專利名稱：水銀式微機(jī)械慣性開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域中的一種水銀式微機(jī)械慣性開關(guān)器件，特別適用于炮彈、導(dǎo)彈引信上作引信保險開關(guān)及作民用產(chǎn)品的慣性開關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
在軍事及汽車、照相機(jī)、玩具、鼠標(biāo)等民用產(chǎn)品領(lǐng)域都需要大量應(yīng)用慣性開關(guān)。研制性能更好、可靠性更高、價格更低的慣性開關(guān)一直是人們追求的目標(biāo)。目前特別在炮彈、導(dǎo)彈上常采用慣性開關(guān)作為引信的保險開關(guān)，現(xiàn)在炮彈、導(dǎo)彈上的引信保險慣性開關(guān)采用由質(zhì)量塊、掛鉤、彈簧等機(jī)械結(jié)構(gòu)組合的無源慣性開關(guān)，這種機(jī)械結(jié)構(gòu)式無源慣性開關(guān)其主要不足是體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性能差，制造困難，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題就是提供一種半導(dǎo)體無源結(jié)構(gòu)的水銀式微機(jī)械慣性開關(guān)，且本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝簡易，成本價格低廉，可靠性好，體積小，重量輕等特點(diǎn)。
本實用新型所要解決的技術(shù)問題由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的它包括底晶片1、1至6層中間下晶片2、1至6層中間上晶片3、頂晶片4、絕緣層5至8、水銀腔體9、1至6個空腔體10、溝道11、水銀珠12、電極13、14。其中底晶片1表面上氧化一層絕緣層5結(jié)構(gòu)，絕緣層5上涂一層光刻膠，其上覆蓋掩膜版后經(jīng)光刻、顯影獲得電極13、14的光刻膠窗口，再濺射金屬后剝離光刻膠及其上金屬獲得電極13、14結(jié)構(gòu)。頂晶片4表面上氧化一層絕緣層8結(jié)構(gòu)，1至6層中間下晶片2表面上氧化一層絕緣層6結(jié)構(gòu)，1至6層中間上晶片3表面上氧化一層絕緣層7結(jié)構(gòu)，1至6層中間下晶片2及絕緣層6上光刻腐蝕水銀腔體9、溝道11及1至6個空腔體10，1至6層中間上晶片3及絕緣層7上光刻腐蝕水銀腔體9、溝道11及1至6個空腔體10，1至6層中間下晶片2及絕緣層6的面與底晶片1及絕緣層5、電極13、14的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間上晶片3及絕緣層7的面與頂晶片4及絕緣層8的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間下晶片2另一面與1至6層中間上晶片3另一面用絕緣膠粘接固定安裝，水銀腔體9與1至6個空腔體10通過溝道11貫通構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，水銀腔體9內(nèi)灌注水銀珠12，電極13、14一端裸露在空腔體10內(nèi)，另一端超聲焊接外接引線，底晶片1、1至6層中間下晶片2、1至6層中間上晶片3及頂晶片4切成芯片用環(huán)氧樹脂封裝在半導(dǎo)體器件管殼內(nèi)。
本實用新型相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本實用新型采用水銀珠12在承受設(shè)定的加速度時運(yùn)動使開關(guān)動作，具有傳感器的作用，無源工作，性能可靠。
2.本實用新型結(jié)構(gòu)采用半導(dǎo)體晶片及半導(dǎo)體微加工工藝制作，因此結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝簡易成熟，能極大降低成本，便于批量生產(chǎn)。
