一种微机械惯性传感器的三维封装方法与流程

本发明属于微机械惯性传感器封装领域，具体涉及一种微机械惯性传感器的三维封装方法。

背景技术：

微机械惯性传感器一般能够对载体在惯性空间的角速率和加速度进行测量，因此其多轴组合在惯性导航以及制导领域应用广泛。由于微机械惯性传感器大多要求内部结构排布紧凑，若敏感元件与外围电路距离过远则会导致性能大幅下降，因此目前在多轴微机械惯性传感器的三维封装通常采用将装载微机械惯性传感器全部规模的电路板安装在六面体表面的方法上来实现，该六面体基座往往会占用微机械惯性传感器多轴组合大部分的体积和质量，严重制约微机械惯性传感器在惯性导航和制导领域的应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小、重量轻并且能够保证安装正交性的微机械惯性传感器三维封装方法。

为解决上述问题，本发明的微机械惯性传感器三维封装方法包括：

采用陶瓷材料烧结制成用于惯性微机械传感器的三维封装结构；

对烧结制成的正方体陶瓷块切边，切边的轮廓为任一平面相邻两边中点连线，切的方向为该平面的法向；

对剩余两个互相垂直的正方形端面进行精加工，使得这两个端面的平面度和垂直度均达到安装要求；

再对三维封装结构各表面进行磨削制造沟槽，沟槽从一个正方形端面出发，联通至另一个正方形端面，沟槽均匀分布在正方形端面的四条边，数量与所需封装的惯性传感器引出信号线相同；

对整个三维封装结构进行电镀，使其整个表面均匀覆盖一层薄金属层作为种子层；

随后，对整个结构进行交流电铸，直至沟槽被金属完全填充，将电铸完成后得到三维封装结构进行研磨抛光，直至沟槽外面的金属层完全去除；

接下来，在充满金属的沟槽表面使用绝缘材料进行涂覆；

将微机械惯性传感器的敏感元件装载到陶瓷管壳中，将敏感元件的信号引脚按顺序与陶瓷管壳引脚焊接，然后将该陶瓷管壳的焊盘引脚焊接到三维封装结构的一个正方形端面上，然后将三维封装结构的另一正方形端面按照对应的引脚定义焊接到基板上的焊盘上，完成微机械惯性传感器三维封装。三维封装结构上的金属沟槽将敏感元件的信号传递到基板上。

进一步的，所述陶瓷材料为三氧化二铝。

进一步的，填充所述沟槽的金属为铜。

进一步的，所述绝缘材料为聚酰亚胺。

进一步的，可在同一基板上重复应用所述三维封装方法，以满足多轴微机械惯性传感器组合的要求。

本发明的优点：本发明通过对三维封装结构的两个正方形端面进行精加工，使其满足安装要求，保证了微机械惯性传感器安装的正交性，降低了传统方法的装配难度。

本发明通过三维封装结构对微机械惯性传感器的敏感元件进行了竖直安装，三维封装结构上的金属沟槽将敏感元件的信号传递到基板上，可以将原本需要竖直安装的外围控制电路及其封装放置在基板上，并且可实现多轴微机械惯性传感器的电路复用，大幅降低了微机械惯性传感器多轴组合的体积和质量，拓宽微机械惯性传感器在惯性导航和制导领域的应用范围。

附图说明

图1是按照本发明的实施例的微机械惯性传感器的三维封装示意图

图2是按照本发明的实施例的三维封装结构剖面示意图

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的微机械惯性传感器的三维封装方法进行进一步说明。

图1是应用本发明的方法完成微机械惯性传感器三维封装的示意图。如图1所示，应用本发明的实现的微机械惯性传感器的三维封装，其中1为微机械惯性传感器的敏感元件，2为装载敏感元件的陶瓷管壳，3为三维封装结构，4为安装基板。微机械惯性传感器的敏感元件1粘接到陶瓷管壳2中心，陶瓷管壳2焊接到三维封装结构3的一个安装端面，三维封装结构3焊接到安装基板4上。

图2是本发明所使用的三维封装结构剖面示意图。如图2所示，3-1为三氧化二铝烧结制成的陶瓷结构，3-2为填充的金属线槽。

以下为具体实施步骤：

第一步：用三氧化二铝陶瓷烧结制成一个边长为15毫米的正方体结构，对烧结制成的正方体陶瓷块切边，切边的轮廓为任一平面相邻两边中点连线，切的方向为该平面的法向。

第二步：利用加工中心对三维封装结构剩下的两个互相垂直的正方形端面进行精加工，使得这两个端面的平面度和垂直度均达到0.02以内，再对三维封装结构3表面磨削制造间距2.54毫米、宽度1毫米、深度为0.5毫米的沟槽，沟槽从一个正方形端面出发，联通至另一个正方形端面，沟槽均匀分布在正方形端面的四条边，数量与微机械惯性传感器引出信号线相同。

第三步：在整个三维封装结构的表面溅射厚度为的铜作为种子层，然后对整个结构进行交流电铸直至沟槽被铜填充完全。

第四步：利用cmp设备，将电铸完成后得到三维封装结构进行机械研磨抛光，直至沟槽外面的铜层完全去除，并在金属沟槽的表面使用聚酰亚胺涂覆。

第五步：将微机械惯性传感器的敏感元件1使用粘接的方法装载到标准定制陶瓷管壳2中，将敏感元件1的信号引脚按顺序与陶瓷管壳2的引脚焊接，然后将该陶瓷管壳2的焊盘采用锡焊的方式固定到三维封装结构3的一个正方形端面上，再将三维封装结构3的另一正方形端面焊接到基板4上的焊盘上。

技术特征：

技术总结
本发明属于微机械惯性传感器封装领域，具体涉及一种微机械惯性传感器的三维封装方法。本发明采用三氧化二铝陶瓷烧成用于惯性微机械传感器的三维封装结构，该结构具有两个互相垂直的正方形端面，两个端面直接通过金属沟槽联通，将装载有微机械惯性传感器的敏感元件的标准定制陶瓷管壳接到三维封装结构的一个正方形端面上，再将三维封装结构的另一正方形端面按照对应的引脚定义焊接到基板上，能够实现对微机械惯性传感器的三维封装，并且具有体积小、结构简单、正交性好的特点。

技术研发人员：王永;王玉朝;易华祥;余才佳;任伶
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所
技术研发日：2017.05.10
技术公布日：2017.10.24