專利名稱：一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子導(dǎo)航與控制中慣性傳感系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，英文簡寫AHRS，其主要由三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸地磁傳感器和微處理器組成。根據(jù)慣性導(dǎo)航原理的要求，加速度計(jì)的三個(gè)敏感軸\、\、lk,陀螺儀的三個(gè)敏感軸XpYpZe，地磁磁傳感器三個(gè)敏感軸Xm、Ym、4 ；其相正面的X、Y、Z每個(gè)軸必須平行，同時(shí)相交叉的Χ、γ、ζ每個(gè)軸相互之間也必須正交。在此前提下，微處理對(duì)所有傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)可直接輸出剛體；在載入姿態(tài)航向參考系統(tǒng)載體的俯仰角、橫滾角和航向角后，進(jìn)而推導(dǎo)出所附載體的速度、位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。為了保證傳感器件的X、Y、Z軸分別平行、相互之間必須正交的條件，一般需要特定的裝置來安裝固定加速度計(jì)、陀螺儀及地磁傳感器；在現(xiàn)有技術(shù)中，姿態(tài)航向參考系統(tǒng)的固定方式通常是采用加工或焊接方式并形成一個(gè)正交結(jié)構(gòu)的框架，再將加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器固定在其外表面。如某姿態(tài)航向參考系統(tǒng)現(xiàn)有產(chǎn)品中，是把焊接有加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器的印刷電路板通過直角彎針焊接在系統(tǒng)的安裝基準(zhǔn)板上，使子板上的加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器與母板上的加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器保持相互平行或正交。這種方式為目前姿態(tài)航向參考系統(tǒng)較常使用的設(shè)計(jì)，但由于直角彎針本身就有角度誤差，在焊接的時(shí)候又引入了新的安裝誤差，因此總體精度較差，無法準(zhǔn)確的保證X、Y、Z三個(gè)敏感軸之間的正交性。再如專利號(hào)為CN200610011562. 1的中國實(shí)用新型申請(qǐng)專利《一種輕小型慣性測量單元》(公告號(hào)為CN1821717A)；采用微型MEMS慣性器件，配合必要元器件構(gòu)成χ向、y 向、ζ向三塊慣性器件板，由信號(hào)處理電路板進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，所有電路板安裝在“T”形空心架上；三個(gè)慣性器件板上的微型加速度計(jì)分布各不相同，相互距離在空間減少到最大程度， 信號(hào)處理電路合理安裝，不會(huì)增大微小型慣性測量單元的體積；金屬結(jié)構(gòu)架包括主金屬框和輔金屬框兩部分，輔金屬框固連在主金屬框的中線處，兩個(gè)金屬框互相垂直成“T”型。把焊接有加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器的若干塊印刷電路板按照相互垂直的方向固定在結(jié)構(gòu)框架上。這種方法用機(jī)械加工的框架可以達(dá)到較高的精度，但只提供了三個(gè)安裝面，當(dāng)系統(tǒng)所用器件過多超過“T”型空心架輔金屬框前后面面積范圍時(shí)，需要增加應(yīng)刷電路板的數(shù)量，并用螺栓配合螺母將這些新增電路板串接在一起，安裝工序多，引入安裝誤差較大。并且采用若干塊印刷電路板，在實(shí)現(xiàn)板與板之間的電氣連接方面只能也通過焊接連線的方式實(shí)現(xiàn)少量的連接。若干塊印刷電路板之間的電氣連接超過一定數(shù)量時(shí)，這種方法則無法解決。再如專利號(hào)為CN200710063635. 6的中國實(shí)用新型申請(qǐng)專利《一種隱式結(jié)構(gòu)微型慣性測量單元》(公告號(hào)為CN101038173A)；按照一定垂直度、平面度和光潔度的要求，采用合成陶瓷材料加工一正方體基座。