本發(fā)明屬于微機(jī)械慣性傳感器封裝領(lǐng)域，具體涉及一種微機(jī)械慣性傳感器的三維封裝方法。

背景技術(shù)：

微機(jī)械慣性傳感器一般能夠?qū)d體在慣性空間的角速率和加速度進(jìn)行測量，因此其多軸組合在慣性導(dǎo)航以及制導(dǎo)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于微機(jī)械慣性傳感器大多要求內(nèi)部結(jié)構(gòu)排布緊湊，若敏感元件與外圍電路距離過遠(yuǎn)則會導(dǎo)致性能大幅下降，因此目前在多軸微機(jī)械慣性傳感器的三維封裝通常采用將裝載微機(jī)械慣性傳感器全部規(guī)模的電路板安裝在六面體表面的方法上來實(shí)現(xiàn)，該六面體基座往往會占用微機(jī)械慣性傳感器多軸組合大部分的體積和質(zhì)量，嚴(yán)重制約微機(jī)械慣性傳感器在慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕并且能夠保證安裝正交性的微機(jī)械慣性傳感器三維封裝方法。

為解決上述問題，本發(fā)明的微機(jī)械慣性傳感器三維封裝方法包括：

采用陶瓷材料燒結(jié)制成用于慣性微機(jī)械傳感器的三維封裝結(jié)構(gòu)；

對燒結(jié)制成的正方體陶瓷塊切邊，切邊的輪廓為任一平面相鄰兩邊中點(diǎn)連線，切的方向?yàn)樵撈矫娴姆ㄏ颍?/p>

對剩余兩個互相垂直的正方形端面進(jìn)行精加工，使得這兩個端面的平面度和垂直度均達(dá)到安裝要求；

再對三維封裝結(jié)構(gòu)各表面進(jìn)行磨削制造溝槽，溝槽從一個正方形端面出發(fā)，聯(lián)通至另一個正方形端面，溝槽均勻分布在正方形端面的四條邊，數(shù)量與所需封裝的慣性傳感器引出信號線相同；

對整個三維封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行電鍍，使其整個表面均勻覆蓋一層薄金屬層作為種子層；

隨后，對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行交流電鑄，直至溝槽被金屬完全填充，將電鑄完成后得到三維封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行研磨拋光，直至溝槽外面的金屬層完全去除；

接下來，在充滿金屬的溝槽表面使用絕緣材料進(jìn)行涂覆；

將微機(jī)械慣性傳感器的敏感元件裝載到陶瓷管殼中，將敏感元件的信號引腳按順序與陶瓷管殼引腳焊接，然后將該陶瓷管殼的焊盤引腳焊接到三維封裝結(jié)構(gòu)的一個正方形端面上，然后將三維封裝結(jié)構(gòu)的另一正方形端面按照對應(yīng)的引腳定義焊接到基板上的焊盤上，完成微機(jī)械慣性傳感器三維封裝。三維封裝結(jié)構(gòu)上的金屬溝槽將敏感元件的信號傳遞到基板上。

進(jìn)一步的，所述陶瓷材料為三氧化二鋁。

進(jìn)一步的，填充所述溝槽的金屬為銅。

進(jìn)一步的，所述絕緣材料為聚酰亞胺。

進(jìn)一步的，可在同一基板上重復(fù)應(yīng)用所述三維封裝方法，以滿足多軸微機(jī)械慣性傳感器組合的要求。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過對三維封裝結(jié)構(gòu)的兩個正方形端面進(jìn)行精加工，使其滿足安裝要求，保證了微機(jī)械慣性傳感器安裝的正交性，降低了傳統(tǒng)方法的裝配難度。

本發(fā)明通過三維封裝結(jié)構(gòu)對微機(jī)械慣性傳感器的敏感元件進(jìn)行了豎直安裝，三維封裝結(jié)構(gòu)上的金屬溝槽將敏感元件的信號傳遞到基板上，可以將原本需要豎直安裝的外圍控制電路及其封裝放置在基板上，并且可實(shí)現(xiàn)多軸微機(jī)械慣性傳感器的電路復(fù)用，大幅降低了微機(jī)械慣性傳感器多軸組合的體積和質(zhì)量，拓寬微機(jī)械慣性傳感器在慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明的實(shí)施例的微機(jī)械慣性傳感器的三維封裝示意圖

