一種微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微機(jī)械水平橫向振動加速度開關(guān)，涉及微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，由絕緣襯底、錨點(diǎn)、凸臺型結(jié)構(gòu)、觸頭、折疊梁和檢測質(zhì)量塊組成。所述錨點(diǎn)位于檢測質(zhì)量塊的水平縱向方向兩側(cè)，固定于絕緣襯底上，通過折疊梁與檢測質(zhì)量塊連接，使折疊梁和檢測質(zhì)量塊懸空于絕緣襯底上方；所述觸頭包括固定觸頭和可動觸頭；所述固定觸頭位于檢測質(zhì)量塊的水平橫向方向兩側(cè)，固定于絕緣襯底上；所述可動觸頭與檢測質(zhì)量塊為一體結(jié)構(gòu)，位于檢測質(zhì)量塊的水平橫向方向兩側(cè)，為凸起的臺階；所述凸臺型結(jié)構(gòu)與檢測質(zhì)量塊為一體結(jié)構(gòu)，位于檢測質(zhì)量塊的水平縱向方向兩側(cè)，為凸起的臺階。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，可有效改善加速度開關(guān)的接觸性能，提高加速度開關(guān)的閉合閾值精度以及抗沖擊性能，在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到微機(jī)械加速度開關(guān)，特別是微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)，屬于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著MEMS (Micro-Electro-Mechanical System,微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展,基于MEMS技術(shù)的微機(jī)械加速度開關(guān)具有體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于汽車安全氣囊、安保系統(tǒng)、導(dǎo)彈引信、貨物運(yùn)輸、碰撞記錄等領(lǐng)域。應(yīng)用環(huán)境的廣泛性和復(fù)雜性對微機(jī)械加速度開關(guān)的接觸性能和可靠性提出了非常高的要求。微機(jī)械加速度開關(guān)的接觸性能包括響應(yīng)時(shí)間和接觸時(shí)間以及接觸的穩(wěn)定性，現(xiàn)有技術(shù)主要的關(guān)注點(diǎn)在于如何延長接觸時(shí)間和提高接觸的穩(wěn)定性。例如，通過制備彈性梁結(jié)構(gòu)的固定電極或在剛性襯底上制備弧形金屬薄膜電極可以使開關(guān)的兩電極產(chǎn)生彈性接觸，較好的延長接觸時(shí)間以及避免彈跳接觸的發(fā)生。但這種彈性接觸使得兩電極之間的間隙難以準(zhǔn)確控制，影響開關(guān)的閉合閾值精度。通過準(zhǔn)確控制開關(guān)兩電極之間的間隙，精確設(shè)計(jì)開關(guān)振動時(shí)的粘滯阻尼可以顯著的縮短響應(yīng)時(shí)間，延長接觸時(shí)間以及避免彈跳接觸的發(fā)生，是提高開關(guān)接觸性能的一個(gè)新的研究方向。專利“一種微機(jī)械加速度開關(guān)”(申請?zhí)?01110188259.X)提出了這一種思想，但現(xiàn)有的MEMS技術(shù)還不能準(zhǔn)確控制豎直方向排列的兩電極之間的間隙，使得制備出的微機(jī)械縱向振動加速度開關(guān)的閉合閾值精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)，不僅改善開關(guān)的接觸性能，同時(shí)也提高開關(guān)的閉合閾值精度和抗沖擊能力。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)，包括:絕緣襯底、錨點(diǎn)、凸臺型結(jié)構(gòu)、觸頭、折疊梁和檢測質(zhì)量塊。其技術(shù)特征在于:檢測質(zhì)量塊懸空于絕緣襯底上方；折疊梁為水平方向一折或多折結(jié)構(gòu)，一端與檢測質(zhì)量塊連接，位于檢測質(zhì)量塊的水平縱向方向兩側(cè)，懸空于絕緣襯底上方；錨點(diǎn)位于檢測質(zhì)量塊的水平縱向方向兩側(cè)，固定于絕緣襯底上，通過折疊梁與檢測質(zhì)量塊連接；凸臺型結(jié)構(gòu)與檢測質(zhì)量塊為一體結(jié)構(gòu)，為檢測質(zhì)量塊的水平縱向方向兩側(cè)凸起的臺階；錨點(diǎn)和凸臺型結(jié)構(gòu)組成開關(guān)橫向非敏感振動方向的過載保護(hù)結(jié)構(gòu)；觸頭包括固定觸頭和可動觸頭，固定觸頭位于檢測質(zhì)量塊的水平橫向方向兩側(cè)，固定于絕緣襯底上，可動觸頭與檢測質(zhì)量塊為一體結(jié)構(gòu)，為檢測質(zhì)量塊的水平橫向方向兩側(cè)凸起的臺階；固定觸頭上方以及正對可動觸頭一側(cè)制備有金屬層，作為開關(guān)的固定電極；可動觸頭正對固定觸頭的一側(cè)以及檢測質(zhì)量塊、折疊梁和錨點(diǎn)的上方制備有金屬層，作為開關(guān)的可動電極。