3.本實用新型采用半導(dǎo)體晶片制作慣性開關(guān)，因此具有體積小，重量輕，價格低廉，便于制作多種型號規(guī)格結(jié)構(gòu)的慣性開關(guān)。


圖1是本實用新型主視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型俯視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照圖1、圖2，本實用新型由底晶片1、1至6層中間下晶片2、1至6層中間上晶片3、頂晶片4、絕緣層5至8、水銀腔體9、1至6個空腔體10、溝道11、水銀珠12、電極13、14構(gòu)成。其中底晶片1表面上氧化一層絕緣層5結(jié)構(gòu)，頂晶片4表面上氧化一層絕緣層8結(jié)構(gòu)，1至6層中間下晶片2上氧化層絕緣層6結(jié)構(gòu)，1至6層中間上晶片3表面上氧化一層絕緣層7結(jié)構(gòu)，實施例底晶片1、1至6層中間下晶片2、1至6層中間上晶片3、頂晶片4均采用市售晶體切割的單晶硅片制作，絕緣層5至8均采用二氧化硅材料制作絕緣層，制作時采用市場上通用的氧化爐進(jìn)行表面氧化生長絕緣層。絕緣層5上右端光刻濺射金屬剝離出電極13、14，實施例制作過程如下首先絕緣層5上在通用的EM5026A型光刻機(jī)中光刻出電極13、14形狀，然后用濺射工藝采用通用的磁控濺射臺在底晶片1及絕緣層5上覆蓋金屬，一般覆蓋金屬采用多層復(fù)合金屬材料，再用剝離工藝采用H66025型超聲波發(fā)生器剝離掉無用金屬獲得金屬電極13、14。
本實用新型在1至6層中間下晶片2及絕緣層6上和1至6層中間上晶片3及絕緣層7上光刻腐蝕出水銀腔體9、1至6個空腔體10、溝道11，制作時中間下晶片2、中間上晶片3的層數(shù)厚度由水銀腔體9、空腔體10、溝道11的深度尺寸設(shè)計而定，空腔體10的個數(shù)由慣性開關(guān)用途規(guī)格設(shè)計而定，實施例采用1層中間下晶片2、1層中間上晶片3和一個空腔體10制作。實施例制作過程如下中間下晶片2及絕緣層6、中間上晶片3及絕緣層7用光刻工藝采用EM5026A型光刻機(jī)刻出正面水銀腔體9、空腔體10和溝道11的形狀，用雙面光刻工藝采用EM5026B型光刻機(jī)刻出背面水銀腔體9、空腔體10和溝道11的形狀，用常規(guī)氫氟酸緩沖液腐蝕掉水銀腔體9、空腔體10和溝道11上的絕緣層6、7，用各向異性腐蝕液EPW型腐蝕液腐蝕水銀腔體9、空腔體10和溝道11中的單晶硅，腐蝕單晶硅到水銀腔體9和空腔體10與溝道11貫通，完成所需的水銀腔體9、空腔體10及溝道11的制作。腐蝕不同大小及深度的水銀腔體9、空腔體10及溝道11的尺寸體積，就可制作不同型號規(guī)格結(jié)構(gòu)的慣性開關(guān)。
本實用新型1至6層中間下晶片2及絕緣層6的面與底晶片1及絕緣層5、電極13、14的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間上晶片3及絕緣層7的面與頂晶片4及絕緣層8的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間下晶片2另一面與1至6層中間上晶片3另一面用絕緣膠粘接固定安裝，使中間上、下晶片3、2中的水銀腔體9與1至6個空腔體10通過溝道11貫通構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)。在水銀腔體9內(nèi)灌注水銀珠12，水銀珠12采用市售水銀材料制作。實施例電極13、14一端裸露在空腔體10內(nèi)，另一端超聲焊接外接引線。底晶片1、中間下晶片2、中間上晶體3及頂晶片4用砂輪劃片機(jī)劃片成管芯芯片結(jié)構(gòu)，用環(huán)氧樹脂封裝在半導(dǎo)體器件管殼內(nèi)。實施例安裝過程如下把底晶片1、中間上下晶片3、2的芯片裝配在半導(dǎo)體器件管殼內(nèi)，管殼內(nèi)側(cè)面涂覆環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂由于毛細(xì)現(xiàn)象進(jìn)入晶片間隙中，將各芯片粘接固定。在水銀腔體9中注滿水銀珠12，用環(huán)氧樹脂將頂晶片14粘合到中間上晶片3上。用金絲超聲焊接將底晶片1上的電極13、14引到半導(dǎo)體器件管殼上，與外接引線搭接連接，再用硅膠密封整個結(jié)構(gòu)及引線及將管殼進(jìn)行封帽，制作成本實用新型開關(guān)器件。
