CN102938350A - 一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法 - Google Patents
一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102938350A CN102938350A CN2012104829698A CN201210482969A CN102938350A CN 102938350 A CN102938350 A CN 102938350A CN 2012104829698 A CN2012104829698 A CN 2012104829698A CN 201210482969 A CN201210482969 A CN 201210482969A CN 102938350 A CN102938350 A CN 102938350A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- contact
- spring
- fixed electrode
- mass
- anchor point
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法。本发明的微冲击开关包括：可动电极和固定电极；可动电极进一步包括质量块、质量块弹簧、第一锚点和触点；固定电极包括第二锚点和悬臂梁。本发明的微冲击开关，固定电极采用多对悬臂梁，降低了固定电极的刚度，并在可动电极的质量块的前端增加了一个触点弹簧，形成刚度较小的可动触点，这些结构均有利于增加质量块在接触状态下的运动位移，降低碰撞反弹效应，从而延长接触时间，提高器件稳定性和可靠性。本发明在汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域有着极为广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术，具体涉及一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法。
背景技术
微冲击开关是应用了多种学科交叉融合并具有战略意义的微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）MEMS的前沿高技术，是未来的主导产业之一。基于微机电系统技术的微冲击开关，相对于传统精密机械加工的冲击开关而言，具有成本低、尺寸小、性能可靠等优点，因此广泛地应用于玩具、汽车、工业等领域中的振动监测。例如，微冲击开关可用于汽车安全气囊系统，以监测车体的意外碰撞情况。
现有技术中，微冲击开关包括键合在衬底上的可动电极和固定电极，当可动电极受到冲击时，弹簧变形，引起可动电极朝着固定电极的方向移动，从而位于可动电极前端的触点接触固定电极，开关导通。这种微冲击开关，由于固定电极与触点的接触面刚度很大，因此质量块的碰撞反弹效应比较严重，而且由于冲击加速度一般不会持续很长时间（往往在两电极达到稳定接触之前就已经消失），所以传统开关的接触时间很短，甚至低于10us。然而，信号处理需要一定的时间，如果接触时间太短，后续电路来不及采集这种开关的信息，从而降低了器件的可靠性。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法，工艺先进，碰撞反弹效应小，接触时间长，提高了使用过程中器件的可靠性。
本发明的一个目的在于提供一种可延长接触时间的微冲击开关。
本发明的可延长接触时间的微冲击开关包括：可动电极和固定电极；可动电极进一步包括质量块、质量块弹簧、第一锚点和触点，可动电极通过第一锚点键合在衬底上，使得质量块和质量块弹簧悬空，在质量块的前端设置有突出的触点；固定电极包括第二锚点和悬臂梁，固定电极通过第二锚点键合在衬底上，固定电极与触点的接触面为悬臂梁，悬臂梁的一端固定在第二锚点上，另一端悬空。
当可动电极受到冲击时，质量块弹簧变形，引起质量块朝着固定电极的方向移动，从而位于质量块的前端的触点接触固定电极，开关导通。本发明的微冲击开关，固定电极与触点的接触面采用悬臂梁，由于悬臂梁的刚度低，有效地降低了固定电极与触点的接触面的刚度，从而减小了可动电极的碰撞反弹效应，有利于延长冲击开关的接触时间。
固定电极和可动电极为表面镀有金属膜的半导体材料，以实现触点在接触固定电极时，固定电极和可动电极导通。
进一步，本发明的固定电极与触点的接触面为成对的悬臂梁，两个第二锚点分别位于固定电极的侧面的两端，成对的悬臂梁位于中心的一端悬空，另一端分别固定在两个第二锚点上，为对称的结构。这种对称的结构，使得可动电极在受到冲击与固定电极接触时，保持运动轨迹不偏心。
再者，本发明的固定电极与触点的接触面为多对的悬臂梁，以提高开关的抗过载能力，防止由于冲击力过大，而导致开关损坏。
为了进一步减小可动电极的碰撞反弹效应，本发明的可动电极的质量块的前端设置有触点弹簧，从而减小了质量块的刚度，使得触点成为可动触点，进一步有利于延长微冲击开关的接触时间。
质量块弹簧或者触点弹簧为碟形弹簧、环形弹簧、蛇形弹簧和悬臂板弹簧中的一种。
本发明的另一个目的在于提供一种可延长接触时间的微冲击开关的制备方法。
本发明的可延长接触时间的微冲击开关的制备方法，包括以下步骤：
1）采用MEMS技术在半导体材料构成的晶片上制作第一锚点和第二锚点；
2）将第一锚点和第二锚点与衬底键合；
3）采用MEMS技术在半导体材料构成的晶片上光刻刻蚀加工质量块、触点、质量块弹簧和悬臂梁；
4）在正面镀金属膜，以形成固定电极和可动电极的导通。
进一步，在步骤3）中，还包括光刻刻蚀加工触点弹簧。
在步骤3）中，光刻刻蚀加工多对悬臂梁。
在没受到外来冲击时，微冲击开关的触点与固定电极不接触，处于断开阶段。当在微冲击开关的敏感方向施加冲击，此时质量块带动触点朝着固定电极的方向运动。而当冲击的加速度超过阈值时，则触点与固定电极接触，微冲击开关导通。此时固定电极的接触面刚度小，质量块和触点将继续向前运动并使悬臂梁弯曲，从而增加质量块在接触状态下的运动位移，从而延长接触时间。最终当加速度减弱，则质量块会因触点弹簧和质量块弹簧的回力沿反方向运动并与固定电极分离，微冲击开关断开。
本发明的有益效果：
本发明的微冲击开关，固定电极采用多对悬臂梁，降低了固定电极的刚度，并在可动电极的质量块的前端增加了一个触点弹簧，形成刚度较小的可动触点，这些结构均有利于增加质量块在接触状态下的运动位移，降低碰撞反弹效应，从而延长接触时间，提高器件稳定性和可靠性。本发明在汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域有着极为广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的可延长接触时间的微冲击开关的一个实施例的俯视图；
