混合集成激励电路及包括其的加速度计的制作方法

1.本技术涉及混合集成电路技术领域，具体涉及一种混合集成激励电路包括其的加速度计。


背景技术：

2.加速度计是一种能够测量移动物体加速度的传感器。在加速度计中，通常需要设置激励电路，以对该加速度计中敏感元件部分的涡流传感器的电感施加激励信号。随着移动物体的运动速度发生变化，涡流传感器中的涡流片的位移也会发生变化，这种变化会导致涡流传感器中电感的感抗发生变化。为了对该变化进行检测，就需要对电感线圈施加激励信号，以使该激励信号通过电感线圈后会产生一种可以被处理的电信号，显然该电信号的量值与加速度之间存在一定的对应关系，经过对该电信号进一步处理后，可以实现对加速度的测量。虽然应用在加速度计中的激励电路主要作用在于对敏感元件的电感施加激励信号，但因为应用领域或场景的不同，其种类也很多，且外型、以及尺寸也各不相同。
3.随着加速度计的应用范围越来越广，激励电路正在向着体积小、可靠性高、适应环境温度变化的能力愈来愈强等方向发展。因此，如何开发一款满足上述应用需求的激励电路产品，是目前有待解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决以上问题至少其一，本实用新型提供一种混合集成激励电路及包括其的加速度计。
5.本技术第一方面提供的混合集成激励电路，包括外壳、稳压模块、振荡模块和检波输出模块，其中：
6.外壳具有容纳腔；外壳包括多个引脚，且引脚的一端位于容纳腔内，另一端延伸至外壳的外部；容纳腔内设有基板；
7.稳压模块、振荡模块和检波输出模块设置在容纳腔内，稳压模块、振荡模块和检波输出模块包括：
8.设置于基板上的薄膜网络层、以及设置于薄膜网络层的裸芯片，且裸芯片与薄膜网络层电连接，以实现相应的模块功能；稳压模块与振荡模块电连接；振荡模块与检波输出模块电连接；检波输出模块与多个引脚电连接。
9.可选的，稳压模块中的裸芯片包括运算放大器、二极管和稳压管，稳压模块还包括表贴电阻；
10.振荡模块中的裸芯片包括三极管，振荡模块还包括表贴电容、表贴电阻和电感线圈；
11.检波输出模块中的裸芯片包括二极管；
12.表贴电容、表贴电阻和电感线圈与薄膜网络层电连接。
13.可选的，运算放大器的背面通过绝缘胶粘贴于薄膜网络层，正面的电极通过键合
丝与薄膜网络层电连接；
14.表贴电容通过导电胶与薄膜网络层电连接；
15.表贴电阻通过导电胶与薄膜网络层电连接；
16.电感线圈通过导电胶与薄膜网络层电连接；
17.二极管背面的电极通过导电胶与薄膜网络层电连接，正面的电极通过键合丝与薄膜网络层电连接；
18.三极管背面的电极通过导电胶与薄膜网络层电连接，正面的电极通过键合丝与薄膜网络层电连接；
19.稳压管背面的电极通过导电胶与薄膜网络层电连接，正面的电极通过键合丝与薄膜网络层电连接。
20.可选的，外壳包括导电的壳体和壳盖；
21.壳体包括矩形底板和环绕矩形底板并突出矩形底板的侧壁，壳盖与侧壁密封配合而形成容纳腔；
22.多个引脚从矩形底板短边侧的侧壁穿出，且引脚与侧壁之间设有玻璃绝缘子。
23.可选的，壳盖的边缘部分朝向周边延伸形成突出部，该突出部与侧壁密封配合。
24.可选的，基板为陶瓷基板。
25.可选的，薄膜网络层包括依次层叠设置在基板上的薄膜金属导带和薄膜电阻；
26.裸芯片之间以及裸芯片与薄膜电阻之间通过薄膜金属导带或键合丝电连接。
27.可选的，检波输出模块分别与多个引脚、振荡模块及稳压模块邻接设置。
28.可选的，振荡模块设置在容纳腔中远离多个引脚的一侧，并且，检波输出模块间隔设置在振荡模块和多个引脚之间
29.本技术第二方面提供的加速度计，包括：
30.参考质量、敏感元件和信号输出器；
31.其中，参考质量中包括如前述第一方面技术方案及其任一项可选方案中所述的混合集成激励电路，该混合集成激励电路用于对敏感元件中的涡流传感器的电感施加激励信号，以使该激励信号通过电感线圈后会产生能够被处理的电信号并输出至信号输出器。
32.在本技术的技术方案中，有如下优点和效果：
33.采用薄膜混合集成电路的方式提供激励电路，特别是采用裸芯片实现电路功能，因此使得集成时所占用的面积更小；进一步地，由于采用表贴电阻和表贴电容，能够进一步缩小混合集成激励电路的尺寸。
