CN111024983B - 高温石英挠性加速度计伺服电路的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高温石英挠性加速度计伺服电路的实现方法，包括以下步骤；步骤一，前置变换电路U1、跨导补偿放大器U4的集成电路芯片采用焊接方式背银；首先，将共晶焊机热台温度升到450℃；然后，将表面已镀银的金属基板放在已升温的共晶焊机加热台上，金属基板镀银厚度2µm‑5µm；其次，将需要背面金属化的芯片及托盘放置在共晶焊机物料台上；再次，移动共晶焊机热台使芯片托盘出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持镊子位于芯片正上方，向下移动使夹持镊子右片槽口压在芯片边上，同时按下手柄按钮使镊子夹住芯片，镊子夹持芯片厚度1/2‑2/3处，移动操作手柄抬高夹持镊子；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及高温石英挠性加速度计伺服电路的实现方法，本发明属于传感器制造技术领域，具体A/D转换一体化、小型化、高温185℃环境要求和可靠性高的一种加速度计伺服电路。
背景技术
石英挠性加速度计是惯性导航***中的关键器件之一，是测量线加速度的高精度传感器，它的重要性已越来越为人们所理解。以加速度计为核心的惯导***在工作时不受无线电波的干扰，也不受气候和磁差的影响，而且具有结构简单、体积小、精度和灵敏度高、稳定性好、功耗小、成本低等特点，不仅可广泛地应用于航天、航空、惯性导航等领域，而且越来越多的应用在石油、建筑等多个民用领域，潜在需求量较大，具有巨大的社会效益和经济效益。随着我国经济的高速发展，石英挠性加速度计在倾斜仪、水平仪、石油测井、隧道开凿、精密惯性定位测量、地质检测、自然灾害预防等方面的需求量逐年增加，尤其是在野外作业，急需低功耗、低噪声、满足高温185℃的加速度计。
目前，石油钻井领域需求满足工作温度为-45℃~185℃的石英挠性加速度计伺服电路。传统的石英挠性加速度计伺服电路无法满足以上宽温度范围要求。
石英挠性加速度计的过流保护功能是通用互感器对输入电流采样，将采集到的电位与一个稳定电位比较，来实现PWM芯片的软启动端是否对地放电。这种设计受环境温度影响大，保护点有较大的温度漂移，无法准确设置过流保护点；使用这种设计的电源模块无法加容性负载，模块的加容性负载的时候，启动瞬间输出电流大，就会触发模块的过流保护；当模块保护后，模块停止工作，保护电流采集不到电位，模块恢复工作，启动瞬间输出电流大又会触发过流保护。从而使模块出现无法退出保护状态的情况，始终处于工作与保护的循环中，模块的输出电压会在一定范围内震荡。
现有的设计受环境温度影响大，无法设置精准的过流保护点；电源模块带载无法加容性负载。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种高温石英挠性加速度计伺服电路及实现方法。本发明解决了高温环境加速度计伺服电路故可靠性低、障率高问题；解决了市场无一体化数字输出电路，体积大等问题。该产品在小型化、高环境温度要求***中具有十分广阔的市场前景。本发明通过取样电阻采样能够设置精准的过流保护点，温漂小；可以带容性负载，不会误保护。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种高温石英挠性加速度计伺服电路，包括形成闭环实现的伺服放大器以及表头组件；
表头组件包括力矩器组件以及差动电容组件；
力矩器组件包括力矩传感器L1；
伺服放大器包括前置变换电路U1、用于给前置变换电路U1供电的双路稳压电路、反馈阻容网络、以及跨导补偿放大器U4；
