CN107188108B - 一种mems器件及其防吸附方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MEMS器件及其防吸附方法，包括可动结构、不可动结构和振荡器；所述可动结构包括可动质量块和固定在所述可动质量块上的可动梳齿；所述不可动结构包括不可动基底以及固定在所述不可动基底上的至少两个固定梳齿；所述振荡器用于在所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附时，向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿输出振荡信号，以使所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿之间产生静电吸力，使发生吸附的所述固定梳齿和所述可动梳齿分开，从而解决了由于可动梳齿与固定梳齿吸附而影响MEMS器件正常运行的问题。

Description

一种MEMS器件及其防吸附方法
技术领域
本发明涉及微机电技术领域，更具体地说，涉及一种MEMS器件及其防吸附方法。
背景技术
微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)，是采用微细加工技术将微传感器、控制器、制动器和电路集成于一体的系统。但是，由于MEMS部件的尺寸非常小，如从几个微米到数百微米不等，因此，当两个MEMS部件足够接近时，部件表面的原子吸附力或范德瓦尔斯的力会导致两个部件粘在一起，从而影响MEMS部件的正常运作。
下面以MEMS加速度计为例进行说明。如图1所示，MEMS加速度计包括可动结构10、不可动结构11、固定锚点12和弹性梁13，可动结构10包括可动质量块101和可动梳齿102，不可动结构11包括不可动基底110和固定梳齿111。当MEMS加速度计上有加速度输入时，可动结构10相对于不可动结构11移动；当加速度消失时，弹性梁13的恢复力可以将可动结构10拉回其原来静止状态时的位置。
但是，当可动结构10受到的加速度冲击较大时，连接在可动结构10上的可动梳齿102会移动到足够接近固定梳齿111的位置，从而导致可动梳齿102与固定梳齿111的吸附，如图2所示，固定梳齿111a与可动梳齿102发生了吸附。并且，当可动梳齿102与固定梳齿111发生吸附时，弹性梁13的恢复力并不能释放可动梳齿102与固定梳齿111之间的吸附力，即不能将可动结构10拉回其原来静止状态时的位置，从而导致MEMS加速度计的失效。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种MEMS器件及其防吸附方法，以解决由于MEMS器件的可动梳齿和固定梳齿吸附在一起，而影响MEMS器件正常运行的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种MEMS器件，包括可动结构、不可动结构和振荡器；
所述可动结构包括可动质量块和固定在所述可动质量块上的可动梳齿；
所述不可动结构包括不可动基底以及固定在所述不可动基底上的至少两个固定梳齿；
所述振荡器用于在所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附时，向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿输出振荡信号，以使所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿之间产生静电吸力，使发生吸附的所述固定梳齿和所述可动梳齿分开。
优选地，还包括多路电子切换开关；
所述多路电子切换开关包括多个输入端和一个输出端；
所述多个输入端与所述至少两个固定梳齿分别连接；
所述输出端与所述振荡器的一端相连；所述振荡器的另一端与所述可动梳齿相连；
所述多路电子切换开关用于在所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附时，将所述振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通，以使所述振荡器向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿输出振荡信号。
优选地，所述MEMS器件包括多个所述振荡器和多个所述多路电子切换开关，所述多路电子切换开关与所述振荡器一一对应设置。
优选地，还包括检测电路；
所述检测电路用于检测所述固定梳齿与所述可动梳齿是否发生吸附，并在任一所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附时，向所述多路电子切换开关发送控制信号，以控制所述多路电子切换开关将所述电子振荡器与未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通。
优选地，所述检测电路通过检测所述固定梳齿与所述可动梳齿之间的电阻，判断所述固定梳齿与所述可动梳齿是否发生吸附。
优选地，所述振荡器为压控振荡器。
优选地，所述压控振荡器输出的振荡信号的频率范围至少覆盖所述可动梳齿的谐振频率范围。
一种MEMS器件的防吸附方法，应用于如上任一项所述的MEMS器件，包括：
任一固定梳齿与可动梳齿发生吸附；
振荡器向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的固定梳齿输出振荡信号，使所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿之间产生静电吸力，以使发生吸附的所述固定梳齿和所述可动梳齿分开。
