TW201720745A - 半撓性的驗證質量 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種微機電裝置，其包括一半撓性驗證質量，該半撓性驗證質量包含至少一個初級部分、至少一個次級部分以及懸置該半撓性驗證質量之所述至少一個初級部分及所述至少一個次級部分的至少一個剛性彈簧。該剛性彈簧實質上使得所述至少一個初級部分及所述至少一個次級部分在該裝置處於其正常操作範圍內時作為單個、剛性實體移動。該裝置進一步包括經組態以使所述至少一個初級部分停止之至少一個第一擋止件結構。該半撓性驗證質量經組態以在該裝置經受藉由超出該裝置之該正常操作範圍之一力衝擊該裝置之一震動時經由所述至少一個剛性彈簧之偏轉而變形。在該震動引起該半撓性驗證質量至少沿著一移動軸在一個方向上之一運動時，所述至少一個剛性彈簧進一步經組態以產生一恢復力，該恢復力使得至少該半撓性驗證質量之所述至少一個次級部分被驅動進入在與由該震動引起之沿著該移動軸之該運動相反之一方向上的一恢復運動，其中處於該恢復運動中之所述至少一個次級部分之動量進一步使得所述至少一個初級部分自該第一擋止件結構移走。

Description

半撓性的驗證質量
本發明係關於如申請專利範圍獨立項1之前序中所界定之微機械裝置。
可將微機電系統或MEMS界定為小型化機械及機電系統，其中至少一些元件具有機械功能性。由於MEMS裝置係藉由用於產生積體電路之相同或類似工具產生，因此微機械及微電子元件甚至可製造於相同矽片上。可應用MEMS結構以快速且準確地偵測物理性質之極小改變。
儘管大小極小，但MEMS結構相較於類似宏觀結構具有不同且獨特的故障機制。
對於MEMS裝置，已知的一個故障機制為靜摩擦，其意謂結構組件彼此或與基板(結構由其材料製成)黏附。舉例而言，可藉由使用抗靜摩擦塗層或在碰撞表面處形成例如凸塊之表面結構以使得觸碰表面區域減小而防止靜摩擦。
另一已知故障機制為斷裂，諸如MEMS結構歸因於衝擊之破裂或破斷。單個、劇烈衝擊可造成MEMS結構之破裂或破斷，或若干重複衝擊可造成MEMS結構之疲勞，此最終導致結構之斷裂。
US2012/0280591呈現具有可移動元件之MEMS裝置，該可 移動元件具有具有次要質量之次要結構及將次要質量與可移動元件互連之彈簧。當裝置經受機械震動時，次要結構使得次要質量衝擊可移動元件，以使得其在衝擊之後有可能在已黏住之情況下移走。關於先前技術US2012/0280591之問題為儘管次要結構使得能夠擺脫黏住問題，但可移動質量可歸因於由震動引起之衝擊而損壞。
US201426013呈現用於在遭遇震動之後減小對MEMS移動結構所產生之衝擊力，因此減小結構斷裂之風險之彈性凸塊。次要、非撓性擋止凸塊實施於驗證質量中。
需要用於MEMS裝置之經改良結構，其可減小結構破裂之風險且具有防止可移動驗證質量黏住之機制。
本發明之一目標為提供克服先前技術缺點之裝置及方法。藉由根據申請專利範圍第1項之特徵化部分之裝置來實現本發明之目標。
本發明之較佳具體實例在申請專利範圍附屬項中揭示。
術語「裝置之平面」指在MEMS裝置之可移動部分並未藉由任何外力激發或偏轉時由MEMS裝置之可移動部分形成之平面。線性移動軸可駐留在裝置之該平面內，或其可為基本上正交於裝置之平面之軸。
本發明係基於改變驗證質量之形式之想法，其實現了減小之衝擊力以減小歸因於衝擊之結構破裂之風險以及降低的驗證質量黏住之風險。驗證質量被劃分成至少兩個部分，其藉由剛性彈簧互相連接。術語剛性彈簧指具有高彈簧因數以使得彈簧基本上僅在經受相對較強的力時才偏轉之彈簧。驗證質量因此變成半撓性結構，其在MEMS裝置之正常操作條 件下作為單個質量移動。驗證質量之初級部分可歸因於震動而撞擊擋止件結構，而驗證質量之次級部分藉由剛性彈簧懸置且因此被防止或不大可能撞擊任何擋止件結構。術語初級部分在此指驗證質量之經組態以藉由撞擊擋止件結構而承受最初衝擊的一或多個部分。驗證質量結構可具有此等初級部分中之一或多者。次級部分較佳地形成半撓性驗證質量之質量之主要部分，其中術語主要部分可指示驗證質量之整個質量的至少20%或更高直至甚至大於50%之份額。次級部分可經組態以在初級部分之後撞擊第二擋止件結構，但次級部分亦可經組態以藉由與驗證質量之其他部分進行接觸或藉由耦接該等部分之彈簧而停止。與剛性結構相反，驗證質量之初級部分與次級部分之間的懸置為撓性的，但具有足夠剛性以至於在正常操作條件期間，半撓性驗證質量之至少兩個部分作為單個、剛性驗證質量移動。剛性在此指實質上不變形之結構，且半撓性指在正常操作條件下不變形之結構。換言之，亦稱為耦接彈簧或簡單地僅作為半撓性驗證質量之至少兩個部分之間的剛性彈簧的剛性懸置彈簧具有高彈簧常數。當經受超出正常操作條件之震動時，初級部分與次級部分之間的此懸置充當彈簧，從而允許半撓性驗證質量之至少兩個部分相對於彼此移動。正常操作條件可經界定為驗證質量之移動並不造成驗證質量之第一部分接觸驗證質量之第二部分或接觸裝置之駐留在與驗證質量處於相同平面內之其他部分(諸如，錨定件、擋止件、框架、類似於梳狀物或梳狀指形件之偵測結構等)的條件。在正常操作條件下，因此使得驗證質量及附接至驗證質量之偵測結構能夠在預定方向上移動，從而提供根據驗證質量之移動之位置或速度而改變的偵測信號。除減小由震動對於驗證質量造成的瞬時力且因此減小斷裂風險 之外，剛性彈簧在初級部分與次級部分之間的半撓性懸置亦產生恢復力。此恢復力使得半撓性驗證質量之相當大部分(亦即，至少半撓性驗證質量之次級部分)彈回且取得動量，此改良整個結構自與擋止件結構接觸移走之能力且促進驗證質量在其正常操作位置中返回。
術語「主彈簧」指將半撓性驗證質量耦接至至少一個懸置結構(諸如，錨定件)的彈簧。主彈簧經組態以至少在半撓性驗證質量之移動之預定方向上為撓性的。主彈簧可藉由進一步添加總釋放力而進一步促進移走能力。主彈簧相較於剛性彈簧在半撓性驗證質量之移動之預定方向(亦稱為移動軸)上具有較低彈簧係數。主彈簧及剛性彈簧經組態以允許半撓性驗證質量之移動及半撓性驗證質量之初級部分與次級部分分別沿著相同移動軸之相對移動，該移動軸與半撓性驗證質量之運動之預定方向對準。換言之，意欲藉由主彈簧使得半撓性驗證質量之移動能夠沿著移動軸進行，且剛性彈簧經組態以允許沿著相同移動軸(在相同移動軸方向上)移動。
