專利名稱：振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯。
背景技術(shù)：
惡劣環(huán)境下使用的感測(cè)系統(tǒng)通常需要與此環(huán)境某些形式的隔離。例如，慣性測(cè)量單元(IMU)經(jīng)常遭受振動(dòng)和/或大的沖擊。因此，振動(dòng)隔離系統(tǒng)通常用于阻尼來(lái)自IMU的振動(dòng)和/或大的沖擊。常規(guī)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) IMU可包括將IMU殼和內(nèi)部元件分離的振動(dòng)隔離器。該振動(dòng)隔離器典型地是彈性材料，其能在寬的溫度范圍內(nèi)(巧5攝氏度到85攝氏度)既吸收又阻尼顯著數(shù)量的振動(dòng)(例如，接近臨界阻尼的)。

發(fā)明內(nèi)容
在示例中，提供一種內(nèi)插器芯片。該內(nèi)插器芯片包括基部和芯片安裝部。該內(nèi)插器芯片也包括連接基部到芯片安裝部的一個(gè)或多個(gè)彎曲件。此外，第一多個(gè)突起從基部朝向芯片安裝部延伸，以及第二多個(gè)突起從芯片安裝部朝向基部延伸并且延伸進(jìn)入由第一多個(gè)突起形成的空隙。


可以理解，附圖僅描述了示范性實(shí)施例且因此不被認(rèn)為在范圍上是限制性的，將利用其他具體內(nèi)容和細(xì)節(jié)通過(guò)使用附圖描述示范性實(shí)施例，附圖中圖1是包含振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯的系統(tǒng)的一個(gè)示例的透視圖。圖2是圖1的內(nèi)插器管芯和傳感器芯片一起的一個(gè)示例的截面圖，其可以包括慣性測(cè)量單元(IMU)。圖3A是圖1的內(nèi)插器的一個(gè)示例的頂視圖。圖:3B是圖1的內(nèi)插器的另一個(gè)示例的頂視圖。圖3C是圖1的內(nèi)插器的又一個(gè)示例的頂視圖。圖4A和4B是圖3A的內(nèi)插器的一部分的視圖，除了其他方面，特別示出了用于壓膜阻尼的多個(gè)突起。圖5是包含具有振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯的IMU的電子裝置的框圖。根據(jù)一般實(shí)踐，各所述特征未按比例畫出而是畫出以強(qiáng)調(diào)與示范實(shí)施例相關(guān)的具體特征。
具體實(shí)施例方式在以下的具體描述中，參考形成具體描述一部分的附圖，且其中借助于說(shuō)明示出了具體的說(shuō)明性實(shí)施例。但是應(yīng)當(dāng)理解，也可利用其他實(shí)施例且也可進(jìn)行邏輯、機(jī)械和電的改變。而且，不認(rèn)為附圖和說(shuō)明書中提出的方法限制其中執(zhí)行單個(gè)步驟的順序。因此不在限制意義上理解以下的具體描述。下面描述的實(shí)施例涉及一種振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯，其能安裝在傳感器芯片和電路板之間。該內(nèi)插器管芯可包括用于安裝到電路板的基部和用于在其上安裝芯片的芯片安裝部。在某些示例中，內(nèi)插器管芯還可包括連接基部到芯片安裝部并在此之間允許相對(duì)移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)彎曲件(flexure)。內(nèi)插器管芯還可提供基部和芯片安裝部之間的相對(duì)移動(dòng)的壓膜阻尼。圖1是包含振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯102的系統(tǒng)100的一個(gè)示例的透視圖。該振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯102 (這里也稱作“內(nèi)插器管芯”或者簡(jiǎn)單地“內(nèi)插器”)可配置為安裝在芯片104(例如傳感器芯片)和襯底106(例如電路板)之間，并且能作為芯片104到襯底 106的物理連接。由此，芯片104可附著到可被附著至襯底106的內(nèi)插器102。