全固態振動式微陀螺的封裝結構的製作方法
2023-04-23 18:49:26 1
專利名稱：全固態振動式微陀螺的封裝結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種微機電技術領域的封裝結構，具體是一種固態振動式微陀螺的封裝結構。
背景技術：
全固態振動式微陀螺利用固態物質的特殊振動模態的微型角速度傳感裝置。在這種微陀螺中沒有支撐或運動部件，因此全固態振動式微陀螺抗衝擊、抗震動能力強，可以工作在高過載等惡劣環境下。全固態振動式微陀螺的振子具有上述優越特性，然而振子需要封裝在殼體內，從而和外界環境進行物理隔離或電磁屏蔽隔離，這樣振子不會受外界環境的幹擾，保持長時間的穩定工作。全固態振動式微陀螺的特殊工作機理對它的封裝結構有獨特要求，如下所述1、封裝結構的引入不影響振動體的工作振動模態振動；2、封裝結構能夠限定微陀螺振子的六個自由度，即三個方向上的平移及三個方向上的旋轉；3、封裝結構本身需要抗衝擊、抗震動、抗高過載特性，從而使得整個系統能夠保持這些優越特性；4、 封裝結構具有密封性，形成與外界的物理和電磁隔離；5、需要提供和外界的電接口，便於驅動信號的加入以及有用信號的提取。經過對現有技術的檢索發現，中國專利號ZL98249966. 3提到了一種三稜柱振動陀螺的支撐方法。它採用彈性導體絲穿過彈性體，來形成對三稜柱振動體的支撐，這種支撐方法需要鑽穿振動體，它一方面會改變彈性體的振動特性，另一方面不適合在高過載、抗衝擊條件下應用。中國專利號ZL200620137232.2中提到一種微機電模塊封裝結構。這種封裝結構包含一極板、一晶片、多根導線及一封裝層；將晶片設於基板上；用導線連接晶片與基板，然後用封裝層覆蓋晶片外圍及導線。這種封裝結構不適合于振動體可動的晶片結構， 並且不能完全限定住振動體的六個自由度。綜上所述，當前的封裝技術不能滿足全固態振動式微陀螺上述的封裝性能要求。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種全固態振動式微陀螺的封裝結構，採用一種全封閉的結構，利用四個側面的螺釘及上下表面上的定位凸點進行定位及限定振子的六個自由度，螺釘及凸點和振子的接觸點為振子的振動節點，它們的引入不會影響振子的振動模態，這種封裝結構不僅可對振子進行定位，還可對振子進行有效夾持，同時還引入了振子的驅動信號及感應信號的輸入輸出接口，這種創新型結構很好地滿足了上述的全固態振動式微陀螺的封裝要求，解決了背景技術的不足。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括上蓋部分、桶狀密封環部分、彈性密封圈、底座部分、微陀螺振子和電信號連接線，其中上蓋部分設置於桶狀密封環部分上並與桶狀密封環部分固定連接，彈性密封圈位於上蓋部分和桶狀密封環部分之間，桶狀密封環部分設置於底座部分上並與底座部分固定連接，上蓋部分、桶狀密封環部分和底座部分構成密封腔室，微陀螺振子放置在密封腔室的中央位置，電信號連接線的兩端分別與微陀螺振子和底座部分相連。所述的上蓋部分包括上蓋、上定位板和上定位凸點，其中上定位板通過螺釘設置於上蓋上並與上蓋固定連接，上定位凸點固定設置於上定位板的下表面。所述的上定位板是由金屬製作而成的，表面都進行了氧化處理，使得具有優良的電絕緣性能。所述的底座部分包括底座、下定位板和下定位凸點，其中下定位板通過螺釘設置於底座上並與底座固定連接，下定位凸點固定設置於下定位板的上表面。