CN114538367A - Mems减振结构及其制备方法 - Google Patents

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廖兴才
褚伟航
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Abstract

本发明涉及减振设备技术领域，提供一种MEMS减振结构及其制备方法，其中MEMS减振结构包括：基部，所述基部适于与芯片固定连接；至少两对振动臂，所述振动臂一端与所述基部连接，每对所述振动臂分置于所示基部的两个相对侧壁且以所述基部的重心中心对称排布；以及多个固定部，各所述固定部与各所述振动臂一一对应固定，振动臂所述固定部适于与MEMS小型化器件的基底固定连接。本发明实施例中的MEMS减振结构满足实现小型化器件的减振需求，隔离来自载体的强烈振动和冲击，具有结构简单、易于生产、减振效果好和使用安全等优点。

Description

MEMS减振结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及航天元器件技术领域，尤其涉及一种MEMS减振结构及其制备方法。
背景技术
航天器件的工作力学环境十分恶劣，振动加速度大、频率范围广、受激时间久等，严重影响着元器件的精度和性能。因此，必须设计高性能的减振系统，隔离来自载体的强烈振动和冲击，为测量组合提供良好的工作环境，确保其可靠、稳定的工作。为保证器件的性能，现在常用方法使在器件外添加橡胶减振支架，再将减振支架封到定制的外壳中密封，形成减振系统以隔离来自载体的强烈振动和冲击，确保其可靠、稳定的工作。
现有的减振系统体积大，装配方式复杂，成本高，无法满足小型化的需求。而且通常小型化器件采用点胶方式固定，将芯片直接通过点胶粘在金属或陶瓷基座上的方式，由于热膨胀系数不匹配，器件的性能随温度变化较大，温度性能较差。
发明内容
本发明实施例提供一种MEMS减振结构及其制备方法，用以解决现有技术中小型化器件减振系统大、温度性能差的问题。
本发明实施例提供一种MEMS减振结构，包括：
基部，所述基部适于与芯片固定连接；
至少两对振动臂，所述振动臂一端与所述基部连接，每对所述振动臂分置于所示基部的两个相对侧壁且以所述基部的重心中心对称排布；以及
多个固定部，各所述固定部与各所述振动臂一一对应固定，振动臂所述固定部适于与MEMS小型化器件的基底固定连接。
根据本发明一个实施例的MEMS减振结构，所示振动臂设置有至少两对，所述振动臂为由所述基部一侧沿垂直于所连接的所述基部侧壁的方向延伸，并在中途进行至少一次弯折的弯折梁，位于基部相同侧壁的两个振动臂上与固定部连接的一端的朝向相反。
根据本发明一个实施例的MEMS减振结构，所述振动臂为由所述基部一侧沿垂直于所连接的所述基部侧壁的方向延伸的直杆。
根据本发明一个实施例的MEMS减振结构，所述振动臂的总长度L满足：0.02mm≤L≤20mm，所述振动臂的宽度W满足：0.005mm≤W≤2mm。
根据本发明一个实施例的MEMS减振结构，所述基部、振动臂和固定部一体成型制作。
根据本发明一个实施例的MEMS减振结构，所述基部、振动臂和固定部采用石英、硅、AlN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3、金属、陶瓷、玻璃或有机材质中的一种。
根据本发明一个实施例的MEMS减振结构，所述MEMS减振结构还包括金属膜，所述金属膜覆盖在所述基部、振动臂和固定部表面，所述金属膜用于所述基部上芯片电极的引出。
根据本发明一个实施例的MEMS减振结构，所述金属膜为Au、Cr、Ag、Al、Ti、Ni或W膜中的任意一种所形成的单层膜或其中的两种以上的任意组合所形成的多层膜。
根据本发明一个实施例的MEMS减振结构，所述基部的装配面积Sj与芯片的装配面积Sa满足：Sj≥0.8Sa。
本发明实施例还提供一种以上任一项所述的MEMS减振结构的制备方法，包括以下步骤：
选取表面平整的材质作为基层，并进行清洗和干燥；
在所述基层上至少一层掩膜层；
光刻获得金属膜电极图形，再通过极性相反的光刻胶获得MEMS减振结构的图形；
湿法刻蚀掩膜层获得所述掩膜层上MEMS减振结构形状；
刻蚀获得基部、振动臂和固定部结构；
刻蚀获得金属膜电极图形。
