撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了在一撓性的基板整板上設(shè)置3個(gè)單軸加速度傳感器，基板彎折構(gòu)成立方體結(jié)構(gòu)，使3個(gè)單軸加速度傳感器形成正交。本發(fā)明的撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器基于單軸加速度傳感器，采用撓性材料設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單實(shí)用的一體化載體，通過(guò)撓性載體彎、折實(shí)現(xiàn)了3D立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，從而避免了剛性基板正交互連的復(fù)雜組裝要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0003]3軸振動(dòng)傳感器用來(lái)測(cè)量3維坐標(biāo)系的X、Y、Z方向的振動(dòng)加速度特性。一般3軸振動(dòng)傳感器以3個(gè)單軸加速度傳感器芯片為核心，外加對(duì)傳感器信號(hào)處理變換的信號(hào)處理電路、供電電源、以及必要的EMC保護(hù)網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成。
[0004]由于要測(cè)量3個(gè)軸向的振動(dòng)加速度，因此需要將3個(gè)傳感器芯片依據(jù)其各自的敏感方向正交組裝后剛性安裝于傳感器外殼內(nèi)壁，也就是需要3個(gè)獨(dú)立分離的基板載體。如圖1示意。因此不同于平面組裝的普通電子線路板。
[0005]正交組裝時(shí)，分別在3個(gè)正交方向基板上的傳感器及信號(hào)處理部分需要實(shí)現(xiàn)電源、地、信號(hào)線互連。目前常用的基板是FR4材料的PCB基板或其他如AL2O3基板，這些都是剛性材料基板，在設(shè)計(jì)微小型傳感器時(shí)，由于組裝空間及體積要求苛刻，有以下缺點(diǎn):
O3個(gè)獨(dú)立正交的基板之間互連連線多，互連工藝過(guò)程復(fù)雜；
2)制造成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，可減少連線，降低工藝復(fù)雜度，節(jié)省制造成本。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，其特征是，在一撓性的基板整板上設(shè)置3個(gè)單軸加速度傳感器，基板彎折構(gòu)成立方體結(jié)構(gòu)，使3個(gè)單軸加速度傳感器形成正交。
[0008]基板具有彎折構(gòu)成立方體6個(gè)面的6塊，6塊在展開(kāi)的基板整板上形成十字形交叉排列，其中，位于交叉點(diǎn)的中心塊具有一安裝通孔，中心塊的四周向外延伸四個(gè)塊，其中兩個(gè)相鄰的塊上分別設(shè)置一 X方向傳感器和一 Y方向傳感器，與Y方向傳感器相對(duì)的塊上設(shè)置電源及EMC保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，與X方向傳感器相對(duì)的塊上具有一引線通孔；Υ方向傳感器所在的塊繼續(xù)向外延伸形成的一個(gè)塊上設(shè)置Z方向傳感器，X、Y、Z方向傳感器均為所述單軸加速度傳感器。
[0009]撓性基板彎折后形成的立方體結(jié)構(gòu)安裝于金屬外殼的殼體內(nèi)。
[0010]金屬外殼其中一個(gè)側(cè)面上設(shè)置安裝孔，用于與一帶內(nèi)螺紋的螺釘孔道連接；與該側(cè)面相鄰的其中一個(gè)面上設(shè)置引線孔，用于與一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔連接，使一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔與金屬外殼內(nèi)部形成貫通。
[0011]所述一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔內(nèi)通過(guò)密封圈緊固螺釘組裝有防水密封圈。
[0012]基板上的X、Y、Z方向傳感器還分別連接一信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路與其所連接的傳感器位于同一塊上。
[0013]本發(fā)明所達(dá)到的有益效果:
本發(fā)明的撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器基于單軸加速度傳感器，采用撓性材料設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單實(shí)用的一體化載體，通過(guò)撓性載體彎、折實(shí)現(xiàn)了 3D立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，從而避免了剛性基板正交互連的復(fù)雜組裝要求，可減少連線，降低工藝復(fù)雜度，節(jié)省制造成本。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1正交組裝示意圖；