利用具有一定光潔度的合成陶瓷材料表面可電鍍電路的特點(diǎn)，根據(jù)加速度計(jì)、陀螺儀的封裝、電路原理圖及安裝要求，在基座表面電鍍電路并附著焊盤。將加速度計(jì)和陀螺儀分別焊接到基座三個(gè)相互垂直的面上，在空間上實(shí)現(xiàn)相互正交。 但是因?yàn)檎襟w基座采用表面電鍍電路的方式，所以器件只能焊接在其外表面，可利用的空間有限，而如要增加器件的數(shù)量，則一定會(huì)增大正方體基座的體積，限制了載體功能多樣化和輕型化的發(fā)展。一種隱式結(jié)構(gòu)微型慣性測量單元中，沒有引入微處理器，因此不能進(jìn)行獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理，無法直接輸出載體的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。并且使用合成陶瓷材料，成本較高。綜上所述，上述現(xiàn)有技術(shù)中微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)由于自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因，主要存在有以下七個(gè)缺點(diǎn)1、金屬框架過重，大大增加微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)的重量，不利于其向輕型化的發(fā)展。2、微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)體積過大，不利于突破載體內(nèi)部空間的限制，不利于其向小型化的發(fā)展。3、用焊接結(jié)構(gòu)來保證加速度計(jì)、陀螺儀與地磁傳感器敏感軸之間的正交結(jié)構(gòu)，誤
差較大。 4、安裝工序較多，弓ι入安裝誤差較大，加工成本較高。5、微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)不包括微處理器，不具備獨(dú)立運(yùn)算功能。6、采用單面貼裝技術(shù)，可利用的空間有限，不利于器件的擴(kuò)展。7、采用多塊印刷電路板組合的方式，不適于高密度的電氣連接。因此目前技術(shù)下的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)無法兼顧體積小、重量輕、精度高、成本低以及可擴(kuò)展性強(qiáng)的需求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)件體積小、測量精度高、構(gòu)件可靠性好及具有獨(dú)立運(yùn)算能力的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，包括有位于內(nèi)核的三維空間集成基座，且該三維空間集成基座為六面體；三維空間集成基座外表面緊覆有多層剛?cè)峤Y(jié)合板；多層剛?cè)峤Y(jié)合板一面內(nèi)配有微處理器，另外五面分別配裝有三個(gè)單軸陀螺儀、一個(gè)三軸加速度計(jì)和一個(gè)三軸磁傳感器； 三維空間集成基座一面制有主器件槽，且微處理器嵌入于該主器件槽內(nèi)；三維空間集成基座每面四角處均插配有定位螺釘，且定位螺釘還與多層剛?cè)峤Y(jié)合板對(duì)應(yīng)處穿插緊配。采取的措施還包括上述的多層剛?cè)峤Y(jié)合板其六面體分別為第一剛性印刷電路板部分、第二剛性印刷電路板部分、第三剛性印刷電路板部分、第四剛性印刷電路板部分、第五剛性印刷電路板部分、第六剛性印刷電路板部分。上述的第一剛性印刷電路板部分、第三剛性印刷電路板部分、第五剛性印刷電路板部分、第六剛性印刷電路板部分依次自左而右成一直線并列布置，且相接處粘連有韌帶。上述的第二剛性印刷電路板部分、第三剛性印刷電路板部分、第四剛性印刷電路板部分依次自下而上成一直線并列布置，且相接處粘連有韌帶。上述的微處理器配于第一剛性印刷電路板部分上；第二剛性印刷電路板部分、第三剛性印刷電路板部分、第四剛性印刷電路板部分、第五剛性印刷電路板部分、第六剛性印刷電路板部分的每一面板中間位置均制有一個(gè)電路板安裝孔，每一內(nèi)表面上均配裝有六個(gè)凸起、并依電路板安裝孔為中心陳列布置的被動(dòng)元件。上述的第一剛性印刷電路板部分、第二剛性印刷電路板部分、第三剛性印刷電路板部分、第四剛性印刷電路板部分、第五剛性印刷電路板部分、第六剛性印刷電路板部分每一面板的四角處均制有定位孔，且定位孔與所述的定位螺釘對(duì)應(yīng)插配。