一种压阻式加速度传感器

技术领域

本发明涉及MEMS传感器封装技术领域，尤其涉及一种压阻式加速度传感器。

背景技术

金属封装的压阻式加速度传感器在振动、冲击测量领域广泛应用，其主要特点是具有较高的量程和测量带宽。在振动和冲击测量领域，基座应变灵敏度是传感器性能优劣的主要衡量指标，一般通过增大传感器金属基座厚度的方式提高基座刚度，降低安装结构应变对测量结果的影响，但是这种方式会导致传感器体积和重量的增大，不利于小型化和轻量化设计。

行业内大部分金属封装的压阻式加速度传感器将基板与基座接触式组装，即将矩形或者圆形陶瓷/印制板基板直接粘接在金属基座内部，基板与基座直接接触，这种方法不利用基座安装变形的隔离，主要不足是测量结构的变形引起的基座应变对传感器测量结果影响较大。同时，在高冲击应用场景下，高频冲击应力波信号经过金属基座直接与敏感芯片的安装基板耦合作用，敏感芯片容易受到异常冲击应力而失效。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种压阻式加速度传感器。

一种压阻式加速度传感器，包括敏感芯片、基板、基座和基板安装座。其中，基座具有安装侧和与安装侧相对的连接侧，基座具有内腔，内腔自连接侧的端面向内延伸。基板安装座包括安装座本体和连接部，敏感芯片安装在基板上，基板固定于安装座本体上。内腔适于容纳基板安装座，基板安装座通过连接部悬挂连接至基座的连接侧。安装座本体与基座之间具有间隙，敏感芯片与基座之间被间隙隔离。

优选地，安装座本体的外轮廓呈半圆柱形，安装座本体的侧平面上设有与基板外形相匹配的安装槽，基板固定于安装槽内。

具体地，基座的靠近安装侧的一段为螺柱段。优选地，内腔延伸至螺柱段内，螺柱段容纳至少部分安装座本体。更优选地，敏感芯片位于螺柱段内。

优选地，安装座本体包括大径段和小径段，大径段位于螺柱段的外侧，至少部分小径段位于螺柱段内。敏感芯片安装在位于螺柱段内的小径段上。

进一步地，本发明的压阻式加速度传感器还包括输出引线，基板安装座的连接部设有引线孔。基板上设有导线焊点和金丝焊点，导线焊点位于大径段上，金丝焊点位于小径段上。金丝焊点与导线焊点电导通。敏感芯片与金丝焊点通过金丝引线电连接。输出引线的一端连接至导线焊点，另一端经过引线孔延伸至基座之外。

优选地，基座的中轴线位于敏感芯片的敏感方向所在的平面内。

进一步地，基板上的导线焊点位置和敏感芯片安装位置均涂覆有高性能灌封胶，位于基座之外的输出引线设有屏蔽层。

优选地，连接部呈圆盘形，连接部的直径大于安装座本体的直径，连接部沿圆周方向通过激光焊接连接至基座的连接侧。

本发明的特点及优点包括：该新型结构的压阻式加速度传感器，能改善基座应变、冲击应力波对传感器测量精度和抗冲击能力的影响。安装敏感芯片的基板与基座不直接接触，能实现对基座应变、应力的隔离，可显著抑制基座的安装结构变形对传感器敏感单元的影响，提高加速度的测量精度；另外，可隔离高频冲击应力波，防止高频冲击应力波经过基座直接与安装敏感芯片的基板耦合，从而防止敏感芯片受到异常冲击应力而失效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明的加速度传感器的立体示意图；

图2是图1中基座、基板安装座、基板和敏感芯片的结构示意图；

图3是图1中基座的剖视示意图；

图4是基座、基板安装座和基板的爆炸示意图；

图5是基板安装座及基板的组装示意图；

图6是加速度传感器的剖视示意图。

附图标记说明：

100-传感器，10-基座，20-间隙，30-基板安装座，40-基板，50-敏感芯片，60-输出引线；

11-安装侧，12-连接侧，13-螺柱段，14-内腔；

31-安装座本体，311-侧平面，32-连接部，33-安装槽，34-大径段，35-小径段，36-引线孔；

41-导线焊点，42-金丝引线，43-金丝焊点；

61-屏蔽层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参考图1和图2，在优选的实施例中，本发明提供的压阻式加速度传感器100（下文简称传感器）整体大致呈螺栓形，敏感方向沿着传感器的中心轴，螺栓的螺柱段为传感器的安装侧，传感器通过螺柱安装在被测量的物体上。

参考图2、图4和图6，本发明提供的传感器100包括敏感芯片50、基板40、基座10和基板安装座30。其中，敏感芯片50安装在基板40上，基板40安装在基板安装座30上，基板安装座30固定在基座10上。

具体地，继续参考图2和图3，基座10具有安装侧11和与安装侧11相对的连接侧12，安装侧11用于将传感器安装至被测量的物体上，连接侧12用于固定基板安装座30；并且，基座10具有适于容纳基板安装座30的内腔14，内腔14自连接侧12的端面向内延伸。参考图2、图4和图6，基板安装座30包括安装座本体31和连接部32。基板40固定于安装座本体31上。基板安装座30通过连接部32悬挂连接至基座10的连接侧12。安装座本体31的外壁与基座10的内壁之间具有间隙20，敏感芯片50和基座10被间隙20隔离。