圖2電路原理框圖；
圖3外形不意圖；
圖4部件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5接性基板幾何尺寸不意圖；
圖6撓性基板結(jié)構(gòu)彎折及安裝示意圖；
圖中，
1:金屬外殼；11:安裝孔；12:引線孔；2:螺釘孔道(內(nèi)螺紋)；3:一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔；4、5:防水密封圈；6:密封圈緊固螺釘；7:基板；71:安裝孔；72:引線孔。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016]I “撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器”特點(diǎn)
1.1技術(shù)方案
本設(shè)計(jì)是基于單軸加速度傳感器，采用撓性材料設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單實(shí)用的一體化載體，通過(guò)撓性載體彎、折實(shí)現(xiàn)了 3D立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，從而避免了剛性基板正交互連的復(fù)雜組裝要求。
[0017]a)電原理結(jié)構(gòu)
本發(fā)明的3軸振動(dòng)傳感器技術(shù)方案以3個(gè)單軸加速度傳感器芯片為核心，外加對(duì)傳感器信號(hào)處理變換的信號(hào)處理電路、供電電源、及必要的EMC保護(hù)網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成。電氣原理示意如圖2示意。
[0018]b)外形要求
本設(shè)計(jì)要求的傳感器外形尺寸(20.4mmX20.4mmX20.4mm,外形圖如圖3示意。
[0019]c)封裝結(jié)構(gòu):按照上面外形，采用鋁合金金屬外殼，壁厚1.5mm，5芯屏蔽電纜引出電源、地、X、Y、Z向傳感器輸出信號(hào)。
[0020]d)加工工藝:采用撓性材料基板，實(shí)現(xiàn)傳感器芯片及電源、信號(hào)處理等元器件互連，回流焊工藝組裝。
[0021]1.2方案優(yōu)點(diǎn)
本設(shè)計(jì)采用了撓性材料基板，具有以下優(yōu)點(diǎn): a)采用了撓性材料基板，實(shí)現(xiàn)了基板的整體一體化。
[0022]如果采用剛性基板，則至少需要3個(gè)獨(dú)立分離的基板，且3個(gè)分離的基板需要相互垂直正交組裝(參考圖1示意)。
[0023]采用撓性材料基板，通過(guò)對(duì)撓性基板的彎、折實(shí)現(xiàn)3軸傳感器正交組裝，實(shí)現(xiàn)了基板的整體一體化。
[0024]b)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，電氣連接可靠性好，生產(chǎn)效率高。
[0025]如果是3個(gè)分離基板，每個(gè)基板都需要提供供電電源、共地地線以及傳感器輸出信號(hào)線引出。而金屬殼體內(nèi)部尺寸僅為17mmX17mmX 17mm，而且在這個(gè)空間范圍內(nèi)還有Φ 5.5mmX 7.7mm螺母，在上述的空間實(shí)現(xiàn)3個(gè)獨(dú)立分離基板的互連焊接，工藝加工復(fù)雜，連接可靠性差，生產(chǎn)效率低。
[0026]采用撓性材料基板，完全避免了上述剛性基板工藝組裝問(wèn)題。
[0027]2設(shè)計(jì)及實(shí)施
2.1外殼金屬結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)
如圖4示意，金屬外殼I呈立方體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空腔用于安裝撓性基板，金屬外殼I其中一個(gè)側(cè)面上設(shè)置安裝孔11，用于焊接一帶內(nèi)螺紋的螺釘孔道2，螺釘孔道2可螺紋連接螺釘；與該側(cè)面相鄰的其中一個(gè)面上設(shè)置一引線孔12，用于與一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔3焊接，使一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔3與金屬外殼I內(nèi)部空腔形成貫通。一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔3內(nèi)通過(guò)密封圈緊固螺釘6組裝有防水密封圈4、5。本實(shí)施例中金屬外殼I構(gòu)成的立方體內(nèi)部空間為17.3 mmX 17.3 mmX 17.3mm。
[0028]2.2撓性基板幾何結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)
