[發(fā)明專利]基于LTCC工藝微慣性測量單元的三軸結(jié)構(gòu)及制造工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410572140.6
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104482938A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何中偉;俞瑛;周冬蓮;賀彪;杜松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國兵器工業(yè)集團(tuán)第二一四研究所蘇州研發(fā)中心
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;耿英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于LTCC工藝微慣性測量單元的三軸結(jié)構(gòu)及制造工藝。

背景技術(shù)

微慣性測量單元（MIMU）是一種不依賴任何外部信息，也不向外輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，可以連續(xù)實(shí)時提供運(yùn)動載體位置、速度和姿態(tài)信息，具有隱蔽性好、不易受外界干擾、數(shù)據(jù)更新率高、短期精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，主要由數(shù)據(jù)采集和導(dǎo)航解算兩大部分組成。

數(shù)據(jù)采集部分由慣性測量元件、溫度傳感器、三軸電子羅盤、MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）壓力傳感器、信號調(diào)理電路、A/D（數(shù)字/模擬）轉(zhuǎn)換電路和FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）控制器等構(gòu)成。其中，慣性測量元件主要包括3個MEMS加速度計(jì)和3個MEMS陀螺儀，正交安裝于坐標(biāo)系的三個正交平面上（每個平面安裝加速度計(jì)和陀螺儀各1只），用于提供載體在運(yùn)動坐標(biāo)系上的線加速度和角速度，采用模擬信號輸出；溫度傳感器、三軸電子羅盤、MEMS壓力傳感器分別用于誤差補(bǔ)償和提高定位精度。

導(dǎo)航解算部分由DSP（數(shù)字信號處理器）及其電源、閃速存貯器等組成，是捷聯(lián)慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的核心，主要功能是承擔(dān)姿態(tài)解算任務(wù)。

與基于LTCC（低溫共燒陶瓷）工藝小型化集成的MIMU結(jié)構(gòu)不同，現(xiàn)有常見慣性測量系統(tǒng)往往采用“正六面體”、“T型”或板式結(jié)構(gòu)件安裝慣性器件、其它控制與解算單元則用另外的電路板組裝，這存在以下主要缺點(diǎn)：

1）?慣性器件安裝在立體結(jié)構(gòu)的三個正交面上，電路分布在多塊信號板上，易造成電路的連接不可靠性及噪聲；

2）?在立體結(jié)構(gòu)中，三只加速度計(jì)的安裝受立體結(jié)構(gòu)尺寸大、不緊湊的影響，由于尺寸效應(yīng)造成載體運(yùn)動時加速度計(jì)會產(chǎn)生一個較大的額外誤差輸出，影響導(dǎo)航的精度。

3）?立體結(jié)構(gòu)體積龐大，工藝加工精度低、成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于LTCC工藝微慣性測量單元的三軸結(jié)構(gòu)及制造工藝，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，工藝可靠。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于LTCC工藝微慣性測量單元的三軸結(jié)構(gòu)，其特征是，將MIMU組件劃分成X軸、Y軸、Z軸和主控4個模塊，每個模塊的電路器件采用SMT分別集成在一LTCC基板上，其中Z軸模塊、主控模塊的LTCC基板上開有空腔；

將X軸模塊和Y軸模塊由直角支架支撐正交側(cè)立安裝在Z軸模塊LTCC基板的空腔底板上，形成X-Y-Z立體正交的MIMU三軸檢測模塊；

將主控模塊、三軸檢測模塊的空腔相對裝配BGA焊接成一體，形成立體正交的三軸MIMU組件；

所述三軸MIMU組件中的三軸檢測模塊朝向外殼底座粘接安裝在外殼底座內(nèi)的底板上，MIMU組件上的I/O端子與外殼底座上的連接器端子連通；

所述外殼底座上激光焊一蓋板，形成MIMU系統(tǒng)整件。

所述蓋板內(nèi)表面相對DSP信號處理器和DSP電源電路的部位設(shè)有散熱凸臺，與DSP和DSP電源電路相接觸形成散熱通道。

X軸模塊、Y軸模塊的LTCC基板的主要尺寸相同，單位mm，包括：

?長度L2、寬度H1、厚度h3；

?引線焊區(qū)：兩引線焊點(diǎn)的中心距e2，每個引線焊點(diǎn)的寬度a，每個引線焊點(diǎn)的高度b，

2.0≤e2≤4.5，0.5e2≤a≤0.67e2，0.67a≤b≤a；

Z軸模塊、主控模塊的LTCC基板的主要尺寸相同，單位mm，包括：

(1)?空腔內(nèi)邊長：L1≥L2＋5.0；

(2)?空腔側(cè)墻厚度：W1≥3.0；

(3)?BGA焊點(diǎn)節(jié)距：e1≥2.0；

(4)?BGA焊點(diǎn)直徑D1：0.5e1≤D1≤0.67e1；

(5)?空腔深度：h1≥0.5H1＋0.4；

(6)?空腔底板厚度：h2≥1.5。

直角支架為一呈直角梯形形狀的板，單位mm，主要尺寸包括：

1）?直角長邊長度H2：H1－1.0≤H2≤H1－0.4；

2）?直角短邊長度W2：3≤W2≤5；

3）?板厚度t1：1.5≤t1≤2.5；

4）?兩直角面夾角：θ1＝90°±0.5°。

Z軸模塊LTCC基板的空腔底板上設(shè)有X軸模塊、Y軸模塊垂直安裝定位線，定位線由LTCC絲網(wǎng)印刷圖形形成；

在X軸模塊、Y軸模塊的LTCC基板的兩端部表面上，設(shè)有與LTCC基板長邊邊緣垂直、相互平行的兩條直角支架安裝定位線，由LTCC絲網(wǎng)印刷圖形形成。

基于LTCC工藝微慣性測量單元的三軸結(jié)構(gòu)制造工藝，其特征是，包括以下步驟: