号。
17、的调节和处理 ； 封装， 该封装封 闭力传感器芯片的至少一部分并包括联接到传感器芯片的力传递元件以将外力传递到力 传感器芯片 ； 以及机械联接到封装的力传递元件的按钮以提供与外力的接口。 0007 一些实施例提供一种用于将机械信号输入电子系统的半导体输入控制装置， 该装 置包括 ： 形成于半导体衬底内的力传感器芯片， 力传感器芯片包括第一面和第二面、 电气连 接元件、 力施加区和至少一个力传感器， 该力传感器响应于施加到力施加区的外力而提供 电输出信号 ； 以及封闭力传感器芯片的至少一部分的封装， 该封装包括将外力传递到力传 感器芯片的力传递元件 ； 其中， 电气连接元件位于力传感器芯片的第一。
18、面上， 而力施加区位 于力传感器芯片的第二面上， 且力传递元件联接到力传感器芯片的第二面上的力施加区。 0008 其它的实施例提供用于将机械信号输入到电子系统中的半导体输入控制装置， 该 装置包括 ： 形成于半导体衬底内的力传感器芯片， 该力传感器芯片包括第一面和第二面、 电 气连接元件、 力施加区和至少一个力传感器， 该力传感器响应于施加到力施加区的外力而 提供电输出信号 ； 封装， 该封装封闭力传感器芯片的至少一部分 ； 以及力传递元件， 其与力 说 明 书 CN 102292692 A CN 102292709 A2/8 页 6 施加区协作， 将外力传递到力传感器芯片 ； 其中， 力传感。
19、器芯片的力施加区和电气连接元件 位于力传感器芯片的第一面上， 且当施加外力时， 力传递元件与力传感器芯片的第一面上 的力施加区接触。 0009 还有另外的实施例提供用于将机械信号输入电子系统的半导体输入控制装置， 该 装置包括 ： 形成于半导体衬底内的力传感器芯片， 力传感器芯片包括第一面和第二面、 电气 连接元件、 力施加区和至少一个力传感器， 该力传感器响应于施加到力施加区的外力而提 供电输出信号 ； 形成于半导体衬底内的晶体管集成电路， 该晶体管集成电路与至少一个力 传感器电气联接以接收电信号 ； 封装， 该封装封闭力传感器芯片的至少一部分 ； 以及力传 递元件， 其与力传感器芯片协作，。
20、 将外力传递到力传感器芯片 ； 其中， 晶体管集成电路提供 来自至少一个力传感器的电输出信号的信号调节和信号处理。 附图说明 0010 本发明的以上和其它方面、 特征和优点将从结合下述附图所示的、 下面更具体的 本发明的说明中变得更加明显， 附图中 ： 0011 图 1 是力输入控制装置的视图， 该装置具有位于力传感器芯片的第一面上的电气 连接元件、 位于力传感器芯片的第二面上的力施加区以及与力传感器芯片的第二面上的力 施加区连联接的力传递元件。 0012 图 2 是输入控制装置的视图， 该装置具有力传感器芯片的电气连接元件， 暴露这 些元件以在电子系统内直接安装到半导体输入控制装置。 001。
21、3 图 3 是力输入控制装置的视图， 该装置具有位于力传感器芯片的第一面上的力传 感器芯片的力施加区和电气连接元件以及与力传感器芯片的第一面上的力施加区联接的 力传递元件。 0014 图 4 是带有力传感器芯片中的硅通孔的输入控制装置的视图。 0015 图 5 是具有按钮的输入控制装置的视图， 该按钮提供与外力的接口并将外力传递 到力传递元件。 0016 图 6 是具有力传感器芯片的输入控制装置的视图， 该力传感器芯片以倒装片方式 安装在晶体管集成电路顶部， 该电路提供来自力传感器的电输出信号的信号调节和信号处 理。 0017 图 7 是具有力传感器芯片的输入控制装置的视图， 为了引线接合， 。
22、该芯片安装在 晶体管集成电路顶部， 该电路提供来自力传感器的电输出信号的信号调节和信号处理。 0018 图 8 是安装在印刷电路板 (PCB) 上的输入控制装置的视图， 而力传感器芯片的第 一面相对于 PCB 平面的位置有多种相互位置。 0019 图 9 是具有输入控制装置在蜂窝电话本体上的不同位置的蜂窝电话的视图。 0020 图 10 是具有输入控制装置在游戏装置的本体上的不同位置的游戏装置的视图。 0021 在附图的若干视图中， 对应的附图标记标示对应的部件。熟练的技术人员会意识 到附图中的元件作了简化清晰显示且不必成比例地绘制这些元件。例如， 附图中一些元件 的尺寸可相对于其它元件被放大。