為適應(yīng)圖4外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要對(duì)撓性基板幾何尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)。由于金屬外殼結(jié)構(gòu)件內(nèi)部空間小，考慮粘接膠厚度及柔性板彎角度，設(shè)計(jì)的基板結(jié)構(gòu)、尺寸外形如圖5示意。撓性的基板7為一塊整板，包含可彎折構(gòu)成立方體的6個(gè)面的6塊構(gòu)成，6塊在展開(kāi)的基板整板上形成十字形交叉排列，其中，位于交叉點(diǎn)的中心塊具有一安裝孔71，可容納螺釘孔道2，中心塊的周?chē)乃膫€(gè)塊中，其中兩個(gè)相鄰的塊上分別設(shè)置一 X方向傳感器及信號(hào)處理電路73和一 Y方向傳感器及信號(hào)處理電路74，與Y方向傳感器及信號(hào)處理電路74相對(duì)的塊上設(shè)置電源及EMC保護(hù)網(wǎng)絡(luò)76，與X方向傳感器及信號(hào)處理電路73相對(duì)的塊上具有一引線孔72。Y方向傳感器及信號(hào)處理電路74所在的塊向外延伸的一個(gè)塊上設(shè)置Z方向傳感器及信號(hào)處理電路75。X、Y、Z方向傳感器均為單軸加速度傳感器芯片。
[0029]按照?qǐng)D5設(shè)計(jì)的撓性基板幾何尺寸，彎折后形成一立方體結(jié)構(gòu)安裝于金屬外殼I的殼體內(nèi)，如圖6示意，并且使基板上的安裝孔71朝向金屬外殼I上的安裝孔11相對(duì)形成貫通，基板上的引線孔72朝向金屬外殼I上的引線孔12相對(duì)形成貫通。
[0030]2.4主要工藝過(guò)程主要工藝過(guò)程如下:
O金屬外殼I零件加工；
2)撓性基板加工制造；
3)撓性基板電子元器件組裝、再流焊接；
4)撓性基板(再流焊接后的)粘接固定于圖4的金屬殼體I中；
5)電纜線焊接； 6)中間測(cè)試；
7)烘干處理；
8)帶內(nèi)螺紋的螺釘孔道2激光焊接于金屬外殼I的安裝孔11上，一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔3激光焊接于金屬外殼I的引線孔12上；
9)防水密封圈4、5通過(guò)密封圈緊固螺釘6組裝于一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔3
中；
10)在一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔3上安裝熱縮套管。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，其特征是，在一撓性的基板整板上設(shè)置3個(gè)單軸加速度傳感器，基板彎折構(gòu)成立方體結(jié)構(gòu)，使3個(gè)單軸加速度傳感器形成正交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，其特征是，基板具有彎折構(gòu)成立方體6個(gè)面的6塊，6塊在展開(kāi)的基板整板上形成十字形交叉排列，其中，位于交叉點(diǎn)的中心塊具有一安裝通孔，中心塊的四周向外延伸四個(gè)塊，其中兩個(gè)相鄰的塊上分別設(shè)置一 X方向傳感器和一 Y方向傳感器，與Y方向傳感器相對(duì)的塊上設(shè)置電源及EMC保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，與X方向傳感器相對(duì)的塊上具有一引線通孔；Y方向傳感器所在的塊繼續(xù)向外延伸形成的一個(gè)塊上設(shè)置Z方向傳感器，Χ、Υ、Ζ方向傳感器均為所述單軸加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，其特征是，撓性基板彎折后形成的立方體結(jié)構(gòu)安裝于金屬外殼的殼體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，其特征是，金屬外殼其中一個(gè)側(cè)面上設(shè)置安裝孔，用于與一帶內(nèi)螺紋的螺釘孔道連接；與該側(cè)面相鄰的其中一個(gè)面上設(shè)置引線孔，用于與一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔連接，使一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔與金屬外殼內(nèi)部形成貫通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，其特征是，所述一體化金屬蓋板電纜線引出頸孔內(nèi)通過(guò)密封圈緊固螺釘組裝有防水密封圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的撓性電路板立體組裝的微小型3軸振動(dòng)傳感器，其特征是，基板上的X、Y、Z方向傳感器還分別連接一信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路與其所連接的傳感器位于同一塊上。
【文檔編號(hào)】G01P1/02GK104181329SQ201410448405
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】張君利, 周冬蓮, 朱鳳仁, 鄧闖, 唐波 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第二一四研究所蘇州研發(fā)中心