JP2005308546A - History sensor, semiconductor integrated circuit and mounting body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異常な温度や振動などの発生した時刻を測定して、そのデータを過去に遡って読み出すことが可能な履歴センサ、この履歴センサを集積化した半導体集積回路、更にはこの半導体集積回路を搭載した実装体に関する。 The present invention relates to a history sensor capable of measuring the time at which an abnormal temperature, vibration, etc. occurs and reading the data retroactively, a semiconductor integrated circuit in which this history sensor is integrated, and this semiconductor integrated circuit The present invention relates to a mounting body equipped with a circuit.
従来、過去の履歴における振動を遡及して調査するために、測定対象物の振動を計測する振動計測手段(検出器)を備えた携帯型の振動計が提案されている(特許文献1参照。)この特許文献1に記載された振動計は、内部時計(時計)と、外部からの時刻信号を無線により取得する時刻信号取得手段(アンテナ)と、時刻信号取得手段によって取得された時刻信号に基づいて、内部時計の時刻を校正する校正手段(CPU)とを備えている。そして、時刻信号取得手段が、外部からの時刻信号を無線により取得し、校正手段は、時刻信号に基づいて、内部時計の時刻の校正が行われるようになっている。
このように、従来、過去の異常な温度や振動などの発生履歴の遡及は、温度センサや振動センサからの信号を連続的にデータ記録装置に記憶させ、その後に時間的な変化をコンピュータ分析して、最大値が発生した時刻などを求めることが一般的な技術である。
As described above, in the past, the history of occurrence of abnormal temperatures and vibrations in the past has been retrospectively recorded by continuously storing signals from temperature sensors and vibration sensors in a data recording device, and then analyzing the changes over time by computer analysis. Thus, it is a common technique to obtain the time when the maximum value occurs.
しかしながら、従来の履歴センサは、温度などの最大値が発生した時刻を求める場合、センサからの情報を連続的に記録した後に、コンピュータでデータ解析をする必要がある。このため、システムが大規模になると同時に解析時間もかかるので、ユビキタス性が要求される種々の物品の搬送、保存等における管理などには不向きである。 However, when a conventional history sensor obtains the time at which the maximum value such as temperature occurs, it is necessary to perform data analysis by a computer after continuously recording information from the sensor. For this reason, since the system becomes large-scale and takes an analysis time, it is not suitable for management in transportation and storage of various articles requiring ubiquitous properties.
上記問題点を鑑み、本発明は、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、われもの輸送、冷凍冷蔵物の宅配など、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な、履歴センサ、この履歴センサを集積化した半導体集積回路、更にはこの半導体集積回路を搭載した実装体を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, the present invention is not limited to a large-scale system, and is excellent in ubiquitousness, transportation of freight, and delivery of frozen and refrigerated products when retroactively reading the time when the maximum values such as temperature and mechanical vibration occur. It is an object of the present invention to provide a history sensor, a semiconductor integrated circuit in which the history sensor is integrated, and a mounting body on which the semiconductor integrated circuit is mounted, which are suitable for management of various articles such as transportation and storage.
上記目的を達成するために、本発明の第1の特徴は、(イ)一定の減衰時定数で減衰する電荷の減衰特性により計時する計時部と、(ロ)一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となるスイッチと、(ハ)スイッチの導通により、計時部から電荷が分配される電荷記憶部とを備え、電荷の減衰特性により、過渡的な導通をした時刻を同定する履歴センサであることを要旨とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the first feature of the present invention is that (a) a timekeeping unit that measures time by a charge attenuation characteristic that attenuates with a constant attenuation time constant, and (b) a temperature or vibration that exceeds a certain level. (C) a switch that is turned on and turned off again; and (c) a charge storage unit that distributes charges from the timekeeping unit by turning on the switch. The gist of the present invention is that it is a history sensor for identifying.
本発明の第2の特徴は(イ)一定の減衰時定数で減衰する電荷の減衰特性により計時する計時部と、(ロ)一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となるスイッチと、(ハ)スイッチの導通により、計時部から電荷が分配される電荷記憶部と、(ニ)電荷記憶部から電荷記憶部に蓄積された電荷を読み出す周辺回路とを同一の半導体基板上に集積化し、電荷の減衰特性により、過渡的な導通をした時刻を同定する半導体集積回路であることを要旨とする。 The second feature of the present invention is (a) a timekeeping section that measures time by a charge attenuation characteristic that decays with a constant decay time constant; And (c) the charge storage unit to which the charge is distributed from the timing unit by the conduction of the switch, and (d) the peripheral circuit for reading out the charge accumulated in the charge storage unit from the charge storage unit. The gist of the present invention is that it is a semiconductor integrated circuit that is integrated on a substrate and identifies the time of transient conduction based on charge attenuation characteristics.
本発明の第3の特徴は(イ)一定の減衰時定数で減衰する電荷の減衰特性により計時する第1計時部、一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となる第1スイッチ、導通により、第1計時部から電荷が分配される第1電荷記憶部を備える第1センサ部と、(ロ)減衰時定数で減衰する電荷の減衰特性により計時する第2計時部、一定レベルとは異なるレベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となる第2スイッチ、導通により、第2計時部から電荷が分配される第2センサ部と、(ハ)第1及び第2電荷記憶部から、第1及び第2電荷記憶部にそれぞれ蓄積された電荷を読み出す周辺回路とを同一の半導体基板上に集積化し、電荷の減衰特性により、過渡的な導通をした時刻を同定する半導体集積回路であることを要旨とする。 The third feature of the present invention is (a) a first timekeeping section that measures time by a charge decay characteristic that decays with a constant decay time constant, and conducts transiently at a temperature or vibration above a certain level, and then enters a shut-off state again. A first sensor unit including a first charge storage unit that distributes charges from the first timing unit by conduction, and (b) a second timing unit that counts by the attenuation characteristics of the charge that is attenuated by the attenuation time constant. A second switch that is transiently conducted at a temperature or vibration at a level different from a certain level or vibrations and is again cut off, and a second sensor unit that distributes charges from the second timing unit by conduction; Peripheral circuits for reading out the charges accumulated in the first and second charge storage units from the first and second charge storage units are integrated on the same semiconductor substrate, and transient conduction is achieved by charge attenuation characteristics. Semiconductor to identify the time And summarized in that an integrated circuit.
本発明の第4の特徴は(イ)プラスチック基板と、(ロ)このプラスチック基板上に搭載され、一定の減衰時定数で減衰する電荷の減衰特性により計時する計時部、一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となるスイッチ、導通により、計時部から電荷が分配される電荷記憶部、電荷記憶部から電荷記憶部に蓄積された電荷を読み出す周辺回路とを同一半導体基板上に集積化した半導体集積回路と、(ハ)このプラスチック基板上に搭載され、半導体集積回路に電力を供給し、且つ周辺回路とデータ通信を行うアンテナとを備え、減衰時定数とにより、過渡的な導通をした時刻を同定する実装体であることを要旨とする。 The fourth feature of the present invention is: (a) a plastic substrate, and (b) a time counter that is mounted on the plastic substrate and measures the decay characteristics of charges that decay with a constant decay time constant, a temperature above a certain level, or The same semiconductor as the switch that becomes transiently conductive due to vibration and switches off again, the charge storage part that distributes the charge from the timekeeping part by conduction, and the peripheral circuit that reads the charge stored in the charge storage part from the charge storage part A semiconductor integrated circuit integrated on the substrate; and (c) an antenna mounted on the plastic substrate, supplying power to the semiconductor integrated circuit and performing data communication with the peripheral circuit, and by an attenuation time constant, The gist of the present invention is that it is a mounting body that identifies the time when transient conduction has occurred.
