一种解决MEMS惯性芯片焊接应力的装配方法及装配外壳与流程
一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法及装配外壳
技术领域
1.本技术属于芯片装配技术领域，特别是涉及一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法及装配外壳。
背景技术：
2.imu模组的精度与mems惯性芯片的精度有关，而mems惯性芯片的精度一方面取决与芯片设计、制造和封装工艺，更重要的取决与使用过程中对mems惯性芯片应力的处理，从而保证器件的可靠性和一致性。
3.现代smt焊接工艺已经能够比较容易完成mems惯性芯片的贴装，并保证批量的一致性，但由于使用环境的复杂性，想要获得长期稳定的高精度却不是一件简单的事情。然而，具有实际使用价值的阶段则是在各种复杂的使用环境时，使用环境均可影响imu模组的性能。
4.陶瓷封装的mems惯性芯片为气密器件，属于应力敏感器件，应力会造成imu模组的零位漂移、振动噪声异常，严重会导致产品的失效。
5.应力的来源包括热应力、水汽应力、热膨胀产生的应力和机械应力。
6.热应力：mems惯性芯片在经历smt的回流焊时，温度高达240℃以上，由于该mems惯性芯片在加热和冷却时，内外层温度变化的不同而产生热应力。
7.水汽应力：smt时回流焊的高温会将mems惯性芯片封装内部的水汽烘出，在不同使用温度下，水汽会影响mems惯性芯片封装内的压力环境，而且这种影响是无序的、不重复的。
8.热膨胀产生的应力：表现在不同材料的组合件中，特别是材料的膨胀系数相差较大的情况下。由于pcb通常为环氧树脂，膨胀系数在50左右（不同厂家略有差异），锡膏的膨胀系数在20左右，陶瓷的热膨胀系数在7左右，三种材料在高低温环境中，会累计应力。
9.机械应力：受机械振动等外力的作用而产生的应力。
技术实现要素：
10.为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法及装配外壳，能够避免热应力和水汽应力，衰减膨胀应力和机械应力，提高mems惯性芯片的精度。
11.本技术是通过如下技术方案实现的：第一方面，本技术实施例提供了一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法，包括：采用键合工艺将mems惯性芯片与pcb电路板连接；采用硅橡胶将所述mems惯性芯片粘接在所述pcb电路板的凹槽内；所述硅橡胶用于吸收振动能量。
12.基于第一方面，在一些实施例中，所述粘接在所述pcb电路板的凹槽内的所述硅橡胶的热膨胀系数与所述mems惯性芯片的封装材料的热膨胀系数相同或相近。
13.基于第一方面，在一些实施例中，还包括：在壳体和pcb基板中间设置所述硅橡胶，进行应力缓冲；其中，所述硅橡胶固化温度为85℃。
14.本技术实施例的第二方面提供了一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳，包括：壳体、壳盖、pcb电路板、硅橡胶和连接器；所述壳体和所述壳盖，用于将所述pcb电路板、mems惯性芯片和所述连接器装配在一起；所述pcb电路板，设置于所述壳体底面，且所述pcb电路板中部开设有凹槽；所述凹槽四周设有键合结构；所述mems惯性芯片，设置于所述凹槽内，并通过硅橡胶粘接在所述凹槽的底部和四周；其中，所述mems惯性芯片和所述pcb电路板通过键合丝键合；所述连接器，设置于所述pcb电路板上，用于与外界进行信号传输。
15.基于第二方面，在一些实施例中，外部电信号通过所述连接器进入所述pcb电路板，所述mems惯性芯片通过所述键合丝和所述键合结构接收到所述电信号后，进行数据测量，以及将测量的数据通过键合丝、所述键合结构和所述pcb电路板传回所述连接器。
16.基于第二方面，在一些实施例中，所述壳体上设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和凹口；所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔呈三角形分布在所述壳体上，所述凹口位于所述第一通孔和所述第二通孔之间；所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔用于将所述壳体固定在工装上；所述第三通孔还用于在所述壳体与所述壳盖配合时起定位作用。
17.基于第二方面，在一些实施例中，所述pcb电路板侧边有凸块，所述凸块与所述凹口适配。
18.基于第二方面，在一些实施例中，所述连接器通过锡膏粘接在所述凸块上。
19.基于第二方面，在一些实施例中，其特征在于，所述凹槽的尺寸大于所述mems惯性芯片的尺寸，所述凹槽的厚度大于所述mems惯性芯片的厚度。
20.基于第二方面，在一些实施例中，所述壳体和所述壳盖的材料为不锈钢。
