多軸mems傳感器模塊的制作方法
【專利摘要】多軸MEMS傳感器模塊，本實(shí)用新型的傳感器模塊的MEMS裸芯片用軟膠直接粘接在導(dǎo)熱性能良好的安裝座上，然后通過(guò)金屬線將信號(hào)連接到PCB硬板上，MEMS裸芯片與PCB硬板之間沒(méi)有硬接觸，只有柔軟的金屬線連接，所以PCB硬板的應(yīng)力不會(huì)傳導(dǎo)到MEMS裸芯片上；安裝有MEMS裸芯片的PCB硬板相互垂直地安裝在金屬外殼上，這樣，既保證了各感應(yīng)軸向間的對(duì)準(zhǔn)精度，又隔離了來(lái)自金屬外殼的應(yīng)力，還提供了均勻的溫度環(huán)境。
【專利說(shuō)明】
多軸MEMS傳感器模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型屬于MEMS芯片的封裝領(lǐng)域，特別涉及一種多軸MEMS傳感器模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]電子封裝是將一個(gè)或多個(gè)電子元器件芯片相互電連接，然后封裝在一個(gè)保護(hù)結(jié)構(gòu)中，其目的是為電子芯片提供電連接、機(jī)械保護(hù)、化學(xué)腐蝕保護(hù)等。一些與空間維度有關(guān)的傳感器，特別是MEMS(Microelectromecanical system，微機(jī)電系統(tǒng))陀螺儀、加速度計(jì)、磁場(chǎng)傳感器等，其高精度的傳感器芯片都是單軸向敏感的，而實(shí)際應(yīng)用中大部分需要感應(yīng)三個(gè)軸向的信號(hào)，這就需要通過(guò)電子封裝技術(shù)將各個(gè)單軸傳感器芯片相互垂直安裝成傳感器模塊，達(dá)到多軸向感應(yīng)的目的；另外，傳感器模塊通常還具有信號(hào)校準(zhǔn)、處理功能，所以除了MEMS傳感器元器件外，還需要在傳感器模塊加入MCU、晶振、電源、電阻、電容、溫度傳感器等等;體積小、重量輕、各個(gè)軸向間對(duì)準(zhǔn)精度高、溫度特性好、抗振動(dòng)能力強(qiáng)是多軸傳感器模塊的主要技術(shù)要求。現(xiàn)有技術(shù)中，通常是將單軸MEMS傳感器裸芯片與相應(yīng)的ASIC(Applicat1n Specific Integrated Circuit，專用集成電路)芯片封裝在陶瓷管殼中，形成單軸MEMS傳感器元件，然后將其貼裝在垂直框架的各個(gè)面上，組成多軸MEMS傳感器模塊。專利CN10479505A《一種MEMS慣性測(cè)量單元》描述的是將封裝后的MEMS傳感器元件焊接在硬PCB板上，再用膠粘貼到定位支架上，然后膠接到外殼上，PCB硬板間用軟PCB板連接；專利CN201110299117《一種基于三維立體封裝技術(shù)的微姿態(tài)航向參考系統(tǒng)》描述的是將封裝后的MEMS傳感器元件焊接在硬PCB板上，將硬PCB板安裝在六面體上，PCB硬板間用軟PCB板連接;專利CN200710063635.6《一種隱式結(jié)構(gòu)微型慣性測(cè)量單元》描述的是將封裝后的MEMS傳感器元件通過(guò)焊錫焊接到立體陶瓷印刷線路板上。上述專利均是將封裝后的MEMS傳感器元件相互垂直安裝形成多軸傳感器模塊，沒(méi)有述及裸芯片直接組成多軸傳感器模塊?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于:1、由于需要安裝框架，體積大，重量重；2、封裝后的MEMS元件再組裝成多軸傳感器模塊，封裝材料(如陶瓷管殼、蓋板等)既增加了重量，又增加了體積;3、MEMS裸芯片封裝在管殼中，管殼再焊接在PCB板上，PCB板再安裝在框架上，各個(gè)步驟都會(huì)引入軸向間的對(duì)準(zhǔn)誤差;4、由于現(xiàn)有的MEMS模塊組裝技術(shù)中，MEMS裸芯片(通常為Si材料)與金屬外殼間隔著陶瓷管殼和PCB板，而他們的熱膨脹系數(shù)與Si相差很多，例如一般用作模塊外殼的鋁合金的熱膨脹系數(shù)為23.8ppm/°C，Si為2.6ppm/°C，陶瓷管殼為6.7ppm/°C，PCB為14?18ppm/°C，PCB板上銅膜為17.5ppm/°C，因金屬外殼、PCB板、陶瓷管殼這些與MEMS芯片熱膨脹系數(shù)不同而由溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