专利名称：自动恒温加热装置的制作方法
技术领域：
自动恒温加热装置，属于在MEMS惯性敏感器件封装级别进行加热恒温控制技术领域。
背景技术：
为改善MEMS惯性传感器的温度特性，利用温度补偿和温控是两个有效的方法，然而由于 材料以及工艺限制，同样批次的MEMS敏感元件温度特性离散性很大，难以采取有效的温度补 偿的方案。而通常的温控方案是在传感器或系统级别进行温控，这类方法有以下几个缺点 温控部位的体积较大，功率消耗大；恒温温度要高于传感器的最高工作温度，这个温度可能 会比较高，这样可能会降低传感器内电子元器件的工作寿命；温控部位大导致加热不均匀； MEMS惯性敏感器件在高温下工作特性较好，但由于温控体积大散热相对较大，难以加热到很 高温度；较大的发热功率可能对MEMS传感器或系统其它部分造成影响。
发明内容
本发明通过自动恒温加热的方式，提高MEMS惯性敏感器件的温度特性从而改善MEMS惯 性传感器的整体性能。本发明能够克服现有自动恒温加热技术的不足，把微电子封装技术和 恒温控制技术结合到了一起，对微电子封装内腔进行温控，以实现仅对MEMS惯性敏感器件进 行加热温控，因而温控范围小，可节省功耗，提高温控精度，提高恒温点温控范围，减少对 传感器和系统其它部分影响的优点。
具体设计包括封装方式选择，加热方式选择，热敏电阻选择，MEMS敏感元件以及热敏电 阻的固定胶选择，温控电路加热方式选择。
MEMS封装采用两层封装，内层为陶瓷封装，其主要原因是陶瓷封装内腔为空，这能满足 MEMS惯性敏感器件的具体特性；外层为塑料封装，封装材料采用导热系数极低的材料，这样 的目的是能减少散热，从而降低供能部分的功率。热敏电阻和加热器封装到陶瓷封装的内腔。加热器有两种形式陶瓷片内嵌入鸨合金的技术或微晶玻璃(陶瓷)基片上加镍基电阻丝 的技术，其中陶瓷片内嵌入钨合金的加热器可以直接做到陶瓷封装外壳内部，而微晶玻璃(陶 瓷)基片上加镍基电阻丝的技术由于体积很小可以直接粘到陶瓷外壳内腔。
热敏电阻可采用市面上的小封装热敏电阻(如0402或0603)或在加热器上的一个小区 域刷热敏电阻浆的方式。
MEMS惯性敏感器件可以采用导热胶或绝热胶粘到加热器上。若采用绝热胶，由于气体的 导热系数和绝热胶相近，温度传递方式是加热片传导到腔内气体和绝热胶上，再传导到MEMS 惯性敏感器件，这样MEMS惯性敏感器件升温相对慢但温度场相对均匀，热敏电阻同样采用绝 热胶粘到加热器上以保证温控的温度是腔内气体温度。若采用导热胶，由于导热胶的导热系 数远远大于腔内气体的导热系数，则温度传递方式是加热片直接传导到MEMS惯性敏感器件， 这样MEMS惯性敏感器件升温相对快而且节省加热功率，但温度场相对不均匀，热敏电阻同样 采用导热胶粘到加热器上或采用在加热片上刷热敏电阻浆的方式以保证温控的温度是加热器 上的温度。
温控电路采用闭环PWM式加热电路，温控电路采用闭环PWM式加热电路，包括热敏电阻、 检测电桥、放大电路、PI校正电路、方波发生电路、比较电路和加热电路。加热频率要和MEMS 惯性传感器载波以及工作频率明显区分，便于通过滤波方式减少电磁干扰。
MEMS惯性敏感器件、热敏电阻、加热装置之间分别加屏蔽层以减小相互之间的电磁干扰。
图1是本发明所述自动恒温加热装置的整体示意图。 图2是本发明所述微电子封装内的一种结构图。 图3是本发明所述微电子封装内的第二种结构图。 图4是本发明所述微电子封装内的第三种结构图。 图5是PWM温控电路的原理图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明。
如图l本发明包括内层的陶瓷封装外壳，外层的塑料封装外壳，位于封装内腔内的加热
器、热敏电阻，以及外壳外的恒温控制电路。
