Способ реализации и устройство чувствительного элемента для контроля параметров движения в составе многоуровневого многокристального модуля Российский патент 2019 года по МПК G01P15/09 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрического узла чувствительного элемента акселерометра, в том числе при его реализации в виде 3D многоуровневых многокристальных модулей, для контроля ускорения и скорости на стадии разгона и торможения высокодинамичного объекта, испытывающего инерциальные перегрузки вплоть до нескольких десятков тысяч g.

Предшествующий уровень техники

Большинство известных чувствительных элементов акселерометров и микромеханических гироскопов [1-6] выполнены в виде микроэлектромеханических систем (МЭМС) [1, 5, 6] или пьезоэлементов [2-4]. В случае МЭМС [1] сенсор может быть собран на плату как приборный кристалл вместе другими элементами электронной компонентной базы (ЭКБ) схемотехнического решения обработки сигналов и гибридная сборка не потребуется. Однако, необходимые чувствительные к инерциальной перегрузке МЭМС могут обладать прочностью, но не стойкостью к высоким уровням инерциальной перегрузки. Пьезоэлектрические элементы обладают рядом преимуществ перед МЭМС сенсорикой. Во-первых, они обладают большей стойкостью к удару одиночного действия и, следовательно, к импульсным инерциальным перегрузкам, т.к. представляют собой монолитный компонент. Во-вторых, они не требуют электрического питания, т.к. функционируют на прямом пьезоэлектрическом эффекте, присущем собственно пьезоэлектрическому или сегнетоэлектрическому материалу.

В решении [1] описан МЭМС акселерометр, выполненный в виде монолитной 3D конструкции из монокристаллического кремния на подложке с диэлектрическим покрытием 101 (фиг. 1), в которой подвижный элемент в виде инерционной массы 102 и остальные элементы 103-109 являются ее частями, жестко закрепленными через опоры на подложке. В решении [2] описан акселерометр с закрепленными на основании корпуса 201 (фиг. 2) чувствительным элементов в виде пьезоэлектрической шайбы 202, жестко закрепленной винтом на основании корпуса 201 через две шайбы: одну - проводящую, другую - изолирующую. В решении [3] описан акселерометр с чувствительным пьезоэлементом 301, присоединенной массой (инерционным элементом) 302, присоединенный с помощью клеевого слоя 303 к основанию корпуса 304 (фиг. 3), который вместе с инерционным элементом поджат посредством упругого элемента 305 к жесткому основанию корпуса 304. В решении [4] описан акселерометр, в котором на основании корпуса 401 (фиг. 4) жестко закреплен чувствительный элемент в виде многослойного пьезоэлемента 402 с помощью гайки.

В вышеперечисленных примерах [1-4] использовано жесткое крепление чувствительного элемента к корпусу акселерометра, не обеспечивающее его защиту от артефактных механических воздействий, включая акустические волны и напряжения, передающиеся от деформированного корпуса.

В решении [5] крепление МЭМС чувствительного элемента 501 (фиг. 5) к подложке 503 реализовано с использованием торсионов 502, а подложки к корпусу датчика - с помощью V образных держателей 504. В решении [6] механическая связь чувствительных элементов в виде колец 601 (фиг. 6), 602 с опорными площадками выполнена через серию 603, 604 V образных упругих держателей. В том и другом случае V образные держатели выполнены на основе моно- или поликристаллического кремния, обладающего высокой упругостью, добротностью и, следовательно, являющегося хорошим звукопроводящим материалом и передатчиком механических напряжений негармонического характера.

Как уже указывалось, это приводит к тому, что чувствительный элемент параметрически (в случае МЭМС) или непосредственно (в случае пьезоэлектриков) электрически откликается не только на информационное воздействие в виде механической нагрузки, связанной с инерциальной перегрузкой, но также на сопутствующие быстрому разгону деформации корпуса датчика и акустические волны.

Цитируемая литература

[1] Патент на полезную модель RU 133618 U1

[2] Патент на изобретение RU 2402019 С1

[3] Патент на изобретение RU 2400760 С1

[4] Патент на изобретение RU 2150117 С1

[5] Патент на полезную модель RU 131195 U1

[6] Патент на полезную модель RU 140604 U1

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Иллюстрация к устройству с МЭМС чувствительным элементом по способу [1].

Фиг. 2. Иллюстрация к устройству с чувствительным элементом в виде защемленного пьезоэлемента по способу [2].