23、以有助于改善对本发明的各个实施例的理解。同样， 为了 便于更少阻碍地观察本发明的这些各种实施例， 经常不示出在商业上可实行的实施例中有 用或必要的普通但熟知的元件。 说 明 书 CN 102292692 A CN 102292709 A3/8 页 7 具体实施方式 0022 本实施例部分地提供用于诸如蜂窝电话、 便携式游戏机、 遥控装置、 PDA、 数字照相 机等的大量消费者市场的单轴或双轴或三轴力输入控制装置。此外， 本实施例提供用于电 子消费装置中的不同功能的单轴或双轴或三轴力输入控制装置的封装方案。附加地， 本实 施例提供低成本的单轴或双轴或三轴力输入控制装置。此外， 本实施例提供小尺寸。
24、的单轴 或双轴或三轴力输入控制装置。另外， 本实施例提供高度可靠的单轴或双轴或三轴力输入 控制装置。 0023 本实施例还提供高度稳定的单轴或双轴或三轴力输入控制装置。附加地， 本实施 例提供可升级的 (scalable) 单轴或双轴或三轴力输入控制装置。此外， 本实施例提供允许 用于施加外力的方便的解决方案的单轴或双轴或三轴力输入控制装置。 0024 图 1 至 10 示出力输入控制装置、 它们的封装、 组装和安装的不同选择的各种实施 例。在下面六个实施例中给出根据本发明的实施例的装置的详细描述。本发明不限于这六 个实施例， 且为表示本发明的发明性方面而提供这六个实施例。 此外， 下述实施例。
25、的特征和 方面可以不脱离本发明地进行互换。 尽管借助本发明的具体实施例和应用场合来描述下面 公开的本发明， 但可由本领域的技术人员不脱离权利要求书中阐释的本发明的范围来对其 作多种修改和变化。 0025 第一实施例 0026 在图 1 中示出根据第一实施例的输入控制装置 1 的例子。输入控制装置 1 包含封 装 22、 半导体力传感器芯片 10 和力传递元件 24。形成于半导体衬底内的力传感器芯片 10 具有第一面 (12) 和第二面 (14)， 具有电气连接元件 18、 力施加区 16 并包含至少一个力传 感器 20， 该传感器响应于施加到力施加区 16 的外力提供电输出信号。第一面 (12。
26、) 与第二 面 (14) 相对。 0027 在输入控制装置1的另一形式中， 为了输入控制装置1的更好的和多轴的灵敏度， 力传感器芯片 10 具有附加的力传递元件， 该力传递元件联接到封装 22 的力传递元件 24 和 力施加区 16。 0028 联接到力传感器芯片 10 的力传递元件 24 可由允许外力传递到力传感器芯片 10 的基本上任何相关的材料制成。例如， 力传递元件 24 可由如下材料构造成 ： 金属、 合金、 塑 料、 橡胶、 硅、 陶瓷、 玻璃， 以及上述的组合和 / 或其它这种相关的材料。附加地， 力传递元件 24 可构造成具有不同结构， 像单层均匀材料、 至少两层均匀材料、 具。
27、有硬度梯度的不均匀材 料及上述的组合。 0029 电气连接元件 18 可以是具有下凸金属的金属垫、 焊接球或焊接凸起， 或者是使输 入控制装置 1 可以安装到并电气联接到例如印刷电路板 26 的其它这种结构。在一些实施 方式中， 电气连接元件 18 允许力传感器芯片 10 以倒装片的方式安装在封装 22 内。附加的 材料和结构可用在力传感器芯片 10 和封装 22 之间的接触面处， 以提供力传感器芯片 10 和 封装 22 之间连接的机械强度。例如， 可使用未充满的附加粘合剂、 熔融玻璃或其它结构材 料 ； 可利用附加的虚设焊点， 匹配的机械结构可形成于连接表面上， 例如， 芯片可置于形成 于。
