CN110234599B

CN110234599B - 用于mems器件的可动质量块的阻尼系统

Info

Publication number: CN110234599B
Application number: CN201780079874.2A
Authority: CN
Inventors: 纪尧姆·杰罗姆·弗朗索瓦·利赫
Original assignee: Safran SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Safran SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2037-11-20
Also published as: WO2018091851A1; FR3058994B1; US20200062584A1; EP3541739B1; EP3541739A1; CN110234599A; US10703626B2; JP6999669B2; FR3058994A1; JP2019535543A

Abstract

本发明涉及一种用于MEMS器件(1)的可动质量块(2)的阻尼系统，系统能够防止质量块(2)与MEMS器件(1)的表面元件(3)之间的直接接触，阻尼系统包括：位于质量块(2)与表面元件(3)之间的机械缓冲器(4)；用于锁定/解锁缓冲器(4)的系统(5)，系统包括朝向缓冲器(4)定向的一个分支(51)，分支具有止挡端部(53)和能够使分支(51)枢转的销接合部(54)，锁定/解锁系统(5)限定质量块(2)的两个后续位置。

Description

用于MEMS器件的可动质量块的阻尼系统

技术领域

本发明涉及具有小尺寸可动元件、特别是在微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS)内作为小尺寸惯性传感器的机械系统的设计。

背景技术

MEMS器件的不可靠性和脆弱性的其中一个主要原因在于所述可动元件在振动事件或冲击期间与固定表面进行接触。这种接触一方面可以通过静电相互作用或范德华力而导致可动元件的键合。另一方面，这些可动元件和相邻元件例如在MEMS器件的急剧坠落期间可能由于剧烈和/或反复冲击而损坏。

当运动中的元件具有较大质量或大的移位幅度时，这些问题更加相关：在两种情况下，当质量块发生移位时增加了可动主体的动能，并且增加了可动系统在与相对的固定表面碰撞期间的损坏风险。在诸如加速器或陀螺仪的高级惯性系统内尤其是这种情况，这种系统必须包括高惯性和大的移位幅度的质量块，以降低信噪比。

为了限制键合风险，本领域已知的是，在MEMS传感器可动主体的表面上实施刚性阻挡元件，以便减小可动主体与位于该可动主体的轨迹上的固定支撑件之间的接触区域的表面。实际上，在键合的源处的相互作用的强度与所述接触表面成比例。然而，该表面越小，在该表面上集中的机械约束就越多，增加在阻挡处机械故障的风险。

为了不再突然停止可动主体对着固定支撑件的行程，而是为了阻尼可动主体的行程以使该可动主体的移位减速然后停止，已经提出了将柔性和可变形的弹性或塑料阻挡器而不是刚性和不可变形的阻挡元件引入到MEMS传感器中。以下出版物：S.W.Yoon，S.Lee，N.C.Perkins和K.Najafi的“使用集成的新型冲击保护技术的改进冲击保护(Shock–Protection Improvement Using Integrated Novel Shock-ProtectionTechnologies)”，微电机系统期刊，第20卷，第4期，第1016-1031页，2011年8月，提出了具有弹性或塑料性能的阻挡件，以减小梁在MEMS系统内的硬表面上的冲击力。

然而，塑料性质的阻挡元件的设计在用于制造机械部件的方法中引起了额外的复杂性。此外，在运动中与具有纯弹性性能的阻挡器发生接触的可动元件的动能主要转换为阻挡器的势能。当可动主体的动能达到零时，高弹性的阻挡器可以将阻挡器的大部分势能恢复为可动主体的动能，能量耗散很小。因此，阻挡器可能使可动主体再次移动并且可导致可动结构在相邻表面上的多次回弹，这存在机械破坏的风险。

为了克服这个问题，已经提出了将这种弹性阻挡器锁定在其由可动主体移位的位置，同时该弹性阻挡器以势能的形式存储了可动主体的一部分动能，使得这种势能未返回到可动主体。读者将能够参考以下出版物：K.Xu，N.zhu，X.Zhang，W.Su，W.Zhang和Y.Hao的“基于MEMS兼容锁定阻挡器的新型冲击保护方法(A novel shock protection methodbased on MEMS compliant latching stopper)”,2016年IEEE微电子机械系统(MEMS)国际会议会刊，2016年，第1125-1128页。在此实施的弹性阻挡器包括位于从阻挡器表面突出的部分上的一对钩，该一对钩可以与安装在面向阻挡器的壁上的钩配合。当朝向壁的质量块与阻挡器发生接触时，阻挡器变形，然后一旦该阻挡器到达临界变形幅度，该阻挡器就被钩机械地锁定在该阻挡器的变形位置。因此，当可动主体返回到其初始位置时，阻挡器被止挡并且不能够将其弹性势能传递到可动主体。阻挡器不能在可动主体附近被释放并引起回弹。