上述的陀螺儀為三個(gè)，分別安裝于第二剛性印刷電路板部分、第三剛性印刷電路板部分、第五剛性印刷電路板部分中間部位；三軸磁傳感器為一個(gè)，并安裝于第四剛性印刷電路板部分的中間部位；三軸加速度計(jì)為一個(gè)，并安裝于第六剛性印刷電路板部分的中間部位，使三軸加速度計(jì)的ζ向敏感軸與安裝平面相互垂直。上述的三維空間集成基座采用鈦合金材料制成，或采用樹脂材料制成，或采用鋁合金材料制成。上述的三維空間集成基座其六面分別為前平面、后平面、左平面、右平面、上平面和下平面，并分別與多層剛?cè)峤Y(jié)合板的第一剛性印刷電路板部分、第二剛性印刷電路板部分、第三剛性印刷電路板部分、第四剛性印刷電路板部分、第五剛性印刷電路板部分、第六剛性印刷電路板部分一一配對(duì)。上述的主器件槽配制于左平面上，左平面的四角位置上均制有一條內(nèi)凹的灌膠槽；前平面、后平面、右平面、上平面和下平面中間位置均制有方形凸塊體，方形凸塊體的四周制有內(nèi)凹的回字形輔器件安裝槽，配于多層剛?cè)峤Y(jié)合板上的被動(dòng)元件與對(duì)應(yīng)的回字形輔器件安裝槽嵌配。上述的前平面、后平面、右平面、上平面和下平面上每一方形凸塊體的中心處制有基座安裝孔，且每一基座安裝孔與多層剛?cè)峤Y(jié)合板上的電路板安裝孔一一對(duì)正。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型包括有位于內(nèi)核的三維空間集成基座，且該三維空間集成基座為六面體；三維空間集成基座外表面緊覆有多層剛?cè)峤Y(jié)合板；多層剛?cè)峤Y(jié)合板一面內(nèi)配有微處理器，另外五面分別配裝有三個(gè)單軸陀螺儀、一個(gè)三軸加速度計(jì)和一個(gè)三軸磁傳感器；三維空間集成基座一面制有主器件槽，且微處理器嵌入于該主器件槽內(nèi) ’三維空間集成基座每面四角處均插配有定位螺釘，且定位螺釘還與多層剛?cè)峤Y(jié)合板對(duì)應(yīng)處穿插緊配。本實(shí)用新型實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于一次成型的三維空間集成基座，其可利用削磨加工到精密的平面度和垂直度，直接提供三對(duì)兩兩互相垂直的安裝面，滿足了傳感器件的Χ、γ、ζ 軸分別平行，相互之間必須正交的安裝要求，降低了在安裝過程中產(chǎn)生的非正交誤差；采用雙層或多層印刷電路板安裝各種傳感器件，減少了整個(gè)基座的體積，便于在不增加載體體積的情況下擴(kuò)展系統(tǒng)中傳感器件的數(shù)量與姿態(tài)航向參考系統(tǒng)的功能；將加速度計(jì)、陀螺儀、 地磁傳感器與微處理器進(jìn)行結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，共用一塊六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板，各個(gè)面之間的電氣連接通過多層柔性性印刷電路板部分實(shí)現(xiàn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)可靠性提高、實(shí)現(xiàn)多數(shù)量的電氣互連，有效降低了拼接安裝印刷電路板過程中產(chǎn)生的安裝誤差；引入了微處理器，達(dá)到獨(dú)立的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能，直接輸出載體的俯仰角、橫滾角和航向角。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中多層剛?cè)峤Y(jié)合板的六面板的展開示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例多層剛?cè)峤Y(jié)合板六面板部分翻折時(shí)的三維軸測示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例多層剛?cè)峤Y(jié)合板六面板內(nèi)側(cè)配裝被動(dòng)元件、微處理器的平面展開示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例三維空間集成基座的左前俯視示意圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例三維空間集成基座右后仰視示意圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