專利名稱：接觸時(shí)間長的微機(jī)電萬向慣性開關(guān)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微控制開關(guān)，具體涉及微機(jī)電(MEMS)慣性開關(guān)。
背景技術(shù)：
微機(jī)電慣性開關(guān)是對加速度的變化敏感提供開關(guān)閉合動(dòng)作的MEMS執(zhí)行器，也稱閾值開關(guān)、加速度開關(guān)或者g值開關(guān)，它是將機(jī)械和電統(tǒng)一結(jié)合的產(chǎn)物。MEMS慣性開關(guān)不但體積小、響應(yīng)快、能夠捕捉微弱的信號(hào)，而且工藝性能好，適合批量生產(chǎn)，降低加工成本。微機(jī)電慣性開關(guān)一般是由上基板(以下稱上蓋板)_硅片中間結(jié)構(gòu)層-下基板(以下稱下蓋板)三層構(gòu)成漢堡結(jié)構(gòu)，硅片中間結(jié)構(gòu)層包括彈簧、質(zhì)量塊和外電極，其中的質(zhì)量塊通過彈簧連接，成為可動(dòng)電極，另一個(gè)電極為固定式電極。它存在的問題是:
1、開關(guān)只能捕捉單方向的慣性加速度。當(dāng)需要感知多個(gè)方向的慣性加速度時(shí)，只能通過開關(guān)陣列來實(shí)現(xiàn)，但是陣列開關(guān)不能保證各角度的靈敏度一致且陣列后體積較大，可靠性較低；
2、微機(jī)電慣性開關(guān)的工作原理是靠可動(dòng)電極捕捉加速度后運(yùn)動(dòng)至某一位置，和固定式電極相碰撞進(jìn)而接通電路。但是由于碰撞的瞬間極其短暫，使得可動(dòng)電極和固定式電極的接觸時(shí)間太短，當(dāng)工作環(huán)境比較極端時(shí)(如零下30度以下)，造成電路不能可靠接通。因此如何延長兩電極的接觸時(shí)間，是微機(jī)電慣性開關(guān)的一個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種接觸時(shí)間長的微機(jī)電萬向(任意方向)慣性開關(guān)及其制造方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:它包括上、下蓋板和硅片中間結(jié)構(gòu)層，其特征是:所說的上蓋板是硅質(zhì)板；硅片中間結(jié)構(gòu)層是，以錨點(diǎn)為圓心向外依次是環(huán)形質(zhì)量框、環(huán)形外電極和錨區(qū)，錨區(qū)呈外方內(nèi)圓的平面框架形，其中錨區(qū)和錨點(diǎn)和上、下蓋板鍵合，四個(gè)外彈簧(構(gòu)成外彈簧架)呈十字形布置，每個(gè)外彈簧的兩端分別固定在錨區(qū)和環(huán)形外電極之間，四個(gè)內(nèi)彈簧(構(gòu)成內(nèi)彈簧架)呈十字形布置，每個(gè)內(nèi)彈簧的兩端分別固定在環(huán)形質(zhì)量框和錨點(diǎn)上。這樣，環(huán)形質(zhì)量框和環(huán)形外電極分別安裝在內(nèi)、外彈簧架上，使環(huán)形質(zhì)量框和環(huán)形外電極懸在上、下蓋板之間，均成為可動(dòng)電極。當(dāng)開關(guān)受到χ-y平面內(nèi)某一方向的慣性加速度時(shí)，環(huán)形質(zhì)量框朝著該方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)外部的慣性加速度達(dá)到閾值時(shí)，兩個(gè)可動(dòng)電極(環(huán)形質(zhì)量框和環(huán)形外電極)在內(nèi)、外彈簧架的共同作用下發(fā)生柔性接觸，然后一起運(yùn)動(dòng)，延長了兩個(gè)電極的接觸時(shí)間。還由于兩個(gè)可動(dòng)電極均為環(huán)形，保證了 χ-y平面內(nèi)兩個(gè)可動(dòng)電極在任一方向都能捕捉到慣性加速度，且任一方向加速度的閾值是一致的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:可以捕捉χ-y平面內(nèi)任一方向的慣性加速度；其次捕捉到閾值加速度后，大大延長了兩個(gè)電極接觸時(shí)間，使開關(guān)性能更可靠，顯著提高了開關(guān)的抗干擾性和可靠性。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A-A剖面圖(略去上蓋板)。
