MEMS惯性开关及制造MEMS惯性开关的方法与流程

本发明涉及惯性开关，具体而言，涉及一种mems惯性开关及制造mems惯性开关的方法。

背景技术：

1、mems(micro electro mechanical systems，微电子机械系统)惯性开关又被称为冲击传感器、加速度开关、振动阈值传感器。mems惯性开关为无源器件，在未闭合时没有功耗，且同时体积小、重量轻、成本低的优势，在消费电子、物流、汽车和国防等领域具有应用潜力。

2、当前学术研究领域常见的mems惯性开关有悬臂式、桥式、闭锁式、微流道式等结构。其中，悬臂梁mems开关，其固定梁悬挂在基板上，当梁被压下时，梁上的电极接触基板上的电极，将开关置于“开启”状态并接通了电路。桥式电极mems惯性开关，其在受到垂直衬底方向的加速度时，移动电极与柔性固定电极接触，碰撞过程中产生的柔性弹性形变可以延长开关的接触时间。

3、尽管有上述mems惯性开关的进展，但是当前mems惯性开关仍然存在以下主要的缺点，限制了其广泛应用：

4、第一，当前许多mems惯性开关采用liga工艺，极大推高了mems结构的制造成本。而mems惯性开关作为一种无源器件，只有当单颗成本下降到较低水平时，才可能具有产业化潜力；

5、第二，当前许多mems惯性开关的结构设计较为复杂，降低了加工的良率，并且增加了器件在使用过程中由于温度、腐蚀等环境带来的失效风险；

6、第三，当前mems惯性开关均无法同时满足抗冲击和低触发阈值两项需求。而同时满足抗冲击和低触发阈值，在运输、交通、国防领域存在广泛应用潜力。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明实施例提供了一种mems惯性开关，包括位于同一平面的固定电极与可动电极；所述固定电极固定设置于基板上，位于所述可动电极的内部，且所述固定电极与所述可动电极之间间隔预设距离；所述可动电极的外侧连接有多个折叠梁，所述多个折叠梁以中心对称方式均匀设置于所述可动电极的周围；各所述折叠梁包括至少两层首尾连接的梁，且最内层梁与所述可动电极的外侧连接，最外层梁与外壳连接；所述外壳和/或所述可动电极还包括限位结构，所述限位结构用于限制所述可动电极的移动范围。

2、可选地，所述可动电极的外侧为矩形；所述折叠梁为l型梁，所述l型梁围绕所述矩形的相邻两个边设置；或者，所述可动电极的外侧为圆形，所述折叠梁为弧型梁，所述弧型梁围绕圆形均匀设置。

3、可选地，所述l型梁的内层梁的首端连接所述可动电极的外侧，尾端连接所述l型梁的外层梁的首端，所述外层梁的尾端连接所述外壳；所述内层梁的首端、所述外层梁的尾端相对于所述矩形的一个边布置，所述内层梁的尾端、所述外层梁的首端相对于所述矩形的相邻另一个边布置。

4、可选地，所述折叠梁为贝塞尔曲面梁。

5、可选地，所述限位结构包括多个质量块-平面限位结构；各所述质量块-平面限位结构均匀设置于所述外壳与所述可动电极相对的内侧；所述质量块-平面限位结构包括凸起或凹陷，与所述折叠梁的凹陷或凸起的位置相对应且形状相匹配。

6、可选地，所述限位结构还包括多个梁-曲面限位结构；各所述梁-曲面限位结构均匀设置于所述外壳与所述可动电极相对的内侧；所述梁-曲面限位结构包括曲面凹陷，与所述折叠梁的自由端的位置相对应。

7、可选地，所述固定电极为柱状电极，所述可动电极的内侧为圆孔；所述柱状电极的中心线垂直于所述圆孔所在平面。

8、可选地，所述固定电极还包括可导电的弹性梁；所述弹性梁设置于所述固定电极外侧，且与所述可动电极相对。

9、可选地，所述弹性梁与所述固定电极、所述可动电极的触点均为曲面。

10、本发明实施例提供一种制造mems惯性开关的方法，其特征在于，用于制造上述任一项的mems惯性开关，所述方法包括：在准备后的硅片上涂覆光刻胶并进行光刻显影；所述光刻的图形与所述mems惯性开关的结构对应；刻蚀结构层以及对刻蚀后的所述结构层进行释放；在所述结构层表面涂覆金属层，作为所述mems惯性开关的电极区域。

11、本发明实施例的mems惯性开关及制造mems惯性开关的方法，采用折叠梁-质量块结构，可以在面内任意方向触发，其结构紧凑且加工工艺简单，设置有限位结构提高了抗冲击性能。

技术特征：

1.一种mems惯性开关，其特征在于，包括位于同一平面的固定电极与可动电极；

2.根据权利要求1所述的mems惯性开关，其特征在于，所述可动电极的外侧为矩形；所述折叠梁为l型梁，所述l型梁围绕所述矩形的相邻两个边设置；或者，

3.根据权利要求2所述的mems惯性开关，其特征在于，所述l型梁的内层梁的首端连接所述可动电极的外侧，尾端连接所述l型梁的外层梁的首端，所述外层梁的尾端连接所述外壳；

4.根据权利要求1所述的mems惯性开关，其特征在于，所述折叠梁为贝塞尔曲面梁。

5.根据权利要求1所述的mems惯性开关，其特征在于，所述限位结构包括多个质量块-平面限位结构；

6.根据权利要求5所述的mems惯性开关，其特征在于，所述限位结构还包括多个梁-曲面限位结构；

7.根据权利要求1所述的mems惯性开关，其特征在于，所述固定电极为柱状电极，所述可动电极的内侧为圆孔；所述柱状电极的中心线垂直于所述圆孔所在平面。

8.根据权利要求7所述的mems惯性开关，其特征在于，所述固定电极还包括可导电的弹性梁；

9.根据权利要求8所述的mems惯性开关，其特征在于，所述弹性梁与所述固定电极、所述可动电极的触点均为曲面。

10.一种制造mems惯性开关的方法，其特征在于，用于制造权利要求1-9任一项所述的mems惯性开关，所述方法包括：

技术总结
本发明提供了一种MEMS惯性开关及制造MEMS惯性开关的方法，该MEMS惯性开关包括位于同一平面的固定电极与可动电极；固定电极固定设置于基板上，位于可动电极的内部，且固定电极与可动电极之间间隔预设距离；可动电极的外侧连接有多个折叠梁，多个折叠梁以中心对称方式均匀设置于可动电极的周围；各折叠梁包括至少两层首尾连接的梁，且最内层梁与可动电极的外侧连接，最外层梁与外壳连接；外壳和/或可动电极还包括限位结构，限位结构用于限制可动电极的移动范围。本发明实施例中MEMS惯性开关采用折叠梁‑质量块结构，可以在面内任意方向触发，其结构紧凑且加工工艺简单，设置有限位结构提高了抗冲击性能。

技术研发人员：彭天放,韩盈舟,乔昱阳,夏阳
受保护的技术使用者：北京细胞膜科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1