[發明專利]一種基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關

有效

• 申請號: 201811065759.2
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109103048B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 朱應敏;陶敏;王衛東;張大興;樊康旗;劉敏
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01H35/14
• 分類號: H01H35/14;H01H1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，包括：開關外殼、雙穩態機構和開關輔助機構，所述開關輔助機構和雙穩態機構設置在所述開關外殼內部，并在加速度方向上依次設置；

所述開關輔助機構包括彈簧體和第一質量塊，所述彈簧體的兩端分別與所述第一質量塊以及所述開關外殼內壁相連接；

所述雙穩態機構包括三段式長斜梁結構和第二質量塊，所述三段式長斜梁結構包括第一梁結構和第二梁結構，所述第一梁結構包括第一柔性梁、第二柔性梁和剛性梁，所述雙穩態機構在第一穩態位置時，所述第一柔性梁、第二柔性梁和所述剛性梁為共線的斜梁，所述第一柔性梁一端與所述開關外殼內側壁固定連接，所述第一柔性梁的另一端與剛性梁的一端固定連接，所述剛性梁的另一端與所述第二柔性梁的一端固定連接，所述第二柔性梁的另一端與所述第二質量塊的一側固定連接，所述第一梁結構和第二梁結構關于所述第二質量塊的中軸線對稱設置，所述第一柔性梁和第二柔性梁為長梁，所述長梁為柔度值大于等于50的梁；

所述開關外殼上加工有金屬電極，開關外殼在與所述第二質量塊相對位置處設置有開關觸點；當第二質量塊碰撞開關觸點后，開關電路導通；當受到門限加速度作用后，第二質量塊離開開關觸點，開關斷開；

所述第一質量塊與所述第二質量塊相對設置，所述第一質量塊的質量大于所述第二質量塊的質量，所述MEMS慣性開關在受到設定加速度時，所述第一質量塊在慣性的作用下，與所述第二質量塊接觸，對所述第二質量塊產生加速度方向的作用力，所述第二質量塊沿加速度方向運動，按壓所述開關觸點；導通MEMS慣性開關電路，當受到反向門限加速度作用后，第二質量塊離開開關觸點，開關斷開；

所述第一質量塊的側壁和所述開關外殼的內側壁均為齒梳型結構，所述第一質量塊的齒梳型結構和所述開關外殼的齒梳型結構相配合設置，配合方式為間隙配合。

2.根據權利要求1所述的基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，所述三段式長斜梁結構的數量為4N1根，4N1根所述三段式長斜梁結構平行設置，其中，N1為正整數。

3.根據權利要求1所述的基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，所述第一柔性梁長度小于所述剛性梁的長度，所述第一柔性梁長度和第二柔性梁長度相同。

4.根據權利要求1或2所述的基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，所述彈簧體的數量為多個，所述彈簧體在所述第一質量塊的兩側壁對稱設置，所述彈簧體為折疊彈簧梁，所述折疊彈簧梁的一端與所述開關外殼的側壁固定連接，另一端與所述第一質量塊的側壁固定連接，所述折疊彈簧梁將所述第一質量塊支撐固定在所述開關外殼內部。

5.根據權利要求4所述的基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，所述彈簧體由N2根折疊彈簧梁組成，其中，N2為正整數。

6.根據權利要求5所述的基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，所述彈簧體的數量為4個，對稱設置于所述第一質量塊相對的兩側壁的上部和下部。

7.根據權利要求1所述的基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，所述開關輔助機構在SOI硅片上采用雙面刻蝕工藝加工而成，其中，所述第一質量塊由SOI硅片的底層和器件層加工而成，所述彈簧體由SOI硅片的器件層加工而成。

8.根據權利要求1所述的基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，所述雙穩態機構在SOI硅片上采用雙面刻蝕工藝加工而成，其中，所述第二質量塊由SOI硅片的底層和器件層加工而成，所述三段式長斜梁結構由SOI硅片的器件層加工而成。

9.根據權利要求1所述的基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，其特征在于，所述開關外殼為在SOI硅片的底層和器件層采用雙面刻蝕工藝加工而成。