[0005]當(dāng)開關(guān)受到水平橫向方向足夠大的激勵時(shí)，檢測質(zhì)量塊作為敏感單元感應(yīng)外界激勵，帶動可動觸頭和折疊梁向固定觸頭運(yùn)動，當(dāng)可動觸頭和固定觸頭接觸時(shí)，開關(guān)閉合；當(dāng)開關(guān)受到水平橫向向的激勵過大時(shí)，固定觸頭和可動觸頭組成過載保護(hù)結(jié)構(gòu)；當(dāng)開關(guān)受到水平縱向向的激勵過大時(shí)，錨點(diǎn)和凸臺型結(jié)構(gòu)組成過載保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0006]優(yōu)選的，所述開關(guān)結(jié)構(gòu)關(guān)于絕緣襯底的水平橫向和水平縱向?yàn)檩S對稱結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選的，固定觸頭和可動觸頭為水平橫向排列，可以精確控制兩觸頭之間的間隙。
[0008]優(yōu)選的，凸臺型結(jié)構(gòu)與檢測質(zhì)量塊為一體結(jié)構(gòu)，為檢測質(zhì)量塊的水平縱向方向兩側(cè)凸起的臺階。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、開關(guān)結(jié)構(gòu)關(guān)于絕緣襯底的水平橫向和水平縱向?yàn)檩S對稱結(jié)構(gòu)，可以顯著提高開關(guān)的抗干擾能力。
[0010]2、錨點(diǎn)和凸臺型結(jié)構(gòu)、固定觸頭和可動觸頭均組成開關(guān)的過載保護(hù)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了開關(guān)的結(jié)構(gòu)。
[0011]3、固定觸頭和可動觸頭為水平橫向排列，現(xiàn)有的MEMS技術(shù)可以精確控制兩觸頭之間的間隙，從而精確調(diào)節(jié)開關(guān)振動時(shí)的粘滯阻尼，有效的改善了開關(guān)的接觸性能，提高了開關(guān)閉合閾值精度。
[0012]4、可動觸頭為檢測質(zhì)量塊的水平橫向方向兩側(cè)凸起的臺階，用來調(diào)節(jié)兩電極接觸面積的大小，可有效避免開關(guān)因兩電極之間的靜電力或黏附力等引起的失效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的一種微機(jī)械水平橫向振動加速度開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0015]參見圖1，微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)包括絕緣襯底1，固定觸頭2，錨點(diǎn)3，凸臺型結(jié)構(gòu)4，折疊梁5，檢測質(zhì)量塊6，可動觸頭7。
[0016]檢測質(zhì)量塊6懸空于絕緣襯底I上，錨點(diǎn)3分布于檢測質(zhì)量塊6的水平縱向方向兩偵牝固定于絕緣襯底I上。折疊梁5的折數(shù)和個(gè)數(shù)均為4，水平彎折，懸空于絕緣襯底I上，兩端分別連接于錨點(diǎn)3和檢測質(zhì)量塊6的水平橫向方向兩側(cè)的4個(gè)角連接。檢測質(zhì)量塊6的水平縱向方向兩端凸起的凸臺型結(jié)構(gòu)4與錨點(diǎn)3之間留有一定的間隙，它們組成開關(guān)橫向非敏感方向過載保護(hù)結(jié)構(gòu)。固定觸頭2分布于檢測質(zhì)量塊6的水平橫向方向兩側(cè)，固定于絕緣襯底I上。可動觸頭7與檢測質(zhì)量塊6為一體結(jié)構(gòu)，為檢測質(zhì)量塊6的水平橫向方向兩側(cè)凸起的臺階。固定觸頭2可動觸頭7之間留有一定的間隙，用來調(diào)節(jié)它們之間空氣膜的厚度。固定觸頭2上方以及正對可動觸頭7 —側(cè)制備有金屬層，作為開關(guān)的固定電極?？蓜佑|頭7正對固定觸頭2的一側(cè)以及檢測質(zhì)量塊6、折疊梁5和錨點(diǎn)3的上方制備有金屬層，作為開關(guān)的可動電極。