例多層剛?cè)峤Y(jié)合板與三維空間集成基座配對(duì)呈半包覆狀態(tài)時(shí)的三維示意圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例多層剛?cè)峤Y(jié)合板與三維空間集成基座完全包覆后的左前俯視示意圖；圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例多層剛?cè)峤Y(jié)合板與三維空間集成基座完全包覆后的右后仰視示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1至圖8所示，圖標(biāo)號(hào)說明如下多層剛?cè)峤Y(jié)合板101，第一剛性印刷電路板部分102，第二剛性印刷電路板部分103，第三剛性印刷電路板部分104，第四剛性印刷電路板部分105，第五剛性印刷電路板部分106，第六剛性印刷電路板部分107，韌帶108，定位孔 109，電路板安裝孔110，被動(dòng)元件201，微處理器301，三維空間集成基座401，左平面402，前平面403，下平面404，后平面405，右平面406，上平面407，定位螺釘409，基座安裝孔410， 灌膠槽411，主器件槽412，回字形輔器件安裝槽413，單軸陀螺儀701，三軸加速度計(jì)702，三軸磁傳感器703。本實(shí)用新型實(shí)施例，一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，包括有位于內(nèi)核的三維空間集成基座401，且該三維空間集成基座401為六面體；三維空間集成基座401外表面緊覆有多層剛?cè)峤Y(jié)合板101 ；多層剛?cè)峤Y(jié)合板101 —面內(nèi)配有微處理器 301，另外五面分別配裝有三個(gè)單軸陀螺儀701、一個(gè)三軸加速度計(jì)702和一個(gè)三軸磁傳感器703 ；三維空間集成基座401 —面制有主器件槽412，且微處理器301嵌入于該主器件槽 412內(nèi)；三維空間集成基座401每面四角處均插配有定位螺釘409，且定位螺釘409還與多層剛?cè)峤Y(jié)合板101對(duì)應(yīng)處穿插緊配。多層剛?cè)峤Y(jié)合板101其六面體分別為第一剛性印刷電路板部分102、第二剛性印刷電路板部分103、第三剛性印刷電路板部分104、第四剛性印刷電路板部分105、第五剛性印刷電路板部分106、第六剛性印刷電路板部分107。第一剛性印刷電路板部分102、第三剛性印刷電路板部分104、第五剛性印刷電路板部分106、第六剛性印刷電路板部分107依次自左而右成一直線并列布置，且相接處粘連有韌帶108。第二剛性印刷電路板部分103、第三剛性印刷電路板部分104、第四剛性印刷電路板部分105依次自下而上成一直線并列布置，且相接處粘連有韌帶108。微處理器301配于第一剛性印刷電路板部分102上；第二剛性印刷電路板部分103、第三剛性印刷電路板部分104、第四剛性印刷電路板部分105、第五剛性印刷電路板部分106、第六剛性印刷電路板部分107的每一面板中間位置均制有一個(gè)電路板安裝孔110，每一內(nèi)表面上均配裝有六個(gè)凸起、并依電路板安裝孔110為中心陳列布置的被動(dòng)元件201。第一剛性印刷電路板部分102、第二剛性印刷電路板部分103、第三剛性印刷電路板部分104、第四剛性印刷電路板部分105、第五剛性印刷電路板部分106、第六剛性印刷電路板部分107每一面板的四角處均制有定位孔109，且定位孔109與定位螺釘409 對(duì)應(yīng)插配。陀螺儀701為三個(gè)，分別安裝于第二剛性印刷電路板部分103、第三剛性印刷電路板部分104、第五剛性印刷電路板部分106中間部位；所述的三軸磁傳感器703為一個(gè)， 并安裝于第四剛性印刷電路板部分105的中間部位；所述的三軸加速度計(jì)702為一個(gè)，并安裝于第六剛性印刷電路板部分107的中間部位，使三軸加速度計(jì)702的ζ向敏感軸與安裝平面相互垂直。三維空間集成基座401采用鈦合金材料制成，或采用樹脂材料制成，或采用鋁合金材料制成；三維空間集成基座401其六面分別為前平面403、后平面405、左平面402、右平面406、上平面407和下平面404，并分別與多層剛?cè)峤Y(jié)合板101的第一剛性印刷電路板部分102、第二剛性印刷電路板部分103、第三剛性印刷電路板部分104、第四剛性印刷電路板部分105、第五剛性印刷電路板部分106、第六剛性印刷電路板部分107 —一配對(duì)。