Фиг. 3. Иллюстрация к устройству с чувствительным элементом в виде пьезоэлемента с присоединенной подпружиненной массой по способу [3].

Фиг. 4. Иллюстрация к устройству с чувствительным элементом в виде многослойного пьезоэлемента по способу [4].

Фиг. 5. Иллюстрация к устройству чувствительного элемента с V образными элементами крепления [5].

Фиг. 6. Иллюстрация к устройству чувствительного элемента с цепочкой V образных элементов крепления [6].

Фиг. 7. Принцип крепления чувствительного элемента на детали-носителе при измерении ускорения а в решениях аналогов и прототипа.

Фиг. 8. Характерный электрический отклик чувствительного пьезоэлектрического элемента с шумами на заднем фронте от деформационных и акустических волн детали-носителя этого чувствительного элемента.

Фиг. 9. Устройство уровня многокристального многоуровневого модуля.

Фиг. 10. Вид сверху на плату коммутационную - носитель чувствительного элемента - в составе уровня многокристального многоуровневого модуля.

Фиг. 11. Иллюстрация к предлагаемому способу реализации установки пьезоэлектрического узла чувствительного элемента с неполной заливкой пространства компаундом.

Фиг. 12. Иллюстрация к предлагаемому способу реализации установки чувствительного элемента с полной заливкой пространства мягким компаундом.

Фиг. 13. Вид сверху на гибкую разрезную плату коммутационную - носитель чувствительного элемента - в составе предлагаемого устройства.

Фиг.14. Иллюстрация предлагаемого устройства пьезоэлектрического узла чувствительного элемента в виде уровня многокристального многоуровневого модуля с частичной заливкой компаундом.

Фиг. 15. Иллюстрация предлагаемого устройства пьезоэлектрического узла чувствительного элемента в виде уровня многокристального многоуровневого модуля с полной заливкой компаундом.

Фиг. 16. Фото примера реализации предлагаемого устройства пьезоэлектрического узла чувствительного элемента в виде уровня многокристального многоуровневого модуля.

Фиг. 17. Характерный электрический отклик с чувствительных элементов образца предлагаемого устройства по предлагаемому способу.

Термины и определения

ЭКБ - электронная компонентная база.

Многоуровневый многокристальный модуль - 3D сборка из нескольких уровней со схемотехническими решениями на основе различной ЭКБ, механически и электрически соединенных между собой.

МЭМС - микроэлектромеханическая система.

Прочность - способность изделия функционировать после внешнего воздействия.

Стойкость - способность изделия функционировать в процессе и после внешнего воздействия.

Уровень - конструктивно завершенная составная часть многоуровневого многокристального модуля с частью схемотехнического решения.

Плата коммутационная (интерпозер) - печатная плата в составе уровня многокристального модуля для монтажа ЭКБ между собой, имеющая как горизонтальную электрическую разводку, так и элементы вертикальной z-коммутации для электрического соединения со схемотехническими решениями в выше и нижележащих уровнях.

Рамка коммутационная - конструкционный элемент уровня с элементами z-коммутации, топологически совместимыми с элементами z-коммутации платы коммутационной, обеспечивающий механическое соединение и электрическую коммутацию между уровнями, а также объем для размещения ЭКБ и заливки этого объема компаундом.

Чувствительный элемент - первичный преобразователь инерциальной перегрузки в электрический сигнал.

Задача изобретения и краткое изложение его сущности

Задача настоящего изобретения - уменьшение искажений и шумов выходного электрического сигнала акселерометра за счет повышения его избирательности к контролируемой инерциальной перегрузке из-за линейного ускорения a(t) и, как следствие, уменьшение погрешности определения ускорения и скорости как результата интегрирования кривой a(t). Вторая задача предлагаемого изобретения - конструкционная и технологическая пригодность узла чувствительного элемента для его использования в технологии 3D многоуровневых сборок электроники.

Заявляемый технический результат заключается в повышении избирательности чувствительного элемента к контролируемой инерциальной перегрузке на фоне других сопутствующих видов механических воздействий на него и, как следствие, к понижению шумов и искажений выходного сигнала и повышению точности контроля ускорения и скорости. Кроме того, предлагаемое решение технологически и конструкционно удобно при реализации акселерометра в виде многокристальной многоуровневой 3D сборки.

В момент разгона высокодинамичного объекта с ускорением a(t), на чувствительный элемент 701, установленный в корпусе бортового датчика 702 или на какой-либо другой детали-носителе, на этот элемент под действием его собственной и присоединенной массы будут действовать силы инерциальной природы, обеспечивающие деформацию пьезоэлектрика и вызывающие генерацию электрического напряжения, пропорционального текущему значению ускорения a(t) (фиг. 7). Однако, в реальной ситуации при разгоне деформируется также корпус акселерометра и деталь-носитель 702 чувствительного элемента 701, жестко соединенного посредством слоя 703 с деталью-носителем 702. Это вызывает паразитный вклад в электрический отклик сенсорного элемента 701. Кроме того, при коротком времени разгона в деталях разгонного механизма и акселерометра, включая собственно чувствительный элемент, могут возникать резонансные акустические волны, которые вносят дополнительные высокочастотные шумы в его электрический отклик как это видно на заднем фронте выходного сигнала с чувствительного элемента, представленного на фиг. 8.

В предлагаемом способе поставленные задачи решаются путем установки чувствительного пьезоэлектрического элемента, на гибкую разрезную печатную плату, которая в свою очередь устанавливается в 3D многоуровневую сборку (модуль). Такая сборка состоит из нескольких уровней, в каждом из которых реализована часть общего схемотехнического решения всего модуля. Каждый уровень сборки (фиг. 9) включает плату коммутационную 901, одну или несколько рамок коммутационных 902 и пьезоэлектрические элементы 903 (компоненты ЭКБ). Если это нижний уровень (показан на фигуре) сборки, то он также может включать внешние выводы 904. Плата и рамки коммутационные 901, 902 имеют по периметру элементы вертикальной электрической коммутации 905 и собраны в вертикальный пакет. ЭКБ одного уровня схемотехнически соединены между собой с помощью горизонтальной разводки платы коммутационной 1001 (фиг. 10), а с ЭКБ других уровней - с помощью вертикальных линий, образуемых элементами вертикальной электрической коммутации 905.

Предлагаемый способ реализации пьезоэлектрического узла чувствительного элемента иллюстрируется фиг. 11. На ней представлена гибкая разрезная печатная плата 1101 из материала с низкой добротностью, например, из полиимида. В центральной части платы выполняют сквозной П-образный разрез 1102. На контактные площадки 1103 этой платы, расположенные внутри области, охватываемой П-образным разрезом, коммутируют один или несколько пьезоэлектрических элементов 903 и выводят их электроды с помощью горизонтальной разводки печатной платы 1101 на ее периферию. Пьезоэлектрические элементы 903 дополнительно механически крепят к гибкой плате клеящим слоем 1108. С обратной стороны гибкой платы в проекции пьезоэлектрических элементов устанавливают жесткую пластину 1104. Пьезоэлектрический узел чувствительного элемента в составе гибкой разрезной печатной платы 1101 с одним или несколькими пьезоэлектрическими элементами 903 и жесткой пластиной 1104 в сборе устанавливают на какой-либо детали-держателе или в корпусе акселерометра 1105, имеющим поверхность 1106 ниже жесткой пластины 1104. Пространство между пьезоэлектрическим узлом чувствительного элемента и поверхностью 1106 через сквозной разрез 1102 заливают мягким неупругим компаундом 1107. В качестве варианта, компаундом 1107 может быть заполнено все пространство вокруг пьезоэлектрического узла чувствительного элемента (фиг. 12).

Наличие сквозного разреза 1102 гибкой платы 1101 исключает передачу механических напряжений на пьезоэлектрические элементы 903 от деформации корпуса 1105 датчика. Тонкая гибкая плата 1101 из материала и мягкий компаунд 1107 с низкой добротностью являются плохими проводниками акустических колебаний. Нижняя жесткая пластина 1104 дополнительно защищает пьезоэлектрические элементы 903 от возникновения в нем паразитных изгибных и тангенциальных напряжений.

