CN205151758U - 一种适应高过载环境的mems器件保护机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及MEMS器件的过载保护技术，具体是一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构。本实用新型解决了现有MEMS器件的过载保护方法降低了MEMS器件的测试精度、容易导致MEMS器件发生损坏的问题。一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构，包括质量块、缓冲凸块部分、连接横梁部分、锚块部分、缓冲垫部分、弹簧部分；所述缓冲凸块部分包括两个前缓冲凸块、两个后缓冲凸块、左缓冲凸块、右缓冲凸块；所述连接横梁部分包括前连接横梁、后连接横梁；所述锚块部分包括两个前锚块、两个后锚块、左锚块、右锚块；所述缓冲垫部分包括两个前缓冲垫、两个后缓冲垫、左缓冲垫、右缓冲垫。本实用新型适用于MEMS器件的过载保护。

Description

一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构

技术领域

本实用新型涉及MEMS器件的过载保护技术，具体是一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构。

背景技术

MEMS（微机电系统）器件以其体积小、重量轻、成本低、可靠性好、功耗低、测量范围大等优点，被广泛应用于汽车电子、无线通信、消费电子、生物医学、航空航天、工业、农业等领域。随着上述领域的发展，MEMS器件的需求越来越大，并被逐渐应用于比较极端的环境（例如高过载、高冲击等恶劣环境），由此对MEMS器件的过载保护提出了较高要求。目前，MEMS器件的过载保护主要是通过如下两种方法实现的：第一种方法是通过加强MEMS器件的质量块的稳定性来进行过载保护。然而此种方法会牺牲MEMS器件的有效灵敏度，由此降低了MEMS器件的测试精度。第二种方法是通过盖帽控制运动间隙或者通过制作防撞凸块来限制MEMS器件的质量块的运动距离，由此实现过载保护的目的。然而此种方法由于采用了硬性碰撞而非弹性碰撞，容易导致MEMS器件的质量块在硬性碰撞的情况下发生断裂，由此容易导致MEMS器件发生损坏。基于此，有必要发明一种全新的MEMS器件的过载保护机构，以解决现有MEMS器件的过载保护方法存在的上述问题。

发明内容

本实用新型为了解决现有MEMS器件的过载保护方法降低了MEMS器件的测试精度、容易导致MEMS器件发生损坏的问题，提供了一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构，包括质量块、缓冲凸块部分、连接横梁部分、锚块部分、缓冲垫部分、弹簧部分；

所述缓冲凸块部分包括两个前缓冲凸块、两个后缓冲凸块、左缓冲凸块、右缓冲凸块；

两个前缓冲凸块分别固定于质量块的前表面左端和前表面右端；两个后缓冲凸块分别固定于质量块的后表面左端和后表面右端；左缓冲凸块固定于质量块的左表面中部；右缓冲凸块固定于质量块的右表面中部；

所述连接横梁部分包括前连接横梁、后连接横梁；

前连接横梁平行设置于质量块的正前方；后连接横梁平行设置于质量块的正后方；

所述锚块部分包括两个前锚块、两个后锚块、左锚块、右锚块；

两个前锚块分别设置于两个前缓冲凸块的正前方，且两个前锚块分别设置于前连接横梁的左方和右方；两个后锚块分别设置于两个后缓冲凸块的正后方，且两个后锚块分别设置于后连接横梁的左方和右方；左锚块设置于左缓冲凸块的正左方；右锚块设置于右缓冲凸块的正右方；

所述缓冲垫部分包括两个前缓冲垫、两个后缓冲垫、左缓冲垫、右缓冲垫；

两个前缓冲垫分别固定于两个前锚块的后表面，且两个前缓冲垫与两个前缓冲凸块之间留有间隙；两个后缓冲垫分别固定于两个后锚块的前表面，且两个后缓冲垫与两个后缓冲凸块之间留有间隙；左缓冲垫固定于左锚块的右表面，且左缓冲垫与左缓冲凸块之间留有间隙；右缓冲垫固定于右锚块的左表面，且右缓冲垫与右缓冲凸块之间留有间隙；

