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

背景技術：

1、mems過載傳感器目前廣泛應用于航空航天、工業(yè)自動化、等工業(yè)領域。隨著技術的發(fā)展，對于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)?彈內各組件在2～3ms?內承受10000g?的短時高過載，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，最常見的是梁或質量塊單元斷裂或粘接破損，導致加速度信號跳變致使系統(tǒng)無判斷操作，造成不可估量的致命損傷。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種抗高沖擊的mems過載傳感器模塊，針對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，其所述組裝管殼與pcb板之間填充有灌封膠。

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

7、進一步的，所述mems加速度傳感器包括封裝蓋片、封裝管殼以及設置在所述封裝管殼內的mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結構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構包括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、進一步的，所述mems敏感結構包括質量塊、彈性梁、固定梳齒和活動梳齒；

10、所述固定梳齒通過與所述襯底之間通過錨點固定連接；

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

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

13、在靜電力驅動下，質量塊連接所述彈性梁機械運動，使得活動梳齒與固定梳齒之間的電容發(fā)生變化，通過asic芯片轉化為電信號輸出，從而得到加速度變化。

14、進一步的，所述固定梳齒包括通過錨點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、所述活動梳齒包括設置在所述固定梳齒兩邊的側軸以及沿側軸向所述固定梳齒方向垂直延伸的梳齒；活動梳齒的梳齒與固定梳齒的梳齒交錯放置并留有等距離的活動間隙；

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

17、進一步的，所述pcb板連接有模塊引出導線；所述模塊引出導線穿透所述組裝管殼。

18、進一步的，所述組裝管殼的開口處封裝有組裝蓋板。

19、以上設置產(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、進一步的，所述襯底與所述mems敏感結構通過錨點支撐和tsv連接，所述錨點采用離散小面積錨點。

21、以上設置產(chǎn)生的效果：與傳統(tǒng)單支點相比較，具有更低的應力。

22、進一步的，所述蓋帽、mems敏感單元和襯底的使用材料均為硅材料。

23、進一步的，所述蓋帽與所述mems敏感結構通過硅-硅鍵合相連接。

24、進一步的，所述mems敏感結構還包括設置在mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結構邊緣的雙級止檔結構，用于限制活動梳齒在平面內兩個方向的位移。

25、以上設置產(chǎn)生的效果：mems敏感結構中通過平面內的雙級止檔結構設計，限制加速度傳感器的機械結構在平面內兩個方向的位移。

26、進一步的，所述雙極止擋結構包括設置在中軸上的第一止擋梳齒和設置在所述側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布置且留有活動空隙。

28、進一步的，中軸的兩側的第一止擋梳齒和第二止擋梳齒的間距并不相等。

29、以上設置產(chǎn)生的效果：兩級止檔，防止結構高沖擊下?lián)p壞。

30、進一步的，所述蓋帽上設置有金屬止擋層，用于限制機械結構在垂直方向上機械結構的位移，將質量塊在高沖擊下的位移限制在材料的安全范圍內。

31、以上設置產(chǎn)生的效果：防止機械結構在過大的沖擊作用下發(fā)生破壞。

32、進一步的，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敏感結構均膠粘貼在mems封裝管殼上，兩者之間通過金屬導線鍵合連接。

36、本發(fā)明所達到的有益效果：

37、本發(fā)明提供的mems過載傳感器模塊，其mems敏感結構的分散小單元錨點設計相比于單錨點結構可減少應力，其設計的xy平面內設置的雙級止擋結構和z垂直方向的止擋結構，可一定限度內避免高沖擊失效，其組裝后灌封防護可提高抗沖擊性能，實現(xiàn)加速度高沖擊下的正常功能。

技術特征：

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、封裝管殼以及設置在所述封裝管殼內的mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結構和asic芯片；

3.根據(jù)權利要求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線；所述模塊引出導線穿透所述組裝管殼。

5.根據(jù)權利要求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敏感結構通過錨點支撐和tsv連接，所述錨點采用離散小面積錨點。

7.根據(jù)權利要求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敏感結構通過硅-硅鍵合相連接。

9.根據(jù)權利要求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敏感結構還包括設置在mems單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結構邊緣的雙級止檔結構，用于限制活動梳齒在平面內兩個方向的位移。

10.根據(jù)權利要求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；

技術總結
本發(fā)明提供一種抗高沖擊的MEMS過載傳感器模塊，通過從結構設計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，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，其內部填充的灌封膠，通過灌封防護可提高抗沖擊性能；所述MEMS傳感器由MEMS單軸梳齒電容式單軸加速度傳感器結構和ASIC芯片組成；所述襯底與所述MEMS敏感結構通過錨點支撐、TSV連接，所述錨點采用離散小面積錨點，與傳統(tǒng)單支點相比較，具有更低的應力。

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