響MEMS器件的溫度特性;5、相比于金屬材料，陶瓷封裝管殼、PCB板均是不良熱導(dǎo)體，例如鋁合金的熱傳導(dǎo)系數(shù)為236w/m/k，Si為168w/m/k，陶瓷管殼約20w/m/k，PCB板基材FR4為6.5w/m/k，PCB板上銅膜為401w/m/k，可見當(dāng)外部環(huán)境溫度變化時(shí)，模塊的金屬外殼傳導(dǎo)溫度變化很快，但PCB板和陶瓷管殼阻礙了溫度變化的傳導(dǎo)，導(dǎo)致各個(gè)MEMS裸芯片的溫度變化速率不同，不但影響到校準(zhǔn)時(shí)需要等待溫度穩(wěn)定的時(shí)間，而且在使用過(guò)程中，傳感器模塊各軸向輸出值出現(xiàn)偏差?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多軸MEMS傳感器模塊，該傳感器模塊的MEMS裸芯片用軟膠直接粘接在導(dǎo)熱性能良好、與芯片材料相同的安裝座上，并通過(guò)金屬線將信號(hào)連接到PCB硬板上，MEMS裸芯片與PCB硬板之間沒(méi)有硬接觸，只有柔軟的金屬線連接，所以PCB硬板的應(yīng)力不會(huì)傳導(dǎo)到MEMS裸芯片上;安裝有MEMS裸芯片的PCB硬板相互垂直地安裝在金屬外殼上，這樣，既保證了各感應(yīng)軸向間的對(duì)準(zhǔn)精度，又隔離了來(lái)自金屬外殼的應(yīng)力，還提供了均勻的溫度環(huán)境。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種多軸MEMS傳感器模塊，由金屬外殼和AS IC組件組成，金屬外殼呈立方體狀，由底板、左側(cè)板、后側(cè)板、右側(cè)板、前側(cè)板和蓋板圍成，金屬外殼的底板、左側(cè)板、右側(cè)板和前側(cè)板上各有至少四個(gè)安裝柱，在底板與后側(cè)板的連接處有至少兩個(gè)定位柱，定位柱上有定位槽，在右側(cè)板上有聯(lián)接口，每四個(gè)安裝柱上粘貼一個(gè)安裝座；
[0005]所述的ASIC組件由PCB板組件和工裝組成，所述的PCB板組件包括四至六塊PCB硬板，相鄰的PCB硬板間有PCB軟板連接，在其中一塊PCB硬板上制作有排針孔，在其中至少一塊PCB硬板上制作有至少一個(gè)窗口和至少兩個(gè)定位孔，在其中至少一塊PCB硬板上貼裝有電子元器件;所述的工裝具有第一定位柱、第二定位柱和工裝槽;PCB板組件安裝到工裝上，PCB板組件的窗口和定位孔分別對(duì)準(zhǔn)工裝的定位柱，PCB硬板上的電子元器件位于工裝槽中，ASIC裸芯片貼裝在PCB硬板上；
[0006]ASIC組件的PCB硬板對(duì)準(zhǔn)貼裝在安裝柱和定位槽上，安裝座從PCB硬板的窗口中穿過(guò)，且與PCB硬板無(wú)接觸，PCB軟板彎曲固定在底板上，信號(hào)連接器固定在右側(cè)板上，信號(hào)連接器的排針焊接在排針孔中；
[0007]安裝座上貼裝MEMS裸芯片，MEMS裸芯片和ASIC裸芯片之間及ASIC裸芯片和PCB硬板之間由金屬線電連接。
[0008]本實(shí)用新型的MEMS裸芯片用軟膠直接粘接在導(dǎo)熱性能良好的安裝座上，并通過(guò)金屬線將信號(hào)連接到PCB硬板上，MEMS裸芯片與PCB硬板之間沒(méi)有硬接觸，只有柔軟的金屬線連接，所以PCB硬板的應(yīng)力不會(huì)傳導(dǎo)到MEMS裸芯片上；安裝有MEMS裸芯片的PCB硬板相互垂直地安裝在金屬外殼上，這樣，既保證了各感應(yīng)軸向間的對(duì)準(zhǔn)精度，又隔離了來(lái)自金屬外殼的應(yīng)力，還提供了均勻的溫度環(huán)境。
[0009]進(jìn)一步地，所述的安裝座的材料是硅，與MEMS裸芯片的材料相同，這樣就可以減少由于溫度變化而引起的應(yīng)力對(duì)MEMS裸芯片性能的影響，同時(shí)，硅還是一種良好的導(dǎo)熱材料，可以快速將金屬外殼的溫度變化傳導(dǎo)到MEMS裸芯片上，保證各MEMS裸芯片間的溫度一致性。
[0010]作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的安裝座的截面呈T形，安裝座的下部固定在金屬塊上，PCB硬板的一部分也固定在金屬塊上，金屬塊固定在金屬外殼上，所述的金屬塊的材料是銅。安裝座為T形，減少了安裝座與金屬塊的接觸面積，減少金屬外殼應(yīng)力對(duì)MEMS裸芯片的影響；金屬塊的材料以較高熱傳導(dǎo)率和較低熱膨脹系數(shù)為優(yōu)選條件，所以金屬塊的材料選擇銅。