前置变换电路U1包括运算放大器、电流积分器、用于检测电容差的差动电容检测器、以及三角波发生器；三角波发生器包括输出电路、恒流源以及偏置电路；
三角波发生器通过电容检测器输出三角波信号，通过电流积分器进行积分，积分信号通过运算放大器放大后输出给跨导补偿放大器U4，跨导补偿放大器U4分三路，第一路通过反馈阻容网络调节，使得跨导补偿放大器U4、力矩传感器L1、跨导补偿放大器U4错开电流信号最低点，反馈阻容网络调节将反馈信息传递给运算放大器；第二路输出给力矩传感器L1，力矩传感器L1将产生的反馈信号通过差动电容组件反馈输入给三角波发生器，实现对力矩传感器L1的闭环控制。
作为上述技术方案的进一步改进：
跨导补偿放大器U4的第三路输出依次经过电阻采样电路、低通滤波电路、电位平移电路、A/D采样电路通过I2C总线输出，I2C总线输入端连接有用于检测温度数据的温度采样；
3. 根据权利要求2所述的高温石英挠性加速度计伺服电路， 对于伺服放大器的工艺版图上的晶体管对称设置；
运算放大器电连接有进行电路补偿的三极管；
双路稳压电路包括正稳压电路单元与负稳压电路单元；
正稳压电路单元连接有包括滤波电容C12、C13的电路、外界正电源通过二极管D1接入正稳压电路单元的输入端；
负稳压电路单元连接有包括滤波电容C14、C15的电路、外界负电源通过二极管D2反接入正稳压电路单元的输入端；
差动电容检测器通过限流电阻R1后接入检测端TE自检电压信号；
反馈阻容网络包括电阻R3-R7、以及电容C8-C9；
电阻R6与电容C9组成输入谐振电路，电阻R4与电容C8组成输出谐振电路，
电阻R5连接在跨导补偿放大器U4与运算放大器之间，电阻R5输入端通过并联的输入谐振电路与电阻R7接地，电阻R5输出端通过并联的输出谐振电路与电阻R3接地。
前置变换电路U1、跨导补偿放大器U4的集成电路芯片采用焊接方式背银。
伺服放大器和/或表头组件作为负载，其输入端通过电流保护电路与开关电源输出端电连接；
电流保护电路包括串联在电源模块输出回路中的MOS管1Q2与取样电阻1R2、与MOS管1Q2一端脚电连接的电流输出端Vo、第一放大器1A1、第二比较器1A2、稳压二极管1IC1、分压电阻1R8、1R9，三极管1Q3、供电电路、
供电电路包括输入端Vcc、电阻1R1、电容1CI、三端稳压器1DZ
外接电输入端Vcc通过电阻1R1与电容1CI的谐振给三端稳压器1DZ供电，三端稳压器1DZ给第二比较器1A2供电，三端稳压器1DZ通过反压电阻1R8给MOS管1Q2栅极供电，MOS管1Q2栅极通过电阻1R11接地；
MOS管1Q2另一端脚电连接取样电阻1R2，MOS管1Q2另一端还通过电阻1R5电容1C3的谐振电路接第一放大器1A1的正向端，第一放大器1A1的反向端通过电阻1R6接地，在第一放大器1A1的反向端与输出端电连接有电阻1R12，
第一放大器1A1输出端通过电阻1R15与电容1C6的用于来设置保护延迟时间的谐振电路接第二比较器1A2的正向端，第二比较器1A2的反向端通过稳压二极管1IC1接地；
第二比较器1A2输出端通过二极管1D1输出端两路，一路通过电阻1R10接三极管1Q3的基极，一路通过电容1C5接三极管1Q3的发射极，三极管1Q3的集电极接MOS管1Q2的栅极。
一种高温石英挠性加速度计伺服电路的实现方法，包括以下步骤；