圖2是按照本發(fā)明的實(shí)施例的三維封裝結(jié)構(gòu)剖面示意圖

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的微機(jī)械慣性傳感器的三維封裝方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。

圖1是應(yīng)用本發(fā)明的方法完成微機(jī)械慣性傳感器三維封裝的示意圖。如圖1所示，應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)的微機(jī)械慣性傳感器的三維封裝，其中1為微機(jī)械慣性傳感器的敏感元件，2為裝載敏感元件的陶瓷管殼，3為三維封裝結(jié)構(gòu)，4為安裝基板。微機(jī)械慣性傳感器的敏感元件1粘接到陶瓷管殼2中心，陶瓷管殼2焊接到三維封裝結(jié)構(gòu)3的一個安裝端面，三維封裝結(jié)構(gòu)3焊接到安裝基板4上。

圖2是本發(fā)明所使用的三維封裝結(jié)構(gòu)剖面示意圖。如圖2所示，3-1為三氧化二鋁燒結(jié)制成的陶瓷結(jié)構(gòu)，3-2為填充的金屬線槽。

以下為具體實(shí)施步驟：

第一步：用三氧化二鋁陶瓷燒結(jié)制成一個邊長為15毫米的正方體結(jié)構(gòu)，對燒結(jié)制成的正方體陶瓷塊切邊，切邊的輪廓為任一平面相鄰兩邊中點(diǎn)連線，切的方向?yàn)樵撈矫娴姆ㄏ颉?/p>

第二步：利用加工中心對三維封裝結(jié)構(gòu)剩下的兩個互相垂直的正方形端面進(jìn)行精加工，使得這兩個端面的平面度和垂直度均達(dá)到0.02以內(nèi)，再對三維封裝結(jié)構(gòu)3表面磨削制造間距2.54毫米、寬度1毫米、深度為0.5毫米的溝槽，溝槽從一個正方形端面出發(fā)，聯(lián)通至另一個正方形端面，溝槽均勻分布在正方形端面的四條邊，數(shù)量與微機(jī)械慣性傳感器引出信號線相同。

第三步：在整個三維封裝結(jié)構(gòu)的表面濺射厚度為的銅作為種子層，然后對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行交流電鑄直至溝槽被銅填充完全。

第四步：利用cmp設(shè)備，將電鑄完成后得到三維封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械研磨拋光，直至溝槽外面的銅層完全去除，并在金屬溝槽的表面使用聚酰亞胺涂覆。

第五步：將微機(jī)械慣性傳感器的敏感元件1使用粘接的方法裝載到標(biāo)準(zhǔn)定制陶瓷管殼2中，將敏感元件1的信號引腳按順序與陶瓷管殼2的引腳焊接，然后將該陶瓷管殼2的焊盤采用錫焊的方式固定到三維封裝結(jié)構(gòu)3的一個正方形端面上，再將三維封裝結(jié)構(gòu)3的另一正方形端面焊接到基板4上的焊盤上。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于微機(jī)械慣性傳感器封裝領(lǐng)域，具體涉及一種微機(jī)械慣性傳感器的三維封裝方法。本發(fā)明采用三氧化二鋁陶瓷燒成用于慣性微機(jī)械傳感器的三維封裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有兩個互相垂直的正方形端面，兩個端面直接通過金屬溝槽聯(lián)通，將裝載有微機(jī)械慣性傳感器的敏感元件的標(biāo)準(zhǔn)定制陶瓷管殼接到三維封裝結(jié)構(gòu)的一個正方形端面上，再將三維封裝結(jié)構(gòu)的另一正方形端面按照對應(yīng)的引腳定義焊接到基板上，能夠?qū)崿F(xiàn)對微機(jī)械慣性傳感器的三維封裝，并且具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、正交性好的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王永;王玉朝;易華祥;余才佳;任伶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛行自動控制研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.10
技術(shù)公布日：2017.10.24