34.采用适应较宽温度范围的陶瓷基板承载薄膜网络层、裸芯片等，使激励电路整体能够在较宽的温度范围工作并保证可靠性；通过设置导体外壳以实现较好的噪声信号屏蔽效果，并且外壳的结构特征及玻璃绝缘子的设置，能够实现较好的气密性，进一步提高混合集成电路的可靠性。
附图说明
35.图1是本技术实施例提供的混合集成激励电路的布局示意图；
36.图2是本技术实施例提供的混合集成激励电路的外壳结构示意图；
37.图3是本技术实施例提供的混合集成激励电路中外壳的半剖视图；
38.图4是本技术实施例提供的混合集成激励电路中壳盖的局部视图；
39.图5是本技术实施例提供的混合集成激励电路的功能电路框图；
40.图6是本技术实施例提供的混合集成激励电路的电路原理图。
41.图中标注：
42.1：稳压模块；
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2：振荡模块；
43.3：检波输出模块；
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4：外壳；
44.41：壳体；
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411：底板；
45.412：侧壁；
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42：壳盖；
46.421：突出部；
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5：引脚；
47.6：玻璃绝缘子；
具体实施方式
48.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细地说明。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例为示例性的，其中所描述的实施方式并不代表与本技术所有的实施方式。
49.本技术实施例提供了一种混合集成电路(hybrid integrated circuit，hic)形式的激励电路，确切而言，提供了一种薄膜混合集成电路形式的激励电路。通过发挥薄膜混合集成电路的优势，使混合集成激励电路具有体积小、可靠性高、适应环境温度变化能力强等特点。以下结合附图对本实施例的技术方案做详细说明。
50.如图1，本实施例提供的混合集成激励电路，包括外壳4以及被封装在外壳4的容纳腔内的基板(图1中未示出)、稳压模块1、振荡模块2和检波输出模块3，其中稳压模块1和振荡模块2电连接，振荡模块2和检波输出模块3电连接，形成激励电路。
51.具体地，基板上设有薄膜网络层；薄膜网络层上固定有裸芯片以及构成激励电路所选的电阻、电容、电感等电子元件。裸芯片之间、裸芯片与电子元件之间可通过薄膜网络层、金属键合丝实现电连接，以相应实现稳压模块1、振荡模块2以及检波输出模块3的功能。稳压模块1、振荡模块2以及检波输出模块3之间可以通过薄膜网络层电连接，也可以通过金属键合丝电连接。
52.在混合集成电路中，基板主要对薄膜网络层以及电子元器件起机械支撑、绝缘和散热等作用。一般可通过绝缘胶将基板粘贴在外壳4的容纳腔底部。在具体实施过程中，可以根据实际产品应用需求选择适宜的基板材料，比如氧化铝、氧化铍、氧化硅、玻璃、石英晶体、蓝宝石等，在本实施例中，所选用的基板为陶瓷基板，具体是由高纯度陶瓷板切割制成。采用陶瓷基板，可以保证激励电路能够在非常宽的温度范围内，例如在-60℃～130℃范围内稳定工作。基板的尺寸和形状可根据具体应用需求确定。在一具体实施方式中，基板为长、宽接近15mm，厚度不超过1mm的矩形板状结构。
53.外壳4用于封装上述基板、稳压模块1、振荡模块2以及检波输出模块3，使上述基板和电路模块免受外部环境损伤和干扰。此外，外壳4还包括多个引脚5，以实现上述检波输出模块3与外部电路之间的电连接。
54.本实施例中，所采用的外壳4为金属外壳，即混合集成激励电路的封装形式为金属密封型封装，以在满足气密性需求的同时，还可以对外来噪音信号进行屏蔽，确保激励电路