步骤一，前置变换电路U1、跨导补偿放大器U4的集成电路芯片采用焊接方式背银；首先，将共晶焊机热台温度升到450℃；然后，将表面已镀银的金属基板放在已升温的共晶焊机加热台上，金属基板镀银厚度2µm-5µm；其次，将需要背面金属化的芯片及托盘放置在共晶焊机物料台上；再次，移动共晶焊机热台使芯片托盘出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持镊子位于芯片正上方，向下移动使夹持镊子右片槽口压在芯片边上，同时按下手柄按钮使镊子夹住芯片，镊子夹持芯片厚度1/2-2/3处，移动操作手柄抬高夹持镊子；紧接着，移动共晶热台使镀银金属基板出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持芯片对准镀银金属基板并下落使芯片压在金属基板上，同时实现操作手柄使芯片背面相对于焊盘作顺时针移动摩擦，摩擦幅度0.1～0.2mm，摩擦移动3～5秒；再后来，芯片底部四周出现均匀的金硅共熔界面时，将芯片平移3-4mm；再往后，垂直抬起操作手柄，芯片背面金属化完成。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤一之后，执行步骤二，首先，将伺服放大器和/或表头组件作为负载，其输入端通过电流保护电路与开关电源输出端电连接；然后，通过稳压二极管1IC1设定基准电压，通过电阻1R6、1R12用来设置放大器1A1采集到的电位的放大倍数，通过电阻1R15、电容1C6用来设置保护延迟时间，通过二极管1D1、电容1C5、电阻1R10设置Mos管1Q2开关频率；
步骤三，首先，当启动开关电源时，输出电流高于设定电流，电源模块输出回路过流，取样电阻1R2采集到电位经过第一放大器1A1放大后，在第二比较器1A2同基准电位比较，通过电阻1R15、电容1C6的延迟功能使得同相端电位升高，当高于反向端电位时，第二比较器1A2输出高电平驱动三极管1Q3，使MOS管1Q2栅极对地导通，MOS管漏极源极关断，电源模块输出与负载断开；然后，当在电源模块正常工作时，由于第二比较器1A2的同相端有延迟功能，同相端电位会升高速度降低，负载工作。
负载工作时候，执行步骤四，
首先，双路稳压电路给前置变换电路U1供电，偏置电路进行电路偏置，三角波发生器输出三角波，通过电流积分器进行积分；然后，积分信号通过运算放大器放大后输出给跨导补偿放大器U4，跨导补偿放大器U4把加在其输入端的电压变换成输出电流的电路；其次，跨导补偿放大器U4通过反馈阻容网络调节，使得跨导补偿放大器U4、力矩传感器L1、跨导补偿放大器U4错开电流信号最低点，同时，反馈阻容网络调节将反馈信息传递给运算放大器，同时，第二路输出给力矩传感器L1；再次，力矩传感器L1将产生的反馈信号通过差动电容组件反馈输入给三角波发生器，实现对力矩传感器L1的闭环控制。
本发明通过应用合理的电路拓扑结构，使电路有足够的输出电流，提高功率驱动能力，产生加矩效应，满足电路动态性能。应用保护电路，接入 2 个二极管提供一放电回路，防止短路或外界干扰引起的功放输出级过载。电路采用复合管芯片的形式，严格实现PN结的结深度和离子注入等工艺方式，提高电路高温性能。将稳压电路设计为电阻分压式，加大稳压电路功率；将跨导补偿放大器芯片厚度减薄到200µm。能够满足高温185℃环境温度要求。通过以上措施，解决高温环境加速度计伺服电路故可靠性低、障率高问题；
本发明伺服放大器通过集成32位A/D转换电路，将加速度计输出的模拟信号线性高精度转换为数字信号输出，实现小型化、高集成度、高精度数字信号输出。
高温环境加速度计伺服电路故可靠性低、障率高；
填补市场无一体化数字输出加速度计伺服电路、小型化产品空白。
本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
附图说明
图1是本发明主电路的框图。
图2是本发明主电路的结构示意图。