藉由附接至次級部分之主彈簧將半撓性驗證質量耦接至諸如錨定件之懸置結構在黏住之狀況下及對於防止黏住尤其有益。術語黏住指示微機電結構之已知問題，其中該結構之彼此接觸的兩個表面可黏在一起。藉由將半撓性驗證質量自次級部分懸置，當初級部分及次級部分兩者均與擋止件結構接觸時，由主彈簧及剛性彈簧引起之所有恢復力皆作用於使次級部分脫離接觸。因此，該組態有效地防止黏住。由主彈簧引起之恢復力與由剛性彈簧引起之恢復力加總，且總恢復力作用於移走次級部分。此外，移動次級部分之動量有助於移走初級部分及使裝置返回至其正常操 作位置中。半撓性驗證質量較佳地形成為實質上平面結構，位於平面中。半撓性驗證質量之結構部分較佳地位於共同平面中，該共同平面可包含裝置之平面。舉例而言，能夠在裝置之平面內沿著至少一個移動軸偏轉之半撓性驗證質量可包含自具有非零厚度之基本上平面、均勻矽材料層蝕刻成之結構。因此，製造製程相對簡單，其增大製造製程增益且促進產生於相同矽晶圓上之多個裝置之均一效能。半撓性驗證質量之材料層之厚度可在不脫離範圍之情況下改變。驗證質量結構之所選區域可凹入於矽材料層之水平(xy平面方向)表面中之任一者下方。除了耦接剛性彈簧外，較佳地在初級部分與次級部分之間的區域中移除半撓性驗證質量之材料，以便允許半撓性驗證質量在設定情形下變形。
本發明具有基於半撓性驗證質量之變形之解決方案為防止結構斷裂及靜摩擦兩者之有效且可信賴的方式的優點。半撓性多部分驗證質量結構甚至可與熟習此項技術者已知的各種剛性或撓性擋止件或保險桿解決方案組合。
根據第一態樣，提供包括實質上平面半撓性驗證質量之微機電裝置，該半撓性驗證質量包含至少一個初級部分及至少一個次級部分以及耦接該半撓性驗證質量之該至少一個初級部分與該至少一個次級部分之至少一個剛性彈簧。裝置包含耦接至至少一個次級部分之至少一個主彈簧，主彈簧將半撓性驗證質量耦接至懸置結構。至少一個剛性彈簧實質上使得至少一個初級部分及該至少一個次級部分在裝置處於正常操作範圍中時作為單個、剛性實體移動。至少一個第一擋止件結構經組態以使至少一個初級部分停止。半撓性驗證質量經組態以在裝置經受藉由超出裝置之正 常操作範圍之力衝擊裝置之震動時經由至少一個剛性彈簧之偏轉而變形，該震動引起半撓性驗證質量至少沿著移動軸在一方向上之運動，且至少一個剛性彈簧進一步產生使得半撓性驗證質量之至少一個次級部分被驅動進入在與由震動引起之沿著移動軸之運動相反的方向上之恢復運動的恢復力，其中處於恢復運動中之至少一個次級部分之動量進一步使得初級部分自至少一個第一擋止件結構移走。
根據第二態樣，半撓性驗證質量之至少一個初級部分中之至少一者經組態以在半撓性驗證質量歸因於震動沿著移動軸移位超出第一距離時由第一擋止件結構停止。
根據第三態樣，微機電裝置進一步包含沿著移動軸安置於半撓性驗證質量之對置側上之至少兩個第一擋止件結構。至少兩個第一擋止件結構經組態以使沿著移動軸發生在相反方向上的由震動引起之半撓性驗證質量之運動停止。
根據第四態樣，半撓性驗證質量之至少一個次級部分經組態以在至少一個初級部分已停止之後繼續沿著移動軸進行由震動引起之移動，且其中由震動引起之沿著移動軸之繼續移動引起至少一個剛性彈簧中之至少一者之偏轉，因此使半撓性驗證質量變形。
根據第五態樣，微機電裝置包含經組態以使至少一個次級部分停止之至少一個第二擋止件結構，其中半撓性驗證質量之至少一個次級部分經組態以在半撓性驗證質量之至少一個次級部分歸因於震動沿著移動軸之移位超出第二距離時由第二擋止件結構停止，其中第二距離大於第一距離。
根據第六態樣，微機電裝置進一步包含沿著移動軸安置於半撓性驗證質量之對置側上之至少兩個第二擋止件結構。至少兩個第二擋止件結構經組態以使沿著移動軸發生在相反方向上的由震動引起之半撓性驗證質量之運動停止。
根據第七態樣，半撓性驗證質量經組態以具有多於一個移動軸，且半撓性驗證質量經組態以在移動軸中之至少一者之方向上變形。
根據第八態樣，半撓性驗證質量包含初級部分，其包含跨越半撓性驗證質量之對稱軸對稱地安置的基本上剛性、矩形框架，其中對稱軸與移動軸之方向對準。半撓性驗證質量亦包含各自跨越對稱軸對稱地安置於初級部分內之殼體中的兩個次級部分，其中次級部分中之每一者藉由關於半撓性驗證質量之對稱軸對稱地置放的兩個剛性彈簧耦接至初級部分。
根據第九態樣，移動梳狀電極之指形件附接至初級部分。
根據第十態樣，初級部分承載大於半撓性驗證質量之整個質量之一半。
根據第十一態樣，半撓性驗證質量包含安置在次級部分之區域外部且跨越對稱軸對稱地安置的兩個初級部分。半撓性驗證質量亦包含形成為跨越半撓性驗證質量之對稱軸對稱地安置的基本上剛性、矩形框架之次級部分，對稱軸與移動軸之方向對準。兩個初級部分中之每一者藉由關於對稱軸對稱地置放的兩個剛性彈簧耦接至次級部分。
根據第十二態樣，移動梳狀電極之指形件附接至次級部分。
根據第十三態樣，次級部分承載大於半撓性驗證質量之整個 質量之一半。
根據第十四態樣，半撓性驗證質量包含基本上縱向地安置於半撓性驗證質量之對稱軸之兩側上之平行位置中之兩個初級部分，對稱軸與移動軸之方向對準，初級部分中之每一者經組態以在移動軸之方向上由安置於距離每一初級部分之兩端第一距離處之第一擋止件結構停止。半撓性驗證質量亦包含各自跨越對稱軸對稱地置放的兩個次級部分，次級部分中之每一者經組態以由安置於距離遠離裝置之幾何中心的各別次級部分之側部第二距離處之各別第二擋止件結構停止，其中第二距離大於第一距離。
根據第十五態樣，移動梳狀電極之指形件附接至初級部分。
根據第十六態樣，次級部分承載大於半撓性驗證質量之整個質量之20%。
在下文中，將參看附圖，結合較佳具體實例更詳細地描述本發明，其中圖1為具有劃分在一個維度中之驗證質量之半撓性驗證質量MEMS結構之第一示意性說明。
圖2為具有劃分在一個維度中之驗證質量之半撓性驗證質量MEMS結構之第三示意性說明。
圖3為具有劃分在兩個維度中之驗證質量之半撓性驗證質量MEMS結構之示意性說明。
圖4為具有包括類似於框架之初級部分之驗證質量的半撓性驗證質量MEMS佈局之例示性說明。
圖5a及圖5b說明具有類似於框架之初級部分之半撓性驗證質量在震動之後之移動。
圖6為具有包括類似於框架之次級部分之驗證質量之半撓性驗證質量MEMS佈局的例示性說明。
圖7a至圖7c說明具有類似於框架之次級部分之半撓性驗證質量在震動之後之移動。
圖8為具有雙擋止件結構之半撓性驗證質量MEMS佈局之例示性說明。
圖9a至圖9c說明具有雙擋止件結構之半撓性驗證質量在震動之後之移動。
圖10說明半撓性驗證質量在極劇烈震動之後之移動。
MEMS裝置可包含基板層及懸置於基板層上方之功能層。功能層之固定或靜止結構懸置於基板層上方，且功能層之可移動結構可移動地懸置於基板層上方。MEMS裝置之可移動結構之實例為可移動質量，諸如驗證質量、彈簧以及電極梳狀物之移動指形件。
MEMS裝置中之彈簧可被視為約束懸置結構在經界定維度中之運動之懸置結構。彈簧可取決於其既定功能性而具有變化形式。直線橫桿可充當彈簧，且橫桿之尺寸界定彈簧之特性。MEMS彈簧可包含兩個或多於兩個直線區段，形成例如摺疊、蟹腿形，U形或蛇形。圖1至圖3僅以功能方式說明彈簧之功能性，亦即可選擇彈簧之實體形式。可選擇設計中之彈簧之實體形式以滿足針對特定彈簧所設定之要求。彈簧之一些實體形式之實例在圖4至圖10中可見。
