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

背景技術(shù)：

微機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行測量，因此其多軸組合在慣性導航以及制導領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于微機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則會導致性能大幅下降，因此目前在多軸微機械慣性傳感器的三維封裝通常采用將裝載微機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現(xiàn)，該六面體基座往往會占用微機械慣性傳感器多軸組合大部分的體積和質(zhì)量，嚴重制約微機械慣性傳感器在慣性導航和制導領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(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連線，切的方向為該平面的法向；

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

再對三維封裝結(jié)構(gòu)各表面進行磨削制造溝槽，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行涂覆；

將微機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。

進一步的，所述陶瓷材料為三氧化二鋁。

進一步的，填充所述溝槽的金屬為銅。

進一步的，所述絕緣材料為聚酰亞胺。

進一步的，可在同一基板上重復(fù)應(yīng)用所述三維封裝方法，以滿足多軸微機械慣性傳感器組合的要求。

本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明通過對三維封裝結(jié)構(gòu)的兩個正方形端面進行精加工，使其滿足安裝要求，保證了微機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)對微機械慣性傳感器的敏感元件進行了豎直安裝，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，并且可實現(xiàn)多軸微機械慣性傳感器的電路復(fù)用，大幅降低了微機械慣性傳感器多軸組合的體積和質(zhì)量，拓寬微機械慣性傳感器在慣性導航和制導領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明的實施例的微機械慣性傳感器的三維封裝示意圖

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

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的微機械慣性傳感器的三維封裝方法進行進一步說明。

圖1是應(yīng)用本發(fā)明的方法完成微機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)明的實現(xiàn)的微機械慣性傳感器的三維封裝，其中1為微機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連線，切的方向為該平面的法向。

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行精加工，使得這兩個端面的平面度和垂直度均達到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)進行機械研磨拋光，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：將微機械慣性傳感器的敏感元件1使用粘接的方法裝載到標準定制陶瓷管殼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)明屬于微機械慣性傳感器封裝領(lǐng)域，具體涉及一種微機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，將裝載有微機械慣性傳感器的敏感元件的標準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。

技術(shù)研發(fā)人員：王永;王玉朝;易華祥;余才佳;任伶
受保護的技術(shù)使用者：中國航空工業(yè)集團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