CN103594283A - 一种微机械横向振动加速度开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微机械水平横向振动加速度开关，涉及微机电系统领域，由绝缘衬底、锚点、凸台型结构、触头、折叠梁和检测质量块组成。所述锚点位于检测质量块的水平纵向方向两侧，固定于绝缘衬底上，通过折叠梁与检测质量块连接，使折叠梁和检测质量块悬空于绝缘衬底上方；所述触头包括固定触头和可动触头；所述固定触头位于检测质量块的水平横向方向两侧，固定于绝缘衬底上；所述可动触头与检测质量块为一体结构，位于检测质量块的水平横向方向两侧，为凸起的台阶；所述凸台型结构与检测质量块为一体结构，位于检测质量块的水平纵向方向两侧，为凸起的台阶。本发明结构简单，制作容易，可有效改善加速度开关的接触性能，提高加速度开关的闭合阈值精度以及抗冲击性能，在微机电系统领域有广泛的应用前景。

Description

一种微机械横向振动加速度开关

技术领域

本发明涉及到微机械加速度开关，特别是微机械横向振动加速度开关，属于微机电系统领域。

背景技术

随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）技术的发展，基于MEMS技术的微机械加速度开关具有体积小、功耗低、抗干扰能力强、制造成本低等优点，广泛用于汽车安全气囊、安保系统、导弹引信、货物运输、碰撞记录等领域。应用环境的广泛性和复杂性对微机械加速度开关的接触性能和可靠性提出了非常高的要求。微机械加速度开关的接触性能包括响应时间和接触时间以及接触的稳定性，现有技术主要的关注点在于如何延长接触时间和提高接触的稳定性。例如，通过制备弹性梁结构的固定电极或在刚性衬底上制备弧形金属薄膜电极可以使开关的两电极产生弹性接触，较好的延长接触时间以及避免弹跳接触的发生。但这种弹性接触使得两电极之间的间隙难以准确控制，影响开关的闭合阈值精度。通过准确控制开关两电极之间的间隙，精确设计开关振动时的粘滞阻尼可以显著的缩短响应时间，延长接触时间以及避免弹跳接触的发生，是提高开关接触性能的一个新的研究方向。专利“一种微机械加速度开关”（申请号201110188259.X）提出了这一种思想，但现有的MEMS技术还不能准确控制竖直方向排列的两电极之间的间隙，使得制备出的微机械纵向振动加速度开关的闭合阈值精度不高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微机械横向振动加速度开关，不仅改善开关的接触性能，同时也提高开关的闭合阈值精度和抗冲击能力。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种微机械横向振动加速度开关，包括：绝缘衬底、锚点、凸台型结构、触头、折叠梁和检测质量块。其技术特征在于：检测质量块悬空于绝缘衬底上方；折叠梁为水平方向一折或多折结构，一端与检测质量块连接，位于检测质量块的水平纵向方向两侧，悬空于绝缘衬底上方；锚点位于检测质量块的水平纵向方向两侧，固定于绝缘衬底上，通过折叠梁与检测质量块连接；凸台型结构与检测质量块为一体结构，为检测质量块的水平纵向方向两侧凸起的台阶；锚点和凸台型结构组成开关横向非敏感振动方向的过载保护结构；触头包括固定触头和可动触头，固定触头位于检测质量块的水平横向方向两侧，固定于绝缘衬底上，可动触头与检测质量块为一体结构，为检测质量块的水平横向方向两侧凸起的台阶；固定触头上方以及正对可动触头一侧制备有金属层，作为开关的固定电极；可动触头正对固定触头的一侧以及检测质量块、折叠梁和锚点的上方制备有金属层，作为开关的可动电极。

当开关受到水平横向方向足够大的激励时，检测质量块作为敏感单元感应外界激励，带动可动触头和折叠梁向固定触头运动，当可动触头和固定触头接触时，开关闭合；当开关受到水平横向向的激励过大时，固定触头和可动触头组成过载保护结构；当开关受到水平纵向向的激励过大时，锚点和凸台型结构组成过载保护结构。

优选的，所述开关结构关于绝缘衬底的水平横向和水平纵向为轴对称结构。

优选的，固定触头和可动触头为水平横向排列，可以精确控制两触头之间的间隙。

优选的，凸台型结构与检测质量块为一体结构，为检测质量块的水平纵向方向两侧凸起的台阶。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1、开关结构关于绝缘衬底的水平横向和水平纵向为轴对称结构，可以显著提高开关的抗干扰能力。

2、锚点和凸台型结构、固定触头和可动触头均组成开关的过载保护结构，优化了开关的结构。

3、固定触头和可动触头为水平横向排列，现有的MEMS技术可以精确控制两触头之间的间隙，从而精确调节开关振动时的粘滞阻尼，有效的改善了开关的接触性能，提高了开关闭合阈值精度。

