Микромеханический датчик с использованием гибких конформных плат

Полезная модель может применяться в микромеханических датчиках линейных ускорений и угловых скоростей. Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение точности микромеханического датчика. Микромеханический датчик содержит корпус, чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния низкой проводимости, преобразователь перемещений. Чувствительный элемент закреплен с одной стороны корпуса, а с другой на гибком конформном носителе сформирован преобразователь перемещений. Конформная пленка закреплена на спиралеобразном кронштейне. Там же сформированы соединительные колодки. Применение гибких конформных пленок, а именно их такое расположение позволяет существенно снизить габариты прибора и погрешность от возмущающих факторов.

Полезная модель относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических датчиках линейных ускорений и угловых скоростей. Известен микромеханический датчик линейных ускорений, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный из каркасной катушки подвешенный в корпусе на металлических растяжках, преобразователь перемещения каркасной катушки, изготовленный по гибридной технологии. Недостатком этого устройства является сложность конструкции, нетехнологичность изготовления преобразователя перемещения по гибридной технологии [1].

Известен микромеханический датчик угловых скоростей, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния, схему управления, которое содержит источник опорного сигнала и схему возбуждения автоколебаний, имеющую вход информационного сигнала, выход управляющего сигнала и вход опорного сигнала, соединенный с выходом источника опорного сигнала, сумматор, вторая схема возбуждения автоколебаний, своим входом опорного сигнала соединенная с выходом источника опорного сигнала, и выходной дифференциальный усилитель, выход которого является выходом устройства, инверсный вход подключен к выходу сигнала управления амплитудой одной схемы возбуждения автоколебаний, а прямой вход - к выходу сигнала управления амплитудой другой схемы возбуждения автоколебаний, входы информационного сигнала которых соединены с входами сумматора, выход которого соединен с входами фазового сигнала схем возбуждения автоколебаний.

Кроме того, устройство, что схема возбуждения автоколебаний содержит усилитель, демодулятор, дифференциальный усилитель и параметрический преобразователь, при этом вход усилителя является входом информационного сигнала, а выход соединен с входом демодулятора и является выходом сигнала скорости, выход демодулятора соединен с инверсным входом дифференциального усилителя, прямой вход которого является входом опорного сигнала, а выход-выходом сигнала управления амплитудой и соединен с первым входом параметрического преобразователя, второй вход которого является входом фазового сигнала, а выход-выходом управляющего сигнала.

Недостатком этого устройства является то, что столь сложный преобразователь может быть реализован по гибридной технологии. При этом существенно увеличиваются габаритные размеры. Кроме того при столь больших габаритах проявляются дополнительные паразитные связи, а это снижает точность прибора. Реализовать же схему полностью интегрированную в полупроводниковом носителе на представляется возможным из-за наличия генераторных схем, для которых критичны различные наводки, снижающие точность. Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение точности микромеханического датчика. Для достижения этого в микромеханическом датчике, содержащем корпус, чувствительный элемент из монокристаллического кремния, преобразователем перемещений, согласно изобретению, преобразователь перемещений сформирован на гибком конформном носителе, а сама гибкая конформная пленка закреплена на спиралеобразном кронштейне с выходными колодками при чем спиралеобразный кронштейн расположен с обратной стороны корпуса, на котором закреплен чувствительный элемент. Признаком, отличающим предложенный датчик от известного является то, что преобразователь перемещений выполнен на гибком конформном носителе (полиимид), который закреплен на спиралеобразном кронштейне. Формирование преобразователя на полиимидном носителе позволяет «растянуть саму схему» тем самым свести к минимуму паразитные связи. Закрепление полиаимидной пленке на спиралеобразном кронштейне позволяет существенно снизить габаритные размеры. Так как расстояние между спиралями определяется в основном безкорпусными элементами преобразователя, то понятно, что насколько есть возможность варировать самимами размерами применяемых схем, что в конечном итоге позволяет применять более точные схемы расширять их возможности, а это позволит увеличить точность прибора.

Предложенный микромеханический датчик с использованием гибких конформных плат иллюстрируется чертежом, представленными на фиг.1. где:

1 - корпус;

2 - чувствительный элемент;

3 - спиралеобразный кронштейн;

4 - гибкая конформная плата (полиимидная пленка);

5 - выходные колодки;

Микромеханический датчик содержит корпус (1) чувствительный элемент (2), выполненный из монокристаллического кремния низкой проводимости. С одной стороны корпуса (1), закреплен чувствительный элемент (2), с другой спиралеобразный кронштейн (3), на котором уложена полиимидная пленка (4) с безкорпусными элементами и выходными колодками (5). С последними соединены гермовводы для соединения с внешней системой. Для большей надежности преобразователь может заливаться эластосилом. Микромеханический датчик работает следующим образом. При воздействии измеряемого параметра, на кремниевый чувствительный элемент, последний отклоняется от своего нейтрального положения. На преобразователе перемещения формируется сигнал пропорциональный измеряемому параметру.

Проведенные математическое моделирование в среде ANSYS показало положительный эффект данной полезной модели по сравнению с прототипом.

Источники информации:

1. Акселерометр капиллярный АК5-15, ТУ 611.781.ТУ. 1984 г.

2. Патент РФ 2315953 (прототип).

Микромеханический датчик, содержащий корпус, чувствительный элемент из монокристаллического кремния, преобразователь перемещений, отличающийся тем, что преобразователь перемещений сформирован на гибком конформном носителе, а сама гибкая конформная пленка закреплена на спиралеобразном кронштейне с выходными колодками причем спиралеобразный кронштейн расположен с обратной стороны корпуса, на котором закреплен чувствительный элемент.