Предлагаемый способ реализации пьезоэлектрического узла чувствительного элемента хорошо согласуется с технологией устройства такого узла в виде одного из уровней 3D многоуровневого модуля. На фиг. 13 представлен вид сверху на гибкую разрезную плату 1101 с пьезоэлектрическими элементами 903 для устройства пьезоэлектрического узла чувствительного элемента в реализации уровня 3D многоуровневого модуля 1401 (фиг. 14). Гибкая разрезная плата 1101 (фиг. 13) дополнительно к линиям горизонтальной разводки содержит на периферии вдоль периметра набор элементов вертикальной коммутации 905, число и шаг расположения которых соответствует элементам вертикальной коммутации 905 плат 901 и рамок 902 коммутационных, образующих каркас уровня 1401. Гибкая разрезная плата 1101 с установленными на нее пьезоэлектрическими элементами 903 и жесткой пластиной 1104 установлена между рамками коммутационными 902 так, что между нижней поверхностью жесткой пластины 1104 и платой коммутационной 901 образован зазор для заливки мягким компаундом 1107. Компаунд 1107 может быть также залит и во все пространство уровня, ограниченное коммутационной платой 901 и коммутационными рамками 902 (фиг. 15).

Число рамок определяется исходя из толщины каждой рамки и необходимой глубины уровня для размещения в нем пьезоэлектрических элементов и других компонентов ЭКБ.

Суммарная толщина рамок 902 ниже гибкой разрезной платы 1101 должна быть больше, чем толщина жесткой пластины 1104, закрепленной снизу гибкой платы 1101 так, чтобы между платой коммутационной 901 и жесткой пластиной 1104 оставался зазор для заливки компаунда.

В итоге, конструкторская конфигурация уровня 3D модуля сохраняется. В его конструкцию вводится дополнительная гибкая разрезная плата 1101 в габаритах коммутационной платы 901 уровня, что позволяет вместо жесткого крепления пьезоэлементов на конструкционной плате 901 «подвесить» его над ней через мягкий компаунд 1107, сохранив электрические связи, и минимизировать механическую и акустическую связь с каркасом уровня за счет гибкости платы 1101, сквозного П-образного разреза. Жесткая пластина 1104 дополнительно защищает пьезоэлемент от деформации внешних паразитных воздействий и оставляет возможность для деформации сжатия под действием контролируемых нормальных инерциальных перегрузок.

Подробное описание позиций чертежей, конструкции этапов сборки многоуровневого многокристального модуля.

Фиг. 1. На рисунке представлена схема установки чувствительного элемента по способу [1] в виде микромеханического резонатора. МЭМС акселерометр содержит: 101 - диэлектрическую подложку, 102 - подвижный элемент (инерционная масса), 103 - часть резонатора, выполненная в форме кривой, симметричной относительно оси прямолинейной части резонатора, 104 - массивную часть резонатора, 105 - прямолинейную часть резонатора, 106 - опору резонатора, 107 - опоры подвижного элемента, 108 - упругие подвесы подвижного элемента, 109 - емкостную систему возбуждения-регистрации колебаний резонатора. На диэлектрической подложке 101 жестко закреплены опоры подвижного элемента 107, на которых через упругие подвесы подвижного элемента 108 закреплена инерционная масса 102. В зазоре инерционной массы 102 расположен резонатор, имеющий массивную часть и состоящий из балки с прямолинейной частью резонатора 105 и балкой с частью резонатора, выполненной в форме кривой, симметричной относительно оси прямолинейной части резонатора 103, например, окружностью.

Фиг. 2. На рисунке представлена схема установки чувствительного элемента по способу [2]. Устройство содержит основание корпуса 201, пьезоэлектрические шайбы 202, первую изолирующую (прокладку) шайбу 203, инерционную массу 204, гайку 205, крышку 206 и выходной кабель 207. Стойка изготовлена отдельно от основания корпуса в виде винта 208, в основании корпуса 201 сделано круглое отверстие 209, на стержень винта 208 надеты вторая изолирующая шайба 210 и изолирующая втулка 211, которые обеспечивают электрическую изоляцию винта 208 от основания 201, а сверху на стержень винта последовательно надеты изолирующая шайба 203, электропроводная шайба 212, пьезоэлектрические шайбы 202, инерционная масса 204, при помощи гайки 205 все эти детали поджаты к основанию корпуса 201. Все отрицательные обкладки пьезоэлектрических шайб 202 электрически соединены с инерционной массой 204, а проводом 213 с экраном 214 выходного кабеля 207, который пропущен через крышку 206, экран кабеля электрически изолирован от корпуса изолирующей оболочкой 215, все положительные обкладки пьезоэлектрический шайб 202 соединены проводом 216, который проходит через отверстие 217 в инерционной массе, с центральной жилой 218 выходного кабеля 207, который помещен в металлорукав 219, соединенный с корпусом.