4、可动触头为检测质量块的水平横向方向两侧凸起的台阶，用来调节两电极接触面积的大小，可有效避免开关因两电极之间的静电力或黏附力等引起的失效。

附图说明

图1是本发明的一种微机械水平横向振动加速度开关的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

参见图1，微机械横向振动加速度开关包括绝缘衬底1，固定触头2，锚点3，凸台型结构4，折叠梁5，检测质量块6，可动触头7。

检测质量块6悬空于绝缘衬底1上，锚点3分布于检测质量块6的水平纵向方向两侧，固定于绝缘衬底1上。折叠梁5的折数和个数均为4，水平弯折，悬空于绝缘衬底1上，两端分别连接于锚点3和检测质量块6的水平横向方向两侧的4个角连接。检测质量块6的水平纵向方向两端凸起的凸台型结构4与锚点3之间留有一定的间隙，它们组成开关横向非敏感方向过载保护结构。固定触头2分布于检测质量块6的水平横向方向两侧，固定于绝缘衬底1上。可动触头7与检测质量块6为一体结构，为检测质量块6的水平横向方向两侧凸起的台阶。固定触头2可动触头7之间留有一定的间隙，用来调节它们之间空气膜的厚度。固定触头2上方以及正对可动触头7一侧制备有金属层，作为开关的固定电极。可动触头7正对固定触头2的一侧以及检测质量块6、折叠梁5和锚点3的上方制备有金属层，作为开关的可动电极。

绝缘衬底1采用玻璃衬底。固定触头2、锚点3、凸台型结构4、折叠梁5、检测质量块6、可动触头7为硅材料制成，它们和电极金属层采用光刻、刻蚀、溅射、剥离等标准MEMS技术制备而成，并通过阳极键合技术与玻璃衬底组成开关结构。

当开关受到水平横向方向足够大的激励时，检测质量块6作为敏感单元感应外界激励，带动可动触头7和折叠梁5向固定触头2运动，当可动触头7和固定触头2接触时，开关闭合。通过精确控制可动触头7和固定触头2之间的间隙，可以调节可动触头7和固定触头2之间的空气膜厚度，设定开关横向敏感方向振动时的粘滞阻尼，进而根据激励加速度的大小得到开关的响应时间、接触时间以及闭合阈值。

当开关受到水平横向向的激励过大时，固定触头2和可动触头7组成开关横向敏感振动方向过载保护结构。当开关受到水平纵向向的激励过大时，凸台型结构4与锚点3组成开关横向非敏感振动方向过载保护结构。

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内。

Claims (5)

1.一种微机械水平横向振动加速度开关，其特征在于，包括绝缘衬底、锚点、凸台型结构、触头、折叠梁和检测质量块；

所述检测质量块悬空于绝缘衬底上方；

所述折叠梁为水平方向一折或多折结构，位于检测质量块的水平横向方向两侧，一端与检测质量块连接，另一端与锚点连接，悬空于绝缘衬底上方；

所述锚点位于检测质量块的水平纵向方向两侧，固定于绝缘衬底上，通过折叠梁与检测质量块连接；

所述触头包括固定触头和可动触头；

所述固定触头位于检测质量块的水平横向方向两侧，固定于绝缘衬底上；固定触头上方以及正对可动触头一侧制备有电极金属层，作为开关的固定电极；

所述可动触头与检测质量块为一体结构，为检测质量块的水平横向方向两侧凸起的台阶，与固定触头之间留有间隙，构成开关结构，并同时与固定触头组成开关横向敏感方向的过载保护结构；可动触头正对固定触头的一侧以及检测质量块、折叠梁和锚点的上方制备有电极金属层，作为开关的可动电极；

所述凸台型结构与检测质量块为一体结构，为检测质量块的水平纵向方向两侧凸起的台阶，与锚点之间留有间隙，与锚点组成开关横向非敏感振动方向的过载保护结构。

2.根据权利要求1所述的微机械横向振动加速度开关，其特征在于：所述开关相对于所述绝缘衬底水平横向和水平纵向为轴对称结构。

3.根据权利要求1所述的微机械横向振动加速度开关，其特征在于：所述检测质量块为长方体结构。

4.根据权利要求1所述的微机械横向振动加速度开关，其特征在于：折叠梁为线性弹性梁结构。

5.根据权利要求1所述的微机械横向振动加速度开关，其特征在于：所述绝缘衬底采用玻璃衬底，固定触头、锚点、凸台型结构、折叠梁、检测质量块、可动触头为硅材料制成，它们和电极金属层采用MEMS技术制备而成，并通过阳极键合技术与玻璃衬底组成开关结构。