图3是本发明电源过流保护电路的框图。
图4是本发明电源过流保护电路的结构示意图。
具体实施方式
如图1-4，本发明包括形成闭环实现的伺服放大器以及表头组件；
表头组件包括力矩器组件以及差动电容组件；
力矩器组件包括力矩传感器L1；
伺服放大器包括前置变换电路U1、用于给前置变换电路U1供电的双路稳压电路、反馈阻容网络、以及跨导补偿放大器U4；
前置变换电路U1包括运算放大器、电流积分器、用于检测电容差的差动电容检测器、以及三角波发生器；三角波发生器包括输出电路、恒流源以及偏置电路；
三角波发生器通过电容检测器输出三角波信号，通过电流积分器进行积分，积分信号通过运算放大器放大后输出给跨导补偿放大器U4，跨导补偿放大器U4分三路，第一路通过反馈阻容网络调节，使得跨导补偿放大器U4、力矩传感器L1、跨导补偿放大器U4错开电流信号最低点，反馈阻容网络调节将反馈信息传递给运算放大器；第二路输出给力矩传感器L1，力矩传感器L1将产生的反馈信号通过差动电容组件反馈输入给三角波发生器，实现对力矩传感器L1的闭环控制；从而实现对加速计伺服调整控制，避免受到外界干扰。
第三路输出依次经过电阻采样电路、低通滤波电路、电位平移电路、A/D采样电路通过I2C总线输出，I2C总线输入端连接有用于检测温度数据的温度采样；
对于伺服放大器的工艺版图上的晶体管对称设置；
运算放大器电连接有进行电路补偿的三极管；
双路稳压电路包括正稳压电路单元与负稳压电路单元；
正稳压电路单元连接有包括滤波电容C12、C13的电路、外界正电源通过二极管D1接入正稳压电路单元的输入端；
负稳压电路单元连接有包括滤波电容C14、C15的电路、外界负电源通过二极管D2反接入正稳压电路单元的输入端；
差动电容检测器通过限流电阻R1后接入检测端TE自检电压信号；
反馈阻容网络包括电阻R3-R7、以及电容C8-C9；
电阻R6与电容C9组成输入谐振电路，电阻R4与电容C8组成输出谐振电路，
电阻R5连接在跨导补偿放大器U4与运算放大器之间，电阻R5输入端通过并联的输入谐振电路与电阻R7接地，电阻R5输出端通过并联的输出谐振电路与电阻R3接地；
前置变换电路U1、跨导补偿放大器U4的集成电路芯片采用焊接方式背银；
芯片按背面工艺可以分为，背面金属化芯片、背面无金属化芯片。背面金属化芯片可以焊接或粘接，而背面无金属化芯片背面是硅只能粘接。但是对于高温环境，不适用与粘接，只能焊接，因此需要焊接的芯片需要背面必须金属化。 本发明的使用为芯片使用单位增加一种新的芯片背面金属化工艺，将前置变换电路U1、跨导补偿放大器U4使用焊接工艺的芯片，变为可焊接的芯片；包括以下步骤，
首先，将共晶焊机热台温度升到450℃；然后，将表面已镀银的金属基板放在已升温的共晶焊机加热台上，金属基板镀银厚度2µm-5µm；其次，将需要背面金属化的芯片及托盘放置在共晶焊机物料台上；再次，移动共晶焊机热台使芯片托盘出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持镊子位于芯片正上方，向下移动使夹持镊子右片槽口压在芯片边上，同时按下手柄按钮使镊子夹住芯片，镊子夹持芯片厚度1/2-2/3处，移动操作手柄抬高夹持镊子；紧接着，移动共晶热台使镀银金属基板出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持芯片对准镀银金属基板并下落使芯片压在金属基板上，同时实现操作手柄使芯片背面相对于焊盘作顺时针移动摩擦，摩擦幅度0.1～0.2mm，摩擦移动3～5秒；再后来，芯片底部四周出现均匀的金硅共熔界面时，将芯片平移3-4mm；再往后，垂直抬起操作手柄，芯片背面金属化完成。.
