CN2499962Y - 水银式微机械惯性开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水银式微机械惯性开关,涉及传感器领域中的一种开关器件。它由底顶晶片、中间上下晶片、水银腔体、空腔体、沟道、水银珠、电极等部件组成。它采用的原理是该器件承受加速度时,当达到一定阀值,水银腔体中水银珠通过沟道运动到空腔体中接通电极,达到开关作用。它具有无源工作、性能可靠、结构简单、重量轻、体积小、成本低、采用微电子加工技术便于批量生产等特点,特别适用于炮弹、导弹引信上作引信惯性保险开关及作民用产品惯性开关装置。

Description

水银式微机械惯性开关

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域中的一种水银式微机械惯性开关器件，特别适用于炮弹、导弹引信上作引信保险开关及作民用产品的惯性开关装置。

背景技术

在军事及汽车、照相机、玩具、鼠标等民用产品领域都需要大量应用惯性开关。研制性能更好、可靠性更高、价格更低的惯性开关一直是人们追求的目标。目前特别在炮弹、导弹上常采用惯性开关作为引信的保险开关，现在炮弹、导弹上的引信保险惯性开关采用由质量块、挂钩、弹簧等机械结构组合的无源惯性开关，这种机械结构式无源惯性开关其主要不足是体积大、结构复杂、可靠性能差，制造困难，生产成本高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种半导体无源结构的水银式微机械惯性开关，且本实用新型还具有结构简单，生产工艺简易，成本价格低廉，可靠性好，体积小，重量轻等特点。

本实用新型所要解决的技术问题由以下技术方案实现的：它包括底晶片1、1至6层中间下晶片2、1至6层中间上晶片3、顶晶片4、绝缘层5至8、水银腔体9、1至6个空腔体10、沟道11、水银珠12、电极13、14。其中底晶片1表面上氧化一层绝缘层5结构，绝缘层5上涂一层光刻胶，其上覆盖掩膜版后经光刻、显影获得电极13、14的光刻胶窗口，再溅射金属后剥离光刻胶及其上金属获得电极13、14结构。顶晶片4表面上氧化一层绝缘层8结构，1至6层中间下晶片2表面上氧化一层绝缘层6结构，1至6层中间上晶片3表面上氧化一层绝缘层7结构，1至6层中间下晶片2及绝缘层6上光刻腐蚀水银腔体9、沟道11及1至6个空腔体10，1至6层中间上晶片3及绝缘层7上光刻腐蚀水银腔体9、沟道11及1至6个空腔体10，1至6层中间下晶片2及绝缘层6的面与底晶片1及绝缘层5、电极13、14的面用绝缘胶粘接固定安装，1至6层中间上晶片3及绝缘层7的面与顶晶片4及绝缘层8的面用绝缘胶粘接固定安装，1至6层中间下晶片2另一面与1至6层中间上晶片3另一面用绝缘胶粘接固定安装，水银腔体9与1至6个空腔体10通过沟道11贯通构成整体结构，水银腔体9内灌注水银珠12，电极13、14一端裸露在空腔体10内，另一端超声焊接外接引线，底晶片1、1至6层中间下晶片2、1至6层中间上晶片3及顶晶片4切成芯片用环氧树脂封装在半导体器件管壳内。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1.本实用新型采用水银珠12在承受设定的加速度时运动使开关动作，具有传感器的作用，无源工作，性能可靠。

2.本实用新型结构采用半导体晶片及半导体微加工工艺制作，因此结构简单，生产工艺简易成熟，能极大降低成本，便于批量生产。

3.本实用新型采用半导体晶片制作惯性开关，因此具有体积小，重量轻，价格低廉，便于制作多种型号规格结构的惯性开关。

附图说明

图1是本实用新型主视剖面结构示意图。

图2是本实用新型俯视剖面结构示意图。

具体实施方式

参照图1、图2，本实用新型由底晶片1、1至6层中间下晶片2、1至6层中间上晶片3、顶晶片4、绝缘层5至8、水银腔体9、1至6个空腔体10、沟道11、水银珠12、电极13、14构成。其中底晶片1表面上氧化一层绝缘层5结构，顶晶片4表面上氧化一层绝缘层8结构，1至6层中间下晶片2上氧化层绝缘层6结构，1至6层中间上晶片3表面上氧化一层绝缘层7结构，实施例底晶片1、1至6层中间下晶片2、1至6层中间上晶片3、顶晶片4均采用市售晶体切割的单晶硅片制作，绝缘层5至8均采用二氧化硅材料制作绝缘层，制作时采用市场上通用的氧化炉进行表面氧化生长绝缘层。绝缘层5上右端光刻溅射金属剥离出电极13、14，实施例制作过程如下：首先绝缘层5上在通用的EM5026A型光刻机中光刻出电极13、14形状，然后用溅射工艺采用通用的磁控溅射台在底晶片1及绝缘层5上覆盖金属，一般覆盖金属采用多层复合金属材料，再用剥离工艺采用H66025型超声波发生器剥离掉无用金属获得金属电极13、14。

