一種低g值微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低g值微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展，以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的微型加速度開關(guān)由于具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗低、隔離度高、抗電磁干擾等顯著優(yōu)點(diǎn)，在汽車安全氣囊、運(yùn)輸過程監(jiān)控、沖擊記錄、引信安全保險機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域有著廣泛且重要的應(yīng)用需求。而應(yīng)用環(huán)境的廣泛性與復(fù)雜性又對微型加速度開關(guān)提出了高可靠、高穩(wěn)定、高性能的要求。傳統(tǒng)的碰撞式開關(guān)雖能提供瞬時的導(dǎo)通信號，但開關(guān)接觸時間短，接觸不穩(wěn)定，很容易受外界環(huán)境的干擾，大大限制了其應(yīng)用范圍。微機(jī)械鎖存開關(guān)可提供永久的閉合信號，但質(zhì)量塊在運(yùn)動過程中需要克服較大的外力來實(shí)現(xiàn)鎖存，一般閾值高達(dá)幾千g，難以滿足低加速度環(huán)境下的使用要求。如北京大學(xué)郭中洋等人研制的微機(jī)械鎖存開關(guān)(A High-G Accelerat1n Latching Switch With Integrated Normally-0pen/Close Paths Independent to the Proof-mass, IEEE SENSORS，2010，Conference)，閉合閾值達(dá)5000g，且由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，折疊梁占據(jù)了較大的空間，使得該結(jié)構(gòu)不適用于低g值鎖存開關(guān)。微機(jī)械鎖存開關(guān)中遇到的另一個問題是接觸電阻大，且觸點(diǎn)容易受外界沖擊或振動的影響，接觸可靠性低。因此，如何設(shè)計(jì)低g值、高可靠性的微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)，是目前迫切需要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種低g值微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)，所述微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、接觸可靠、閉合閾值低。
[0004]本發(fā)明采取如下技術(shù)方案達(dá)到所述目的:
[0005]1、一種低g值微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)，包括一絕緣襯底，一檢測質(zhì)量塊，多個相對于絕緣襯底X軸和Y軸均對稱分布的錨點(diǎn)、觸頭、觸頭支撐梁以及過載保護(hù)結(jié)構(gòu)，四根相對于絕緣襯底X軸和Y軸對稱分布的檢測質(zhì)量塊支撐梁；各錨點(diǎn)固定在絕緣襯底上；
[0006]所述檢測質(zhì)量塊懸空于絕緣襯底上方并通過檢測質(zhì)量塊支撐梁與錨點(diǎn)相連，固定在絕緣襯底上，檢測質(zhì)量塊上設(shè)置有微孔，并在正對絕緣襯底一側(cè)設(shè)置有質(zhì)量塊微柱；
[0007]所述觸頭包括四個動觸頭，四個側(cè)觸頭和四個感應(yīng)觸頭；所述動觸頭與檢測質(zhì)量塊連為一體，側(cè)觸頭和感應(yīng)觸頭位于動觸頭兩側(cè)；所述動觸頭與側(cè)觸頭接觸的一面為球面形狀，與感應(yīng)觸頭接觸的一面為平面形狀；
[0008]所述觸頭支撐梁包括四根感應(yīng)觸頭支撐梁和四根側(cè)觸頭支撐梁，一端與錨點(diǎn)相連固定于絕緣襯底上，另一端分別與相應(yīng)觸頭相連；
[0009]所述檢測質(zhì)量塊支撐梁對稱分布于檢測質(zhì)量塊兩側(cè)，一端固定于錨點(diǎn)，另一端與檢測質(zhì)量塊相連；
[0010]所述過載保護(hù)結(jié)構(gòu)為固定于絕緣襯底上的水平方向過載保護(hù)結(jié)構(gòu)，位于側(cè)觸頭支撐梁和檢測質(zhì)量塊之間，對稱分布于檢測質(zhì)量塊兩側(cè)，并與檢測質(zhì)量塊之間有一定距離。
[0011]優(yōu)選的，所述絕緣襯底為7740玻璃、Si02s高阻硅，厚度為300-500 μ m。
[0012]優(yōu)選的，所述檢測質(zhì)量塊為長方形單晶硅結(jié)構(gòu)，長500-3000 μ m，寬500-3000 μ m，厚 50-450 μm。
[0013]優(yōu)選的，所述質(zhì)量塊微孔為等間距分布在檢測質(zhì)量塊上的邊長10-50 μm的正方形微孔；所述質(zhì)量塊微柱為長500-3000 μ m，寬10-50 μ m，高5-50 μ m的條形微柱。
[0014]優(yōu)選的，所述動觸頭為復(fù)合結(jié)構(gòu)，與側(cè)觸頭接觸部分為1/4球面結(jié)構(gòu)，球半徑為10-100 μ m，與感應(yīng)觸頭接觸部分為斜面結(jié)構(gòu)；動觸頭與感應(yīng)觸頭距離10-100 μ m，與側(cè)觸頭距離10-50 μπι。
[0015]優(yōu)選的，所述觸頭支撐梁均為一端固定的懸臂梁，梁長500-1500 μπι，梁寬5-50 μmD
[0016]優(yōu)選的，所述檢測質(zhì)量塊支撐梁為一折或多折折疊梁，梁厚為10-50 μπι;長梁長500-1500 μm，梁寬5-50 μm ;連接長梁間的短梁長10-100 μm，梁寬10-50 μπι。
