CN102156194A - 加速度计止挡结构 - Google Patents

加速度计止挡结构 Download PDF

Info

Publication number
CN102156194A
CN102156194A CN 201110053174 CN201110053174A CN102156194A CN 102156194 A CN102156194 A CN 102156194A CN 201110053174 CN201110053174 CN 201110053174 CN 201110053174 A CN201110053174 A CN 201110053174A CN 102156194 A CN102156194 A CN 102156194A
Authority
CN
China
Prior art keywords
backstop
face
layer
contact head
accelerometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201110053174
Other languages
English (en)
Other versions
CN102156194B (zh
Inventor
钱栋彪
黄庆安
唐洁影
宋竞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN2011100531740A priority Critical patent/CN102156194B/zh
Publication of CN102156194A publication Critical patent/CN102156194A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102156194B publication Critical patent/CN102156194B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种加速度计止挡结构，包括衬底基板、面内止挡层、离面止挡层以及可动的止挡接触头；面内止挡层通过锚区固定于衬底基板之上，其底部向中心处凹陷；止挡接触头为T字型，T字首部位于面内止挡层的凹陷处内部，T字尾部穿出至凹陷处外，所述止挡接触头与面内止挡层凹陷处之间留有间隙；离面止挡层位于面内止挡层之上且与之相连，所述离面止挡层覆盖止挡接触头T字首部的部分面积，并与止挡接触头T字首部间留有的间隙。本发明结构简单、能够实现在三维方向上有效控制止挡接触头的自由行程，且在大冲击环境下整个加速度计止挡结构不容易发生粘附和损坏。

Description

加速度计止挡结构
技术领域
本发明属于微机电系统（MEMS）惯性传感器领域，特别涉及一种电容式微机械加速度计止挡结构。
背景技术
加速度计是一种惯性传感器，能够测量运动物体相对于惯性空间的运动参数。传统的加速度计受体积、重量、成本等多种因素的限制，难以大面积的推广应用。以集成电路（IC）工艺以及微机械加工工艺为基础设计制造的微机械加速度计具有体积小、重量轻、成本低、能耗小以及可靠性高等突出优点。
目前应用MEMS工艺加工制造的微机械加速度计大体上可分为四类：压电式、压阻式、电容式、热感式。其中，电容式微机械加速度计灵敏度高、温漂小、抗过载能力强，易于实现低成本的高精度测量。
传统的电容式加速度计主要采用质量块-弹簧-阻尼系统，外界加速度通过敏感质量块形成惯性力作用于梳齿式可动电极结构上，通过改变可动电极极板与固定电极极板间的间距或二者的交叠面积，进而改变可动电极极板与固定电极极板间的电容值。
传统的电容式微机械加速度计的止挡结构往往仅具有沿加速度计设计轴向方向上的止挡功能，无法实现在三维方向上有效控制待止挡结构的自由行程。传统的电容式微机械加速度计的止挡结构其接触部分往往具有较大的接触面积，在大冲击环境下，可能会因接触面积过大而发生粘附等现象。同样的，传统结构亦无法提供冲击缓冲功能，在大冲击环境下，待止挡结构未经缓冲而直接与止挡层相接触，往往会对止挡结构造成结构上的破坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的加速度计的止挡结构无法实现在三维方向上有效控制止挡接触头的自由行程，且在大冲击环境下容易发生粘附和损坏。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种加速度计止挡结构，包括衬底基板、面内止挡层、离面止挡层以及可动的止挡接触头；面内止挡层通过锚区固定于衬底基板之上，其底部向中心处凹陷；止挡接触头为T字型，T字首部位于面内止挡层的凹陷处内部，T字尾部穿出至凹陷处外，所述止挡接触头与面内止挡层凹陷处之间留有间隙；离面止挡层位于面内止挡层之上且与之相连，所述离面止挡层覆盖止挡接触头T字首部的部分面积，并与止挡接触头T字首部间留有的间隙。
使用时，所述的止挡结构均为成对使用，两个止挡接触头的T字尾部之间连接有需要控制的加速度计的质量块，当质量块偏移时，通过面内止挡层可用以控制止挡接触头在X轴Y轴方向上的自由行程；离面止挡层和衬底基板分别控制止挡接触头Z轴方向上的自由行程，从而实现了止挡接触头在三维方向上自由行程的有效控制；而通过锚区将面内止挡层固定于衬底基板之上，也有利于加强面内止挡层的抗冲击能力。
为进一步加强止挡结构的抗冲击能力，还设有止挡缓冲件，止挡缓冲件位于面内止挡层与止挡接触头之间，其与面内止挡层位于同一水平面且平行衬底基板，所述止挡缓冲件连接在面内止挡层的开口处，其与止挡接触头之间留有空隙，并可将止挡接触头的T字首部限制在面内止挡层的凹陷内。止挡缓冲件采用具有适中的刚度与韧性材料制作，其能够有效吸收由止挡接触头传递来的动能，从而起到缓冲保护作用；在内止挡层的开口处设置止挡缓冲件，当一侧的止挡结构中止挡接触头与面内止挡层相撞时，会带动另一侧的止挡接触头与止挡缓冲件接触，并通过止挡缓冲件缓冲作用力，防止面内止挡层与止挡接触头发生直接的碰撞。
为减少使用过程中因面内止挡层与止挡接触头接触面积过大而发生粘附现象，所述止挡接触头T字首部前端设有凸起的弧形。
作为本发明的一种改进方案，衬底基板的厚度比面内止挡层、离面止挡层、止挡缓冲件以及可动的止挡接触头的厚度均高出多个数量级。从而保证了衬底基板的刚度远大于其他各个结构的刚度，进一步加强了止挡结构的抗冲击能力。
本发明的优点是：结构简单、能够实现在三维方向上有效控制止挡接触头的自由行程，且在大冲击环境下整个加速度计止挡结构不容易发生粘附和损坏。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图2 为图1沿A-A向的剖视图；
图3为本发明止挡接触头的结构示意图；
图4为本发明应用时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-4所示，包括衬底基板1、面内止挡层2、离面止挡层3、可动的止挡接触头6以及止挡缓冲件5；面内止挡层2通过锚区4固定于衬底基板1之上，其形状为凹字型；止挡接触头6为T字型，T字首部位于面内止挡层2的凹陷处内部，所述T字首部前端设有凸起的弧形；T字尾部穿出至凹陷处外，所述止挡接触头6与面内止挡层2凹陷处之间留有间隙；离面止挡层3位于面内止挡层2之上且与之相连，所述离面止挡层3覆盖止挡接触头6的T字首部的部分面积，并与止挡接触头6的T字首部间留有的间隙；止挡缓冲件5与面内止挡层2位于同一水平面且平行衬底基板1，所述止挡缓冲件5连接在面内止挡层2的开口处，其形状为阶梯形，设置在面内止挡层2的开口处，能够将止挡接触头6的T字首部限制在面内止挡层2的凹陷内，止挡缓冲件5与止挡接触头6之间也留有空隙；衬底基板1的厚度比其上的其他部件的厚度均高出多个数量级，从而保证其刚度远大于其他各个结构的刚度。
工作时，止挡结构均为成对使用，两个止挡接触头的T字尾部之间连接有需要控制的加速度计的质量块7。止挡接触头6在面内止挡层2、离面止挡层3和衬底基板1组成的空间内做小范围的移动；其中，面内止挡层2用以控制止挡接触头6在X、Y轴上的自由行程；而离面止挡层3和衬底基板1则控制了止挡接触头6在Z轴上的自由行程；在大冲击下，通过止挡缓冲件5吸收止挡接触头6传递来的大部分动能；止挡接触头6自由端上部凸出部分采用圆弧状设计结构设计，减少止挡接触头6的T字首部与面内止挡层2碰撞时的接触面积，避免粘附现象的发生。
相比于传统的电容式微机械加速度计止挡结构，应用了本发明结构的微机械加速度计系统在不损失灵敏度和分辨率的情况下，获得了更高的可靠性，可广泛应用于高冲击、高过载的环境中。