21.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本技术实施例，通过产品安装条的可扩展设计，mems惯性芯片通过硅橡胶粘接在pcb电路板的凹槽内，并采用了键合工艺，能够避免热应力和水汽应力；热膨胀产生的应力可以通过硅橡胶衰减膨胀应力，振动冲击时可以将振动能量衰减，从而提高mems惯性芯片的精度。
22.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些
附图获得其他的附图。
24.图1是本技术一实施例提供的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的爆炸图；图2是本技术一实施例提供的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的主视图；图3是本技术一实施例提供的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的正视图；图4是本技术一实施例提供的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的左视图；图5是本技术一实施例提供的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的俯视图；图6是本技术一实施例提供的去掉壳盖的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的结构示意图；图7是本技术一实施例提供的pcb电路板的结构示意图。
具体实施方式
25.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
26.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
27.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
28.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0029]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0031]
mems惯性芯片对应力很敏感，但是现阶段为将mems惯性芯片直接焊接在电路板上，在焊接过程中会产生大量的残余应力。smt（surface mount technology，表面组装技术）工艺流程主要包括焊膏涂敷、元器件贴放及回流焊等三道工序，每道工序都会对焊点的最终品质产生重要影响。其中回流焊过程是smt组装的关键工序，直接影响到焊点的焊后质量。除smt回流过程中存在一定的问题外，焊接工艺也会引入应力。
[0032]
应力的来源包括热应力、水汽应力、热膨胀产生的应力和机械应力。
[0033]
热应力：imu惯性芯片在经历smt的回流焊时，温度高达240℃以上，由于器件在加
热和冷却时，内外层温度变化的不同而产生热应力。
[0034]
水汽应力：smt时回流焊的高温会将mems惯性芯片内部的水汽烘出，在不同使用温度下，水汽会影响封装内的压力环境，而且这种影响是无序的、不重复的。
[0035]
热膨胀产生的应力：表现在不同材料的组合件中，特别是材料的膨胀系数相差较大的情况下。由于pcb通常为环氧树脂，膨胀系数在50左右（不同厂家略有差异），锡膏的膨胀系数在20左右，陶瓷的热膨胀系数在7左右，三种材料在高低温环境中，会累计应力。
[0036]
机械应力：受机械振动等外力的作用而产生的应力。
[0037]
基于上述问题，本技术实施例中一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法及装配外壳，该装配方法避免采用smt回流焊工艺，采用键合工艺将已经封装好的mems惯性芯片与pcb电路板连接；采用硅橡胶将所述mems惯性芯片粘接在所述pcb电路板的凹槽内；所述硅橡胶用于吸收振动能量，能够避免热应力和水汽应力，衰减膨胀应力和机械应力，提高mems惯性芯片的精度。
[0038]
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0039]
图1是本技术一实施例提供的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的爆炸图，参照图1，该装配外壳包括壳体100、壳盖200、pcb电路板300和连接器400。壳体100和壳盖200，用于将pcb电路板300、mems惯性芯片500和连接器400装配在一起。pcb电路板300，设置于壳体100底面，且pcb电路板300中部开设有凹槽；凹槽四周设有键合结构。mems惯性芯片500，设置于凹槽内，并通过硅橡胶粘接在凹槽的底部和四周；其中，mems惯性芯片500和pcb电路板300通过键合丝键合。连接器400，设置于pcb电路板300上，用于与外界进行信号传输。
[0040]
具体的，外部电信号通过连接器400进入pcb电路板300，mems惯性芯片500通过键合丝和键合结构接收到电信号后，进行数据测量，以及将测量的数据通过键合丝、键合结构和pcb电路板300传回连接器400。
