CN102252665B - 全固态振动式微陀螺的封装结构 - Google Patents

全固态振动式微陀螺的封装结构 Download PDF

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Abstract

一种微机电系统技术领域的全固态振动式微陀螺的封装结构，包括：上盖部分、桶状密封环部分、弹性密封圈、底座部分、微陀螺振子和电信号连接线，上盖部分设置于桶状密封环部分上并与桶状密封环部分固定连接，弹性密封圈位于上盖部分和桶状密封环部分之间，桶状密封环部分设置于底座部分上并与底座部分固定连接，上盖部分、桶状密封环部分和底座部分构成密封腔室，微陀螺振子放置在密封腔室的中央位置，电信号连接线的两端分别与微陀螺振子和底座部分相连。本发明利用四个侧面的螺钉及上下表面上的定位凸点进行定位及限定振子的六个自由度，螺钉及凸点和振子的接触点为振子的振动节点，不仅可对振子进行定位，还可对振子进行有效夹持。

Description

全固态振动式微陀螺的封装结构
技术领域
本发明涉及的是一种微机电技术领域的封装结构，具体是一种固态振动式微陀螺的封装结构。
背景技术
全固态振动式微陀螺利用固态物质的特殊振动模态的微型角速度传感装置。在这种微陀螺中没有支撑或运动部件，因此全固态振动式微陀螺抗冲击、抗震动能力强，可以工作在高过载等恶劣环境下。全固态振动式微陀螺的振子具有上述优越特性，然而振子需要封装在壳体内，从而和外界环境进行物理隔离或电磁屏蔽隔离，这样振子不会受外界环境的干扰，保持长时间的稳定工作。全固态振动式微陀螺的特殊工作机理对它的封装结构有独特要求，如下所述：1、封装结构的引入不影响振动体的工作振动模态振动；2、封装结构能够限定微陀螺振子的六个自由度，即三个方向上的平移及三个方向上的旋转；3、封装结构本身需要抗冲击、抗震动、抗高过载特性，从而使得整个系统能够保持这些优越特性；4、封装结构具有密封性，形成与外界的物理和电磁隔离；5、需要提供和外界的电接口，便于驱动信号的加入以及有用信号的提取。
经过对现有技术的检索发现，中国专利号ZL98249966.3提到了一种三棱柱振动陀螺的支撑方法。它采用弹性导体丝穿过弹性体，来形成对三棱柱振动体的支撑，这种支撑方法需要钻穿振动体，它一方面会改变弹性体的振动特性，另一方面不适合在高过载、抗冲击条件下应用。中国专利号ZL200620137232.2中提到一种微机电模块封装结构。这种封装结构包含一极板、一芯片、多根导线及一封装层；将芯片设于基板上；用导线连接芯片与基板，然后用封装层覆盖芯片外围及导线。这种封装结构不适合于振动体可动的芯片结构，并且不能完全限定住振动体的六个自由度。综上所述，当前的封装技术不能满足全固态振动式微陀螺上述的封装性能要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种全固态振动式微陀螺的封装结构，采用一种全封闭的结构，利用四个侧面的螺钉及上下表面上的定位凸点进行定位及限定振子的六个自由度，螺钉及凸点和振子的接触点为振子的振动节点，它们的引入不会影响振子的振动模态，这种封装结构不仅可对振子进行定位，还可对振子进行有效夹持，同时还引入了振子的驱动信号及感应信号的输入输出接口，这种创新型结构很好地满足了上述的全固态振动式微陀螺的封装要求，解决了背景技术的不足。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：上盖部分、桶状密封环部分、弹性密封圈、底座部分、微陀螺振子和电信号连接线，其中：上盖部分设置于桶状密封环部分上并与桶状密封环部分固定连接，弹性密封圈位于上盖部分和桶状密封环部分之间，桶状密封环部分设置于底座部分上并与底座部分固定连接，上盖部分、桶状密封环部分和底座部分构成密封腔室，微陀螺振子放置在密封腔室的中央位置，电信号连接线的两端分别与微陀螺振子和底座部分相连。
所述的上盖部分包括：上盖、上定位板和上定位凸点，其中：上定位板通过螺钉设置于上盖上并与上盖固定连接，上定位凸点固定设置于上定位板的下表面。
所述的上定位板是由金属制作而成的，表面都进行了氧化处理，使得具有优良的电绝缘性能。
所述的底座部分包括：底座、下定位板和下定位凸点，其中：下定位板通过螺钉设置于底座上并与底座固定连接，下定位凸点固定设置于下定位板的上表面。
所述的桶状密封环部分包括：桶状密封环和侧壁定位螺钉，其中：侧壁定位螺钉连接在桶状密封环的侧壁上。