本発明によれば、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、われもの輸送、冷凍冷蔵物の宅配など、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な、履歴センサ、この履歴センサを集積化した半導体集積回路、更にはこの半導体集積回路を搭載した実装体を提供することができる。 According to the present invention, when the time when the maximum value such as temperature and mechanical vibration occurs is retroactively, the system does not become large-scale, and is excellent in ubiquitous properties, such as transportation of goods, delivery of frozen refrigerated goods, etc. It is possible to provide a history sensor, a semiconductor integrated circuit in which the history sensor is integrated, and a mounting body on which the semiconductor integrated circuit is mounted, which are suitable for management in transportation, storage and the like of articles.
図面を参照して、以下に本発明の第1及び第2の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第1及び第2の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Hereinafter, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings. Further, the following first and second embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is a component part. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る履歴センサは、図1に示すように、一定の減衰時定数τsで減衰する電荷の減衰特性により計時する計時部1と、一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となるスイッチSW1と、スイッチSW1の導通により、計時部1から電荷が分配される電荷記憶部2とを備える。電荷の減衰特性により、過渡的な導通をした時刻t0を同定する。ここで、計時部1は、計時部キャパシタ(第1容量)C1と、この計時部キャパシタ(第1容量)に並列接続された基準抵抗Rmとを備える。一方、電荷記憶部2は、記憶部キャパシタ(第2容量)C2を備える。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the history sensor according to the first embodiment of the present invention includes a
即ち、図1に示すように、半導体基板11上に2つの第1容量(計時部キャパシタ)C1と第2容量(記憶部キャパシタ)C2が形成されており、更にスイッチSW1で相互に接続されている。まず時刻t=0において、充電端子101,102で第1容量C1を充電して初期電荷Q0を蓄積する。この初期電荷Q0は図2に示されているように、第1容量C1の漏洩抵抗成分により、一定の減衰時定数τs=Rm・C1で減衰する。即ち、t≦t0において
Q1(t)=Q0exp(−t/τs) ・・・・・(1)
もし完全にQ1(t)が消失する前に、時刻t=t0において、外部から一定レベル以上の振動が加わると、振動SWがONになり、第1容量C1に保持されていた電荷Q(t0)の一部が第2容量C2に転送される。即ち、Δtを電荷Q(t0)の一部が第2容量C2に転送されるに必要な微少な時間として、時刻t=t0+Δtにおいて、電荷Q(t0)は、第1容量C1と第2容量C2とで容量分割されるので、第1容量C1の電荷は:
Q1(t0+Δt)=Q1(t0)(C1/(C1+C2)) ・・・・・(2)
第2容量C2の電荷は:
Q2(t0+Δt)=Q1(t0)(C2/(C1+C2)) ・・・・・(3)
となる。更に、t0<tにおいて、第1容量C1の電荷は
Q1(t)=Q1(t0)(C1/(C1+C2))exp(−(t−t0)/τs) ・・・・・(4)
で減衰する。第2容量C2が、電荷のリークのない理想的な容量(キャパシタ)であるとすれば、(3)式で示される時刻t=t0+Δtにおける第2容量C2の電荷量Q1(t0)(C2/(C1+C2))は、一定値に維持されるので、これを後で測定して、(3)式から算出できる。即ち、第1容量C1の電荷減衰理論曲線B(図2参照。)において、スイッチSW1がONになった時刻t0、即ち、第1容量C1への充電が終了してからスイッチSW1がONになるまでの時間は、(3)式から算出された
Q1(t0)=Q0exp(−t0/τs) ・・・・・(5)
の値から推定できる。しかし、第2容量C2のリークが無視できない場合は遡及時間が一意に決定できない。このため、リークの極めて小さい理想的な容量(キャパシタ)を2個、第1容量C1及び第2容量C2として用意し、第1容量C1には図1に示すように基準抵抗Rmを並列に配置し、減衰時定数τs=Rm・C1で、測定時間内で適度にリークするようになる。即ち、これにより、第1容量C1と基準抵抗Rmとの並列回路が、減衰時定数τs=Rm・C1の正確な時計の役割を演ずる。
That is, as shown in FIG. 1, two first capacitors (timer capacitors) C 1 and second capacitors (memory capacitors) C 2 are formed on the
Q 1 (t) = Q 0 exp (−t / τ s ) (1)
If a certain level or more of vibration is applied from the outside at time t = t 0 before Q 1 (t) completely disappears, the vibration SW is turned on, and the charge held in the first capacitor C 1 A part of Q (t 0 ) is transferred to the second capacitor C 2 . That is, assuming that Δt is a minute time required for a part of the charge Q (t 0 ) to be transferred to the second capacitor C 2 , the charge Q (t 0 ) is the first capacitor at time t = t 0 + Δt. Since the capacitance is divided between C 1 and the second capacitor C 2 , the charge of the first capacitor C 1 is:
Q 1 (t 0 + Δt) = Q 1 (t 0 ) (C 1 / (C 1 + C 2 )) (2)
The charge of the second capacitor C 2 is:
Q 2 (t 0 + Δt) = Q 1 (t 0 ) (C 2 / (C 1 + C 2 )) (3)
It becomes. Further, at t 0 <t, the charge of the first capacitor C 1 is
Q 1 (t) = Q 1 (t 0 ) (C 1 / (C 1 + C 2 )) exp (− (t−t 0 ) / τ s ) (4)
It attenuates at. If the second capacitor C 2 is an ideal capacitor (capacitor) with no charge leakage, the charge amount Q 1 ( 2) of the second capacitor C 2 at time t = t 0 + Δt expressed by the equation (3). t 0 ) (C 2 / (C 1 + C 2 )) is maintained at a constant value, which can be measured later and calculated from the equation (3). That is, in the charge decay theoretical curve B of the first capacitor C 1 (see FIG. 2), the switch SW1 is turned on at the time t 0 when the switch SW1 is turned on, that is, after the charging of the first capacitor C 1 is completed. The time until turning ON is calculated from the equation (3): Q 1 (t 0 ) = Q 0 exp (−t 0 / τ s ) (5)
It can be estimated from the value of. However, if the leakage of the second capacitor C 2 can not be ignored retroactive time it can not be uniquely determined. For this reason, two ideal capacitors (capacitors) having extremely small leakage are prepared as a first capacitor C 1 and a second capacitor C 2 , and the first capacitor C 1 has a reference resistance R m as shown in FIG. Are arranged in parallel, and the leakage time constant τ s = R m · C 1 , so that it will leak appropriately within the measurement time. That is, as a result, the parallel circuit of the first capacitor C 1 and the reference resistor R m plays the role of an accurate clock with the decay time constant τ s = R m · C 1 .
温度或いは振動の閾値が測定時間内に複数回越えた場合は、一般に遡及時間算定に誤差が生ずる。なぜなら、一度、第2容量C2に移った電荷が又第1容量C1に戻ってしまうためである(無論、不揮発性メモリを第2容量C2として利用する場合はこの問題はない。)この対策としては、
C2 >> C1 ・・・・・(6)
とすることで、解決できる。即ち、電荷移動前の第1容量C1の電圧V1は電荷移動後の第2容量C2の電圧V2に対してV1>>V2である。したがって、2回目以降の閾値オーバーに対して、第1容量C1への電荷移動量は極めて小さい。
In general, when the temperature or vibration threshold exceeds a plurality of times within the measurement time, an error occurs in the retroactive time calculation. This is because the charge once transferred to the second capacitor C 2 returns to the first capacitor C 1 again (of course, this problem does not occur when a nonvolatile memory is used as the second capacitor C 2 ). As this measure,
C 2 >> C 1 (6)
This can be solved. That is, the first voltage V1 of the capacitor C 1 before the charge transfer is V1 >> V2 with respect to the second voltage of the capacitor C 2 after charge transfer V2. Accordingly, the amount of charge transfer to the first capacitor C 1 is extremely small with respect to the threshold overrun for the second time and thereafter.