Фиг. 3. На рисунке показана схема решения [3]. Пьезоэлектрический акселерометр содержит пьезоэлемент 301 и инерционный элемент 302, поджатые к основанию 303 корпуса 304 посредством упругого элемента 305, например, пружины. Векторы поляризации 307 и 308, соответственно инерционного элемента 302 и пьезочувствительного элемента 301, ориентированы вдоль оси чувствительности 310 и направлены в разные стороны. С помощью токоприемника 311, установленного между пьезочувствительным 301 и инерционным 302 элементами, обеспечивает электрическое соединение первой пары электродов, а с помощью пружины 305 и крышки 306 - соединение второй пары электродов. С помощью токовыводов 309 осуществляется электрический съем сигнала.

Фиг. 4. На рисунке показана схема решения [4]. Пьезоэлектрический акселерометр состоит из основания 401, пьезочувствительного элемента 402 с электродами 403, замкнутыми вдоль боковой поверхности разнополярными шинами 404, соединяющими электроды одинаковой полярности, крышки 405 для защиты от внешних воздействий и кабеля 406. Чувствительный элемент 402 прикреплен к основанию 401 гайкой 407 и электрически изолирован от корпуса при помощи изоляционных втулок 408.

Фиг. 5. На рисунке представлена схема решения [5] подвеса чувствительного элемента 501, выполненного в виде МЭМС, на траверсах 502 к подложке 503 и на V образных упругих элементах крепления 504 - всего узла чувствительного элемента к корпусу датчика.

Фиг. 6. На рисунке представлена схема решения [6] подвеса чувствительного элемента в виде двух колец 601 и 602 с помощью последовательной цепочки из двух групп 60 и 604 V образных упругих элементов крепления.

Фиг. 7. На рисунке представлен общий принцип способов установки пьезоэлектрического чувствительного элемента в способах [1-4] и [5,6]. Пьезоэлемент 701 жестко установлен на детали-носителе или в корпусе датчика 702 путем прижима к ним или с помощью соединительного слоя 703 так, что пьезоэлемент 701 деформируется за счет инерциальной осевой перегрузки, вызванной ускорением a(t), но не защищен от воздействий, связанных с деформацией детали-носителя или корпуса 702, а также от их акустических колебаний.

Фиг. 8. На рисунке представлен характерный электрический сигнал с выхода пьезоэлектрического чувствительного элемента, имеющего жесткую связь с корпусной деталью датчика. Представленный сигнал получен при действии переменного ускорения a(t) имеющего форму колокола с длительностью периода ускорения порядка 6 мс. Начиная примерно с 3 мс на кривую выходного сигнала, пропорционального a(t) накладываются шумы из-за проникающей акустической волны и деформации корпусных деталей.

Фиг. 9. Иллюстрирует типовую конструкцию уровня многокристального многоуровневого модуля с платой коммутационной 901 в основании модуля, рамками коммутационными 902 и корпусом или кристаллом какой-либо ЭКБ, в частности чувствительными пьезоэлектрическими элементами 903 жестко связанным с платой коммутационной 901. Электрическую коммутацию уровня с внешними цепями осуществляют с помощью выходных электродов 904, а с другими уровнями модуля - с помощью элементов вертикальной коммутации 905.

Фиг. 10. Вид сверху на плату коммутационную 901 с компонентами ЭКБ - пьезоэлектрическими элементами 903, соединенными между собой и с элементами вертикальной коммутации 905 линиями горизонтальной электрической разводки 1001.

Фиг. 11. Иллюстрация к предлагаемому способу реализации пьезоэлектрического узла чувствительного элемента, на которой представлены: пьезоэлектрические элементы 903, закрепленные сверху гибкой разрезной печатной платы 1101, имеющей сквозную П-образную прорезь 1102. Пьезоэлектрический элемент коммутирован с контактными площадками 1103 гибкой платы 1101. Снизу гибкой платы в проекции пьезоэлементов закреплена жесткая пластина 1104. Гибкая разрезная плата в сборе с пьезоэлементом и жесткой пластиной установлена на корпусной детали акселерометра 1105, имеющей поверхность 1106 так что между пластиной 1104 и поверхностью 1106 имеется зазор. Пространство между жесткой пластиной 1104 и поверхностью 1106 корпусной детали заполнено мягким компаундом 1107. Пьезоэлектрические элементы 903 и пластина 1104 дополнительно крепятся к гибкой плате соединительным слоем, например, клеевым, 1108.

