[實(shí)用新型]一種質(zhì)量離散化的MEMS器件抗沖擊結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202020647545.2
• 申請(qǐng)日: 2020-04-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN212198497U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鳳瑞;周銘;商興蓮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第二一四研究所蘇州研發(fā)中心
• 主分類號(hào): B81B7/00
• 分類號(hào): B81B7/00;B81B7/02
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 耿英

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種質(zhì)量離散化的MEMS器件抗沖擊結(jié)構(gòu)，將MEMS器件敏感結(jié)構(gòu)中的質(zhì)量塊離散為多個(gè)子質(zhì)量塊，各子質(zhì)量塊分別由獨(dú)立的彈性梁支撐在襯底上；各子質(zhì)量塊分別對(duì)應(yīng)設(shè)置檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)信號(hào)的子檢測(cè)電極；位于各子質(zhì)量塊同一偏轉(zhuǎn)方向側(cè)的各子檢測(cè)電極串聯(lián)連接。本實(shí)用新型通過(guò)將質(zhì)量塊離散成各子質(zhì)量塊，使各子質(zhì)量塊的質(zhì)量、面積進(jìn)行了減小，對(duì)應(yīng)的沖擊加速度在子質(zhì)量塊上產(chǎn)生的慣性力也相應(yīng)的減小。通過(guò)合理設(shè)計(jì)，單個(gè)子質(zhì)量塊的抗沖擊能力較原有整體質(zhì)量塊大幅提升。該方法不僅可以提高M(jìn)EMS器件的抗沖擊能力，也可用于抑制MEMS器件敏感結(jié)構(gòu)受加速度影響而產(chǎn)生的g靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電子領(lǐng)域，具體涉及一種MEMS器件的抗沖擊結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

MEMS傳感器通過(guò)測(cè)量微小敏感結(jié)構(gòu)的某種變化來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)待測(cè)量的測(cè)量。MEMS(Micro Electro Mechanical System)傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)。MEMS傳感器按其感知量可以分為MEMS力學(xué)傳感器、MEMS化學(xué)傳感器、MEMS生物傳感器、MEMS流量傳感器等。

MEMS慣性傳感器是一種應(yīng)用極為廣泛的MEMS力學(xué)傳感器。MEMS慣性傳感器包括檢測(cè)加速度的MEMS加速度傳感器和檢測(cè)角速度的MEMS陀螺儀，其可廣泛的應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，其主要應(yīng)用于先進(jìn)的自動(dòng)安全系統(tǒng)、高性能的導(dǎo)航系統(tǒng)、航行穩(wěn)定性、翻滾的檢測(cè)和預(yù)防、以及安全氣囊和制動(dòng)系統(tǒng)。在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，主要應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦等數(shù)碼產(chǎn)品、攝影器材中的圖像穩(wěn)定、虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品以及計(jì)算機(jī)游戲。在軍事應(yīng)用方面，主要運(yùn)用于彈藥的慣性制導(dǎo)、飛行器的導(dǎo)航和姿態(tài)控制、平臺(tái)穩(wěn)定、便攜式單兵導(dǎo)航等。

在一些大沖擊和強(qiáng)振動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合，MEMS傳感器需具備相應(yīng)的抗沖擊能力才能保證器件不發(fā)生失效或性能退化，實(shí)現(xiàn)惡劣環(huán)境下對(duì)被測(cè)量的測(cè)量感知。

現(xiàn)有技術(shù)及存在的不足：

為解決大沖擊和強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下，MEMS器件易發(fā)生失效或性能退化的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員提出了多種解決途徑：

實(shí)用新型專利申請(qǐng)《一種帶聲學(xué)腔的電容式加速度傳感器》提出在加速度傳感器敏感結(jié)構(gòu)的背面設(shè)計(jì)加工出帶有阻尼孔和限位凸點(diǎn)的背極板。通過(guò)綜合運(yùn)用背極板上的阻尼孔調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻尼，同時(shí)利用限位凸點(diǎn)防止過(guò)載時(shí)的粘附，提高了電容式加速度傳感器抗強(qiáng)沖擊的能力。

實(shí)用新型專利申請(qǐng)《一種抗高過(guò)載的MEMS陀螺》提出在陀螺質(zhì)量塊的四周對(duì)稱分布帶有防撞凸點(diǎn)的固定塊，同時(shí)在質(zhì)量塊中心掏空區(qū)域設(shè)置帶有防撞凸點(diǎn)的中心固定塊，質(zhì)量塊采用網(wǎng)格空腔設(shè)計(jì)，提高陀螺抗過(guò)載能力。

實(shí)用新型專利申請(qǐng)《防止MEMS組件過(guò)渡移動(dòng)的裝置》提出一種防止MEMS器件損壞的止動(dòng)裝置，該止動(dòng)裝置設(shè)置在MEMS器件的上方，實(shí)現(xiàn)限制MEMS麥克風(fēng)背板的超幅值移動(dòng)。

實(shí)用新型專利申請(qǐng)《微機(jī)電系統(tǒng)器件、減速擋塊、減輕沖擊的方法及陀螺儀》、歐洲專利申請(qǐng)EP2146182A1《Multistage Proof-mass movement deceleration within memsstructure》提出從質(zhì)量塊上延伸出至少一個(gè)減速梁。減速梁與減速凹槽構(gòu)造成減速結(jié)構(gòu)，使得陀螺梳齒結(jié)構(gòu)在沖擊條件下發(fā)生碰撞之前得以減速或停止。

美國(guó)專利US Patent 8596123B2《MEMS Device with Impacting Structure forEnhanced Resistance Stiction》提出了一種“T”型的垂直止擋結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)限制質(zhì)量塊垂直方向運(yùn)動(dòng)位移的目的。

美國(guó)專利US Patent 5111693《Motion Restraints for MicromechanicalDevices》提出了在運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)與止擋結(jié)構(gòu)之間加工一層特殊材料，例如金，防止運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)與止擋結(jié)構(gòu)在碰撞接觸后發(fā)生粘連。止擋結(jié)構(gòu)為由襯底沉積生長(zhǎng)出的懸臂梁結(jié)構(gòu)或柱帽型結(jié)構(gòu)。