[0017]優(yōu)選的，所述過載保護(hù)結(jié)構(gòu)為長方體結(jié)構(gòu)，與檢測質(zhì)量塊距離5-50 μ m。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]1.本發(fā)明所述微機(jī)械鎖存開關(guān)的動觸頭為半球形與楔形復(fù)合結(jié)構(gòu)，與側(cè)觸頭形成線接觸，降低運(yùn)動過程中的能量損失；與感應(yīng)觸頭形成面接觸，減小了接觸電阻，提高接觸的可靠性；
[0020]2.本發(fā)明所述微機(jī)械開關(guān)的檢測質(zhì)量塊、擾性梁、觸頭以及錨點(diǎn)呈完全軸對稱分布，可實(shí)現(xiàn)土 Y方向的雙向鎖存，且同一敏感方向上設(shè)置有對稱的兩個觸頭，抗干擾能力強(qiáng)；
[0021]3.本發(fā)明中檢測質(zhì)量塊支撐梁對稱分布于檢測質(zhì)量塊的兩側(cè)，結(jié)構(gòu)布局更合理，易于實(shí)現(xiàn)低g值鎖存；另外，通過調(diào)整檢測質(zhì)量塊，擾性梁以及各觸頭之間的間隙，可方便調(diào)整閉鎖閾值，閾值范圍更廣，控制更精確；
[0022]4.本發(fā)明中的側(cè)觸頭、感應(yīng)觸頭均采用彈性梁支撐，在接觸過程中始終保持彈性接觸，可有效緩解振動或沖擊的影響，接觸穩(wěn)定可靠；
[0023]5.本發(fā)明在檢測質(zhì)量塊與側(cè)觸頭之間設(shè)置有過載保護(hù)結(jié)構(gòu)，防止檢測質(zhì)量塊在非敏感方向受到?jīng)_擊而廣生橫向位移，進(jìn)一步提尚了開關(guān)的可靠性；
[0024]6.本發(fā)明在檢測質(zhì)量塊上設(shè)置有微孔，正對絕緣襯底一側(cè)設(shè)置有質(zhì)量塊微柱，一方面有利于結(jié)構(gòu)釋放，同時實(shí)現(xiàn)了豎直方向的過載保護(hù)，底部的質(zhì)量塊微柱還可以補(bǔ)償微孔損失的檢測質(zhì)量塊質(zhì)量，可在一定程度上減小器件體積；
[0025]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、接觸可靠，可廣泛應(yīng)用在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖:
[0027]圖1為本發(fā)明低g值微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)的剖面示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)未受到?jīng)_擊時各觸頭的狀態(tài)示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)接觸過程中各觸頭的狀態(tài)示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)各觸頭的鎖存狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0033]其中，各附圖標(biāo)記代表的部件如下:1_絕緣襯底；2-錨點(diǎn)；3_檢測質(zhì)量塊；4-檢測質(zhì)量塊支撐梁；5_過載保護(hù)結(jié)構(gòu)；6_側(cè)觸頭；7_感應(yīng)觸頭；8_動觸頭；9_感應(yīng)觸頭支撐梁；10-側(cè)觸頭支撐梁；11_質(zhì)量塊微孔；12_質(zhì)量塊微柱；13_檢測質(zhì)量塊支撐梁長梁；14_檢測質(zhì)量塊支撐梁短梁。
[0034]本發(fā)明所述微機(jī)械加速度開關(guān)包括絕緣襯底、錨點(diǎn)、觸頭、擾性梁(觸頭支撐梁和檢測質(zhì)量塊支撐梁)、檢測質(zhì)量塊以及過載保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0035]如圖1所示，定義絕緣襯底1水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸。
[0036]如圖1和2所示，本發(fā)明包括一絕緣襯底1，檢測質(zhì)量塊3，多個固定于絕緣襯底的錨點(diǎn)2、側(cè)觸頭6、感應(yīng)觸頭7、動觸頭8、檢測質(zhì)量塊支撐梁4、過載保護(hù)結(jié)構(gòu)5、感應(yīng)觸頭支撐梁9、側(cè)觸頭支撐梁10。所述檢測質(zhì)量塊3、錨點(diǎn)2、過載保護(hù)結(jié)構(gòu)5、側(cè)觸頭6、感應(yīng)觸頭7、動觸頭8、檢測質(zhì)量塊支撐梁4、感應(yīng)觸頭支撐梁9、側(cè)觸頭支撐梁10均相對于絕緣襯底1的X軸和Y軸對稱分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)土Y兩個方向的鎖存，另外，對稱結(jié)構(gòu)也提高了開關(guān)的抗干擾能力。
[0037]所述觸頭包括四個側(cè)觸頭6、四個感應(yīng)觸頭7和四個動觸頭8，所述動觸頭8與檢測質(zhì)量塊3連為一體，為復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述側(cè)觸頭6和感應(yīng)觸頭7位于動觸頭8兩側(cè)，無加速度作用時，側(cè)觸頭6、感應(yīng)觸頭7和動觸頭8之間互相分離，當(dāng)加速度大于或等于鎖存閾值時，動觸頭8與側(cè)觸頭6接觸，并推動側(cè)觸頭6向外側(cè)打開，直至動觸頭8完全越過側(cè)觸頭6，與感應(yīng)觸頭7接觸，電路導(dǎo)通，同時側(cè)觸頭6在其支撐梁的作用下復(fù)位，并阻止動觸頭8的反向移動。動觸頭8與側(cè)觸頭6接觸的一面為球面形狀，與感應(yīng)觸頭7接觸的一面為平面形狀，球