图2为沿图1中A-A’线的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
图1为本发明的可延长接触时间的微冲击开关的一个实施例的俯视图，下层的衬底在图中未示出。
如图1和图2所示，本实施例的可延长接触时间的微冲击开关的包括：可动电极1和固定电极2；可动电极1进一步包括质量块11、质量块弹簧12、第一锚点13和触点14，可动电极2通过第一锚点13键合在衬底3上，使得质量块11和质量块弹簧12悬空，质量块11的前端设置有突出的触点14；固定电极2包括第二锚点23和悬臂梁21，固定电极2通过第二锚点23键合在衬底上，固定电极与触点的接触面为三对悬臂梁21。在质量块11的前端设置有触点弹簧15。在本实施例中，质量块弹簧12为蛇形弹簧，触点弹簧15为环形弹簧。
本实施例的可延长接触时间的微冲击开关的制备方法包括：
1）采用MEMS技术在硅片上制作第一锚点13和第二锚点23；
2）将第一锚点13和第二锚点23与玻璃的衬底3键合；
3）采用MEMS技术在硅片上光刻刻蚀加工质量块11、触点14、质量块弹簧12、触点弹簧15和悬臂梁21；
4）在正面镀金的金属膜，金属膜厚度为800nm，以形成固定电极2和可动电极1的导通。
最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种微冲击开关，其特征在于，所述微冲击开关包括：可动电极（1）和固定电极（2）；所述可动电极（1）进一步包括质量块（11）、质量块弹簧（12）、第一锚点（13）和触点（14），所述可动电极（1）通过第一锚点（13）键合在衬底上，使得所述质量块（11）和质量块弹簧（12）悬空，在所述质量块（11）的前端设置有突出的触点（14）；所述固定电极（2）包括第二锚点（23）和悬臂梁（21），所述固定电极（2）通过第二锚点（23）键合在衬底上，所述固定电极（2）与触点（14）的接触面为悬臂梁（21），所述悬臂梁（21）的一端固定在第二锚点（23）上，另一端悬空。
2.如权利要求1所述的微冲击开关，其特征在于，所述固定电极（2）与触点（14）的接触面为成对的悬臂梁（21），两个第二锚点（23）分别位于固定电极（2）的侧面的两端，成对的悬臂梁（21）位于中心的一端悬空，另一端分别固定在两个第二锚点（23）上，为对称的结构。
3.如权利要求2所述的微冲击开关，其特征在于，所述固定电极（2）与触点（14）的接触面为多对的悬臂梁（21）。
4.如权利要求1所述的微冲击开关，其特征在于，所述质量块（11）的前端设置有触点弹簧（15）。
5.如权利要求1所述的微冲击开关，其特征在于，所述质量块弹簧（12）为碟形弹簧、环形弹簧、蛇形弹簧和悬臂板弹簧中的一种。
6.如权利要求4所述的微冲击开关，其特征在于，所述触点弹簧（15）为碟形弹簧、环形弹簧、蛇形弹簧和悬臂板弹簧中的一种。
7.一种权利要求1所述的微冲击开关的制备方法，其特征在于，所述制备方法，包括以下步骤：
1）采用MEMS技术在半导体材料构成的晶片上制作第一锚点和第二锚点；
2）将第一锚点和第二锚点与衬底键合；
3）采用MEMS技术在半导体材料构成的晶片上光刻刻蚀加工质量块、触点、质量块弹簧和悬臂梁；
4）在正面镀金属膜，以形成固定电极和可动电极的导通。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤3）中，还包括光刻刻蚀加工触点弹簧。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤3）中，光刻刻蚀加工多对悬臂梁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210482969.8A CN102938350B (zh) | 2012-11-23 | 2012-11-23 | 一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210482969.8A CN102938350B (zh) | 2012-11-23 | 2012-11-23 | 一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102938350A true CN102938350A (zh) | 2013-02-20 |
| CN102938350B CN102938350B (zh) | 2014-12-03 |
Family
ID=47697240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210482969.8A Expired - Fee Related CN102938350B (zh) | 2012-11-23 | 2012-11-23 | 一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102938350B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103575931A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-02-12 | 上海交通大学 | 用纳微柔性阵列实现接触时间延长的多向振动阈值传感器 |
| CN103594283A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 重庆大学 | 一种微机械横向振动加速度开关 |
| CN107919254A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-04-17 | 上海交通大学 | 一种具有柔性阵列触点的静电锁定惯性开关 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02227926A (ja) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Alps Electric Co Ltd | 衝突検出スイッチ装置 |
| JP2004281119A (ja) * | 2003-03-13 | 2004-10-07 | Miyota Kk | 慣性力スイッチ |
| CN101447369A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-06-03 | 北京大学 | 一种基于金属钛的mems机械继电器的制备方法 |
