本发明属于伺服电路领域，具体涉及一种175℃差动电容式MEMS加速度计伺服电路。
背景技术：
差动电容式MEMS加速度计是一种惯性仪表，利用惯性力对其敏感轴方向的加速度进行测量，广泛应用于惯性导航、石油钻井、油气勘探、地基监测等领域。在石油钻井领域应用时，MEMS加速度计安装于接近钻头的位置，基于重力加速度的测量，可以测量出钻头的姿态位置信息，给定向钻井提供必要的信息。由于钻井深度越深，温度越高，目前广泛应用的钻井深度其温度可达175℃，这就要求MEMS加速度计可以在175℃的高温下长期可靠工作。为了满足MEMS加速度计的高温工作性能，与其配套使用的伺服电路模块也要能够的在175℃的高温下工作。目前国内的MEMS加速度计伺服电路广泛应用于125℃以内，不能满足石油钻井的高温工作要求。除了高温要求，钻头在钻进过程中，会产生极大的振动和冲击，这也要求加速度计和加速度计伺服电路模块具有极高的抗振动和抗冲击的要求。
技术实现要素：
为了克服现有技术领域存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种175℃MEMS加速度计伺服电路，采用厚膜混合集成电路工艺生产，采用耐高温材料和器件制作，可以长期在175℃环境中可靠的工作，且体积较小，和MEMS加速度计表头完美装配，形成一体化结构，在石油钻井工作中的高温、高压和强振动情况下，能够长期稳定工作。
根据本发明第一方面提供的175℃MEMS加速度计伺服电路，包括外壳、引线和壳盖，采用双列直插潜腔金属外壳封装，内部充有氮气保护，其特征在于，所述外壳采用双列直插潜腔金属外壳，所述外壳和引线的材质为可伐，所述外壳和引线表面镀金以防止氧化，内部由陶瓷基片、集成电路芯片、多层陶瓷电容及其它辅料组成，所述陶瓷基片经过厚膜印刷烧结，于其上制作金导带和厚膜电阻，通过耐高温焊锡与外壳底部焊接在一起，所述陶瓷基片上用导电胶粘接集成电路芯片和片式陶瓷电容，采用金丝将上述芯片和所述金导带互连，通过平行缝焊机将壳盖与壳体进行焊接封装。
根据本发明，经过高温老化和测试后，在氮气保护的环境下，用平行缝焊机将壳盖与壳体进行焊接封装，从而产品完成封装。在整个封装过程中，需要用的的设备可以有加热台，高温干燥箱，数字万用表，自制测试工装，平行缝焊机等等。
根据上述第一方面所述的MEMS加速度计伺服电路，其特征在于：所述陶瓷基板采用高温烧结工艺，将所述厚膜电阻和金导体制作于所述陶瓷基板之上，所述陶瓷电容和集成电路芯片采用高温导电胶粘接于基板之上。
根据上述第一方面所述的MEMS加速度计伺服电路，其特征在于：所述陶瓷基板通过高温焊锡与可伐外壳焊接在一起。
根据上述第一方面所述的MEMS加速度计伺服电路，其特征在于：所述集成电路芯片与所述基板上金导体的连接方式为金丝球焊，用所述金丝将芯片的焊盘（PAD）与金导体在150℃高温下，通过超声进行键合连接。
根据本发明的175℃MEMS加速度计伺服电路，能够实现长期在175℃环境中可靠的工作，和MEMS加速度计表头堪称完美装配，形成一体化结构，在石油钻井工作中的高温、高压和强振动情况下，能够实现长期稳定工作。
根据本发明的第二方面，提供一种175℃差动电容式MEMS加速度计伺服电路的制作方法，其特征在于，所述伺服电路的外壳采用双列直插潜腔金属，外壳和引线的材质采用可伐，在所述外壳和引线表面镀金，以防止氧化，通过厚膜印刷烧结，在陶瓷基片上面制作金导带和厚膜电阻，然后通过耐高温焊锡将陶瓷基片与外壳底部焊接在一起，在陶瓷基片上用导电胶粘接集成电路芯片和片式陶瓷电容，然后用金丝将芯片和金导带互连，经过高温老化和测试后，在氮气保护的环境下，用平行缝焊机将壳盖与壳体进行焊接封装，从而完成伺服电路的制作。