该方法为一种新的背面金属化工艺，采用共晶焊机将背面无金属化的芯片通过金属化，将不适合该焊接工艺的芯片转换成可以可焊接芯片。采用共晶焊工艺将芯片背面硅层表面进行金属化，将不可焊接的芯片变为可焊接的芯片，该方法投入小，方法简单，可操作性强。解决芯片使用单位部分迫切需求。
跨导补偿放大器是用来把加在其输入端的电压变换成输出电流的电路。通过合理地设计工作点的偏置降低芯片的静态功耗，输出级采用复合管的形式提高输出电流的能力；为保证电路的温度特性，工艺版图设计晶体管时图形基本对称，同类型的晶体管之间也会有一定的偏差，温度性能不易保证，为使跨导放大电路具有较好的温度特性，电路中采用三极管进行电路补偿，这样减少了电路的温度漂移。为满足高温185℃环境温度要求，将伺服电路中前置变换电路芯片和跨导补偿放大器芯片减薄，工艺采用焊接的方式。高温A/D转换电路采用32位A/D转换芯片实现高精度A/D转换。
伺服放大器和/或表头组件作为负载，其输入端通过电流保护电路与开关电源输出端电连接；
电流保护电路包括串联在电源模块输出回路中的MOS管1Q2与取样电阻1R2、与MOS管1Q2一端脚电连接的电流输出端Vo、第一放大器1A1、第二比较器1A2、稳压二极管1IC1、分压电阻1R8、1R9，三极管1Q3、供电电路、
供电电路包括输入端Vcc、电阻1R1、电容1CI、三端稳压器1DZ
外接电输入端Vcc通过电阻1R1与电容1CI的谐振给三端稳压器1DZ供电，三端稳压器1DZ给第二比较器1A2供电，三端稳压器1DZ通过反压电阻1R8给MOS管1Q2栅极供电，MOS管1Q2栅极通过电阻1R11接地；
MOS管1Q2另一端脚电连接取样电阻1R2，MOS管1Q2另一端还通过电阻1R5电容1C3的谐振电路接第一放大器1A1的正向端，第一放大器1A1的反向端通过电阻1R6接地，在第一放大器1A1的反向端与输出端电连接有电阻1R12，
第一放大器1A1输出端通过电阻1R15与电容1C6的用于来设置保护延迟时间的谐振电路接第二比较器1A2的正向端，第二比较器1A2的反向端通过稳压二极管1IC1接地；
第二比较器1A2输出端通过二极管1D1输出端两路，一路通过电阻1R10接三极管1Q3的基极，一路通过电容1C5接三极管1Q3的发射极，三极管1Q3的集电极接MOS管1Q2的栅极。
本设计是将MOS管1Q2和取样电阻1R2串联在电源模块输出回路中，将采集的电位通过放大器1A1 、1A2 LM258放大后再与TLVH431提供的基准比较，来实现三极管1Q3的开关，从而实现MOS管1Q2的开关。其中三端稳压器1DZ 78L12为LM258、TLVH431供电和为MOS管1Q2提供栅极驱动电压；1R8、1R11用来设置1Q2栅极电压大小； LM258是由两个独立的运算放大器组成，第一部分实现放大功能，第二部分实现电压比较功能；1R6、1R12用来设置采集到的电位的放大倍数；1R15、1C6用来设置保护延迟时间，防止加容性负载时瞬间电流大电路误保护；1D1、1C5、1R10用来设置1Q2开关频率，防止1Q2开关频率过快而烧毁。
当电源模块输出回路过流时，取样电阻1R2采集到电位经过LM258第一部分放大后，在第二部分同TLVH431提供的基准电位比较，由于延迟功能同相端电位会缓慢升高，当高于反向端电位时，LM258会输出高电平驱动三极1Q3，使MOS管1Q2栅极对地导通，漏极源极关断，电源模块输出与负载断开。在电源模块正常工作时加容性负载，加载瞬间输出电流大，由于LM258比较器的同相端有延迟功能，同相端电位会缓慢升高，所以加容性负载时不会触发保护。
LM258第一部分运放输出端和第二部分运放同相端之间的1R15、1C6起延迟作用，可有效避免模块加容性负载时误保护； LM258第二部分运放输出端与三极管基极之间的1D1、1R10、1C5可有效实现三极管集电极和发射极的通断频率。
本实施例的高温石英挠性加速度计伺服电路的实现方法，包括以下步骤；
