CN109387225B - 一种mems惯性器件及其无应力电装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MEMS惯性器件及其无应力电装方法，其中电装方法将封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳通过硅橡胶粘在印制电路板上，实现陶瓷管壳的固定，通过金丝引线键合将陶瓷管壳和印制电路板上对应的引脚进行电气连接，并在金丝周围用灌封胶进行固定和保护。本发明取代原有的焊接方法，实现了MEMS表头与印制电路板的应力隔离，有效的降低了由于印制电路板的形变对MEMS表头的应力影响，同时具有可靠性高、成本低等优点。

Description

一种MEMS惯性器件及其无应力电装方法
技术领域
本发明涉及一种MEMS惯性器件及其无应力电装方法，所述MEMS惯性器件为硅微陀螺仪，属于MEMS惯性器件电装工艺技术领域，可用于需要降低MEMS表头应力影响的场合。
背景技术
仪表电装是指封装有MEMS表头的陶瓷管壳和相应伺服电路组成仪表整体的工艺过程。MEMS惯性器件需要经过低应力的电装方式与电路匹配后实现仪表功能。电装后封装有MEMS表头的陶瓷管壳的应力状态、高低温变化、冲击振动等变化特性都将影响MEMS表头的工作状态。所以低应力的仪表电装技术逐渐成为世界范围内MEMS惯性器件工程化或产品化的关键研究技术。仪表电装会给MEMS表头带来不必要的安装应力，这个应力具有随机性、蠕变性和非线性特性，将显著影响MEMS惯性器件的零位、标度因数全温稳定性和环境适应性等性能，是微机电工程应用中影响工程化指标的重要误差来源，需要采用低应力仪表电装的工艺方法，并对电装应力做量化评估。
现有的MEMS惯性器件的电装方法大都是采用焊接方式如图1所示，将陶瓷管壳焊接在印制电路板上实现电气连接和固定。该方法的缺点是当印制电路板由于形变产生的应力变化将直接传递至陶瓷管壳，目前MEMS表头都是固定在陶瓷管壳内部的底板上，因此印制电路板产生的应力影响将直接作用在MEMS敏感结构上，直接影响仪表的性能。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服已有电装技术的不足之处，提出一种MEMS惯性器件及其无应力电装方法，通过应力隔离，综合考虑工艺可行性、可靠性、体积、成本等因素，有效地降低应力对MEMS表头的影响，提升仪表性能。
本发明的技术解决方案是：一种MEMS惯性器件无应力电装方法，所述MEMS惯性器件包括封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳，该方法包括如下步骤：
S1、先将硅橡胶均匀地涂在封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳的金属盖板上；
S2、将陶瓷管壳通过硅橡胶粘在印制电路板上；
S3、将S2步骤中的电路板常温静置于水平台面，使硅橡胶与空气充分接触，使硅橡胶完全固化；
S4、用金丝引线键合工艺，将陶瓷管壳和印制电路板对应的引脚连接起来。
上述方法还包括如下步骤：
S5、用灌封胶均匀地滴在陶瓷管壳和其周围的金丝上，并将其静置在水平台面上，待灌封胶完全固化后，完成陶瓷管壳的电装工艺。
所述陶瓷管壳的金属盖板向下倒粘在印制电路板上。
所述硅橡胶为GD414硅橡胶、GD401硅橡胶、GD405硅橡胶或者GD442硅橡胶。
所述灌封胶为705室温硫化灌封胶、704室温硫化灌封胶或者703室温硫化灌封胶。
所述陶瓷管壳与印制电路板之间的硅橡胶厚度范围为0.03mm～0.07mm。
所述金丝引线键合工艺中，被金丝连接的2个介质表面需为金元素。
本发明的另一个技术解决方案为：一种MEMS惯性器件，该MEMS器件包括封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳，陶瓷管壳通过硅橡胶倒粘在印制电路板上，陶瓷管壳和印制电路板对应的引脚通过金丝引线键合工艺连接。
所述金丝引线通过灌封胶固定。
所述MEMS惯性器件为硅微陀螺仪。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、传统的焊接工艺是将陶瓷管壳底部向下焊接在印制电路板上，这样的刚性连接会将印制电路板由于形变产生的应力直接传递至MEMS表头敏感结构上，影响仪表性能。本发明MEMS表头敏感结构都是粘在陶瓷管壳里面的底部实现封装的，陶瓷管壳倒粘在印制电路板上，可以有效地降低应力对MEMS表头敏感结构的影响，提升仪表性能。
(2)、本发明通过金丝引线键合工艺连接陶瓷管壳和印制电路板，用柔软的金丝代替了焊锡，进一步隔离了应力，提升了仪表性能。
(3)、本发明无应力电装方法采用灌封胶固定和保护金丝。
(4)、采用本发明进行电装的硅微陀螺仪的仪表重复性指标有所提升，更有利于仪表的温度补偿。
附图说明
图1为现有的MEMS惯性器件电装工艺示意图；
图2为本发明的MEMS惯性器件电装工艺示意图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图2所示，本发明提供了一种MEMS惯性器件，该MEMS器件可以是硅微陀螺仪，包括封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳5，陶瓷管壳5通过硅橡胶2倒粘在印刷电路板上1，陶瓷管壳5和印制电路板1对应的引脚通过金丝引线4键合工艺连接。所述金丝引线通过灌封胶3固定。