然而，该解决方案以及现有技术中已知的其他类似的解决方案具有不可多次使用的严重缺点，阻挡器的止挡被设计成是不可逆的。对于机械结构的新的冲击或振动事件的发生，保持在止挡位置的阻挡器系统不再保证其吸收机械冲击的功能，甚至可能使该效果恶化。当阻挡器处于止挡位置时，增加了可动主体的自由偏移幅度并且可以增加该可动主体的动能冲击能。

国际专利申请WO 2006/127035 A2公开了一种可以在MEMS器件中实施的冲击传感器，该冲击传感器包括可平移移动的质量块。该质量块设置有可与棘轮接合的钩，以在冲击事件之后将质量块保持在锁定位置并且检测一定水平的冲击。该文献提供了一种用于对质量块进行解除止挡的附加元件，该附加元件呈可作用在棘轮上的解锁致动器的形式。因此，可重复使用冲击传感器以检测一连串冲击事件。然而，在此不确保吸收可动主体与相对元件之间的冲击的功能。在该文献中实施的器件的复杂性和体积使其难以与吸收由可动主体所经受的冲击的元件相关联。另外，在该文献中描述的重启致动器由主动(例如热或电容)控制来控制，并且该文献没有提出在被动控制模式中的纯机械解决方案。

因此，需要一种用于锁定在机电微结构中的弹性阻挡器的解决方案，该解决方案还通过被动或主动控制提供了解锁阻挡器的步骤，而不会在设计中引起过度的复杂性。

发明内容

本发明通过适配于小尺寸系统的机械设计和机械元件的巧妙尺寸而提出了一种在MEMS型器件中有相关用途的用于控制微机械结构的弹性阻挡器的锁定/解锁的系统，该系统可以在被动以及主动控制模式下工作。

根据本发明的阻挡器结合根据本发明的锁定/解锁系统提供了机械滞后回线，阻挡器相对于其阻尼的可动质量块的移位幅度具有非线性机械性能。然而，如下文中将要描述的，随后的解锁步骤解决了在第一次冲击事件之后通过将阻挡器止挡在锁定位置所引入的不可逆性，可以对该解锁步骤进行主动或被动地控制。

根据第一方面，本发明涉及一种用于这种器件的可动质量块的阻尼系统，

系统能够防止质量块与MEMS器件的表面元件之间的直接接触，质量块可沿第一方向相对于表面元件平移地移动，阻尼系统包括：

-具有弹性性能的机械阻挡器，该机械阻挡器位于质量块与表面元件之间，

所述阻挡器当其处于静止位置时沿第二方向定向，

与锁定/解锁系统相关联的是以下元件：

·分支，该分支朝向阻挡器定向，该分支终止于止挡端部，

·枢轴连接件，该枢轴连接件能够使分支沿垂直于板的平面的旋转轴线枢转，MEMS器件的元件布置在该板上，

锁定/解锁系统沿质量块的平移方向界定质量块的两个位置：

-中心位置，

-第一端位置，在第一端位置，质量块相对于其中心位置更靠近相对表面元件，然后阻挡器沿锁定位置压向表面元件，分支被构造成通过止挡端部将阻挡器止挡在该锁定位置，

解锁系统进一步被构造成使得锁定/解锁系统能够围绕枢轴连接件旋转直至使得阻挡器未被保持在锁定位置的位置。

在对应于锁定/解锁系统的被动机械控制的一个实施例中，如图1至图9中所示，在此提供了一种锁定/解锁系统，该锁定/解锁系统进一步包括杆，该杆固定到分支并且与分支沿相同的枢轴连接件旋转，

阻尼系统进一步包括固定到质量块的突出元件，该突出元件从质量块朝向该杆延伸出，使得当质量块从中心位置转换到第二端位置时，杆通过突出元件的平移移动而驱动，并且使锁定/解锁系统围绕枢轴连接件旋转直至使得阻挡器未被保持在锁定位置的位置。

在对应于在此未示出的阻挡器的锁定和解锁的主动控制的第二实施例中，可以通过致动器确保对锁定/解锁系统围绕其枢轴连接件的旋转操作进行控制，该致动器例如与MEMS器件的相对表面的致动器相关联。这些致动器可以例如是电激活静电梳状驱动器，以调节锁定/解锁系统与相对表面之间的距离，从而产生足以使锁定/解锁系统在一个取向或其他取向围绕其枢轴连接件旋转的静电相互作用力。

根据第二方面，本发明提出了一种传感器或致动器型的MEMS器件，该MEMS器件包括根据本发明的第一方面的阻尼系统。本发明有利地用于MEMS器件，其中质量块可相对于相邻元件移动，并且在与所述元件冲击的事件期间引发机械键合或机械破坏的巨大风险。

此外，提出了包括多个锁定/解锁系统的MEMS器件，以便沿相同的平移方向(如图4至图7中所示)在多个移位取向上、或者沿多个平移方向(图8中所示的情况)对可动质量块进行阻尼。

