CN117285000A - 一种mems器件固定结构和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提出了一种MEMS器件固定结构和电子设备，涉及MEMS安装技术领域。本申请实施例提供的MEMS器件固定结构中，MEMS器件采用倒装固定的方式，MEMS器件(4)的非焊接面通过第一介质(3)固定在基体(1)上，MEMS器件的焊接面焊接到了柔性PCB(6)上，柔性PCB在完成电气连接的同时能够很好地适应温度变化带来的变形，柔性PCB对MEMS器件的焊接面产生的应力远小于硬质PCB产生的应力，减少了MEMS器件的底部焊接面受到的力学影响，抑制了MEMS器件输出出现的偏移。
Description
技术领域
本申请涉及MEMS安装技术领域，尤其涉及MEMS器件固定结构和电子设备。
背景技术
现有技术中MEMS器件往往直接焊接在硬质PCB上(例如公开号为CN109387225B的专利文件中描述的方案)，当MEMS器件的底部(焊接面)受到力学影响时，MEMS器件的输出会出现偏移。
如何抑制MEMS器件输出出现的偏移，是本申请要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种MEMS器件固定结构和电子设备，以解决现有技术中抑制MEMS器件输出出现的偏移的技术问题。
MEMS器件输出出现的偏移的原因是：MEMS器件芯片管壳与PCB的CTE(coefficientof thermal expansion，热膨胀系数)不匹配，温度变化时，MEMS器件的底部焊接面受到较大力学影响，导致MEMS器件的输出出现偏移。
本申请实施例采取了如下技术方案。
第一方面，本申请实施例提供一种MEMS器件固定结构，包括MEMS器件、焊接材料和第一介质；
所述MEMS器件的焊接面通过焊接材料焊接在柔性PCB上；
所述MEMS器件的非焊接面通过第一介质固定在基体上。
可选地，所述MEMS器件固定结构还包括介质材料和第二介质；
MEMS器件的非焊接面先通过第一介质固定在介质材料上，再由所述介质材料通过第二介质固定在所述基体上。
可选地，所述介质材料为多层；多层介质材料之间通过粘接、焊接或以粘接、焊接任意组合相连；
MEMS器件的非焊接面通过第一介质固定在所述多层介质材料上；再由所述多层介质材料通过第二介质固定在所述基体上。
可选地，所述多层介质材料为不同种材料构成。
可选地，所述介质材料包括金属、陶瓷或塑料。
可选地，所述第一介质和所述第二介质的材料选自以下材料：
粘接胶水，金属基质的焊料，或合金成分的焊料。
可选地，所述介质材料为平板状。
可选地，所述柔性PCB表面包括铜箔或铜箔加镀层，所述铜箔或铜箔加镀层通过所述焊接材料与所述MEMS器件的焊接面连接。
可选地，所述柔性PCB连接所述MEMS器件的焊接面的背面设置有补强材料。
第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括第一方面的MEMS器件固定结构。
可选地，所述MEMS器件固定结构所固定的基体为结构外壳或被测量对象。所述结构外壳可以是电子设备的外壳或被测量对象的外壳。
可选地，所述电子设备为IMU(惯性测量单元)。
相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供的MEMS器件固定结构中，MEMS器件的焊接面焊接到了柔性PCB上，柔性PCB在完成电气连接的同时能够很好地适应温度变化带来的变形，柔性PCB对MEMS器件的焊接面产生的应力远小于硬质PCB产生的应力，减少了MEMS器件的底部焊接面受到的力学影响，抑制了MEMS器件输出出现的偏移。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种MEMS器件固定结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种带有一层介质材料的MEMS器件固定结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种带有两层介质材料的MEMS器件固定结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种带有三层介质材料的MEMS器件固定结构示意图。
附图标记说明：
1-基体
2-介质材料
3-第一介质
4-MEMS器件
5-焊接材料
6-柔性PCB
7-第二介质
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要说明的是：
1.诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