Claims (4)

1.一种加速度计止挡结构，其特征在于：包括衬底基板（1）、面内止挡层（2）、离面止挡层（3）以及可动的止挡接触头（6）；
面内止挡层（2）通过锚区（4）固定于衬底基板（1）之上，其底部向中心处凹陷；
止挡接触头（6）为T字型，T字首部位于面内止挡层（2）的凹陷处内部，T字尾部穿出至凹陷处外，所述止挡接触头（6）与面内止挡层（2）之间留有间隙；
离面止挡层（3）位于面内止挡层（2）之上且与之相连，所述离面止挡层（3）覆盖止挡接触头（6）T字首部的部分面积，并与止挡接触头（6）T字首部间留有的间隙。
2.根据权利要求1所述的加速度计止挡结构，其特征是：还设有止挡缓冲件（5），其与面内止挡层（2）位于同一水平面且平行衬底基板（1），所述止挡缓冲件（5）连接在面内止挡层（2）的开口处，其与止挡接触头（6）之间留有空隙，并可将止挡接触头（6）的T字首部限制在面内止挡层（2）的凹陷内。
3.根据权利要求1或2所述的加速度计止挡结构，其特征是：所述止挡接触头（6）T字首部前端设有凸起的弧形。
4.根据权利要求1或2所述的加速度计止挡结构，其特征是：衬底基板（1）的厚度比面内止挡层（2）、离面止挡层（3）、止挡缓冲件（5）以及可动的止挡接触头（6）的厚度均高出多个数量级。
CN2011100531740A 2011-03-07 2011-03-07 加速度计止挡结构 Expired - Fee Related CN102156194B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100531740A CN102156194B (zh) 2011-03-07 2011-03-07 加速度计止挡结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100531740A CN102156194B (zh) 2011-03-07 2011-03-07 加速度计止挡结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102156194A true CN102156194A (zh) 2011-08-17
CN102156194B CN102156194B (zh) 2012-04-11

