半挠性敏感质量块制造技术

本发明专利技术涉及一种微机电装置，其包括半挠性敏感质量块，该半挠性敏感质量块包括至少一个一级部分、至少一个二级部分和将半挠性敏感质量块的所述至少一个一级部分和所述至少一个一级部分悬挂的至少一个刚性弹簧。当该装置处于其正常操作范围时，刚性弹簧大致使所述至少一个一级部分和所述至少一个二级部分作为单个刚性实体移动。该装置还包括构造成使所述至少一个一级部分停止的至少一个第一止动器结构。半挠性敏感质量块构造成在该装置受到以超出该装置的正常操作范围的力碰撞该装置的冲击时通过所述至少一个刚性弹簧的偏转而变形。在该冲击引起半挠性敏感质量块至少在沿着运动轴线的一个方向上的运动的同时，所述至少一个刚性弹簧还构造成产生回复力，该回复力使半挠性敏感质量块的所述至少一个二级部分被驱动成在与由冲击引起的沿着运动轴线的运动相反的方向上进行回复运动，其中，所述至少一个二级部分在回复运动中的动量进一步使所述至少一个一级部分与第一止动器结构脱离。

Semi flexible mass sensitive mass

The present invention relates to a microelectromechanical device, which includes a semi flexible sensitive mass block, which includes at least one first stage part, at least one two stage portion and at least one first order part of a semi flexible sensitive mass block and at least one rigid spring suspended from at least one first stage part. When the device is in its normal operating range, the rigid spring roughly moves at least one first stage part and at least one two stage part as a single rigid entity. The device also includes at least one first stopper structure configured to stop the at least one primary part. The semi flexible sensitive mass block is constructed to deform the device when the force of the device is impacted by the device by the force of the device by the deflection of the at least one rigid spring. At least one rigid spring also creates a restoring force when the impact causes the motion of the semi flexible sensitive mass block at least in one direction along the moving axis, which drives at least one two stage part of the semi flexible sensitive mass block to be along the moving axis caused by the impact. The motion is reversed in the opposite direction, in which the momentum of the at least one two stage part further detached the at least one stage part from the first stop structure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半挠性敏感质量块
本专利技术涉及如独立权利要求1的前序部分中所限定的微机械装置。
技术介绍
微机电系统或MEMS可以定义为其中至少一些元件具有机械功能的微型化的机械和机电系统。由于MEMS装置是利用与用来形成集成电路的工具相同或相似的工具来形成的，因此微机器和微电子器件甚至能够被制造在同一硅片上。MEMS结构可以被用来快速且准确地检测物理特性的非常小的变化。由于MEMS结构的尺寸非常小，其与相似的宏观结构相比具有不同且独特的失效机理。MEMS装置的一种已知的失效机理是粘连，指的是结构部件彼此之间的粘附或者结构部件与基底、制成该结构的材料的粘附。例如，可以通过使用防粘连涂层来防止粘连，或者可以通过在碰撞表面处形成诸如例如凸块之类的表面结构以减小接触表面面积来防止粘连。另一种已知的失效机理是断裂，比如由于碰撞导致的MEMS结构的开裂或破裂。单次强烈碰撞可能导致MEMS结构的开裂或破裂，或者多次反复碰撞可能导致MEMS结构的疲劳而最终导致结构的断裂。