本发明实施例提供的MEMS减振结构及其制备方法，通过基部连接芯片并通过固定部连接基底后，振动臂能够对基部上的芯片起到隔离来自载体的强烈振动和冲击的效果。振动臂设置有多个，并以基部的重心中心对称，能够对基部上的芯片进行全方位的减振保护。
MEMS减振结构表面覆盖有金属膜，能够用于基部上芯片电极的引出，无需额外增加电极引出线路，满足小型化需求。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例中的MEMS减振结构的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例中的MEMS减振结构的结构示意图；
图3是本发明又一个实施例中的MEMS减振结构的结构示意图
附图标记：
1、基部；2a-2n、振动臂；3、固定部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
下面结合图1-图2描述本发明实施例的MEMS减振结构。图1中的MEMS减振结构与图2中的MEMS减振结构的主要区别在于振动臂2a-2n的数量和结构不同。
MEMS减振结构包括基部1、振动臂2a-2n和固定部3。其中基部1为表面平整的板状结构，芯片能够固定在基部1的一侧。
振动臂2a-2n的一端与基部1的侧壁固定连接，另一端连接固定部3。
振动臂2a-2n在基部1的周向上设置有至少两对，能够对基部1的各个方位同时起到减振作用。
如图1所示，在本发明一个实施例中，振动臂2a-2d为L形结构。振动臂2a-2d分置于基部1的两个相对侧面上，振动臂2a-2d由基部的侧壁沿垂直于所连接的基部侧壁方向延伸，在中途进行一次弯折并沿平行于所连接的基部1侧壁的方向延伸。其中的振动臂2a与振动臂2d作为一对，振动臂2a与振动臂2d以基部1的重心中心对称；振动臂2a与振动臂2d作为一对，振动臂2b与振动臂2c以基部1的重心中心对称。振动臂2a上与固定部3连接一端的朝向和振动臂2d上与固定部3连接一端的朝向相反。振动臂2b上与固定部3连接一端的朝向和振动臂2c上与固定部3连接一端的朝向相反。
如图2所示，在本发明一个实施例中，振动臂2k-2n分置于基部1的两个相对侧面上，振动臂2k-2n由基部的侧壁沿垂直于所连接的基部侧壁方向延伸，在中途进行第一次弯折并沿平行于所连接的基部1侧壁的方向延伸，再沿垂直于其连接部分进行第二次弯折并延伸。其中的振动臂2k与振动臂2m作为一对，振动臂2k与振动臂2m以基部1的重心中心对称；振动臂2l与振动臂2n作为一对，振动臂2l与振动臂2n以基部1的重心中心对称。振动臂2k上与固定部3连接一端的朝向和振动臂2n上与固定部3连接一端的朝向相反。振动臂2l上与固定部3连接一端的朝向和振动臂2m上与固定部3连接一端的朝向相反。
如图3所示，在本发明一个实施例中，振动臂2e-2j为由基部1一侧沿垂直于所连接的基部1侧壁的方向延伸的直杆。其中的2e和2h、2f和2i以及2g和2j分别为一对，并且每对分别以基部1的重心中心对称。虽然本实施例中示例性的给出了三对的形式，但可以理解的是，根据实际需要，可以设置为两对及上的任意对数。
虽然，上述三个实施例中分别给出了振动臂2a-2d中间包含一次弯折、振动臂2k-2n在中间包含两次弯折以及振动臂2e-2j不包含弯折部分的三种固定形态，但可以理解的是，振动臂2a-2n还可以根据实际使用需求选用包含三次以上的任意次数、任意角度的弯折的弯折梁结构。
可选的，基部1、振动臂2a-2n和固定部3一体成型制作，既能降低生产难度和生产成本，又能使MEMS减振结构具有更好的稳定性，在长期使用的过程中不易发生损坏。
可选的，基部1、振动臂2a-2n和固定部3采用石英、硅、ALN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3、金属、陶瓷、玻璃或有机材质中的任意一种MEMS工艺的功能材质，具有可微机械加工的特性。并且采用MEMS工艺的功能材质能够使MEMS减振结构应用至MEMS小型化器件后，与其他部件具有相同的热膨胀系数。
在本发明一个实施例中，MEMS减振结构还包括金属膜(图中未示出)，金属膜覆盖在基部1、振动臂2a-2n和固定部3表面，该金属膜用于基部1上芯片电极的引出，无需额外设置线路，满足小型化需求。
进一步地，金属膜为Au、Cr、Ag、Al、Ti、Ni或W膜中的任意一种所形成的单层膜或其中的两种以上的任意组合所形成的多层膜，保证较强的导电性。