図3(a)に、図1に示したスイッチSW1の一例としての機械振動により開閉するMEMSスイッチを示す。図3(a)では、単結晶Siからなる半導体基板11の表面には、空洞(キャビティ)が設けられている。空洞の周辺(図3(a)において左側)に位置する半導体基板11の上面には、不純物を添加した多結晶シリコン(ドープト゛ポリシリコン)からなる弾性梁15の一方の端部が固定され、片持ち梁構造を構成している。半導体基板11の上面において、弾性梁15の固定部には、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)等の金属膜からなる第1電極配線12が接続されている。一方、空洞の底部には、Al、Cu、Au等の金属膜からなる第2電極配線13が配置され、この第2電極配線13は、図示を省略した空洞の側壁部を介して、空洞の周辺(図3(a)において右側)に位置する半導体基板11の上面まで延伸形成されている。機械的振動により、片持ち梁構造の自由端が第2電極配線13に接触することで、第1電極配線12と第2電極配線13との間が電気的に短絡される。自由端の先端部に金属膜からなる「重り」を配置しても良い。空洞は、半導体基板11としての単結晶Siを、異方性エッチャント、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)等の薬液で選択的にエッチングすれば形成できる。
FIG. 3A shows a MEMS switch that opens and closes by mechanical vibration as an example of the switch SW1 shown in FIG. In FIG. 3A, a cavity is provided on the surface of the
図3(b)には、図1に示したスイッチSW1の他の一例としてのMEMS構造の温度スイッチを示す。図3(b)も図3(a)と同様に、単結晶Siからなる半導体基板11の表面には、空洞が設けられている。空洞の周辺(図3(b)において左側)に位置する半導体基板11の上面には、不純物を添加した多結晶シリコン(ドープト゛ポリシリコン)からなるバイメタル梁17の一方の端部が固定され、片持ち梁構造を構成している。バイメタル梁17は、互いに熱膨張率の異なる第1金属層21と第2金属層22との積層構造である。半導体基板11の上面において、バイメタル梁17の固定部には、Al、Cu、Au等の金属膜からなる第1電極配線12が接続されている。一方、空洞の底部には、Al、Cu、Au等の金属膜からなる第2電極配線13が配置され、この第2電極配線13は、図示を省略した空洞の側壁部を介して、空洞の周辺(図3(b)において右側)に位置する半導体基板11の上面まで延伸形成されている。温度変化により、バイメタル梁17が湾曲するので、片持ち梁構造の自由端が第2電極配線13に接触し、第1電極配線12と第2電極配線13との間が電気的に短絡される。
FIG. 3B shows a temperature switch having a MEMS structure as another example of the switch SW1 shown in FIG. 3B, similarly to FIG. 3A, a cavity is provided on the surface of the
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る履歴センサの具体的構造を示す模式的な鳥瞰図である。図4では、半導体基板11上に、図3(a)で示したMEMSスイッチと、MIMキャパシタからなる第1容量C1と第2容量C2とを集積化し、図1に示す回路構成を実現している。図4に示すように、半導体基板11の表面の中央近傍に空洞が設けられ、空洞の左側に位置する半導体基板11の上面に弾性梁15の一方の端部が固定され、片持ち梁構造を構成している。弾性梁15の固定部には、Al等の金属膜からなる第1電極配線12が接続され、充電端子(ボンディングパッド)101まで導かれている。第1電極配線12の一部は分岐して、第1容量C1となるMIMキャパシタの上部電極を構成している。弾性梁15の固定部には、更に、抵抗配線Rmが設けられ、Al等の金属膜からなる接地配線14に接続されている。抵抗配線Rmは、多結晶シリコン(゛ポリシリコン)により構成し、多結晶シリコン中の不純物密度により、抵抗値を調整すれば良い。抵抗配線Rmは、金属薄膜で構成しても良いが金属薄膜の場合は抵抗長を長くするため、メアンダラインで構成すれば良い。接地配線14は、充電端子(ボンディングパッド)102と測定端子(ボンディングパッド)104とを接続する配線で、更に分岐により第1容量C1となるMIMキャパシタの下部電極及び第2容量C2となるMIMキャパシタの下部電極を構成している。第1容量C1を構成するMIMキャパシタの下部電極と上部電極に挟まれるキャパシタ絶縁膜、及び第2容量C2を構成するMIMキャパシタの下部電極と上部電極に挟まれるキャパシタ絶縁膜としてはシリコン酸化膜(SiO2膜)を用いれば良い。第1容量C1及び第2容量C2の値を大きくしたいときは、SiO2膜より比誘電率εrが大きい絶縁材料が好ましい。例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)/シリコン窒化膜(Si3N4膜)/シリコン酸化膜(SiO2膜)の3層積層膜からなるONO膜とすれば、比誘電率εr=5〜5.5と同程度が得られる。更に、εr=6であるストロンチウム酸化物(SrO)膜、εr=7であるシリコン窒化物(Si3N4)膜、εr=8〜11であるアルミニウム酸化物(Al2O3)膜、εr=10であるマグネシウム酸化物(MgO)膜、εr=16〜17であるイットリウム酸化物(Y2O3)膜、εr=22〜23であるハフニウム酸化物(HfO2)膜、εr=22〜23であるジルコニウム酸化物(ZrO2)膜、εr=25〜27であるタンタル酸化物(Ta2O5)膜、εr=40であるビスマス酸化物(Bi2O3)膜のいずれか1つの単層膜或いはこれらの複数を積層した複合膜がキャパシタ絶縁膜として使用可能である。Ta2O5やBi2O3は多結晶シリコンとの界面における熱的安定性に欠ける(なお、ここで例示したそれぞれの比誘電率εrの値は、製造方法により変化しうるので、場合によりこれらの値から逸脱しうるものである。)。更に、シリコン酸化膜とこれらの複合膜のキャパシタ絶縁膜でも良い。複合膜は3層以上の積層構造でも良い。即ち、少なくとも、一部に上記の比誘電率εrが5〜6以上の材料を含むキャパシタ絶縁膜が好ましい。但し、複合膜の場合はキャパシタ絶縁膜全体として測定される実効的な比誘電率εreffが5〜6以上になる組み合わせを選択することが好ましい。又、ハフニウム・アルミネート(HfAlO)膜のような3元系の化合物からなるキャパシタ絶縁膜でも良い。即ち、ストロンチウム(Sr)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、イットリウム(Y)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、ビスマス(Bi)のいずれか1つの元素を少なくとも含む酸化物、又はこれらの元素を含むシリコン窒化物がキャパシタ絶縁膜として使用可能である。なお、強誘電体のチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、バリウム・チタン酸ストロンチウム(BaSrTiO3)等も高誘電率のキャパシタ絶縁膜して使用可能であるが、多結晶シリコンとの界面における熱的安定性に欠ける点と、強誘電体のヒステリシス特性に対する考慮が必要になる。
FIG. 4 is a schematic bird's-eye view showing a specific structure of the history sensor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, the MEMS switch shown in FIG. 3A and the first capacitor C 1 and the second capacitor C 2 made of MIM capacitors are integrated on the
図4に示すように、空洞の底部には、Al等の金属膜からなる第2電極配線13が配置され、この第2電極配線13は、空洞の側壁部を介して、空洞の右側に延伸し、更に半導体基板11の右側端部近傍に位置する測定端子(ボンディングパッド)103まで導かれている。第2電極配線13の一部は分岐して、第2容量C2となるMIMキャパシタの上部電極を構成している。
As shown in FIG. 4, a
本発明の第1の実施の形態に係る履歴センサによれば、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、われもの輸送、冷凍冷蔵物の宅配など、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な、履歴センサを提供することができる。 According to the history sensor according to the first embodiment of the present invention, when the time when the maximum value such as temperature or mechanical vibration occurs is retroactively, the system does not become large-scale, and is excellent in ubiquity. It is possible to provide a history sensor suitable for management in transportation, storage, etc. of various articles such as transportation and delivery of frozen refrigerated goods.
