CN216890092U - Mems器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS器件，包括依次设置的盖帽层、器件层和衬底层，所述器件层通过锚点与所述衬底层连接并绕所述锚点转动，所述锚点偏心设置在所述器件层上，所述盖帽层相对所述器件层的一侧设有至少两个第一止挡和至少一个第二止挡，所述衬底层相对于所述器件层的一侧设有至少一个第二止挡，所述第一止挡限制所述器件层沿第一方向的转动，所述第二止挡限制所述器件层沿第二方向的转动。本实用新型能够有效减小MEMS传感器在运动过程中垂直方向碰撞发生粘连的问题，对MEMS器件起到了良好的保护作用。

Description

MEMS器件

技术领域

本实用新型涉及MEMS技术领域，尤其涉及一种MEMS器件。

背景技术

微型机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)是指那些外形轮廓尺寸在毫米量级以下，构成元件是微米量级的可控制、可运动的微型机电装置。MEMS技术是近年来高速发展的一项高新技术，它采用先进的半导体制造工艺，实现传感器、驱动器等器件的批量制造，与对应的传统器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量以及价格方面有十分明显的优势。

MEMS传感器特别是惯性传感器，包括加速度传感器和陀螺仪，在军事和民用领域有着广泛用途。随着近年来手机、平板、汽车的迅速发展，对MEMS传感器的可靠性的要求也越来越高，而MEMS惯性传感器在运动过程中，在传感器部件的垂直方向易受到大冲击而造成结构之间的粘连形成失效。

因此，有必要提供一种新型的MEMS器件以解决现有技术中存在的上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种MEMS器件，能够有效减小MEMS传感器在运动过程中垂直方向碰撞发生粘连的问题，对MEMS器件起到了良好的保护作用。

为实现上述目的，本实用新型的所述一种MEMS器件，包括依次设置的盖帽层、器件层和衬底层，所述器件层通过锚点与所述衬底层连接并绕所述锚点转动，所述锚点偏心设置在所述器件层上，所述盖帽层相对所述器件层的一侧设有至少两个第一止挡和至少一个第二止挡，所述衬底层相对于所述器件层的一侧设有至少一个第二止挡，所述第一止挡限制所述器件层沿第一方向的转动，所述第二止挡限制所述器件层沿第二方向的转动。

本实用新型所述的MEMS器件的有益效果在于：通过第一止挡限制所述器件层沿第一方向的转动，所述第二止挡限制所述器件层沿第二方向的转动，在MEMS器件在工作过程中受到较大的冲击时，有效避免器件层与盖帽层下表面、衬底层上表面之间发生碰撞而粘连在一起，同时在应对过大的冲击力的时候，通过器件层与第一止挡、第二止挡之间的再次接触，实现二级止挡，从而实现多级止挡限位。

可选的，以垂直于所述盖帽层所在平面并穿过所述锚点在所述器件层内部所在直线的截面为锚点截面，所述盖帽层上的所述第一止挡和所述盖帽层上的所述第二止挡位于所述锚点截面两侧，所述盖帽层上的所述第一止挡距离所述锚点截面的距离大于所述盖帽层上的所述第二止挡距离所述锚点截面的距离；

所述盖帽层上的所述第二止挡与所述衬底层上的所述第二止挡位于所述锚点截面两侧，所述盖帽层上的所述第二止挡距离所述锚点截面的距离小于所述衬底层上的所述第二止挡距离所述锚点截面的距离。

可选的，所述盖帽层上的所述第一止挡的数量大于所述盖帽层上的所述第二止挡的数量。

可选的，所述第一止挡的数量等于所述第二止挡的数量。

可选的，所述第一止挡为条形、T形、柱状块或其组合，所述第二止挡为条形、T形、柱状块或其组合。

可选的，所述第一止挡的数量为两个，所述第二止挡的数量为两个。

可选的，所述MEMS器件包括键合部件，所述盖帽层相对所述器件层一侧的四周设有支撑墙结构，所述支撑墙结构通过所述键合部件与所述衬底层连接。

可选的，所述键合部件相对所述支撑墙结构的一侧设有导电层，所述支撑墙结构通过所述导电层与所述键合部件电连接。

可选的，所述键合部件相对所述衬底层的一侧设有绝缘层，所述键合部件通过所述绝缘层与所述衬底层连接。

可选的，所述导电层的高度为0.5至2μm，所述绝缘层的高度为0.5至2μm。

可选的，所述盖帽层上的所述第一止挡和所述盖帽层上的所述第二止挡的高度相同。

可选的，所述盖帽层上的所述第一止挡、所述盖帽层上的所述第二止挡以及所述支撑墙结构端部的高度均相同。

可选的，所述衬底层上的所述第二止挡与所述衬底层端部的高度相同。

可选的，所述衬底层相对所述器件层的一侧设有第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极相对所述截面对称设置。