图2-4为微电子封装内的结构布局的三种形式，具体结构为封装外壳内层采用陶瓷封 装(2)、外层采用导热系数极低的塑封材料(1)，封装内腔(4)以及位于内腔中的热敏电阻(3)、 加热装置(6)、电磁屏蔽层(7)和MEMS敏感元件(5)。
图2为采取小封装热敏电阻以及微晶玻璃(陶瓷)基片上加镍基电阻丝的加热片技术。
图3微晶玻璃(陶瓷)基片上加镍基电阻丝的加热片技术，热敏电阻采用在加热片上刷浆 的技术，(3)为热敏电阻浆。
图4为采取小封装热敏电阻以及在陶瓷封装内嵌入钨合金电阻丝以及屏蔽层的技术，图 中(6)为加热层、(7)为屏蔽层。
图5所示一种自动恒温加热的MEMS惯性传感器微型封装工作形式为，由热敏电阻敏感温 度变化然后通过检测电桥、放大电路、PI校正电路、方波发生电路、比较电路和加热电路， 加到加热器上形成闭环温控。
本发明把微电子封装技术和恒温控制技术结合到了一起，通过自动恒温加热的方式，提 高MEMS惯性敏感器件的温度特性从而改善MEMS惯性传感器的整体性能。节省功耗，提高温
控精度，提高恒温点温控范围，减少对传感器和系统其它部分的影响。
权利要求
1、自动恒温加热装置，其特征在于，该自动恒温加热装置包括外层的封装外壳、内层的封装外壳、封装内腔、MEMS加速度计敏感元件、加热装置、温度敏感元件以及恒温控制电路；外层的塑料封装外壳、内层的陶瓷封装外壳两层封装；封装内腔内安装有MEMS加速度计敏感元件、加热装置和温度敏感元件；恒温控制电路在外层的封装外壳外，并通过外层的封装外壳、内层的封装外壳与封装内腔的加热装置和温度敏感元件电气相连。
2、 根据权利要求l所述的自动恒温加热装置，其特征在于，所述的外层的封装外壳为塑 料封装外壳，内层的封装外壳为陶瓷封装外壳。
3、 根据权利要求l所述的自动恒温加热装置，其特征在于，所述加热装置为在陶瓷封装 内层印刷、烧结钨合金电阻丝或者为在微晶玻璃或陶瓷基片上溅射镍基电阻丝。
4、 根据权利要求l所述的自动恒温加热装置，其特征在于，所述加热装置为陶瓷片内嵌 入钨合金直接嵌入到陶瓷封装外壳内形成一体化的发热陶瓷封装外壳。
5、 根据权利要求l所述的自动恒温加热装置，其特征在于，所述温度敏感元件为小封装 热敏电阻0402或0603或在所述加热装置上的一个小区域刷热敏电阻浆。
6、 根据权利要求l所述的自动恒温加热装置，其特征在于，所述温度敏感元件为小封装 热敏电阻，并且用绝热胶把热敏电阻和MEMS加速度计敏感元件粘在封装内腔或加热装置上。
7、 根据权利要求l所述的自动恒温加热装置，其特征在于，所述MEMS加速度计敏感元 件用导热胶粘在在封装内腔或加热装置上。
8、 根据权利要求l所述的自动恒温加热装置，其特征在于，所述恒温控制电路用闭环 PWM式加热电路。
9、 根据权利要求l所述的自动恒温加热装置，其特征在于，MEMS加速度计敏感元件、 加热装置、温度敏感元件之间分别加有屏蔽层。
全文摘要
自动恒温加热装置，属于MEMS惯性敏感器件封装级别进行加热恒温控制技术领域。该装置包括外层的封装外壳、内层的封装外壳、封装内腔、MEMS加速度计敏感元件、加热装置、温度敏感元件以及恒温控制电路；外层的塑料封装外壳、内层的陶瓷封装外壳两层封装；封装内腔内安装有MEMS加速度计敏感元件、加热装置和温度敏感元件；恒温控制电路在外层的封装外壳外，并通过外层的封装外壳、内层的封装外壳与封装内腔的加热装置和温度敏感元件电气相连。本发明通过自动恒温加热的方式，提高MEMS惯性敏感器件的温度特性从而改善MEMS惯性传感器的整体性能。节省功耗，提高温控精度，提高恒温点温控范围，减少对传感器和系统其它部分的影响。
文档编号G01K7/22GK101337653SQ20081011920
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者万蔡辛, 刘云峰, 宵 孙, 李童杰, 嫘 王, 董景新 申请人:清华大学