主器件槽412配制于左平面402上，左平面402的四角位置上均制有一條內(nèi)凹的灌膠槽411 ；所述的前平面403、后平面405、右平面406、上平面407和下平面404中間位置均制有方形凸塊體，方形凸塊體的四周制有內(nèi)凹的回字形輔器件安裝槽413，配于多層剛?cè)峤Y(jié)合板101上的被動(dòng)元件201與對(duì)應(yīng)的回字形輔器件安裝槽413嵌配。前平面403、后平面405、右平面406、上平面407和下平面404上每一方形凸塊體的中心處制有基座安裝孔410，且每一基座安裝孔410與多層剛?cè)峤Y(jié)合板101上的電路板安裝孔110——對(duì)正。本實(shí)用新型實(shí)施例的裝配過程以及最終結(jié)構(gòu)的形成主要包括以下步驟第一步根據(jù)選用電子元器件的尺寸、電路原理圖及安裝要求，提供一六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板101，如圖1所示，所述六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板101， 是本實(shí)用新型所采用的微型電子元器件的處理電路板，包括6面剛性印刷電路板部分第一剛性印刷電路板部分102、第二剛性印刷電路板部分103、第三剛性印刷電路板部分104、 第四剛性印刷電路板部分105、第五剛性印刷電路板部分106、第六剛性印刷電路板部分 107，5塊柔性印刷電路板部分韌帶108J4個(gè)定位孔109和5個(gè)基座安裝孔110，其中剛性印刷電路板部分102用來安裝微處理器301和若干被動(dòng)元件201，在三維立體結(jié)構(gòu)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)中對(duì)微處理器301沒有精確的定位要求，所以上述剛性印刷電路板部分102不用在印刷電路板上鉆電路板安裝孔110，其余剛性印刷電路板部分103、104、105、 106、107用來安裝加速度計(jì)、陀螺儀、地磁傳感器傳感器件和若干被動(dòng)元件，需要進(jìn)行精確定位，所以都要在印刷電路板上鉆電路板安裝孔110。同時(shí)，如圖2所示，六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板101可沿柔性印刷電路板部分108進(jìn)行翻折。第二步根據(jù)選用電子元器件的尺寸以及六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板 101的尺寸，提供一采用特殊材料如鈦合金、樹脂、鋁合金等加工而成的三維空間集成基座 401，如圖4至圖5所示，規(guī)定各坐標(biāo)系軸向如右圖所示，規(guī)定X軸正向?yàn)樽蟆軸負(fù)向?yàn)橛?、Y 軸正向?yàn)榍啊軸負(fù)向?yàn)楹?、Z軸正向?yàn)樯稀軸負(fù)向?yàn)橄?。三維空間集成基座401是按照一定的垂直度、平面度、光潔度和元器件尺寸加工而成。它包含6個(gè)分別與所述剛性印刷電路板部分102、103、104、105、106、107相對(duì)應(yīng)的面前平面403、后平面405、左平面402、右平面406、上平面407、下平面404。其中左平面402與所述剛性印刷電路板102相對(duì)應(yīng)，它由 4個(gè)與所述定位孔109對(duì)應(yīng)的定位銷釘409、4條灌膠槽411以及一塊多邊形主器件槽412 構(gòu)成，主器件槽412的尺寸必須大于所選微處理器301的尺寸；其余五個(gè)面的對(duì)應(yīng)關(guān)系為 前平面403對(duì)應(yīng)剛性印刷電路板部分103、下平面404對(duì)應(yīng)剛性印刷電路板部分104、后平面405對(duì)應(yīng)剛性印刷電路板部分405、右平面406對(duì)應(yīng)剛性印刷電路板部分106、上平面407 對(duì)應(yīng)剛性印刷電路板部分107 ；這5個(gè)面的結(jié)構(gòu)相同，分別包括4個(gè)與所述定位孔109相對(duì)應(yīng)的定位銷釘409，1個(gè)與所述電路板安裝孔110相對(duì)應(yīng)的基座安裝孔410和1條回字形輔器件安裝槽413。