一种MEMS陀螺的抗过载封装结构的制作方法

本发明涉及mems封装领域，特别涉及一种mems陀螺的抗过载封装结构。

背景技术：

1、随着微机械加工工艺的不断成熟，微机械（mems）陀螺的精度不断提高，由于其体积小、质量轻、成本低、可靠性高等特点，各国都将其作为制导武器等高过载领域中角速率传感器的首选。但是目前mems陀螺在高过载环境中存在两大问题：一是mems陀螺在过载作用后失效；二是mems陀螺的g敏感误差在加速度的影响下会导致陀螺的精度急剧降低。

2、对于高过载导致的mems陀螺器件失效问题，可以从mems表头设计、传感器模组集成设计和mems芯片封装设计等三个层面来解决，目前在mems表头设计和传感器模组集成设计层面的研究较多，对mems芯片封装层面的抗过载研究相对较少。在mems表头设计层面，一般是在芯片的可动结构周围设置限制位移的止挡结构，以避免因位移过大而导致芯片的可动结构损坏。在传感器模组集成设计层面，一般是在模组集成时填充柔性材料以吸收冲击的能量。从封装层面处理高过载问题的研究相对较少，目前的研究主要有采用单边固定的类悬臂梁式缓冲结构，通过缓冲结构在垂直方向的形变来吸收垂直方向的冲击能量，这种方案能降低垂直方向上的过载影响，但是不能处理水平方向的过载。

3、对于g敏感误差导致的精度降低问题，主要是由于mems陀螺的g敏感误差能比其漂移误差高数十倍，导致mems陀螺在过载下的精度水平大幅度降低，在一定程度上限制了mems陀螺在高过载领域的应用。国内目前对mems陀螺的g敏感误差的研究主要集中在算法补偿上，从结构设计或者封装设计上降低g敏感误差的研究相对较少。通过对g敏感误差产生机理的分析发现，对于驱动轴和敏感轴互相垂直的mems陀螺仪，当干扰力沿驱动轴方向作用于mems陀螺，不会影响mems陀螺的输出，当干扰力沿敏感轴方向作用于mems陀螺时才会对mems陀螺的输出有影响，且干扰力对mems陀螺的影响程度与干扰力的大小有关。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种mems陀螺的抗过载封装结构，用以解决现有技术中mems陀螺的抗过载问题和g敏感误差问题。

2、为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

3、本实用新型提供一种mems陀螺的抗过载封装结构，包括：过载缓冲板、下止挡结构、上止挡结构、传感器芯片和应力隔离垫片；所述过载缓冲板的横截面为“u”型，包括底部平板和双侧“z”型支撑梁，双侧“z”型支撑梁对称分布在底部平板的两侧，过载缓冲板通过双侧“z”型支撑梁固定在下止挡结构和上止挡结构之间；过载缓冲板和下止挡结构、上止挡结构之间均存在间隙；所述传感器芯片固定安装在过载缓冲板的底部平板上，传感器芯片和过载缓冲板之间有应力隔离垫片。

4、所述传感器芯片的驱动轴方向和敏感轴方向互相垂直，且传感器芯片的驱动轴方向与所述“z”型支撑梁分布的方向垂直，敏感轴方向与“z”型支撑梁分布的方向平行。

5、有益效果

6、通过上述方案，本实用新型取得的有益效果为：（1）当抗过载封装结构受到垂直方向的冲击时，过载缓冲板的“z”型支撑梁在垂直方向发生形变，吸收垂直方向的冲击能量，起到保护传感器芯片的作用；过载缓冲板在变形过程中产生的应力通过应力隔离板进行隔离，减少结构应力对传感器芯片的影响；过载缓冲板的形变范围会受到上止挡结构和下止挡结构的约束，避免由于形变过大而导致过载缓冲板损坏。（2）当抗过载封装结构受到水平方向且平行于过载缓冲板的“z”型支撑梁分布方向的冲击或者其他干扰力时，过载缓冲板的“z”型支撑梁会在水平方向发生形变，吸收水平方向的冲击能量，起到保护传感器芯片的作用；同时，过载缓冲板的“z”型支撑梁在水平方向的形变可以减少沿传感器芯片敏感轴方向的干扰力传递到传感器芯片，从而减小mems陀螺的g敏感误差。

技术特征：

1.一种mems陀螺的抗过载封装结构，其特征在于，包括：过载缓冲板、下止挡结构、上止挡结构、传感器芯片和应力隔离垫片；所述过载缓冲板的横截面为“u”型，包括底部平板和双侧“z”型支撑梁，过载缓冲板通过双侧“z”型支撑梁固定在下止挡结构和上止挡结构之间，过载缓冲板和下止挡结构、上止挡结构之间均存在间隙；所述传感器芯片固定安装在过载缓冲板的底部平板上，传感器芯片和过载缓冲板之间有应力隔离垫片。

2.根据权利要求1所述的一种mems陀螺的抗过载封装结构，其特征在于，所述“z”型支撑梁的横截面为“z”型，且在底部平板的两侧对称分布；所述“z”型支撑梁包括上横梁、竖梁和下横梁，上横梁、竖梁和下横梁均为薄板结构。

3.根据权利要求1所述的一种mems陀螺的抗过载封装结构，其特征在于，所述传感器芯片的驱动轴方向和敏感轴方向互相垂直，且传感器芯片的驱动轴方向与所述“z”型支撑梁分布的方向垂直，敏感轴方向与“z”型支撑梁分布的方向平行。

技术总结本技术公开了一种MEMS陀螺的抗过载封装结构，包括过载缓冲板、下止挡结构、上止挡结构、传感器芯片和应力隔离垫片。所述过载缓冲板的横截面为“U”型，包括底部平板和双侧“Z”型支撑梁，底部平板通过双侧“Z”型支撑梁悬挂在下止挡结构和上止挡结构之间。所述传感器芯片固定安装在过载缓冲板的底部平板上。当受到垂直方向和水平方向的外部冲击或其他干扰力时，应力传递到过载缓冲板的双侧“Z”型支撑梁使得双侧“Z”型支撑梁发生形变，对垂直方向和水平方向的冲击和其他干扰力起到削减作用，从而降低外部冲击和其他干扰力对传感器芯片的影响。技术研发人员：陈磊,戴志华,俞静峰,任延超受保护的技术使用者：泉州市云箭测控与感知技术创新研究院技术研发日：20231205技术公布日：2024/1/15