-
2012
- 2012-11-23 CN CN201210482969.8A patent/CN102938350B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02227926A (ja) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Alps Electric Co Ltd | 衝突検出スイッチ装置 |
| JP2004281119A (ja) * | 2003-03-13 | 2004-10-07 | Miyota Kk | 慣性力スイッチ |
| CN101447369A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-06-03 | 北京大学 | 一种基于金属钛的mems机械继电器的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 蔡豪刚等: "基于非硅衬底的微机电系统惯性开关的研制", 《机械工程学报》, vol. 45, no. 3, 31 March 2009 (2009-03-31), pages 156 - 161 * |
| 蔡豪刚等: "通过可动触点延长接触时间的新型微冲击开关", 《振动与冲击》, vol. 28, no. 7, 31 July 2009 (2009-07-31), pages 147 - 152 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103575931A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-02-12 | 上海交通大学 | 用纳微柔性阵列实现接触时间延长的多向振动阈值传感器 |
| CN103594283A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 重庆大学 | 一种微机械横向振动加速度开关 |
| CN107919254A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-04-17 | 上海交通大学 | 一种具有柔性阵列触点的静电锁定惯性开关 |
| CN107919254B (zh) * | 2017-10-30 | 2019-12-10 | 上海交通大学 | 一种具有柔性阵列触点的静电锁定惯性开关 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102938350B (zh) | 2014-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10502759B2 (en) | MEMS device with two-stage motion limit structure | |
| CN104918194B (zh) | 声响转换器 | |
| CN103569942B (zh) | 用于防止在加工过程中和使用中出现粘附的混合mems凸块设计 | |
| CN102938350B (zh) | 一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法 | |
| CN102701137B (zh) | 具有三维止档结构的抗过载mems器件及其加工方法 | |
| CN104166016B (zh) | 一种高灵敏度三轴mems加速度计及其制造工艺 | |
| CN106024507B (zh) | 一种静电锁定垂直敏感的微机械惯性开关 | |
| CN105225887A (zh) | 一种紧约束型水平敏感的微机械惯性开关 | |
| CN103557853A (zh) | 一种抗高过载的mems陀螺 | |
| US7628072B2 (en) | MEMS device and method of reducing stiction in a MEMS device | |
| CN101699604B (zh) | 常闭式微机械惯性电学开关 | |
| CN110021497B (zh) | 一种万向导通微冲击开关及其制备方法 | |
| US9738511B2 (en) | Reduction of chipping damage to MEMS structure | |
| CN101419868B (zh) | 一种微机械锁存开关装置 | |
| CN101719434B (zh) | 一种微机械加速度锁存开关 | |
| CN102522262A (zh) | 一种mems加速度开关 | |
| CN107919254B (zh) | 一种具有柔性阵列触点的静电锁定惯性开关 | |
| JP2012135819A (ja) | Ｍｅｍｓデバイス | |
| CN103412147A (zh) | 三轴加速度传感器 | |
| CN109360767A (zh) | 一种纵向导通微冲击开关及其制备方法 | |
| JP2011106822A (ja) | 加速度センサ | |
| CN103529240A (zh) | 一种抗高过载的加速度计 | |
| CN104297522A (zh) | 一种mems悬臂梁式加速度计及其制造工艺 | |
| CN106971915A (zh) | 一种步进吸合静电锁定的微机械惯性开关 | |
| US10301172B2 (en) | Contact point structure, electronic device, and electronic apparatus |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221214 Address after: 233030 2016 Tang He road, Bengbu, Anhui Patentee after: 214 INSTITUTE OF CHINA NORTH INDUSTRIES GROUP Address before: 100871 No. 5, the Summer Palace Road, Beijing, Haidian District Patentee before: Peking University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141203 |