Фиг. 12. Иллюстрация к предлагаемому способу, аналогичная фигуре 11 с полной заливкой мягким компаундом 1107 пространства вокруг гибкой разрезной платы.

Фиг. 13. Вид сверху на гибкую разрезную плату 1101 с П-образной сквозной прорезью 1102, в области которой установлены два чувствительных пьезоэлектрических элемента 903, электрически соединенных с горизонтальной разводкой 1103 гибкой платы 1101, линии которой выходят на элементы вертикальной коммутации 905 в обход сквозной П-образной прорези

Фиг. 14. Устройство пьезоэлектрического узла чувствительного элемента в виде уровня 1401 многокристального многоуровневого модуля по предлагаемому способу, включающее каркас уровня в виде пакета из платы коммутационной 901 в основании каркасас и из набора рамок коммутационных 902. Между рамками 902 размещена гибкая разрезная плата 1101, с контуром элементов вертикальной коммутации соосных аналогичным элементам 905, в сборе с одним или несколькими пьезоэлектрическими элементами 903 и жесткой пластиной 1104 так, что между пластиной 1104 и платой коммутационной 901 остается зазор для заливки мягки компаундом 1107.

Фиг. 15. Устройство пьезоэлектрического узла чувствительного элемента по предлагаемому способу после полной заливки мягким компаундом 1107 пространства, образованного платой коммутационной 901 и набором рамок коммутационных 902.

Фиг. 16. Фото примера реализации предлагаемого устройства пьезоэлектрического узла чувствительного элемента акселерометра высокодинамичных объектов в виде уровня 1401 многоуровневого многокристального модуля. Каркас уровня, собран из платы коммутационной 901 и трех рамок 902 с элементами вертикальной коммутации 905, выполненных из высокотемпературого стеклотекстолита. Между первой и второй рамками 902 установлена гибкая разрезная плата 1101 с разрезом 1102 шириной 1 мм с двумя сенсорными пьезоэлектрическими элементами 903 из лангатата и жесткой пластиной снизу (на фото - не видна). Весь уровень залит мягким прозрачным компаундом, в том числе заполняющим через прорезь 1102 пространство между платой 901 и жесткой пластиной.

Фиг. 17. Выходные сигналы с двух чувствительных пьезоэлектрических элементов 903 в составе уровня многокристального многоуровневого модуля по предлагаемому способу обладающего повышенной избирательностью к контролируемой инерциальной перегрузке и минимизированными шумами выходного сигнала.

Пример выполнения

Пример выполнения устройства представлен на фиг. 16. Пьезоэлектрический узел чувствительного элемента акселерометра, выполнен в виде уровня 3D многоуровневой сборки 1401. Уровень изготовлен в каркасе, состоящем платы коммутационной 901, 3-х рамок коммутационных 902 - все на основе стеклотекстолита и гибкой разрезной платы 1101 из полиимида. Планарный габаритный размер плат коммутационных и рамок 17,3×17,3×0,5 мм. Число элементов вертикальной коммутации с контактными площадками 500×500 мкм - 64 штуки. Толщина стеклотекстолита 0,5 мм.

Материал конструкционной платы коммутационной 901 и рамок 902 - высокотемпературный стеклотекстолит Fr4 High Tg. Плата коммутационная гибкая разрезная выполнена на основе полиимида марки AP8515R. Толщина платы 15 мкм. Ширина прорези - 1 мм, что позволяет произвести заливку мягкого компаунда со всех сторон. Заливка мягким компаундом проведена с помощью монтажного шприца в разрез 1102 полиимидной коммутационной платы 1101.

Финишное покрытие контактных площадок - иммерсионное золочение (ENIG), со слоем золота не более 0,1 мкм. Пьезоэлектрические элементы 903 выполнены на основе лангатата, обладающего высокой температурной стабильностью параметров.

Сборка каркаса осуществлена методом монтажа электропроводящей пастой конструкционных компонентов между собой по 64 контактным площадкам элементов вертикальной коммутации, при их одновременном совмещении по угловым не металлизированным отверстиям. После сборки каркас пропитан адгезивным веществом по внешним вертикальным плоскостям для придания механической прочности конструкции.