所述弹簧部分包括四个前弹簧、四个后弹簧；

四个前弹簧的首端分别与前连接横梁的后表面左部、后表面右部、左表面、右表面垂直固定；四个前弹簧的尾端分别与质量块的前表面左部、质量块的前表面右部、其中一个前锚块的右表面、另一个前锚块的左表面垂直固定；四个后弹簧的首端分别与后连接横梁的前表面左部、前表面右部、左表面、右表面垂直固定；四个后弹簧的尾端分别与质量块的后表面左部、质量块的后表面右部、其中一个后锚块的右表面、另一个后锚块的左表面垂直固定。

具体工作过程如下：

一、初始状态下，两个前缓冲垫与两个前缓冲凸块之间的间隙宽度、两个后缓冲垫与两个后缓冲凸块之间的间隙宽度、左缓冲垫与左缓冲凸块之间的间隙宽度、右缓冲垫与右缓冲凸块之间的间隙宽度均相等。此时，缓冲凸块部分与缓冲垫部分之间不进行接触，由此不会对质量块的正常工作造成影响；

二、当质量块受到向前（向后）的高强度冲击时，质量块发生向前（向后）过量位移，并带动两个前缓冲凸块（后缓冲凸块）向前（向后）移动，使得两个前缓冲凸块（后缓冲凸块）向前（向后）碰撞两个前缓冲垫（后缓冲垫），两个前缓冲垫（后缓冲垫）由此发生弹性变形，从而吸收了质量块受到的向前（向后）冲击力，并限制了质量块的向前（向后）过量位移。同时，质量块通过其中两个前弹簧带动前连接横梁向前（向后）移动，该两个前弹簧由此发生伸缩变形，前连接横梁由此带动另外两个前弹簧发生弯曲变形，从而吸收了质量块受到的向前（向后）冲击力，并限制了质量块的向前（向后）过量位移。同时，质量块通过其中两个后弹簧带动后连接横梁向前（向后）移动，该两个后弹簧由此发生伸缩变形，后连接横梁由此带动另外两个后弹簧发生弯曲变形，从而吸收了质量块受到的向前（向后）冲击力，并限制了质量块的向前（向后）过量位移。待向前（向后）的高强度冲击过后，四个前弹簧和四个后弹簧均自动恢复原状，质量块、两个前缓冲凸块（后缓冲凸块）、前连接横梁、后连接横梁均自动复位；

三、当质量块受到向左（向右）的高强度冲击时，质量块发生向左（向右）过量位移，并带动左缓冲凸块（右缓冲凸块）向左（向右）移动，使得左缓冲凸块（右缓冲凸块）向左（向右）碰撞左缓冲垫（右缓冲垫），左缓冲垫（右缓冲垫）由此发生弹性变形，从而吸收了质量块受到的向左（向右）冲击力，并限制了质量块的向左（向右）过量位移。同时，质量块通过其中两个前弹簧带动前连接横梁向左（向右）移动，该两个前弹簧由此发生弯曲变形，前连接横梁由此带动另外两个前弹簧发生伸缩变形，从而吸收了质量块受到的向左（向右）冲击力，并限制了质量块的向左（向右）过量位移。同时，质量块通过其中两个后弹簧带动后连接横梁向左（向右）移动，该两个后弹簧由此发生弯曲变形，后连接横梁由此带动另外两个后弹簧发生伸缩变形，从而吸收了质量块受到的向左（向右）冲击力，并限制了质量块的向左（向右）过量位移。待向左（向右）的高强度冲击过后，四个前弹簧和四个后弹簧均自动恢复原状，质量块、左缓冲凸块（右缓冲凸块）、前连接横梁、后连接横梁均自动复位，如图2-图4所示。