[0011]作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的安裝座的截面呈凸字形，安裝座上部貼裝有兩個(gè)MEMS裸芯片，PCB硬板的一部分固定在安裝座的肩部，PCB硬板上貼裝兩個(gè)ASIC裸芯片，所述的ASIC裸芯片位于兩個(gè)MEMS裸芯片兩側(cè)，兩個(gè)ASIC裸芯片都通過(guò)金屬線與PCB硬板電連接，MEMS裸芯片通過(guò)金屬線與相鄰的ASIC裸芯片電連接，所述的安裝座固定在金屬外殼上。這樣，一個(gè)安裝座就可對(duì)應(yīng)兩個(gè)MEMS裸芯片，這兩個(gè)MEMS裸芯片可以是感應(yīng)不同種類信號(hào)(如加速度和角速度信號(hào))的傳感器芯片，也可以是感應(yīng)相同種類信號(hào)的傳感器芯片，但是要求它們的量程范圍不同；通過(guò)本實(shí)用新型的多軸MEMS傳感器模塊的組裝方法，還可以組裝成同時(shí)感應(yīng)X、Y、Z三個(gè)軸向的各兩種信號(hào)，既所謂的六軸MEMS傳感器模塊。相似地，也可以一個(gè)安裝座對(duì)應(yīng)三個(gè)MEMS裸芯片(如加速度、角速度、磁場(chǎng)傳感器芯片)，從而組裝成九軸MEMS傳感器模塊。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是PCB板的俯視圖。
[0013]圖2是PCB板組件的俯視圖。
[0014]圖3是PCB板組件安裝到工裝上的剖視圖。
[0015]圖4是AS IC組件的剖視圖。
[0016]圖5是ASIC組件的俯視圖。
[0017]圖6是金屬外殼的俯視圖。
[0018]圖7是在金屬外殼的底板上安裝第一安裝座后的俯視圖。
[0019]圖8是在前側(cè)板上安裝第二安裝座后的俯視圖。
[0020]圖9是將ASIC組件安裝到金屬外殼上后的俯視圖。
[0021 ]圖10是半組裝多軸MEMS傳感器模塊的俯視圖。
[0022]圖11是組裝完成的多軸MEMS傳感器模塊的俯視圖。
[0023]圖12是圖11的A-A剖視圖。
[0024]圖13是實(shí)施例一的Z軸MEMS組件的剖視圖。
[0025]圖14是實(shí)施例二的Z軸MEMS組件的剖視圖。
[0026]圖15是實(shí)施例三的Z軸MEMS組件的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]實(shí)施例一
[0029]多軸MEMS傳感器模塊，由金屬外殼50和ASIC組件200組成，金屬外殼50呈立方體狀，由底板51a、左側(cè)板51b、后側(cè)板51c、右側(cè)板51d、前側(cè)板51e和蓋板51f圍成，中間為密封腔51，底板51a上有八個(gè)安裝柱52a，八個(gè)安裝柱52a四個(gè)為一組，且每組的四個(gè)安裝柱52a呈矩形排列，左側(cè)板51b上有四個(gè)安裝柱52b，右側(cè)板51c上有四個(gè)安裝柱52c，前側(cè)板51d上有四個(gè)安裝柱52d，底板51a與后側(cè)板51c的連接處有兩個(gè)定位塊54，定位塊54上有定位槽54'，右側(cè)板51d上有聯(lián)接口 53，安裝柱52a上粘貼有第一安裝座61a、61b，第一安裝座61a、61b是一個(gè)長(zhǎng)方體，第一安裝座61a、61b的表面與底板51a平行，第一安裝座61a、61b的X邊61ax、6 Ibx與后側(cè)板51 c平行，第一安裝座6 la、6 Ib的Y邊6 lay、6 Iby與左側(cè)板5 lb、右側(cè)板51d平行，第一安裝座61a、61b的材料為Si;安裝柱52e上粘貼有安裝座62，第二安裝座62也是長(zhǎng)方體，第二安裝座62的表面與前側(cè)板51e平行，第二安裝座62的X邊62x與前側(cè)板51e的X邊51ex平行，第二安裝座62的Y邊62y與前側(cè)板51e的Y邊51ey平行，第二安裝座62與第一安裝座61a、61b完全相同。
