一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关制造技术

本发明专利技术公开了一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关。包括：开关外壳、双稳态机构和开关辅助机构，开关辅助机构和双稳态机构设置在开关外壳内部，并在加速度方向上依次设置，开关辅助机构包括弹簧体和第一质量块，双稳态机构包括V型梁和第二质量块，开关外壳在与第二质量块相对位置处设置有开关触点，第一质量块与第二质量块相对设置，第一质量块的质量大于第二质量块的质量，MEMS惯性开关在受到设定加速度时，第一质量块在惯性的作用下，碰撞第二质量块，使第二质量块沿加速度方向运动，双稳态机构由一种稳态到另一种稳态，按压所述开关触点，导通电路。本发明专利技术的MEMS惯性开关具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强和抗机械振动能力强的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关
本专利技术涉及微机电领域，特别是涉及一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关。
技术介绍
微机电系统(MEMS)是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技机械电子装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，常见的MEMS产品尺寸一般都在毫米量级，甚至到几百微米。MEMS主要由传感器、动作器(执行器)和微能源三大部分组成。MEMS加速度开关是集合了微型传感器和执行器的MEMS器件，可以在环境加速度的激励下，完成开关的闭合-断开(On-Off)功能。目前，常见的MEMS惯性传感与执行器件主要是加速度计，其结构由感应质量块、支撑梁系统和控制反馈电路组成，结构十分复杂，加工难度大。控制反馈电路需要在加电的情况下工作，在强电磁干扰下容易产生误动作，不适用于抗电磁干扰的设备。此外，还有一些纯机械结构的微加速开关，但是，这些开关闭合后不具备锁定功能，因此，抗机械振动等外部环境干扰能力不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强和抗机械振动能力强的优势。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关，包括：开关外壳、双稳态机构和开关辅助机构，所述开关辅助机构和双稳态机构设置在所述开关外壳内部，并在加速度方向上依次设置；所述开关辅助机构包括弹簧体和第一质量块，所述弹簧体的两端分别与所述第一质量块以及所述开关外壳内壁相连接；所述双稳态机构包括V型梁和第二质量块，所述第二质量块固定在所述V型梁的中间转折点，所述V型梁的两端固定在所述开关外壳的内侧壁上，所述V型梁为挠性材质；所述开关外壳在与所述第二质量块相对位置处设置有开关触点；所述第一质量块与所述第二质量块相对设置，所述第一质量块的质量大于所述第二质量块的质量，所述MEMS惯性开关在受到设定加速度时，所述第一质量块在惯性的作用下，与所述第二质量块接触，对所述第二质量块产生加速度方向的作用力，所述第二质量块沿加速度方向运动，按压所述开关触点。可选的，所述V型梁的数量为4N1根，所述双稳态机构在第一稳态位置时，4N1根所述V型梁相互平行，其中，N1为正整数。可选的，所述弹簧体的数量为多个，所述弹簧体在所述第一质量块的两侧壁对称设置，所述弹簧体为折叠弹簧梁，所述折叠弹簧梁的一端与所述开关壳体的侧壁固定连接，另一端与所述第一质量块的侧壁固定连接，所述折叠弹簧梁将所述第一质量块支撑固定在所述开关壳体内部。可选的，所述弹簧体由N2根折叠弹簧梁组成，其中，N2为正整数。可选的，所述折叠弹簧梁的刚度为设定值。可选的，所述弹簧体的数量为4个，对称设置于所述第一质量块相对的两侧壁的上部和下部。可选的，所述第一质量块的侧壁和所述开关壳体的内侧壁均为齿梳型结构，所述第一质量块的齿梳型结构和所述开关壳体的齿梳型结构相配合设置，配合方式为间隙配合。可选的，所述开关辅助机构在SOI硅片上采用双面刻蚀工艺加工而成，其中，所述第一质量块由SOI硅片的底层和器件层加工而成，所述弹簧体由SOI硅片的器件层加工而成。可选的，所述双稳态机构在SOI硅片上采用双面刻蚀工艺加工而成，其中，所述第二质量块由SOI硅片的底层和器件层加工而成，所述V型梁由SOI硅片的器件层加工而成。可选的，所述开关壳体为在SOI硅片的底层和器件层采用双面刻蚀工艺加工而成。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关包括开关外壳、双稳态机构和开关辅助机构，开关辅助机构和双稳态机构设置在开关外壳内部，并在加速度方向上依次设置；开关辅助机构包括弹簧体和第一质量块，双稳态机构包括V型梁和第二质量块，第一质量块与第二质量块相对设置，第一质量块的质量大于所述第二质量块的质量；开关外壳在与第二质量块相对位置处设置有开关触点；MEMS惯性开关在受到一定的加速度时，第一质量块在惯性的作用下，与第二质量块接触，对第二质量块产生加速度方向的作用力，第二质量块沿加速度方向运动，由一种稳定状态到另一种稳定状态，按压所述开关触点，开关导通。