基于上述过程，与现有MEMS器件的过载保护方法相比，本实用新型所述的一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构通过采用全新结构，实现了对质量块受到的Y轴方向（向前、向后）和X轴方向（向前、向后）的冲击力进行吸收，由此实现了对MEMS器件的全方位过载保护，从而具备了如下优点：其一，与第一种方法相比，本实用新型所述的一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构不会牺牲MEMS器件的有效灵敏度，由此有效保证了MEMS器件的测试精度。其二，与第二种方法相比，本实用新型所述的一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构由于采用了弹性碰撞，避免了MEMS器件的质量块发生断裂，由此有效避免了MEMS器件发生损坏。

本实用新型结构合理、设计巧妙，有效解决了现有MEMS器件的过载保护方法降低了MEMS器件的测试精度、容易导致MEMS器件发生损坏的问题，适用于MEMS器件的过载保护。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型在质量块受到向左的高强度冲击前的工作状态示意图。

图3是本实用新型在质量块受到向左的高强度冲击中的工作状态示意图。

图4是本实用新型在质量块受到向左的高强度冲击后的工作状态示意图。

图中：1-质量块，21-前缓冲凸块，22-后缓冲凸块，23-左缓冲凸块，24-右缓冲凸块，31-前连接横梁，32-后连接横梁，41-前锚块，42-后锚块，43-左锚块，44-右锚块，51-前缓冲垫，52-后缓冲垫，53-左缓冲垫，54-右缓冲垫，61-前弹簧，62-后弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型所述机构，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读本实用新型后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。比如，本实用新型所述的缓冲垫并不局限于图1和图2中“口”型结构，其保护范围应包含其它具有缓冲功能的结构，且缓冲垫数量也不局限于本实施例的个数；本实用新型所述的连接结构和锚点间的梁形式也不只局限于某种具体形式，而应包含具有梁功能的结构形式，而且梁的数量也应根据需求有所调整，不应局限于本实施例提出的数量；缓冲凸块的形状和数量也不局限于本实施例给出的方案。

一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构，包括质量块1、缓冲凸块部分、连接横梁部分、锚块部分、缓冲垫部分、弹簧部分；

所述缓冲凸块部分包括两个前缓冲凸块21、两个后缓冲凸块22、左缓冲凸块23、右缓冲凸块24；

两个前缓冲凸块21分别固定于质量块1的前表面左端和前表面右端；两个后缓冲凸块22分别固定于质量块1的后表面左端和后表面右端；左缓冲凸块23固定于质量块1的左表面中部；右缓冲凸块24固定于质量块1的右表面中部；

所述连接横梁部分包括前连接横梁31、后连接横梁32；

前连接横梁31平行设置于质量块1的正前方；后连接横梁32平行设置于质量块1的正后方；

所述锚块部分包括两个前锚块41、两个后锚块42、左锚块43、右锚块44；

两个前锚块41分别设置于两个前缓冲凸块21的正前方，且两个前锚块41分别设置于前连接横梁31的左方和右方；两个后锚块42分别设置于两个后缓冲凸块22的正后方，且两个后锚块42分别设置于后连接横梁32的左方和右方；左锚块43设置于左缓冲凸块23的正左方；右锚块44设置于右缓冲凸块24的正右方；

所述缓冲垫部分包括两个前缓冲垫51、两个后缓冲垫52、左缓冲垫53、右缓冲垫54；

两个前缓冲垫51分别固定于两个前锚块41的后表面，且两个前缓冲垫51与两个前缓冲凸块21之间留有间隙；两个后缓冲垫52分别固定于两个后锚块42的前表面，且两个后缓冲垫52与两个后缓冲凸块22之间留有间隙；左缓冲垫53固定于左锚块43的右表面，且左缓冲垫53与左缓冲凸块23之间留有间隙；右缓冲垫54固定于右锚块44的左表面，且右缓冲垫54与右缓冲凸块24之间留有间隙；

所述弹簧部分包括四个前弹簧61、四个后弹簧62；

四个前弹簧61的首端分别与前连接横梁31的后表面左部、后表面右部、左表面、右表面垂直固定；四个前弹簧61的尾端分别与质量块1的前表面左部、质量块1的前表面右部、其中一个前锚块41的右表面、另一个前锚块41的左表面垂直固定；四个后弹簧62的首端分别与后连接横梁32的前表面左部、前表面右部、左表面、右表面垂直固定；四个后弹簧62的尾端分别与质量块1的后表面左部、质量块1的后表面右部、其中一个后锚块42的右表面、另一个后锚块42的左表面垂直固定。