以非限制性且非常有利的方式，这样的多个锁定/解锁系统可以与一个或多个联接系统相关联，以便响应于可动质量块的移位而将锁定/解锁系统的旋转移动联系起来，从而改进对多个阻挡器进行解锁的步骤的被动控制，并且改进对阻挡器进行锁定的步骤的可逆性。如下面将描述的，特别是参考图4至图7，本发明的元件的巧妙尺寸允许多个锁定/解锁系统之间的这种协同作用。

此外，本发明提出了一种MEMS器件，该MEMS器件包括阻尼系统，该阻尼系统设置成与两个质量块的组一起工作，该两个质量块能够相对于相邻的表面元件沿两个方向移动，所述两个质量块能够或不能够成为同一可动元件的一部分。然后形成四个阻挡器和锁定/解锁系统的组，对该四个系统如将在下文中参考图9描述的那样进行联接。

本发明的多个示例性实施例通过以下附图示出并在下面详述，本发明给出了一种易于制造并且在MEMS器件内易于引入的解决方案，用以通过对具有弹性性能的阻挡器进行被动或主动控制来确保锁定和解锁。在此提出的锁定/解锁系统的非常简单的设计使得该锁定/解锁系统能够在小尺寸MEMS器件中的实施，其目的是使这种器件微型化。

如下面所阐述的，由锁定/解锁系统形成的小体积使得能够实施这些系统中的多个系统，以在多个平移方向上对MEMS器件内的可动主体进行阻尼。本发明使得能够同时对若干锁定/解锁系统进行主动控制。

本发明还提出了如上面所限定的阻尼系统的组，该阻尼系统的组用于对可动MEMS器件的质量块能够沿一个或多个平移位移的方向与MEMS器件的相邻结构的多个表面元件发生接触进行阻尼。

此外，本发明还提出了一种用于通过使用枢轴和滑块来联接多个锁定/解锁系统的系统。后一种解决方案有助于同时对多个锁定/解锁系统进行主动控制。另外，如将在下面阐述的，使用两个联接的锁定/解锁系统改进了在新的机械冲击事件期间再使用阻挡器的可能性。

本领域技术人员应当理解的是，本发明的使用范围不限于仅描述MEMS器件内的平移轨迹的可动主体的情况。本发明可以有利地与可动主体结合使用，该可动主体的一般移动包括旋转分量，但是该一般移动可以局部地描述为主要是平移移动。

附图说明

通过阅读描述MEMS系统内的若干有利实施例的以下详细描述，以及参考以下附图，本发明的其他特征、目的和优点将变得更加清晰，该附图应当被解释为用于纯说明性的而非限制性的目的。

图1示意性地示出了第一种情况，其中质量块沿一个平移方向仅在一个取向上被阻尼，示出了质量块处于初始中心位置。

图2示出了相同的器件，可动质量块处于第一下端位置，阻挡器被设置在锁定位置。

图3示出了阻挡器在质量块转换到第二顶端位置时的解锁阶段。

图4示意性地示出了第二种情况，其中两个联接的锁定/解锁装置设置在可动质量块的平移方向的两侧上，在此示出了该可动质量块处于初始中心位置。

图5示出了具有两个联接的锁定系统的相同的器件，当质量块从图4所示的系统的状态转换到低位置时，该质量块与相对框架元件的接触被下部阻挡器阻尼。

图6示出了在相同器件内，质量块在图5中所示的步骤之后返回到中心位置，下部阻挡器保持被止挡在下部锁定位置。

图7示出了质量块从图6中所示的系统的状态转换到顶端位置。

图8示意性地示出了第三种情况，其中质量块可沿两个基本上垂直的平移方向移动，并且沿这两个方向仅在一个取向上被阻尼。

图9示意性地示出了第四种情况，其中两个质量块可沿相同的两个基本上垂直的平移方向移动，并且沿这两个方向仅在一个取向上被阻尼。

具体实施方式

在此描述的所有实施例涉及一种包括小尺寸质量块的MEMS型机电器件，该小尺寸质量块可以相对于可能止挡其行程的相邻表面元件以局部地可以描述为平移移动的方式移动。应当能回想到的是，该局部平移移动可以是质量块的整体移动中的一部分，该整体移动包括其他平移分量或旋转分量或变形约束。

图1示出了MEMS型器件的可动质量块2，该可动质量块2可相对于MEMS器件的表面元件3沿基本上竖直的方向平移移动。在此示出的阻尼系统旨在当质量块2以大到足以使该质量块与阻挡器4发生接触的加速度被驱动时阻尼质量块2的向下移动。应当理解的是，可以对质量块的沿空间的任何方向的平移移动进行阻尼。

根据一个非主要特征，质量块2在此被两个返回元件21和返回元件22约束平移。在此，返回元件21和返回元件22是弹簧。弹簧21的一端固定到质量块2的上部面，该弹簧21的另一端固定到关于表面元件3固定的表面元件。类似地，弹簧22在一端固定到质量块2的下部面，该弹簧22在另一端固定到固定元件。在此，如图1中所示，两个弹簧趋于使质量块2返回到中心位置PM_C。应当理解的是，质量块2可以通过可在MEMS器件中使用的任何其他装置约束平移。在此示出的中心位置PM_C可以被认为是质量块的静止位置。