在本发明一个实施例中，振动臂2a-2n的总长度L满足：0.02mm≤L≤20mm，振动臂2a-2n的宽度W满足：0.005mm≤W≤2mm。通过调整振动臂2a-2n的尺寸可以调整MEMS减振结构的频率，将振动臂2a-2n设计为以上尺寸时可避免MEMS减振结构在使用过程中受到外界激励产生共振对MEMS减振结构及其所应用的小型化器件造成损坏。
在本发明的实施例中，基部1的装配面积Sj与芯片的装配面积Sa满足：Sj≥0.8Sa，使基部1能够与芯片形成稳定的连接结构，保证其具有良好的使用安全及较长的使用寿命。
本发明实施例中的MEMS减振结构满足实现小型化器件的减振需求，具有结构简单、易于生产、减振效果好和使用安全等优点。
在本发明一个实施例中提供了一种MEMS减振结构的制备方法，包括以下步骤：
S1、选取表面平整的材质作为基层，并进行清洗和干燥。基层可选用尺寸为1.6mm*0.8mm的石英晶片。在进行清洗和干燥的过程中，需要依次进行醇洗、碱洗、酸洗各20min，然后在去离子水中超声清洗10min，去离子水冲洗3min，甩干、烘干。
S2、在基层上至少一层掩膜层，具体的，通过溅射镀膜机对待镀膜石英晶片镀膜沉积，沉积厚度为380nm。
S3、光刻获得金属膜电极图形，再通过极性相反的光刻胶获得MEMS减振结构的图形；
S4、湿法刻蚀掩膜层获得掩膜层上MEMS减振结构形状。进行湿法刻蚀掩膜层时，应当采用金属掩膜层专用刻蚀液。
S5、刻蚀获得基部1、振动臂2a-2n和固定部3的结构；
S6、刻蚀获得金属膜电极图形。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种MEMS减振结构，其特征在于，包括：
基部，所述基部适于与芯片固定连接；
至少两对振动臂，所述振动臂一端与所述基部连接，每对所述振动臂分置于所示基部的两个相对侧壁且以所述基部的重心中心对称排布；以及
多个固定部，各所述固定部与各所述振动臂一一对应固定，所述固定部适于与MEMS小型化器件的基底固定连接。
2.根据权利要求1所述的MEMS减振结构，其特征在于，所示振动臂设置有至少两对，所述振动臂为由所述基部一侧沿垂直于所连接的所述基部侧壁的方向延伸，并在中途进行至少一次弯折的弯折梁，位于基部相同侧壁的两个振动臂上与固定部连接的一端的朝向相反。
3.根据权利要求1所述的MEMS减振结构，其特征在于，所述振动臂为由所述基部一侧沿垂直于所连接的所述基部侧壁的方向延伸的直杆。
4.根据权利要求1所述的MEMS减振结构，其特征在于，所述振动臂的总长度L满足：0.02mm≤L≤20mm，所述振动臂的宽度W满足：0.005mm≤W≤2mm。
5.根据权利要求1所述的MEMS减振结构，其特征在于，所述基部、振动臂和固定部一体成型制作。
6.根据权利要求1述的MEMS减振结构，其特征在于，所述基部、振动臂和固定部采用石英、硅、AlN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3、金属、陶瓷、玻璃或有机材质中的一种。
7.根据权利要求1所述的MEMS减振结构，其特征在于，所述MEMS减振结构还包括金属膜，所述金属膜覆盖在所述基部、振动臂和固定部表面，所述金属膜用于所述基部上芯片电极的引出。
8.根据权利要求7所述的MEMS减振结构，其特征在于，所述金属膜为Au、Cr、Ag、Al、Ti、Ni或W膜中的任意一种所形成的单层膜或其中的两种以上的任意组合所形成的多层膜。
9.根据权利要求1所述的MEMS减振结构，其特征在于，所述基部的装配面积Sj与芯片的装配面积Sa满足：Sj≥0.8Sa。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的MEMS减振结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取表面平整的材质作为基层，并进行清洗和干燥；
在所述基层上至少一层掩膜层；
光刻获得金属膜电极图形，再通过极性相反的光刻胶获得MEMS减振结构的图形；
湿法刻蚀掩膜层获得所述掩膜层上MEMS减振结构形状；
刻蚀获得基部、振动臂和固定部结构；
刻蚀获得金属膜电极图形。
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