28、封装 22 中的空腔内等等。 0030 如上所介绍地， 输入控制装置 1 安装在印刷电路板 (PCB)26 上或电子系统内的其 说 明 书 CN 102292692 A CN 102292709 A4/8 页 8 它衬底上。 0031 根据第一实施例的输入控制装置1的一些有利的特征在于， 电气连接元件18和至 少一个力传感器 20 位于第一面 (12) 上， 力施加区 16 位于力传感器芯片 10 的第二面 (14) 上， 且力传递元件 24 联接到力传感器芯片 10 的第二面 (14) 上的力施加区 16。 0032 当外力施加到封装 22 的力传递元件 24 时， 外力被传递到力传感器芯片。
29、 10 的力施 加区 16。力传感器芯片 10 响应于所施加的力而提供输出信号。这些信号可用作电子系统 中的输入信号。 例如， 经一个或多个电气连接元件18传递的力传感器芯片10的输出信号可 用于蜂窝电话屏幕上的光标位置控制、 游戏装置中的人物的运动和动作的控制、 监测病人、 运动设备的控制等。力传感器芯片 10 的输出信号可携带信息以允许对光标或用户界面处 的其它物体进行单轴或双轴或三轴或者更复杂的控制。在感测外力向量的 N 个分量 (N 1、 2或3)的普通情况下， 输入控制装置1通常包括至少N个力传感器， 这些传感器提供包含 关于外力向量的 N 个分量的信息的独立的电输出信号。 0033。
30、 响应于传递到并施加到力施加区16的外力而提供电输出信号的力传感器20可选 自以下， 但不限于以下 ： 压电晶体管、 PN 结、 隧道二极管、 肖特基二极管、 剪切应力部件、 压 阻惠斯通电桥、 MOS 晶体管、 互补 CMOS 晶体管、 双极晶体管、 P-N-P 和 N-P-N 双极晶体管、 双 极晶体管和连接到晶体管的至少一个压电晶体管、 MOS 晶体管和连接到晶体管的至少一个 压电晶体管、 双极性晶体管电路和 CMOS 晶体管电路、 压电传感器、 电容器、 差动电容器、 电 容电桥、 磁传感器、 电磁传感器、 磁电传感器、 光学传感器、 辐射发射和辐射敏感部件、 振动 传感器、 声波传感。
31、器、 热传感器、 热传递传感器或它们的组合， 和 / 或其它这种相关的装置。 0034 在许多情况下， 由力传感器 20 提供的电信号是经处理的。这种处理可包括信号调 节和信号处理。 信号调节可包括但不限于与温度相关的测量值误差的补偿、 放大、 非线性补 偿、 力传感器芯片的输出信号数字化或将输出信号转换成频率。 尽管也可使用模拟处理， 但 信号处理较佳地以数字形式进行。信号处理可包括来自不同的力传感器的信号复用、 由信 号的数字处理来计算施加到输入控制装置的力向量的一些或所有分量或模， 提供传感器参 数， 例如偏移和敏感度及其它操作的修正。信号调节和处理电子装置还可包括用于无线传 递信号的电。
32、路。 信号调节和处理通常利用使用晶体管的集成电路， 有时在后文中被称为 “晶 体管集成电路” 。 0035 在根据第一实施例的一些实施方式的输入控制装置 1 中， 至少一些信号调节和处 理电路集成在力传感器芯片 10 上。 0036 第二实施例 0037 图 2 示出图 1 的输入控制装置 1 的变型。在此实施例中， 封装 22 封闭力传感器芯 片 10 的一部分， 使力传感器芯片 10 靠近第一面 12 的一部分露出， 且还包括将外力传递到 力施加区 16 的力传递元件 24。露出电气连接元件 18， 以例如直接将其以倒装片方式安装 到 PCB26。 0038 第三实施例 0039 在图 3。
33、 中示出根据第三实施例的输入控制装置 1。输入控制装置 1 包含封装 22、 半导体力传感器芯片 10 和力传递元件 24。形成于半导体衬底内的力传感器芯片 10 具有 第一面 (12) 和第二面 (14)， 具有电气连接元件 18、 力施加区 16， 并包含至少一个力传感器 20， 该传感器响应于施加到力施加区 16 的外力而提供电输出信号。通常， 金属垫用作电气 说 明 书 CN 102292692 A CN 102292709 A5/8 页 9 连接元件 18。电气连接元件使力传感器芯片 10 可进行引线接合。输入控制装置 1 安装在 印刷电路板 (PCB)26 上或电子系统内的其它衬底。
