[發明專利]微機電Z軸面外止擋件

有效

• 申請號: 201310692572.6
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103869100B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: B·西蒙尼;L·科洛納多;G·卡薩尼卡
• 申請（專利權）人: 馬克西姆綜合產品公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 蔡勝利,李隆濤

技術領域

本發明涉及微機電結構，并且更具體地講涉及采用z軸面外止擋件的系統、裝置和方法，其中所述止擋件控制成以微不足道的靜電干擾來保護該結構免受力學沖擊影響。該微機電結構不易受機械沖撞影響，并且表現出可以由減振件所實施的靜電力造成的微不足道的偏差。

背景技術

微機電結構（MEMS）廣泛用作為傳感器，以測量加速度、旋轉、壓力和多種其它物理參數。MEMS器件通常利用微機加工工藝在硅基板上形成，并且因此具有幾個微米的特征結構尺寸。這種小型化的器件將機械運動轉換成可以表明所感興趣的參數的程度的電信號。一種典型的MEMS器件是微機加工的電容式加速度計，其包括檢驗質量塊（proof mass）。檢驗質量塊在硅基板上方懸置，并且經由彈性元件被錨固，其中所述彈性元件被構造成提供期望的機械位移或振動。各種不同的MEMS器件已經在從消費產品到極端環境中所采用的專門產品范圍內的應用中被廣泛利用，并且迄今，MEMS器件可以容易地在汽車部件、移動電話、游藝裝置、醫療器械以及軍用裝置中找到。

任何MEMS器件為了成功的商業化必須維持可接受程度的沖撞健壯性（shock robustness）。MEMS器件基本上依賴于其微結構的機械響應，并且這種結構不可避免地易于受到由周圍環境耦合的機械振動和沖撞影響。然而，沖撞是可以潛在地使得器件性能降級并造成永久結構損害的一個主要的環境影響。如果MEMS器件并不具有足夠的免疫力以抵抗可以在其應用中經歷的沖撞，則可靠性容易打折扣并且遲早將會出現失效。

沖撞的形式為脈沖形機械載荷，其源自于短時間段內的較大的力。根據沖撞的源，沖撞的幅度可以顯著地改變，范圍從自由落體碰到地面的1g到某些極端狀態下的10000g或更大。較高的沖撞程度要求MEMS器件采用更復雜的抗沖撞技術，并且通常導致更高的制造成本。在MEMS器件的應用并不需要過分健壯的情況下，將MEMS器件設計成過分健壯是一種浪費。大體上，MEMS器件必須根據其所將用于的特定應用被工程設計，從而能夠以合理的代價提供合理程度的沖撞健壯性。

在一些現有技術中，彈性元件被工程設計成增加MEMS器件的健壯性，從而其可以承受更大的沖撞載荷。專門的媒介也可以被采用以填充包封MEMS器件的封裝部，并且沖撞載荷在到達器件之前被顯著地衰減。然而，這些技術直接地影響了結構，并且也連累了常規操作狀態下的器件性能。存在保護MEMS器件免受沖撞同時維持其常規器件性能的需求。

發明內容

本發明的各個實施例涉及微機電結構，并且更具體地講涉及采用控制成保護結構免受機械沖撞以及靜電干擾影響的z軸面外止擋件的系統、裝置和方法。該微機電結構更不易受機械沖撞影響，并且表現出可以由沖撞止擋件造成的靜電干擾引起的微不足道的偏差。

本發明的一個方面是一種微機電結構，其包括傳感器基板；檢驗質量塊；帽基板以及多個平衡止擋件。檢驗質量塊經由至少一個彈性元件在所述傳感器基板上方懸置。所述檢驗質量塊響應于所述結構的加速度而移位和傾斜。所述帽基板粘接至所述傳感器基板以形成一封閉所述檢驗質量塊的容腔。所述帽基板進一步包括多個沖撞止擋件，所述沖撞止擋件在所述檢驗質量塊上方布置，以在沖撞載荷出現的情況下在特定的位置將所述檢驗質量塊推回。多個平衡止擋件中的每個在所述檢驗質量塊下方聯接，所述多個平衡止擋件中的每個平衡止擋件根據所述多個沖撞止擋件中的一個沖撞止擋件的位置被布置并且通過平衡電壓被電驅動。因此，所述多個平衡止擋件中的每個平衡止擋件在所述檢驗質量塊上產生靜電力和力矩，以平衡由對應的沖撞止擋件產生的力和力矩。

本發明的一個方面是以微不足道的靜電干擾為代價保護微機電結構免受機械沖撞影響的方法。多個沖撞止擋件在帽基板上集成，所述帽基板粘接至傳感器基板以形成一容腔，來封閉檢驗質量塊。在所述檢驗質量塊下方布置多個平衡止擋件。每個平衡止擋件根據所述多個沖撞止擋件中的一個沖撞止擋件的位置被布置。所述多個平衡止擋件中的每個平衡止擋件隨后電聯接至平衡電壓，以使得在所述檢驗質量塊上產生第一靜電力和力矩，以平衡由對應的沖撞止擋件產生的第二力和力矩。

本發明的特定特點和優點已經大體上在該發明內容部分中描述；然而，附加的特征、優點和實施例在這里提出或者將對于本領域技術人員考慮到附圖、說明書以及權利要求書而言是明顯的。因此，應當理解本發明的范圍并不應當由發明內容部分中所公開的具體實施例來限制。

附圖說明