術語「擋止件結構」可指任何種類之彈性的或剛性的擋止件或保險桿結構。剛性擋止件結構並不歸因於衝擊而移動或改變其形式，而彈性擋止件結構包括撓性部分，諸如允許擋止件結構變形或移動之彈簧，因此在移動結構撞擊擋止件結構時減小所產生之瞬時力。各種擋止件結構在此項技術中已知，且此等擋止件結構中之任一者可在不脫離範圍之情況下適用於本發明。
圖1為第一例示性具體實例之示意性說明。半撓性驗證質量MEMS結構包括劃分在一個維度中之驗證質量結構。此例示性結構中之移動軸在x軸方向上。移動軸指在裝置處於正常操作範圍中時半撓性驗證質量之主要或次要移動之方向。術語正常操作、正常操作條件以及正常操作範圍指裝置之操作狀態，在此期間半撓性驗證質量就如同其為傳統剛性驗證質量一樣移動而不會變形。在此實例中，移動沿著x軸進行，x軸與裝置之平面對準。結構包括半撓性驗證質量(101a、101b、102)，其包含兩個初級部分(101a、101b)及次級部分(102)。剛性彈簧(110a、110b)將驗證質量之初級部分(101a、101b)與次級部分(102)彼此耦接。因為此等剛性彈簧(110a、110b)沿著第一部分(101a、101b)及第二部分(102)移動而不顯著偏轉(亦即，撓曲、彎曲或以其他方式改變其形式)，因此為驗證質量之總振盪質量之部分，所以此等剛性彈簧(110a、110b)可被視為在正常操作條件下貌似剛性的半撓性驗證質量之部分。驗證質量之次級部分(102)藉由主彈簧(108)耦接至固定懸置結構(103)。此懸置結構較佳地固定至MEMS裝置之基板層或任何其他固定層，以使得懸置結構(103)並不相對於基板移動。此等固定懸置結構(103)亦常常被稱為錨定件或錨點。 主彈簧(108)允許驗證質量相對於附接至基板之錨點移動。驗證質量之次級部分(102)包括梳狀結構(梳狀指形件)，其可用於偵測驗證質量之運動或用於驗證質量之靜電偏轉。藉由此等指形件之偵測係藉由偵測附接至次級部分(102)之移動梳狀電極與附接至定子(100)之固定或靜止梳狀電極之間的電容之改變而進行。激勵可被視為反向操作，其中梳狀結構的兩個電極之間的變化電場產生用於偏轉附接至電極之可移動(轉子)部分之驗證質量之力。
在此實例中，使得半撓性驗證質量(101a、101b、102)尤其在x軸方向上具有半撓性。在正常操作條件下，包括初級部分(101a、101b)、次級部分(102)以及剛性彈簧(110a、110b)之整個驗證質量至少在x軸方向上作為單個實體移動。當半撓性驗證質量經受遠超出在正常操作條件下存在之彼等力的力時，剛性彈簧(110a、100b)可取決於建構偏轉(例如，壓縮、扭曲或彎曲)。在以下描述中，為簡單起見吾人使用術語偏轉，但應理解，彈簧之實際改變將取決於彈簧之形式。
為了描述半撓性驗證質量在經受震動時之特性，吾人使用結構受到震動，造成對驗證質量之衝擊，使其迅速向左(亦即，負x軸)移動的實例。當x軸方向上之震動或具有x軸方向上之相當大分量之震動產生驗證質量的顯然高於正常操作條件之加速度時，各別第一初級部分(101a)撞擊各別擋止件結構(105a)。當具有驗證質量之總質量之少量份額之第一初級部分(101a)在撞擊擋止件結構(105a)時停止時，各別第一剛性彈簧(110a)可開始壓縮，從而允許次級部分(102)及甚至第二初級部分(101b)繼續在震動之方向上移動，但第一剛性彈簧(110a)產生與此移動相抵之增 長的恢復力：第一剛性彈簧(110a)愈壓縮，恢復力變得愈強。因此減小了對仍移動部分(101b、102)及擋止件結構(105a)造成之震動衝擊；而非幾乎即刻歸因於撞擊擋止件結構(105a)而停止，其為在驗證質量為傳統剛性質量之情況下的狀況，現允許驗證質量之主要部分繼續與增長恢復力(其與各別第一剛性彈簧(110a)之偏轉成比例)相抵之運動，以使得由恢復力所做的減小驗證質量之仍移動部分之速度的功有效地散佈在非零時間段內。此恢復力將減小速度且最終將使半撓性驗證質量之仍移動部分(101b、102)停止。
若第二初級部分(101b)具有足夠高的動能，則第二剛性彈簧(110b)亦可壓縮，從而對第二初級部分(101b)產生額外恢復力。
在半撓性驗證質量之所有部分已停止之後，剛性彈簧(110a)對次級部分(102)產生根據胡克定律(Hooke's law)(F=-kx)與彈簧之壓縮成比例之力。因此，剛性彈簧(110a)現產生恢復力，使得半撓性驗證質量之主要部分(101b、102)開始朝向其正常操作位置反向加速。歸因於此恢復力，驗證質量之該主要部分取得相當大動量，以使得其最終拉動較小初級部分(101a)，較小初級部分(101a)由此自與擋止件結構(105a)之接觸釋放。因此，並不與擋止件(105a)接觸的驗證質量之主要部分(102、101b)之動量產生初級部分(101a)與各別擋止件(105a)之間不出現黏住的高可能性。主彈簧(108)可藉由剛性彈簧(110a)在相同方向上產生另一恢復力。若第二剛性彈簧(110b)亦歸因於震動而偏轉，則其將對第二初級部分(101b)產生另一恢復力。
由於結構在x軸方向上基本上對稱，因此在正x軸方向上停 止及自衝擊回復之類似過程將自然地在相反方向上進行。在此狀況下，初級部分(101b)撞擊各別擋止件結構(105b)，且剛性彈簧(110b)產生恢復力。
圖2為第二例示性具體實例之示意性說明。呈現具有劃分在一個維度中之驗證質量之半撓性驗證質量MEMS結構。目前，驗證質量之次級部分已被劃分成多於一個次級部分(102a、102b、102c)，每一部分藉由剛性彈簧(110b、110c)耦接至下一部分，且剛性彈簧(110a、110d)將初級部分(101a、101b)與次級部分(102a、102c)中之至少一些耦接。在此實例中，僅次級部分中的中間者(102b)耦接至主彈簧(108)，其耦接至固定至基板之懸置結構(103)。或者，多於一個部分可耦接至主彈簧，在此狀況下可存在多於一個(子)主彈簧。將此第三例示性具體實例與例如圖1中所說明的第一例示性具體實例相比較，靈活地將驗證質量劃分成另外的部分可在較長時間週期內進一步分佈由使由震動引起之移動停止所引起的負加速度。剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)在特定衝擊及回復過程期間偏轉之量可至少取決於初始震動之強度、剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)在衝擊之方向上之彈簧因數以及驗證質量之每一部分之質量而改變。
理論上，不存在對驗證質量可經劃分之部分之數目的限制，以使得可藉由進一步將驗證質量劃分成多個部分而提高驗證質量之撓性。經適當穿孔之驗證質量可被視為半撓性驗證質量之最終形式，其中穿孔之間的裝置材料充當剛性彈簧結構，只要經穿孔驗證質量足夠剛性以在裝置在其正常操作條件下作用時表現為單個剛性本體，且驗證質量之變形僅歸 因於超出正常操作條件之異常震動而出現便可。