相應(yīng)地，內(nèi)插器102可使用任何合適的管芯附著包括焊料、陽(yáng)極接合、或其它材料附著到襯底106和芯片104。在某些示例中，通過(guò)內(nèi)插器102可布線(route)襯底106和芯片104之間的電連接。在這些示例中，內(nèi)插器102可包括合適的跡線，貫通襯底通孔，邊緣互連，或其它互連以及導(dǎo)電墊等以實(shí)現(xiàn)到芯片104和襯底106以及兩者之間的電連接。內(nèi)插器102可由任意合適的材料組成，包括硅、玻璃、或其它襯底。圖2是圖1的內(nèi)插器102和芯片104—起的一個(gè)示例的截面圖，其包括慣性測(cè)量單元(IMU)。在該示例中，芯片104可以包含傳感器芯片，其包括至少三個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 陀螺儀和至少三個(gè)MEMS加速計(jì)，每個(gè)陀螺儀和加速計(jì)定位以對(duì)三個(gè)垂直軸(例如X、Y和Z 軸)中的一個(gè)進(jìn)行感測(cè)。芯片104可安裝到內(nèi)插器102的芯片安裝部202。內(nèi)插器102還可包括配置為安裝到襯底106的基部204。圖3A-3C是圖1的內(nèi)插器102的示例的頂視圖。如上所述，內(nèi)插器102可包括基部204和芯片安裝部202。內(nèi)插器102還可包括連接芯片安裝部202到基部204的一個(gè)或多個(gè)彎曲件302 (例如彈性構(gòu)件)。該一個(gè)或多個(gè)彎曲件302可包括連接到基部204和芯片安裝部202的延長(zhǎng)的折疊構(gòu)件。此外，一個(gè)或多個(gè)彎曲件302的結(jié)構(gòu)(例如折疊結(jié)構(gòu))能使芯片安裝部202相對(duì)基部 204移動(dòng)。該移動(dòng)能使內(nèi)插器102吸收例如由襯底106和芯片104之間的熱膨脹系數(shù)差引起的應(yīng)力。此外，彎曲件302可設(shè)計(jì)為使得高于期望頻率的襯底106中的頻率基本上被吸收并且不傳遞到芯片104。在一個(gè)示例中，內(nèi)插器102可具有低的衰減頻率以使得低于大約 IOOHz的頻率傳遞到芯片104并且高于IOOHz的頻率被內(nèi)插器102吸收。在某些示例中，內(nèi)插器102可設(shè)計(jì)為吸收這種沿著三個(gè)正交軸的振動(dòng)，包括圍繞三個(gè)正交軸的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。相應(yīng)地，內(nèi)插器102能作為芯片104的振動(dòng)隔離器。在示例中，內(nèi)插器102可包括從芯片安裝部202和基部204兩者延伸出的多個(gè)突起304、306(例如鰭)。例如，第一多個(gè)突起304可包含多個(gè)大體平面的結(jié)構(gòu)，例如鰭，設(shè)置為使得它們具有彼此相對(duì)的面。此外，相對(duì)的面可以彼此鄰近且定位成使得芯片安裝部202 和基部204之間的相對(duì)移動(dòng)引起相對(duì)的面面向或背向彼此移動(dòng)。由于兩面引起流體(例如氣體)被推出和進(jìn)入兩面之間的間隙，相對(duì)的面面向或背向彼此的這種移動(dòng)能引起壓膜阻尼。圖4A和4B是圖3A的內(nèi)插器102的一部分的視圖，除了其他方面，特別示出多個(gè)突起304、306。該多個(gè)突起包括從基部204朝向芯片安裝部202延伸的第一多個(gè)突起402-1、 402-2和從芯片安裝部202向基部204延伸的第二多個(gè)突起404_1、404_2。如圖4B所示， 第一和第二多個(gè)突起402-1、402-2、404-1、404-2中的每個(gè)包含大體平面的鰭。該大體平面的鰭分別從基部204或者芯片安裝部202垂直延伸出來(lái)。此外，自一側(cè)的突起402-1、402-2 延伸進(jìn)入相反方向延伸的突起404-1、402-2之間的空隙。就是說(shuō)，從基部204延伸的突起 402-1,402-2在從芯片安裝部202延伸的突起之間延伸并且從芯片安裝部202延伸的突起 404-1、404-2在從基部204延伸的突起之間延伸。相應(yīng)地，突起402-1的面與突起404-1的面相對(duì)。