一种低g值微机械加速度锁存开关制造技术

本发明专利技术公开一种低g值微机械加速度锁存开关，包括一绝缘衬底，一检测质量块，多个相对于绝缘衬底X轴和Y轴均对称分布的锚点、触头、触头支撑梁、检测质量块支撑梁及过载保护结构。本发明专利技术所述微机械开关的动触头采用半球形与楔形复合结构，与侧触头形成线接触，降低运动过程中的能量损失，与感应触头形成面接触，减小接触电阻，提高接触的可靠性；检测质量块、扰性梁、触头以及锚点呈完全轴对称分布，可实现±Y方向的双向锁存；检测质量块支撑梁对称分布于检测质量块的两侧，结构布局更合理，易于实现低g值锁存，且通过调整检测质量块、扰性梁以及各触头之间的间隙，可方便调整闭锁阈值，阈值范围更广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微机电系统
，具体涉及一种低g值微机械加速度锁存开关。
技术介绍
随着MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)技术的发展，以MEMS技术为基础的微型加速度开关由于具有体积小、质量轻、成本低、功耗低、隔离度高、抗电磁干扰等显著优点，在汽车安全气囊、运输过程监控、冲击记录、引信安全保险机构等领域有着广泛且重要的应用需求。而应用环境的广泛性与复杂性又对微型加速度开关提出了高可靠、高稳定、高性能的要求。传统的碰撞式开关虽能提供瞬时的导通信号，但开关接触时间短，接触不稳定，很容易受外界环境的干扰，大大限制了其应用范围。微机械锁存开关可提供永久的闭合信号，但质量块在运动过程中需要克服较大的外力来实现锁存，一般阈值高达几千g，难以满足低加速度环境下的使用要求。如北京大学郭中洋等人研制的微机械锁存开关(A High-G Accelerat1n Latching Switch With Integrated Normally-0pen/Close Paths Independent to the Proof-mass, IEEE SENSORS，2010，Conference)，闭合阈值达5000g，且由于结构设计的限制，折叠梁占据了较大的空间，使得该结构不适用于低g值锁存开关。微机械锁存开关中遇到的另一个问题是接触电阻大，且触点容易受外界冲击或振动的影响，接触可靠性低。因此，如何设计低g值、高可靠性的微机械加速度锁存开关，是目前迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低g值微机械加速度锁存开关，所述微机械加速度锁存开关结构简单、接触可靠、闭合阈值低。本专利技术采取如下技术方案达到所述目的:1、一种低g值微机械加速度锁存开关，包括一绝缘衬底，一检测质量块，多个相对于绝缘衬底X轴和Y轴均对称分布的锚点、触头、触头支撑梁以及过载保护结构，四根相对于绝缘衬底X轴和Y轴对称分布的检测质量块支撑梁；各锚点固定在绝缘衬底上；所述检测质量块悬空于绝缘衬底上方并通过检测质量块支撑梁与锚点相连，固定在绝缘衬底上，检测质量块上设置有微孔，并在正对绝缘衬底一侧设置有质量块微柱；所述触头包括四个动触头，四个侧触头和四个感应触头；所述动触头与检测质量块连为一体，侧触头和感应触头位于动触头两侧；所述动触头与侧触头接触的一面为球面形状，与感应触头接触的一面为平面形状；所述触头支撑梁包括四根感应触头支撑梁和四根侧触头支撑梁，一端与锚点相连固定于绝缘衬底上，另一端分别与相应触头相连；所述检测质量块支撑梁对称分布于检测质量块两侧，一端固定于锚点，另一端与检测质量块相连；所述过载保护结构为固定于绝缘衬底上的水平方向过载保护结构，位于侧触头支撑梁和检测质量块之间，对称分布于检测质量块两侧，并与检测质量块之间有一定距离。优选的，所述绝缘衬底为7740玻璃、Si02s高阻硅，厚度为300-500 μ m。优选的，所述检测质量块为长方形单晶硅结构，长500-3000 μ m，宽500-3000 μ m，厚 50-450 μm。优选的，所述质量块微孔为等间距分布在检测质量块上的边长10-50 μm的正方形微孔；所述质量块微柱为长500-3000 μ m，宽10-50 μ m，高5-50 μ m的条形微柱。优选的，所述动触头为复合结构，与侧触头接触部分为1/4球面结构，球半径为10-100 μ m，与感应触头接触部分为斜面结构；动触头与感应触头距离10-100 μ m，与侧触头距离10-50 μπι。优选的，所述触头支撑梁均为一端固定的悬臂梁，梁长500-1500 μπι，梁宽5-50 μmD优选的，所述检测质量块支撑梁为一折或多折折叠梁，梁厚为10-50 μπι;长梁长500-1500 μm，梁宽5-50 μm ;连接长梁间的短梁长10-100 μm，梁宽10-50 μπι。