圖3為具有半撓性驗證質量MEMS結構之第三例示性具體實例之示意性說明，其中驗證質量劃分在兩個維度中。主彈簧(108a、108b)被劃分成兩個區段，附接至至少一個懸置結構(103)。在此特定實例中，定子梳狀物與主彈簧(108a、108b)與相同的懸置結構(103)耦接。驗證質量之初級部分(101a、101b、101c、101d)現亦在y軸方向上分裂，且兩對(101a、101c；101b、101d)逐對與使初級部分(101a、101c；101b、101d)彼此懸置之又一剛性彈簧(110e、110f)連接。對驗證質量之此種進一步劃分使得能夠較均勻地分佈由初級部分(101a、101b、101c、101d)對擋止件結構(105a、105b)引起之接觸壓力。儘管此說明中未展示，但亦可引入在y軸方向上用於使特定方向上之移動停止的擋止件結構。應用與本文中在x軸方向上所說明之原理相同的原理，可使得驗證質量在除如先前所揭示之x軸方向之外的y軸方向上及/或z軸方向上具有半撓性，以用於回復在任何方向上由震動引起之線性運動。可沿著多個軸線利用半撓性驗證質量及第一與第二擋止件結構之相同原理。
圖4說明具有包括類似於框架的初級部分(101)之驗證質量之半撓性驗證質量MEMS佈局的例示性具體實例。此種配置具有半撓性驗證質量之初級部分(101)具有良好扭轉剛度的益處，此改良半撓性驗證質量之振盪之穩定性且減少任何不合需要之扭轉移動。此具體實例亦說明替代方案，其中轉子梳狀物附接至半撓性驗證質量之初級部分(101)。因此，當震動衝擊裝置時，梳狀物將在初級部分(101)之移動取決於在震動之後的移動方向歸因於擋止件結構(105a、105b)而變得停止時連同驗證質 量之初級部分(101)一起停止。以此方式，附接至初級部分(101)之轉子梳狀物僅可移動相對較小距離(d1)以遠離其正常操作位置且可使靜態與移動梳狀指形件之間的最小距離較小。梳狀物之小偏轉防止電容隙閉合及引起短路，其可對感測器輸出產生較大且長期誤差。在最差狀況下，閉合間隙可使得矽表面熔接在一起且永久地黏住，此將實際上使裝置永久性停用。
主彈簧(108a、108b)經配置在驗證質量內部之殼體內，耦接至相同殼體內部之至少一個懸置結構(103a、103b)。主彈簧(108a、108b)允許驗證質量沿著主移動軸移動，但防止驗證質量在其他方向上移動。在此實例中，主彈簧(108a、108b)經形成為蛇形類型彈簧，其允許驗證質量在x軸方向上移動，但防止在其他方向上之移動。主彈簧中之每一者耦接至驗證質量之兩個次級部分(102a、102b)中之一者。總共四個U形剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)展示於驗證質量之初級部分(101)與次級部分(102a、102b)之間，對稱地配置於驗證質量之對稱軸之兩側上。剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)之組合配置之對稱性使其能夠產生與x軸充分對準之恢復力，x軸為半撓性驗證質量之主移動方向。半撓性驗證質量之次級部分(102a、102b)進一步經配置以具有意欲防止次級部分(102a、102b)與初級部分(101)或與剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)之可能黏住的凸塊(黑色半圓)。擋止件結構(105a、105b)經配置於半剛性驗證質量之對置側上以用於使沿著移動軸之由震動引起之移動停止，且跨越移動軸(x軸)對稱地置放，該移動軸亦為半撓性驗證質量之對稱軸。兩個對置擋止件結構(105a、105b)之置放可經描述為擋止件結構沿著移動軸位於驗證質 量之對置側上。鑒於與移動軸(x軸)對準之對稱軸，半撓性驗證質量及擋止件結構較佳地對稱。
圖5a至圖5b說明具有類似於框架之初級部分(101)之半撓性驗證質量在震動之後之移動。讓吾人來看看裝置受到震動之結果，該震動顯然超出裝置之正常操作範圍，其使得半撓性驗證質量開始朝向負x軸劇烈移動。圖5a說明第一接觸，其中類似於框架之初級部分(101)撞擊擋止件結構(105a)。藉由初級部分(101)與擋止件結構(105a)之間的星狀物(201)說明此情形。直至此接觸為止，可認為半撓性驗證質量已作為單個、剛性質量移動。然而，由初級部分(101)撞擊擋止件結構(105a)之衝擊所產生之力小於完整非撓性驗證質量在此刻停止之情況下所產生之力，由於驗證質量之相當大部分(即，次級部分(102a、102b))仍可繼續其在相同方向上之移動。因此，減小擋止件結構(105a)及初級部分(101)兩者之斷裂風險。當震動足夠劇烈時，次級部分(102a、102b)在初級部分之此停止之時仍具有動能。剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)現開始偏轉，產生與此移動相抵之恢復力(Fr)，因此產生對於次級部分(102a、102b)之負加速度，以使得其移動速度將減小。主彈簧(108a、108b)也產生與此移動相抵之力(F1、F2)，但由於其彈簧常數低於剛性彈簧(110a、110b、110c、110e)之彈簧常數，因此此力稍弱於恢復力(Fr)。若在初級部分(102)停止時由剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)及主彈簧(108a、108b)與次級部分(102a、102b)之移動相抵所做的功超出次級部分(102a、102b)之剩餘動能，則次級部分(102a、102b)之移動將在其變為與任何其他結構接觸之前停止。但若震動足夠劇烈，則次級部分(102a、102b)中之至少一 者可撞擊半撓性驗證質量結構之其他部分。在圖5b中之例示性情形下，經配置成最左次級部分(102a)之次級部分之凸塊(105e)變得與初級部分(101)接觸，且此次級部分(102a)將停止。次級部分(102a)之運動速度尤其藉由由第一彈簧(110a、110c)所產生之恢復力(Fr)已顯著減小，使得此接觸之衝擊及初級部分(101)及次級部分(102a)兩者歸因於此停止之斷裂風險顯著減小。
另外，最右次級部分(102b)可變為與裝置之結構部分接觸。在此實例中，已出於此目的配置第二組凸塊(105f)。在此狀況下，藉由第二組凸塊(105f)或最右次級部分(101b)之某一其他部分之此接觸可與剛性彈簧(110b、110d)進行。此將僅出現在最右次級部分(102b)之動能將足以充分地撓曲各別剛性彈簧(110b、110d)以使得凸塊(105f)實際上將達至各別剛性彈簧之情況下。若原始震動並不極為劇烈，則由此等剛性彈簧(105f)所做的功可足以使得最右次級部分(102b)在其與任何其他結構接觸之前停止。
當剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)歸因於衝擊而撓曲時，其儲存來自衝擊之能量。當此能量再次釋放時，藉由剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)之恢復力(Fr)連同由主彈簧(108a、108b)所產生之力(F1、F2)驅使次級部分(102a、102b)進入與由震動引起之運動相反的恢復運動中。恢復力(Fr)連同由主彈簧所產生之釋放力(F1、F2)使得次級部分(102a、102b)獲得動量，其反過來產生朝向初級部分(101)之釋放力以使得初級部分變為與擋止件結構(105a)脫離接觸。因此，半撓性驗證質量不僅減小結構之斷裂風險，並且減小可能已經歸因於震動而變得彼 此接觸的部分與結構之間的黏住風險。
圖6為說明具有包括類似於框架之次級部分之驗證質量之半撓性驗證質量MEMS佈局的例示性具體實例。將此具體實例與圖4相比較，目前吾人可注意到，初級部分(101a、101b)置放在由次級部分(102)形成之殼體外部。在此具體實例中，懸置驗證質量至基板之主彈簧(108a、108b)耦接至次級部分(102)。當經受超出正常操作條件之震動時，初級部分(101a、101b)中之一者可撞擊各別擋止件結構(105a、105b)。現包括移動(轉子)電極之梳狀物之次級部分將繼續連同次級部分(102)一起移動，其最終藉由剛性彈簧(110a、110b；110c、110d)停止，此亦對次級部分(102)產生恢復力(Fr)。在此實例中，剛性彈簧(110a、110b；110c、110d)為所謂的蟹腿形類型，其允許該等部分在主移動方向(x軸)之方向上之移動。恢復力(Fr)將接著使得次級部分(102)開始朝向其初始操作位置加速。此加速對相對較大次級部分(102)產生動量，其又連同由主彈簧(108a、108b)所產生之釋放力(F1、F2)一起對初級部分(101a、101b)產生釋放力，此減小初級部分(101a、101b)與各別擋止件結構(105a、105b)之間的黏住風險。可將擋止件結構(105e、105f)引入至次級部分(102)與初級部分(101a、101b)之間以減小在次級部分(102)與初級部分(101a、101b)中之任一者將歸因於震動而彼此觸碰之情況下的黏住風險。
歸因於震動，附接至次級部分(102)之轉子梳狀指形件可移動等於次級部分(102)可移動之距離的總距離，直至歸因於經配置至次級部分(102)之凸塊(105e、105f)而變為停止為止。應理解，此等凸塊(105e、105f)為視情況選用之特徵，且吾人可將此等凸塊視為次級部分 (102)之部分。轉子梳狀指形件可移動之所允許總距離可在處於平衡位置中時表示為擋止件結構(105a)與各別初級部分(101a)之間的第一距離(d1)加上等於初級部分(101a)與次級部分(102)之間的最小距離的第二距離(d2)之總和。當轉子梳狀指形件與各別定子指形件之間的最小距離大於此所允許總距離時，不存在轉子梳狀指形件變得與定子指形件直接接觸之風險，此接觸可引起裝置之嚴重故障或甚至其經由梳狀物破斷之永久性損壞。在此例示性佈局中，藉由額外凸塊(105e)減小次級部分所允許移動之距離，額外凸塊進一步經配置以用於減小第一部分(101a)與次級部分(102)之間的接觸區域，因此減小此等兩個部分之間的黏住風險。允許附接至次級部分(102)之轉子梳狀物移動較長距離以遠離其正常操作位置可提高梳狀物破斷之風險，除非靜止與可移動梳狀指形件之間的距離大於次級部分(102)歸因於震動可能移動之總量。然而，藉由適當之設計，此設計選項為有用的。
圖6之具體實例與圖4及圖5a至圖5b中所呈現之具體實例以非常類似的方式作用。目前，在震動之狀況下，初級部分(101a、101b)中之一者將取決於由震動引起之移動方向首先撞擊擋止件結構(105a、105b)。由於彈簧(110a、110b、110c、110c)為剛性，因此僅附接至撞擊該擋止件結構(105a、105b)的初級部分(101a或101b)之剛性彈簧(110a、110c；110b、110d)對將由於此第一接觸而偏轉，且半撓性驗證質量之其餘部分(亦即，次級部分(102)及另一初級部分(101b或101a))將繼續作為單個質量移動直至次級部分(102)有可能歸因於撞擊額外凸塊(105e)而停止為止。在歸因於震動之移動將在次級部分(102)撞擊額外凸塊(105e) 之前停止之狀況下，耦接次級部分與另一初級部分(101b或101a)之剛性彈簧(110a、110c；110b、110d)對將不偏轉。
圖7a至圖7c進一步說明圖6之具體實例中之結構在經受使得半撓性驗證質量朝向負x軸劇烈移動之震動時之行為。出於明晰原因，僅圖6之編號之部分已經標記至圖7a、7b以及7c，但應理解，相同編號指此等圖中之對應結構部分。圖7a說明結構之間的第一接觸：第一初級部分(101a)將撞擊第一擋止件結構(105a)，此使得第一初級部分(101a)停止。此衝擊藉由星狀物(201)說明。若驗證質量之其餘部分具有超出第一剛性彈簧(110a、110c)之懸置能力之足夠動能，則此等剛性彈簧開始撓曲，從而允許半撓性驗證質量之其餘部分(包括具有可移動(轉子)電極指形件之次級部分(102)及第二初級部分(101b))繼續在相同原始方向上移動。半撓性驗證質量之仍移動部分(102、101b)之動能與由偏轉剛性彈簧(110a、110c)引起之抑制力(其亦可被稱為恢復力(Fr1))相抵而作用，且降低此等部分之運動速度。主彈簧亦產生與移動相抵之增長力(F1、F2)。若所有恢復力(Fr1、F1、F2)並不足以使驗證質量之仍移動部分停止，則次級部分(102)最終將撞擊初級部分且變得停止。此在圖7b中藉由星狀物(202)說明。在此具體實例中，已經在次級部分(102)中與初級部分(101a、101b)相抵之面上配置小凸塊(105e)。此等小凸塊(105e)之目的為減小初級部分(101a、101b)與次級部分(102)之間的接觸區域，因此減小靜摩擦之風險。應理解，此等小凸塊(105e)為視情況選用的且其可被視為次級部分(102)之整體部分。在較不嚴重震動之狀況下，次級部分之移動甚至可在其撞擊第一初級部分(101a)之前變得停止，由於第一剛性彈簧(110a、110c) 之恢復力(Fr1)連同由主彈簧(108a、108b)產生之力(F1、F2)足以使移動停止，且過程反向以使得裝置返回至正常操作。
在極劇烈震動之狀況下，第二初級部分(101b)之動能甚至可在次級部分(102)已停止之後足夠高以至於仍存在使得第二初級部分朝向由震動引起之相同方向移動之動能。在此狀況下，剛性彈簧(110b、110d)將偏轉，且產生與第二初級部分(101b)之移動相抵之恢復力(Fr2)，從而對第二初級部分(101b)產生負加速度。可歸因於此力(Fr2)而使得第二初級部分(101b)停止，或若該力並不足以使第二初級部分(101b)之移動停止，則第二初級部分最終可撞擊次級部分(102)(藉由圖7c中之星狀物(203)說明該撞擊)，此最後使半撓性驗證質量之所有部分在此方向(負x軸)上之移動完全停止。同樣，在次級部分(102)中面對第二初級部分(101b)之側部上配置小凸塊(105e)以用於減小如已經在先前所解釋之該等兩個部分之間的靜摩擦風險。