本发明提供的传感器100采用悬挂式构型将安装有敏感芯片的基板安装座30与基座10组装为一体，悬挂结构的间隙20使得安装敏感芯片50的基板40与基座10不直接接触，实现基座的应变、应力的隔离，可显著抑制基座10的安装结构变形对传感器敏感单元的影响，提供加速度的测量精度；另外，可隔离高频冲击应力波，防止高频冲击应力波经过基座10直接与安装敏感芯片50的基板40耦合，从而防止敏感芯片50受到异常冲击应力而失效。

安装座本体31的形状可以为长方体、正方体、圆柱体、椭圆体等任意形状，只要满足能安装基板40即可。为了便于安装基板40和确定敏感芯片50的位置，在一些实施例中，参考图4和图5，安装座本体31的外轮廓呈半圆柱形，基板40安装在半圆柱体的侧平面311上。优选地，安装座本体31的侧平面311上设有与基板40外形相匹配的安装槽33，基板40固定于安装槽33内。在安装座本体31上设置安装槽33，便于更稳定地固定基板40。在更优选的实施例中，安装槽33的深度与基板40的厚度适配，使得安装在安装槽33中的基板40的表面与安装座本体31的侧平面311齐平。传感器100对加速度的测量主要依靠敏感芯片50，为了提高加速度的测量精度，在更优选的实施例中，传感器100的敏感方向与敏感芯片50在基板上的安装平面平行，并且，基座10的中轴线位于敏感芯片50的敏感方向所在的平面内。从而实现对轴向振动、冲击加速度的精确测量。

在一些实施例中，参考图1和图4，基座10的外轮廓大体呈螺栓形，基座10上靠近安装侧11的一段为螺柱段13。螺柱段13上设置外螺纹，传感器100通过螺柱段13上的外螺纹安装在被测量的物体上。

为了减小传感器100的体积，在一些实施例中，参考图3，内腔14延伸至螺柱段13内，参考图2和图6，螺柱段13容纳至少部分安装座本体31。优选地，敏感芯片50位于螺柱段13内，使得敏感芯片50距离被测量物体更近，测量精度更高；并且，敏感芯片50置于螺柱段内，有利于进一步降低干扰。

参考图4和图5，在一些实施例中，安装座本体31包括大径段34和小径段35。参考图2和图6，大径段34位于螺柱段13的外侧，至少部分小径段35设置于螺柱段13内。优选地，敏感芯片50安装在位于螺柱段13内的小径段35上。

进一步地，参考图1和图6，在一些实施例中，传感器还包括输出引线60。参考图4和图5，基板安装座30的连接部32设有引线孔36。参考图5和图6，基板40上设有导线焊点41和金丝焊点43。由于导线焊点41较大，金丝焊点43较小，为了便于布置，优选地，基板40具有宽部和窄部，宽部位于大径段34上，窄部位于小径段35上，导线焊点41布置在宽部上，金丝焊点43布置在窄部上，对应地，导线焊点41位于基板安装座30的大径段34上，敏感芯片50和金丝焊点43位于基板安装座30的小径段35上。金丝焊点43与导线焊点41电导通，敏感芯片50与金丝焊点43通过金丝引线42电连接。输出引线60的一端连接至导线焊点41，另一端经过引线孔36延伸至基座10之外。

具体地，在一些实施例中，参考图6，传感器100共设有4根输出引线60。特别地，位于基座10之外的输出引线60设有屏蔽层61，采用屏蔽电缆对信号线进行屏蔽，提高传感器的抗干扰性。

可选地，基板40的材质为印制板，基板安装座30为塑料、金属等材质；在优选的实施例中，基板40具体为陶瓷基板，基板安装座30具体为陶瓷基板安装座，基座10具体为金属基座。参考图4和图5，基板安装座30的安装座本体31的外轮廓呈半圆柱形，基板安装座30的连接部32呈圆盘形，连接部32的直径大于安装座本体31的直径。在一些实施方式中，连接部32的圆心和安装座本体31的圆心均位于基座10的中轴线上，引线孔36设置在圆盘的与安装座本体31不相对的另一半上。参考图6，连接部32沿圆周方向通过激光焊接方式使基板安装座30悬挂连接至基座10的连接侧12，以保证连接的可靠性。主体呈半圆柱形的陶瓷材质的基板安装座30自顶向下以“悬挂”的方式装配到基座10的内部，基板安装座本体31的外壁与基座10内壁在周向上保留一定的间隙，实现基座应变、应力的隔离。

基板安装座30上部的圆盘结构与基座10的顶部通过高强度的激光焊接连接，其它位置均与基座之间存在一定的间隙，通过这种方式将来自安装结构的基座应变进行完全隔离，同时来自基座安装面的冲击应力波与敏感芯片之间不存在应力波直接传播路径，可以最大限度的对冲击应力波进行衰减，提高传感器的抗冲击能力。

传感器100的敏感芯片50采用压阻式工作原理，利用压阻效应和惠斯通电桥原理实现加速度的敏感。参考图6，敏感芯片50的输出信号通过金丝引线42、金丝焊点43、导线焊点41和输出引线60对外输出。

装配传感器100时，先将陶瓷材质的基板40与基板安装座30通过粘接胶组装，之后通过贴片胶将敏感芯片50安装到陶瓷材质的基板40上，通过WB(wire band)工艺将金丝引线42的一端焊接在敏感芯片50的PAD上，另一端焊接在基板40的金丝焊点43上，从而实现敏感芯片50与基板40的电气互联，然后，将输出引线60与相应的导线焊点41焊接。最后，对焊点和敏感芯片进行合适的灌封胶涂覆，使基板40上的导线焊点41、金丝焊点43位置和敏感芯片50安装位置均涂覆有高性能灌封胶，例如UV胶，对重要位点进行防护，进一步提高传感器的抗冲击能力。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。