2.术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
3.空间关系术语例如“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
4.当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。
5.术语“组成”和/或“包括”，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括这些要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请中的MEMS器件指通过半导体微细加工工艺制作的传感器，包括但不局限于压力、陀螺、加速度、地磁等传感器或者上述任意传感器的任意组合，封装成为可焊接的器件。
现有技术中MEMS器件往往直接焊接在硬质PCB上，当MEMS器件的底部(焊接面)受到力学影响时，MEMS器件的输出会出现偏移。MEMS器件输出出现的偏移的原因是：MEMS器件芯片管壳与PCB的CTE不匹配，温度变化时，MEMS器件的底部焊接面受到较大力学影响，导致MEMS器件的输出出现偏移。
为了抑制MEMS器件输出出现的偏移，可参阅图1，本申请实施例提供了一种MEMS器件固定结构，包括MEMS器件4、焊接材料5和第一介质3。具有以下连接关系：
MEMS器件4的焊接面通过焊接材料5焊接在柔性PCB 6上；
MEMS器件4的非焊接面通过第一介质3固定在基体1上。
本MEMS器件固定结构中，MEMS器件采用倒装固定的方式，而非常规的正装方式，MEMS器件的非焊接面与基体固定，MEMS器件的焊接面焊接到了柔性PCB上，柔性PCB在完成电气连接的同时能够很好地适应温度变化带来的变形，柔性PCB对MEMS器件的焊接面产生的应力远小于硬质PCB产生的应力，减少了MEMS器件的底部焊接面受到的力学影响，抑制了MEMS器件输出出现的偏移。
关于本MEMS器件固定结构中各个部分的材料，焊接材料5可以是焊锡，同时起到导电和焊接固定两种作用。
第一介质3的材料可以选自以下材料：粘接胶水，金属基质的焊料，或合金成分的焊料。
柔性PCB 6可以选用聚酰亚胺或聚酯薄膜，柔性PCB表面包括铜箔，或包括铜箔加镀层例如铜箔镀金，铜箔或铜箔加镀层通过焊接材料5与MEMS器件4的焊接面连接。如图中的柔性PCB可以分为左右两端，一端与MEMS器件电连接，另一端可以与硬质PCB或控制器电连接。
柔性PCB 6连接MEMS器件4的焊接面的背面还可以设置补强材料，即一种硬质的支撑材料，以对柔性PCB的形状起到一定支撑作用。
基体1可以是原理上直接被MEMS器件测量的对象而不一定是最终被MEMS器件测量的对象。最终被MEMS器件测量的对象或真正目的中被MEMS器件测量的对象可以与基体1相互固定，那么基体1的测量数据就相当于最终被MEMS器件测量的对象或真正需要被MEMS器件测量的对象的测量数据。
一种实施方式中，基体1是最终被MEMS器件测量的对象的一部分，例如最终被MEMS器件测量的对象的外壳上的一个固定部位。
另一种实施方式中，基体1是一个更大的传感器外壳，传感器外壳是包住MEMS器件和柔性PCB 6的外壳。这个传感器外壳再通过螺钉或其他介质固定在最终被MEMS器件测量的对象上。
MEMS器件4的封装可以是塑料封装，也可以是陶瓷封装。基体1优选为MEMS器件4的封装材料的热膨胀系数相似的材料，例如MEMS器件4的封装材料是塑料时，基体1的材料也是塑料。MEMS器件4的封装材料是陶瓷时，基体1的材料也是陶瓷。
或者基体1的材料固定时，选取与基体1的材料的热膨胀系数相似的材料为MEMS器件4的封装材料，例如基体1的材料是塑料时，MEMS器件4的封装材料也是塑料。基体1的材料是陶瓷时，MEMS器件4的封装材料也是陶瓷。
MEMS器件4的非焊接面可以不是直接通过第一介质3固定在基体1上，而是通过第一介质3再通过其他介质固定在基体1上。MEMS器件4的非焊接面可以不是仅仅通过第一介质3固定在基体1上，而是通过第一介质3和其他介质固定在基体1上。
图2给出的一种可选的实施方式，是通过第一介质3再通过介质材料2和第二介质7间接地固定在基体1上，即图2中的MEMS器件固定结构还包括介质材料2和第二介质7，MEMS器件4的非焊接面先通过第一介质3固定在介质材料2上，再由介质材料2通过第二介质7固定在基体1上。这样的有益效果在于：介质材料2和介质材料2两面的介质能够起到缓冲MEMS器件4的非焊接面和基体1的热膨胀系数不一致导致的热应力的作用。
第二介质7的材料可以选自以下材料：粘接胶水，金属基质的焊料，或合金成分的焊料。
介质材料2可以是金属、陶瓷或塑料。
介质材料2的形状可以类似于垫片或者平板状，介质材料2上表面或下表面的面积大于MEMS器件4的非焊接面的面积，这样MEMS器件4与介质材料2相连时，MEMS器件4不会超出介质材料2的上表面或下表面，MEMS器件4能够固定得更稳定。
