一種低g值微機械加速度鎖存開關的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微機電系統技術領域，具體涉及一種低g值微機械加速度鎖存開關。
【背景技術】
[0002]隨著MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系統)技術的發展，以MEMS技術為基礎的微型加速度開關由于具有體積小、質量輕、成本低、功耗低、隔離度高、抗電磁干擾等顯著優點，在汽車安全氣囊、運輸過程監控、沖擊記錄、引信安全保險機構等領域有著廣泛且重要的應用需求。而應用環境的廣泛性與復雜性又對微型加速度開關提出了高可靠、高穩定、高性能的要求。傳統的碰撞式開關雖能提供瞬時的導通信號，但開關接觸時間短，接觸不穩定，很容易受外界環境的干擾，大大限制了其應用范圍。微機械鎖存開關可提供永久的閉合信號，但質量塊在運動過程中需要克服較大的外力來實現鎖存，一般閾值高達幾千g，難以滿足低加速度環境下的使用要求。如北京大學郭中洋等人研制的微機械鎖存開關(A High-G Accelerat1n Latching Switch With Integrated Normally-0pen/Close Paths Independent to the Proof-mass, IEEE SENSORS，2010，Conference)，閉合閾值達5000g，且由于結構設計的限制，折疊梁占據了較大的空間，使得該結構不適用于低g值鎖存開關。微機械鎖存開關中遇到的另一個問題是接觸電阻大，且觸點容易受外界沖擊或振動的影響，接觸可靠性低。因此，如何設計低g值、高可靠性的微機械加速度鎖存開關，是目前迫切需要解決的技術問題。

【發明內容】

[0003]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種低g值微機械加速度鎖存開關，所述微機械加速度鎖存開關結構簡單、接觸可靠、閉合閾值低。
[0004]本發明采取如下技術方案達到所述目的:
[0005]1、一種低g值微機械加速度鎖存開關，包括一絕緣襯底，一檢測質量塊，多個相對于絕緣襯底X軸和Y軸均對稱分布的錨點、觸頭、觸頭支撐梁以及過載保護結構，四根相對于絕緣襯底X軸和Y軸對稱分布的檢測質量塊支撐梁；各錨點固定在絕緣襯底上；
[0006]所述檢測質量塊懸空于絕緣襯底上方并通過檢測質量塊支撐梁與錨點相連，固定在絕緣襯底上，檢測質量塊上設置有微孔，并在正對絕緣襯底一側設置有質量塊微柱；
[0007]所述觸頭包括四個動觸頭，四個側觸頭和四個感應觸頭；所述動觸頭與檢測質量塊連為一體，側觸頭和感應觸頭位于動觸頭兩側；所述動觸頭與側觸頭接觸的一面為球面形狀，與感應觸頭接觸的一面為平面形狀；
[0008]所述觸頭支撐梁包括四根感應觸頭支撐梁和四根側觸頭支撐梁，一端與錨點相連固定于絕緣襯底上，另一端分別與相應觸頭相連；
[0009]所述檢測質量塊支撐梁對稱分布于檢測質量塊兩側，一端固定于錨點，另一端與檢測質量塊相連；
[0010]所述過載保護結構為固定于絕緣襯底上的水平方向過載保護結構，位于側觸頭支撐梁和檢測質量塊之間，對稱分布于檢測質量塊兩側，并與檢測質量塊之間有一定距離。
[0011]優選的，所述絕緣襯底為7740玻璃、Si02s高阻硅，厚度為300-500 μ m。
[0012]優選的，所述檢測質量塊為長方形單晶硅結構，長500-3000 μ m，寬500-3000 μ m，厚 50-450 μm。
[0013]優選的，所述質量塊微孔為等間距分布在檢測質量塊上的邊長10-50 μm的正方形微孔；所述質量塊微柱為長500-3000 μ m，寬10-50 μ m，高5-50 μ m的條形微柱。
[0014]優選的，所述動觸頭為復合結構，與側觸頭接觸部分為1/4球面結構，球半徑為10-100 μ m，與感應觸頭接觸部分為斜面結構；動觸頭與感應觸頭距離10-100 μ m，與側觸頭距離10-50 μπι。
[0015]優選的，所述觸頭支撐梁均為一端固定的懸臂梁，梁長500-1500 μπι，梁寬5-50 μmD