[0030]ASIC組件200由PCB板組件100和工裝20組成，PCB板組件100包括四塊PCB硬板10a、10b、1c和10d，相鄰的PCB硬板間有PCB軟板連接，其中PCB軟板Ila連接PCB硬板1a和10b，PCB軟板Ilb連接PCB硬板1b和10c，PCB軟板Ilc連接PCB硬板1b和10d;PCB硬板1c上有排針孔12，PCB硬板1b上有兩個(gè)窗口 13b和兩個(gè)定位孔14b，PCB硬板1d上有一個(gè)窗口 13d和兩個(gè)定位孔14d，PCB硬板10a、10b和1c上都貼裝有電子元器件15。
[0031]工裝20具有第一定位柱22、第二定位柱23和工裝槽24，PCB板組件100對(duì)準(zhǔn)安裝在工裝20上，PCB硬板背面朝下水平擱置在工裝肩部21上，第一定位柱22對(duì)準(zhǔn)定位孔14b、14d，第二定位柱23對(duì)準(zhǔn)窗口 13b、13d，貼裝在PCB硬板背面的電子元件15位于工裝槽24中。PCB硬板的正面貼裝有MEMS裸芯片30，其中PCB硬板1b上貼裝有兩個(gè)ASIC裸芯片30，它們各對(duì)應(yīng)一個(gè)窗口 13b，PCB硬板1d上貼裝有一個(gè)ASIC裸芯片30，它對(duì)應(yīng)窗口 13d。
[0032]ASIC組件200的PCB硬板1a貼裝在安裝柱52b上；PCB硬板1b對(duì)準(zhǔn)貼裝在安裝柱52a和定位槽上，第一安裝座61a、61b從窗口 13b中穿過(guò)，且與PCB硬板1b無(wú)接觸;PCB硬板1c貼裝在安裝柱52d上，PCB硬板1d貼裝在安裝柱52e上，第二安裝座62從窗口 13d中穿過(guò)，且與PCB硬板1d無(wú)接觸;PCB軟板I Ia、I Ib和11c彎曲固定在底板5Ia上，信號(hào)連接器70固定在右側(cè)板51d上，信號(hào)連接器70的排針71焊接在排針孔12中；第一安裝座61a上貼裝有X軸MEMS裸芯片80a，X軸MEMS裸芯片80a敏感軸平行于第一安裝座61a的X邊61ax;第一安裝座61b上貼裝有Y軸MEMS裸芯片80b，Y軸MEMS裸芯片80b敏感軸平行于第一安裝座61b的Y邊61by;第二安裝座62上貼裝有Z軸MEMS裸芯片80c，Z軸MEMS裸芯片80c敏感軸平行于第二安裝座62的Y邊62y;X軸MEMS裸芯片80a和ASIC裸芯片30之間及ASIC裸芯片30和PCB硬板1b之間有金屬線90電連接，Y軸MEMS裸芯片80b和ASIC裸芯片30之間及ASIC裸芯片30和PCB硬板1b之間有金屬線90電連接，Z軸MEMS裸芯片80c和ASIC裸芯片30之間及ASIC裸芯片30和PCB硬板1d之間有金屬線90電連接。
[0033]本實(shí)施例的多軸MEMS傳感器模塊的垂直組裝方法，具體為:
[0034]在如圖1所示的PCB板的四塊PCB硬板之間通過(guò)三塊PCB軟板連接，PCB軟板起到連接各個(gè)PCB硬板間電信號(hào)和電源的作用，其中PCB軟板I Ia連接PCB硬板1a和10b，PCB軟板I Ib連接PCB硬板1b和1c，PCB軟板I Ic連接PCB硬板1b和1d; PCB硬板用于貼裝MCU、存儲(chǔ)器、晶振、A/D、D/A、電阻或電容等傳感器模塊所需的處理MEMS傳感器信號(hào)的電子元器件15;PCB硬板1c上制作有排針孔12，用于焊接電信號(hào)連接器70的金屬排針71，另外，PCB硬板1c上還可以貼裝電源、通信接口、電阻或電容等電子元器件15;PCB硬板1b上制作有兩個(gè)窗口13b和連個(gè)定位孔14b，窗口 13b用于安裝MEMS裸芯片，定位孔14b用于在工裝上定位，另外，PCB硬板1b上還可以貼裝模塊所需的電子元器件15，如MCU、存儲(chǔ)器、晶振、A/D、D/A、電阻、電容或溫度傳感器等;PCB硬板1d上制作有一個(gè)窗口 13d和兩個(gè)定位孔14d，窗口 13d用于安裝MEMS裸芯片，定位孔14d用于在工裝上定位，另外，根據(jù)需要，PCB硬板1d上也可以貼裝模塊所需的電子元器件，如MCU、存儲(chǔ)器、晶振、A/D、D/A、電阻、電容或溫度傳感器等。本實(shí)例中為比較方便的說(shuō)明本實(shí)用新型的核心內(nèi)容，PCB硬板數(shù)以四塊為例，實(shí)際上PCB硬板最多可以有六塊，分別對(duì)應(yīng)模塊外殼的六個(gè)面，相應(yīng)地，PCB軟板數(shù)有五塊，用于連接六塊PCB硬板。
[0035]在各個(gè)PCB硬板上通過(guò)表面貼裝技術(shù)(SMT)貼裝傳感器模塊所需要的電子元器件15，如M⑶、存儲(chǔ)器、晶振、A/D、D/A、電阻、電容、電源、通信接口或溫度傳感器等，形成PCB板組件100，如圖2所示，PCB硬板1a上貼裝有電子元器件15，PCB硬板1b上貼裝有電子元器件15，PCB硬板1c上貼裝有電子元器件15，這些電子元器件15自身都帶有封裝，不容易在隨后的組裝過(guò)程中被損傷。
[0036]MEMS傳感器一般都由兩部分組成:MEMS芯片和處理MEMS信號(hào)的ASIC芯片，特別是高性能的MEMS陀螺儀、加速度計(jì)和磁傳感器，一般是一個(gè)MEMS芯片和一個(gè)對(duì)應(yīng)的ASIC芯片組成一個(gè)軸向的傳感器;MEMS裸芯片可以與MEMS裸芯片貼裝在同一個(gè)安裝座上，也可以單獨(dú)貼裝在PCB硬板上，在本實(shí)施例中，MEMS裸芯片單獨(dú)貼裝在PCB硬板上；以PCB硬板1d為例，PCB板組件100對(duì)準(zhǔn)安裝在工裝20上，PCB硬板1d背面朝下水平擱置在工裝肩部21上，第一定位柱22對(duì)準(zhǔn)定位孔14d，第二定位柱23對(duì)準(zhǔn)PCB硬板1d的窗口 13d，貼裝在PCB硬板1d背面的電子元件15位于工裝槽24中；這樣，PCB硬板1d的位置相對(duì)于工裝20就被固定，如圖3所示，可以送上自動(dòng)裝片機(jī)貼裝MEMS裸芯片30，也可以手動(dòng)點(diǎn)膠、貼片。
[0037]接下來(lái)在PCB硬板1d正面的固定位置涂上粘接膠41，在其上貼裝MEMS裸芯片30，將PCB板組件100連同工裝20以適當(dāng)?shù)臏囟燃訜嵋欢〞r(shí)間，固定MEMS裸芯片30，如圖4所示，第一粘接膠41 一般是導(dǎo)電膠，固化溫度需低于170°C。圖5是貼裝MEMS裸芯片30后的PCB板組件100的俯視圖，PCB硬板1b上貼裝有兩個(gè)ASIC裸芯片30，PCB硬板1d上貼裝有一個(gè)ASIC裸芯片30，它們各對(duì)應(yīng)一個(gè)窗口，這樣就完成的ASIC組件200的組裝。
[0038]圖6是MEMS傳感器模塊的金屬外殼50的俯視圖，前側(cè)板51e和蓋板51f還沒(méi)有安裝，在金屬外殼50的底板51a、左側(cè)板51b、右側(cè)板51d上制作有安裝柱，底板51a上有八個(gè)安裝柱52a，八個(gè)安裝柱52a四個(gè)為一組，共有兩組，每組的四個(gè)安裝柱52a呈矩形排列，用于容納隨后安裝的第一安裝座61a、61b，左側(cè)板51b上有四個(gè)安裝柱52b，右側(cè)板51d上有四個(gè)安裝柱52d，右側(cè)板51d上還制作有聯(lián)接口 53，用于安裝信號(hào)連接器70;底板51a和后側(cè)板51c的連接處制作有兩個(gè)定位塊54，定位塊54上制作有定位槽54'，用于定位安裝PCB硬板1b;外殼凹槽55制作在底板51a和左右側(cè)板51b、51d的連接處，用于隨后安裝前側(cè)板51e;所有的定位塊54和安裝柱都可以與金屬外殼50的后側(cè)板51c、左側(cè)板51b、右側(cè)板51d、底板5 la、外殼凹槽55—起通過(guò)機(jī)械加工方式銑出來(lái)。
[0039]位于底板51a上的兩組安裝柱52a圖形中通過(guò)粘接膠分別固定第一安裝座61a、61b，第一安裝座61a、61b的定位非常重要，除了以安裝柱52a作為參照外，一般還會(huì)在底板51a上制作定位標(biāo)記，第一安裝座61a、61b是一個(gè)長(zhǎng)方體，第一安裝座61a、61b的表面均與底板51a平行，如圖7所示，第一安裝座61a、61b的X邊61ax、61bx與后側(cè)板51c平行，第一安裝座6la、61b的Y邊6lay、6Iby與左側(cè)板5lb、右側(cè)板5Id平行;在本實(shí)施例中，第一安裝座61a、6Ib的材料為Si，與MEMS裸芯片的材料相同，這樣可以降低由于溫度變化而引起的應(yīng)力對(duì)MEMS裸芯片性能的影響，同時(shí)，Si材料是一種良好的導(dǎo)熱材料，可以快速將金屬外殼50的溫度變化傳導(dǎo)到MEMS裸芯片上，保證各MEMS裸芯片間的溫度一致性。
[0040]相似地，在前側(cè)板51e的安裝柱52e上通過(guò)粘接膠固定第二安裝座62，第二安裝座62也是長(zhǎng)方體，第二安裝座62的表面與前側(cè)板51e平行，第二安裝座62的X邊62x與前側(cè)板51e的X邊51ex平行，第二安裝座62的Y邊62y與前側(cè)板51e的Y邊51ey平行，如圖8所示;本實(shí)施例中，第二安裝座62與第一安裝座61a、61b完全相同；在具體使用時(shí)，第一安裝座61a、61b與第二安裝座62也可以不同。