优选地，当所述MEMS器件包括多路电子切换开关时，振荡器向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的固定梳齿输出振荡信号之前，还包括：
所述多路电子切换开关将所述振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通，以使所述振荡器向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿输出振荡信号。
优选地，当所述MEMS器件包括检测电路时，所述多路电子切换开关将所述振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通之前，还包括：
所述检测电路检测所述固定梳齿与所述可动梳齿是否发生吸附，并在任一所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附之后，向所述多路电子切换开关发送控制信号，以控制所述多路电子切换开关将所述电子振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的MEMS器件及其防吸附方法，在固定梳齿与可动梳齿发生吸附时，振荡器会向可动梳齿和未与可动梳齿发生吸附的固定梳齿输出振荡信号，以使可动梳齿和未与可动梳齿发生吸附的固定梳齿之间产生静电吸力，使发生吸附的固定梳齿和可动梳齿分开，从而解决了由于可动梳齿与固定梳齿吸附而影响MEMS器件正常运行的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有的一种MEMS加速度计的结构示意图；
图2为图1所示的MEMS加速度计的吸附示意图；
图3为本发明实施例提供的一种MEMS器件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种MEMS器件的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种MEMS器件的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的MEMS器件的防吸附方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种MEMS器件，如图3所示，该MEMS器件包括可动结构30、不可动结构31和振荡器32，可动结构30包括可动质量块301和固定在可动质量块301上的可动梳齿302，不可动结构31包括不可动基底310以及固定在不可动基底310上的至少两个固定梳齿311。
需要说明的是，本发明中的MEMS器件可以是MEMS加速度计，也可以是MEMS陀螺仪等。本实施例中仅以MEMS器件是MEMS加速度计为例进行说明。如图3所示，本实施例中的MEMS器件还包括弹性梁33和固定锚点34等。固定锚点34固定在不可动基底310上，可动质量块301通过弹性梁33与固定锚点34连接。
其中，当MEMS器件受到外部作用力如有加速度输入时，可动结构30可相对不可动结构31移动，即可动质量块301和可动梳齿302可相对不可动基底310和固定梳齿311移动。当外部作用力消失时，弹性梁33的恢复力可以将可动结构30拉回其原来静止状态时的位置。但是，当外部作用力过大时，可动梳齿302与固定梳齿311会不可避免的发生吸附，弹性梁33的恢复力也不能将其分开。
本实施例中，振荡器32用于在固定梳齿311与可动梳齿302发生吸附时，向可动梳齿302和未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311输出振荡信号，以使可动梳齿302和未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311之间产生静电吸力，使发生吸附的固定梳齿311和可动梳齿302分开。
具体地，振荡器32可动梳齿302和向未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311输出具有一定频率的振荡信号后，可动梳齿302和未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311之间会产生静电吸力，从而产生微小的振动。当振荡信号的频率与可动梳齿302的谐振频率相匹配时，在共振效应的作用下，固定梳齿311和可动梳齿302之间因静电吸力而产生的振动会被放大，从而使得吸附的可动梳齿302脱离吸附状态，即使得发生吸附的固定梳齿311和可动梳齿302分开。
可选地，本实施例中的振荡器32为压控振荡器，可以采用直流输入控制电压改变其输出的振荡信号的频率。进一步地，压控振荡器输出的振荡信号的频率范围至少覆盖可动梳齿302的谐振频率范围。假设可动梳齿302的谐振频率范围为5k～50k，则压控振荡器输出的振荡信号的频率范围至少为4k～51k。基于此，振荡器32向可动梳齿302和未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311输出振荡信号后，会控制振荡信号的频率在预设频率范围内波动，当振荡信号的频率与可动梳齿302的谐振频率相匹配即相等时，发生吸附的固定梳齿311和可动梳齿302即可分开。
本实施例中，如图4所示，MEMS器件还包括多路电子切换开关35，该多路电子切换开关35用于在固定梳齿311与可动梳齿302发生吸附时，将振荡器32和未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311连通，以使振荡器32向可动梳齿302和未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311输出振荡信号。
其中，多路电子切换开关35包括多个输入端和一个输出端；多个输入端分别与至少两个固定梳齿311连接；输出端与振荡器32的一端相连，振荡器32的另一端与可动梳齿302相连。