阻挡器4包括:具有弹性性能的片弹簧，该片弹簧基本上在垂直于附图平面的平面上(因此是水平地)延伸并且沿竖直方向具有薄的厚度；以及尖端元件41，该尖端元件41沿竖直方向具有较大厚度。在此示出的该阻挡器的静止位置PB_R、也就是说使阻挡器4不受弹性约束的位置，阻挡器4基本上在垂直于附图平面的平面上延伸。阻挡器4在此通过其右端简单地嵌入在关于元件3固定的表面元件中，该阻挡器4的左端可竖直地移动。该阻挡器竖直地嵌入到一水平，使得该阻挡器能够在处于中心位置的质量块与表面元件3之间延伸。根据本申请中未示出的另一实施例，阻挡器4可以是双重嵌入的，例如一方面其右端嵌入在图1中所示的平面上，另一方面其左端嵌入在平行于附图平面的另一平面上。因此，如果质量块2被引导对着元件3平移，则阻挡器4设置成插入在质量块2与元件3之间。阻挡器4由具有弹性性能和良好机械强度的材料(诸如硅、二氧化硅、锗、氮化硅或在MEMS器件中常规使用的其他半导体材料)制成。

进一步示出了锁定/解锁系统5。在此并且以非限制性方式披露的实施例中，锁定/解锁系统5根据随后阐述的形态执行阻挡器4位置的被动控制。系统5由具有良好机械强度的刚性材料形成。该系统在其下部部分包括具有若干部分的分支51：沿水平方向朝向阻挡器4延伸的部分；以及竖直延伸并终止于钩53的部分，以便具有大致朝向右侧定向并且在阻挡器4的变形路径上延伸的凹面，使得在钩53下方水平延伸的元件的向上移动将受到钩53的限制。锁定/解锁系统5在其上部部分进一步包括杆52，该杆52牢固地连接到分支51，该杆52朝向质量块2水平延伸。分支51和杆52形成刚性组件，该刚性组件通过枢轴连接件54连接到关于元件3固定的表面元件，使得锁定/解锁系统5部分地围绕基本上垂直于附图平面的轴线自由旋转。

最后，质量块2在质量块的与杆52相对的左下部分包括朝向杆52的突出元件23，该突出元件23是刚性的并且固定到质量块2以进入质量块的竖直平移移动。杆52和分支51以如下方式设置尺寸并且布置：在在此示出的质量块2的中心位置，突出元件23设置在杆52与处于静止状态的阻挡器4之间，钩53位于处于静止状态的阻挡器4下方。

应当注意的是，如此处情况那样，杆52和突出元件23在仅根据实施例的确保锁定/解锁系统的被动控制的阻尼系统内是有用的。根据未被本申请中的附图示出的另一实施例，下面提到的附加元件可以经由主动控制来确保与突出元件23和杆52相同的功能。

图2(其中图1的附图标记被保留用于相应元件(以及用于所有其他附图))示出了处于下部平移后的位置PM₁(作为系统的第一端位置)的质量块2，下部弹簧22在压缩状态下工作，弹簧21在松弛状态下工作。位置PM₁相对于中心位置PM_C充分平移，使得阻挡器4被质量块2的向下行程所驱动而转换到锁定位置PB_V。在该锁定位置，阻挡器4不再以其全部在基本上垂直于竖直平面的平面上整体延伸，而是在使其不可动的右端保持嵌入的同时向下移位。因此，阻挡器4的可动端部41已经通过相对分支51的钩53下方，并且突出元件23已经相对于质量块2的中心位置PM_C移动远离杆52。在质量块2从位置PM_C移动到位置PM₁期间，质量块2的与其平移速度相关的动能被部分地转换为阻挡器4的片弹簧(刚度为k_b)的弹性势能，并且该动能被部分地转换为弹簧21和弹簧22(刚度为k)的弹性势能，该弹簧21和弹簧22被约束在不是这些弹簧的静止位置的位置。在质量块2向上上升(不超过质量块2的其中突出元件23抵接杆52的状态)期间，阻挡器4保持被止挡在钩53下方(在此未示出质量块2这种向上上升状态)。因此，由阻挡器4存储的弹性势能不以动能的形式返回到质量块2，而仅由弹簧21和弹簧22存储的势能可能返回。η指的是在质量块2的上述下降步骤然后是上升步骤期间质量块2所经历的能量效率，x(未示出)指的是质量块2相对于中心位置PM_C的最大竖直移位幅度，g_b指的是在质量块2的下边缘与阻挡器4的上表面之间的竖直距离(未示出)，可以得出

