專利名稱：一種可延長接觸時間的微沖擊開關及其制備方法
技術領域：
本發明屬于半導體制造技術，具體涉及一種可延長接觸時間的微沖擊開關及其制備方法。
背景技術：
微沖擊開關是應用了多種學科交叉融合并具有戰略意義的微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems)MEMS的前沿高技術,是未來的主導產業之一。基于微機電系統技術的微沖擊開關，相對于傳統精密機械加工的沖擊開關而言，具有成本低、尺寸小、性能可靠等優點，因此廣泛地應用于玩具、汽車、工業等 領域中的振動監測。例如，微沖擊開關可用于汽車安全氣囊系統，以監測車體的意外碰撞情況。現有技術中，微沖擊開關包括鍵合在襯底上的可動電極和固定電極，當可動電極受到沖擊時，彈簧變形，引起可動電極朝著固定電極的方向移動，從而位于可動電極前端的觸點接觸固定電極，開關導通。這種微沖擊開關，由于固定電極與觸點的接觸面剛度很大，因此質量塊的碰撞反彈效應比較嚴重，而且由于沖擊加速度一般不會持續很長時間(往往在兩電極達到穩定接觸之前就已經消失)，所以傳統開關的接觸時間很短，甚至低于10us。然而，信號處理需要一定的時間，如果接觸時間太短，后續電路來不及采集這種開關的信息，從而降低了器件的可靠性。
發明內容
針對以上現有技術中存在的問題，本發明提出一種可延長接觸時間的微沖擊開關及其制備方法，工藝先進，碰撞反彈效應小，接觸時間長，提高了使用過程中器件的可靠性。本發明的一個目的在于提供一種可延長接觸時間的微沖擊開關。本發明的可延長接觸時間的微沖擊開關包括可動電極和固定電極；可動電極進一步包括質量塊、質量塊彈簧、第一錨點和觸點，可動電極通過第一錨點鍵合在襯底上，使得質量塊和質量塊彈簧懸空，在質量塊的前端設置有突出的觸點；固定電極包括第二錨點和懸臂梁，固定電極通過第二錨點鍵合在襯底上，固定電極與觸點的接觸面為懸臂梁，懸臂梁的一端固定在第二錨點上，另一端懸空。當可動電極受到沖擊時，質量塊彈簧變形，引起質量塊朝著固定電極的方向移動，從而位于質量塊的前端的觸點接觸固定電極，開關導通。本發明的微沖擊開關，固定電極與觸點的接觸面采用懸臂梁，由于懸臂梁的剛度低，有效地降低了固定電極與觸點的接觸面的剛度，從而減小了可動電極的碰撞反彈效應，有利于延長沖擊開關的接觸時間。固定電極和可動電極為表面鍍有金屬膜的半導體材料，以實現觸點在接觸固定電極時，固定電極和可動電極導通。進一步，本發明的固定電極與觸點的接觸面為成對的懸臂梁，兩個第二錨點分別位于固定電極的側面的兩端，成對的懸臂梁位于中心的一端懸空，另一端分別固定在兩個第二錨點上，為對稱的結構。這種對稱的結構，使得可動電極在受到沖擊與固定電極接觸時，保持運動軌跡不偏心。再者，本發明的固定電極與觸點的接觸面為多對的懸臂梁，以提高開關的抗過載能力，防止由于沖擊力過大，而導致開關損壞。為了進一步減小可動電極的碰撞反彈效應，本發明的可動電極的質量塊的前端設置有觸點彈簧，從而減小了質量塊的剛度，使得觸點成為可動觸點，進一步有利于延長微沖擊開關的接觸時間。質量塊彈簧或者觸點彈簧為碟形彈簧、環形彈簧、蛇形彈簧和懸臂板彈簧中的一種。本發明的另一個目的在于提供一種可延長接觸時間的微沖擊開關的制備方法。本發明的可延長接觸時間的微沖擊開關的制備方法，包括以下步驟·
I)采用MEMS技術在半導體材料構成的晶片上制作第一錨點和第二錨點；2)將第一錨點和第二錨點與襯底鍵合；3)采用MEMS技術在半導體材料構成的晶片上光刻刻蝕加工質量塊、觸點、質量塊彈簧和懸臂梁；4)在正面鍍金屬膜，以形成固定電極和可動電極的導通。進一步，在步驟3)中，還包括光刻刻蝕加工觸點彈簧。在步驟3)中，光刻刻蝕加工多對懸臂梁。在沒受到外來沖擊時，微沖擊開關的觸點與固定電極不接觸，處于斷開階段。當在微沖擊開關的敏感方向施加沖擊，此時質量塊帶動觸點朝著固定電極的方向運動。而當沖擊的加速度超過閾值時，則觸點與固定電極接觸，微沖擊開關導通。此時固定電極的接觸面剛度小，質量塊和觸點將繼續向前運動并使懸臂梁彎曲，從而增加質量塊在接觸狀態下的運動位移，從而延長接觸時間。最終當加速度減弱，則質量塊會因觸點彈簧和質量塊彈簧的回力沿反方向運動并與固定電極分離，微沖擊開關斷開。本發明的有益效果本發明的微沖擊開關，固定電極采用多對懸臂梁，降低了固定電極的剛度，并在可動電極的質量塊的前端增加了一個觸點彈簧，形成剛度較小的可動觸點，這些結構均有利于增加質量塊在接觸狀態下的運動位移，降低碰撞反彈效應，從而延長接觸時間，提高器件穩定性和可靠性。本發明在汽車、電子、家電、機電等行業和軍事領域有著極為廣闊的應用前景。