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る履歴センサは、図5に示すように、一定の減衰時定数τsで減衰する電荷の減衰特性により計時する計時部1と、減衰特性中の特定の時刻における電荷情報を記憶する電荷記憶部2と、一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となり、導通により、計時部1から電荷記憶部2に電荷を分配するするスイッチSW1とを備え、電荷情報と、減衰時定数τsとにより、過渡的な導通をした時刻t0を同定する。ここで、計時部1は、計時部キャパシタ(第1容量)C1と、この計時部キャパシタ(第1容量)に並列接続された基準抵抗Rmとを備える。一方、電荷記憶部2は、不揮発性メモリ32を備える。そして、図5に示すように、計時部1は、計時部キャパシタ(第1容量)C1を初期電荷Q0に充電する初期電荷設定部3を更に備える点が第1の実施の形態に係る履歴センサとは異なる。この初期電荷設定部3は、アンテナ(充電用アンテナ)31とこのアンテナ31が受信した電磁エネルギにより誘起された電流を整流する整流ダイオードD1とからなる直列回路を備え、この直列回路が計時部キャパシタ(第1容量)C1に並列接続され、この直列回路により、第1容量C1を初期電荷Q0に充電する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 5, the history sensor according to the second embodiment of the present invention includes a
第2の実施の形態に係る履歴センサではは第1容量C1に蓄えられる電荷Q(t)は主として整流ダイオードD1の内部抵抗で減衰する。振動/温度スイッチSW1がONになった時刻t0を遡及的に求める方法は第1の実施の形態に係る履歴センサの場合と同じである。
図5に示したように、充電用アンテナ31を用いて第1容量C1を充電する場合、第1容量C1への初期電荷量Q0を一定に設定できない可能性がある。この問題を解決する方法として、図6に示すI−V特性を有する定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)ZDを利用する。定電圧ダイオードZDは、逆方向電圧Vbでブレークダウンが発生して端子電圧がVb近傍で固定される。したがって、電波による充電時間をブレークダウンが発生する以上にすれば、初期電荷量Q0=C1・Vbで固定される。
The history sensor according to the second embodiment is attenuated in the internal resistance of the charge Q (t) is primarily rectifier diode D1 to be accumulated in the first capacitor C 1. The method of retrospectively obtaining the time t 0 when the vibration / temperature switch SW1 is turned on is the same as that in the history sensor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 5, when the first capacitor C 1 is charged using the charging
図7は、整流ダイオードD1の等価抵抗Reと等価容量Ceとの並列回路で等価回路表現したものである。もし、逆バイアス時の等価抵抗Reと等価容量Ceの温度依存性が小さければ、第1容量C1に蓄えられる電荷Q(t)の減衰時定数は常に一定であるから、履歴センサとしては問題なく機能する。しかし、等価抵抗Reと等価容量Ceとに温度依存性がある場合は、減衰時定数は温度に依存するので、発生時間の推定に誤差が生ずる。 FIG. 7 is an equivalent circuit representation of a parallel circuit of an equivalent resistance Re and an equivalent capacitance Ce of the rectifier diode D1. If the temperature dependence of the equivalent resistance Re and the equivalent capacitance Ce at the time of reverse bias is small, the decay time constant of the charge Q (t) stored in the first capacitor C1 is always constant. Function. However, if the equivalent resistance Re and the equivalent capacitance Ce are temperature-dependent, the decay time constant depends on the temperature, so that an error occurs in the generation time estimation.
このため、第2の実施の形態に係る履歴センサでは、等価抵抗Reが大きく、等価容量Ceが小さくなるような微少構造の整流ダイオードD1を用い、更に図7に示すように、第1容量C1に並列に基準抵抗Rmを挿入している。このとき、
R << Re ・・・・・(7)
C1 >> Ce ・・・・・(8)
とすれば、計時部1は、減衰時定数τs=Rm・C1を有することとなり、正確な時計の役割を演ずる。
図8の断面図に示す不揮発性メモリは、p型の半導体基板11の表面にソース領域41及びドレイン領域42が形成され、ソース領域41及びドレイン領域42の間に定義されるチャネル領域上に、厚さ5〜10nmの、トンネル効果で電気伝導するゲート絶縁膜(トンネル酸化膜)33が配置されている。ソース領域41及びドレイン領域42は、p型の半導体基板11中に高濃度にn型不純物をドープしたn+型の半導体領域である。p型の半導体基板11の代わりに、n型の半導体基板中に設けられたp型のウェル領域(pウェル)でも良い。そして、このゲート絶縁膜33上には、電荷を蓄積するための浮遊ゲート電極34と、浮遊ゲート電極34の上の厚さ10〜50nm程度の電極間絶縁膜35と、電極間絶縁膜35上の制御ゲート電極36が配置され、不揮発性メモリのゲート電極を構成している。ゲート絶縁膜33、浮遊ゲート電極34、電極間絶縁膜35、制御ゲート電極36からなる積層構造の側壁には側壁絶縁膜37が形成されている。
For this reason, in the hysteresis sensor according to the second embodiment, the rectifier diode D1 having a minute structure in which the equivalent resistance Re is large and the equivalent capacitance Ce is small is used, and as shown in FIG. 7, the first capacitor C1 is used. It is inserted the reference resistor R m in parallel to the. At this time,
R << Re (7)
C1 >> Ce (8)
Then, the
In the nonvolatile memory shown in the cross-sectional view of FIG. 8, a
図8に示す不揮発性メモリにおいて、ソース領域41を接地(GND)電位とし、ソース領域41と制御ゲート電極36との間に、時刻t=t0において、スイッチSW1がONになったときに第1容量C1の両端の電位差V1(t0)が印加されるようにしておけば、浮遊ゲート電極34に注入される電荷量は、第1容量C1に保持されていた電荷Q(t0)に比例する。ソース領域41及びドレイン領域42の間も、第1容量C1の両端の電位差V1(t0)が印加されるようにしておけば良い。一定の時間(t0<t)経過後、浮遊ゲート電極34に蓄積されている電荷を、制御ゲート電極36を用いて測定することができる。したがって、間接的ではあるが、時刻t=t0において、スイッチSW1がONになったときの第1容量C1に保持されていた電荷Q(t0)が分かるので、時刻t0の推定が可能になる。
In the nonvolatile memory shown in FIG. 8, when the
本発明の第2の実施の形態に係る履歴センサによれば、第1の実施の形態に係る履歴センサと同様に、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な履歴センサを提供することができる。 According to the history sensor according to the second embodiment of the present invention, as in the history sensor according to the first embodiment, the system can be used to retroactively measure the time when the maximum value such as temperature and mechanical vibration occurs. However, it is possible to provide a history sensor that is excellent in ubiquitous property and suitable for management in transporting and storing various articles.