由于阻挡器4的止挡，效率η严格小于1。质量块2在其向下移动中的动能不完全返回到该质量块2中，其优点在于，在质量块2的上升期间，质量块2不可能在阻挡器4的释放状态下在表面元件3与相对表面元件(在此未示出)之间竖直地回弹。小于95％的能量效率η已经被认为是显著的，以避免这种回弹效应，在此存在的系统理论上允许返回到低至50％的效率。

对于相同的器件，图3示出了质量块2朝向作为第二端位置PM₂的高位置上升。位置PM₂足够高，使得质量块2在其从其中心位置PM_C到其高位置PM₂的行程中经由突出元件23驱动杆52，该杆52由于其不可变形性而经由枢轴连接件54驱动锁定/解锁系统5向上旋转。固定到杆52的分支51、特别是钩53被驱动向上旋转直至钩53被充分升起的位置，使得阻挡器4的端部41不再被止挡在锁定位置PB_V。因此，阻挡器4被释放并且消散其在图2中所示的质量块2的下降步骤期间存储的弹性势能。有利地，该能量不会返回到质量块2，因此不可能导致质量块2的回弹。

在该实施例中，其中在对锁定/解锁系统5的解锁进行被动控制的情况下，只有当质量块2在随后的步骤中充分上升使得突出元件23例如在高位置PM₂向上驱动杆52才可以获得对转换到锁定位置PB_V之后的阻挡器4的解锁。如果质量块2在第一下端位置PM₁之后朝向不满足该条件的位置(例如朝向由返回装置21和返回装置22自发地约束的中心位置PM_C)上升，则阻挡器4不解除止挡并且其用于吸收质量块2的随后的向下冲击的有效性受到损害。

在另一实施例中，其中在对锁定/解锁系统5的解锁进行主动控制的情况下，未在本申请中示出的电子致动装置可以设置在锁定/解锁系统5上，例如设置在杆52上，和设置在相对表面上，以允许将输入电信号转换为分支51围绕枢轴54向上旋转的机械动作。例如，一方面设置在杆52的高部分上、另一方面设置在相对的固定表面上的不同极性的电极可以形成合适的静电致动器。在该主动控制模式中，突出元件23不再是解锁所必需的并且可以省略。此外，于是解锁是先验的，不再受到质量块2上升到特别高的位置的制约，并且有利地，可以在质量块2处于低于高位置PM₂的位置的情况下建立阻挡器4的解锁阈值。

图4至图8中示出了一组阻尼系统的第二实施例。在该实施例中，可沿基本竖直方向平移移动的质量块2不仅在其如先前实施例中的向下移动中被阻尼，而且在其相对于MEMS器件的第二表面元件3’的向上移动中被与第二弹性阻挡器4’相关联的第二锁定/解锁系统5’阻尼。第二锁定/解锁系统5’的结构和布置以及阻挡器4’的结构和布置在所有点相对于垂直于图4的平面的平面对称地遵循锁定/解锁系统5的结构和布置以及阻挡器4的结构和布置。然而，应当注意的是，如果MEMS器件的结构需要，只要保持根据上述形态的锁定/解锁系统5’的功能，则与对质量块2的向上移动进行的阻尼对应的元件的尺寸和布置也可以是不同的。

应当注意的是，在图4至图8中示出的情况下，两个锁定/解锁系统55’以及两个弹性阻挡器4和4’对质量块2在一个且相同的竖直平移轴线上的移位进行阻尼，两个阻挡器4和4’沿质量块2的移位方向设置在质量块2的两侧上。然而，如下面阐述并且在图8中特别示出的，还可以通过两个锁定/解锁系统对沿两个不同方向的平移移动进行阻尼。

除了在先前附图中已经标识的元件之外，图4中所示的器件因此包括以下元件：表面元件3’；阻挡器4’，该阻挡器4’也是在其右端嵌入，其左端41’是自由的；锁定/解锁系统5’，该锁定/解锁系统5’包括设置有端钩53’的分支51’和杆52’，该锁定/解锁系统5’围绕枢轴连接件54’旋转，杆52’能够在突出元件移动中与突出元件23’相互作用，该突出元件23’是刚性的并且固定到质量块2。

在此将不再详述这些各种元件的组合的操作。然而，为了使用上面描述的词汇和术语，应当注意的是，如上面所限定的质量块2针对阻挡器4的第一下端位置PM₁对应于质量块2针对阻挡器4’的第二端位置，并且质量块2针对阻挡器4的第二顶端位置PM₂对应于质量块2针对阻挡器4’的第一端位置。