現可理解，藉由上述所說明之配置減小由震動對半撓性驗證質量及擋止件結構(105a、105b)所引起之衝擊，此係由於由震動引起之半撓性驗證質量之移動並不即刻停止，而是在多於一個階段期間逐部分地使驗證質量停止，且驗證質量之移動著的部分之速度及因此動能藉由由彈簧所產生之恢復力(F1、F2、Fr1、Fr2)而在此等停止事件之間減小。因此，在驗證質量及擋止件結構(105a、105b)兩者中結構之斷裂風險均減小。
在半撓性驗證質量已變得停止之後，藉由剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)及主彈簧(108a、108b)之力開始恢復運動。基本上，此恢復運動之各階段與上文所描述之階段反向。附接至第二初級部分(101b) 之剛性彈簧(110b、110d)對第二初級部分(101b)產生恢復力(Fr2)，第二初級部分開始移動回至其原始操作位置。第二初級部分(101b)取得動量，其拉動次級部分(102)。亦由於由剛性彈簧(110a、110c)所產生之恢復力(Fr1)及由主彈簧(108a、108b)對次級部分(102)產生之恢復力(F1、F2)而將次級部分(102)推動至相同方向。因此，次級部分(102)取得動量。當次級部分(102)及第二初級部分(101b)現在相同方向上朝向驗證質量之正常操作位置移動時，其動量連同由主彈簧(108a、108b)所產生之恢復力(F1、F2)一起產生釋放力，其拉動第一初級部分(101a)且確保第一初級部分與第一擋止件(105a)脫離接觸。對於該功能性而言，次級部分(102)較大(亦即，大於驗證質量之總質量之20%)為至關重要的，以便對第一初級部分(101a)產生足夠大的釋放力。
應理解，儘管吾人已描述歸因於引起半撓性驗證質量在負x軸方向上之移動的震動之行為之實例，但此實例之驗證質量已經對稱地設計，以使得其在震動引起朝向正x軸之移動之狀況下將以相同方式表現。可藉由表達擋止件結構沿著移動軸位於驗證質量之對置側上來描述兩個對置擋止件結構(105a、105b)之置放。鑒於與移動軸(x軸)對準之對稱軸，半撓性驗證質量及擋止件結構較佳地對稱。
圖8說明具有雙擋止件結構之半撓性驗證質量MEMS佈局之例示性具體實例。
懸置半撓性驗證質量至基板之主彈簧(108a、108b)耦接至次級部分(102a、102b)。初級部分(101a、101b)兩者現經組態以在x軸方向上之震動之狀況下首先撞擊擋止件結構(105a、105b)，且若由震動引起 之衝擊超出直橫桿形成之剛性彈簧(110a、110b、10c、110d)之恢復能力，則次級部分(102a、102b)將僅撞擊擋止件結構(105c、105d)。在此實例中，初級部分(101a、101b)經配置於在與x軸對準之對稱軸之兩側上對稱地對準之平行位置中，而次級部分(102a、102b)中之每一者以垂直方式跨越此對稱軸對稱地置放。驗證質量之結構關於主移動軸(在此狀況下為x軸)之對稱性始終促進在x軸方向上之線性運動。移動(轉子)梳狀物附接至初級部分(101a、101b)，而靜止(定子)梳狀指形件耦接至定子(100)，其為不可相對於MEMS裝置之本體移動但與基板固定在一起之結構。初級部分(101a、101b)之外部邊緣與各別第一擋止件結構(105a、105b)相距第一距離(d1)，且次級部分(102a、102b)之外部邊緣與各別第二擋止件結構(105c、105d)相距第二距離(d2)。第一距離(d1)短於第二距離(d2)以使得初級部分(101a、101b)將在次級部分(102a、102b)撞擊擋止件結構(105c、105d)之前撞擊擋止件結構(105a、105b)。額外凸塊(105e)已經配置於初級部分中，但有可能撞擊第二擋止件結構(105c、105d)之驗證質量之次級部分(102a、102b)並不經組態以在移動遠離均勢位置時撞擊額外凸塊(105e)，除了在極劇烈震動之狀況下。
作為實例，吾人可研究由使得在如圖8中所描述之例示性具體實例中之半撓性驗證質量朝向負x軸移動的震動引起之衝擊。在圖9a至圖9c中說明此情形。同樣，並非圖8之所有編號均已經標記在圖9a、圖9b以及圖9c中，但可理解，此等圖說明相同結構，因此對於結構部分之任何參考均可在圖8中找到。在震動之後，整個驗證質量首先作為單個實體移動直至初級部分(101a、101b)撞擊第一擋止件結構(105a)(如在圖9a中 藉由星狀物(201)所說明)為止。可自由選擇第一擋止件結構(105a)之形式。在當前實例中，第一擋止件結構(105a)包含經組態以在初級部分在負x軸方向上從其均勢位置移動第一距離時變得與初級部分(101a、101b)接觸的兩個擋止件凸塊。整個驗證質量(包括共同懸置初級部分與次級部分之剛性彈簧)已作為剛性結構起作用直至此刻，使得未發生驗證質量之變形。當僅驗證質量之初級部分(101a、101b)撞擊第一擋止件結構(105a)時，此衝擊之影響在相較於整個驗證質量撞擊擋止件結構且立即停止之情形時相對較低。因此，減小驗證質量及第一擋止件結構(105a)兩者之斷裂風險。若由震動所產生之加速度足夠大(遠超出裝置之正常操作條件)，則剛性彈簧(110a、110c)現將開始偏轉，從而允許次級部分(102a)繼續朝向負x軸移動。目前，歸因於剛性彈簧(110a、110c)的彈簧常數，由剛性彈簧(110a、110c)產生與驗證質量之仍移動部分之移動相抵、尤其與次級部分(102a)相抵的恢復力(Fr1)，從而對驗證質量之仍移動部分產生負加速度，且由震動引起之移動速度歸因於此恢復力而減小。若由剛性彈簧(110a、110c)所產生之恢復力相較於震動之衝擊及驗證質量之仍移動部分之剩餘動能足夠強，則可在次級部分(102a)達至第二擋止件結構(105c)之前使驗證質量之仍移動部分之移動停止。在此狀況下，自震動之回復運動在驗證質量已停止之後開始。同樣，可自由選擇第二擋止件結構之形式以適合於該目的。在具有兩個次級部分(102a、102b)之此實例中，一個第二擋止件結構(105c)具有經組態以在驗證質量在負x軸之方向上移動時使第一次級部分(102a)停止之兩個凸塊，且另一第二擋止件結構(105d)具有經組態以在驗證質量在正x軸方向上移動時使第二次級部分停止之兩個 凸塊。擋止件結構可為固定的或撓性的。