34、上。 0040 根据图 3 中示出的实施例的输入控制装置 1 的一些特征在于， 电气连接元件 18 和 至少一个力传感器 20 以及力施加区 16 位于力传感器芯片 10 的第一面 (12) 上， 而力传递 元件 24 也联接到力传感器芯片 10 的第一面上的力施加区 16。 0041 在输入控制装置 1 的这个第三实施例中， 电气连接元件 18 可用于封装 22 内的引 线接合。如果对于一些应用场合要求力传感器芯片以倒装片方式安装在封装内， 则可使用 图 4 中所示的输入控制装置 1 的形式。图 4 示出输入控制装置 1， 其中力传感器芯片 10 具 有位于力传感器芯片10的第一面(12)附。
35、近的至少一个力传感器20、 这些传感器20的电气 连接件 28 和力施加区 16。电气连接元件 18 位于力传感器芯片 10 的第二面 (14) 上并且例 如通过硅通孔 (TSV)30 与连接件 28 电气连接。 0042 第四实施例 0043 在图 5 中示出根据第四实施例的输入控制装置 1。输入装置 1 包含封装 22、 半导 体力传感器芯片 10、 力传递元件 24 和按钮 32。形成于半导体衬底内的力传感器芯片 10 具 有第一面 (12) 和第二面 (14)， 并具有电气连接元件 18 和力施加区 16。至少一个力传感器 20 形成于力传感器芯片内。力传感器 20 响应于施加到力施加。
36、区 16 的外力提供电输出信 号。如上所述， 金属垫、 焊接凸起、 焊接球或其它相关的导电结构用作电气连接元件 18。通 常， 电气连接元件18允许以倒装片方式安装力传感器芯片10。 输入控制装置1安装在印刷 电路板 (PCB)26 上或电子系统内的其它衬底上。 0044 尽管显然外力可直接施加到至封装的力传递元件 24， 但出于实际目的经常使用外 部按钮 32。按钮 32 连接到封装 22 的力传递元件 24。按钮 32 可由基本上任何相关材料， 诸 如但不限于， 塑料、 金属、 陶瓷、 玻璃、 聚合物、 宝石， 其它这种相关材料或上述的组合制成。 按钮 32 可具有不同形状和要素， 诸如凸。
37、形、 凹形、 鞍形、 圆柱形、 盘、 圆顶、 棒、 半球形、 圆锥 形、 棱锥形、 棱镜、 柱座 (tore)、 波纹形、 凹口、 触觉上可识别的特征和其它此类特征或组合。 封装 22 和按钮 32 都可具有一定轮廓的连接元件， 这些元件提供按钮和封装 22 之间的可靠 连接。尤其是， 力传递元件 24 和按钮 32 可在具有孔、 空腔、 沟、 凹口、 柱、 销、 缘、 台阶、 条、 螺 纹、 齿、 钩或上述的组合的形状的表面上联接。在输入控制装置 1 的变形中， 形成于按钮 32 中的有一定轮廓的连接件和力传递元件 24 具有锁定机构。有一定轮廓的连接元件还可向 力传感器芯片 10 提供力和。
38、扭矩过载保护。按钮 32 符合人体工程学地设计成通过提供较佳 的材料、 形状、 尺寸、 操作输入装置要求的力的范围、 刚度、 最大变形、 触感和颜色向使用者 提供最大化的方便。 输入控制装置1可以是键盘、 键垫(key mat)、 控制面板、 控制面区域等 的一部分。按钮还可以是可替代的和可互换的。 0045 当外力例如通过手指施加到按钮 32 时， 外力经由力传感器芯片 10 的力施加区 16 和力传递元件 24 传递到力传感器 20。力传感器芯片 10 响应于所施加的力提供输出信号。 这些信号可用作电子系统中的输入信号。力传感器芯片 10 的输出信号可具有多个分量并 且可允许对例如游戏人物。