下面详述质量块2的竖直定位的一系列连续步骤。

根据在此未示出的替代实施例，用于高平移方向和低平移方向两者的功能性阻尼系统不包括两个锁定/解锁系统5和5’之间的附加联接元件。

根据图4和以下附图中所示的另一个非常有利的实施例，该组阻尼系统进一步包括两个锁定/解锁系统5和5’之间的联接系统6。联接系统6分别通过枢轴连接件62和枢轴连接件62’连接到两个锁定/解锁系统5和5’，该枢轴连接件62位于锁定/解锁系统5的高部分，例如位于杆52的延伸线中，该枢轴连接件62’位于锁定/解锁系统5’的低部分，例如位于杆52’的延伸线中。联接系统6还包括滑块61，该滑块61连接到两个枢轴连接件62和62’。联接系统6的自由度受到滑块61的约束，以便仅允许滑块61沿基本水平的轴线平移。以这种方式，锁定/解锁系统5围绕其枢轴连接件54的旋转移动、特别是向上旋转移动导致锁定/解锁系统5’围绕其枢轴连接件54’在相反取向上以相同角度进行旋转移动，反之亦然。这种构造的优点将通过以下附图在下面披露并解释。

图5示出了当质量块2针对阻挡器4到达第一下端位置PM₁时的相同器件。因此，图5对应于与图2的针对阻挡器4和锁定/解锁系统5相同的步骤。除了受其枢轴连接件62约束的锁定/解锁系统5已经围绕其枢轴连接件54向上旋转之外，这些元件的行为等同于上面参考图2已经描述的行为。因此，分支51向上转动，但是阻挡器4受到质量块2的约束而保持在抵接表面元件3的低位置。

锁定/解锁系统5的这种旋转是由滑块61的平移所导致的，该滑块61自身的平移是由锁定/解锁系统5’围绕其枢轴连接件54’的向下旋转所导致的。实际上，在朝向质量块2的下端位置PM₁的行程中，质量块2经由突出元件23’向下驱动杆54’。一切都是针对锁定/解锁系统5’和阻挡器4’而发生的，就像图3中所示的针对锁定/解锁系统5和阻挡器4的情况一样。在图4中所示的处于基本水平的静止位置的状态下的阻挡器4’由分支51’的行程向下驱动，但这在此阶段并不影响质量块2的移位。

为了清楚起见，图4中示出了距离g₁和距离g₂。阻挡器4的上表面和突出元件23的距离为g₁。阻挡器4的上表面和表面元件3的距离为g₂。于是，质量块2向下移动的幅度g₁+g₂允许将阻挡器4锁定在锁定位置PB_V。

图6再次针对同一系统示出了质量块2在经过图4和图5中所示的状态之后返回到其中心位置PM_C。除了通过阻挡器4的被止挡在钩53下方的自由左端部41将该阻挡器4止挡在其锁定位置PB_V之外，系统已经返回到类似于图4中所示的状态。

在图6中，本申请的附图示出了转换为两种可能的状态。

在图7中，质量块2朝向针对阻挡器4的第二顶端位置PM₂而安装。因此，图7对应于与图3的针对阻挡器4和锁定/解锁系统5的步骤相同的步骤。这些元件的行为等同于上面已经参考图3所描述的行为。阻挡器4从其锁定位置PB_V被释放，并且如果该阻挡器4再次向下移动则能够对质量块2进行阻尼。

此外，质量块2转换到其顶端位置PM₂导致第二阻挡器4’转换到锁定位置，使得质量块2将阻挡器4’压靠在表面元件3’上。由于枢轴连接件62和62’的联接，锁定/解锁系统5’由设定在解锁位置的锁定/解锁系统5的向上行程而向下驱动，但这对于阻挡器4’没有有利的作用。

然而，当系统从图6中所示的状态转换到类似于图5中所示的新状态(其中质量块2在第二次再次转换到中心位置PM_C之后第二次返回到低位置PM₁)时，阻挡器4从该阻挡器4的锁定位置PB_V被释放，然后质量块2结束其向下行程并将阻挡器4压靠在表面元件3上。

在阻挡器4处于锁定位置PB_V的状态之后质量块2再次转换到低位置PM₁期间，阻挡器4的这种解锁构成了在此示出的包括联接系统6的实施例的主要优点。

这是该组阻尼系统的尺寸所允许的，这提供了杆52’在质量块2的向下行程中被突出元件23’所驱动，从而导致分支51的提升，之后质量块2到达使阻挡器4不再能够离开其锁定位置PB_V的位置。

为了清楚起见，通过图4中所示的距离g₁和距离g₃来示出对组件进行尺寸限制以允许这种顺序的步骤。作为提醒，阻挡器4的上表面和突出元件23之间的距离为g₁。此外，杆52’的上表面和突出元件23’之间的竖直距离为g₃。由于距离g₁严格大于距离g₃，因此允许阻挡器4在其止挡之前通过质量块2解锁。

因此，包括用于联接两个锁定/解锁系统的解决方案的一组阻尼系统允许对弹性阻挡器的锁定的可逆性进行改进。在质量块2以给定的取向移动从而导致阻挡器的锁定之后，仅需要例如使质量块2返回到其中心位置以解锁两个阻挡器4和4’中的任何一个，而在没有联接系统的情况下，使质量块2转换到在其他取向上的远离其中心位置的端位置对于解锁来说是必要的。