若震動劇烈，則次級部分(102a)可撞擊第二擋止件結構(105c)，如圖9b中之星狀物(202)所說明，該撞擊使得次級部分(102a)停止。歸因於初級部分(101a、101b)較早停止及半撓性驗證質量之動能份額轉化成第一彈簧(110a、110c)之張力，一個次級部分(102a)之此停止自相較於驗證質量歸因於震動之原始移動顯著較低的速度發生，以使得次級部分(102a)撞擊第二擋止件結構(105c)之衝擊之影響相對較低。另外，藉由第二擋止件結構(105c)僅使驗證質量之一個次級部分(102a)停止，而另一次級部分(102b)藉由剛性彈簧(110b、110d)懸置至初級部分(101a、101b)且仍可繼續移動，若其具有足夠動能以偏轉各別剛性彈簧(110b、110d)的話。藉由減小仍移動質量之質量及速度以及驗證質量之仍移動部分的在此第二階段中停止之部分之大小，進一步降低驗證質量或第二擋止件結構(105c)之斷裂風險。
在極劇烈震動之狀況下，第二次級部分(102b)在第一次級部分(102a)已藉由擋止件結構(105c)停止之後仍可具有一定動能，且若此能量超出由剛性彈簧(110b、110d)所產生之張力，則第二次級部分(102b)可繼續朝向負x軸移動，但同樣具有顯著減小之動能及速度。此在圖9c中說明。若衝擊之能量足夠大，則可輪到附接至第二次級部分(102b)之剛性彈簧(110b、110d)偏轉，產生又一恢復力(Fr2)，其與震動之衝擊相抵而作用。在最終情形下，第二次級部分(102b)甚至可撞擊初級部分(101a、101b)中配置於面朝第二次級部分(102b)之側部上的額外擋止件結構(105e)。
總體而言，由震動引起之衝擊可以此方式被劃分成各自攜載衝擊之部分且共擔由震動產生之應力的一連串事件：驗證質量之多個部分之部分停止以及由剛性彈簧(110a、110c；110b、110d)所產生的恢復力減小驗證質量之初級及次級部分(101a、101b、102a、102b)之速度。主彈簧(108a、108b)亦產生恢復力，但儘管主彈簧(108a、108b)意欲在移動方向上(沿著運動軸)為撓性的，但此力顯然小於由剛性彈簧(110a、110c；110b、110d)所產生之恢復力。
由剛性彈簧(110a、110c；110b、110d)所產生之恢復力(Fr1、Fr2)及由主彈簧所產生之力(F1、F2)將使得驗證質量開始朝向其初始位置返回。吾人可藉由將恢復運動描述為與由震動引起之運動之各階段相反而簡化此過程。
在僅足夠強以引起耦接至第一次級部分(102a)之剛性彈簧(110a、110c)之偏轉的劇烈震動之狀況下，第一次級部分(102a)將歸因於在正x軸方向上由剛性彈簧(110a、110c)所產生之恢復力(Fr1)開始在恢復運動中移動。另一釋放力F1由主彈簧(108a)產生，拉動第一次級部分(102a)以遠離第二擋止件(105c)。當第一次級部分(102a)承載半撓性驗證質量之總質量之相當大部分時，此相對較大的移動部分之動量將連同主彈簧(108a、108b)之釋放力(F1)一起對驗證質量之初級部分(101a、101b)產生釋放力，以使得驗證質量被有效地拉動以脫離與第一擋止件(105a)之接觸。因此，減小黏住風險。
在從足夠強而甚至使附接至第二次級部分(102b)之剛性彈簧(110b、110d)偏轉之極劇烈震動回復之狀況下，此等剛性彈簧(110b、 110d)提供額外恢復力(Fr2)，且產生第二次級部分(102b)之恢復動量，其可因此對驗證質量之其餘部分(尤其對初級部分(101a、101b))產生額外釋放力。歸因於由剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)所產生之恢復力(Fr1、Fr2)及由恢復力(Fr1、Fr2)引起的驗證質量之移動部分之動量，有效地使整個半撓性驗證質量返回至其初始、正常操作位置，在該處其呈現為單個、非撓性結構。除由剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)所產生之恢復力(Fr1、Fr2)之外，主彈簧(108a、108b)亦產生促進正常操作位置之恢復的釋放力。然而，由於主彈簧相對鬆散，因此由其所產生之釋放力顯著弱於由剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)產生之恢復力。
應理解，若上文所描述之結構經受使得驗證質量朝向正x軸移動之震動，則其將以類似方式作用。接著，該功能性將為上文所描述之功能性之鏡像。可藉由表達擋止件結構沿著移動軸位於驗證質量之對置側上來描述各自包含第一與第二擋止件(105a、105c；105b、105d)之兩個對置擋止件結構之置放。鑒於與移動軸(x軸)對準之對稱軸，半撓性驗證質量及擋止件結構較佳地對稱。
讓吾人進一步考慮極劇烈震動衝擊圖8之裝置使得驗證質量朝向負x軸移動的狀況。此在圖10中說明。若初級部分(101a、101b)及第一次級部分(102a)兩者均已撞擊擋止件結構且因此依次停止，且驗證質量之第二次級部分(102b)在震動之方向上仍具有動能，則第二次級部分(102b)可進一步朝向負x軸移動，從而使得在附接至第二次級部分(102b)之剛性彈簧(110b、110d)中誘發另一恢復力(Fr2)。如圖10中所說明，若由此等剛性彈簧(110b、110d)所產生之恢復力(Fr2)不足夠，則第二次級 部分可撞擊配置於初級部分(101a、101b)之結構中的額外凸塊(105e)，此最後將使得震動起始之朝向負x軸之移動停止。同樣，由此停止引起之衝擊歸因於由初級部分(101a、101b)及第一次級部分(102a)之較早分階段停止(由第一與第二擋止件結構(105a、105b、105c、105d)引起)以及由暫時儲存於剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)中之能量引起的阻尼而顯著減小，以使得半撓性驗證質量之額外擋止件結構及部分之斷裂風險減小。
最初藉由由剛性彈簧(110a、110b、110c、110d)所產生之恢復力而引起此第二具體實例之恢復移動。處於恢復運動中之次級部分(102a、102b)之動量及主彈簧(108a、108b)之釋放力(F1、F2)促進初級部分(101a、101b)與第一擋止件結構(105a)脫離接觸，因此使得裝置能夠以可靠且有效的方式返回至正常操作位置。
在具有雙擋止件結構之半撓性驗證質量MEMS佈局之具體實例中，吾人可注意到移動(轉子)梳狀電極結構已經附接至初級部分(101a、101b)。因此，移動梳狀指形件將僅直至初級部分(101a、101b)變得停止才由於震動而移動。由於此特徵，因此第一擋止件結構(105a、105b)在此具體實例中可被稱為「梳狀擋止件」。藉由將移動梳狀指形件附接至初級部分(101a、101b)而使得梳狀物之移動最小化為有益的，因為此減小如前所述之電極之短路風險。
應理解，若上文所描述之結構經受使得驗證質量朝向正x軸移動之震動，則其將以類似方式作用。接著，該功能性將為上文所描述之功能性之鏡像。各自包含第一與第二擋止件(105a、105c；105b、105d) 之兩個對置擋止件結構之置放可被描述為擋止件結構沿著移動軸位於驗證質量之對置側上。鑒於與移動軸(x軸)對準之對稱軸，半撓性驗證質量及擋止件結構較佳地對稱。