[0016]優選的，所述檢測質量塊支撐梁為一折或多折折疊梁，梁厚為10-50 μπι;長梁長500-1500 μm，梁寬5-50 μm ;連接長梁間的短梁長10-100 μm，梁寬10-50 μπι。
[0017]優選的，所述過載保護結構為長方體結構，與檢測質量塊距離5-50 μ m。
[0018]本發明的有益效果在于:
[0019]1.本發明所述微機械鎖存開關的動觸頭為半球形與楔形復合結構，與側觸頭形成線接觸，降低運動過程中的能量損失；與感應觸頭形成面接觸，減小了接觸電阻，提高接觸的可靠性；
[0020]2.本發明所述微機械開關的檢測質量塊、擾性梁、觸頭以及錨點呈完全軸對稱分布，可實現土 Y方向的雙向鎖存，且同一敏感方向上設置有對稱的兩個觸頭，抗干擾能力強；
[0021]3.本發明中檢測質量塊支撐梁對稱分布于檢測質量塊的兩側，結構布局更合理，易于實現低g值鎖存；另外，通過調整檢測質量塊，擾性梁以及各觸頭之間的間隙，可方便調整閉鎖閾值，閾值范圍更廣，控制更精確；
[0022]4.本發明中的側觸頭、感應觸頭均采用彈性梁支撐，在接觸過程中始終保持彈性接觸，可有效緩解振動或沖擊的影響，接觸穩定可靠；
[0023]5.本發明在檢測質量塊與側觸頭之間設置有過載保護結構，防止檢測質量塊在非敏感方向受到沖擊而廣生橫向位移，進一步提尚了開關的可靠性；
[0024]6.本發明在檢測質量塊上設置有微孔，正對絕緣襯底一側設置有質量塊微柱，一方面有利于結構釋放，同時實現了豎直方向的過載保護，底部的質量塊微柱還可以補償微孔損失的檢測質量塊質量，可在一定程度上減小器件體積；
[0025]本發明結構簡單、接觸可靠，可廣泛應用在微機電系統領域。
【附圖說明】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖:
[0027]圖1為本發明低g值微機械加速度鎖存開關結構示意圖；
[0028]圖2為本發明微機械加速度鎖存開關的剖面示意圖；
[0029]圖3為本發明微機械加速度鎖存開關未受到沖擊時各觸頭的狀態示意圖；
[0030]圖4為本發明微機械加速度鎖存開關接觸過程中各觸頭的狀態示意圖；
[0031]圖5為本發明微機械加速度鎖存開關各觸頭的鎖存狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面對本發明的優選實施例進行詳細的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0033]其中，各附圖標記代表的部件如下:1_絕緣襯底；2-錨點；3_檢測質量塊；4-檢測質量塊支撐梁；5_過載保護結構；6_側觸頭；7_感應觸頭；8_動觸頭；9_感應觸頭支撐梁；10-側觸頭支撐梁；11_質量塊微孔；12_質量塊微柱；13_檢測質量塊支撐梁長梁；14_檢測質量塊支撐梁短梁。
[0034]本發明所述微機械加速度開關包括絕緣襯底、錨點、觸頭、擾性梁(觸頭支撐梁和檢測質量塊支撐梁)、檢測質量塊以及過載保護結構。
[0035]如圖1所示，定義絕緣襯底1水平方向為X軸，豎直方向為Y軸。
[0036]如圖1和2所示，本發明包括一絕緣襯底1，檢測質量塊3，多個固定于絕緣襯底的錨點2、側觸頭6、感應觸頭7、動觸頭8、檢測質量塊支撐梁4、過載保護結構5、感應觸頭支撐梁9、側觸頭支撐梁10。所述檢測質量塊3、錨點2、過載保護結構5、側觸頭6、感應觸頭7、動觸頭8、檢測質量塊支撐梁4、感應觸頭支撐梁9、側觸頭支撐梁10均相對于絕緣襯底1的X軸和Y軸對稱分布，進而實現土Y兩個方向的鎖存，另外，對稱結構也提高了開關的抗干擾能力。
[0037]所述觸頭包括四個側觸頭6、四個感應觸頭7和四個動觸頭8，所述動觸頭8與檢測質量塊3連為一體，為復合結構，所述側觸頭6和感應觸頭7位于動觸頭8兩側，無加速度作用時，側觸頭6、感應觸頭7和動觸頭8之間互相分離，當加速度大于或等于鎖存閾值時，動觸頭8與側觸頭6接觸，并推動側觸頭6向外側打開，直至動觸頭8完全越過側觸頭6，與感應觸頭7接觸，電路導通，同時側觸頭6在其支撐梁的作用下復位，并阻止動觸頭8的反向移動。動觸頭8與側觸頭6接觸的一面為球面形狀，與感應觸頭7接觸的一面為平面形狀，球