步骤一，前置变换电路U1、跨导补偿放大器U4的集成电路芯片采用焊接方式背银；首先，将共晶焊机热台温度升到450℃；然后，将表面已镀银的金属基板放在已升温的共晶焊机加热台上，金属基板镀银厚度2µm-5µm；其次，将需要背面金属化的芯片及托盘放置在共晶焊机物料台上；再次，移动共晶焊机热台使芯片托盘出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持镊子位于芯片正上方，向下移动使夹持镊子右片槽口压在芯片边上，同时按下手柄按钮使镊子夹住芯片，镊子夹持芯片厚度1/2-2/3处，移动操作手柄抬高夹持镊子；紧接着，移动共晶热台使镀银金属基板出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持芯片对准镀银金属基板并下落使芯片压在金属基板上，同时实现操作手柄使芯片背面相对于焊盘作顺时针移动摩擦，摩擦幅度0.1～0.2mm，摩擦移动3～5秒；再后来，芯片底部四周出现均匀的金硅共熔界面时，将芯片平移3-4mm；再往后，垂直抬起操作手柄，芯片背面金属化完成。
在步骤一之后，执行步骤二，首先，将伺服放大器和/或表头组件作为负载，其输入端通过电流保护电路与开关电源输出端电连接；然后，通过稳压二极管1IC1设定基准电压，通过电阻1R6、1R12用来设置放大器1A1采集到的电位的放大倍数，通过电阻1R15、电容1C6用来设置保护延迟时间，通过二极管1D1、电容1C5、电阻1R10设置Mos管1Q2开关频率；
步骤三，首先，当启动开关电源时，输出电流高于设定电流，电源模块输出回路过流，取样电阻1R2采集到电位经过第一放大器1A1放大后，在第二比较器1A2同基准电位比较，通过电阻1R15、电容1C6的延迟功能使得同相端电位升高，当高于反向端电位时，第二比较器1A2输出高电平驱动三极管1Q3，使MOS管1Q2栅极对地导通，MOS管漏极源极关断，电源模块输出与负载断开；然后，当在电源模块正常工作时，由于第二比较器1A2的同相端有延迟功能，同相端电位会升高速度降低，负载工作。
负载工作时候，执行步骤四，
首先，双路稳压电路给前置变换电路U1供电，偏置电路进行电路偏置，三角波发生器输出三角波，通过电流积分器进行积分；然后，积分信号通过运算放大器放大后输出给跨导补偿放大器U4，跨导补偿放大器U4把加在其输入端的电压变换成输出电流的电路；其次，跨导补偿放大器U4通过反馈阻容网络调节，使得跨导补偿放大器U4、力矩传感器L1、跨导补偿放大器U4错开电流信号最低点，同时，反馈阻容网络调节将反馈信息传递给运算放大器，同时，第二路输出给力矩传感器L1；再次，力矩传感器L1将产生的反馈信号通过差动电容组件反馈输入给三角波发生器，实现对力矩传感器L1的闭环控制。
Claims (1)
1.一种高温石英挠性加速度计伺服电路的实现方法，其特征在于:借助于高温石英挠性加速度计伺服电路，其特征在于：包括形成闭环实现的伺服放大器以及表头组件；
表头组件包括力矩器组件以及差动电容组件；
力矩器组件包括力矩传感器L1；
伺服放大器包括前置变换电路U1、用于给前置变换电路U1供电的双路稳压电路、反馈阻容网络、以及跨导补偿放大器U4；
前置变换电路U1包括运算放大器、电流积分器、用于检测电容差的差动电容检测器、以及三角波发生器；三角波发生器包括输出电路、恒流源以及偏置电路；
三角波发生器通过差动电容检测器输出三角波信号，通过电流积分器进行积分，积分信号通过运算放大器放大后输出给跨导补偿放大器U4，跨导补偿放大器U4分三路，第一路通过反馈阻容网络调节，使得跨导补偿放大器U4、力矩传感器L1、跨导补偿放大器U4错开电流信号最低点，反馈阻容网络调节将反馈信息传递给运算放大器；第二路输出给力矩传感器L1，力矩传感器L1将产生的反馈信号通过差动电容组件反馈输入给三角波发生器，实现对力矩传感器L1的闭环控制；包括以下步骤；
步骤一，前置变换电路U1、跨导补偿放大器U4的集成电路芯片采用焊接方式背银；首先，将共晶焊机加热台温度升到450℃；然后，将表面已镀银的金属基板放在已升温的共晶焊机加热台上，金属基板镀银厚度2µm-5µm；其次，将需要背面金属化的芯片及托盘放置在共晶焊机物料台上；再次，移动共晶焊机加热台使芯片托盘出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持镊子位于芯片正上方，向下移动使夹持镊子右片槽口压在芯片边上，同时按下手柄按钮使镊子夹住芯片，镊子夹持芯片厚度1/2-2/3处，移动操作手柄抬高夹持镊子；紧接着，移动共晶热台使镀银金属基板出现在显微镜视野内，移动操作手柄使夹持芯片对准镀银金属基板并下落使芯片压在金属基板上，同时实现操作手柄使芯片背面相对于焊盘作顺时针移动摩擦，摩擦幅度0.1～0.2mm，摩擦移动3～5秒；再后来，芯片底部四周出现均匀的金硅共熔界面时，将芯片平移3-4mm；再往后，垂直抬起操作手柄，芯片背面金属化完成；