优选的，所述过载保护结构为长方体结构，与检测质量块距离5-50 μ m。本专利技术的有益效果在于:1.本专利技术所述微机械锁存开关的动触头为半球形与楔形复合结构，与侧触头形成线接触，降低运动过程中的能量损失；与感应触头形成面接触，减小了接触电阻，提高接触的可靠性；2.本专利技术所述微机械开关的检测质量块、扰性梁、触头以及锚点呈完全轴对称分布，可实现土 Y方向的双向锁存，且同一敏感方向上设置有对称的两个触头，抗干扰能力强；3.本专利技术中检测质量块支撑梁对称分布于检测质量块的两侧，结构布局更合理，易于实现低g值锁存；另外，通过调整检测质量块，扰性梁以及各触头之间的间隙，可方便调整闭锁阈值，阈值范围更广，控制更精确；4.本专利技术中的侧触头、感应触头均采用弹性梁支撑，在接触过程中始终保持弹性接触，可有效缓解振动或冲击的影响，接触稳定可靠；5.本专利技术在检测质量块与侧触头之间设置有过载保护结构，防止检测质量块在非敏感方向受到冲击而广生横向位移，进一步提尚了开关的可靠性；6.本专利技术在检测质量块上设置有微孔，正对绝缘衬底一侧设置有质量块微柱，一方面有利于结构释放，同时实现了竖直方向的过载保护，底部的质量块微柱还可以补偿微孔损失的检测质量块质量，可在一定程度上减小器件体积；本专利技术结构简单、接触可靠，可广泛应用在微机电系统领域。【附图说明】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图:图1为本专利技术低g值微机械加速度锁存开关结构示意图；图2为本专利技术微机械加速度锁存开关的剖面示意图；图3为本专利技术微机械加速度锁存开关未受到冲击时各触头的状态示意图；图4为本专利技术微机械加速度锁存开关接触过程中各触头的状态示意图；图5为本专利技术微机械加速度锁存开关各触头的锁存状态示意图。【具体实施方式】下面对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。其中，各附图标记代表的部件如下:1_绝缘衬底；2-锚点；3_检测质量块；4-检测质量块支撑梁；5_过载保护结构；6_侧触头；7_感应触头；8_动触头；9_感应触头支撑梁；10-侧触头支撑梁；11_质量块微孔；12_质量块微柱；13_检测质量块支撑梁长梁；14_检测质量块支撑梁短梁。本专利技术所述微机械加速度开关包括绝缘衬底、锚点、触头、扰性梁(触头支撑梁和检测质量块支撑梁)、检测质量块以及过载保护结构。如图1所示，定义绝缘衬底1水平方向为X轴，竖直方向为Y轴。如图1和2所示，本专利技术包括一绝缘衬底1，检测质量块3，多个固定于绝缘衬底的锚点2、侧触头6、感应触头7、动触头8、检测质量块支撑梁4、过载保护结构5、感应触头支撑梁9、侧触头支撑梁10。所述检测质量块3、锚点2、过载保护结构5、侧触头6、感应触头7、动触头8、检测质量块支撑梁4、感应触头支撑梁9、侧触头支撑梁10均相对于绝缘衬底1的X轴和Y轴对称分布，进而实现土Y两个方向的锁存，另外，对称结构也提高了开关的抗干扰能力。所述触头包括四个侧触头6、四个感应触头7和四个动触头8，所述动触头8与检测质量块3连为一体，为复合结构，所述侧触头6和感应触头7位于动触头8两侧，无加速度作用时，侧触头6、感应触头7和动触头8之间互相分离，当加速度大于或等于锁存阈值时，动触头8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低g值微机械加速度锁存开关，其特征在于，包括一绝缘衬底，一检测质量块，多个相对于绝缘衬底X轴和Y轴均对称分布的锚点、触头、触头支撑梁以及过载保护结构，四根相对于绝缘衬底X轴和Y轴对称分布的检测质量块支撑梁；各锚点固定在绝缘衬底上；所述检测质量块悬空于绝缘衬底上方并通过检测质量块支撑梁与锚点相连，固定在绝缘衬底上，检测质量块上设置有微孔，并在正对绝缘衬底一侧设置有质量块微柱；所述触头包括四个动触头，四个侧触头和四个感应触头；所述动触头与检测质量块连为一体，侧触头和感应触头位于动触头两侧；所述动触头与侧触头接触的一面为球面形状，与感应触头接触的一面为平面形状；所述触头支撑梁包括四根感应触头支撑梁和四根侧触头支撑梁，一端与锚点相连固定于绝缘衬底上，另一端分别与相应触头相连；所述检测质量块支撑梁对称分布于检测质量块两侧，一端固定于锚点，另一端与检测质量块相连；所述过载保护结构为固定于绝缘衬底上的水平方向过载保护结构，位于侧触头支撑梁和检测质量块之间，对称分布于检测质量块两侧，并与检测质量块之间有一定距离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李东玲，尚正国，温志渝，彭迎春，佘引，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85