如图4所示，多路电子切换开关35的输入端a与固定梳齿311a相连、输入端b与固定梳齿311b相连，输出端c与振荡器32相连。其中，固定梳齿311a和固定梳齿311b都与可动梳齿302构成检测电容。
当固定梳齿311a与可动梳齿302发生吸附时，固定梳齿311b未与可动梳齿302吸附，多路电子切换开关35的输入端b与输出端c连接，使得固定梳齿311b与振荡器32连通，振荡器32向固定梳齿311b和可动梳齿302输出振荡信号，以分开固定梳齿311a与可动梳齿302。
反之，当固定梳齿311b与可动梳齿302发生吸附时，固定梳齿311a未与可动梳齿302吸附，多路电子切换开关35的输入端a与输出端c连接，使得固定梳齿311a与振荡器32连通，振荡器32向固定梳齿311a和可动梳齿302输出振荡信号，以分开固定梳齿311b与可动梳齿302。
可选地，本实施例中的MEMS器件包括多个振荡器32和多个多路电子切换开关35，多路电子切换开关35与振荡器32一一对应设置。每一个振荡器32通过一个电子切换开关35与构成一个检测电容的可动梳齿302和固定梳齿311连接。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，MEMS器件也可以包括一个振荡器32和一个多路电子切换开关35，振荡器32通过电子切换开关35与构成检测电容的可动梳齿302和所有的固定梳齿311连接，在此不再赘述。
本实施例中，如图5所示，MEMS器件还包括检测电路36，该检测电路36与可动梳齿302、固定梳齿311和多路电子切换开关35连接，用于检测固定梳齿311与可动梳齿302是否发生吸附，并在任一固定梳齿311与可动梳齿302发生吸附时，向多路电子切换开关35发送控制信号，以控制多路电子切换开关35将振荡器32与未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311连通。
本实施例中，检测电路36通过检测固定梳齿311与可动梳齿302之间的电阻来判断固定梳齿311与可动梳齿302之间是否发生吸附。具体地，检测电路36与可动梳齿302和固定梳齿311a、311b相连，当固定梳齿311a与可动梳齿302不发生吸附时，固定梳齿311a和可动梳齿302之间的电阻会无穷大，当固定梳齿311a与可动梳齿302发生吸附时，固定梳齿311a和可动梳齿302之间的电阻会较小。
若检测电路36检测到固定梳齿311a和可动梳齿302之间的电阻变小了，即可判定固定梳齿311a和可动梳齿302发生了吸附、固定梳齿311b未与可动梳齿302发生吸附，之后，检测电路36会向多路电子切换开关35发送控制信号，控制多路电子切换开关35将振荡器32与未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311b连通。反之亦然，在此不再赘述。
同样，本实施例中的MEMS器件可以包括一个检测电路36，也可以包括多个检测电路36。当MEMS器件包括一个检测电路36时，检测电路36与可动梳齿302、所有的固定梳齿311和多路电子切换开关35连接；当MEMS器件包括多个检测电路36时，每个检测电路36与构成一个检测电容的可动梳齿302和固定梳齿311以及对应的多路电子切换开关35连接。
本发明所提供的MEMS器件，在固定梳齿与可动梳齿发生吸附时，振荡器会向可动梳齿和未与可动梳齿发生吸附的固定梳齿输出振荡信号，以使可动梳齿和未与可动梳齿发生吸附的固定梳齿之间产生静电吸力，使发生吸附的固定梳齿和可动梳齿分开，从而解决了由于可动梳齿与固定梳齿吸附而影响MEMS器件正常运行的问题。
本发明实施例提供了一种MEMS器件的防吸附方法，应用于上述实施例提供的MEMS器件，如图6所示，该防吸附方法包括：
S101：任一固定梳齿与可动梳齿发生吸附；
S102：振荡器向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的固定梳齿输出振荡信号，使所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿之间产生静电吸力，以使发生吸附的所述固定梳齿和所述可动梳齿分开。
如图4所示，固定梳齿311a和固定梳齿311b都与可动梳齿302构成检测电容。当固定梳齿311a与可动梳齿302发生吸附时，固定梳齿311b未与可动梳齿302吸附，使固定梳齿311b与振荡器32连通，振荡器32向固定梳齿311b和可动梳齿302输出振荡信号，以分开固定梳齿311a与可动梳齿302。
反之，当固定梳齿311b与可动梳齿302发生吸附时，固定梳齿311a未与可动梳齿302吸附，使固定梳齿311a与振荡器32连通，振荡器32向固定梳齿311a和可动梳齿302输出振荡信号，以分开固定梳齿311b与可动梳齿302。
当MEMS器件包括多路电子切换开关时，振荡器向可动梳齿和未与可动梳齿发生吸附的固定梳齿输出振荡信号之前，还包括：
多路电子切换开关将所述振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通，以使所述振荡器向未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿输出振荡信号。
如图4所示，多路电子切换开关35的输入端a与固定梳齿311a相连、输入端b与固定梳齿311b相连，输出端c与振荡器32相连。
当固定梳齿311a与可动梳齿302发生吸附时，固定梳齿311b未与可动梳齿302吸附，多路电子切换开关35的输入端b与输出端c连接，使得固定梳齿311b与振荡器32连通。反之，当固定梳齿311b与可动梳齿302发生吸附时，固定梳齿311a未与可动梳齿302吸附，多路电子切换开关35的输入端a与输出端c连接，使得固定梳齿311a与振荡器32连通。