所述的桶狀密封環部分包括桶狀密封環和側壁定位螺釘，其中側壁定位螺釘連接在桶狀密封環的側壁上。本發明通過以下方式工作微陀螺振子放置在密封腔室的中央位置，通過上定位板和下定位板上的上、下定位凸點壓在微陀螺振子的上、下表面上，限制微陀螺振子的上下移動及繞水平方向上的旋轉，上蓋部分和桶狀密封環部分之間有彈性密封圈，通過改變彈性密封圈被擠壓後的厚度，可以對上蓋部分的高度進行微量調節，以調節微陀螺振子上下表面被夾持的壓力強度，通過桶狀密封環上的側壁定位螺釘壓在微陀螺振子的側壁上，限定微陀螺在水平方向上的平移及繞垂直方向的旋轉，這樣微陀螺振子的六個自由度皆被限定，對微陀螺振子形成穩定的夾持，壓在微陀螺振子上下表面及側壁上的定位凸點及側壁定位螺釘和微陀螺振子的接觸點為微陀螺振子的振動節點，即在這些點的位置上，微陀螺振子不發生振動，始終處於靜止狀態，因此它們不會影響微陀螺振子的工作模態振動。本發明提出的全固態振動式微陀螺的封裝結構，由於採用了封閉式封裝結構，對全固態振動式微陀螺進行了物理和電磁幹擾隔離，對外界環境中的各種幹擾進行了有效地屏蔽，同時在方形振子六個表面上的振動節點位置放置固定點，限制了微陀螺振子的六個方向上的自由度，並且不影響微陀螺振子的工作振動模態，本發明提出的封裝結構不僅可於在全固態振動式微陀螺的封裝，還可以應用於基於壓電體模態振動的能量拾取器、壓電諧振器、壓電馬達等MEMS器件中。
圖1為本發明結構示意圖。圖2為定位板的結構示意圖。圖3為桶狀密封環結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括上蓋部分4、桶狀密封環部分11、彈性密封圈2、底座部分15、微陀螺振子14、電信號連接線21和連接螺釘3，其中上蓋部分4通過連接螺釘3 設置於桶狀密封環部分11上並與桶狀密封環部分11固定連接，彈性密封圈2位於上蓋部分4和桶狀密封環部分11之間，桶狀密封環部分11通過連接螺釘20設置於底座部分15上並與底座部分15固定連接，上蓋部分4、桶狀密封環部分11和底座部分15構成密封腔室， 微陀螺振子14放置在密封腔室的中央位置，電信號連接線21的兩端分別焊接在微陀螺振子14和底座部分15上。如圖2所示，所述的上蓋部分4包括上蓋10、上定位板7和上定位凸點6、8，其中上定位板7通過螺釘19設置於上蓋10上並與上蓋10固定連接，上定位凸點6、8固定設置於上定位板7的下表面。所述的上定位板7由金屬製成，其表面經氧化處理且具有優良的電絕緣性能。所述的上定位凸點6、8由聚合物材料製作而成。所述的底座部分15包括底座13、下定位板17和下定位凸點16、18，其中下定位板17通過螺釘19設置於底座13上並與底座13固定連接，下定位凸點16、18固定設置於下定位板17的上表面。所述的上定位板7及其上定位凸點6、8與下定位板17及其下定位凸點16、18的結構相匹配，其中上定位凸點6、8及下定位凸點16、18各四個，上定位凸點6、8和微陀螺振子14的接觸點為微陀螺振子14的振動節點。所述的底座13通過印刷電路板實現，電信號連接線21給微陀螺振子14提供和輸出的信號最終都是通過底座13從外界輸入或輸出到外界。如圖3所示，所述的桶狀密封環部分11包括桶狀密封環1和側壁定位螺釘22， 其中側壁定位螺釘22連接在桶狀密封環1的側壁上。所述的桶狀密封環1上分別設有上蓋連接用螺孔101、四個側壁定位螺孔102、底座連接用螺孔103，其中側壁定位螺釘22和與微陀螺振子14的接觸點為微陀螺振子14的振動節點。