图3展示了两层介质材料2的实施方式，一层介质材料2和另一层介质材料2之间通过粘接、焊接或以粘接和焊接组合的形式相连。两层介质材料可以是不同种材料，也可以是相同材料。
中间介质的层数是没有限制的，还可以有更多层介质材料2，不同层之间的连接形式可以不同，例如图4展示了3层介质材料2的实施方式，第一层介质材料2和第二层介质材料2粘接相连，第二层介质材料2和第三层介质材料2焊接。三层介质材料2可以是不同种材料，也可以是相同材料。介质材料2可以选择比较硬的材料金属、陶瓷(选用与MEMS器件封装材料的热膨胀系数相近的材料，能够起到更好的缓冲作用)，也可以选择比较软的材料塑料、橡胶。
多层介质材料2和及其介质能够更好地缓冲MEMS器件4的非焊接面和基体1的热膨胀系数不一致导致的热应力。不同种材料的介质材料2适用于MEMS器件的封装材料与基体材料相差较大的情况。
基于上述实施例，本申请实施例还提供一种电子设备，本电子设备包括上述的MEMS器件固定结构。电子设备可以是IMU。所述MEMS器件固定结构所固定的基体可以是结构外壳或被测量对象，所述结构外壳可以是电子设备的外壳或被测量对象的外壳。
基于上述实施例，参考图1，本申请实施例还提供一种MEMS器件固定方法，包括以下步骤：
S1.将MEMS器件4的焊接面通过焊接材料5焊接在柔性PCB6上；
S2.将MEMS器件4的非焊接面通过第一介质3固定在基体1上。
本申请对于上述步骤的顺序不限定，即本MEMS器件固定方法中的步骤的次序在能够实施的情况下可以互换。
在新增了介质材料2的情况下，参考图2，本MEMS器件固定方法中，步骤S2包括：
S2-1.将MEMS器件4的非焊接面通过第一介质3固定在介质材料2上；
S2-2.将介质材料2最终通过第二介质7固定在基体1上。
总体来说，本申请提出了一种MEMS器件固定结构、MEMS器件固定方法和电子设备。MEMS器件4的非焊接面通过第一介质3固定在基体1上，MEMS器件的焊接面焊接到了柔性PCB6上，柔性PCB在完成电气连接的同时能够很好地适应温度变化带来的变形，柔性PCB对MEMS器件的焊接面产生的应力远小于硬质PCB产生的应力，减少了MEMS器件的底部焊接面受到的力学影响，抑制了MEMS器件输出出现的偏移，实现温变环境下稳定的传感器输出。同时本方案易于组装，可支持批量生产。
以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种MEMS器件固定结构，其特征在于，包括MEMS器件(4)、焊接材料(5)和第一介质(3)；
所述MEMS器件(4)的焊接面通过焊接材料(5)焊接在柔性PCB(6)上；
所述MEMS器件(4)的非焊接面通过第一介质(3)固定在基体(1)上。
2.如权利要求1所述的MEMS器件固定结构，其特征在于，所述MEMS器件固定结构还包括介质材料(2)和第二介质(7)；
所述MEMS器件(4)的非焊接面先通过所述第一介质(3)固定在介质材料(2)上，再由所述介质材料(2)通过所述第二介质(7)固定在所述基体(1)上。
3.如权利要求2所述的MEMS器件固定结构，其特征在于，所述介质材料(2)为多层；多层所述介质材料(2)之间通过粘接、焊接或以粘接、焊接任意组合相连；
所述MEMS器件(4)的非焊接面通过所述第一介质(3)固定在多层所述介质材料(2)上；再由多层所述介质材料(2)通过所述第二介质(7)固定在所述基体(1)上。
4.如权利要求2或3所述的MEMS器件固定结构，其特征在于，所述介质材料(2)包括金属、陶瓷或塑料。
5.如权利要求2所述的MEMS器件固定结构，其特征在于，所述第一介质(3)和所述第二介质(7)的材料选自以下材料：
粘接胶水，金属基质的焊料，或合金成分的焊料。
6.如权利要求1所述的MEMS器件固定结构，其特征在于，所述柔性PCB(6)表面包括铜箔或铜箔加镀层，所述铜箔或铜箔加镀层通过所述焊接材料(5)与所述MEMS器件(4)的焊接面连接。
7.如权利要求1所述的MEMS器件固定结构，其特征在于，所述柔性PCB(6)连接所述MEMS器件(4)的焊接面的背面设置有补强材料。
8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的MEMS器件固定结构。
9.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述MEMS器件固定结构所固定的基体为结构外壳或被测量对象。
10.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为IMU。
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