儘管以上實例主要說明在x軸方向上之原理，但應理解，相同發明原理可應用於在任何方向上之沿著移動軸之移動。藉由設計驗證質量使其沿著多於一個軸線為半撓性及在該驗證質量之沿著各別多於一個軸線的對置側上包括一組第一與第二擋止件結構，可沿著多於一個軸線改良裝置之震動耐受度及回復。此等多於一個軸線可但不必互相正交。所呈現配置尤其適用於經組態以用於沿著至少一個移動軸之線性移動的驗證質量。驗證質量之線性移動可例如在裝置之平面內進行(諸如，沿著先前具體實例之x軸或y軸)，或甚至在裝置之平面外進行、沿著所呈現具體實例中之z軸。另外，驗證質量可經組態以在僅一個所選移動軸之方向上為半撓性，但半撓性驗證質量意欲用於沿著或圍繞多個不同軸線之運動。
對於熟習此項技術者顯而易見，隨著技術進展，本發明之基本理念可以各種方式來實施。本發明及其具體實例因此不限於以上實例，而是可在申請專利範圍之範圍內變化。

Claims (16)

  1. 一種微機電裝置，其特徵在於該裝置包括：一實質上平面的半撓性驗證質量，其包含至少一個初級部分及至少一個次級部分以及耦接該半撓性驗證質量之所述至少一個初級部分與所述至少一個次級部分之至少一個剛性彈簧，所述至少一個剛性彈簧實質上使得所述至少一個初級部分及所述至少一個次級部分在該裝置處於一正常操作範圍中時作為一單個、剛性實體移動；至少一個主彈簧，其耦接至所述至少一個次級部分，該主彈簧將該半撓性驗證質量耦接至一懸置結構；以及至少一個第一擋止件結構，其經組態以使所述至少一個初級部分停止；其中該半撓性驗證質量經組態以在該裝置經受藉由超出該裝置之該正常操作範圍之一力衝擊該裝置之一震動時經由所述至少一個剛性彈簧之偏轉而變形，該震動引起該半撓性驗證質量至少沿著一移動軸在一方向上之一運動；且其中所述至少一個剛性彈簧進一步產生一恢復力，該恢復力使得該半撓性驗證質量之所述至少一個次級部分被驅動進入在與由該震動引起之沿著該移動軸之該運動相反之一方向上的一恢復運動，其中處於該恢復運動中之所述至少一個次級部分之動量進一步使得所述至少一個初級部分自所述至少一個第一擋止件結構移走。
  2. 如申請專利範圍第1項之微機電裝置，其中該半撓性驗證質量之所述至少一個初級部分中之至少一者經組態 以在該半撓性驗證質量歸因於該震動而沿著該移動軸之移位超出一第一距離時由該第一擋止件結構所停止。
  3. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之微機電裝置，其進一步包含：至少兩個第一擋止件結構，其沿著該移動軸安置於該半撓性驗證質量之對置側上，其中所述至少兩個第一擋止件結構經組態以使沿著該移動軸發生在相反方向上之由震動引起之該半撓性驗證質量之運動停止。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之微機電裝置，其中該半撓性驗證質量之所述至少一個次級部分經組態以在所述至少一個初級部分已停止之後繼續進行沿著該移動軸之由該震動引起之移動，且其中由該震動引起之沿著該移動軸之繼續移動引起所述剛性彈簧中之至少一者之偏轉，因此使該半撓性驗證質量變形。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之微機電裝置，其進一步包含：至少一個第二擋止件結構，其經組態以使所述至少一個次級部分停止；其中該半撓性驗證質量之所述至少一個次級部分經組態以在該半撓性驗證質量之所述次級部分歸因於該震動而沿著該移動軸之移位超出一第二距離時由該第二擋止件結構所停止，其中該第二距離大於該第一距離。
  6. 如申請專利範圍第5項之微機電裝置，其進一步包含：至少兩個第二擋止件結構，其沿著該移動軸安置於該半撓性驗證質 量之對置側上，其中所述至少兩個第二擋止件結構經組態以使沿著該移動軸發生在相反方向上之由震動引起之該半撓性驗證質量之運動停止。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項之微機電裝置，其中該半撓性驗證質量經組態以具有多於一個移動軸，且該半撓性驗證質量經組態以在所述移動軸中之至少一者之一方向上變形。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之微機電裝置，其中該半撓性驗證質量包含：一初級部分，其包含一基本上剛性、矩形的框架，該框架跨越該半撓性驗證質量之一對稱軸對稱地安置，其中該對稱軸與該移動軸之該方向對準；以及兩個次級部分，其各自跨越該對稱軸對稱地安置於該初級部分內之一殼體中；其中所述次級部分中之每一者藉由關於該半撓性驗證質量之該對稱軸對稱地置放之兩個剛性彈簧而耦接至該初級部分。
  9. 如申請專利範圍第8項之微機電裝置，其中一移動梳狀電極之指形件附接至該初級部分。
  10. 如申請專利範圍第8項至第9項中任一項之微機電裝置，其中：該初級部分承載大於該半撓性驗證質量之整個質量之一半。
  11. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之微機電裝置，其中該半撓性驗證質量包含：一次級部分，其形成為跨越該半撓性驗證質量之一對稱軸對稱地安置之一基本上剛性、矩形的框架，該對稱軸與該移動軸之該方向對準； 兩個初級部分，其安置在該次級部分之區域的外部且跨越該對稱軸對稱地安置；其中所述兩個初級部分中之每一者藉由關於該對稱軸對稱地置放的兩個剛性彈簧而耦接至該次級部分。
  12. 如申請專利範圍第11項之微機電裝置，其中一移動梳狀電極之指形件附接至該次級部分。
  13. 如申請專利範圍第11項至第12項中任一項之微機電裝置，其中：該次級部分承載大於該半撓性驗證質量之整個質量之一半。
  14. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之微機電裝置，其中該半撓性驗證質量包含：兩個初級部分，其基本上縱向地安置於該半撓性驗證質量之一對稱軸之兩側上之平行位置中，該對稱軸與該移動軸之該方向對準，所述初級部分中之每一者經組態以在該移動軸之方向上由置於距離每一初級部分之兩端一第一距離處之該第一擋止件結構所停止；以及兩個次級部分，其各自跨越該對稱軸對稱地安置，所述次級部分中之每一者經組態以由置於自遠離該裝置之幾何中心之各別的次級部分之側部距離該第二距離處之一各別的第二擋止件結構所停止；其中該第二距離大於該第一距離。
  15. 如申請專利範圍第14項之微機電裝置，其中一移動梳狀電極之指形件附接至所述初級部分。
  16. 如申請專利範圍第14項至第15項中任一項之微機電裝置，其中：所述次級部分承載大於該半撓性驗證質量之一整個質量之20%。
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