図9は図5で不揮発性メモリ32の代わりに第2容量C2を用いた場合を示している。図9に示す回路構成でも、図5に示す回路構成と同様に、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な履歴センサを提供することができる。
FIG. 9 shows a case where the second capacitor C 2 is used instead of the
(半導体集積回路)
図10に示すように、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路(MEMSチップ)は、半導体基板11上に、履歴センサを構成するセンサ部51と共に、このセンサ部51の周辺回路となる,制御回路52,復調回路53,変調回路54等をモノリシックに集積化している。更に、センサ部51,復調回路53,変調回路54に接続された内部コイル(アンテナ)31を備え、内部コイル(アンテナ)31には、外付けアンテナ用端子105,106が接続されている。センサ部51と内部コイル(アンテナ)31とで、図5,図7及び図9等に示した種々の回路構成が実現可能である。外付けアンテナを介して、制御回路52,復調回路53,変調回路54等によるデータ通信と、これらの制御回路52,復調回路53,変調回路54等に対する電力供給がなされる。なお、図10は、内部コイル31を備えた構造で示しているが、内部コイル31を省略して、第1の実施の形態に係る履歴センサのように、充電端子101,102で第1容量C1を充電する構造でも良い(図1参照。)。
(Semiconductor integrated circuit)
As shown in FIG. 10, the semiconductor integrated circuit (MEMS chip) according to the embodiment of the present invention becomes a peripheral circuit of the
復調回路53の前段には、図示を省略したフィルタや低雑音増幅器等が集積化されていても良い。又図示を省略しているが、変調回路54と、外付けアンテナ用端子105,106との間には、送信回路としてのRFフロントエンド部を構成するMMIC等が集積化されていても良い。MMICにはマイクロ波用パワートランジスタが備えられる。
A filter, a low-noise amplifier, or the like, not shown, may be integrated in the previous stage of the
復調回路53では、外付けアンテナ用端子105,106を介して外付けアンテナが受信したRF信号と局部発振器の出力するRF信号との差の周波数が抽出され、増幅器により、差の周波数であるIF信号が増幅され、安定化される。このIF信号は、復調回路53により、例えば、直交位相復調され、互いに90°位相がずれたI信号及びQ信号が生成される。復調回路53が備えるミキサにおいて、更に低周波、例えば10MHz以下のベースバンドI信号及びベースバンドQ信号がそれぞれ生成される。ベースバンドI信号及びベースバンドQ信号は、それぞれ、増幅器で増幅された後、制御回路52に入力される。制御回路52に入力されたベースバンドI信号及びベースバンドQ信号は、更に、A−D変換器でディジタル信号に変換され、制御回路52が内蔵するディジタルベースバンドプロセッサ(DBBP)に入力される。即ち、ベースバンドI信号及びベースバンドQ信号は、ディジタルのベースバンドI信号及びベースバンドQ信号となり、DBBPにより信号処理され、第2容量C2の電荷Q2(t)の値を読み取るための信号をセンサ部51に送り、センサ部51を制御する。
In the
変調回路54は、増幅器と、増幅器に接続されたミキサを備える。変調回路54は、更に、発振器及び移相器を備える。ミキサには、発振器からの搬送波のRF周波数が、移相器により互いに90°位相がずらされて供給される。センサ部51から制御回路52が読み出した、第2容量C2の電荷Q2(t)=Q2(t0+Δt)の値は、変調回路54の増幅器に入力される。増幅器の出力は、ミキサにおいて発振器からの搬送波のRF周波数と混合され、変調される。変調回路54は、更に、加算器及び加算器の出力に接続された増幅器を備える。ミキサの出力は、加算器に入力され、加算器の出力は増幅器に入力される。変調回路54の出力段の増幅器の出力は、外付けアンテナ用端子105,106を介して、外付けアンテナに送られる。
The
本発明の実施の形態に係るモノリシック半導体集積回路によれば、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、われもの輸送、冷凍冷蔵物の宅配など、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な半導体集積回路を提供することができる。 According to the monolithic semiconductor integrated circuit according to the embodiment of the present invention, the system is not large-scaled and excellent in ubiquitous property when transporting the time when the maximum values such as temperature and mechanical vibration occur. In addition, it is possible to provide a semiconductor integrated circuit suitable for management in transportation, storage, and the like of various items such as delivery of frozen and refrigerated goods.
図11は、本発明の実施の形態の変形例に係る半導体集積回路で、センサチップ61,受動回路チップ62,及び信号処理チップ63とをスタック実装したハイブリッド集積回路(マルチチップモジュール)である。センサチップ61には、図3に示したようなMEMSスイッチが集積化されている。受動回路チップ62は、図5,図7及び図9に示した第1容量C1、第2容量C2、不揮発性メモリ32,充電用アンテナ31、基準抵抗Rm等が集積化され、センサチップ61と受動回路チップ62との組み合わせで、図5,図7及び図9等に示した種々の回路構成を実現している。信号処理チップ63には、図10に示した、制御回路52,復調回路53,変調回路54等がモノリシックに集積化されている。ハイブリッド集積回路の構成をしているが、図11に示す本発明の実施の形態の変形例に係るマルチチップモジュールの動作は、図10に示したモノリシック集積回路(MEMSチップ)と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
FIG. 11 shows a semiconductor integrated circuit according to a modification of the embodiment of the present invention, which is a hybrid integrated circuit (multichip module) in which a sensor chip 61, a passive circuit chip 62, and a signal processing chip 63 are mounted in a stack. In the sensor chip 61, a MEMS switch as shown in FIG. 3 is integrated. The passive circuit chip 62 includes the first capacitor C 1 , the second capacitor C 2 , the
本発明の実施の形態に係るハイブリッド半導体集積回路によれば、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な半導体集積回路を提供することができる。 According to the hybrid semiconductor integrated circuit according to the embodiment of the present invention, when the time when the maximum value such as temperature and mechanical vibration occurs is retroactively, the system does not become large-scale, has excellent ubiquitous properties, and various articles. It is possible to provide a semiconductor integrated circuit suitable for management in transportation, storage, etc.
(実装体)
図12は、本発明の実施の形態に係る履歴センサを備えた半導体集積回路の実装体を示す。断面構造を省略しているが、この実装体は、半導体集積回路(MEMSチップ)64等の複数の部品を実装したプラスチック基板91と、このプラスチック基板91上に積層されるスペーサ層、及びそのスペーサ層の上側とプラスチック基板91の下側に積層される表面被覆層(スキン層)を備えたICタグである。図12は、上側の表面被覆層とスペーサ層とを除去した、いわば、ICタグの平面透視図に対応する。
(Implementation body)
FIG. 12 shows a mounting body of a semiconductor integrated circuit provided with a history sensor according to an embodiment of the present invention. Although the cross-sectional structure is omitted, the mounting body includes a plastic substrate 91 on which a plurality of components such as a semiconductor integrated circuit (MEMS chip) 64 are mounted, a spacer layer stacked on the plastic substrate 91, and the spacer. The IC tag includes a surface coating layer (skin layer) laminated on the upper side of the layer and the lower side of the plastic substrate 91. FIG. 12 corresponds to a planar perspective view of the IC tag in which the upper surface coating layer and the spacer layer are removed.
スペーサ層及び表面被覆層の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン又はオレフィンを主成分とする共重合体若しくは、これらの混合物からなるフィルムやポリビニルアルコール、ナイロン、塩化ビニル等の熱可塑性フィルム更に、ポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、エンジニアリングプラスチック等が用いられる。用途によっては、ガラス含浸エポキシシート、金属板等が用いられる。複数のスペーサ層及び表面被覆層を貼付・固定する方法としては、熱融着、接着剤(熱可塑系、熱硬化系、光硬化系)等が挙げられる。スペーサを貼付するにあたっては、予めMEMSチップ64等の部品形状に打ち抜いて使用することが可能である。
プラスチック基板91としては、50〜100μm厚程度のポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムが使用可能で、その上に150μm〜250μm程度のMEMSチップ64や同程度の厚さの印刷アンテナ72a,72b,72cを搭載している。両面に感熱性接着剤を10〜15μm程度塗布した150μm〜250μm程度の厚さのPETフィルムをスペーサ層としてプラスチック基板91に貼付し、MEMSチップ64や同程度の厚さの印刷アンテナ72a,72b,72cと同じ高さとする。次に、プラスチック基板91の下面に150μm〜250μm程度の厚さのPETフィルムを両面に感熱性接着剤を10〜15μm程度塗布して貼付する。更に、上記積層物の表裏に30〜80μm程度の厚さのPETフィルムを片面に感熱性接着剤を10〜15μm程度塗布して、表面被覆層として貼付して実現できる。
As the material of the spacer layer and the surface coating layer, films such as polyethylene, polypropylene, copolymers such as ethylene-vinyl acetate copolymer, copolymers mainly composed of olefins, or mixtures thereof, polyvinyl alcohol, nylon, chloride Further, thermoplastic films such as vinyl, polyester, polyimide, polycarbonate, polystyrene, engineering plastics, etc. are used. Depending on the application, a glass-impregnated epoxy sheet, a metal plate or the like is used. Examples of the method for attaching and fixing the plurality of spacer layers and the surface coating layer include thermal fusion, adhesive (thermoplastic, thermosetting, and photocuring). When affixing the spacer, it is possible to use it by punching it into a part shape such as the
As the plastic substrate 91, a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of about 50 to 100 μm can be used, and a
本発明の実施の形態に係るICタグによれば、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、われもの輸送、冷凍冷蔵物の宅配など、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な履歴センサを集積化した半導体集積回路を搭載した実装体を提供することができる。 According to the IC tag according to the embodiment of the present invention, when the time when the maximum value such as temperature and mechanical vibration occurs is retroactively, the system does not become large-scale, and is excellent in ubiquitous property, transporting refrigeration, It is possible to provide a mounting body on which a semiconductor integrated circuit in which history sensors suitable for management in transportation, storage, and the like of various articles such as home delivery of refrigerated goods are integrated is mounted.