第三步如圖3所示，將一種三維立體結(jié)構(gòu)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)所需的微處理器301安裝在六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板101的剛性印刷電路板部分102的內(nèi)側(cè)中央部分；將若干被動(dòng)元件201安裝在其余5個(gè)剛性印刷電路板部分103、104、105、106、 107的內(nèi)側(cè)，在設(shè)計(jì)印刷電路板的時(shí)候需要注意，被動(dòng)元件在剛性印刷電路板部分103、 104、105、106、107內(nèi)側(cè)上的位置必須在所述與之對(duì)應(yīng)的MEMS器件三維空間集成基座401的 5個(gè)面，前平面403、下平面404、后平面405、右平面406、上平面407的輔器件安裝槽413相一致。第四步如圖6所示，將所述六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板101與所述 MEMS器件三維空間集成基座401對(duì)接，使所述剛性印刷電路板部分102對(duì)應(yīng)左平面402、剛性印刷電路板部分103對(duì)應(yīng)前平面403、剛性印刷電路板部分104對(duì)應(yīng)下平面404、剛性印刷電路板部分105對(duì)應(yīng)后平面405、剛性印刷電路板部分106對(duì)應(yīng)右平面406、剛性印刷電路板部分107對(duì)應(yīng)上平面407 ；在灌膠槽411內(nèi)灌入膠水，將六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板101沿柔性印刷電路板部分108進(jìn)行翻折，使電路板安裝孔110與基座安裝孔410、 及定位孔109與定位銷釘409對(duì)準(zhǔn)，然后施加一定的壓力，將定位銷釘409插入定位孔109， 從而使六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板101與MEMS器件三維空間集成基座401緊貼并對(duì)接。使用螺釘連接電路板安裝孔110與基座安裝孔410。第五步如圖7至8所示，將三個(gè)單軸的陀螺儀701分別安裝在六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板101的剛性印刷電路板部分103、剛性印刷電路板部分104和剛性印刷電路板部分106的外側(cè)中央，使三個(gè)單軸陀螺儀701的敏感軸均垂直于器件的安裝平面，因?yàn)槿S空間集成基座的前平面403、下平面404和右平面406兩兩垂直，而剛性印刷電路板部分103、剛性印刷電路板部分104和剛性印刷電路板部分106與這三個(gè)面一一對(duì)應(yīng)，并且通過定位孔109和銷釘409實(shí)現(xiàn)精確定位、通過螺釘串連電路板安裝孔110與基座安裝孔410 實(shí)現(xiàn)緊貼，因此三個(gè)單軸陀螺儀701的敏感軸兩兩垂直垂直且交于空間的同一點(diǎn)。將一個(gè)三軸加速度計(jì)702安裝在剛性印刷電路板部分107的外側(cè)中央，使三軸加速度計(jì)702的ζ 向敏感軸與安裝平面相互垂直。將一個(gè)三軸磁傳感器703安裝在剛性印刷電路板部分105 的外側(cè)中央，使磁傳感器703的ζ向敏感軸與安裝平面相互垂直。將若干被動(dòng)元件安裝在剛性印刷電路板部分102的外側(cè)。本實(shí)用新型實(shí)施例的設(shè)計(jì)原理如下所述使用精密注塑或機(jī)械加工形成所需尺寸的三維空間集成基座401，嚴(yán)格保證三維空間集成基座401各個(gè)表面的垂直度、平面度和光潔度。三維空間集成基座401為加速度儀、地磁傳感器提供了三對(duì)兩兩相互垂直的表面，最大限度地滿足了器件的安裝要求，最大程度的降低了在安裝過程中產(chǎn)生的非正交誤差。所選用的三維空間集成基座的材料具有良好的導(dǎo)熱性，保證三維空間集成基座的各個(gè)部分在溫度變化時(shí)收到的熱應(yīng)力均勻分布，更大程度的降低了在溫度變化時(shí)由基材的熱應(yīng)力分布不均勻而產(chǎn)生的非正交誤差。 按照所需電子元器件的電路原理圖及安裝要求，將傳感器件和微處理器分別安裝在六面十字架型的剛?cè)峤Y(jié)合板上，沿柔性印刷電路板部分翻折，使印刷電路板的六個(gè)面完全緊貼正方體基座的六個(gè)表面，最后使用銷釘和螺釘連接正方體基座和剛?cè)峤Y(jié)合板，實(shí)現(xiàn)精確的固定安裝。