具体实施时，质量块1与缓冲凸块部分采用相同的材料加工而成。质量块1的加工工艺、缓冲凸块部分的加工工艺、缓冲垫部分的加工工艺均相互兼容。这样的好处在于有效降低了加工成本，有效减小了加工难度，有效提高了产品的一致性和可靠性。缓冲垫部分在未受冲击的状态下不影响质量块1的正常工作。

Claims (4)

1.一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构，其特征在于：包括质量块（1）、缓冲凸块部分、连接横梁部分、锚块部分、缓冲垫部分、弹簧部分；

所述缓冲凸块部分包括两个前缓冲凸块（21）、两个后缓冲凸块（22）、左缓冲凸块（23）、右缓冲凸块（24）；

两个前缓冲凸块（21）分别固定于质量块（1）的前表面左端和前表面右端；两个后缓冲凸块（22）分别固定于质量块（1）的后表面左端和后表面右端；左缓冲凸块（23）固定于质量块（1）的左表面中部；右缓冲凸块（24）固定于质量块（1）的右表面中部；

所述连接横梁部分包括前连接横梁（31）、后连接横梁（32）；

前连接横梁（31）平行设置于质量块（1）的正前方；后连接横梁（32）平行设置于质量块（1）的正后方；

所述锚块部分包括两个前锚块（41）、两个后锚块（42）、左锚块（43）、右锚块（44）；

两个前锚块（41）分别设置于两个前缓冲凸块（21）的正前方，且两个前锚块（41）分别设置于前连接横梁（31）的左方和右方；两个后锚块（42）分别设置于两个后缓冲凸块（22）的正后方，且两个后锚块（42）分别设置于后连接横梁（32）的左方和右方；左锚块（43）设置于左缓冲凸块（23）的正左方；右锚块（44）设置于右缓冲凸块（24）的正右方；

所述缓冲垫部分包括两个前缓冲垫（51）、两个后缓冲垫（52）、左缓冲垫（53）、右缓冲垫（54）；

两个前缓冲垫（51）分别固定于两个前锚块（41）的后表面，且两个前缓冲垫（51）与两个前缓冲凸块（21）之间留有间隙；两个后缓冲垫（52）分别固定于两个后锚块（42）的前表面，且两个后缓冲垫（52）与两个后缓冲凸块（22）之间留有间隙；左缓冲垫（53）固定于左锚块（43）的右表面，且左缓冲垫（53）与左缓冲凸块（23）之间留有间隙；右缓冲垫（54）固定于右锚块（44）的左表面，且右缓冲垫（54）与右缓冲凸块（24）之间留有间隙；

所述弹簧部分包括四个前弹簧（61）、四个后弹簧（62）；

四个前弹簧（61）的首端分别与前连接横梁（31）的后表面左部、后表面右部、左表面、右表面垂直固定；四个前弹簧（61）的尾端分别与质量块（1）的前表面左部、质量块（1）的前表面右部、其中一个前锚块（41）的右表面、另一个前锚块（41）的左表面垂直固定；四个后弹簧（62）的首端分别与后连接横梁（32）的前表面左部、前表面右部、左表面、右表面垂直固定；四个后弹簧（62）的尾端分别与质量块（1）的后表面左部、质量块（1）的后表面右部、其中一个后锚块（42）的右表面、另一个后锚块（42）的左表面垂直固定。

2.根据权利要求1所述的一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构，其特征在于：质量块（1）与缓冲凸块部分采用相同的材料加工而成。

3.根据权利要求1所述的一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构，其特征在于：质量块（1）的加工工艺、缓冲凸块部分的加工工艺、缓冲垫部分的加工工艺均相互兼容。

4.根据权利要求1所述的一种适应高过载环境的MEMS器件保护机构，其特征在于：缓冲垫部分在未受冲击的状态下不影响质量块（1）的正常工作。