[0041 ]將金屬外殼50和前側(cè)板51e固定在工裝20中，在所有安裝柱上和定位槽中涂上粘接膠，將ASIC組件200的所有PCB硬板對(duì)準(zhǔn)貼裝在相應(yīng)的安裝柱和定位塊54上，如圖9所示，PCB硬板1a通過(guò)安裝柱52b固定在金屬外殼50左側(cè)板51b上，PCB硬板1c通過(guò)安裝柱52b固定在金屬外殼50右側(cè)板51d，同時(shí)，將信號(hào)連接器70的排針71對(duì)準(zhǔn)PCB硬板1c上的排針孔12，焊接排針71，然后將信號(hào)連接器70固定在金屬外殼50右側(cè)板51d上，為MEMS傳感器模塊提供電源和輸入、輸出電信號(hào);PCB硬板1b對(duì)準(zhǔn)定位槽，通過(guò)安裝柱52a和定位塊54固定在金屬外殼50的底板51a上，且與底板51a平行，PCB硬板1d通過(guò)安裝柱52e固定在前側(cè)板51e上，而且平行于前側(cè)板51e;連接PCB硬板1a與10b、10b與1c的PCB軟板Ila和Ilb被彎曲固定在金屬外殼50的底板5Ia上;第一安裝座6la、6Ib處于PCB硬板1b的窗口 13b中，而且與PCB硬板1b無(wú)接觸，第二安裝座62處于PCB硬板1d的窗口 13d中，而且與PCB硬板1d無(wú)接觸;在第一安裝座61a、61b和第二安裝座62的表面上涂上粘接膠，然后將X軸MEMS裸芯片80a對(duì)準(zhǔn)貼裝在第一安裝座61a上，其敏感軸平行于第一安裝座61a的X邊61ax，將Y軸MEMS裸芯片80b對(duì)準(zhǔn)貼裝在第一安裝座61b上，其敏感軸平行于第一安裝座61b的Y邊61by，將Z軸MEMS裸芯片80c對(duì)準(zhǔn)貼裝在第二安裝座62上，其敏感軸平行于第二安裝座62的Y邊62y;這里粘接膠為軟膠，用于隔離安裝柱與MEMS裸芯片間的應(yīng)力，其Shore硬度在30?80間，太硬的話隔離應(yīng)力效果差，太軟的話鍵合金屬線困難。
[0042]圖9中的PCB硬板1b和1d處于同一水平面中，可以很方便地在同一塊PCB硬板上的MEMS裸芯片與MEMS裸芯片30間鍵合金屬線90，實(shí)現(xiàn)兩者間的電連接，同時(shí)，在MEMS裸芯片30與PCB硬板10b、10d間也鍵合金屬線90實(shí)現(xiàn)電連接；這樣，就形成了半組裝傳感器模塊300，如圖10所示，X軸MEMS裸芯片80a和Y軸MEMS裸芯片80b通過(guò)各自的MEMS裸芯片30將電信號(hào)傳輸?shù)絇CB硬板1b上，Z軸MEMS裸芯片80c通過(guò)MEMS裸芯片30將電信號(hào)傳輸?shù)絇CB硬板1d上，X、Y、Z三個(gè)敏感軸的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)PCB軟板Ilb傳輸?shù)絇CB硬板1c上，再經(jīng)過(guò)排針71傳輸?shù)叫盘?hào)連接器70，從而將MEMS傳感器信號(hào)引出。
[0043]在半組裝傳感器模塊300中的外殼凹槽55中涂上粘接膠，然后將前側(cè)板51e豎起固定在外殼凹槽55中，這個(gè)過(guò)程非常方便，可以用鑷子或?qū)Ｓ脢A具夾住前側(cè)板51e來(lái)完成，而不需要接觸PCB硬板10d，大大降低了觸碰金屬線90的幾率，如圖11所示，前側(cè)板51e垂直于底板51a，由于在半組裝傳感器模塊300中Z軸MEMS裸芯片80c的敏感軸平行于第二安裝座62的Y邊62y，在前側(cè)板51e固定安裝后，Z軸MEMS裸芯片80c的敏感軸就與Z軸平行，這樣就達(dá)成了X、Y、Z三個(gè)軸向感應(yīng)的目的；最后蓋上蓋板51f，就完成了多軸MEMS傳感器模塊400的組裝。
[0044]圖12是多軸MEMS傳感器模塊400沿A-A方向的剖視圖，Z軸MEMS裸芯片80c通過(guò)第二安裝座62固定在前側(cè)板51e上，X軸MEMS裸芯片80a通過(guò)第一安裝座61a固定在底板51a上，二者相互垂直，PCB硬板1b與1d通過(guò)PCB軟板I Ic互相電連接，PCB軟板I Ic用粘接膠彎曲固定在底板51a上，蓋板51f通過(guò)粘接膠固定在前側(cè)板51e和后側(cè)板51c上，圍成一個(gè)密封腔51。