図13は、本発明の実施の形態の変形例に係る半導体集積回路をストリング実装した実装体(紐状ICタグ)を示す平面透視図である。ストリング実装の場合も、ICタグと同様に、第1及び第2の実施の形態で説明した履歴センサを集積化したMEMSチップ64等の複数の部品を実装したプラスチック紐95と、このプラスチック紐95上に積層されるスペーサ層、及びそのスペーサ層の上側とプラスチック紐95の下側に積層される表面被覆層を備えている。図13は、上側の表面被覆層とスペーサ層とを除去した、いわば、図12に示したICタグの平面透視図に対応する。
FIG. 13 is a perspective plan view showing a mounting body (string-like IC tag) in which a semiconductor integrated circuit according to a modification of the embodiment of the present invention is string-mounted. Also in the case of string mounting, similarly to the IC tag, a plastic string 95 on which a plurality of components such as the
プラスチック紐95としては、50〜100μm厚程度のPET紐が使用可能で、その上に150μm〜250μm程度のMEMSチップ64や同程度の厚さの印刷アンテナ72dを搭載している。両面に感熱性接着剤を10〜15μm程度塗布した150μm〜250μm程度の厚さのPET紐をスペーサ層としてプラスチック紐95に貼付し、MEMSチップ64や同程度の厚さの印刷アンテナ72dと同じ高さとする。次に、プラスチック紐95の下面に150μm〜250μm程度の厚さのPET紐を両面に感熱性接着剤を10〜15μm程度塗布して貼付する。更に、上記積層物の表裏に30〜80μm程度の厚さのPET紐を片面に感熱性接着剤を10〜15μm程度塗布して、表面被覆層として貼付して紐状ICタグが実現できる。
As the plastic string 95, a PET string having a thickness of about 50 to 100 μm can be used, and a
本発明の実施の形態に係る紐状ICタグによれば、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、われもの輸送、冷凍冷蔵物の宅配など、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な履歴センサを集積化した半導体集積回路を搭載した実装体を提供することができる。 According to the string-like IC tag according to the embodiment of the present invention, when the time when the maximum value such as temperature and mechanical vibration occurs is retroactively, the system does not become large-scale, has excellent ubiquitous property, and transports crap. In addition, it is possible to provide a mounting body on which a semiconductor integrated circuit in which history sensors suitable for management in transportation, storage, and the like of various articles such as delivery of frozen refrigerated goods are integrated is mounted.
(履歴遡及システム)
図14に示すように、本発明の実施の形態に係る履歴遡及システムは、第1及び第2の実施の形態で説明した履歴センサを集積化したMEMSチップ64と、このMEMSチップ64の外付けアンテナ56aと外付けアンテナ56bを介してデータ通信及び電力供給をするリーダライタ装置71と、リーダライタ装置71に接続された、表示装置/入力装置81とを備える。MEMSチップ64については、既に図10を用いて説明したとおりであるので、重複した記載を省略する。
(History retroactive system)
As shown in FIG. 14, the history retrospective system according to the embodiment of the present invention includes a
一方、図14に示す履歴遡及システムに用いるリーダライタ装置71は、変調回路72,復調回路73,制御回路74,発振回路75,電源回路76等をモノリシックに半導体基板上に、集積化している。復調回路73の前段には、図示を省略したフィルタや低雑音増幅器等が集積化されていても良い。又図示を省略しているが、変調回路72と、外付けアンテナ56bとの間には、送信回路としてのRFフロントエンド部を構成するMMIC等が集積化されていても良い。MMICにはマイクロ波用パワートランジスタが備えられる。
On the other hand, the reader /
復調回路73では、外付けアンテナ56bが受信したMEMSチップ64からののRF信号と発振回路75の出力するRF信号との差の周波数が抽出され、増幅器により、差の周波数であるIF信号が増幅され、安定化される。このIF信号は、復調回路73により、例えば、直交位相復調され、互いに90°位相がずれたI信号及びQ信号が生成される。復調回路73が備えるミキサにおいて、更に低周波、例えば10MHz以下のベースバンドI信号及びベースバンドQ信号がそれぞれ生成される。ベースバンドI信号及びベースバンドQ信号は、それぞれ、増幅器で増幅された後、制御回路74に入力される。制御回路74に入力されたベースバンドI信号及びベースバンドQ信号は、更に、A−D変換器でディジタル信号に変換され、制御回路74が内蔵するディジタルベースバンドプロセッサ(DBBP)に入力される。即ち、ベースバンドI信号及びベースバンドQ信号は、ディジタルのベースバンドI信号及びベースバンドQ信号となり、DBBPにより信号処理される。具体的には、DBBPは、(3)式で示される時刻t=t0+Δtにおける第2容量C2の電荷量Q1(t0)(C2/(C1+C2))と、減衰時定数τs=Rm・C1とを用いて、最大温度/振動が発生した時刻t0を求める。制御回路74は、DBBPの演算により得られた時刻t0等の処理結果を表示装置81に送り、更に表示装置81を制御して、処理結果を表示させる。
In the
変調回路72は、増幅器と、増幅器に接続されたミキサを備える。変調回路72は、更に、移相器を備える。ミキサには、発振回路75からの搬送波のRF周波数が、移相器により互いに90°位相がずらされて供給される。入力装置81から入力された命令や条件等を制御回路74がアナログ信号に変換し、変調回路72の増幅器に入力される。変調回路72の内部では、ミキサにおいて増幅器の出力と発振回路75からの搬送波のRF周波数と混合され、変調される。変調回路72は、更に、加算器及び加算器の出力に接続された増幅器を備える。ミキサの出力は、加算器に入力され、加算器の出力は増幅器に入力される。変調回路72の出力段の増幅器の出力は、外付けアンテナ56bを介して、外付けアンテナ56bに送られ、外付けアンテナ56bからMEMSチップ64の外付けアンテナ56a送られる。
The
本発明の実施の形態に係る履歴遡及システムは、以下の手順で、過去に遡って一定以上の温度或いは振動が発生した時刻を同定することができる。 The history retrospective system according to the embodiment of the present invention can identify the time when a temperature or vibration more than a certain level has occurred retroactively in the following procedure.
