CN102254741A - 一种微机械加速度开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微机械加速度开关，涉及微机电系统领域，所述微机械加速度开关包括：绝缘衬底、信号传输线、质量块、折叠梁、触点、锚区和过载保护结构。信号传输线固定在绝缘衬底上，位于质量块上方；锚区固定在绝缘衬底上，位于质量块周围；过载保护结构固定在绝缘衬底上，位于质量块顶角处；折叠梁位于质量块四周，其两端分别与质量块和锚区相连，并与质量块一起被悬空；触点固定在质量块正中，位于两根信号传输线端头的正下方，并与之有间隙。本发明可有效改善开关的接触性能，提高开关的抗冲击性能，结构简单、制作容易，可广泛应用在微机电系统领域。

Description

一种微机械加速度开关

技术领域

本发明涉及微型开关，特别是涉及一种微机械加速度开关，属于微机电系统领域。

背景技术

随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）技术的发展，以MEMS技术为基础的微型加速度开关由于具有体积小、质量轻、成本低、功耗低、隔离度高、抗电磁干扰等显著优点，在汽车安全气囊、运输过程监控、冲击记录、引信安全保险机构等领域有着广泛且重要的应用需求。而应用环境的广泛性与复杂性又对微型加速度开关的接触性能与可靠性提出了更高要求。现有技术主要关注于如何提高微型加速度开关的接触时间：针对采用电镀工艺制作的微型加速度开关提出采用弹性固定电极；针对采用体硅工艺制作的微型加速度开关提出将触点与质量块进行弹性连接。而如何从结构上调节微型加速度开关特别是采用体硅工艺制作的微型加速度开关的响应时间，目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微机械加速度开关，不仅改善开关的接触性能，同时也提高开关的抗冲击能力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括绝缘衬底、以及在绝缘衬底上微加工形成的信号传输线、质量块、折叠梁、触点、锚区和过载保护结构。

所述质量块悬空于绝缘衬底上。

所述信号传输线有两根，固定在绝缘衬底上，两根信号传输线的端头不接触，并位于质量块上方；

所述锚区固定在绝缘衬底上，分布于质量块周围，分别通过悬空的折叠梁与质量块进行连接；

所述过载保护结构固定在绝缘衬底上，分布于质量块顶角处，并位于锚区内侧，靠近质量块，并与之留有间距；

所述触点固定在质量块正中，位于两根信号传输线端头的正下方，并与之有间隙。

当在本发明开关的敏感方向（这里为绝缘衬底的表面法向方向）上作用足够大的加速度后，触点将与信号传输线接触，使得两根信号传输线的端头连接，从而实现外电路的导通。

所述的绝缘衬底，可以是石英、玻璃等衬底材料。

所述的信号传输线是在绝缘衬底上直接溅射或电镀金、铝、铜等金属材料形成的，由一系列线条组成，线条尺寸不小于10微米×10微米，高度一般在500-2000埃。

所述的质量块是通过体硅工艺形成的，为长方体结构，长500-3000微米、宽500-3000微米、高10-450微米。 

所述的折叠梁是通过体硅工艺形成的，为一折或多折结构，其长梁长100- 3000微米、连接长梁间的短梁长10-300微米、梁宽5-50微米、梁厚5-50微米。 

所述的触点是通过深硅刻蚀技术与溅射金、铝、铜等金属材料形成的长方体结构，也可通过电镀镍、铜等金属形成，触点具有导电性，其截面需大于两根信号传输线端头间的尺寸，一般为：长10-300微米、宽10-300微米、高1-50微米，触点与信号传输线之间具有1-30微米的间隙。

所述的锚区是通过体硅工艺形成的长方体结构，其截面积不小于200微米×200微米、高15-500微米，通过键合工艺被固定在绝缘衬底上。

所述的过载保护结构是通过体硅工艺形成的截面为九边形的柱体结构，高15-500微米，通过键合工艺被固定在绝缘衬底上，与质量块之间具有1-50微米的间距。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：

1.本发明中的触点结构，通过对其进行高度控制，可有效调节质量块与绝缘衬底间的空气阻尼，从而有利于调节微机械加速度开关的响应时间与接触时间。

2.当本发明开关在非敏感方向（这里为绝缘衬底的表面切向方向）上受到强烈冲击后，本发明中的过载保护结构能有效限制质量块的位移，从而避免折叠梁因应力过大而发生断裂，有利于提高微机械开关的抗冲击能力。