[0017]絕緣襯底I采用玻璃襯底。固定觸頭2、錨點(diǎn)3、凸臺型結(jié)構(gòu)4、折疊梁5、檢測質(zhì)量塊6、可動觸頭7為硅材料制成，它們和電極金屬層采用光刻、刻蝕、濺射、剝離等標(biāo)準(zhǔn)MEMS技術(shù)制備而成，并通過陽極鍵合技術(shù)與玻璃襯底組成開關(guān)結(jié)構(gòu)。
[0018]當(dāng)開關(guān)受到水平橫向方向足夠大的激勵時(shí)，檢測質(zhì)量塊6作為敏感單元感應(yīng)外界激勵,帶動可動觸頭7和折疊梁5向固定觸頭2運(yùn)動，當(dāng)可動觸頭7和固定觸頭2接觸時(shí)，開關(guān)閉合。通過精確控制可動觸頭7和固定觸頭2之間的間隙，可以調(diào)節(jié)可動觸頭7和固定觸頭2之間的空氣膜厚度，設(shè)定開關(guān)橫向敏感方向振動時(shí)的粘滯阻尼，進(jìn)而根據(jù)激勵加速度的大小得到開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間、接觸時(shí)間以及閉合閾值。
[0019]當(dāng)開關(guān)受到水平橫向向的激勵過大時(shí)，固定觸頭2和可動觸頭7組成開關(guān)橫向敏感振動方向過載保護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)開關(guān)受到水平縱向向的激勵過大時(shí)，凸臺型結(jié)構(gòu)4與錨點(diǎn)3組成開關(guān)橫向非敏感振動方向過載保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0020]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微機(jī)械水平橫向振動加速度開關(guān)，其特征在于，包括絕緣襯底、錨點(diǎn)、凸臺型結(jié)構(gòu)、觸頭、折疊梁和檢測質(zhì)量塊； 所述檢測質(zhì)量塊懸空于絕緣襯底上方； 所述折疊梁為水平方向一折或多折結(jié)構(gòu)，位于檢測質(zhì)量塊的水平橫向方向兩側(cè)，一端與檢測質(zhì)量塊連接，另一端與錨點(diǎn)連接，懸空于絕緣襯底上方； 所述錨點(diǎn)位于檢測質(zhì)量塊的水平縱向方向兩側(cè)，固定于絕緣襯底上，通過折疊梁與檢測質(zhì)量塊連接； 所述觸頭包括固定觸頭和可動觸頭； 所述固定觸頭位于檢測質(zhì)量塊的水平橫向方向兩側(cè)，固定于絕緣襯底上；固定觸頭上方以及正對可動觸頭一側(cè)制備有電極金屬層，作為開關(guān)的固定電極； 所述可動觸頭與檢測質(zhì)量塊為一體結(jié)構(gòu)，為檢測質(zhì)量塊的水平橫向方向兩側(cè)凸起的臺階，與固定觸頭之間留有間隙，構(gòu)成開關(guān)結(jié)構(gòu)，并同時(shí)與固定觸頭組成開關(guān)橫向敏感方向的過載保護(hù)結(jié)構(gòu)；可動觸頭正對固定觸頭的一側(cè)以及檢測質(zhì)量塊、折疊梁和錨點(diǎn)的上方制備有電極金屬層，作為開關(guān)的可動電極； 所述凸臺型結(jié)構(gòu)與檢測質(zhì)量塊為一體結(jié)構(gòu)，為檢測質(zhì)量塊的水平縱向方向兩側(cè)凸起的臺階，與錨點(diǎn)之間留有間隙，與錨點(diǎn)組成開關(guān)橫向非敏感振動方向的過載保護(hù)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)，其特征在于:所述開關(guān)相對于所述絕緣襯底水平橫向和水平縱向?yàn)檩S對稱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)，其特征在于:所述檢測質(zhì)量塊為長方體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)，其特征在于:折疊梁為線性彈性梁結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械橫向振動加速度開關(guān)，其特征在于:所述絕緣襯底采用玻璃襯底，固定觸頭、錨點(diǎn)、凸臺型結(jié)構(gòu)、折疊梁、檢測質(zhì)量塊、可動觸頭為硅材料制成，它們和電極金屬層采用MEMS技術(shù)制備而成，并通過陽極鍵合技術(shù)與玻璃襯底組成開關(guān)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01H35/14GK103594283SQ201310614546
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】溫志渝, 彭迎春, 袁成偉, 李東玲, 佘引 申請人:重慶大學(xué)