根据上述第二方面所述的MEMS加速度计伺服电路的制作方法，其特征在于：所述陶瓷基板采用高温烧结工艺，将厚膜电阻和金导体制作与基板之上，所述陶瓷电容和集成电路芯片采用高温导电胶粘接与基板之上。
根据上述第二方面所述的MEMS加速度计伺服电路的制作方法，其特征在于：所述陶瓷基板通过高温焊锡与可伐外壳焊接在一起。
根据上述第二方面所述的MEMS加速度计伺服电路的制作方法，其特征在于：所述集成电路芯片与基板上金导体的连接方式为金丝球焊，用金丝将芯片的焊盘（PAD）与金导体在150℃高温下，通过超声进行键合连接。
附图说明
图1是示出本发明涉及的MEMS加速度计伺服电路的具体实施例的整体示意图；
图2是示出本发明涉及的MEMS加速度计伺服电路及其制作方法的具体实施例的引脚排列示意图；
图3是示出本发明涉及的MEMS加速度计伺服电路及其制作方法的具体实施例的电路原理图；
图4是示出本发明涉及的MEMS加速度计伺服电路的具体实施例的外观图；
图中附图标记：
1.可伐管壳M24065Q；2.陶瓷基板；3、4、5、6.集成电路芯片；7、8.多层陶瓷电容；10.片式电阻；11.金丝；
具体实施方式
下面参照附图，结合具体实施例，对本发明提供的175℃差动电容MEMS加速度计伺服电路及其制作方法，进行详细的说明。本领域技术人员懂得，该限定是示例性的，本发明并不仅限于该具体实施例中。
图1示出本发明涉及的MEMS加速度计伺服电路及其制作方法的具体实施例的整体示意图。图2示出本发明涉及的MEMS加速度计伺服电路及其制作方法的具体实施例的引脚排列示意图。图3示出本发明涉及的MEMS加速度计伺服电路及其制作方法的具体实施例的电路原理图。
参照图1~图4，本发明实施例的MEMS加速度计伺服电路的外壳是采用双列直插潜腔金属外壳，外壳和引线的材质为可伐，外壳和引线表面镀金，防止氧化。所述MEMS加速度计伺服电路内部由陶瓷基片、集成电路芯片、电容及其它辅料组成，陶瓷基片经过厚膜印刷烧结，将金导带和厚膜电阻制作在上面，然后陶瓷基片通过耐高温焊锡与外壳底部焊接在一起。陶瓷基片上用导电胶粘接集成电路芯片和片式电容，然后用金丝将芯片和金导带互连。经过高温老化和测试后，用平行缝焊机将壳盖与壳体进行焊接封装，产品就完成了。图2 是MEMS加速度计伺服电路引线排列图，如图2所示，1脚为NC空脚，2脚为VEE负电源端，3脚为TP测试端，4脚为F1反馈端，5脚为GND接地端，6脚为IN信号输入端，7脚为NC空脚，8脚为G增益选择端，9脚为OUT直流电压输出端，10脚为F3反馈端，11脚为外壳连接端，12脚为NC空脚，13脚为NC空脚，14脚为C外接平均值电容端，15脚为GND接地端，16脚为NC空脚，17脚为VCC正电源端，18脚为NC空脚，19脚为F2反馈端，20脚、21脚、22脚、23脚、24脚为NC空脚。MEMS加速度计伺服电路具体点内部连接方式如下：6脚IN与100K电阻R1的左端相连接，与100K电阻R2的左端相连接。电阻R1的右端与运算放大器U1B的反相输入端6脚相连接，与NPN三极管Q1的集电极相连接。NPN三极管Q1的基极接地，发射极与NPN三极管Q2的集电极相连接，Q2的基极与Q2的集电极相连接，Q2的发射极与运算放大器U1B的输出端7脚相连接。运算放大器U1B的8脚与正电源VDD相连接，U1B的4脚与负电源VEE相连接，U1B的同相输入端5脚与地相连接。
