[發(fā)明專利]基于粘附的雙穩(wěn)態(tài)加速度感應微開關(guān)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910021398.6
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101504896A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設計）人: 田文超;楊銀堂
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01H35/14
• 分類號: H01H35/14;H01H59/00;B81B7/02
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心
• 代理人: 王品華;黎漢華

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于電子元器件技術(shù)領域，特別涉及感應微開關(guān)，可用于汽車的安全氣囊及防抱死系統(tǒng)。

技術(shù)背景

感應微開關(guān)，是由微電子機械系統(tǒng)(簡稱MEMS)技術(shù)加工而成，可以感知加速度，并受控于加速度門限值，經(jīng)多力耦合作用，執(zhí)行開關(guān)動作。它將傳感、控制與執(zhí)行融為一體，具有體積小、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單等特點，因此在航空航天系統(tǒng)、汽車安全氣囊及防抱死系統(tǒng)、家用電器等觸發(fā)領域中，具有強烈需求。

2004年維也納技術(shù)大學研制了一種雙質(zhì)量塊-彈簧式感應微開關(guān)[Alexander?R.Neuhaus，Werner?F.Rieder，and?Martin?Hammerschmidt，Influence?of?Electrical?and?Mechanical?Parameters?on?Contact?Welding?inLow?Power?Switches，IEEE?transactions?on?components?and?packagingtechnology，27(1)，2004，4-11]，圖1所示。其中右邊質(zhì)量塊為固定質(zhì)量塊17，通過過載彈簧14與右基座18連接。左邊質(zhì)量塊為感應質(zhì)量塊16，通過連接彈簧11同左基座15相連。圖示為“開”狀態(tài)。當出現(xiàn)水平方向的外界感應加速度時，感應質(zhì)量塊16在感應加速度的作用下，水平移動。當外界感應加速度較大時，感應質(zhì)量塊16克服彈性力約束，撞擊到右邊的固定質(zhì)量塊17，實現(xiàn)“關(guān)”狀態(tài)。

該微開關(guān)存在以下問題：

1)沒有閥值加速度限制。在“開”狀態(tài)，當有外界擾動加速度時，感應質(zhì)量塊克服彈性力就會發(fā)生移動，即使沒有達到設計要求的閥值感應加速度，感應質(zhì)量塊也會移動，由此造成微開關(guān)容易發(fā)生“誤關(guān)”，導致事故發(fā)生。

2)無法實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)“關(guān)”狀態(tài)。當感應質(zhì)量塊撞擊到固定質(zhì)量塊實現(xiàn)“關(guān)”功能后，根據(jù)彈性碰撞原理，感應質(zhì)量塊會反彈回來，無法實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的“關(guān)”狀態(tài)，只能完成“瞬態(tài)閉合”功能。即便外界感應加速度足夠大，使感應質(zhì)量塊再次撞擊固定質(zhì)量塊實現(xiàn)“關(guān)”功能，但當存在外界微擾動時，感應質(zhì)量塊也會和固定質(zhì)量塊脫離開，無法實現(xiàn)“穩(wěn)態(tài)關(guān)”功能，從而導致事故發(fā)生。

2008年上海交通大學研制的慣性微開關(guān)[楊卓青，丁桂甫，蔡豪剛，劉瑞，趙小林，微機電系統(tǒng)慣性電學開關(guān)的設計與制作，中國機械工程，19(9)，2008，1132-1136]，如圖2所示。該慣性微開關(guān)器件基于玻璃基座26上，主要由蛇形彈簧25、質(zhì)量塊可動電極24和彈性梁固定電極23三部分組成。彈性梁固定電極23與質(zhì)量塊可動電極24有一定的距離，保持電路在通常狀態(tài)下為“斷開”狀態(tài)。當器件在其敏感方向受到外界足夠大的加速度作用時，質(zhì)量塊可動電極24快速撞向彈性梁固定電極23，隨后又被彈簧迅速拉回，從而實現(xiàn)對外接電路的瞬間通斷功能。

該感應微開關(guān)存在與圖1所示微開關(guān)同樣的問題。

1)“誤關(guān)”問題。當質(zhì)量塊可動電極24受到敏感方向的加速度時，雖然沒有達到預先設計的閥值加速度值，但質(zhì)量塊可動電極24也會向上沖擊，只是存在或不存在撞到彈性梁固定電極23的可能性。這樣就導致微開關(guān)可能產(chǎn)生“誤關(guān)”問題。

2)“瞬態(tài)閉合”問題。當外界加速度“足夠大”時，質(zhì)量塊可動電極24撞擊彈性梁固定電極23，實現(xiàn)“關(guān)”功能。然而質(zhì)量塊可動電極24又被彈簧迅速拉回來，導致還未實現(xiàn)穩(wěn)定閉合又立刻斷開的問題，即“瞬態(tài)閉合”問題。由于彈性梁固定電極23和質(zhì)量塊可動電極24的接觸點處存在接觸電阻，即薄膜電阻和收縮電阻，這種“瞬態(tài)閉合”過程很難保證外界電路的穩(wěn)定閉合要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種基于粘附的雙穩(wěn)態(tài)加速度感應微開關(guān)。利用MEMS部件的粘附效應，在微開關(guān)的“開”、“關(guān)”兩個狀態(tài)，設定兩個穩(wěn)定平衡態(tài)，即當感應加速度未達到設計閥值時，開關(guān)不動，以防止“誤關(guān)”發(fā)生；當感應加速度達到設計閥值，開關(guān)觸發(fā)閉合后，微開關(guān)處于穩(wěn)定閉合狀態(tài)，從而避免“瞬態(tài)閉合”問題的出現(xiàn)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)加速度感應微開關(guān)包括：包括感應質(zhì)量塊、支撐梁、和框架，支撐梁的兩端固定在框架上，其中框架的上、下端面上分別固定有上頂蓋和下底蓋，質(zhì)量塊與上頂蓋之間的距離：0.1μm≤h≤1μm，質(zhì)量塊的下部沉積有金膜形成動極板，下底蓋內(nèi)側(cè)沉積有金膜形成定極板。

所述的動極板上設有兩個觸點，該觸點采用半球結(jié)構(gòu)。

所述的支撐梁采用兩端固結(jié)直梁結(jié)構(gòu)。

通常情況下，感應微開關(guān)處于“開”的狀態(tài)，質(zhì)量塊與上頂蓋緊貼。感應微開關(guān)在外界激勵加速度作用下控制其關(guān)閉。觸發(fā)時，質(zhì)量塊撞擊下底蓋，并與下底蓋緊貼。