因而，當(dāng)突起402-1朝向和遠(yuǎn)離突起404-1移動(dòng)時(shí)，突起402-1、404-1之間的流體被推出和拉入突起間的空隙。該流體動(dòng)作產(chǎn)生突起402-1、404-1的移動(dòng)的壓膜阻尼。因?yàn)橛捎谕黄?02-1、404-1在面向或背向彼此的方向上的移動(dòng)而發(fā)生該壓膜阻尼，突起402-1、 404-1主要提供在那個(gè)方向上的阻尼，但可提供在與那個(gè)方向正交的方向上的很少或無(wú)阻尼。相應(yīng)地，內(nèi)插器102包括突起的多個(gè)子集，其中該多個(gè)子集定位于不同方向以提供不同方向上的阻尼。例如，第一子集突起402-1可定位于第一方向并且第二子集突起402-2可定位于正交于第一方向的第二方向。從基部204延伸的該第一子集突起402-1具有相應(yīng)地從芯片安裝部202延伸的第三子集404-1，并且從基部204延伸的第二子集突起402-2具有相應(yīng)地從芯片安裝部202延伸的第四子集突起404-2。相應(yīng)地，第一子集402-1和第三子集 404-1可提供第一方向上的阻尼并且第二子集402-2和第四子集404-2可提供正交于第一方向的第二方向上的阻尼。返回參考圖3A-3C，內(nèi)插器102可包括定位于不同方向的突起304、306。例如，圖 3A的內(nèi)插器102中，突起304、306以矩形(例如正方形)圖案布置。在圖3A中，第一多個(gè)突起304從芯片安裝部202延伸且第二多個(gè)突起306從基部204延伸。該第一多個(gè)突起 304包括沿第一方向延伸的第一子集，沿第二方向延伸的第二子集，沿第三方向延伸的第三子集，和沿第四方向延伸的第四子集，其中第二方向正交于第一方向，第三方向相反于第一方向延伸，以及第四方向相反于第二方向延伸。此外，第一、第二、第三、和第四方向在由內(nèi)插器102形成的平面內(nèi)，也就是，第一、第二、第三和第四子集的平面的表面定位大體正交于由內(nèi)插器102形成的平面。第二多個(gè)突起306包括延伸進(jìn)入第一子集的空隙的第五子集、延伸進(jìn)入第二子集的空隙的第六子集、延伸進(jìn)入第三子集間隙的第七子集、和延伸進(jìn)入第四子集間隙重點(diǎn)第八子集。相應(yīng)地，第五子集在第三方向上延伸、第六子集在第四方向上延伸、第七子集在第一方向上延伸、以及第八子集在第二方向上延伸。因而，內(nèi)插器102能提供在由內(nèi)插器102形成的平面內(nèi)兩個(gè)正交方向上的壓膜阻尼。圖:3B示出了另一個(gè)示例，其中突起304、306以圓形圖案布置。相應(yīng)地，第一多個(gè)突起304從芯片安裝部202放射性地向外延伸。第二多個(gè)突起306從基部204放射性地向內(nèi)延伸。如所示，第二多個(gè)突起306延伸進(jìn)入第一多個(gè)突起304的空隙。示出四個(gè)彎曲件 302，其柔性連接基部204到芯片安裝部202 ；然而可使用其它數(shù)目和/或取向的彎曲件。相應(yīng)地，芯片安裝部202相對(duì)于基部204的旋轉(zhuǎn)以及沿著內(nèi)插器202的平面在大多方向上的橫向移動(dòng)可由突起304、306阻尼。
圖3C示出又一個(gè)示例，其中突起304、306以圓形圖案布置并且定位成阻尼從芯片安裝部202輻射性地向外和向內(nèi)的的移動(dòng)。第一多個(gè)突起304從芯片安裝部202延伸并具有與從基部204延伸的第二多個(gè)突起306上的相應(yīng)面相對(duì)的面。該面定位成阻尼相對(duì)于芯片安裝部輻射性地向外和向內(nèi)的移動(dòng)。示出四個(gè)彎曲件302，其柔性連接基部204到芯片安裝部202 ；然而可使用其它數(shù)目和/或取向的彎曲件。突起304、306的圖案、取向、數(shù)量、以及幾何形狀的具體示例提供于圖3A-3C中。應(yīng)當(dāng)理解，然而，能使用突起304、306的其它圖案、取向、數(shù)量、以及幾何形狀。在示例中，突起 304,306布置為使得相對(duì)的面相互遠(yuǎn)離10微米或更少。在另一個(gè)示例中，突起304、306布置為使得相對(duì)的面分離5微米或更少?？墒褂眠@些距離以獲得想要的壓膜阻尼。返回參考圖2，形成在內(nèi)插器102和芯片104之間的間隙206能實(shí)現(xiàn)在正交于內(nèi)插器102形成的平面的方向上的壓膜阻尼。