US2012/0280591提出了一种MEMS装置，该MEMS装置具有可动元件、具有二级质量块的二级结构以及弹簧，该弹簧与二级质量块和可动元件相互连接。当该装置受到机械冲击时，二级结构使二级质量块碰撞可动元件，使得可动元件在碰撞之后卡住的情况下可能会发生脱离。与现有技术US2012/0280591有关的问题是：尽管二级结构使得能够缓解粘连问题，但是可动质量块可能会由于由冲击导致的碰撞而损坏。US201426013提出了一种弹性凸块，该弹性凸块用于减小在遇到冲击时引起的对MEMS移动结构的碰撞力，从而减小结构断裂的风险。二级非挠性止动块被实现在敏感质量块中。所需要的是一种用于MEMS装置的改进结构，该改进结构既可以减小结构破裂的风险又具有用以防止可动敏感质量块粘连的机构。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种装置和方法以克服现有技术的缺点。本专利技术的目的通过根据权利要求1的特征部分所述的装置来实现。本专利技术的优选实施方式在从属权利要求中公开。术语“装置的平面”指的是由MEMS装置的可动部分在其没有通过任何外力而激励或偏转时形成的平面。线性运动轴线可以位于装置的所述平面内，或者线性运动轴线可以是与装置的平面基本上正交的轴线。本专利技术基于改变敏感质量块的形式的思想，这使得能够减小碰撞力从而减小由于碰撞导致的结构破裂的风险以及使得能够减小敏感质量块粘连的风险。敏感质量块被分成通过刚性弹簧相互连接的至少两部分。术语刚性弹簧指的是具有高弹簧系数的弹簧，使得弹簧仅在受到相对较强的力时才基本上偏转。因而，敏感质量块变成半挠性结构，该半挠性结构在MEMS装置的正常操作条件下作为单个质量块移动。由于冲击，敏感质量块的一级部分(多个一级部分)可能会撞击止动器结构(多个止动器结构)，而敏感质量块的二级部分(多个二级部分)通过刚性弹簧悬挂并且因此可能被防止或不太可能撞击任何止动器结构。术语一级部分(多个一级部分)在此指的是敏感质量块的构造成通过撞击止动器结构来进行第一次碰撞的一个或更多个部分。敏感质量块结构可以具有一个或更多个这样的一级部分。二级部分优选地形成半挠性敏感质量块的大部分质量，其中，术语大部分可以表示占敏感质量块的整个质量的至少20％的份额或甚至达到多于50％的份额。二级部分(多个二级部分)可以构造成在一级部分(多个一级部分)之后撞击第二止动器结构，但是二级部分(多个二级部分)也可以构造成通过与敏感质量块的其它部分接触或者与联接这些部分的弹簧接触而停止。敏感质量块的一级部分与二级部分之间的悬挂是挠性的——这与刚性结构相反，但是刚性足以使得在正常操作条件期间半挠性敏感质量块的所述至少两个部分作为单个刚性敏感质量块移动。刚性在此指的是基本上不变形的结构，而半挠性指的是在正常操作条件下不变形的结构。换句话说，半挠性敏感质量块的所述至少两个部分之间的刚性悬挂弹簧也称联接弹簧或者简单地仅为刚性弹簧具有高弹簧系数。当受到超出正常操作条件的冲击时，一级部分与二级部分之间的该悬挂起弹簧的作用，从而允许半挠性敏感质量块的所述至少两个部分相对于彼此移动。正常操作条件可以定义为如下条件：其中，敏感质量块的运动不会导致敏感质量块的第一部分与敏感质量块的第二部分或与位于与敏感质量块相同的平面内的装置的其它部分比如锚定件、止动器、框架、检测结构如梳状件或梳齿等相接触。在正常操作条件下，敏感质量块和附接至敏感质量块的检测结构因而能够沿预期方向移动，从而提供了根据敏感质量块的位置或运动速度来改变的检测信号。除了减小由对敏感质量块的冲击所导致的瞬时力并因而减小断裂风险之外，一级部分与二级部分之间的通过刚性弹簧(多个刚性弹簧)实现的半挠性悬挂产生回复力。该回复力使半挠性敏感质量块的相当大的一部分即半挠性敏感质量块的至少二级部分反弹并获得动量，从而提高了整个结构从与止动器结构得接触中脱离的能力并且有助于敏感质量块返回到其正常操作位置。术语“主弹簧”指的是将半挠性敏感质量块联接到至少一个悬挂结构如锚定件的弹簧。主弹簧构造成至少在半挠性敏感质量块的预期运动方向上是挠性的。主弹簧可以通过进一步增加总的释放力来进一步促进脱离能力。主弹簧在半挠性敏感质量块的预期运动方向(也称为运动轴线)上的弹簧系数比刚性弹簧的弹簧系数低。主弹簧和刚性弹簧构造成允许半挠性敏感质量块的运动和允许半挠性敏感质量块的一级部分和二级部分分别沿着同一运动轴线的相对运动，运动轴线与半挠性敏感质量块的预期运动方向对准。换句话说，半挠性敏感质量块的运动被预期沿着运动轴线发生且通过主弹簧实现，并且刚性弹簧构造成允许沿着同一运动轴线(沿同一运动轴线的方向)运动。通过附接至二级部分(多个二级部分)的主弹簧将半挠性敏感质量块朝向如锚定件的悬挂结构联接在粘连的情况下是特别有利的并且用于防止粘连。术语粘连表示微机电结构的已知问题，在该已知问题中，结构的彼此接触的两个表面可能粘连在一起。通过将半挠性敏感质量块悬挂于二级部分(多个二级部分)，当一级部分和二级部分两者均与止动器结构接触时，由主弹簧和刚性弹簧产生的所有回复力朝向使二级部分(多个二级部分)从接触中脱离起作用。因而，该构型有效地防止了粘连。由主弹簧产生的回复力与由刚性弹簧产生的回复力相加，并且总的回复力用于使二级部分脱离。此外，移动的二级部分的动量有助于使一级部分脱离并使装置返回到其正常操作位置。半挠性敏感质量块优选地形成为位于平面中基本上平的结构。半挠性敏感质量块的结构部件优选地位于可以包括装置的平面的同一平面中。