本发明通过以下方式工作：微陀螺振子放置在密封腔室的中央位置，通过上定位板和下定位板上的上、下定位凸点压在微陀螺振子的上、下表面上，限制微陀螺振子的上下移动及绕水平方向上的旋转，上盖部分和桶状密封环部分之间有弹性密封圈，通过改变弹性密封圈被挤压后的厚度，可以对上盖部分的高度进行微量调节，以调节微陀螺振子上下表面被夹持的压力强度，通过桶状密封环上的侧壁定位螺钉压在微陀螺振子的侧壁上，限定微陀螺在水平方向上的平移及绕垂直方向的旋转，这样微陀螺振子的六个自由度皆被限定，对微陀螺振子形成稳定的夹持，压在微陀螺振子上下表面及侧壁上的定位凸点及侧壁定位螺钉和微陀螺振子的接触点为微陀螺振子的振动节点，即在这些点的位置上，微陀螺振子不发生振动，始终处于静止状态，因此它们不会影响微陀螺振子的工作模态振动。
本发明提出的全固态振动式微陀螺的封装结构，由于采用了封闭式封装结构，对全固态振动式微陀螺进行了物理和电磁干扰隔离，对外界环境中的各种干扰进行了有效地屏蔽，同时在方形振子六个表面上的振动节点位置放置固定点，限制了微陀螺振子的六个方向上的自由度，并且不影响微陀螺振子的工作振动模态，本发明提出的封装结构不仅可于在全固态振动式微陀螺的封装，还可以应用于基于压电体模态振动的能量拾取器、压电谐振器、压电马达等MEMS器件中。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为定位板的结构示意图。
图3为桶状密封环结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：上盖部分4、桶状密封环部分11、弹性密封圈2、底座部分15、微陀螺振子14、电信号连接线21和连接螺钉3，其中：上盖部分4通过连接螺钉3设置于桶状密封环部分11上并与桶状密封环部分11固定连接，弹性密封圈2位于上盖部分4和桶状密封环部分11之间，桶状密封环部分11通过连接螺钉20设置于底座部分15上并与底座部分15固定连接，上盖部分4、桶状密封环部分11和底座部分15构成密封腔室，微陀螺振子14放置在密封腔室的中央位置，电信号连接线21的两端分别焊接在微陀螺振子14和底座部分15上。
如图2所示，所述的上盖部分4包括：上盖10、上定位板7和上定位凸点6、8，其中：上定位板7通过螺钉19设置于上盖10上并与上盖10固定连接，上定位凸点6、8固定设置于上定位板7的下表面。
所述的上定位板7由金属制成，其表面经氧化处理且具有优良的电绝缘性能。
所述的上定位凸点6、8由聚合物材料制作而成。
所述的底座部分15包括：底座13、下定位板17和下定位凸点16、18，其中：下定位板17通过螺钉19设置于底座13上并与底座13固定连接，下定位凸点16、18固定设置于下定位板17的上表面。
所述的上定位板7及其上定位凸点6、8与下定位板17及其下定位凸点16、18的结构相匹配，其中：上定位凸点6、8及下定位凸点16、18各四个，上定位凸点6、8和微陀螺振子14的接触点为微陀螺振子14的振动节点。
所述的底座13通过印刷电路板实现，电信号连接线21给微陀螺振子14提供和输出的信号最终都是通过底座13从外界输入或输出到外界。
如图3所示，所述的桶状密封环部分11包括：桶状密封环1和侧壁定位螺钉22，其中：侧壁定位螺钉22连接在桶状密封环1的侧壁上。
所述的桶状密封环1上分别设有上盖连接用螺孔101、四个侧壁定位螺孔102、底座连接用螺孔103，其中：侧壁定位螺钉22和与微陀螺振子14的接触点为微陀螺振子14的振动节点。
本实施例具有以下特点：上盖部分4、桶状密封环部分11和底座部分15构成密封腔室，该密封腔室为微陀螺振子14进行了物理和电磁干扰隔离，使得微陀螺振子14免受外界的干扰而稳定地工作。利用上下定位凸点16、18以及侧壁定位螺钉22，形成微陀螺振子14的6个自由度全限定，上下定位凸点16、18以及侧壁定位螺钉22和微陀螺振子14的接触点为微陀螺振子14的振动节点，从而对微陀螺振子14的工作模态振动无影响。底板采用印刷电路板制作而成，便于外界的驱动信号的引入以及微陀螺振子14的感应信号输出。在上盖10和桶状密封环1之间引入弹性密封圈2，便于调节上盖10的高度，进而调节作用在微陀螺振子14上下表面上夹持压力。这种封装结构形成微陀螺振子14的稳定夹持，能够抗震动、抗冲击、抗高过载，它不仅可用作为这种全固态振动式微陀螺的封装结构，还可用作压电式能量拾取器，压电式微马达，压电式谐振器等微机电系统器件。

Claims (2)

1.一种全固态振动式微陀螺的封装结构，其特征在于，包括：上盖部分、桶状密封环部分、弹性密封圈、底座部分、微陀螺振子和电信号连接线，其中：上盖部分设置于桶状密封环部分上并与桶状密封环部分固定连接，弹性密封圈位于上盖部分和桶状密封环部分之间，桶状密封环部分设置于底座部分上并与底座部分固定连接，由上盖部分、桶状密封环部分和底座部分构成的密封腔室；微陀螺振子放置在密封腔室的中央位置，电信号连接线的两端分别与微陀螺振子和底座部分相连，该密封腔室为微陀螺振子进行了物理和电磁干扰隔离，使得微陀螺振子免受外界的干扰而稳定地工作；
所述的上盖部分包括：上盖、上定位板和上定位凸点，其中：上定位板通过螺钉设置于上盖上并与上盖固定连接，上定位凸点固定设置于上定位板的下表面；
所述的桶状密封环部分包括：桶状密封环和侧壁定位螺钉，其中：侧壁定位螺钉连接在桶状密封环的侧壁上；利用上下定位凸点、以及侧壁定位螺钉，形成微陀螺振子的6个自由度全限定，上下定位凸点、以及侧壁定位螺钉和微陀螺振子的接触点为微陀螺振子的振动节点，从而对微陀螺振子的工作模态振动无影响；底板采用印刷电路板制作而成，便于外界的驱动信号的引入以及微陀螺振子的感应信号输出；在所述上盖和桶状密封环之间引入弹性密封圈，便于调节所述上盖的高度，进而调节作用在微陀螺振子上下表面上的夹持压力；
所述的底座部分包括：底座、下定位板和下定位凸点，其中：下定位板通过螺钉设置于底座上并与底座固定连接，下定位凸点固定设置于下定位板的上表面。
2.根据权利要求1所述的全固态振动式微陀螺的封装结构，其特征是，所述的上定位板及其上定位凸点与下定位板及其下定位凸点的结构相匹配，其中：上定位凸点及下定位凸点各四个，上定位凸点和微陀螺振子的接触点为微陀螺振子的振动节点。
 
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