当所述MEMS器件包括检测电路时，所述多路电子切换开关将所述振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通之前，还包括：
所述检测电路检测所述固定梳齿与所述可动梳齿是否发生吸附，并在任一所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附之后，向所述多路电子切换开关发送控制信号，以控制所述多路电子切换开关将所述电子振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通。
如图5所示，检测电路36与可动梳齿302和固定梳齿311a、311b相连，当固定梳齿311a与可动梳齿302发生吸附时，固定梳齿311a、可动梳齿302和检测电路36之间会产生回路电流，检测电路36即可据此判定固定梳齿311a和可动梳齿302发生了吸附、固定梳齿311b未与可动梳齿302发生吸附，之后，检测电路36会向多路电子切换开关35发送控制信号，控制多路电子切换开关35将振荡器32与未与可动梳齿302发生吸附的固定梳齿311b连通。反之亦然，在此不再赘述。
本发明所提供的MEMS器件的防吸附方法，在任一固定梳齿与可动梳齿发生吸附时，振荡器会向可动梳齿和未与可动梳齿发生吸附的固定梳齿输出振荡信号，以使可动梳齿和未与可动梳齿发生吸附的固定梳齿之间产生静电吸力，使发生吸附的固定梳齿和可动梳齿分开，从而解决了由于可动梳齿与固定梳齿吸附而影响MEMS器件正常运行的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种MEMS器件，其特征在于，包括可动结构、不可动结构、振荡器和多路电子切换开关；
所述可动结构包括可动质量块和固定在所述可动质量块上的可动梳齿；
所述不可动结构包括不可动基底以及固定在所述不可动基底上的至少两个固定梳齿；
所述振荡器用于在所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附时，向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿输出振荡信号，以使所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿之间产生静电吸力，使发生吸附的所述固定梳齿和所述可动梳齿分开；
所述多路电子切换开关包括多个输入端和一个输出端；
所述多个输入端与所述至少两个固定梳齿分别连接；
所述输出端与所述振荡器的一端相连；所述振荡器的另一端与所述可动梳齿相连；
所述多路电子切换开关用于在所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附时，将所述振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通，以使所述振荡器向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿输出振荡信号。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件包括多个所述振荡器和多个所述多路电子切换开关，所述多路电子切换开关与所述振荡器一一对应设置。
3.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，还包括检测电路；
所述检测电路用于检测所述固定梳齿与所述可动梳齿是否发生吸附，并在任一所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附时，向所述多路电子切换开关发送控制信号，以控制所述多路电子切换开关将所述振荡器与未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通。
4.根据权利要求3所述的MEMS器件，其特征在于，所述检测电路通过检测所述固定梳齿与所述可动梳齿之间的电阻，判断所述固定梳齿与所述可动梳齿是否发生吸附。
5.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述振荡器为压控振荡器。
6.根据权利要求5所述的MEMS器件，其特征在于，所述压控振荡器输出的振荡信号的频率范围至少覆盖所述可动梳齿的谐振频率范围。
7.一种MEMS器件的防吸附方法，其特征在于，应用于权利要求1～6任一项所述的MEMS器件，包括：
任一固定梳齿与可动梳齿发生吸附；
多路电子切换开关将振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通；
所述振荡器向所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿输出振荡信号，使所述可动梳齿和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿之间产生静电吸力，以使发生吸附的所述固定梳齿和所述可动梳齿分开。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述MEMS器件包括检测电路时，所述多路电子切换开关将所述振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通之前，还包括：
所述检测电路检测所述固定梳齿与所述可动梳齿是否发生吸附，并在任一所述固定梳齿与所述可动梳齿发生吸附之后，向所述多路电子切换开关发送控制信号，以控制所述多路电子切换开关将所述振荡器和未与所述可动梳齿发生吸附的所述固定梳齿连通。
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