39、或用户界面处的其它物体进行单轴或双轴或三轴控制。 0046 第五实施例 0047 图6和7示出根据第五实施例的输入控制装置1的例子。 输入装置1包含封装22、 半导体力传感器芯片 10、 力传递元件 24 和第二半导体芯片 34。形成于半导体衬底内的力 说 明 书 CN 102292692 A CN 102292709 A6/8 页 10 传感器芯片 10 具有第一面 (12) 和第二面 (14)， 具有电气连接元件 18 和力施加区 16。至 少一个力传感器 20 形成于力传感器芯片 10 内。力传感器 20 响应于施加到力施加区 16 的 外力而提供电输出信号。 0048 第二半导体芯片 。
40、34 包含用于力传感器 20 的输出信号的信号调节和 / 或信号处理 的晶体管集成电路。 在第一实施例的描述中已讨论了使用信号调节和信号处理集成电路的 原因。晶体管集成电路可以是基本上任何相关的电路， 诸如但不限于， CMOS、 双极、 双 CMOS 和 / 或其它这种相关的电路。 0049 一般来说， 力感测、 信号调节和信号处理功能之间的划分可以是不同的。力感测、 信号调节和信号处理功能可以集成在一个力传感器芯片 10 内。在此情况下只需要一个芯 片。另一种选择是在力传感器芯片 10 内集成力感测和至少一些信号调节功能以及在第二 半导体芯片 34 内集成至少信号处理功能。还有一种选择是在力。
41、传感器芯片 10 内集成力感 测功能以及在至少另一个半导体芯片 34 内集成信号调节功能。还有一种选择是在力传感 器芯片 10 内集成力感测功能以及在至少另一个半导体芯片内集成信号调节和信号处理功 能。 0050 可有更多功能划分的选择。例如， 输入控制装置 1 可具有一起装入一个封装 22 内 的力传感器芯片 10 和包含晶体管集成电路的信号调节和信号处理芯片 34， 如图 6 中所示， 以及位于封装 22 外部、 提供无线通信的第三芯片。 0051 可使用不同的方法来建立力感测芯片10和第二半导体芯片34之间的机械和电气 连接以及这些芯片到封装的机械和电气连接。图 6 示出具有形成在第一面。
42、 12 上的电气连 接元件 18 以及位于芯片 10 的第二面上的力施加区 16 的力传感器芯片 10。电气连接元件 18 可以是具有下凸金属的金属垫、 焊接球、 焊接凸起或其它相关的导电连接件。在一些实 施方式中， 电气连接元件 18 允许力传感器芯片 10 以倒装片方式安装在第二半导体芯片 34 上。为了提供力传感器芯片 10 和第二半导体芯片 34 之间连接的机械强度， 可在这两个芯 片之间的接触面处使用附加材料和结构。 例如， 可使用未充满或附加的粘合剂 ； 可利用附加 的虚设焊点， 匹配的机械微结构可形成于连接表面上等。 0052 第二半导体芯片 34 具有用于与封装电气连接的电气连。
43、接元件 36。输入控制装置 1 安装在印刷电路板 (PCB)26 上或电子系统内的其它衬底上。 0053 图 7 示出力传感器芯片 10 的封装和设计的另一选择。在图 7 中所示的解决方案 中， 力传感器芯片 10 具有形成在第一面 (12) 上的力施加区 16 和电力连接元件 18。第二 面 (14) 用于安装到第二半导体芯片 34 的顶部上。在一些情况下， 力传感器芯片的电气连 接元件 18 和第二半导体芯片 34 的电气连接元件 36 形成为适用于引线接合。 0054 第六实施例 0055 图 8 示出输入控制装置相对于 PC 板 26 的不同的、 可能的定向。已封装的输入装 置 40 。
44、以力传感器芯片的第一面 (12) 平行于 PCB 的方式安装在 PC 板 26 上。封装过的输入 装置 42 以力传感器芯片的第一面 (12) 垂直于 PCB 的方式安装在 PC 板 26 上。例如当有在 像蜂窝电话的手持装置的侧壁上有控制按钮的需要时， 可以使用这种类型的安装。在此情 况下， 输入控制装置应当靠近 PC 板 26 的边缘进行安装。在 PCB 上直接进行的边缘安装通 常采用专门的封装， 以使输入装置 42 可靠地机械和电气连接到 PC 板 26。已封装的输入装 置 44 以力传感器芯片的第一面 (12) 与 PCB26 成某一锐角 ( 或取决于定向为钝角 ) 的方式 说 明 书。