各個(gè)面之間的電氣互連通過多層的柔性電路板實(shí)現(xiàn)。而加速度計(jì)、陀螺儀以及地磁磁傳感器就分別固定在了三維空間集成基座的三對(duì)兩兩互相垂直的安裝面上，滿足姿態(tài)航向參考系統(tǒng)(AHRS)對(duì)器件在空間分布上的結(jié)構(gòu)要求。根據(jù)所需元器件的的尺寸，確定基座以及剛?cè)峤Y(jié)合板的大小，優(yōu)化各個(gè)參數(shù)，在保證性能的同時(shí)最大限度地減少其尺寸、降低其重量。 本實(shí)用新型實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于一次成型的三維空間集成基座，其可利用削磨加工到精密的平面度和垂直度，直接提供三對(duì)兩兩互相垂直的安裝面，滿足了傳感器件的X、 Y、Z軸分別平行，相互之間必須正交的安裝要求，降低了在安裝過程中產(chǎn)生的非正交誤差； 采用雙層或多層印刷電路板安裝各種傳感器件，減少了整個(gè)基座的體積，便于在不增加載體體積的情況下擴(kuò)展系統(tǒng)中傳感器件的數(shù)量與姿態(tài)航向參考系統(tǒng)的功能；將加速度計(jì)、陀螺儀、地磁傳感器與微處理器進(jìn)行結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，共用一塊六面的十字架結(jié)構(gòu)的多層剛?cè)峤Y(jié)合板，各個(gè)面之間的電氣連接通過多層柔性性印刷電路板部分實(shí)現(xiàn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)可靠性提高、實(shí)現(xiàn)多數(shù)量的電氣互連，有效降低了拼接安裝印刷電路板過程中產(chǎn)生的安裝誤差；引入了微處理器，達(dá)到獨(dú)立的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能，直接輸出載體的俯仰角、橫滾角和航向 本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例已被闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不會(huì)脫離本實(shí)用新型的范圍。
權(quán)利要求1.一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，包括有位于內(nèi)核的三維空間集成基座G01)，且該三維空間集成基座001)為六面體；所述的三維空間集成基座(401) 外表面緊覆有多層剛?cè)峤Y(jié)合板(101)；其特征是所述的多層剛?cè)峤Y(jié)合板(101) —面內(nèi)配有微處理器(301)，另外五面分別配裝有三個(gè)單軸陀螺儀(701)、一個(gè)三軸加速度計(jì)(702)和一個(gè)三軸磁傳感器(703)；所述的三維空間集成基座G01) —面制有主器件槽012)，且微處理器(301)嵌入于該主器件槽G12)內(nèi)；所述的三維空間集成基座G01)每面四角處均插配有定位螺釘009)，且定位螺釘(409)還與多層剛?cè)峤Y(jié)合板(101)對(duì)應(yīng)處穿插緊配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是所述的多層剛?cè)峤Y(jié)合板(101)其六面體分別為第一剛性印刷電路板部分(102)、第二剛性印刷電路板部分(10 、第三剛性印刷電路板部分(104)、第四剛性印刷電路板部分 (105)、第五剛性印刷電路板部分(106)、第六剛性印刷電路板部分(107)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是所述的第一剛性印刷電路板部分(102)、第三剛性印刷電路板部分(104)、第五剛性印刷電路板部分(106)、第六剛性印刷電路板部分(107)依次自左而右成一直線并列布置， 且相接處粘連有韌帶(108)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是所述的第二剛性印刷電路板部分(103)、第三剛性印刷電路板部分(104)、第四剛性印刷電路板部分(10 依次自下而上成一直線并列布置，且相接處粘連有韌帶(108)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是所述的微處理器(301)配于第一剛性印刷電路板部分(10 