[0041]
为了能够更清楚表示壳体100、壳盖200、pcb电路板300和连接器400的位置关系，如图2-6所示。其中，图2为解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的主视图，图3为解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的正视图，图4为解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的左视图，图5为解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的俯视图，图6为去掉壳盖的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的结构示意图。
[0042]
具体的，壳体100上设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和凹口；第一通孔、第二通孔和第三通孔呈三角形分布在壳体100上，凹口位于第一通孔和第二通孔之间；第一通孔、第二通孔和第三通孔用于将壳体100固定在工装上；第三通孔还用于在壳体100与壳盖200配合时起定位作用。
[0043]
参见图7，pcb电路板300上设置有凹槽301、键合结构302、凸块303和测试点304。
[0044]
具体的，pcb电路板300侧边有一个凸块303，凸块303与凹口适配。
[0045]
具体的，连接器400通过锡膏粘接在凸块303上。
[0046]
示例性的，因为mems惯性芯片500与pcb电路板300采用键合的方式连接，所以其他元器件在焊接过程中产生的热应力不会对mems惯性芯片500造成影响，不会使mems惯性芯片500发生翘曲等形变；不存在底部焊盘空洞，提高了产品的性能与成品率。
[0047]
具体的，凹槽301的尺寸大于mems惯性芯片500的尺寸，凹槽301的厚度大于mems惯
性芯片的厚度。
[0048]
示例性的，由于硅橡胶要将mems惯性芯片500粘接在pcb电路板300的凹槽301内，那么凹槽301的尺寸略大于mems惯性芯片500的尺寸；凹槽301的底部放置硅橡胶，所以凹槽301的厚度略大于mems惯性芯片500的厚度，并使得mems惯性芯片500的焊盘面与pcb电路板300的表面平齐。
[0049]
示例性的，pcb电路板300侧边的凸块303下表面可以有多个测试点304。多个测试点304用于在装配壳体100与连接器400之前，mems惯性芯片500键合在pcb电路板300上时，与外部电路连接，对mems惯性芯片500进行测试，如图6所示。其中，各测试点304均匀分布在凸块303下表面。
[0050]
示例性的，当连接器400失效时，可以通过测试点304连接电路单元，确定产品通讯是否正常。
[0051]
示例性的，外部电信号通过连接器400进入pcb电路板300，mems惯性芯片500通过键合丝和键合结构接收到电信号后，进行数据测量，以及将测量的数据通过键合丝、键合结构和pcb电路板300传回测试点304。
[0052]
示例性的，位于壳体100凹口位置设置有防短路凹坑，该防短路凹坑能够防止测试点304与壳体100相连发生短路。
[0053]
具体的，壳体100和壳盖200的材料为不锈钢。
[0054]
示例性的，在装配到电路板上之前，上述mems惯性芯片500为已经由陶瓷封装好的mems惯性芯片500。
[0055]
本技术实施例还提供了一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法。该装配方法基于上述解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳实现。
[0056]
解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法包括：采用键合工艺将mems惯性芯片500与pcb电路板300连接；采用硅橡胶将mems惯性芯片500粘接在pcb电路板300的凹槽301内；硅橡胶用于吸收振动能量。
[0057]
示例性的，先采用键合工艺在mems惯性芯片500上嵌入键合丝，在pcb电路板300嵌入键合结构；该键合丝与键合结构能够匹配连通。然后采用硅橡胶将mems惯性芯片500粘接在pcb电路板300的凹槽301内，使得pcb电路板300与mems惯性芯片500平齐，保证键合丝与键合结构能够匹配连通。
[0058]
示例性的， mems惯性芯片500采用局部灌胶，将mems惯性芯片500除mems惯性芯片500的焊盘面，包裹于硅橡胶中，固化后确保了安装的牢固性。将mems惯性芯片500周围用硅橡胶包裹后，当mems惯性芯片500发生振动后，mems惯性芯片500周围所受对剪切力会减小，进一步增加了mems芯片的减振能力。
[0059]