45、 CN 102292692 A CN 102292709 A7/8 页 11 安装在 PC 板 26 上。 0056 按钮(诸如参见图5描述的按钮32)可与安装类型无关地联接到输入装置40、 42、 44。然而， 可以理解的是， 可根据每种类型的输入装置 40、 42 和 44 的安装调节按钮 32 的设 计， 以向用户提供期望的效果和 / 或最大的方便。 0057 根据本实施例的输入控制装置的优点之一在于， 它们可以根据想要的实施方式 构造成基本上任何相关的尺寸， 包括构造成相对非常小的尺寸， 诸如在一些实施例中具有 (0.1 至 10) 毫米范围的尺寸。这允许在实际上任何位置， 诸如在消费。
46、电子装置和 / 或手持 装置的表面上， 分配最小的空间。然而， 当期望有更大的尺寸时， 还可构造其它更大尺寸的 输入控制装置。 0058 图 9 示出手持装置 52， 在此例中为包括多个输入控制装置 1 的无线或蜂窝电话的 立体图。由于输入控制装置 1 可构造成相对较小的尺寸， 因此它们还能包含到蜂窝电话 52 的基本上任何表面上或表面中。 例如， 输入控制装置可以不仅置于手持装置的前板上， 而且 还可置于手持装置的侧面上， 如图 9 中所示。在一些情况下， 可以有利地具有经边缘安装的 输入控制装置的至少两种基本选择 ： 在手持装置的右侧 ( 用于第一组控制件和 / 或用于惯 用右手的人 ) 。
47、和在手持装置的左侧 ( 用于第二组控制件和 / 或用于惯用左手的人 )。图 9 中所示的手持装置 52 提供分布在手持装置 52 的不同位置的多个输入控制装置。 0059 在此例中更具体地， 图 9 示出蜂窝电话 52， 作为可从本实施例的受力控制的单轴 或双轴或三轴输入控制装置的使用中获益的手持装置的例子。在蜂窝电话 52 的前板上示 出提供手指控制的微型鼠标或微型操纵杆功能的一个输入控制装置 58。还示出安装在蜂 窝电话 52 的侧面上的多个附加的输入控制装置 55、 57、 60 和 63， 这些装置提供相似的受力 控制的微型鼠标或微型操纵杆的功能。尤其是， 微型鼠标或微型操纵杆输入控制。
48、装置 57 和 55分别从左侧和右侧靠近蜂窝电话52的顶部安装。 在图9中所示的例子中， 输入控制装置 57 可由手指 56 控制， 且输入控制装置 56 可由拇指 54 控制。在一些情况下， 附加的微型鼠 标或微型操纵杆输入控制装置 60 和 63 可安装在蜂窝电话 52 的侧壁的其它部分上， 在这些 部分上， 微型鼠标或微型操纵杆输入控制装置 60 和 63 可由用户手指， 诸如分别由手指 59、 61 来控制， 如图 9 中所示。 0060 图 10 示出游戏装置 70， 作为可从本实施例的受力控制的单轴或双轴或三轴输入 控制装置的使用中获益的手持装置的另一例子。例如， 一个或多个输入控。
49、制装置可安装在 游戏装置70的前板上。 在游戏装置70的前板上示出两个微型操纵杆输入控制装置77、 79。 如图 10 中所示， 这些输入控制装置 77 和 79 通常分别由例如拇指 76 和 78 来控制。类似的 受力控制的微型操纵杆输入控制装置还可安装在游戏装置 70 的侧壁上。图 10 示出安装在 游戏装置 70 的侧壁的顶部上的微型操纵杆输入控制装置 80、 82。微型操纵杆输入控制装 置 84、 86 还可分别安装在游戏装置 70 的左侧壁和右侧壁上。微型操纵杆输入控制装置可 安装在游戏装置 70 的前板、 后板和侧壁的其它部分上。 0061 如在第四实施例中所述， 按钮可以符合人体工程学地设计成通过提供较佳的材 料、 形状、 尺寸、 操作输入装置所要求的力的范围、 刚度、 最大变形、 触感和颜色来向用户提 供最大的方便。 0062 手持装置， 例如蜂窝电话52或游戏装置70可具有本实施例的多个输入控制装置， 诸如微型鼠标或微型操纵杆输入控制装置或多组这种装置。 说 明 书 CN 102292692 A CN 102。