例如，能够在装置的平面内沿着至少一个运动轴线偏转的半挠性敏感质量块可以包括一种由具有非零厚度的基本上平且均匀的硅材料层蚀刻的结构。因而，制造过程相对较简单，这增加了制造过程利润并有助于同一硅晶片上所形成的多个装置的均匀性能。在不背离范围的情况下，半挠性敏感质量块的材料层的厚度可以变化。敏感质量块结构的选定区域可以凹入到硅材料层的水平(x-y平面方向)表面中的任一水平表面之下。除了联接刚性弹簧之外，优选地，将半挠性敏感质量块的材料从一级部分与二级部分之间的区域中移除，以允许半挠性敏感质量块在设定情况下变形。本专利技术的优点在于：基于半挠性敏感质量块的变形的解决方案是防止结构断裂和粘连的有效且可靠的方法。甚至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电装置，其特征在于，所述装置包括：基本上平的半挠性敏感质量块，所述半挠性敏感质量块包括至少一个一级部分、至少一个二级部分以及将所述半挠性敏感质量块的所述至少一个一级部分和所述至少一个二级部分联接的至少一个刚性弹簧，所述至少一个刚性弹簧在所述装置处于正常操作范围时大致使所述至少一个一级部分和所述至少一个二级部分作为单个刚性实体移动；至少一个主弹簧，所述至少一个主弹簧联接至所述至少一个二级部分，所述主弹簧将所述半挠性敏感质量块联接至悬挂结构；以及至少一个第一止动器结构，所述至少一个第一止动器结构构造成使所述至少一个一级部分停止；其中，所述半挠性敏感质量块构造成在所述装置受到以超过所述装置的所述正常操作范围的力碰撞所述装置的冲击时通过所述至少一个刚性弹簧的偏转而变形，所述冲击导致了所述半挠性敏感质量块至少在沿着运动轴线的方向上的运动；并且其中，所述至少一个刚性弹簧还产生回复力，所述回复力使所述半挠性敏感质量块的所述至少一个二级部分被驱动成在与由所述冲击导致的沿着所述运动轴线的所述运动相反的方向上进行回复运动，其中，所述至少一个二级部分在所述回复运动中的动量进一步使所述至少一个一级部分与所述至少一个第一止动器结构脱离。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.22 FI 201556771.一种微机电装置，其特征在于，所述装置包括：基本上平的半挠性敏感质量块，所述半挠性敏感质量块包括至少一个一级部分、至少一个二级部分以及将所述半挠性敏感质量块的所述至少一个一级部分和所述至少一个二级部分联接的至少一个刚性弹簧，所述至少一个刚性弹簧在所述装置处于正常操作范围时大致使所述至少一个一级部分和所述至少一个二级部分作为单个刚性实体移动；至少一个主弹簧，所述至少一个主弹簧联接至所述至少一个二级部分，所述主弹簧将所述半挠性敏感质量块联接至悬挂结构；以及至少一个第一止动器结构，所述至少一个第一止动器结构构造成使所述至少一个一级部分停止；其中，所述半挠性敏感质量块构造成在所述装置受到以超过所述装置的所述正常操作范围的力碰撞所述装置的冲击时通过所述至少一个刚性弹簧的偏转而变形，所述冲击导致了所述半挠性敏感质量块至少在沿着运动轴线的方向上的运动；并且其中，所述至少一个刚性弹簧还产生回复力，所述回复力使所述半挠性敏感质量块的所述至少一个二级部分被驱动成在与由所述冲击导致的沿着所述运动轴线的所述运动相反的方向上进行回复运动，其中，所述至少一个二级部分在所述回复运动中的动量进一步使所述至少一个一级部分与所述至少一个第一止动器结构脱离。2.根据权利要求1所述的微机电装置，其中，所述半挠性敏感质量块的所述至少一个一级部分中的至少一个一级部分构造成在所述半挠性敏感质量块由于所述冲击而沿着所述运动轴线发生的位移超过第一距离时通过所述第一止动器结构而停止。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的微机电装置，还包括：至少两个第一止动器结构，所述至少两个第一止动器结构布置在所述半挠性敏感质量块的沿着所述运动轴线的相反两侧，其中，所述至少两个第一止动器结构构造成使由冲击导致的在沿着所述运动轴线的相反两个方向上发生的所述半挠性敏感质量块的运动停止。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的微机电装置，其中，所述半挠性敏感质量块的所述至少一个二级部分构造成在所述至少一个一级部分已经停止之后继续进行由所述冲击导致的沿着所述运动轴线的运动，并且其中，所继续的由所述冲击导致的沿着所述运动轴线的运动使所述刚性弹簧中的至少一个刚性弹簧偏转，从而使所述半挠性敏感质量块变形。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的微机电装置，还包括：至少一个第二止动器结构，所述至少一个第二止动器结构构造成使所述至少一个二级部分停止，其中，所述半挠性敏感质量块的所述至少一个二级部分构造成在所述半挠性敏感质量块的所述二级部分由于所述冲击而沿着所述运动轴线发生的位移超过第二距离时通过所述第二止动器结构而停止，其中，所述第二距离大于所述第一距离。6.根据权利要求5所述的微机电装置，还包括：至少两个第二止动器结构，所述至少两个第二止动器结构布置在所述半挠性敏感质量块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安斯·布卢姆奎斯特，维莱佩卡·吕特克宁，马蒂·柳库，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP