一种随钻定向传感器及其制造方法与流程

本发明涉及半导体器件封装领域，具体为传感器封装领域，涉及一种随钻定向传感器及其制造方法。

背景技术：

随着石油工业的不断发展和油气勘探开发难度的不断增大，石油勘探开发工业已逐渐转向开发规模更小、油层更薄、物性更差、非均质性强的油藏，定向井、水平井等特殊工艺井的应用逐年增多，在这些特殊工艺井的施工过程中，需要及时掌握钻头所钻穿的岩层性质，快速准确找到储集层，从而指导施工人员控制钻头始终穿行在储层中，以便最大限度地提高采收率，即在此过程中要进行随钻地层评价和地质导向钻井。

地质导向钻井离不开随钻测量仪器mwd和lwd。mwd(measurementwhiledrilling)无线随钻测量仪，是对定向井、水平井井眼轨迹随钻监测并指导完成井眼轨迹控制的测量仪器。可测到传感器安装位置处的井斜、方位、工具面、井底温度、振动等参数，然后通过泥浆脉冲把测量信息传送至地面的监控系统，以便及时识别井底的情况，调整钻进轨迹。

传感器端节就是mwd仪器的主要核心部件，该技术一直被国外大公司所垄断，世界上传感器制造技术主要是美国的ge公司和英国的rss公司。中国各大公司一直致力于该技术的开发，先后开发出了125℃和和150℃传感器，但由于受加速度表及标定技术的限制，一直与国外的传感器存在一定差距。

钻井施工是按照一定的目的和要求，有控制地使井眼轨迹沿着预定的井眼轨道顺利钻达目标，并使效益最大化的施工过程。在钻井过程中需要不断检测井眼轨迹方向以保证按照设计目标正确施工，这需要定向传感器来实时监测井眼轨迹。但是这种随钻定向传感器的使用中，由于震动较大，封装较为容易发生剥离，从而使整个定向仪产生失效。此外，传统的定向传感器往往将发射芯片和接收芯片集成在一起，其发射信号与接收信号容易产生串扰。

技术实现要素：

基于解决上述问题，本发明提供了一种随钻定向传感器，其包括：

散热基板，具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置有线路层和凸起的隔墙，所述线路层嵌入于所述散热基板内，且与所述第一表面齐平；

橡胶缓冲层，设置于所述第一表面上，所述橡胶缓冲层设有开口以露出所述线路层的焊盘部分；

第一和第二通孔，贯穿所述橡胶缓冲层和所述散热基板；

发射芯片和接收芯片，设置于所述橡胶缓冲层上，且位于所述隔墙的两侧，并焊接于所述焊盘位置，所述发射芯片和所述接收芯片的底面贴附于所述橡胶缓冲层；

l型固定件，其一边压住所述发射芯片和接收芯片，另一边穿过所述第一通孔通过焊球焊接于所述第二表面上；

壳体，其顶面上设置有分别对准所述发射芯片和接收芯片的第一滤光片和第二滤光片；

环氧树脂，其填充于所述壳体内，且填充满所述第二通孔；

其中，所述隔墙的顶端与所述壳体的顶面之间间隔一定距离h。

根据本发明的实施例，在所述发射芯片上方的所述l型固定件上设置有卡位凸起，所述卡位凸起与所述l型固定件一体成型。

根据本发明的实施例，在所述卡位凸起之间设置有有准直波导，所述准直波导通过透明粘合层粘结于所述发射芯片上方。

根据本发明的实施例，所述第二通孔环绕于所述发射芯片和接收芯片的周围，所述第二通孔环绕所述第一通孔。

根据本发明的实施例，所述壳体为电磁屏蔽壳，且其接地。

根据本发明的实施例，其中，0.1mm≤h≤1mm。

根据本发明的实施例，在所述开口中填充有焊料，所述发射芯片和接收芯片通过所述焊料焊接于所述焊盘位置。

本发明还提供了一种随钻定向传感器的制造方法，其包括：

提供一散热基板，具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置凸起的隔墙，在第一表面激光刻蚀并填充导电材料形成线路层，所述线路层嵌入于所述散热基板内，且与所述第一表面齐平；

在所述第一表面上形成橡胶缓冲层；

激光刻蚀所述橡胶缓冲层和/或所述散热基板，以在所述橡胶缓冲层开设开口以露出所述线路层的焊盘部分，在所述橡胶缓冲层和所述散热基板中形成贯通的第一和第二通孔；

在所述焊盘位置焊接发射芯片和接收芯片，所述发射芯片和接收芯片位于所述隔墙的两侧，且其底面贴附于所述橡胶缓冲层；

将多个l型固定件的一边插入所述第一通孔并通过焊球焊接于所述第二表面上，其另一边压住所述发射芯片和接收芯片；

安装壳体，其罩住所述发射芯片和接收芯片，且其顶面上设置有分别对准所述发射芯片和接收芯片的第一滤光片和第二滤光片；

通过所述第二通孔填充环氧树脂，其填充满所述第二通孔和所述壳体；

其中，所述隔墙的顶端与所述壳体的顶面之间间隔一定距离。

根据本发明的实施例，还包括在所述发射芯片上设置准直波导，所述准直波导通过粘合层固定，且卡扣于所述l型固定件上的卡位凸起内。

根据本发明的实施例，还包括在所述开口中填充焊料，所述发射芯片和接收芯片通过所述焊料焊接于所述焊盘位置。

本发明的优点如下：

(1)其利用所述隔墙的顶端与所述壳体的顶面之间间隔一定距离，使得发射信号和接收信号的串扰达到最低，可知的，其间隔也使得填充保护树脂变得容易；

(2)通过l型固定件使得芯片固定更加牢靠，且能够增强导热；

(3)此外，多个第二通孔的设置可以防止衬底和封装体的翘曲。

附图说明

图1为本发明的随钻定向传感器的剖视图；

图2-6为本发明的随钻定向传感器制作过程的示意图。

具体实施方式

本发明构思在于设计一种防止串扰及翘曲和避免芯片剥离的随钻定向传感器，其基本构思是利用第一通孔、第二通孔、树脂层、固定件和隔墙实现上述功能，具体的实施例将在下述内容中说明。

参见图1，本发明的随钻定向传感器，其包括：

散热基板1，具有相对的第一表面和第二表面，作为一种优选，其可以是陶瓷基板或者是第二表面附有铜层的绝缘基板，以提高散热。在所述第一表面上设置有线路层(未示出)和凸起的隔墙2，所述线路层嵌入于所述散热基板1内，且与所述第一表面齐平；该线路层通过激光刻槽工艺实现沟槽，然后填充铜得到。

橡胶缓冲层4，设置于所述第一表面上，所述橡胶缓冲层4设有开口以露出所述线路层的焊盘部分3；该橡胶缓冲层4具有一定的柔性。

第一和第二通孔6、7，贯穿所述橡胶缓冲层4和所述散热基板1；所述第二通孔7环绕于所述发射芯片8和接收芯片9的周围，所述第二通孔7环绕所述第一通孔6。第二通孔7的设置较多，其可以防止散热基板1的边缘翘曲，且能够防止翘曲对发射芯片8和接收芯片9的损坏。

发射芯片8和接收芯片9，设置于所述橡胶缓冲层4上，且位于所述隔墙2的两侧，并在所述开口中填充焊料10以焊接于所述焊盘位置3，所述发射芯片8和所述接收芯片9的底面贴附于所述橡胶缓冲层4；

l型固定件11，其一边压住所述发射芯片8和接收芯片9，另一边穿过所述第一通孔6通过焊球13焊接于所述第二表面上；在所述发射芯片8上方的所述l型固定件11上设置有卡位凸起12，所述卡位凸起12与所述l型固定件11一体成型。在所述卡位凸起12之间设置有有准直波导15，所述准直波导15通过透明粘合层14粘结于所述发射芯片8上方。

壳体16，其顶面上设置有分别对准所述发射芯片8和接收芯片9的第一滤光片17和第二滤光片18；所述壳体16为电磁屏蔽壳，且其接地。

环氧树脂19，其填充于所述壳体16内，且填充满所述第二通孔7。其为热固化环氧树脂。

其中，所述隔墙2的顶端与所述壳体16的顶面之间间隔一定距离h，其中，0.1mm≤h≤1mm。

下面参照图2-6，介绍上述传感器的制造方法，其包括：

参照图2，提供一散热基板1，具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面上设置凸起的隔墙2，在第一表面激光刻蚀并填充导电材料形成线路层，所述线路层嵌入于所述散热基板1内，且与所述第一表面齐平。在所述第一表面上形成橡胶缓冲层4；激光刻蚀所述橡胶缓冲层4和/或所述散热基板1，以在所述橡胶缓冲层开设开口5以露出所述线路层的焊盘部分3，在所述橡胶缓冲层4和所述散热基板1中形成贯通的第一和第二通孔6、7。

参见图3，在所述开口5中填充焊料10，所述发射芯片和接收芯片通过所述焊料10焊接于所述焊盘位置。所述发射芯片8和接收芯片9位于所述隔墙2的两侧，且其底面贴附于所述橡胶缓冲层4；将多个l型固定件11的一边插入所述第一通孔6并通过焊球13焊接于所述第二表面上，其另一边压住所述发射芯片8和接收芯片9。

参考图4，在所述发射芯片8上设置准直波导15，所述准直波导15通过粘合层14固定，且卡扣于所述l型固定件11上的卡位凸起12内。

参考图5，安装壳体16，其罩住所述发射芯片8和接收芯片9，且其顶面上设置有分别对准所述发射芯片8和接收芯片9的第一滤光片17和第二滤光片18。

参考图6，通过所述第二通孔7填充环氧树脂19，其填充满所述第二通孔7和所述壳体16。

其中，所述隔墙的顶端与所述壳体的顶面之间间隔一定距离h，其中，0.1mm≤h≤1mm。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。