圖I為本發明的可延長接觸時間的微沖擊開關的一個實施例的俯視圖；圖2為沿圖I中A-A’線的剖面圖。
具體實施例方式下面結合附圖，通過實施例對本發明做進一步說明。圖I為本發明的可延長接觸時間的微沖擊開關的一個實施例的俯視圖，下層的襯底在圖中未示出。如圖I和圖2所示，本實施例的可延長接觸時間的微沖擊開關的包括可動電極I和固定電極2 ;可動電極I進一步包括質量塊11、質量塊彈簧12、第一錨點13和觸點14，可動電極2通過第一錨點13鍵合在襯底3上，使得質量塊11和質量塊彈簧12懸空，質量塊11的前端設置有突出的觸點14 ;固定電極2包括第二錨點23和懸臂梁21，固定電極2通過第二錨點23鍵合在襯底上，固定電極與觸點的接觸面為三對懸臂梁21。在質量塊11的前端設置有觸點彈簧15。在本實施例中，質量塊彈簧12為蛇形彈簧，觸點彈簧15為環形彈簧。本實施例的可延長接觸時間的微沖擊開關的制備方法包括I)采用MEMS技術在硅片上制作第一錨點13和第二錨點23 ；2)將第一錨點13和第二錨點23與玻璃的襯底3鍵合；3)采用MEMS技術在硅片上光刻刻蝕加工質量塊11、觸點14、質量塊彈簧12、觸點·彈簧15和懸臂梁21 ；4)在正面鍍金的金屬膜,金屬膜厚度為800nm,以形成固定電極2和可動電極I的導通。最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限于實施例所公開的內容，本發明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
權利要求
1.一種微沖擊開關，其特征在于，所述微沖擊開關包括可動電極(I)和固定電極(2);所述可動電極(I)進一步包括質量塊(11)、質量塊彈簧(12)、第一錨點(13)和觸點(14)，所述可動電極(I)通過第一錨點(13)鍵合在襯底上，使得所述質量塊(11)和質量塊彈簧(12)懸空，在所述質量塊(11)的前端設置有突出的觸點(14);所述固定電極(2)包括第二錨點(23)和懸臂梁(21)，所述固定電極(2)通過第二錨點(23)鍵合在襯底上，所述固定電極(2)與觸點(14)的接觸面為懸臂梁(21)，所述懸臂梁(21)的一端固定在第二錨點(23)上，另一端懸空。
2.如權利要求I所述的微沖擊開關，其特征在于，所述固定電極(2)與觸點(14)的接觸面為成對的懸臂梁(21)，兩個第二錨點(23)分別位于固定電極(2)的側面的兩端，成對的懸臂梁(21)位于中心的一端懸空，另一端分別固定在兩個第二錨點(23)上，為對稱的結構。
3.如權利要求2所述的微沖擊開關，其特征在于，所述固定電極(2)與觸點(14)的接觸面為多對的懸臂梁(21)。
4.如權利要求I所述的微沖擊開關，其特征在于，所述質量塊(11)的前端設置有觸點彈簧(15)。
5.如權利要求I所述的微沖擊開關，其特征在于，所述質量塊彈簧(12)為碟形彈簧、環形彈簧、蛇形彈簧和懸臂板彈簧中的一種。
6.如權利要求4所述的微沖擊開關，其特征在于，所述觸點彈簧(15)為碟形彈簧、環形彈簧、蛇形彈簧和懸臂板彈簧中的一種。
7.—種權利要求I所述的微沖擊開關的制備方法，其特征在于，所述制備方法，包括以下步驟 1)采用MEMS技術在半導體材料構成的晶片上制作第一錨點和第二錨點； 2)將第一錨點和第二錨點與襯底鍵合； 3)采用MEMS技術在半導體材料構成的晶片上光刻刻蝕加工質量塊、觸點、質量塊彈簧和懸臂梁； 4)在正面鍍金屬膜，以形成固定電極和可動電極的導通。
8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，還包括光刻刻蝕加工觸點彈黃。
9.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，光刻刻蝕加工多對懸臂
全文摘要
本發明公開了一種可延長接觸時間的微沖擊開關及其制備方法。本發明的微沖擊開關包括可動電極和固定電極；可動電極進一步包括質量塊、質量塊彈簧、第一錨點和觸點；固定電極包括第二錨點和懸臂梁。本發明的微沖擊開關，固定電極采用多對懸臂梁，降低了固定電極的剛度，并在可動電極的質量塊的前端增加了一個觸點彈簧，形成剛度較小的可動觸點，這些結構均有利于增加質量塊在接觸狀態下的運動位移，降低碰撞反彈效應，從而延長接觸時間，提高器件穩定性和可靠性。本發明在汽車、電子、家電、機電等行業和軍事領域有著極為廣闊的應用前景。
文檔編號H01H35/14GK102938350SQ201210482969
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者張威, 蘇衛國, 鄧康發, 李宋, 周浩楠 申請人:北京大學