可见本发明提供的一种微机械加速度开关能有效改善开关的接触性能、提高开关的抗冲击能力。本发明结构简单、制作容易，可广泛应用在微机电系统领域。

附图说明

图1是本发明一种微机械加速度开关的结构图示意图。

 图中，1.绝缘衬底，2.信号传输线，3.质量块，4.折叠梁，5.触点，6.锚区，7.过载保护结构。

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括绝缘衬底1、信号传输线2、质量块3、折叠梁4、触点5、锚区6和过载保护结构7。

质量块3悬空于绝缘衬底1上。信号传输线2固定在绝缘衬底1上，有两根，两根信号传输线的端头不接触，并位于质量块3上方。锚区6固定在绝缘衬底1上，有四个，位于质量块3四周。过载保护结构7固定在绝缘衬底1上，有四个，位于质量块3的四个顶角处。折叠梁4位于质量块3四周，有四根，也是悬空状态，其两端分别与质量块3和锚区6相连。触点5固定在质量块3正中、位于两根信号传输线2端头处的正下方，并与之有间隙。

上述实施例中，绝缘衬底1长4000微米、宽4000微米、高50-500微米。信号传输线2高1000埃。质量块3为尺寸是2000微米×2000微米×30微米的长方体。折叠梁4为多折结构、梁宽30微米、厚30微米、长梁长1500微米、短梁长50微米。触点5为长方体、长50微米、宽50微米、高20微米。锚区6长500微米、宽300微米、高55微米。过载保护结构7与锚区6高度一致，为55微米，与质量块3有10微米间距。触点5与信号传输线2之间间隙5微米。 

上述实施例中，绝缘衬底1可以采用石英或玻璃衬底，信号传输线2可采用金、铝、铜等材料制成，质量块3、折叠梁4、触点5、锚区6和过载保护结构7均可采用硅等材料制成。

上述实施例中，将外电路的两极分别与两根信号传输线2连接，当开关在其敏感方向（这里为绝缘衬底的表面法向方向）上受到外界足够大的加速度作用后，质量块3在惯性力和折叠梁4弹性力的共同作用下向绝缘衬底1运动，触点5随着质量块3的运动与信号传输线2接触，随后质量块3被折叠梁4拉回，触点5与信号传输线2分离，从而实现控制外电路通断的目的。

上述实施例中，通过调节触点5的高度可有效调节质量块3与绝缘衬底1间的空气压膜阻尼，从而方便地调控开关的相应时间与接触时间，触点5高度越高，空气阻尼越小，响应时间越短，接触时间越长；当开关在其非敏感方向（这里为绝缘衬底的表面切向方向）上受到强烈冲击后，质量块3将被过载保护结构7限制位移，从而避免折叠梁4因应力过大而发生断裂。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微机械加速度开关，包括有绝缘衬底、以及在绝缘衬底上微加工形成的信号传输线、质量块、折叠梁、触点、锚区和过载保护结构；其特征在于：

所述质量块悬空于绝缘衬底上；

所述信号传输线有两根，固定在绝缘衬底上，两根信号传输线的端头不接触，并位于质量块上方；

所述锚区固定在绝缘衬底上，分布于质量块周围，并分别通过悬空的折叠梁与质量块进行连接；

所述过载保护结构固定在绝缘衬底上，分布于质量块顶角处，并位于锚区内侧，靠近质量块，并与之留有间距；

所述触点固定在质量块正中，位于两根信号传输线端头的正下方，并与之有间隙。

2.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述的绝缘衬底是指石英或玻璃衬底。

3.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述的信号传输线是绝缘衬底上的金属连线。

4.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述的质量块为长方体结构，长500-3000微米、宽500-3000微米、高10-450微米。

5.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述的折叠梁为一折或多折结构，其长梁长100- 3000微米，连接长梁间的短梁长10-300微米、梁宽5-50微米、梁厚5-50微米。

6.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述的触点是具有导电性的长方体结构，截面大于两根信号传输线端头相距的尺寸，长10-300微米、宽 10-300微米、高1-50微米。

7.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述的锚区是长方体结构，在质量块的四周各分布一个，其截面积不小于200微米×200微米，高15-500微米。

8.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述的过载保护结构为截面为九边形的柱体结构，高15-500微米。

9.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述过载保护结构与质量块的间距为1-50微米。

10.按照权利要求1所述的微机械加速度开关，其特征在于：所述传输线端头与触点的间隙为1-30微米。

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