在步骤一之后，执行步骤二，首先，将伺服放大器和/或表头组件作为负载，其输入端通过电流保护电路与开关电源输出端电连接；然后，通过稳压二极管1IC1设定基准电压，通过电阻1R6、1R12用来设置第一放大器1A1采集到的电位的放大倍数，通过电阻1R15、电容1C6用来设置保护延迟时间，通过二极管1D1、电容1C5、电阻1R10设置Mos管1Q2开关频率；
步骤三，首先，当启动开关电源时，输出电流高于设定电流，电源模块输出回路过流，取样电阻1R2采集到电位经过第一放大器1A1放大后，在第二比较器1A2同基准电位比较，通过电阻1R15、电容1C6的延迟功能使得同相端电位升高，当高于反向端电位时，第二比较器1A2输出高电平驱动三极管1Q3，使MOS管1Q2栅极对地导通，MOS管漏极源极关断，电源模块输出与负载断开；然后，当在电源模块正常工作时，由于第二比较器1A2的同相端有延迟功能，同相端电位会升高速度降低，负载工作；
负载工作时候，执行步骤四，
首先，双路稳压电路给前置变换电路U1供电，偏置电路进行电路偏置，三角波发生器输出三角波，通过电流积分器进行积分；然后，积分信号通过运算放大器放大后输出给跨导补偿放大器U4，跨导补偿放大器U4把加在其输入端的电压变换成输出电流的电路；其次，跨导补偿放大器U4通过反馈阻容网络调节，使得跨导补偿放大器U4、力矩传感器L1、跨导补偿放大器U4错开电流信号最低点，同时，反馈阻容网络调节将反馈信息传递给运算放大器，同时，第二路输出给力矩传感器L1；再次，力矩传感器L1将产生的反馈信号通过差动电容组件反馈输入给三角波发生器，实现对力矩传感器L1的闭环控制。
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|---|---|---|---|---|
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| CN112858722A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-28 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种挠性加速度计的饱和故障筛选装置 |
| CN115932326B (zh) * | 2023-01-09 | 2023-08-11 | 保定开拓精密仪器制造有限责任公司 | 一种石英挠性加速度计伺服电路 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5723790A (en) * | 1995-02-27 | 1998-03-03 | Andersson; Gert | Monocrystalline accelerometer and angular rate sensor and methods for making and using same |
| JP2008122304A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Matsushita Electric Works Ltd | 静電容量式加速度センサ |
| CN101266260A (zh) * | 2008-04-03 | 2008-09-17 | 中国航天时代电子公司第七七一研究所 | 一种石英加速度计的伺服电路 |
| CN204495851U (zh) * | 2015-04-09 | 2015-07-22 | 陕西航晶微电子有限公司 | 一种高温石英挠性加速度计伺服电路 |
| CN104934336A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-09-23 | 华东光电集成器件研究所 | 一种芯片共晶焊接方法 |