На фиг. 17 представлен типовой электрический сигнал с 2-х выходов пьезоэлектрических элементов 903 (на фиг. 17 указан, как «Сигнал с 903») изготовленного в качестве примера пьезоэлектрического узла чувствительного элемента в реализации уровня 3D многоуровневого модуля. Сигнал получен при резком торможении в условиях аналогичных опыту, результаты которого представлены на фигуре 8. Избирательность сигнала к целевому воздействию существенно повысилась, что и являлось задачей изобретения.

Совокупность предлагаемых технических решений позволяет повысить точность акселерометра при контроле линейного ускорения и скорости на стадии разгона высокодинамичного объекта, например, артиллерийского снаряда, а также использовать чувствительный элемент в виде предлагаемого устройства в составе 3D многоуровневых квазимонолитных сборок.

Таким образом, предлагаемое изобретение решает поставленные выше задачи в комплексе.

Использование: для изготовлении узла пьезоэлектрического чувствительного элемента акселерометра. Сущность изобретения заключается в том, что устройство представляет собой многокристальный модуль, включающий несколько плат с размещенными на них электрическими элементами и интерпозерами, при этом чувствительный пьезоэлемент размещен на гибкой плате и физически находится в центре сквозных металлизированных отверстий всех плат многокристального модуля. Сам чувствительный элемент расположен на гибкой плате, в которой выполнена П-образная прорезь, то есть плата соединяется с корпусом модуля только с одной стороны. Для исключения паразитных колебаний к нижней части платы под чувствительным элементом приклеена жесткая пластина. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерений посредством акселерометра при контроле линейного ускорения и скорости на стадии разгона высокодинамичного объекта. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Способ реализации пьезоэлектрического узла чувствительного элемента акселерометра для контроля ускорения и скорости включает изготовление П-образной сквозной прорези в центральной части гибкой платы, содержащей горизонтальную электрическую разводку между контактными площадками для посадки пьезоэлектрических элементов в области гибкой платы, ограниченной П-образной прорезью, и выходными контактными площадками на периферии гибкой платы, установку пьезоэлектрических элементов на их контактные площадки сверху разрезной гибкой платы, крепление жесткой пластины снизу гибкой платы в размерах, равных или больших проекции всех пьезоэлектрических элементов, установку разрезной гибкой платы с пьезоэлементами и жесткой пластиной в сборе в корпусную деталь акселерометра так, чтобы между нижней поверхностью жесткой пластины и корпусной деталью была образована полость, заливаемая через сквозную прорезь гибкой платы мягким компаундом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заливку мягким компаундом проводят со всех сторон узла чувствительного элемента акселерометра.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выходные контактные площадки на периферии гибкой платы выполнены со сквозными металлизированными отверстиями с контактными площадками, их число и шаг следования вдоль периметра гибкой платы соответствуют числу и шагу следования контактных площадок корпусной детали акселерометра.

4. Пьезоэлектрический узел чувствительного элемента акселерометра для контроля ускорения и скорости, включающий каркас уровня многоуровневого многокристального модуля в виде пакета в составе платы коммутационной и рамок коммутационных, имеющих по их периферии контур из контактных площадок со сквозными металлизированными отверстиями, образующими электрические линии для вертикальной коммутации с соседними уровнями; между коммутационными рамками встроена гибкая плата с П-образной сквозной прорезью и с аналогичным коммутационным рамкам контуром контактных площадок со сквозными металлизированными отверстиями; суммарная толщина рамок ниже гибкой платы больше толщины жесткой пластины так, что между нижней поверхностью жесткой пластины и коммутационной платой остается зазор для заливки мягким компаундом; на контактных площадках сверху гибкой платы внутри П-образного разреза установлены пьезоэлектрические элементы, а снизу гибкой платы в области проекции всех вместе пьезоэлектрических элементов установлена жесткая пластина; контактные площадки гибкой платы для пьезоэлектрических элементов коммутированы с контактными площадками на периферии гибкой платы горизонтальной разводкой в обход П-образного разреза; пространство каркаса уровня залито мягким компаундом.

5. Узел по п. 4, отличающийся тем, что пространство каркаса уровня залито мягким компаундом только под жесткой пластиной.

6. Узел по п. 4, отличающийся тем, что пространство каркаса уровня залито мягким компаундом полностью.