CN110021497B - 一种万向导通微冲击开关及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种万向导通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，水平固定电极和竖直固定电极；可动电极进一步包括质量块、质量块弹簧、触点弹簧和触点；水平固定电极包括悬臂梁，锚点和衬底，竖直固定电极上镀有金属电极和引线。可动电极通过水平触点和竖直触点可使开关可以在水平和竖直方向均能导通。可动电极上的两个质量块分别被质量块弹簧环绕，以便最大限度地提高空间利用率，减小器件的结构尺寸。水平固定电极的悬臂梁与可动电极上的悬臂梁都可以增加质量块在冲击作用下的位移，减小反弹效应，延长开关的接触时间，提高器件的可靠性。本发明在汽车，家电，机电行业具有广泛的应用前景。

Description

一种万向导通微冲击开关及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术，具体涉及一种万向导通微冲击开关及其制备方法。
背景技术
微冲击开关是一种集传感器与执行器于一体的惯性器件，是应用较为广泛的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)MEMS器件之一，具有尺寸小，成本低，精度高，功耗低等优点，广泛应用于汽车、家电、工业制造等领域。在当前技术中，微冲击开关在受到冲击时，在弹簧的作用下，可动电极与固定电极接触，从而导通开关。大多数微冲击开关只能在单一方向导通，并且在导通过程中可能会碰撞过度，碰撞偏移导致接触不良，稳定性和可靠性不高。随着产品需求的发展，在水平和竖直方向上均能导通的微冲击开关也受到越来越多的关注。
发明内容
针对以上现有微冲击开关的问题和需求，本发明提出一种万向导通微冲击开关及其制备方法，工艺简便，结构简单，可靠性高，成本低，良率高，且可大批量生产。
本发明的目的在于提供一种万向导通微冲击开关及其制备方法。
本发明的万向导通微冲击开关包括：可动电极、水平固定电极和竖直固定电极；所述可动电极进一步包括第一质量块和第二质量块，第一质量块弹簧，第二质量块弹簧，触点弹簧，水平触点和竖直触点，所述第一质量块弹簧分别水平连接水平固定电极和第一质量块，所述第二质量块弹簧分别水平连接第一质量块和第二质量块，使得可动电极悬空。所述水平固定电极包括悬臂梁，锚点和衬底，水平固定电极完全环绕可动电极，竖直固定电极与水平固定电极上下连接在一起。
可动电极在受到竖直或水平方向冲击之后，会在质量块弹簧的作用下向竖直固定电极或水平固定方向移动，可动电极上的触点与固定电极接触使开关导通。本发明的万向导通微冲击开关的质量块上布置了均匀大小的小孔，可进一步减小运动阻尼，水平固定电极的悬臂梁与可动电极上的悬臂梁都可以增加质量块在冲击作用下的位移，减小反弹效应，延长开关的接触时间。
进一步地，所述可动电极上的第一质量块上面布置了多个圆孔，第一质量块弹簧为蛇形布置，环绕第一质量块。第一质量块弹簧一端与第一质量块水平相连，另一端与第一衬底水平相连。
进一步地，所述可动电极上的多个水平触点后端均布置触点弹簧，水平触点分布在第一质量块的边缘。
进一步地，所述竖直触点位于第二质量块的中心，多个所述第二质量块弹簧环绕第二质量块。
进一步地，所述水平触点与悬臂梁接触时，所述可动电极与水平固定电极导通。所述竖直触点与竖直固定电极接触时，所述可动电极与竖直固定电极导通。
进一步地，所述竖直固定电极与水平固定电极的接触面上镀有金属电极和引线。所述第一衬底上布置了凹槽，防止竖直固定电极上的金属引线短路。
进一步地，所述竖直固定电极采用键合或者粘接的方式，分别与水平固定电极和可动电极连接在一起。
本发明的另一个目的在于提供一种万向导通微冲击开关制备方法。
本发明的一种万向导通微冲击开关制备方法，包括如下步骤：
1)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，质量块弹簧，触点，悬臂梁，锚点和引线凹槽。
2)在竖直固定电极与水平固定电极的接触面上镀金属膜，以便在外力冲击下可动电极与固定电极导通。
3)将竖直固定电极和水平固定电极上下键合或粘接。
进一步，在步骤1)中，还包括光刻刻蚀多个水平触点和竖直触点。
进一步，在步骤1)中，还包括光刻刻蚀两个质量块和多个环形质量块弹簧，并在质量块上加工圆孔。
当没有外来的冲击时，可动电极与固定电极分离，微冲击开关呈断开状态。当在水平面上任一方向或者竖直方向上施加外力冲击，可动电极向水平或竖直固定电极移动，且在冲击加速度超过阈值时，可动电极上的触点与水平固定电极上的悬臂梁或竖直固定电极接触，微冲击开关导通，在惯性的作用下，可动电极与固定电极的接触刚度会进一步地加大，当加速度减弱，可动电极上的触点在蛇形弹簧的作用下回弹并与固定电极分离，微冲击开关断开。
本发明的有益效果是，本发明的一种万向导通微冲击开关及其制备方法，包含水平固定电极，竖直固定电极和可动电极，水平固定电极完全包围可动电极，并与竖直固定电极上下连接，可动电极上的两个质量块分别被质量块弹簧环绕，以便最大限度地提高空间利用率，减小器件的结构尺寸。水平固定电极的悬臂梁与可动电极上的悬臂梁都可以增加质量块在冲击作用下的位移，减小反弹效应，延长开关的接触时间，提高器件的可靠性。本发明的微冲击开关在受到水平方向和竖直方向的外力时均能导通，在汽车，家电，工业制造领域应用广泛。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的一种万向导通微冲击开关的一个实施例的可动电极与水平固定电极仰视图；
图2为本发明的一种万向导通微冲击开关的一个实施例的竖直固定电极俯视图；
图3为本发明的一种万向导通微冲击开关的一个实施例沿图1中AA’线的剖面图。
图中1.可动电极，11.第一质量块，12.第二质量块，13.第一质量块弹簧，14，第二质量块弹簧，15.触点弹簧，16.水平触点，17.竖直触点，2.水平固定电极，21.悬臂梁，22.锚点，23.衬底，3.竖直固定电极，31.金属电极，32.引线。
具体实施方式
结合下列附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的一种万向导通微冲击开关的一个实施例的可动电极和水平固定电极仰视图，图2为本发明的一种万向导通微冲击开关的一个实施例的竖直固定电极俯视图，如图1-3所示，本实施例的一种万向导通微冲击开关包括：可动电极(1)、水平固定电极(2)和竖直固定电极(3)；所述可动电极(1)进一步包括第一质量块(11)和第二质量块(12)，第一质量块弹簧(13)，第二质量块弹簧(14)，触点弹簧(15)，水平触点(16)，竖直触点(17)，所述第一质量块弹簧(13)分别水平连接水平固定电极(2)和第一质量块，所述第二质量块弹簧(14)分别水平连接第一质量块(11)和第二质量块(12)，使得可动电极(1)悬空。所述水平固定电极(2)包括悬臂梁(21)，锚点(22)和衬底(23)，水平固定电极(2)完全环绕可动电极(1)，竖直固定电极(3)与水平固定电极(2)上下连接在一起。在本实施例中，质量块弹簧环绕质量块布置，并在第一质量块(11)上分布了许多小孔，以减少运动阻尼，竖直固定电极(3)与水平固定电极(2)的接触面上布置了金属电极(31)和金属引线(32)，以使开关导通。
本实施例的一种万向导通微冲击开关的制备方法包括：
1)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，质量块弹簧，触点，悬臂梁，锚点和引线凹槽。
2)在竖直固定电极与水平固定电极的接触面上镀金属膜，以便在外力冲击下可动电极与固定电极导通。
3)将竖直固定电极和水平固定电极BCB键合。
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有可能的。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 (10)