可选的，所述衬底层上的所述第二止挡设在所述第二电极远离所述锚点的一侧。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述MEMS器件的整体拆分结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述MEMS器件的竖直截面结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述MEMS器件在受到冲击时向上运动的竖直截面结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述MEMS器件在受到冲击时向下运动的竖直截面结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述MEMS器件的盖帽层的第一种结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述MEMS器件的盖帽层的第二种结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本实用新型的实施例提供了一种MEMS器件，图1为本实用新型实施例所述MEMS器件的整体拆分结构示意图，参照图1，包括依次设置的盖帽层110、器件层210和衬底层310，图2为本实用新型实施例所述MEMS器件的竖直截面结构示意图，参照图2，所述器件层210通过锚点211与所述衬底层310连接并绕所述锚点211转动，所述锚点211偏心设置在所述器件层210上，所述盖帽层110相对所述器件层210的一侧设有至少两个第一止挡111和至少一个第二止挡311，所述衬底层310相对于所述器件层210的一侧设有至少一个第二止挡311，所述第一止挡111用于限制所述器件层210沿第一方向的转动，所述第二止挡311用于限制所述器件层210沿第二方向的转动。

在上述MEMS器件中，通过第一止挡111和第二止挡311对器件层210绕着所述锚点211的转动进行限制阻挡，当MEMS器件在工作过程中受到大的冲击作用时，通过第一止挡111和第二止挡311对器件层210在竖直方向的运动进行限制阻挡，从而有效防止MEMS器件在内部的器件层210出现粘连失效的问题，而且采用上部止挡结构111和下部止挡结构311对器件层进行组合阻挡，还能够解决MEMS惯性传感器中偏心质量块下方电极面积过大造成止挡结构数目不足的问题。

在一些实施例中，参考图2，所述第一方向A为逆时针方向，所述第二方向B为顺时针方向，通过盖帽层110上的至少两个第一止挡111对器件层210在逆时针方向的转动进行阻挡，在实现逆时针阻挡的同时，还能够对器件层210进行多级阻挡；而通过盖帽层110上的第二止挡311和衬底层310上的第二止挡311对器件层210在顺时针方向的转动进行阻挡，从而实现对器件层210的多级阻挡，防止器件层210出现粘连而影响MEMS器件的性能。

进一步的，在本实施例中，由于设置在器件层210的锚点211的偏心作用，使得器件层210的局部位置会先与第一止挡111或者第二止挡311之间发生碰撞接触，从而实现器件层210在竖直运动过程中不同位置在不同时刻发生碰撞接触，从而对器件层210的运动实现二级止挡，进一步防止器件层210发生粘连而影响整个MEMS器件的性能。

在一些实施例中，参考图2，以垂直于所述盖帽层110所在平面并穿过所述锚点211在所述器件层210内部所在直线的截面为锚点截面4，所述盖帽层110上的所述第一止挡111和所述盖帽层110上的所述第二止挡311位于所述锚点截面4两侧，所述盖帽层110上的所述第一止挡111距离所述锚点截面4的距离大于所述盖帽层110上的所述第二止挡311距离所述锚点截面4的距离；所述盖帽层110上的所述第二止挡311与所述衬底层310上的所述第二止挡311位于所述锚点截面4两侧，所述盖帽层110上的所述第二止挡311距离所述锚点截面4的距离小于所述衬底层310上的所述第二止挡311距离所述锚点截面4的距离。

由于所述盖帽层110上的所述第一止挡111距离所述锚点截面4的距离大于所述盖帽层110上的所述第二止挡311距离所述锚点截面4的距离，在逆时针转动的时候器件层210会首先与第一止挡111接触，而第一止挡111的数量至少为两个，以便于对器件层210实现多级限位阻挡；另一方面，所述盖帽层110上的所述第二止挡311距离所述锚点截面4的距离小于所述衬底层310上的所述第二止挡311距离所述锚点截面4的距离，使得当器件层210顺时针转动的时候，器件层210会首先与衬底层310上的第二止挡311碰撞接触以完成初级止挡，之后器件层210与盖帽层110上的第二止挡311碰撞接触以完成二级止挡，从而对器件层210完成顺时针方向的多级止挡，对器件层210起到保护作用。