运算放大器U1B的反相输入端6脚与100K电阻R4的右端相连接。电阻R2的右端与运算放大器U1A的反相输入端2脚相连接，电阻R2的右端与100K电阻R3的左端相连接，电阻R2的右端与二极管D1的阳极相连接。电阻R3的右端与电阻R4的左端相连接。电阻R3的右端与二极管D2的阴极相连接。二极管D1的阴极与二极管D2的阳极相连接。二极管D1的阴极与运算放大器U1A的输出端1脚相连接，运算放大器U1A的8脚与正电源VDD相连接，U1A的4脚与负电源VEE相连接，U1A的同相输入端3脚与地相连接。运算放大器U1B的输出端7脚与NPN三极管Q3的发射极相连接，Q3的集电极与运算放大器U2A的反相输入端2脚相连接，Q3的集电极与200K电阻R8的左端相连接，Q3的集电极与平均值电容端C相连接。Q3的基极与NPN三极管Q4的发射极相连接， NPN三极管Q4的基极与地相连接，Q3的基极与运算放大器U2B的输出端7脚相连接。Q4的集电极与运算放大器U2B的反相输入端6脚相连接。Q4的集电极与100K电阻R7的左端相连接。运算放大器U2B的8脚与正电源VDD相连接，U2B的4脚与负电源VEE相连接，U2B的同相输入端5脚与地相连接。电阻R7的右端与反馈端F2相连接。电阻R8的右端与运算放大器U2A的输出端1脚相连接，
运算放大器U2A的输出端1脚与反馈端F1相连接，运算放大器U2A的输出端1脚与200K电阻R9的右端相连接。运算放大器U2A的8脚与正电源VDD相连接，U2A的4脚与负电源VEE相连接，U2A的同相输入端3脚与地相连接。电阻R9的右端与200K电阻R10的右端相连接，电阻R9的右端105电容C4的右端相连接。电容C4的左端与运算放大器U3A的输出端1脚相连接，运算放大器U3A的输出端1脚与运算放大器U3A的反相输入端2脚相连接，运算放大器U3A的输出端1脚与反馈端F3相连接。电阻R10的左端与运算放大器U3A的同相输入端3脚相连接，电阻R10的左端与105电容C3的下端相连接，电容C3的上端与地相连接。运算放大器U3A的输出端1脚与200K电阻R11的右端相连接，电阻R11的左端与200K电阻R12的右端相连接，电阻R11的左端与105的电容C2的右端相连接，电阻R12的左端与105的电容C1下端相连接，电容C1的上端与地相连接。电阻R12的左端与运算放大器U3B的同相输入端5脚相连接。电容C2的左端与运算放大器U3B的输出端7脚相连接，运算放大器U3B的输出端7脚与100K电阻R14的左端相连接，运算放大器U3B的输出端7脚与信号输出端OUT相连接。电阻R14的右端与100K电阻R13的下端相连接，电阻R14的右端与运算放大器U3B的反相输入端6脚相连接。电阻R13的上端与地相连接。
图4是示出本发明涉及的MEMS加速度计伺服电路的具体实施例的外观图。图上标注的产品的单位为毫米。本发明实施例中，MEMS加速度计伺服电路外形尺寸是长35毫米，宽20.29毫米，高5.2毫米。两排引线间距15.24毫米，相邻引线间距2.54毫米。共有24只引线（图中仅显示出12只），引线截面为圆形，直径0.5毫米。
综上，参照具体实施方式对本发明作出了详细说明，本领域技术人员懂得，该说明是示例性的，可以在其基础上作出各种变更和修饰，只要不脱离本发明宗旨和精神的各种变更和修饰均应落入本发明的范畴之内，本发明的保护范围有所附权利要求书限定。