CN114380268A - 带减振结构的封装管壳及mems惯性器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带减振结构的封装管壳及MEMS惯性器件，所述带减振结构的封装管壳，包括管壳本体及多个减振结构，多个所述减振结构采用弹性材料，嵌入在所述管壳本体中并呈对称状分布。所述MEMS惯性器件包括盖板、MEMS芯片和上述的带减振结构的封装管壳，所述MEMS芯片与所述封装管壳电连接，所述盖板与所述封装管壳气密性连接。本发明通过在管壳结构上添加减振结构达到使MEMS惯性器件减振，可以有效的减小有害振动、冲击对MEMS惯性器件的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS封装技术领域，特别涉及一种带减振结构的封装管壳及MEMS惯性器件。
背景技术
MEMS(Micro-Electro-Mechanic System)惯性器件一般采用掩膜、光刻、腐蚀、刻蚀、淀积、键合等微加工工艺制造微结构，可实现物理量敏感、力/力矩输出等多种功能。MEMS器件需进行封装，将一个或多个电子元器件芯片相互电连接，然后封装在一个保护结构中，如图1所示，为MEMS器件常见封装结构。封装管壳1是一种承载半导体芯片5，实现芯片5与外部电信号连接，为芯片5提供散热通路和电磁辐射屏蔽的包封体，对芯片5起机械支撑和环境保护作用。常用的管壳材料有树脂、陶瓷和不锈钢。陶瓷管壳的优点在于气密性好，可以多层布线，绝缘阻抗高，热膨胀系数与芯片接近，多应用于MEMS惯性器件封装领域。
恶劣环境中存在有害振动影响MEMS惯性器件工作性能，导致MEMS产品零部件产生有害动态载荷，缩短产品工作寿命。超过允许范围的强烈振动和冲击会严重影响MEMS器件的测量精度和使用。
目前防止MEMS惯性器件在恶劣环境下失效的技术多采用在陶瓷管壳内部芯片周围填充灌封胶A的方式，减少振动和冲击对芯片结构的破坏。该项技术因胶体流动性、灌封胶容易切断金丝引线破坏电连接，造成加工产品一致性差、成品率低、成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种带减振结构的封装管壳及MEMS惯性器件，通过在封装管壳上安装减振结构方式降低有害振动和冲击对MEMS惯性器件的影响。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种带减振结构的封装管壳，包括管壳本体及多个减振结构，多个所述减振结构采用弹性材料，嵌入在所述管壳本体中并呈对称状分布。
进一步的，所述减振结构的材质为橡胶。
进一步的，所述减振结构置于所述管壳本体的边角处。
进一步的，所述减振结构有四个，置于所述管壳本体的四个边角处。
进一步的，所述减振结构为长方体结构，有两个面裸露于所述管壳本体外。
进一步的，所述管壳本体的材质为陶瓷。
进一步的，所述减振结构采用丝网印刷工艺嵌入所述管壳本体中。
一种MEMS惯性器件，包括盖板、MEMS芯片和如上文任一项所述的带减振结构的封装管壳，所述MEMS芯片与所述封装管壳电连接，所述盖板与所述封装管壳气密性连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、选择橡胶减振材料，其特点是体积小、结构简单、安装方便、吸收高频振动能量有效，利用橡胶拉伸和剪切的共同作用来损耗振动能，从而达到减振的目的；
2、减振器四点式排布，系统各个自由度上的振动互不耦合，彼此独立；3、阻尼减振橡胶近似为不可压缩材料，减振器置于边角处，留有自由表面，有自由变形余量；
4、橡胶导热性能不好，相比于约束阻尼层敷设结构，阻尼垫设计不过大，且均置于边角处，每个阻尼垫均有两面裸露，便于散热；
5、橡胶材料不导电，在铺盖层级未完全填充，不影响管壳内部芯片电极引出；
6、减振器采用长方体结构，便于加工制备，且设计初期易于调整减振器的约束面积和自由面积之比，进而控制减振结构的弹性模量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为MEMS器件常见封装方式示意图；