在一些实施例中，所述盖帽层110上的所述第一止挡111的数量大于所述盖帽层110上的所述第二止挡311的数量，保证第一止挡111能够完成器件层210在逆时针方向转动的多级止挡。

在又一些实施例中，所述第一止挡111的数量等于所述第二止挡311的数量，从而保证器件层210在顺时针和逆时针转动的时候都能够通过相同数量的第一止挡111和第二止挡311实现多级止挡。

进一步的，参考图2，所述第一止挡111和第二止挡311的数量均为两个，以分别实现器件层210顺时针转动和逆时针转动的二级阻挡。

在另外一些实施例中，所述第一止挡111为条形、T形、柱状块或其组合，所述第二止挡311为条形、T形、柱状块或其组合。

在又一些实施例中，图5为本实用新型实施例所述MEMS器件的盖帽层的第一种结构示意图，参照图5，盖帽层110上的所述第一止挡111和第二止挡311均为条状结构。

在一些实施例中，图6为本实用新型实施例所述MEMS器件的盖帽层的第二种结构示意图，参照图6，所述盖帽层110上的第二止挡311为竖条形，所述盖帽层110上的第一止挡111为T形结构，以满足不同的制备要求。

进一步的，参考图1，所述衬底层310上的第二止挡311包括若干个柱状结构的阻挡块313，具体的，所述阻挡块313可以采用圆柱、棱柱的柱状结构，在本实施例中，所述阻挡块313采用六棱柱结构。

在一些实施例中，图3为本实用新型实施例所述MEMS器件在受到冲击时向上运动的竖直截面结构示意图，参照图3，当整个MEMS器件受到冲击作用而逆时针转动时，器件层210在锚点211的作用下，此时器件层210会先与盖帽层110最右边的第一止挡111接触，并在第一接触区域121处产生接触；若冲击力进一步增大，在锚点211的作用下，器件层210会与盖帽层110上左边的第二止挡111在第二接触区域120处产生接触，从而对器件层210在竖直方向的运动实现二级阻挡。

如图4为本实用新型实施例所述MEMS器件在受到冲击时向下运动的竖直截面结构示意图，参照图4，当器件层210受到冲击而顺时针转动时，此时会先与衬底层310上的第二止挡311接触在第三接触区域为330处发生接触；若冲击力增大，则器件层210会与盖帽层110上的第二止挡311在第四接触区域122发生接触，从而对器件层210顺时针转动的运动过程产生阻挡限制作用，有效防止发生器件层210与上部止挡结构111发送粘连。

通过盖帽层110上的第二止挡311和衬底层310上的第二止挡311的两次接触实现对器件层210的二级止挡。

在一些实施例中，所述MEMS器件还包括键合部件230，所述盖帽层110底端连接有支撑墙结构114，所述支撑墙结构114底部均通过所述键合部件230与所述衬底层310顶部连接，所述盖帽层110底端通过键合部件230与所述衬底层310顶部连接在一起，从而实现整个盖帽层110和衬底层310之间的固定连接，保证整个MEMS器件的稳定性。

在又一些实施例中，参照图2，所述键合部件230相对所述支撑墙结构114的一侧的四周设置有导电层220，所述支撑墙结构114均通过所述导电层220与所述键合部件230连接，进一步提高盖帽层110和衬底层310之间连接的稳定性，同时具有密封效果以提高整个装置的气密性。

进一步的，所述导电层220的高度为0.5至2μm，根据不同的工艺制作得到不同的高度。可选的，所述导电层220的高度为1μm。

在一些实施例中，所述导电层220采用铝、锗等导电材料，用于通过导电层220实现盖帽层110和键合部件230等电位。

在一些实施例中，所述键合部件230相对于所述衬底层310的一侧设置有绝缘层240，所述键合部件230通过绝缘层240与所述衬底层310顶部连接，通过设置绝缘层240，使得盖帽层110底端的支撑墙结构114通过键合部件230与衬底层310连接在一起，并起到了绝缘的作用。

进一步的，所述绝缘层240的高度为0.5至2μm，根据不同的工艺制作得到不同的高度。可选的，所述绝缘层240的高度为1μm。

在一些实施例中，所述盖帽层110上的所述第一止挡111和所述盖帽层110上的所述第二止挡311的高度相同，方便制作。

进一步的，所述盖帽层110上的所述第一止挡111、所述盖帽层110上的所述第二止挡311以及所述支撑墙结构114端部的高度均相同，盖帽层110上的所述第一止挡111和第二止挡311均与支撑墙结构114一体成型，从而有效降低了整个结构的工艺难度，有利于降低制作成本。