本专利技术提供的MEMS惯性开关为完全依靠机械结构完成的断开与闭合功能的开关，因而具有良好的抗电磁干扰能力，而且，本专利技术提供的MEMS惯性开关由于具有的开关辅助机构，使得对微小的加速度也能感应并动作，具有灵敏度高的特点，同时，双稳态机构具有两个稳态，在按下触电后具有自锁功能，抗机械振动能力强。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关的结构示意图；图2为本专利技术实施例开关辅助机构的结构示意图；图3为本专利技术实施例开关外壳的结构示意图；图4为本专利技术实施例双稳态机构的结构示意图；图5为本专利技术实施例V型梁的双稳态示意图；图6为本专利技术实施例双稳态机构力-位移关系示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强和抗机械振动能力强的优势。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关的结构示意图，如图1所示，本专利技术提供的基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关包括：开关外壳1、开关辅助机构和双稳态机构，开关辅助机构和双稳态机构设置在开关外壳1内部，且在加速度方向上依次设置；开关辅助机构为弹簧-阻尼结构，如图2所示，包括弹簧体3和第一质量块2，弹簧体3的两端分别与第一质量块2以及开关外壳1内壁相连接；弹簧体3在第一质量块2的两侧壁对称设置，弹簧体3可以为折叠弹簧梁，折叠弹簧梁的一端与开关壳体1的侧壁固定连接，另一端与第一质量块2的侧壁固定连接，折叠弹簧梁将第一质量块2支撑固定在开关壳体内部，弹簧体3可以由N2(N2为正整数)根折叠弹簧梁组成。折叠弹簧梁的刚度为设定值。弹簧体3的数量可以为4个，对称设置于第一质量块2相对的两侧壁的上部和下部。开关辅助机构可以感知环境加速度辅助开关完成闭合。第一质量块2的侧壁和开关壳体1的内侧壁均为齿梳型结构，第一质量块2的齿梳型结构和开关壳体1的齿梳型结构相配合设置，配合方式为间隙配合。可以给第一质量块2运动提供足够的空气阻尼，达到减震作用，同时，梳齿型结构可以对第一质量块2进行限位，开关壳体1的结构图如图3所示。双稳态机构包括V型梁4和第二质量块6，如图4所示，第二质量块6固定在V型梁4的中间转折点，V型梁4的两端固定在开关外壳1的内侧壁上，V型梁4为挠性材质；V型梁4的数量为4N1根(其中，N1为正整数)，双稳态机构在第一稳态位置时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关，其特征在于，包括：开关外壳、双稳态机构和开关辅助机构，所述开关辅助机构和双稳态机构设置在所述开关外壳内部，并在加速度方向上依次设置；所述开关辅助机构包括弹簧体和第一质量块，所述弹簧体的两端分别与所述第一质量块以及所述开关外壳内壁相连接；所述双稳态机构包括V型梁和第二质量块，所述第二质量块固定在所述V型梁的中间转折点，所述V型梁的两端固定在所述开关外壳的内侧壁上，所述V型梁为挠性材质；所述开关外壳在与所述第二质量块相对位置处设置有开关触点；所述第一质量块与所述第二质量块相对设置，所述第一质量块的质量大于所述第二质量块的质量，所述MEMS惯性开关在受到设定加速度时，所述第一质量块在惯性的作用下，与所述第二质量块接触，对所述第二质量块产生加速度方向的作用力，所述第二质量块沿加速度方向运动，按压所述开关触点。

【技术特征摘要】
1.一种基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关，其特征在于，包括：开关外壳、双稳态机构和开关辅助机构，所述开关辅助机构和双稳态机构设置在所述开关外壳内部，并在加速度方向上依次设置；所述开关辅助机构包括弹簧体和第一质量块，所述弹簧体的两端分别与所述第一质量块以及所述开关外壳内壁相连接；所述双稳态机构包括V型梁和第二质量块，所述第二质量块固定在所述V型梁的中间转折点，所述V型梁的两端固定在所述开关外壳的内侧壁上，所述V型梁为挠性材质；所述开关外壳在与所述第二质量块相对位置处设置有开关触点；所述第一质量块与所述第二质量块相对设置，所述第一质量块的质量大于所述第二质量块的质量，所述MEMS惯性开关在受到设定加速度时，所述第一质量块在惯性的作用下，与所述第二质量块接触，对所述第二质量块产生加速度方向的作用力，所述第二质量块沿加速度方向运动，按压所述开关触点。2.根据权利要求1所述的基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关，其特征在于，所述V型梁的数量为4N1根，所述双稳态机构在第一稳态位置时，4N1根所述V型梁相互平行，其中，N1为正整数。3.根据权利要求1或2所述的基于V型梁双稳态结构的MEMS惯性开关，其特征在于，所述弹簧体的数量为多个，所述弹簧体在所述第一质量块的两侧壁对称设置，所述弹簧体为折叠弹簧梁，所述折叠弹簧梁的一端与所述开关壳体的侧壁固定连接，另一端与所述第一质量块的侧壁固定连接，所述折叠弹簧梁将所述第一质量块...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈余，杨婷婷，李小石，杜亦佳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51