图8中示出了一组阻尼系统的第三实施例，该组阻尼系统部分地使用了图4至图8中给出的附图标记以表示相同功能的元件。在此，在两个锁定/解锁系统5和5”之间实施联接系统6’，其目的分别在于吸收质量块2对两个表面元件3和3”的可能的冲击。在此示出的组与图4至图8示出的组的不同之处在于，为了抵接表面元件3”，质量块2不应沿与抵接表面元件3所沿方向相同的方向执行平移移动。两个锁定/解锁系统5和5”以及两个相应的弹性阻挡器4和4”不再沿相同的平移方向设置在质量块2的两侧上，而是设置在两个不同的且垂直的平移方向上，即竖直方向D₁和水平方向D₃。联接系统6’包括滑块61’和在相应的锁定系统5和5’上的两个枢轴连接件62和62’，除了滑块的平移移动不是在基本水平的轴线上进行的，而是在与水平方向形成基本上45°的角度的轴线上进行的之外，该联接系统6’以等同于图4至图8的联接系统6的方式工作。

图9示出了具有细化形式的第四实施例，涉及MEMS器件的两个质量块2a和2b，该两个质量块2a和2b可以或者不可以构成在运动方面相同的可动元件，每个质量块可沿水平方向D₁和沿竖直方向D₃移动。

通过锁定/解锁系统5a和抵靠元件3a的阻挡器4a沿方向D₁朝向右对质量块2a进行阻尼，并且通过锁定/解锁系统5’a和抵靠元件3’a的阻挡器4’a沿方向D₃向上对质量块2a进行阻尼。通过锁定/解锁系统5b和抵靠元件3b的阻挡器4b沿方向D₃向下对质量块2b进行阻尼，并且通过锁定/解锁系统5’b和抵靠元件3’b的阻挡器4’b沿方向D₁朝向左对质量块2b进行阻尼。在此示出的系统沿彼此垂直的两条对角轴线具有对称性。因此，每个质量块沿每个平移方向仅在一个取向上被阻尼。

此外，在四个锁定/解锁系统5a、5b、5’a、5’b之间实施细化的联接方案6。第一滑块61a在锁定/解锁系统5a和锁定/解锁系统5’a之间形成联接，第二滑块61b在锁定/解锁系统5b和锁定/解锁系统5’b之间形成联接。另外，由两个滑块61a和61b以及它们的与四个锁定/解锁系统5a、5b、5’a、5’b枢轴连接的相应枢轴连接件形成的系统的额外自由度受到两个滑块61c和61d的约束，使得滑块61a的平移和滑块61b的平移不是相互独立的。这种布置的效果和该联接方案6的效果在于实时联接四个锁定/解锁系统5a、5b、5’a、5’b的旋转，使得该四个锁定/解锁系统5a、5b、5’a、5’b各自围绕它们相应的枢轴连接件54a、54b、54’a、54’b的旋转始终相对于沿图9中可见的两条对角轴线对称。

Claims

1.一种用于MEMS器件(1)的可动质量块(2)的阻尼系统，

所述阻尼系统能够防止所述质量块(2)与所述MEMS器件(1)的第一表面元件(3)之间的直接接触，所述质量块(2)能够沿第一方向(D₁)相对于所述第一表面元件(3)平移地移动，所述阻尼系统包括：

-具有弹性性能的机械阻挡器(4)，所述机械阻挡器位于所述质量块(2)与所述第一表面元件(3)之间，

所述阻挡器(4)当处于静止位置(PB_R)时沿第二方向定向，

-用于锁定/解锁所述阻挡器(4)的锁定/解锁系统(5)，

其中，所述锁定/解锁系统(5)包括：

·分支(51)，所述分支朝向所述阻挡器(4)定向，所述分支包括止挡端部(53)，

·枢轴连接件(54)，所述枢轴连接件能够使所述分支(51)沿基本上垂直于所述第一方向(D₁)和所述第二方向的旋转轴线(A)枢转，

所述锁定/解锁系统(5)沿平移的所述第一方向(D₁)限定出所述质量块(2)的以下两个位置：

-所述质量块(2)的中心位置(PM_C)，所述质量块(2)被返回装置(21，22)力迫在所述中心位置(PM_C)，每个返回装置连接到所述质量块并且连接到所述MEMS器件的相对于所述第一表面元件(3)固定的结构，

-第一端位置(PM₁)，在所述第一端位置，所述质量块(2)相对于所述质量块的中心位置(PM_C)更靠近所述第一表面元件(3)，所述阻挡器(4)沿锁定位置(PB_V)压向所述第一表面元件(3)，所述分支(51)被构造成通过所述分支的止挡端部(53)将所述阻挡器(4)止挡在所述锁定位置(PB_V)，

