在微机电系统(MEMS)装置中耦合折叠弹簧制造方法及图纸

本发明专利技术涉及在微机电系统(MEMS)装置中耦合折叠弹簧。描述了微机电系统(MEMS)装置，包括：质量块，通过设置在质量块的相对侧上的折叠弹簧可移动地连接到基板，其中耦合器将折叠弹簧中的两个耦合在一起。在一些实施方式中，耦合器是棒并且可以是刚性的。因此，耦合器限制折叠弹簧相对于彼此的运动。按照这种方式，质量块的运动可能被限制在优选的类型和频率上。

Coupling folded spring in a microelectromechanical system (MEMS) device

The invention relates to the coupling of a folding spring in a microelectromechanical system (MEMS) device. A microelectromechanical system (MEMS) device is described, including mass block, which is movably connected to the substrate through a folding spring on the opposite side of the mass block, where the coupler couples the two parts of the folding spring. In some of the implementations, the coupler is rod and can be rigid. Therefore, the coupler limits the movement of the folding spring relative to each other. In this way, the movement of mass blocks may be limited to the preferred type and frequency.

【技术实现步骤摘要】
在微机电系统(MEMS)装置中耦合折叠弹簧
本公开涉及在微机电系统(MEMS)装置中将质量块耦合基板的弹簧。
技术介绍
多种微机电系统(MEMS)装置包括可移动地耦合基板的质量块。这种装置采用使质量块耦合基板的一系列耦合结构，例如直梁耦合器、T形锚、螺旋弹簧或折叠弹簧。
技术实现思路
描述了微机电系统(MEMS)装置，包括：质量块，通过设置在质量块的相对侧上的折叠弹簧可移动地连接到基板，其中耦合器将折叠弹簧中的两个耦合在一起。在一些实施方式中，耦合器是棒并且可以是刚性的。因此，耦合器限制折叠弹簧相对于彼此的运动。按照这种方式，质量块的运动可能被限制在优选的类型和频率上。在某些实施方案中，提供微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；通过第一和第二折叠弹簧可移动地耦合所述基板的质量块，其中质量块沿着所述第一折叠弹簧和/或所述第二折叠弹簧的压缩方向设置在所述第一和第二折叠弹簧之间；和使所述第一折叠弹簧耦合所述第二折叠弹簧的棒。在某些实施方案中，提供微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；通过第一和第二折叠弹簧可移动地耦合所述基板的质量块，其中质量块沿着所述第一折叠弹簧和/或所述第二折叠弹簧的压缩方向设置在所述第一和第二折叠弹簧之间；和用于使第一折叠弹簧耦合第二折叠弹簧的构件。在某些实施方案中，提供被构造于采集能量的系统。所述系统包括：储能装置；和能量采集器，耦合储能装置和被构造为向所述储能装置递送电力。能量采集器包括：基板；通过第一和第二折叠弹簧可移动地耦合所述基板的质量块，其中质量块沿着所述第一折叠弹簧和/或所述第二折叠弹簧的压缩方向设置在所述第一和第二折叠弹簧之间；和使所述第一折叠弹簧耦合所述第二折叠弹簧的棒。附图说明将参考以下附图描述本申请的各个方面和实施例。应当理解，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在其出现的所有图中由相同的附图标记表示。图1A是根据本专利技术的实施方案的微机电系统(MEMS)惯性装置的透视图，其具有通过折叠弹簧弹簧式连接到基板的质量块，其中棒将两个折叠弹簧耦合在一起。图1B是图1A的MEMS惯性装置的顶视图。图1C、1D和1E图1A-1B的MEMS惯性装置的三种不同操作模式。图2A是根据本专利技术的实施方案的MEMS惯性装置的透视图，其具有通过折叠弹簧弹簧式连接到基板的质量块，其中多个棒将折叠弹簧中两个的多个折叠耦合在一起。图2B是图2A的MEMS惯性装置的顶视图。