的正常、稳定工作。本实施例对于金属密封型外壳的材质不做特别限定，可以选用混合集成电路金属封装外壳常用的材料，比如可伐(kovar)合金材料。示例性地，金属外壳由53％的铁、29％的镍、17％的钴及允许的少量其他元素组成。根据实际应用需求，混合集成激励电路也可以采用陶瓷密封型封装。
55.如图2和图3所示，本实施例中，外壳4包括壳体41和壳盖42，其中壳体41包括底板411和侧壁412，沿垂直于底板411的方向，壳体41的截面呈u型。壳盖42与侧壁412密封配合而形成容纳腔。本实施例中，外壳4的尺寸和形状可以根据实际用于需求确定，特别是根据加速度传感器的设计需求确定。优选地，底板411大体呈矩形，即底板411包括两个相对的短边和两个相对的长边，底板411的四个角为倒角；相应的，侧壁412也围合呈矩形环状，四个角为倒角。
56.本实施例对于如何实现壳体41与壳盖42的密封配合不做特别限定，可以采用混合集成电路领域常用的密封形式。在具体实施方式中，如图4所示，壳盖42的边缘部分朝向周边延伸形成突出部421，突出部421呈环状，并且其厚度小于壳盖42主体厚度，该突出部421与壳体41的侧壁412密封配合，实现密封；具体的，如图3所示，侧壁412具有因其厚度形成的顶部端面，该顶部端面与突出部421朝向壳体41的表面通过平行缝焊接，从而使侧壁412内侧面、底板411内侧面以及壳盖42朝向壳体41的表面共同形成密封的容纳腔。
57.引脚5用于实现混合集成激励电路与外部电路之间的电连接。本实施例对于引脚5的数量不做特别限定，可以根据实际电路结构合理设置。在优选实施例中，如图2所示，引脚5的端部设置有半径增大的帽状结构，且帽状结构位于外壳4的容纳腔内，上述帽状结构有助于引脚5与检波输出模块3通过键合丝电连接，增加键合的可靠性。
58.本实施例中，如图2和图3所示，多个引脚5均位于壳体41的同侧，比如均位于壳体41的短边侧或均位于壳体41的长边侧，以进一步实现混合集成激励电路的小型化。以多个引脚5均位于壳体41的短边侧为例，可以在底板411的其中一个短边所对应的侧壁412上开设多个通孔，引脚5穿设于通孔且引脚5的两端均穿出通孔；为确保引脚5与外壳4之间的绝缘并达到良好的气密性，引脚5的外周与通孔内壁之间设有玻璃绝缘子6。当然，在其它实施例中，也可以将部分引脚5设置在壳体41的长边侧，部分引脚5设置在壳体41的短边侧；或者，也可以将引脚5设置在壳体41相对的两侧，以满足不同的电路连接需求。
59.薄膜网络层设置在基板上，构成电路结构的一部分。具体地，薄膜网络层包括依次层叠设置在基板上的薄膜金属导带和薄膜电阻。薄膜金属导带和薄膜电阻的图形可根据激励电路的原理确定。
60.其中，薄膜金属导带包括若干带状的金属层，其可以采用真空蒸发工艺，在基板上形成相应的金属薄膜，然后再经图案化处理制成。在本实施例中，薄膜金属导带优选的由铬-铜-铬-金四层金属层叠形成；在其他实施例中，薄膜金属导带也可以由镍-金两层金属叠层形成。
61.与薄膜金属导带类似，薄膜电阻也可以是采用真空蒸发工艺，在基板以及薄膜金属导带上形成相应的金属薄膜，然后再经图案化处理制成。在本实施例中，薄膜电阻是由镍-铬两层金属层叠形成，形成镍铬电阻。在几个典型实例中，薄膜电阻的方块电阻(方阻)可以是2千欧姆/
□
、200欧姆/
□
或10千欧姆/
□
。方阻是电阻膜层的参数，通过确定该参数来设计不同的图形，以形成合适的电阻。薄膜电阻与裸芯片之间一般可通过薄膜金属导带
电连接。
62.如前述，混合集成激励电路包括位于基板上的薄膜网络层和设置于薄膜网络层上的裸芯片。此外，混合集成激励电路还包括电子元件，如电阻、电容和电感。具体地，参考图6，构成稳压模块的电子元器件包括运算放大器、二极管、稳压管和电阻，其中二极管、运算放大器和稳压管为裸芯片。构成振荡模块的电子元器件包括三极管、电感线圈、电容和电阻，其中三极管为裸芯片。构成检波输出模块的电子元器件包括二极管，其为裸芯片。上述电子元器件通过薄膜金属导带以及键合丝实现电连接，从而实现相应模块的功能。
63.相较于现有用于加速度计的激励信号电路多采用以pcb板集成芯片的方式，由于芯片引脚(或称为管脚)多采用焊接的形式固定在pcb板上，因此相邻芯片之间应保持充足的距离，以预留出焊接的空间；加之芯片由于经过了封装，导致其尺寸较裸芯片更大，因此采用pcb板形式的激励信号电路，很难满足加速度计对于小型化的需求。而本实施例提供的混合集成激励电路，由于采用未封装的裸芯片，且不必考虑芯片引脚焊接的问题，因此能够显著降低混合集成激励电路的尺寸，利于实现小型化，满足加速度计的应用需求。此外由于采用裸芯片而非芯片，因此混合集成激励电路的工作温度可以不必囿于芯片封装材料(如塑料)的耐受温度，从而有利于进一步增大混合集成激励电路的温度范围。
64.具体地，对于本实施例中各裸芯片与薄膜网络层的连接方式，示例性地说明如下：
65.运算放大器的背面通过绝缘胶粘贴于薄膜网络层；运算放大器正面的电极通过键合丝与薄膜网络层电连接。二极管的背面通过导电胶粘贴于薄膜网络层，在固定二极管的同时，还使得二极管的背面电极与薄膜网络层电连接；二极管正面的电极通过金属键合丝与薄膜网络层电连接。三极管的背面通过导电胶粘贴于薄膜网络层，在固定三极管的同时，还使得三极管的背面电极与薄膜网络层电连接；三极管正面的电极可分别通过金属键合丝与薄膜网络层电连接。稳压管的背面通过导电胶粘贴于薄膜网络层，在固定稳压管的同时，还使得稳压管的背面电极与薄膜网络层电连接；稳压管正面的电极通过金属键合丝与薄膜网络层电连接。
66.本实施例中，上述稳压模块、振荡模块以及检波输出模块中的部分电阻可以选择表贴电阻，电容可以选择表贴电容。表贴电容和表贴电阻可分别通过导电胶粘贴于薄膜网络层上，使表贴电容和表贴电阻的端头电极通过导电胶与薄膜网络层电连接。电感线圈的两端采用导电胶粘贴于薄膜网络层上，使电感线圈的端头电极通过导电胶与薄膜网络层电连接。
67.图6仅示出了一种激励电路的电路结构，在具体实施过程中，也可以采用其它激励电路，并根据具体激励电路的电路结构选择适宜的电子元器件，只要能够实现激励电路的功能和要求的性能即可。
68.通过对稳压模块1、振荡模块2以及检波输出模块3进行合理布局，能够进一步实现混合集成电路的小型化。
69.具体地，对于本实施例中各模块的设置位置，示例性地说明如下：
70.基于图5中示出的工作原理，如图1所示，检波输出模块3分别与引脚5、振荡模块2及稳压模块1邻接设置。以便于各模块及引脚之间的电路连接。
71.在优选实施例中，振荡模块2设置在容纳腔中远离引脚5的一侧；如图1所示，可以设置在左上角位置，但不限于此，也可依需求设置在右上角，上方中部等位置。振荡模块2中
包括电感元件，其对位置比较敏感，根据外壳、基板、电子元器件的体积和重量，设置在左上角位置，粘接点应力较小，能够在产品振动时保持较为良好的性能输出。
72.进一步地，检波输出模块3可以间隔设置在振荡模块2和引脚5之间。以图1为例可设置于容纳腔中的左下角位置。
73.稳压模块1需要有精度很高的薄膜电阻与之搭配，需要较大的面积，根据前述两个模块的布局，以及稳压模块1需要的面积，在图1示出的实施例中，将稳压模块1设置在容纳腔右侧位置。
74.在一具体示例中，以所有引脚5均设置在外壳4的短边侧为例，如图1所示，稳压模块1设置在基板一侧，比如图中右侧，充满右侧空间，以便完成稳压模块1中各元器件的布局和连接，并确保稳压模块1分别与多个引脚5、输出模块3和振荡模块2邻接设置；振荡模块2分别与稳压模块1和检波输出模块3邻接，振荡模块2中的电感线圈通过自激振荡产生频率信号并传输至稳压模块1进行稳压，稳压后的频率信号经过振荡模块2传输至检波输出模块3，通过引脚5与敏感元件中涡流传感器的电感线圈连接，将涡流传感器感应到的速度变化通过引脚5传回检波输出模块3，检波输出模块3将其转换成电信号变化并通过引脚5输出，其中，稳压模块1稳定振荡模块产生的电压信号，当其达到预设电压时关闭振荡电路反馈功能，否则，开启振荡电路反馈功能；检波输出模块3与多个引脚5邻接设置，以方便通过引脚5与外部电路电连接。
75.本技术实施例还提供一种加速度计，示例性地，包括参考质量、敏感元件和信号输出器。参考质量包括有如前述实施例所述的混合集成激励电路。其中信号输出器、敏感元件均与现有技术中的类似结构相同，进而不再赘述。混合集成激励电路用于对敏感元件部分中的涡流传感器的电感施加激励信号，以使该激励信号通过电感后产生可以被处理的电信号并输出至信号输出器，便于后续对上述电信号进行进一步处理，实现对加速度的测量。
76.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。