图2为本发明一实施例提供的带有减振结构的封装管壳结构剖面图；
图3为减振结构在封装管壳体内部的排布示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
本发明的核心思想是通过在管壳结构上添加橡胶减振材料达到使MEMS惯性器件减振，从而可以有效的减小有害振动、冲击对MEMS惯性器件的破坏。
如图2、3所示，本发明提供的带减振结构的封装管壳包括管壳本体1及多个减振结构2，多个所述减振结构2采用弹性材料，嵌入在所述管壳本体1中并呈对称状分布。
所述减振结构2的材质优选为橡胶，其特点是体积小、结构简单、安装方便、吸收高频振动能量有效，利用橡胶拉伸和剪切的共同作用来损耗振动能，从而达到减振的目的。
所述管壳本体1的材质可选择陶瓷，通过丝网印刷工艺将橡胶减振结构2嵌入所述管壳本体1内部。
所述减振结构2置于所述管壳本体1的边角处，所述管壳本体1为方形结构，其共有四个边角，每个边角设置一个所述减振结构2。进一步的，所述减振结构2可设计为长方体结构，由此，就有两个面裸露于所述管壳本体1外。
在上述结构中，减振结构2呈四点式排布，系统各个自由度上的振动互不耦合，彼此独立；减振结构2为橡胶材质，近似为不可压缩材料，置于边角处，留有自由表面，有自由变形余量；橡胶导热性能不好，相比于约束阻尼层敷设结构，减振结构2设计不过大，且均置于边角处，每个减振结构2均有两面裸露，便于散热；橡胶材料不导电，在铺盖层级未完全填充，不影响管壳内部芯片电极引出；减振结构2采用长方体结构，便于加工制备，且设计初期易于调整减振结构2的约束面积和自由面积之比，进而控制减振结构2的弹性模量。
上述减振结构2作为MEMS惯性器件的减振装置，在惯性敏感器件工作频率的减振效率最高，振幅传递系数T和减振效率η为：
η＝(1-T)×100％
T为振幅传递系数，ξ为阻尼比，λ为激励频率和隔振系统固有频率之比。
若按阻尼比ζ∈(0，0.5)，激励频率和隔振系统固有频率之比λ∈(3，5)进行设计，理论上本发明的减振效率将在60％以上。
基于同一发明构思，本发明还提供一种MEMS惯性器件，包括盖板3、MEMS芯片5和上述的带减振结构的封装管壳；通过贴片胶6实现MEMS芯片5和管壳本体1内部底面的粘接，利用金丝球焊工艺实现MEMS芯片5和管壳本体1的电连接，利用缝焊工艺完成盖板3和管壳本体1的气密性焊接。此外，所述MEMS芯片5还采用胶水7粘接在管壳本体1进行固定。
本发明能够将MEMS惯性器件工作过程中所受的振动和冲击进行隔离，避免外界扰动信号对MEMS器件的影响，提高MEMS惯性产品的测量精度和使用寿命。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种带减振结构的封装管壳，其特征在于，包括管壳本体及多个减振结构，多个所述减振结构采用弹性材料，嵌入在所述管壳本体中并呈对称状分布。
2.如权利要求1所述的带减振结构的封装管壳，其特征在于，所述减振结构的材质为橡胶。
3.如权利要求1所述的带减振结构的封装管壳，其特征在于，所述减振结构置于所述管壳本体的边角处。
4.如权利要求3所述的带减振结构的封装管壳，其特征在于，所述减振结构有四个，置于所述管壳本体的四个边角处。
5.如权利要求3所述的带减振结构的封装管壳，其特征在于，所述减振结构为长方体结构，有两个面裸露于所述管壳本体外。
6.如权利要求1所述的带减振结构的封装管壳，其特征在于，所述管壳本体的材质为陶瓷。
7.如权利要求1所述的带减振结构的封装管壳，其特征在于，所述减振结构采用丝网印刷工艺嵌入所述管壳本体中。
8.一种MEMS惯性器件，其特征在于，包括盖板、MEMS芯片和如权利要求1～7任一项所述的带减振结构的封装管壳，所述MEMS芯片与所述封装管壳电连接，所述盖板与所述封装管壳气密性连接。
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