本实用新型在1至6层中间下晶片2及绝缘层6上和1至6层中间上晶片3及绝缘层7上光刻腐蚀出水银腔体9、1至6个空腔体10、沟道11，制作时中间下晶片2、中间上晶片3的层数厚度由水银腔体9、空腔体10、沟道11的深度尺寸设计而定，空腔体10的个数由惯性开关用途规格设计而定，实施例采用1层中间下晶片2、1层中间上晶片3和一个空腔体10制作。实施例制作过程如下：中间下晶片2及绝缘层6、中间上晶片3及绝缘层7用光刻工艺采用EM5026A型光刻机刻出正面水银腔体9、空腔体10和沟道11的形状，用双面光刻工艺采用EM5026B型光刻机刻出背面水银腔体9、空腔体10和沟道11的形状，用常规氢氟酸缓冲液腐蚀掉水银腔体9、空腔体10和沟道11上的绝缘层6、7，用各向异性腐蚀液EPW型腐蚀液腐蚀水银腔体9、空腔体10和沟道11中的单晶硅，腐蚀单晶硅到水银腔体9和空腔体10与沟道11贯通，完成所需的水银腔体9、空腔体10及沟道11的制作。腐蚀不同大小及深度的水银腔体9、空腔体10及沟道11的尺寸体积，就可制作不同型号规格结构的惯性开关。

本实用新型1至6层中间下晶片2及绝缘层6的面与底晶片1及绝缘层5、电极13、14的面用绝缘胶粘接固定安装，1至6层中间上晶片3及绝缘层7的面与顶晶片4及绝缘层8的面用绝缘胶粘接固定安装，1至6层中间下晶片2另一面与1至6层中间上晶片3另一面用绝缘胶粘接固定安装，使中间上、下晶片3、2中的水银腔体9与1至6个空腔体10通过沟道11贯通构成整体结构。在水银腔体9内灌注水银珠12，水银珠12采用市售水银材料制作。实施例电极13、14一端裸露在空腔体10内，另一端超声焊接外接引线。底晶片1、中间下晶片2、中间上晶体3及顶晶片4用砂轮划片机划片成管芯芯片结构，用环氧树脂封装在半导体器件管壳内。实施例安装过程如下：把底晶片1、中间上下晶片3、2的芯片装配在半导体器件管壳内，管壳内侧面涂覆环氧树脂，环氧树脂由于毛细现象进入晶片间隙中，将各芯片粘接固定。在水银腔体9中注满水银珠12，用环氧树脂将顶晶片14粘合到中间上晶片3上。用金丝超声焊接将底晶片1上的电极13、14引到半导体器件管壳上，与外接引线搭接连接，再用硅胶密封整个结构及引线及将管壳进行封帽，制作成本实用新型开关器件。

本实用新型工作原理如下：水银腔体9与空腔体10之间由沟道11贯通，空腔体10内加工有裸露电极13、14结构，水银腔体9中管注水银珠12，当该器件承受加速度时，如果达到一定的阀值，水银珠12在惯性力作用下离开水银腔体9通过沟道11运动到空腔体10中，将电极13、14接通，达到开关作用的目的。

Claims (1)

1.一种水银式微机械惯性开关，它包括底晶片(1)、顶晶片(4)、绝缘层(5)、(6)、(7)、(8)、电极(13)、(14)，其特征在于还包括1至6层中间下晶片(2)、1至6层中间上晶片(3)、水银腔体(9)、1至6个空腔体(10)、沟道(11)、水银珠(12)，其中底晶片(1)表面上氧化一层绝缘层(5)结构、绝缘层(5)上右端光刻溅射金属剥离出电极(13)、(14)结构，顶晶片(4)表面上氧化一层绝缘层(8)结构，1至6层中间下晶片(2)表面上氧化一层绝缘层(6)结构，1至6层中间上晶片(3)表面上氧化一层绝缘层(7)结构，1至6层中间下晶片(2)及绝缘层(6)上光刻腐蚀水银腔体(9)、沟道(11)及1至6个空腔体(10)，1至6层中间上晶片(3)及绝缘层(7)上光刻腐蚀水银腔体(9)、沟道(11)及1至6个空腔体(10)，1至6层中间下晶片(2)及绝缘层(6)的面与底晶片(1)及绝缘层(5)、电极(13)、(14)的面用绝缘胶粘接固定安装，1至6层中间上晶片(3)及绝缘层(7)的面与顶晶片(4)及绝缘层(8)的面用绝缘胶粘接固定安装，1至6层中间下晶片(2)另一面与1至6层中间上晶片(3)另一面用绝缘胶粘接固定安装，水银腔体(9)与1至6个空腔体(10)通过沟道(11)贯通构成整体结构，水银腔体(9)内灌注水银珠(12)，电极(13)、(14)一端裸露在空腔体(10)内，另一端超声焊接外接引线，底晶片(1)、1至6层中间下晶片(2)、1至6层中间上晶片(3)及顶晶片(4)切成芯片用环氧树脂封装在半导体器件管壳内。

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