所述锁定/解锁系统能够围绕所述枢轴连接件(54)旋转直至使得所述阻挡器(4)未被保持在所述锁定位置(PB_V)的位置。

2.根据权利要求1所述的阻尼系统，其中，所述锁定/解锁系统(5)进一步包括杆(52)，所述杆固定到所述分支(51)并且能够沿所述枢轴连接件(54)旋转，

所述阻尼系统进一步包括突出元件(23)，所述突出元件固定到所述质量块(2)，且从所述质量块(2)朝向所述杆(52)突出，

所述杆(52)和所述突出元件(23)被构造成使得，当所述质量块(2)从所述中心位置(PM_C)转换到第二端位置(PM₂)时，所述杆(52)通过所述突出元件(23)的平移移动所驱动，并且所述杆使所述锁定/解锁系统(5)围绕所述枢轴连接件(54)旋转直至使得所述阻挡器(4)未被保持在所述锁定位置(PB_V)的位置。

3.根据权利要求1所述的阻尼系统，所述阻尼系统进一步包括位于所述分支(51)附近的致动器，所述致动器能够通过主动控制驱动所述分支，从而使所述分支围绕所述枢轴连接件(54)旋转直至使得所述阻挡器(4)未被所述分支保持在所述锁定位置(PB_V)的位置。

4.根据权利要求3所述的阻尼系统，其中，位于所述分支附近的所述致动器是电子控制静电致动器。

5.根据权利要求1所述的阻尼系统，其中，所述阻挡器包括梁，所述梁通过梁端部嵌入所述MEMS器件的第一表面，所述第一表面固定到所述第一表面元件(3)，所述梁也能够通过第二梁端部嵌入所述MEMS器件的第二表面。

6.一种致动器或传感器型的MEMS器件，所述MEMS器件包括根据权利要求1所述的阻尼系统。

7.根据权利要求6所述的MEMS器件，其中，所述MEMS器件包括多个根据权利要求2所述的阻尼系统。

8.根据权利要求7所述的MEMS器件，其中，为了防止所述质量块(2)与所述MEMS器件的第一表面元件(3)以及第二表面元件之间的直接接触，所述第一表面元件以及所述第二表面元件沿所述第一方向(D₁)位于所述质量块(2)的两侧上，两个阻尼系统的阻挡器(4，4’)和锁定/解锁系统(5，5’)沿所述第一方向(D₁)布置在所述质量块(2)的两侧上。

9.根据权利要求7所述的MEMS器件，其中，所述质量块(2)能够沿不同于所述第一方向(D₁)的第三方向(D₃)相对于所述MEMS器件的第二表面元件平移地移动，一个阻尼系统设置成防止所述质量块(2)与所述第一表面元件(3)之间沿所述第一方向(D₁)的直接接触，并且另一阻尼系统设置成防止所述质量块(2)与所述第二表面元件之间沿所述第三方向(D₃)的直接接触。

10.根据权利要求7所述的MEMS器件，所述MEMS器件进一步包括两个阻尼系统的锁定/解锁系统(5，5’)之间的联接系统(6)，

所述联接系统被构造成使得一个锁定/解锁系统(5)围绕其枢轴连接件(54)的旋转驱动另一个锁定/解锁系统(5’)围绕其枢轴连接件(54’)旋转直至使得与该另一个锁定/解锁系统(5’)相关联的阻挡器(4’)也未被保持在锁定位置的位置。

11.根据权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述联接系统(6)包括：

-两个联接枢轴(62，62’)，所述两个联接枢轴分别固定到两个锁定/解锁系统(5，5’)，所述两个联接枢轴能够分别使所述两个锁定/解锁系统(5，5’)沿基本上垂直于所述第一方向(D₁)和所述第二方向的旋转轴线(A)枢转，

-滑块(61)，所述滑块连接到所述两个联接枢轴(62，63)并能够主要进行平移移动。

12.根据权利要求10所述的MEMS器件，其中，为了防止所述质量块(2)与所述MEMS器件的第一表面元件(3)以及第二表面元件之间的直接接触，所述第一表面元件(3)以及所述第二表面元件沿所述第一方向(D₁)位于所述质量块(2)的两侧上，两个阻尼系统的阻挡器(4，4’)和锁定/解锁系统(5，5’)沿所述第一方向(D₁)布置在所述质量块(2)的两侧上，其中，两个阻尼系统的锁定/解锁系统(5，5’)的杆和固定到所述两个阻尼系统的所述质量块的突出元件被构造成使得，当所述质量块(2)从其中一个所述阻尼系统的所述中心位置(PM_C)转换到所述第一端位置(PM₁)时，另一个阻尼系统的杆(52’)被所述另一个阻尼系统的突出元件(23’)所驱动，并且使所述另一个阻尼系统的锁定/解锁系统(5’)围绕其枢轴连接件(54’)旋转直至使得相应的阻挡器(4’)未被保持在锁定位置(PB_V)的位置。

13.根据权利要求10所述的MEMS器件，其中，一个锁定/解锁系统(5)围绕其枢轴连接件(54)的旋转使得与所述锁定/解锁系统(5)相关联的阻挡器(4)未被保持在所述锁定位置。