在又一些实施例中，所述衬底层310上的所述第二止挡311与所述衬底层310端部的高度相同，在制作衬底层310的时候便于制作衬底层310上的所述第二止挡311，有效降低了工艺难度，有利于降低制作成本。

在其它一些实施例中，所述衬底层310相对所述器件层210的一侧设有第一电极320和第二电极321，所述第一电极320和所述第二电极321相对所述锚点截面4对称设置，从而在通过第一电极320和第二电极321来实现差分检测电容信号的时候，能够有效提高检测精度。

在一些可选的实施例中，所述第一电极320和所述第二电极321的大小和形状完全相同，以进一步保证差分检测的检测精度。

进一步的，所述衬底层310上的所述第二止挡311设在所述第二电极321远离所述锚点211的一侧，以保证衬底层310上的第二止挡311与锚点211的距离大于盖帽层110上的第二止挡311与锚点211的距离，从而使得衬底层310上的第二止挡311和盖帽层110上的第二止挡311依次与所述器件层210先后接触，实现多级阻挡限位。

虽然在上文中详细说明了本实用新型的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本实用新型的范围和精神之内。而且，在此说明的本实用新型可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (15)

1.一种MEMS器件，其特征在于，包括依次设置的盖帽层、器件层和衬底层，所述器件层通过锚点与所述衬底层连接并绕所述锚点转动，所述锚点偏心设置在所述器件层上，所述盖帽层相对所述器件层的一侧设有至少两个第一止挡和至少一个第二止挡，所述衬底层相对于所述器件层的一侧设有至少一个第二止挡，所述第一止挡限制所述器件层沿第一方向的转动，所述第二止挡限制所述器件层沿第二方向的转动。

2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，以垂直于所述盖帽层所在平面并穿过所述锚点在所述器件层内部所在直线的截面为锚点截面，所述盖帽层上的所述第一止挡和所述盖帽层上的所述第二止挡位于所述锚点截面两侧，所述盖帽层上的所述第一止挡距离所述锚点截面的距离大于所述盖帽层上的所述第二止挡距离所述锚点截面的距离；

所述盖帽层上的所述第二止挡与所述衬底层上的所述第二止挡位于所述锚点截面两侧，所述盖帽层上的所述第二止挡距离所述锚点截面的距离小于所述衬底层上的所述第二止挡距离所述锚点截面的距离。

3.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述盖帽层上的所述第一止挡的数量大于所述盖帽层上的所述第二止挡的数量。

4.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述第一止挡的数量等于所述第二止挡的数量。

5.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述第一止挡为条形、T形、柱状块或其组合，所述第二止挡为条形、T形、柱状块或其组合。

6.根据权利要求4所述的MEMS器件，其特征在于，所述第一止挡的数量为两个，所述第二止挡的数量为两个。

7.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，包括键合部件，所述盖帽层相对所述器件层一侧的四周设有支撑墙结构，所述支撑墙结构通过所述键合部件与所述衬底层连接。

8.根据权利要求7所述的MEMS器件，其特征在于，所述键合部件相对所述支撑墙结构的一侧设有导电层，所述支撑墙结构通过所述导电层与所述键合部件电连接。

9.根据权利要求8所述的MEMS器件，其特征在于，所述键合部件相对所述衬底层的一侧设有绝缘层，所述键合部件通过所述绝缘层与所述衬底层连接。

10.根据权利要求9所述的MEMS器件，其特征在于，所述导电层的高度为0.5至2μm，所述绝缘层的高度为0.5至2μm。

11.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述盖帽层上的所述第一止挡和所述盖帽层上的所述第二止挡的高度相同。

12.根据权利要求7所述的MEMS器件，其特征在于，所述盖帽层上的所述第一止挡、所述盖帽层上的所述第二止挡以及所述支撑墙结构端部的高度均相同。

13.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述衬底层上的所述第二止挡与所述衬底层端部的高度相同。

14.根据权利要求2所述的MEMS器件，其特征在于，所述衬底层相对所述器件层的一侧设有第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极相对所述锚点截面对称设置。

15.根据权利要求14所述的MEMS器件，其特征在于，所述衬底层上的所述第二止挡设在所述第二电极远离所述锚点的一侧。

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