(イ)図14に示すリーダライタ装置71で、MEMSチップ64の第1容量C1に、外付けアンテナ56a及び56bを介して、電波で充電する。或いは、リーダライタ装置71の電気端子とMEMSチップ64の電気端子とを接触させ、リーダライタ装置71の基準電源で充電しても良い。
(A) The reader /
(ロ)MEMSチップ64の第1容量C1が初期電荷Q0に充電されたら、測定を開始する。そして、一定時間後にMEMSチップ64の第2容量C2の電荷又は不揮発性メモリ32の浮遊ゲート電極34に蓄積されている電荷をリーダライタ装置71で読み出す。
(B) When the first capacitor C 1 of the
(ハ)第2容量C2の電荷がゼロ又は不揮発性メモリ32に情報がない場合は、最大温度/振動に問題がないと判定される。そうでない場合は、制御回路74は、(3)式の第2容量C2の電荷量Q1(t0)(C2/(C1+C2))と減衰時定数τs=Rm・C1とを用いて、最大温度/振動が発生した時刻t0を求める。
(C) When the charge of the second capacitor C 2 is no information to zero or
(ニ)最大温度/振動が発生した時刻t0が求められたら、再び、図14に示すリーダライタ装置71を用いて、MEMSチップ64の第1容量C1を、初期電荷Q0に充電する。
(D) When the time t 0 when the maximum temperature / vibration occurs is obtained, the first capacitor C 1 of the
本発明の実施の形態に係る履歴遡及システムによれば、温度、機械的振動などの最大値が発生した時刻を遡及するに際し、システムが大規模にならず、ユビキタス性に優れ、われもの輸送、冷凍冷蔵物の宅配など、種々の物品の搬送、保存等における管理に好適な履歴遡及システムを提供することができる。
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は第1及び第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
According to the history retrospective system according to the embodiment of the present invention, when retroactively the time when the maximum value such as temperature, mechanical vibration, etc. occurs, the system does not become large-scale, and is excellent in ubiquitous property, transportation of waste, It is possible to provide a history retrospective system suitable for management in transporting, storing, and the like of various items such as delivery of frozen and refrigerated items.
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first and second embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
既に述べた第1及び第2の実施の形態に係る履歴センサにおいて、半導体基板11上に単一の振動/温度スイッチSW1を形成していたが、ONになる閾値の異なるスイッチSW1を多数形成することで、より精密な遡及的な測定が可能になる。即ち、例えば、(a)一定の減衰時定数τsで減衰する電荷の減衰特性を時計とする第1計時部1、減衰特性中の特定の時刻における電荷情報を記憶する第1電荷記憶部2、第1レベル(閾値)以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となり、導通により、第1計時部1から第1電荷記憶部2に電荷を分配するする第1スイッチSW1備える第1センサ部と、(b)減衰時定数τsで減衰する電荷の減衰特性を時計とする第2計時部1、減衰特性中の特定の時刻における電荷情報を記憶する第2電荷記憶部2、第1レベル(閾値)とは異なる第2レベル(閾値)以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となり、導通により、第2計時部1から第2電荷記憶部2に電荷を分配するする第2スイッチSW1備える第2センサ部と、(c)減衰時定数τsで減衰する電荷の減衰特性を時計とする第3計時部1、減衰特性中の特定の時刻における電荷情報を記憶する第3電荷記憶部2、第1及び第2レベル(閾値)とは異なる第3レベル(閾値)以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となり、導通により、第3計時部1から第3電荷記憶部2に電荷を分配するする第3スイッチSW1備える第3センサ部と、(d)・・・・と、のように、複数のセンサ部を構成し、これらの複数のセンサ部のそれぞれの電荷記憶部2から、それぞれ電荷情報を読み出すように周辺回路を同一の半導体基板上に集積化して、電荷情報と、減衰時定数τsとにより、過渡的な導通をした時刻t0を同定する半導体集積回路を構成すれば、複数の閾値をレベルに応じて検出し、より精密な遡及的な測定が可能になる。
In the history sensor according to the first and second embodiments already described, the single vibration / temperature switch SW1 is formed on the
更に、建築物のコンクリートや道路などの亀裂モニタ対象物に、図15に示すような充電用アンテナ31を備えた回路構成のMEMSチップ埋め込んで、充電用アンテナ31が切断したかどうかで亀裂モニタ対象物の劣化度を判定できる。
Further, a crack monitoring target such as a concrete or road of a building is embedded in a MEMS chip having a circuit configuration having a charging
即ち、亀裂モニタ対象物の劣化度の判定においては、図15に示す回路構成のMEMSチップの計時部測定端子107の電圧を一定時間後に測定する。もしも、ある特定の時刻t=t2において、振動や温度が正常レベルを越えるような状態が発生すれば、第1及び第2の実施の形態において説明したように、電荷が、この時刻t=t2において、第2容量C2に移動する。このため、図16に示すように時刻t=t3(t2<t3)における測定においては、正常な曲線Bより小さい電位の曲線Cの変化を示すようになっていることが観察される。これに対して、もし時刻t=t3における測定において、計時部測定端子107の電圧が正常な曲線Bのレベルを超える曲線Aの様な変化をしていれば充電用アンテナ31が切断した(即ちコンクリートに亀裂が入った)と判定できる。
That is, in the determination of the degree of degradation of the crack monitor object, the voltage at the time measuring
なぜならば、時刻t=t1(t1<t2)において、充電用アンテナ31が切れたとすれば、t1<tにおいては、整流ダイオードD1の抵抗を介して流れる電流分がなくなったためである。無論、充電用アンテナ31が切れることと、温度/スイッチSW1が入ることが一定時間内に発生した場合は事情が複雑になるが、この場合は電荷記憶部測定端子108の電圧測定で判別できる。上記の説明は、計時部測定端子107と電荷記憶部測定端子108の電圧情報は亀裂をモニタするものとは異なる別系統の充電用アンテナ31で送信できるように、構成されている。
This is because if the charging
本発明の他の実施の形態に係る亀裂モニタシステムは、以下の手順で、亀裂が発生したか否かをモニタすることができる。 The crack monitoring system according to another embodiment of the present invention can monitor whether or not a crack has occurred by the following procedure.
(イ)まず、建築物のコンクリートや道路などの亀裂モニタ対象物中に複数の同一構造・同一特性のMEMSチップを、一定間隔若しくは予め定められたモニタポイントに埋め込む。そして、図14に示したと同様なリーダライタ装置で、それぞれのMEMSチップの第1容量C1に、電波で同時に充電する。 (A) First, a plurality of MEMS chips having the same structure and the same characteristics are embedded in a crack monitoring object such as concrete or road of a building at a constant interval or a predetermined monitor point. Then, with the same reader / writer device as shown in FIG. 14, the first capacitors C 1 of the respective MEMS chips are simultaneously charged with radio waves.
(ロ)そして、一定時間後にそれぞれのMEMSチップの第2容量C2の電荷又は不揮発性メモリ32の浮遊ゲート電極34に蓄積されている電荷を、電波を介して、リーダライタ装置で読み出す。
(B) After a certain time, the charge of the second capacitor C 2 of each MEMS chip or the charge accumulated in the floating
(ハ)第2容量C2の電荷がゼロ又は不揮発性メモリ32に情報がない場合は、最大温度/振動に問題がないか、亀裂モニタ対象物中に亀裂が発生したかのいずれかであると判定される。この場合は、第1容量C1の電荷Q1(t)も読み出し、複数のMEMSチップのそれぞれから読み出された値を相互比較する。もし、特定のMEMSチップから読み出された第1容量C1の電荷Q1(t)が、他のMEMSチップから読み出された第1容量C1の電荷Q1(t)よりも大きければ、その特定のMEMSチップが埋め込まれた箇所に亀裂が発生したと判断される。
(C) if the second charge capacity C 2 is no information to zero or
なお、リーダライタ装置側に、亀裂モニタ対象物中に埋め込まれるMEMSチップと同一構造・同一特性の基準MEMSチップを内蔵し、この基準MEMSチップから読み出される第1容量C1の電荷Q1(t)の値と、亀裂モニタ対象物中に埋め込まれたMEMSチップから読み出された第1容量C1の電荷Q1(t)の値とを比較するようにしても良い。 Note that a reference MEMS chip having the same structure and characteristics as the MEMS chip embedded in the crack monitoring object is built in the reader / writer device side, and the charge Q 1 (t of the first capacitor C 1 read from the reference MEMS chip is read. ) And the value of the charge Q 1 (t) of the first capacitor C 1 read from the MEMS chip embedded in the crack monitoring object may be compared.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1…計時部
2…電荷記憶部
3…初期電荷設定部
11…半導体基板
12…第1電極配線
13…第2電極配線
14…接地配線
15…弾性梁
17…バイメタル梁
21…第1金属層
22…第2金属層
31…アンテナ
31…充電用アンテナ(内部コイル)
32…不揮発性メモリ
33…ゲート絶縁膜
34…浮遊ゲート電極
35…電極間絶縁膜
36…制御ゲート電極
37…側壁絶縁膜
41…ソース領域
42…ドレイン領域
51…センサ部
52…制御回路
53…復調回路
54…変調回路
56a,56b…アンテナ
61…センサチップ
62…受動回路チップ
63…信号処理チップ
64…MEMSチップ
71…リーダライタ装置
72…変調回路
72a,72b,72c,74d…印刷アンテナ
73…復調回路
74…制御回路
75…発振回路
76…電源回路
81…表示装置/入力装置
101,102…充電端子
105,106…アンテナ用端子
107…計時部測定端子
108…電荷記憶部測定端子
DESCRIPTION OF
32 ... Nonvolatile memory 33 ...