即，基部204相對(duì)于芯片安裝部202的移動(dòng)(例如如圖2所示的向上和向下)能引起間隙206內(nèi)的流體(例如空氣)被推出和拉入間隙206。 這種流體移動(dòng)可以起作用以對(duì)在正交于由內(nèi)插器102形成的平面的方向(例如ζ軸)上的移動(dòng)進(jìn)行壓膜阻尼。在示例中，內(nèi)插器102和傳感器芯片104之間的間隙206是10微米或更小。在另一個(gè)示例中，內(nèi)插器102和傳感器芯片104之間的間隙206是5微米或更小。返回參考圖3A，在示例中，基部204包含內(nèi)插器102的周界并且芯片安裝部202包含內(nèi)插器102的內(nèi)部區(qū)域。突起304、306被布置在芯片安裝部202和基部204之間。在示例中，形成在突起304、306之間的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)孔(例如間隙)暴露于空氣中(例如暴露于圍繞內(nèi)插器102的環(huán)境中)。在其中空氣用于突起304、306之間壓膜阻尼的示例中，由于空氣隨溫度的變化相對(duì)緩慢(相比于液體或彈性體)，阻尼可以對(duì)于溫度相對(duì)恒定。在另一個(gè)示例中，芯片安裝部可以包含內(nèi)插器的周界并且基部可以包含內(nèi)插器的內(nèi)部區(qū)域。即，在一些示例中芯片104可以安裝到內(nèi)插器的周界并且內(nèi)插器可以安裝到襯底106，在其內(nèi)部區(qū)域中。在另一些示例中，可使用芯片安裝部和基部的其它配置。在示例中，彎曲件302包括聚合物以對(duì)彎曲件302的共振進(jìn)行阻尼。無(wú)論如何，突起304、306能對(duì)芯片安裝部202和基部204之間的移動(dòng)(例如振動(dòng))進(jìn)行阻尼。在示例中，內(nèi)插器102可使用半導(dǎo)體工藝制造。例如，內(nèi)插器102可以通過(guò)以其上具有多個(gè)將來(lái)的插入管芯的空白晶片為開(kāi)始來(lái)制造。每個(gè)內(nèi)插器管芯可以被刻蝕以形成基部204和芯片安裝部202之間的開(kāi)孔(例如間隙)?？涛g還可以限定突起304、306和彎曲件302。晶片可以隨后被分割以形成單獨(dú)的內(nèi)插器管芯。內(nèi)插器管芯102可以隨后附著 (接合)到另一個(gè)芯片104(例如傳感器芯片)和/或襯底106(例如電路板)。在一個(gè)示例中，內(nèi)插器102可包括其間貫通的電互連以電連接芯片104到襯底 106。在示例中，電互連可包括在一個(gè)或多個(gè)彎曲件302上的一個(gè)或多個(gè)跡線406。彎曲件上的跡線406能將芯片安裝部202上的連接408 (例如，管芯墊)和基部204上的貫穿襯底通孔(TSV) 410耦合。芯片墊408可以配置為耦合到芯片104并且TSV410可以配置為耦合到內(nèi)插器102的底邊上的襯底106。跡線406可以配置為使得其抵擋與彎曲件302相關(guān)的移動(dòng)。相應(yīng)地，芯片104能通過(guò)內(nèi)插器102上的電互連電耦合到襯底106。在其他示例中， 可使用其它電互連，包括內(nèi)插器102邊緣上的垂直互連。圖5是包含具有振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯的IMU 706的電子裝置700的框圖。系統(tǒng)700 可以包括耦合到一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置704的一個(gè)或多個(gè)處理裝置702。該一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)