陶瓷管壳5倒粘在印制电路板1上，可以有效地降低应力对MEMS表头敏感结构的影响，提升仪表性能。
本发明还提供了一种MEMS惯性器件无应力电装方法，所述MEMS惯性器件包括封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳，该方法包括如下步骤：
S1、先将封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳5及印制电路板1用酒精清洗干净，将硅橡胶2均匀地涂在封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳5的金属盖板上；
S2、把硅橡胶2均匀地涂在陶瓷管壳5的金属盖板上，将陶瓷管壳5的金属盖板向下粘在印制电路板1对应位置上，将陶瓷管壳5通过硅橡胶2粘在印制电路板1上。所述硅橡胶2为GD414硅橡胶、GD401硅橡胶、GD405硅橡胶或者GD442硅橡胶。此过程中需要利用游标卡尺控制陶瓷管壳5及印制电路板1之间的硅橡胶2厚度范围为0.03mm～0.07mm，注意不要将硅橡胶粘到焊盘上；
S3、将S2步骤中的电路板常温静置于水平台面，使硅橡胶与空气充分接触，使硅橡胶完全固化；
S4、然后将其置于金丝引线键合机器的操作台面上，用金丝引线4键合工艺，将陶瓷管壳5和印制电路板1对应的引脚连接起来。所述金丝引线4键合工艺中，被金丝连接的2个介质表面为金元素。因此，本发明所用印制电路板均采用焊盘沉金工艺加工而成；
S5、所有引脚都完成金丝引线键合后，取下印制电路板并置于水平台面上，用灌封胶3均匀地滴在陶瓷管壳5和其周围的金丝4上，使所有金丝都被覆盖到，并将其静置在水平台面上，待灌封胶3完全固化后，完成陶瓷管壳5的电装工艺。所述灌封胶3为705室温硫化灌封胶、704室温硫化灌封胶或者703室温硫化灌封胶。
本发明是一种全新的MEMS惯性器件电装方法，它将封装有硅微陀螺仪敏感结构的陶瓷管壳粘在印制电路板上，取代传统的焊接工艺，有效地减小了印制电路板的应力对MEMS表头的影响。另外采用金丝引线键合的方法连接陶瓷管壳与印制电路板对应的焊盘引脚，取代焊锡连接的方法，将MEMS表头和印制电路板进行了应力隔离，试验数据如表1所示。
表1本发明与现有技术的试验数据对比
Figure BDA0001829018260000041
Figure BDA0001829018260000051
通过改变固定在印制电路板四个角的铜柱的松紧状态，使印制电路板产生形变，测试硅微陀螺仪零位输出的变化。试验结果表明，本发明可以极大地减小应力对MEMS表头敏感结构的影响，使得仪表重复安装的重复性指标有了很大提高，更有利于仪表后续的温度补偿，进而提升仪表性能。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种MEMS惯性器件无应力电装方法，所述MEMS惯性器件包括封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳，其特征在于包括如下步骤：
S1、先将硅橡胶(2)均匀地涂在封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳(5)的金属盖板上；
S2、将陶瓷管壳(5)通过硅橡胶(2)粘在印制电路板(1)上，所述陶瓷管壳(5)的金属盖板向下倒粘在印制电路板(1)上；
S3、将S2步骤中的电路板常温静置于水平台面，使硅橡胶与空气充分接触，使硅橡胶完全固化；
S4、用金丝引线(4)键合工艺，将陶瓷管壳(5)和印制电路板(1)对应的引脚连接起来；
S5、用灌封胶(3)均匀地滴在陶瓷管壳(5)和其周围的金丝(4)上，并将其静置在水平台面上，待灌封胶(3)完全固化后，完成陶瓷管壳(5)的电装工艺。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS惯性器件无应力电装方法，其特征在于：所述硅橡胶(2)为GD414硅橡胶、GD401硅橡胶、GD405硅橡胶或者GD442硅橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种MEMS惯性器件无应力电装方法，其特征在于：所述灌封胶(3)为705室温硫化灌封胶、704室温硫化灌封胶或者703室温硫化灌封胶。
4.根据权利要求1所述的一种MEMS惯性器件无应力电装方法，其特征在于：所述陶瓷管壳(5)与印制电路板(1)之间的硅橡胶厚度范围为0.03mm～0.07mm。
5.根据权利要求1所述的一种MEMS惯性器件无应力电装方法，其特征在于：所述金丝引线(4)键合工艺中，被金丝连接的2个介质表面需为金元素。
6.一种MEMS惯性器件，其特征在于包括封装有MEMS表头敏感结构的陶瓷管壳(5)，陶瓷管壳(5)通过硅橡胶(2)倒粘在印制电路板(1)上，陶瓷管壳(5)和印制电路板(1)对应的引脚通过金丝引线(4)键合工艺连接；所述金丝引线通过灌封胶(3)固定。
7.根据权利要求6所述的一种MEMS惯性器件，其特征在于所述MEMS惯性器件为硅微陀螺仪。
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