具体的，粘接在pcb电路板300的凹槽内的硅橡胶的的热膨胀系数与mems惯性芯片500的封装材料的热膨胀系数相同或相近。
[0060]
具体的，该装配方法还包括：在壳体100和pcb基板中间设置硅橡胶，进行应力缓冲；其中，硅橡胶固化温度为85℃。
[0061]
本发明的解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法，避免采用smt回流焊工艺，通过将mems惯性芯片通过胶水粘接在pcb电路板的凹槽内，并采用键合工艺，能够避免热应力和水汽应力；当热膨胀产生的应力时，通过高粘度硅橡胶将mems惯性芯片粘接在pcb电路板凹
槽内，能够通过硅橡胶衰减膨胀应力；通过高粘度硅橡胶粘接，当收到振动冲击时可以将振动能量衰减。采用以上工艺，mems惯性芯片与电路板采用键合的方式连接，不会使mems惯性芯片发生翘曲等形变，不存在底部焊盘空洞，可以保证产品的小型化，同时提升产品性能。
[0062]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。
技术特征：
1.一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法，其特征在于，包括：采用键合工艺将mems惯性芯片与pcb电路板连接；采用硅橡胶将所述mems惯性芯片粘接在所述pcb电路板的凹槽内；所述硅橡胶用于吸收振动能量。2.如权利要求1所述的解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法，其特征在于，所述粘接在所述pcb电路板的凹槽内的所述硅橡胶的热膨胀系数与所述解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳的热膨胀系数相同或相近。3.如权利要求1所述的解决mems惯性芯片焊接应力的装配方法，其特征在于，还包括：在壳体和pcb电路板中间设置所述硅橡胶，进行应力缓冲；其中，所述硅橡胶固化温度为85℃。4.一种解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳，其特征在于，包括：壳体、壳盖、pcb电路板和连接器；所述壳体和所述壳盖，用于将所述pcb电路板、mems惯性芯片和所述连接器封装在一起；所述pcb电路板，设置于所述壳体底面，且所述pcb电路板中部开设有凹槽；所述凹槽四周设有键合结构；所述mems惯性芯片，设置于所述凹槽内，并通过硅橡胶粘接在所述凹槽的底部和四周；其中，所述mems惯性芯片和所述pcb电路板通过键合丝键合；所述连接器，设置于所述pcb电路板上，用于与外界进行信号传输。5.如权利要求4所述的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳，其特征在于，外部电信号通过所述连接器进入所述pcb电路板，所述mems惯性芯片通过所述键合丝和所述键合结构接收到所述电信号后，进行数据测量，以及将测量的数据通过键合丝、所述键合结构和所述pcb电路板传回所述连接器。6.如权利要求4所述的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳，其特征在于，所述壳体上设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和凹口；所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔呈三角形分布在所述壳体上，所述凹口位于所述第一通孔和所述第二通孔之间；所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔用于将所述壳体固定在工装上；所述第三通孔还用于在所述壳体与所述壳盖配合时起定位作用。7.如权利要求6所述的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳，其特征在于，所述pcb电路板侧边有凸块，所述凸块与所述凹口适配。8.如权利要求7所述的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳，其特征在于，所述连接器通过锡膏粘接在所述凸块上。9.如权利要求4所述的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳，其特征在于，所述凹槽的尺寸大于所述mems惯性芯片的尺寸，所述凹槽的厚度大于所述mems惯性芯片的厚度。10.如权利要求4所述的解决mems惯性芯片焊接应力的装配外壳，其特征在于，所述壳体和所述壳盖的材料为不锈钢。
技术总结
本申请适用于芯片装配技术领域，提供了一种解决MEMS惯性芯片焊接应力的装配方法及装配外壳，该装配方法包括：采用键合工艺将MEMS惯性芯片与PCB电路板连接；采用硅橡胶将MEMS惯性芯片粘接在PCB电路板的凹槽内；硅橡胶用于吸收振动能量。本申请能够避免热应力和水汽应力，衰减膨胀应力和机械应力，提高MEMS惯性芯片的精度。芯片的精度。芯片的精度。