| CN205139170U (zh) * | 2015-11-06 | 2016-04-06 | 青岛航天半导体研究所有限公司 | 一种加速度计伺服电路 |
| CN207281096U (zh) * | 2017-10-19 | 2018-04-27 | 北京永乐华航精密仪器仪表有限公司 | 温补型石英加速度计 |
| CN109186638A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-11 | 西安微电子技术研究所 | 一种电流标度因数可控的加速度计伺服电路及其制造工艺 |
| CN209656731U (zh) * | 2019-04-23 | 2019-11-19 | 青岛航天半导体研究所有限公司 | 一种石英挠性加速度计数字输出伺服电路 |
| CN110579626A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-17 | 西安微电子技术研究所 | 微型金属全密封石英挠性加速度计伺服电路及其加工方法 |
-
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5723790A (en) * | 1995-02-27 | 1998-03-03 | Andersson; Gert | Monocrystalline accelerometer and angular rate sensor and methods for making and using same |
| JP2008122304A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Matsushita Electric Works Ltd | 静電容量式加速度センサ |
| CN101266260A (zh) * | 2008-04-03 | 2008-09-17 | 中国航天时代电子公司第七七一研究所 | 一种石英加速度计的伺服电路 |
| CN204495851U (zh) * | 2015-04-09 | 2015-07-22 | 陕西航晶微电子有限公司 | 一种高温石英挠性加速度计伺服电路 |
| CN104934336A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-09-23 | 华东光电集成器件研究所 | 一种芯片共晶焊接方法 |
| CN205139170U (zh) * | 2015-11-06 | 2016-04-06 | 青岛航天半导体研究所有限公司 | 一种加速度计伺服电路 |
| CN207281096U (zh) * | 2017-10-19 | 2018-04-27 | 北京永乐华航精密仪器仪表有限公司 | 温补型石英加速度计 |
| CN109186638A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-11 | 西安微电子技术研究所 | 一种电流标度因数可控的加速度计伺服电路及其制造工艺 |
| CN209656731U (zh) * | 2019-04-23 | 2019-11-19 | 青岛航天半导体研究所有限公司 | 一种石英挠性加速度计数字输出伺服电路 |
| CN110579626A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-17 | 西安微电子技术研究所 | 微型金属全密封石英挠性加速度计伺服电路及其加工方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 共晶台摩擦功能及主要参数的研究;刘瑞霞;王晓雷;晁宇晴;袁永举;;电子工业专用设备(第11期) * |
| 微波GaAs功率芯片的低空洞率真空焊接技术研究;李孝轩;胡永芳;禹胜林;严伟;徐骏善;;电子与封装(第06期) * |
| 混合集成电路组装中的共晶焊技术;杨宗亮;俸绪群;;电子测试(第15期) * |
| 薄膜基板芯片共晶焊技术研究;巫建华;;电子与封装(第06期) * |
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