Claims (10)
一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となるスイッチと、
前記スイッチの導通により、前記計時部から電荷が分配される電荷記憶部
とを備え、前記電荷の減衰特性により、前記過渡的な導通をした時刻を同定することを特徴とする履歴センサ。 A timekeeping unit that keeps time by the decay characteristics of charges that decay with a constant decay time constant;
A switch that is transiently turned on at a temperature or vibration above a certain level, and then shuts off again;
A history sensor comprising: a charge storage unit that distributes charges from the timekeeping unit when the switch is turned on; and identifying the time when the transient conduction is performed by the charge attenuation characteristics.
計時部キャパシタと、
該計時部キャパシタに並列接続された基準抵抗
とを備えることを特徴とする請求項1に記載の履歴センサ。 The timekeeping section is
A timer capacitor;
The history sensor according to claim 1, further comprising: a reference resistor connected in parallel to the timer capacitor.
アンテナと
該アンテナが受信した電磁エネルギにより誘起された電流を整流する整流ダイオード
とからなる直列回路を備え、該直列回路が前記計時部キャパシタに並列接続されていることを特徴とする請求項3に記載の履歴センサ。 The initial charge setting unit includes:
4. A series circuit comprising an antenna and a rectifier diode that rectifies a current induced by electromagnetic energy received by the antenna, wherein the series circuit is connected in parallel to the timer capacitor. The described history sensor.
一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となるスイッチと、
前記スイッチの導通により、前記計時部から電荷が分配される電荷記憶部と、
前記電荷記憶部から前記電荷記憶部に蓄積された電荷を読み出す周辺回路
とを同一の半導体基板上に集積化し、前記電荷の減衰特性により、前記過渡的な導通をした時刻を同定することを特徴とする半導体集積回路。 A timekeeping unit that keeps time by the decay characteristics of charges that decay with a constant decay time constant;
A switch that is transiently turned on at a temperature or vibration above a certain level, and then shuts off again;
A charge storage unit in which charges are distributed from the timing unit by conduction of the switch;
A peripheral circuit for reading out the charge accumulated in the charge storage unit from the charge storage unit is integrated on the same semiconductor substrate, and the time when the transient conduction is performed is identified by the attenuation characteristic of the charge. A semiconductor integrated circuit.
アンテナと
該アンテナが受信した電磁エネルギにより誘起された電流を整流する整流ダイオード
とを備えるる初期電荷設定部を更に備え、該初期電荷設定部が、前記計時部が有する計時部キャパシタを初期電荷に充電することを特徴とする請求項6に記載の半導体集積回路。 The timekeeping section is
An initial charge setting unit comprising an antenna and a rectifier diode that rectifies a current induced by electromagnetic energy received by the antenna, wherein the initial charge setting unit uses the time-unit capacitor included in the time-measurement unit as an initial charge. The semiconductor integrated circuit according to claim 6, wherein charging is performed.
前記減衰時定数で減衰する電荷の減衰特性により計時する第2計時部、前記一定レベルとは異なるレベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となる第2スイッチ、前記導通により、前記第2計時部から電荷が分配される第2センサ部と、
前記第1及び第2電荷記憶部から、前記第1及び第2電荷記憶部にそれぞれ蓄積された電荷を読み出す周辺回路
とを同一の半導体基板上に集積化し、前記電荷の減衰特性により、前記過渡的な導通をした時刻を同定することを特徴とする半導体集積回路。 A first timekeeping section that counts by a charge decay characteristic that decays with a constant decay time constant; a first switch that is transiently turned on at a temperature or vibration above a certain level; and is turned off again; A first sensor unit comprising a first charge storage unit to which charge is distributed from the time measuring unit;
A second timekeeping unit that counts by the attenuation characteristic of the charge that is attenuated by the decay time constant; a second switch that is transiently turned on at a temperature or vibration different from the predetermined level; A second sensor unit to which electric charge is distributed from the second time measuring unit;
Peripheral circuits for reading out charges accumulated in the first and second charge storage units from the first and second charge storage units, respectively, are integrated on the same semiconductor substrate, and the transient characteristics are applied to the transient circuit. A semiconductor integrated circuit characterized by identifying the time when electrical conduction was made.
該プラスチック基板上に搭載され、一定の減衰時定数で減衰する電荷の減衰特性により計時する計時部、一定レベル以上の温度若しくは振動で過渡的に導通し、再び遮断状態となるスイッチ、前記導通により、前記計時部から電荷が分配される電荷記憶部、前記電荷記憶部から前記電荷記憶部に蓄積された電荷を読み出す周辺回路とを同一半導体基板上に集積化した半導体集積回路と、
該プラスチック基板上に搭載され、前記半導体集積回路に電力を供給し、且つ前記周辺回路とデータ通信を行うアンテナ
とを備え、前記減衰時定数とにより、前記過渡的な導通をした時刻を同定することを特徴とする実装体。
A plastic substrate,
Mounted on the plastic substrate, timed by a charge decay characteristic that decays with a constant decay time constant, a switch that becomes transiently conductive at a temperature or vibration above a certain level, and becomes a shut-off state again. A semiconductor integrated circuit in which a charge storage unit to which charges are distributed from the time measuring unit, and a peripheral circuit for reading out charges accumulated in the charge storage unit from the charge storage unit are integrated on the same semiconductor substrate;
An antenna mounted on the plastic substrate, supplying power to the semiconductor integrated circuit and performing data communication with the peripheral circuit, and identifying the time when the transient conduction has occurred by the decay time constant A mounting body characterized by that.
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---|---|---|---|
JP2004125805A JP2005308546A (en) | 2004-04-21 | 2004-04-21 | History sensor, semiconductor integrated circuit and mounting body |
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Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009042928A (en) * | 2007-08-07 | 2009-02-26 | Toshiba Corp | Radio sensor device and start control method for radio sensor device |
JP2012168019A (en) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Taisei Corp | Vibration meter |
US9030400B2 (en) | 2011-11-24 | 2015-05-12 | Samsung Display Co., Ltd. | Temperature dependence of charge sharing for a liquid crystal display |
WO2018056100A1 (en) * | 2016-09-26 | 2018-03-29 | 株式会社村田製作所 | High-speed serial signal equalizer and high-speed serial interface |
-
2004
- 2004-04-21 JP JP2004125805A patent/JP2005308546A/en active Pending
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---|---|---|---|---|
JP2009042928A (en) * | 2007-08-07 | 2009-02-26 | Toshiba Corp | Radio sensor device and start control method for radio sensor device |
JP2012168019A (en) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Taisei Corp | Vibration meter |
US9030400B2 (en) | 2011-11-24 | 2015-05-12 | Samsung Display Co., Ltd. | Temperature dependence of charge sharing for a liquid crystal display |
WO2018056100A1 (en) * | 2016-09-26 | 2018-03-29 | 株式会社村田製作所 | High-speed serial signal equalizer and high-speed serial interface |
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