上；所述的第二剛性印刷電路板部分(103)、第三剛性印刷電路板部分(104)、第四剛性印刷電路板部分(105)、第五剛性印刷電路板部分(106)、第六剛性印刷電路板部分(107)的每一面板中間位置均制有一個(gè)電路板安裝孔(110)，每一內(nèi)表面上均配裝有六個(gè)凸起、并依電路板安裝孔(110)為中心陳列布置的被動(dòng)元件001)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是第一剛性印刷電路板部分(102)、第二剛性印刷電路板部分(103)、第三剛性印刷電路板部分(104)、第四剛性印刷電路板部分(105)、第五剛性印刷電路板部分(106)、第六剛性印刷電路板部分(107)每一面板的四角處均制有定位孔(109)，且定位孔(109)與所述的定位螺釘(409)對(duì)應(yīng)插配。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是所述的陀螺儀(701)為三個(gè)，分別安裝于第二剛性印刷電路板部分(103)、第三剛性印刷電路板部分(104)、第五剛性印刷電路板部分(106)中間部位；所述的三軸磁傳感器 (703)為一個(gè)，并安裝于第四剛性印刷電路板部分(105)的中間部位；所述的三軸加速度計(jì)(702)為一個(gè)，并安裝于第六剛性印刷電路板部分(107)的中間部位，使三軸加速度計(jì) (702)的ζ向敏感軸與安裝平面相互垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是所述的三維空間集成基座(401)采用鈦合金材料制成，或采用樹脂材料制成，或采用鋁合金材料制成；所述的三維空間集成基座(401)其六面分別為前平面003)、后平面005)、左平面(402)、右平面(406)、上平面(407)和下平面(404)，并分別與多層剛?cè)峤Y(jié)合板(101)的第一剛性印刷電路板部分(10 、第二剛性印刷電路板部分(10 、第三剛性印刷電路板部分 (104)、第四剛性印刷電路板部分(105)、第五剛性印刷電路板部分(106)、第六剛性印刷電路板部分(107) —一配對(duì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是所述的主器件槽(41 配制于左平面(40 上，左平面(40 的四角位置上均制有一條內(nèi)凹的灌膠槽Gll)；所述的前平面003)、后平面005)、右平面006)、上平面(407)和下平面004)中間位置均制有方形凸塊體，方形凸塊體的四周制有內(nèi)凹的回字形輔器件安裝槽G13)，配于多層剛?cè)峤Y(jié)合板(101)上的被動(dòng)元件(201)與對(duì)應(yīng)的回字形輔器件安裝槽 (413)嵌配。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，其特征是所述的前平面(40 、后平面(40 、右平面(406)、上平面(407)和下平面(404)上每一方形凸塊體的中心處制有基座安裝孔G10)，且每一基座安裝孔010)與多層剛?cè)峤Y(jié)合板(101)上的電路板安裝孔(110) —一對(duì)正。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于三維立體封裝技術(shù)的微型姿態(tài)航向參考系統(tǒng)，包括有位于內(nèi)核的三維空間集成基座，且該三維空間集成基座為六面體；三維空間集成基座外表面緊覆有多層剛?cè)峤Y(jié)合板；多層剛?cè)峤Y(jié)合板一面內(nèi)配有微處理器，另外五面分別配裝有三個(gè)單軸陀螺儀、一個(gè)三軸加速度計(jì)和一個(gè)三軸磁傳感器；三維空間集成基座一面制有主器件槽，且微處理器嵌入于該主器件槽內(nèi)；三維空間集成基座每面四角處均插配有定位螺釘，且定位螺釘還與多層剛?cè)峤Y(jié)合板對(duì)應(yīng)處穿插緊配；一次成型的三維空間集成基座，傳感器件的各軸分別平行且相互正交；采用多層印刷電路板安裝各種傳感器件，減少了整個(gè)基座的體積；引入了微處理器，達(dá)到獨(dú)立的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能。
文檔編號(hào)G01C21/16GK202209954SQ20112037616
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者朱巍, 王皓冰, 雷家波 申請(qǐng)人:王皓冰