Family

ID=44437763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100531740A Expired - Fee Related CN102156194B (zh) 2011-03-07 2011-03-07 加速度计止挡结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102156194B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102701137A (zh) * 2012-06-19 2012-10-03 中国电子科技集团公司第十三研究所 具有三维止档结构的抗过载mems器件及其加工方法
CN103256926A (zh) * 2012-02-21 2013-08-21 北京自动化控制设备研究所 一种石英音叉止挡结构
CN107607100A (zh) * 2017-10-19 2018-01-19 北方电子研究院安徽有限公司 一种硅微机械角振动陀螺抗冲击弹性止挡结构
CN109374917A (zh) * 2018-11-15 2019-02-22 中国兵器工业集团第二四研究所苏州研发中心 蜂窝状微止挡结构设计方法
CN109506691A (zh) * 2018-12-29 2019-03-22 上海矽睿科技有限公司 用于惯性传感器的阻挡块

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1721858A (zh) * 2004-07-12 2006-01-18 富士通媒体部品株式会社 惯性传感器
CN1844934A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种双轴电容式微机械加速度计
CN1844935A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种电容式微机械加速度计
CN1844932A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种双轴谐振式微机械加速度计
CN1844931A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种谐振式微机械加速度计
CN101858931A (zh) * 2010-05-28 2010-10-13 南京理工大学 框架式电容硅微机械加速度计

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1721858A (zh) * 2004-07-12 2006-01-18 富士通媒体部品株式会社 惯性传感器
CN1844934A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种双轴电容式微机械加速度计
CN1844935A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种电容式微机械加速度计
CN1844932A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种双轴谐振式微机械加速度计
CN1844931A (zh) * 2006-05-23 2006-10-11 北京航空航天大学 一种谐振式微机械加速度计
CN101858931A (zh) * 2010-05-28 2010-10-13 南京理工大学 框架式电容硅微机械加速度计

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103256926A (zh) * 2012-02-21 2013-08-21 北京自动化控制设备研究所 一种石英音叉止挡结构
CN103256926B (zh) * 2012-02-21 2016-08-24 北京自动化控制设备研究所 一种石英音叉止挡结构
CN102701137A (zh) * 2012-06-19 2012-10-03 中国电子科技集团公司第十三研究所 具有三维止档结构的抗过载mems器件及其加工方法
CN102701137B (zh) * 2012-06-19 2015-06-17 中国电子科技集团公司第十三研究所 具有三维止档结构的抗过载mems器件及其加工方法
CN107607100A (zh) * 2017-10-19 2018-01-19 北方电子研究院安徽有限公司 一种硅微机械角振动陀螺抗冲击弹性止挡结构
CN107607100B (zh) * 2017-10-19 2019-09-27 北方电子研究院安徽有限公司 一种硅微机械角振动陀螺抗冲击弹性止挡结构
CN109374917A (zh) * 2018-11-15 2019-02-22 中国兵器工业集团第二四研究所苏州研发中心 蜂窝状微止挡结构设计方法
CN109374917B (zh) * 2018-11-15 2020-07-31 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 蜂窝状微止挡结构设计方法
CN109506691A (zh) * 2018-12-29 2019-03-22 上海矽睿科技有限公司 用于惯性传感器的阻挡块

Also Published As

Publication number Publication date
CN102156194B (zh) 2012-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102156194B (zh) 加速度计止挡结构
US8596123B2 (en) MEMS device with impacting structure for enhanced resistance to stiction
CN107607100B (zh) 一种硅微机械角振动陀螺抗冲击弹性止挡结构
EP2117057A3 (en) Inertial drive actuator
CN103594283B (zh) 一种微机械横向振动加速度开关
EP3111233B1 (en) A microelectromechanical structure with motion limiter
EP2472269A3 (en) In-plane capacitive MEMS accelerometer
CN102854998A (zh) 惯性感测装置
JP2012137368A5 (zh)
US20210348925A1 (en) Sensor assembly, inertial measurement assembly, and mobile device
CN111381073B (zh) Mems加速度计及其提高抗冲击能力的方法
CN110722604A (zh) 一种智能机器人的防撞机构
CN210690623U (zh) 一种mems器件抗冲击止挡结构
CN116577525B (zh) 惯性传感器
CN109188012B (zh) 一种蜂窝状微止挡结构
CN101719434B (zh) 一种微机械加速度锁存开关
CN110736855A (zh) 一种mems器件抗冲击止挡结构
CN102156202A (zh) 电极极板的固定结构
CN109374917B (zh) 蜂窝状微止挡结构设计方法
CN102568923A (zh) 一种双阈值三稳态碰撞传感器
CN203720200U (zh) 多轴电容式加速度计
JP2007017284A (ja) センサ
KR101516069B1 (ko) 관성센서
CN106275164B (zh) 一种电动平衡车及其踏板组件
CN105244224B (zh) 一种低g值微机械加速度锁存开关

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120411

Termination date: 20150307

EXPY Termination of patent right or utility model