[0045]本實(shí)施例的MEMS傳感器模塊400的Z軸MEMS組件，如圖13所示，Z軸MEMS裸芯片80c通過(guò)粘接膠固定在第二安裝座62上，第二安裝座62的剖面是一個(gè)長(zhǎng)方形，位于PCB硬板1d的窗口 13d中，兩者無(wú)直接機(jī)械連接;Z軸MEMS裸芯片80c的電信號(hào)通過(guò)金屬線90連接到通過(guò)固定在PCB硬板1d上的MEMS裸芯片30上;第二安裝座62通過(guò)粘接膠直接固定在金屬外殼50上。
[0046]MEMS傳感器模塊400的X軸MEMS傳感器部分和Y軸MEMS傳感器部分與Z軸MEMS傳感器部分設(shè)置方式相同。
[0047]實(shí)施例二
[0048]本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處僅在于第一安裝座61a、61b和第二安裝座62的形狀及設(shè)置方式不同，本實(shí)施例以Z軸MEMS組件為例加以說(shuō)明，如圖14所示，Z軸MEMS裸芯片80c通過(guò)粘接膠固定在第二安裝座62的上部，第二安裝座62的截面呈T形，目的是減少與金屬塊72的接觸面積，減少金屬外殼50向向MEMS裸芯片傳導(dǎo)的應(yīng)力量，第二安裝座62的下部通過(guò)粘接膠固定在金屬塊72上，PCB硬板1d的一部分通過(guò)粘接膠固定在金屬塊72上;第二安裝座62位于PCB硬板1d的窗口 13d中，二者無(wú)直接機(jī)械連接;Z軸MEMS裸芯片80c的電信號(hào)通過(guò)金屬線90連接到通過(guò)粘接膠固定在PCB硬板1d上的MEMS裸芯片30上，金屬塊72再通過(guò)粘接膠固定在金屬外殼50上，金屬塊72的材料為銅，具有較高的熱傳導(dǎo)率和較低的熱膨脹系數(shù)。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于減少了第二安裝座62與金屬外殼50的接觸面積，降低了金屬外殼50的應(yīng)力對(duì)Z軸MEMS裸芯片80c的影響，同時(shí)，本實(shí)施例的第二安裝座62的厚度小于實(shí)施例一的第二安裝座62的厚度，從第二安裝座上部到下部的總熱阻較小，而金屬塊72的熱傳導(dǎo)系數(shù)大于Si，所以雖然Si材料制作的第二安裝座62的底部面積較小(小于實(shí)施例一種第二安裝座62的底部面積)，增加了第二安裝座62與金屬塊72間的熱阻，但從Z軸MEMS裸芯片80c到外殼的總熱阻可以與實(shí)施例一相等，保證了 Z軸MEMS裸芯片80c的溫度與環(huán)境溫度的一致性。
[0049]MEMS傳感器模塊400的X軸MEMS傳感器部分和Y軸MEMS傳感器部分與Z軸MEMS傳感器部分設(shè)置方式相同。
[0050]實(shí)施例三
[0051]本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處僅在于第一安裝座61a、61b和第二安裝座62的形狀及設(shè)置方式不同，本實(shí)施例以Z軸MEMS組件為例加以說(shuō)明，如圖15所示，兩個(gè)分離的Z軸MEMS裸芯片80c通過(guò)粘接膠固定在第二安裝座62的頂部，第二安裝座62的截面呈凸字形，PCB硬板1d的一部分通過(guò)粘接膠固定在第二安裝座62的肩部，第二安裝座62通過(guò)粘接膠固定在金屬外殼50上，第二安裝座62的頂部位于PCB硬板1d的窗口 13d中，Z軸MEMS裸芯片80c與PCB硬板1d間無(wú)直接機(jī)械連接;兩個(gè)MEMS裸芯片30分別通過(guò)粘片膠固定在PCB硬板1d上，它們通過(guò)金屬線90與PCB硬板1d實(shí)現(xiàn)電連接，Z軸MEMS裸芯片80c通過(guò)金屬線90與相鄰的MEMS裸芯片30電連接;這樣，一個(gè)MEMS組件就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)Z軸MEMS裸芯片80c的安裝、感應(yīng)兩種信號(hào)(如加速度和角速度信號(hào))；MEMS傳感器模塊400的X軸MEMS傳感器部分和Y軸MEMS傳感器部分與Z軸MEMS傳感器部分設(shè)置方式相同。