图2C、2D和2E描述图2A-2B的MEMS惯性装置的三种不同操作模式。图2F是与图1A所示相比包括用于折叠弹簧的替代形状的MEMS装置的顶视图。图3是引入本文所述类型的MEMS惯性装置的系统。图4根据本专利技术的非限制性实施方案描述具有图3所示类型的传感器系统的汽车。具体实施方式本专利技术的方面提供了一种微机电系统(MEMS)装置，其具有通过耦合在质量块的相对侧上的两个折叠弹簧耦合到基板的可移动质量块，质量块通过耦合器耦合在一起。两个弹簧可以是具有蛇形形状的折叠弹簧，沿着质量块的运动方向延伸，并且所述耦合器可以是沿着从弹簧之一到另一个的运动方向延伸的棒。棒可以是刚性的，从而限制两个弹簧相对于彼此的运动。按照这种方式，在MEMS装置的正常操作条件下可能会抑制折叠弹簧的不期望的振动模式。在一些实施方案中，弹簧可以包括多个折叠。多个耦合器可以将一个弹簧耦合到另一个弹簧，例如通过将一个弹簧的相应折叠连接到另一弹簧。在一些实施例中，耦合器可能都是刚性棒。在一些实施方案中，MEMS装置是一种能够从可移动质量块运动中获得能量的能量采集装置。在至少一些实施例中，期望质量块从其平衡位置的位移是大的，例如大于200微米。位移越大，可能收获的能量越多。这里描述的耦合器将两个折叠弹簧联接在一起可以有助于这种弹簧在MEMS装置中的使用，其中质量块旨在经历大的位移。耦合器可以允许在MEMS装置的优选振动模式下的大位移，同时抑制与不想要的振动模式相关联的位移。图1A是具有通过折叠弹簧弹性地连接到基板的质量块的MEMS装置的透视图，根据本专利技术的实施方案，将两个折叠弹簧连接在一起。MEMS装置100包括质量块102、具有空腔105的基板104、具有各个锚定点108a、108b、108c和108d的四个折叠弹簧106a、106b、106c和106d以及两个耦合器110a和110b。图1B是图1A的结构的俯视图，为了便于说明省略了基板104。质量块102可以具有任何合适的尺寸和形状，并且可以由任何合适的材料形成。作为示例，质量块102可以是矩形(例如，正方形)，并且可以由硅形成。在一些实施方案中，质量块102由与基板104相同的材料形成。例如，基板104可以是硅基板，并且质量块102可以通过合适的微加工技术(例如，光刻和蚀刻)从基板104形成。作为非限制性示例，质量块102可以具有在0.3mm和3mm之间的厚度T1或者该范围内的值中的任何值或范围。作为非限制性示例，质量块102可以具有3mm至20mm之间的长度L1或者该范围内的值中的任何值或范围。作为非限制性实例，基板104可以是硅基板或者可以由其它半导体材料形成。在一些实施方案中，基板104形成晶片的一部分，使得可以使用晶片级制造技术同时在晶片上形成MEMS装置100的多个实例。在这样的实施例中，可以从晶片切割各个MEMS装置。空腔105可以使用合适的微加工技术形成在基板104中，使得质量块102悬挂在空腔105上方。应当理解，替代实施例不包括基板中的空腔，因为存在相对于基板104实现可移动质量块的替代方式。折叠弹簧106a-106d可以在本文中被称为“手风琴式弹簧”、“折叠式弹簧”、“折叠系绳”或其他类似的术语，在该非限制性示例中基本上彼此相同，并且每个包括单个折叠。在替代实施例中，折叠弹簧可以包括多于一个的折叠，其示例在图2A中示出并在下面进一步描述。从图1A和1B可以看出，一对折叠弹簧包括在质量块102的相对侧上。包括折叠弹簧106a和106b的第一对位于可移动质量块102的一侧，包括折叠弹簧106c和106d的第二对位于该物体的相对侧上，使得质量块102位于折叠弹簧对之间。折叠弹簧106a-106d可以沿y轴伸展(或压缩)(图2)，允许质量块102沿该方向移动。弹簧106a-106d在相应的固定点108a-108d处联接到基板104，固定点108a-108d是固定的。锚点可以对应于相应折叠弹簧106a-106d的端部。在一个实施例中，锚点可以表示向下延伸到基板的表面的柱。替代配置是可能的。例如，在一些实施例中，由锚点108a-108d表示的折叠弹簧的端部可替代地终止在基板104的侧面(或侧壁)上。折叠弹簧106a-106d可以具有任何合适的尺寸。例如，参考图1A，折叠弹簧可以具有在10微米到2mm之间的厚度T2或者该范围内的值中的任何值或范围，作为非限制性示例。参考图1B，它们可以具有在200微米到3mm之间的y方向上的长度L2或者该范围内的值中的任何值或范围，并且总曲折长度将更长。长度LS可以确定质量块的可能的位移，并且因此可以具有适当的值以提供质量块的期望量的位移，例如在150微米和2mm之间。提供折叠弹簧的折叠距离质量块的片段的长度LD可以是长度LS的大约一半。折叠弹簧106a-106本文档来自技高网...