1.一种万向导通微冲击开关，其特征在于，所述微冲击开关包括：可动电极(1)、水平固定电极(2)和竖直固定电极(3)；所述可动电极(1)进一步包括第一质量块(11)和第二质量块(12)，第一质量块弹簧(13)，第二质量块弹簧(14)，触点弹簧(15)，水平触点(16)，竖直触点(17)，所述第一质量块弹簧(13)分别水平连接水平固定电极(2)和第一质量块，所述第二质量块弹簧(14)分别水平连接第一质量块(11)和第二质量块(12)，使得可动电极(1)悬空，所述水平固定电极(2)包括悬臂梁(21)，锚点(22)和衬底(23)，水平固定电极(2)完全环绕可动电极(1)，竖直固定电极(3)与水平固定电极(2)上下连接在一起。
2.如权利要求1所述的一种万向导通微冲击开关，其特征在于，所述可动电极(1)上的第一质量块(11)上面布置了多个圆孔，第一质量块弹簧(13)为蛇形布置，环绕第一质量块(11)， 第一质量块弹簧(13)一端与第一质量块(11)水平相连，另一端与衬底(23)水平相连。
3.如权利要求1所述的一种万向导通微冲击开关，其特征在于，所述可动电极(1)上的多个水平触点(16)后端均布置触点弹簧(15)，水平触点(16)分布在第一质量块(11)的边缘。
4.如权利要求1所述的一种万向导通微冲击开关，其特征在于，所述竖直触点(17)位于第二质量块(12)的中心，所述第二质量块弹簧(14)环绕第二质量块(12)。
5.如权利要求1所述的一种万向导通微冲击开关，其特征在于，所述水平触点(16)与悬臂梁(21)接触时，所述可动电极(1)与水平固定电极(2)导通；所述竖直触点(17)与竖直固定电极(3)接触时，所述可动电极(1)与竖直固定电极(3)导通。
6.如权利要求1所述的一种万向导通微冲击开关，其特征在于，所述竖直固定电极(3)与水平固定电极(2)的接触面上镀有金属电极(31)和引线(32)， 所述衬底(23)上布置了凹槽(24)，防止竖直固定电极(3)上的金属引线短路。
7.如权利要求1所述的一种万向导通微冲击开关，其特征在于，所述竖直固定电极(3)通过键合或者粘接的方式分别与水平固定电极(2)和可动电极(1)连接在一起。
8.如权利要求1所述的一种万向导通微冲击开关制备方法，其特征在于，所述制备方法，包含以下步骤：
1)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，质量块弹簧，触点，悬臂梁，锚点和引线凹槽；
2)在竖直固定电极与水平固定电极的接触面上镀金属膜，以便在外力冲击下可动电极与固定电极导通；
3)将竖直固定电极和水平固定电极上下键合或粘接。
9.如权利要求8所述的一种万向导通微冲击开关制备方法，其特征在于，所述步骤1)中还包括光刻刻蚀多个水平触点和竖直触点。
10.如权利要求8所述的一种万向导通微冲击开关制备方法，其特征在于，所述步骤1)中还包括光刻刻蚀两个质量块和多个环形质量块弹簧，并在质量块上加工圆孔。
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