6裝置包括指令，當(dāng)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)處理裝置702執(zhí)行時(shí)該指令導(dǎo)致處理裝置702執(zhí)行導(dǎo)航功能，諸如提供混合或慣性導(dǎo)航方案。該一個(gè)或多個(gè)處理裝置702還可以耦合到IMU 706， 例如IMU 104，其可以包括內(nèi)插器管芯，例如內(nèi)插器管芯102。相應(yīng)地，IMU 706中的傳感器能與來(lái)自襯底(例如電路板106)的熱偏移以及振動(dòng)相隔離。電子裝置700還可包括輸入和/或輸出端口 708，用于與其它裝置發(fā)送和接收信號(hào)。在某些示例中，電子裝置700還可包括其它傳感器，例如衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收器。在示例中，電子裝置700可配置為集成到另一個(gè)較大的設(shè)備中，例如航空器、車輛、移動(dòng)電話、或者其它需要慣性數(shù)據(jù)的設(shè)備。一個(gè)或多個(gè)處理裝置702可包括中央處理單元(CPU)、微控制器、微處理器(例如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP))、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)和其它處理裝置。一個(gè)或多個(gè)處理裝置702和電子裝置700可“配置”為當(dāng)一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置704包括如下指令時(shí)實(shí)施特定行為，當(dāng)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)處理裝置702執(zhí)行時(shí)，該指令導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)處理裝置702實(shí)施那些行為。這些指令可，例如，執(zhí)行導(dǎo)航系統(tǒng)的功能。這些指令可存儲(chǔ)在任意合適的用于儲(chǔ)存處理器可讀指令和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理器可讀媒介。這些處理器可讀媒介可包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置704和/或其它合適介質(zhì)。合適的處理器可讀介質(zhì)可包括有形介質(zhì)，諸如磁或者光介質(zhì)。盡管本文中已經(jīng)示出了并描述了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，被計(jì)算用于實(shí)現(xiàn)相同目的的任意設(shè)置，可取代所示特定實(shí)施例。因此，很顯然意圖在于本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)插器芯片，包括基部；芯片安裝部；連接基部到芯片安裝部的一個(gè)或多個(gè)彎曲件； 從基部朝向芯片安裝部延伸的第一多個(gè)突起；以及從芯片安裝部朝向基部延伸并且延伸進(jìn)入由第一多個(gè)突起形成的空隙的第二多個(gè)突起。
2.權(quán)利要求1的內(nèi)插器芯片設(shè)備，其中第一和第二多個(gè)突起被配置為對(duì)芯片安裝部相對(duì)于基部的移動(dòng)進(jìn)行壓膜阻尼。
3.權(quán)利要求1的內(nèi)插器芯片設(shè)備，其中第一和第二多個(gè)突起包括設(shè)置為使得第一多個(gè)突起的面與第二多個(gè)突起的面相對(duì)的大體平面的結(jié)構(gòu)；并且其中第一和第二多個(gè)突起的大體平面的結(jié)構(gòu)正交于由內(nèi)插器芯片形成的平面。
全文摘要
本發(fā)明涉及振動(dòng)隔離內(nèi)插器管芯。在一個(gè)示例中，提供一種內(nèi)插器芯片。該內(nèi)插器芯片包括基部和芯片安裝部。該內(nèi)插器芯片還包括連接基部到芯片安裝部的一個(gè)或多個(gè)彎曲件。此外，第一多個(gè)突起從基部朝向芯片安裝部延伸，并且第二多個(gè)突起從芯片安裝部朝向基部延伸并且延伸進(jìn)入由第一多個(gè)突起形成的空隙。
文檔編號(hào)B81B7/00GK102530827SQ20111045683
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者R·D·霍爾寧, R·蘇皮諾 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司