【技术保护点】
微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；通过第一和第二折叠弹簧可移动地耦合所述基板的质量块，其中所述质量块沿着所述第一折叠弹簧和/或所述第二折叠弹簧的压缩方向设置在所述第一和第二折叠弹簧之间；和使所述第一折叠弹簧耦合所述第二折叠弹簧的棒。

【技术特征摘要】
2016.09.27 US 15/277,5111.微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；通过第一和第二折叠弹簧可移动地耦合所述基板的质量块，其中所述质量块沿着所述第一折叠弹簧和/或所述第二折叠弹簧的压缩方向设置在所述第一和第二折叠弹簧之间；和使所述第一折叠弹簧耦合所述第二折叠弹簧的棒。2.权利要求1所述的MEMS装置，其中所述第一和第二折叠弹簧中的每一个包括多个折叠，其中所述棒是第一棒并且使所述第一折叠弹簧的第一折叠耦合所述第二折叠弹簧的第一折叠，以及其中所述MEMS装置还包括使所述第一折叠弹簧的第二折叠耦合所述第二折叠弹簧的第二折叠的第二棒。3.权利要求2所述的MEMS装置，其中所述第一折叠弹簧的第一折叠面向所述第一折叠弹簧的第二折叠的相反方向。4.权利要求3所述的MEMS装置，其中所述第一棒围绕在所述第一折叠弹簧的至少一部分周围。5.权利要求1所述的MEMS装置，其中所述棒具有从所述第一折叠弹簧到所述第二折叠弹簧的长度和与所述长度垂直的宽度，并且其中所述棒的宽度比所述第一折叠弹簧的宽度大2至10倍。6.权利要求1所述的MEMS装置，还包括第三折叠弹簧和第四折叠弹簧，使所述质量块耦合所述基板，并且定位为使得所述质量块在所述第三和第四折叠弹簧之间，其中耦合所述第一折叠弹簧和所述第二折叠弹簧的棒是第一棒，并且其中所述MEMS装置还包括耦合所述第三和第四折叠弹簧的第二棒。7.权利要求1所述的MEMS装置，其中所述质量块和所述棒下均具有基本上垂直于所述第一折叠弹簧和/或所述第二折叠弹簧的压缩方向的方向的宽度，并且其中所述棒的宽度比所述质量块的宽度小10％。8.权利要求1所述的MEMS装置，其中所述棒围绕在所述第一折叠弹簧的至少一部分周围。9.微机电系统(MEMS)装置，包括：基板；通过第一和第二折叠弹簧可移动地耦合所述基板的质量块，其中所述质量块沿着所述第一折叠弹簧和/或所述第二折叠弹簧的压缩方向设置在所述第一和第二折叠弹簧之间；和用于使所述第一折叠弹簧耦合所述第二折叠弹簧的构件。10.权利要求9所述的MEMS装置，其中用于使所述第一折叠弹簧耦合所述第二折叠弹簧的构件包括用于使所述第一折叠弹簧的多个折叠耦合所述第二折叠弹簧的多个折叠的构件。11.权利要求10所述的MEMS装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谦，杨光隆，顾磊，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US