[0052]本實(shí)施例的一個(gè)安裝座上的兩個(gè)MEMS裸芯片可以是感應(yīng)不同種類信號(hào)(如加速度和角速度信號(hào))的傳感器芯片，也可以是感應(yīng)相同種類信號(hào)的傳感器芯片，但是它們的量程范圍不同。通過(guò)與實(shí)施例一的相同的垂直組裝方法進(jìn)行組裝后，本實(shí)施例的MEMS組件可以同時(shí)感應(yīng)X、Y、Z三個(gè)軸向的各兩種信號(hào)，既所謂的六軸MEMS傳感器模塊。進(jìn)一步地，若在其中一個(gè)MEMS組件中安裝三種MEMS傳感器芯片(如加速度、角速度、磁場(chǎng)傳感器芯片)，就可以組裝成九軸MEMS傳感器模塊。
[0053]以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.多軸MEMS傳感器模塊，由金屬外殼和ASIC組件組成，其特征在于:所述的金屬外殼呈立方體狀，由底板、左側(cè)板、后側(cè)板、右側(cè)板、前側(cè)板和蓋板圍成，金屬外殼的底板、左側(cè)板、右側(cè)板和前側(cè)板上各有至少四個(gè)安裝柱，在底板與后側(cè)板的連接處有至少兩個(gè)定位柱，定位柱上有定位槽，在右側(cè)板上有聯(lián)接口，每四個(gè)安裝柱上粘貼一個(gè)安裝座； 所述的ASIC組件由PCB板組件和工裝組成，所述的PCB板組件包括四至六塊PCB硬板，相鄰的PCB硬板間有PCB軟板連接，在其中一塊PCB硬板上制作有排針孔，在其中至少一塊PCB硬板上制作有至少一個(gè)窗口和至少兩個(gè)定位孔，在其中至少一塊PCB硬板上貼裝有電子元器件;所述的工裝具有第一定位柱、第二定位柱和工裝槽;PCB板組件安裝到工裝上，PCB板組件的窗口和定位孔分別對(duì)準(zhǔn)工裝的定位柱，PCB硬板上的電子元器件位于工裝槽中，ASIC裸芯片貼裝在PCB硬板上； ASIC組件的PCB硬板對(duì)準(zhǔn)貼裝在安裝柱和定位槽上，安裝座從PCB硬板的窗口中穿過(guò)，且與PCB硬板無(wú)接觸，PCB軟板彎曲固定在底板上，信號(hào)連接器固定在右側(cè)板上，信號(hào)連接器的排針焊接在排針孔中； 安裝座上貼裝MEMS裸芯片，MEMS裸芯片和ASIC裸芯片之間及ASIC裸芯片和PCB硬板之間由金屬線電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸MEMS傳感器模塊，其特征在于:所述的安裝座的材料是娃。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多軸MEMS傳感器模塊，其特征在于:所述的安裝座的截面呈T形，安裝座的下部固定在金屬塊上，PCB硬板的一部分固定在金屬塊上，金屬塊固定在金屬外殼上，所述的金屬塊的材料是銅。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多軸MEMS傳感器模塊，其特征在于:所述的安裝座的截面呈凸字形，安裝座上部貼裝有兩個(gè)MEMS裸芯片，PCB硬板的一部分固定在安裝座的肩部，PCB硬板上貼裝有兩個(gè)ASIC裸芯片，所述的ASIC裸芯片位于兩個(gè)MEMS裸芯片兩側(cè)，兩個(gè)ASIC裸芯片與PCB硬板之間及MEMS裸芯片與相鄰的ASIC裸芯片之間有金屬線電連接，所述的安裝座固定在金屬外殼上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多軸MEMS傳感器模塊，其特征在于:所述的兩個(gè)MEMS裸芯片是感應(yīng)不同種類信號(hào)的傳感器芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多軸MEMS傳感器模塊，其特征在于:所述的兩個(gè)MEMS裸芯片是感應(yīng)相同種類信號(hào)的傳感器芯片，但它們的量程范圍不同。
【文檔編號(hào)】G01P15/00GK205653159SQ201620441690
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日 公開號(hào)201620441690.9, CN 201620441690, CN 205653159 U, CN 205653159U, CN-U-205653159, CN201620441690, CN201620441690.9, CN205653159 U, CN205653159U
【發(fā)明人】華亞平
【申請(qǐng)人】安徽北方芯動(dòng)聯(lián)科微系統(tǒng)技術(shù)有限公司