具體實(shí)施例方式參見圖1，它包括上蓋板6、下蓋板8和硅片中間結(jié)構(gòu)層，所說的上蓋板是硅質(zhì)板；參見圖2，硅片中間結(jié)構(gòu)層是，以錨點(diǎn)3為圓心向外依次是環(huán)形質(zhì)量框1、環(huán)形外電極4和錨區(qū)7，錨區(qū)呈外方內(nèi)圓的平面框架形，其中錨區(qū)和錨點(diǎn)和上、下蓋板鍵合，四個(gè)外彈簧5(構(gòu)成外彈簧架)呈十字形布置，每個(gè)外彈簧的兩端分別固定在錨區(qū)和環(huán)形外電極之間，四個(gè)內(nèi)彈簧2 (構(gòu)成內(nèi)彈簧架)呈十字形布置，每個(gè)內(nèi)彈簧的兩端分別固定在環(huán)形質(zhì)量框和錨點(diǎn)上。這樣，環(huán)形質(zhì)量框和環(huán)形外電極分別安裝在內(nèi)、外彈簧架上，使環(huán)形質(zhì)量框和環(huán)形外電極懸在上、下蓋板之間，均成為可動(dòng)電極。當(dāng)開關(guān)受到x-y平面內(nèi)某一方向的慣性加速度時(shí)，環(huán)形質(zhì)量框朝著該方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)外部的慣性加速度達(dá)到閾值時(shí)，兩個(gè)可動(dòng)電極(環(huán)形質(zhì)量框和環(huán)形外電極)在內(nèi)、外彈簧架的共同作用下發(fā)生柔性接觸，然后一起運(yùn)動(dòng)，延長了兩個(gè)電極的接觸時(shí)間。還由于兩個(gè)可動(dòng)電極均為環(huán)形，保證了 χ-y平面內(nèi)兩個(gè)可動(dòng)電極在任一方向都能捕捉到慣性加速度，且任一方向加速度的閾值是一致的。制造本發(fā)明的工藝是:
a)在中間結(jié)構(gòu)層硅片上熱氧化生成5000A的二氧化硅層，用M2版(硅片背面ICP版)做掩膜，光刻結(jié)構(gòu)層硅片，作為ICP掩蔽層；結(jié)構(gòu)層硅片背面ICP淺刻蝕，刻蝕深度5um，去膠清洗，待靜電鍵合；
b)用Ml版(金屬電極版)作掩膜光刻玻璃片，腐蝕Prex7740玻璃1800A;濺射Ti(400A) -Pt (400A) -Au (1200A)，利用光刻膠剝離制作金屬電極，去膠清洗；
c)娃片圖形與玻璃電極圖形對準(zhǔn)靜電鍵合；娃片減薄拋光至60um；
d)用M3版(硅片正面ICP版)作掩膜光刻，ICP釋放結(jié)構(gòu)；
e)在蓋板硅片上熱氧化生成2umA的二氧化硅層，用M4版(蓋板背面腐蝕版)做掩膜，光刻蓋板硅片正面，作為KOH腐蝕掩蔽層，KOH腐蝕深度200um ;用M5版(蓋板正面腐蝕和劃片版)做掩膜，光刻蓋板硅片背面，作為KOH腐蝕掩蔽層，KOH雙面腐蝕深度IOOum ；
f)蓋板和結(jié)構(gòu)層BCB鍵合；ICP刻蝕PAD點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種接觸時(shí)間長的微機(jī)電萬向慣性開關(guān)，它包括上、下蓋板和硅片中間結(jié)構(gòu)層，其特征是:所說的上蓋板是硅質(zhì)板；硅片中間結(jié)構(gòu)層是，以錨點(diǎn)為圓心向外依次是環(huán)形質(zhì)量框、環(huán)形外電極和錨區(qū)，錨區(qū)呈外方內(nèi)圓的平面框架形，其中錨區(qū)和錨點(diǎn)和上、下蓋板鍵合，四個(gè)外彈簧呈十字形布置，每個(gè)外彈簧的兩端分別固定在錨區(qū)和環(huán)形外電極之間，四個(gè)內(nèi)彈簧呈十字形布置，每個(gè)內(nèi)彈簧的兩端分別固定在環(huán)形質(zhì)量框和錨點(diǎn)上。
2.制造權(quán)利要求1所述的接觸時(shí)間長的微機(jī)電萬向慣性開關(guān)，其特征是: a)在中間結(jié)構(gòu)層娃片上熱氧化生成5000A的二氧化娃層,用M2版做掩膜,光刻結(jié)構(gòu)層硅片，作為ICP掩蔽層；結(jié)構(gòu)層硅片背面ICP淺刻蝕，刻蝕深度5um，去膠清洗，待靜電鍵合； b)用Ml版作掩膜光刻玻璃片，腐蝕Prex7740玻璃1800A；濺射Ti (400A) -Pt(400A) -Au (1200A)，利用光刻膠剝離制作金屬電極，去膠清洗； c)娃片圖形與玻璃電極圖形對準(zhǔn)靜電鍵合；娃片減薄拋光至60um； d)用M3版作掩膜光刻，ICP釋放結(jié)構(gòu)； e)在蓋板娃片上熱氧化生成2umA的二氧化娃層,用M4版做掩膜,光刻蓋板娃片正面，作為KOH腐蝕掩蔽層，KOH腐蝕深度200um ;用M5版做掩膜，光刻蓋板硅片背面，作為KOH腐蝕掩蔽層，KOH雙面腐蝕深度IOOum ； f)蓋板和結(jié)構(gòu)層BCB鍵合；ICP刻蝕PAD點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種接觸時(shí)間長的微機(jī)電萬向慣性開關(guān)及其制造方法，所要解決的問題是目前的MEMS慣性開關(guān)只能捕捉單方向的慣性加速度；其次開關(guān)的可動(dòng)電極和固定式電極的接觸時(shí)間太短。本發(fā)明的要點(diǎn)是硅片中間結(jié)構(gòu)層以錨點(diǎn)為圓心向外是環(huán)形質(zhì)量框、環(huán)形外電極和錨區(qū)，錨區(qū)和錨點(diǎn)和下蓋板鍵合，四個(gè)外彈簧呈十字形布置，每個(gè)外彈簧的兩端分別固定在錨區(qū)和環(huán)形外電極之間，四個(gè)內(nèi)彈簧呈十字形布置，每個(gè)內(nèi)彈簧的兩端分別固定在環(huán)形質(zhì)量框和錨點(diǎn)上。本發(fā)明的積極效果是可以捕捉任一方向的慣性加速度；捕捉到閾值加速度后，大大延長了兩個(gè)電極接觸時(shí)間。
文檔編號(hào)H01H11/00GK103151220SQ20131006298
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者劉雙杰 申請人:劉雙杰