本發(fā)明屬于mems加速度傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種抗高沖擊的mems過載傳感器模塊。

背景技術(shù)：

1、mems過載傳感器目前廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)自動(dòng)化、等工業(yè)領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于mems過載傳感器的抗高沖擊性能提出了更高的要求，如：車載裝備沖擊加速度要求大于5000g，彈載偵察系統(tǒng)?彈內(nèi)各組件在2～3ms?內(nèi)承受10000g?的短時(shí)高過載，坦克用的105mm滑膛炮，炮彈所承受的最高沖擊加速度約為10000g左右,?電磁炮發(fā)射過程炮彈所受最大沖擊幅度為40000g以上，文中g(shù)表示重力加速度。為了保證特殊工況下過載傳感器的正常功能，提高高沖擊能力很有必要。

2、過載傳感器在高沖擊下存在粘附失效、斷裂、分層、漏氣等失效模式，最常見的是梁或質(zhì)量塊單元斷裂或粘接破損，導(dǎo)致加速度信號(hào)跳變致使系統(tǒng)無判斷操作，造成不可估量的致命損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，針對(duì)上述存在的過載傳感器失效模式，提高過載傳感器的抗沖擊性能。

2、本發(fā)明提供一種抗高沖擊的單軸梳齒電容式單軸過載傳感器模塊，包括組裝管殼、pcb板和mems加速度傳感器；

3、所述mems加速度傳感器焊接在所述pcb板上；

4、所述組裝管殼為中空且具有開口的殼體；

5、所述pcb板固定在所述組裝管殼內(nèi)，其所述組裝管殼與pcb板之間填充有灌封膠。

6、以上設(shè)置產(chǎn)生的效果：其組裝后灌封防護(hù)可提高抗沖擊性能，實(shí)現(xiàn)加速度高沖擊下的正常功能。

7、進(jìn)一步的，所述mems加速度傳感器包括封裝蓋片、封裝管殼以及設(shè)置在所述封裝管殼內(nèi)的mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)和專用集成電路芯片（asic芯片）；

8、所述mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)包括mems敏感單元以及用于所述mems敏感單元安裝的蓋帽和襯底。

9、進(jìn)一步的，所述mems敏感結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量塊、彈性梁、固定梳齒和活動(dòng)梳齒；

10、所述固定梳齒通過與所述襯底之間通過錨點(diǎn)固定連接；

11、所述固定梳齒的間隙與所述活動(dòng)梳齒的間隙相配合，使活動(dòng)梳齒與固定梳齒交錯(cuò)放置并留有等距離的活動(dòng)間隙；

12、所述活動(dòng)梳齒與質(zhì)量塊固定連接，所述質(zhì)量塊通過彈性梁與所述固定梳齒連接；

13、在靜電力驅(qū)動(dòng)下，質(zhì)量塊連接所述彈性梁機(jī)械運(yùn)動(dòng)，使得活動(dòng)梳齒與固定梳齒之間的電容發(fā)生變化，通過asic芯片轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，從而得到加速度變化。

14、進(jìn)一步的，所述固定梳齒包括通過錨點(diǎn)與襯底固定連接的中軸以及沿中軸向兩邊垂直延伸的梳齒；

15、所述活動(dòng)梳齒包括設(shè)置在所述固定梳齒兩邊的側(cè)軸以及沿側(cè)軸向所述固定梳齒方向垂直延伸的梳齒；活動(dòng)梳齒的梳齒與固定梳齒的梳齒交錯(cuò)放置并留有等距離的活動(dòng)間隙；

16、所述側(cè)軸的端部分別連接質(zhì)量塊和兩邊的側(cè)軸一端均連接同一塊質(zhì)量塊和同一彈性梁。

17、進(jìn)一步的，所述pcb板連接有模塊引出導(dǎo)線；所述模塊引出導(dǎo)線穿透所述組裝管殼。

18、進(jìn)一步的，所述組裝管殼的開口處封裝有組裝蓋板。

19、以上設(shè)置產(chǎn)生的效果：組裝蓋板可以防止灌封膠漏出，提高產(chǎn)品密封性能。

20、進(jìn)一步的，所述襯底與所述mems敏感結(jié)構(gòu)通過錨點(diǎn)支撐和tsv連接，所述錨點(diǎn)采用離散小面積錨點(diǎn)。

21、以上設(shè)置產(chǎn)生的效果：與傳統(tǒng)單支點(diǎn)相比較，具有更低的應(yīng)力。

22、進(jìn)一步的，所述蓋帽、mems敏感單元和襯底的使用材料均為硅材料。

23、進(jìn)一步的，所述蓋帽與所述mems敏感結(jié)構(gòu)通過硅-硅鍵合相連接。

24、進(jìn)一步的，所述mems敏感結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)邊緣的雙級(jí)止檔結(jié)構(gòu)，用于限制活動(dòng)梳齒在平面內(nèi)兩個(gè)方向的位移。

25、以上設(shè)置產(chǎn)生的效果：mems敏感結(jié)構(gòu)中通過平面內(nèi)的雙級(jí)止檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，限制加速度傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)兩個(gè)方向的位移。

26、進(jìn)一步的，所述雙極止擋結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在中軸上的第一止擋梳齒和設(shè)置在所述側(cè)軸上的第二止擋梳齒；

27、所述第一止擋梳齒和第二止擋梳齒交錯(cuò)布置且留有活動(dòng)空隙。

28、進(jìn)一步的，中軸的兩側(cè)的第一止擋梳齒和第二止擋梳齒的間距并不相等。

29、以上設(shè)置產(chǎn)生的效果：兩級(jí)止檔，防止結(jié)構(gòu)高沖擊下?lián)p壞。

30、進(jìn)一步的，所述蓋帽上設(shè)置有金屬止擋層，用于限制機(jī)械結(jié)構(gòu)在垂直方向上機(jī)械結(jié)構(gòu)的位移，將質(zhì)量塊在高沖擊下的位移限制在材料的安全范圍內(nèi)。

31、以上設(shè)置產(chǎn)生的效果：防止機(jī)械結(jié)構(gòu)在過大的沖擊作用下發(fā)生破壞。

32、進(jìn)一步的，所述組裝管殼為不銹鋼；

33、所述金屬止擋層的材料為金；所述灌封膠為硅橡膠；

34、mems封裝管殼采用陶瓷材料，mems封裝蓋片采用金屬材料，

35、所述asic芯片與mems敏感結(jié)構(gòu)均膠粘貼在mems封裝管殼上，兩者之間通過金屬導(dǎo)線鍵合連接。

36、本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

37、本發(fā)明提供的mems過載傳感器模塊，其mems敏感結(jié)構(gòu)的分散小單元錨點(diǎn)設(shè)計(jì)相比于單錨點(diǎn)結(jié)構(gòu)可減少應(yīng)力，其設(shè)計(jì)的xy平面內(nèi)設(shè)置的雙級(jí)止擋結(jié)構(gòu)和z垂直方向的止擋結(jié)構(gòu)，可一定限度內(nèi)避免高沖擊失效，其組裝后灌封防護(hù)可提高抗沖擊性能，實(shí)現(xiàn)加速度高沖擊下的正常功能。

技術(shù)特征：

1.一種抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，包括組裝管殼、pcb板和mems加速度傳感器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述mems加速度傳感器包括封裝蓋片、封裝管殼以及設(shè)置在所述封裝管殼內(nèi)的mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)和asic芯片；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述固定梳齒包括通過錨點(diǎn)與襯底固定連接的中軸以及沿中軸向兩邊延伸的梳齒；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述pcb板連接有模塊引出導(dǎo)線；所述模塊引出導(dǎo)線穿透所述組裝管殼。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述組裝管殼的開口處封裝有組裝蓋板。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述襯底與所述mems敏感結(jié)構(gòu)通過錨點(diǎn)支撐和tsv連接，所述錨點(diǎn)采用離散小面積錨點(diǎn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述蓋帽、mems敏感單元和襯底的使用材料均為硅材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述蓋帽與所述mems敏感結(jié)構(gòu)通過硅-硅鍵合相連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述mems敏感結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)邊緣的雙級(jí)止檔結(jié)構(gòu)，用于限制活動(dòng)梳齒在平面內(nèi)兩個(gè)方向的位移。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，其特征在于，所述組裝管殼為不銹鋼；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種抗高沖擊的MEMS過載傳感器模塊，通過從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)跟封裝兩方面提高過載傳感器的抗沖擊性能。具體包含不銹鋼組裝管殼、PCB板、MEMS加速度傳感器。MEMS加速度傳感器及其相關(guān)元器件焊接在PCB板上，PCB板通過螺絲固定在模塊組裝管殼內(nèi)，填充灌封膠后封模塊蓋組裝板；所述模塊組裝管殼在組裝PCB后，其內(nèi)部填充的灌封膠，通過灌封防護(hù)可提高抗沖擊性能；所述MEMS傳感器由MEMS單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)和ASIC芯片組成；所述襯底與所述MEMS敏感結(jié)構(gòu)通過錨點(diǎn)支撐、TSV連接，所述錨點(diǎn)采用離散小面積錨點(diǎn)，與傳統(tǒng)單支點(diǎn)相比較，具有更低的應(yīng)力。

技術(shù)研發(fā)人員：齊越,黃艷輝,周銘,方澍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華東光電集成器件研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19