本實施例具有以下特點上蓋部分4、桶狀密封環部分11和底座部分15構成密封腔室，該密封腔室為微陀螺振子14進行了物理和電磁幹擾隔離，使得微陀螺振子14免受外界的幹擾而穩定地工作。利用上下定位凸點16、18以及側壁定位螺釘22，形成微陀螺振子 14的6個自由度全限定，上下定位凸點16、18以及側壁定位螺釘22和微陀螺振子14的接觸點為微陀螺振子14的振動節點，從而對微陀螺振子14的工作模態振動無影響。底板採用印刷電路板製作而成，便於外界的驅動信號的引入以及微陀螺振子14的感應信號輸出。 在上蓋10和桶狀密封環1之間引入彈性密封圈2，便於調節上蓋10的高度，進而調節作用在微陀螺振子14上下表面上夾持壓力。這種封裝結構形成微陀螺振子14的穩定夾持，能夠抗震動、抗衝擊、抗高過載，它不僅可用作為這種全固態振動式微陀螺的封裝結構，還可用作壓電式能量拾取器，壓電式微馬達，壓電式諧振器等微機電系統器件。
權利要求
1.一種全固態振動式微陀螺的封裝結構，其特徵在於，包括上蓋部分、桶狀密封環部分、彈性密封圈、底座部分、微陀螺振子和電信號連接線，其中上蓋部分設置於桶狀密封環部分上並與桶狀密封環部分固定連接，彈性密封圈位於上蓋部分和桶狀密封環部分之間， 桶狀密封環部分設置於底座部分上並與底座部分固定連接，上蓋部分、桶狀密封環部分和底座部分構成密封腔室，微陀螺振子放置在密封腔室的中央位置，電信號連接線的兩端分別與微陀螺振子和底座部分相連。
2.根據權利要求1所述的全固態振動式微陀螺的封裝結構，其特徵是，所述的上蓋部分包括上蓋、上定位板和上定位凸點，其中上定位板通過螺釘設置於上蓋上並與上蓋固定連接，上定位凸點固定設置於上定位板的下表面。
3.根據權利要求1所述的全固態振動式微陀螺的封裝結構，其特徵是，所述的底座部分包括底座、下定位板和下定位凸點，其中下定位板通過螺釘設置於底座上並與底座固定連接，下定位凸點固定設置於下定位板的上表面。
4.根據權利要求1所述的全固態振動式微陀螺的封裝結構，其特徵是，所述的桶狀密封環部分包括桶狀密封環和側壁定位螺釘，其中側壁定位螺釘連接在桶狀密封環的側壁上。
5.根據權利要求1所述的全固態振動式微陀螺的封裝結構，其特徵是，所述的上定位板及其上定位凸點與下定位板及其下定位凸點的結構相匹配，其中上定位凸點及下定位凸點各四個，上定位凸點和微陀螺振子的接觸點為微陀螺振子的振動節點。
全文摘要
一種微機電系統技術領域的全固態振動式微陀螺的封裝結構，包括上蓋部分、桶狀密封環部分、彈性密封圈、底座部分、微陀螺振子和電信號連接線，上蓋部分設置於桶狀密封環部分上並與桶狀密封環部分固定連接，彈性密封圈位於上蓋部分和桶狀密封環部分之間，桶狀密封環部分設置於底座部分上並與底座部分固定連接，上蓋部分、桶狀密封環部分和底座部分構成密封腔室，微陀螺振子放置在密封腔室的中央位置，電信號連接線的兩端分別與微陀螺振子和底座部分相連。本發明利用四個側面的螺釘及上下表面上的定位凸點進行定位及限定振子的六個自由度，螺釘及凸點和振子的接觸點為振子的振動節點，不僅可對振子進行定位，還可對振子進行有效夾持。
文檔編號B81B7/00GK102252665SQ20111009930
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月20日 優先權日2011年4月20日
發明者吳校生, 張衛平, 陳文元 申請人:上海交通大學