[發(fā)明專利]一種具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011449368.8
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112551474B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 張樂民;劉福民;楊靜;徐杰;高乃坤;劉國文;張樹偉;吳浩越
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括固定錨區(qū)(1)、可動結(jié)構(gòu)彈性梁(2)、質(zhì)量塊框架(3)、質(zhì)量塊(4)、止擋彈性梁(5)、第一止擋塊(6)、第二止擋塊(7)、第三止擋塊(8)、質(zhì)量塊梳齒(9)、驅(qū)動梳齒(10)以及驅(qū)動梳齒錨點(11)；

質(zhì)量塊(4)通過質(zhì)量塊框架(3)和可動結(jié)構(gòu)彈性梁(2)連結(jié)到固定錨區(qū)(1)，固定于襯底上，并通過電極引出到結(jié)構(gòu)外部；第一止擋塊(6)、第二止擋塊(7)和第三止擋塊(8)按照距離固定錨區(qū)(1)由遠及近的順序依次設置在止擋塊彈性梁(5)上，止擋塊彈性梁(5)連結(jié)到固定錨區(qū)(1)；

驅(qū)動梳齒(10)連結(jié)到驅(qū)動梳齒錨點(11)，固定于襯底上，并通過電極引出到結(jié)構(gòu)外部；質(zhì)量塊框架(3)上連結(jié)有質(zhì)量塊梳齒(9)，質(zhì)量塊梳齒(9)與驅(qū)動梳齒(10)間構(gòu)成正對面積可變的驅(qū)動電容。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)，其特征在于：在質(zhì)量塊梳齒(9)和驅(qū)動梳齒(10)構(gòu)成的驅(qū)動電容上，施加高壓直流和高頻交流信號，對質(zhì)量塊框架(3)及質(zhì)量塊(4)提供靜電力，使其在水平方向振動；調(diào)節(jié)高頻交流信號的頻率，使其與結(jié)構(gòu)固有振動頻率一致，產(chǎn)生共振，達到最大振幅。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)，其特征在于：結(jié)構(gòu)固有振動頻率由可動結(jié)構(gòu)彈性梁(2)與可動結(jié)構(gòu)總質(zhì)量決定。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)，其特征在于：當MEMS可動結(jié)構(gòu)在水平方向上受到?jīng)_擊或驅(qū)動力過大，造成位移過大時，質(zhì)量塊(4)會與第一止擋塊(6)、第二止擋塊(7)和第三止擋塊(8)產(chǎn)生接觸；止擋塊彈性梁(5)發(fā)生彈性形變，起到緩沖和降低沖擊力的作用，避免結(jié)構(gòu)損傷，并防止結(jié)構(gòu)粘連。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一止擋塊(6)、第二止擋塊(7)、第三止擋塊(8)與質(zhì)量塊(4)連結(jié)在相同的固定錨區(qū)(1)上，具有相同的電位，結(jié)構(gòu)撞擊時不會發(fā)生電學短路。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一止擋塊(6)、第二止擋塊(7)和第三止擋塊(8)具有不同的尺寸，距離固定錨區(qū)(1)越遠的止擋塊伸出止擋塊彈性梁(5)的長度越長，當質(zhì)量塊(4)運動位移過大時，首先接觸到第一止擋塊(6)，由第一止擋塊(6)提供支撐力，同時支擋塊彈性梁(5)彎曲進行緩沖；

位移繼續(xù)增大，質(zhì)量塊(4)接觸到第二止擋塊(7)，第一止擋塊(6)和第二止擋塊(7)共同提高支撐力，第一止擋塊(6)與第二止擋塊(7)之間止擋塊彈性梁(5)形變保持，形變量等于兩止擋塊伸出止擋塊彈性梁(5)長度差；第二止擋塊(7)與固定錨區(qū)(1)間形變繼續(xù)增大，彈性梁剛度提高；

位移進一步增大時，質(zhì)量塊(4)與第三止擋塊(8)接觸，三個止擋塊共同提供支撐力，第一止擋塊(6)與第三止擋塊(8)間形變保持，形變量等于兩止擋塊伸出止擋塊彈性梁(5)長度差，第一止擋塊(6)與固定錨區(qū)(1)間形變繼續(xù)增大，彈性梁剛度進一步提高。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一止擋塊(6)、第二止擋塊(7)和第三止擋塊(8)伸出止擋塊彈性梁(5)的長度正比于其與固定錨區(qū)(1)距離。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有面內(nèi)止擋的MEMS可動結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一止擋塊(6)、第二止擋塊(7)和第三止擋塊(8)設置為等間距。