本實用新型工作原理如下水銀腔體9與空腔體10之間由溝道11貫通，空腔體10內(nèi)加工有裸露電極13、14結(jié)構(gòu)，水銀腔體9中管注水銀珠12，當(dāng)該器件承受加速度時，如果達(dá)到一定的閥值，水銀珠12在慣性力作用下離開水銀腔體9通過溝道11運(yùn)動到空腔體10中，將電極13、14接通，達(dá)到開關(guān)作用的目的。
權(quán)利要求1.一種水銀式微機(jī)械慣性開關(guān)，它包括底晶片(1)、頂晶片(4)、絕緣層(5)、(6)、(7)、(8)、電極(13)、(14)，其特征在于還包括1至6層中間下晶片(2)、1至6層中間上晶片(3)、水銀腔體(9)、1至6個空腔體(10)、溝道(11)、水銀珠(12)，其中底晶片(1)表面上氧化一層絕緣層(5)結(jié)構(gòu)、絕緣層(5)上右端光刻濺射金屬剝離出電極(13)、(14)結(jié)構(gòu)，頂晶片(4)表面上氧化一層絕緣層(8)結(jié)構(gòu)，1至6層中間下晶片(2)表面上氧化一層絕緣層(6)結(jié)構(gòu)，1至6層中間上晶片(3)表面上氧化一層絕緣層(7)結(jié)構(gòu)，1至6層中間下晶片(2)及絕緣層(6)上光刻腐蝕水銀腔體(9)、溝道(11)及1至6個空腔體(10)，1至6層中間上晶片(3)及絕緣層(7)上光刻腐蝕水銀腔體(9)、溝道(11)及1至6個空腔體(10)，1至6層中間下晶片(2)及絕緣層(6)的面與底晶片(1)及絕緣層(5)、電極(13)、(14)的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間上晶片(3)及絕緣層(7)的面與頂晶片(4)及絕緣層(8)的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間下晶片(2)另一面與1至6層中間上晶片(3)另一面用絕緣膠粘接固定安裝，水銀腔體(9)與1至6個空腔體(10)通過溝道(11)貫通構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，水銀腔體(9)內(nèi)灌注水銀珠(12)，電極(13)、(14)一端裸露在空腔體(10)內(nèi)，另一端超聲焊接外接引線，底晶片(1)、1至6層中間下晶片(2)、1至6層中間上晶片(3)及頂晶片(4)切成芯片用環(huán)氧樹脂封裝在半導(dǎo)體器件管殼內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開了一種水銀式微機(jī)械慣性開關(guān),涉及傳感器領(lǐng)域中的一種開關(guān)器件。它由底頂晶片、中間上下晶片、水銀腔體、空腔體、溝道、水銀珠、電極等部件組成。它采用的原理是該器件承受加速度時,當(dāng)達(dá)到一定閥值,水銀腔體中水銀珠通過溝道運(yùn)動到空腔體中接通電極,達(dá)到開關(guān)作用。它具有無源工作、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、成本低、采用微電子加工技術(shù)便于批量生產(chǎn)等特點(diǎn),特別適用于炮彈、導(dǎo)彈引信上作引信慣性保險開關(guān)及作民用產(chǎn)品慣性開關(guān)裝置。
文檔編號H01H35/02GK2499962SQ0125939
公開日2002年7月10日 申請日期2001年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月7日
發(fā)明者呂苗, 趙正平, 鄒學(xué)鋒 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電子第十三研究所