一種基于mems彈簧的微型減振平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機電系統(tǒng)MEMS的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于MEMS彈簧的微型減振平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電系統(tǒng)MEMS集微電路和微機械功能為一體,因其體積小、重量輕、功耗低、耐用性好、價格低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用，是未來國民經(jīng)濟和軍事科研領(lǐng)域的新增長點。很多MEMS器件往往需要工作在惡劣的振動環(huán)境下，例如航天器上使用的MEMS器件在發(fā)射過程中會承受20-2000赫茲的隨機振動載荷，而炮射時器件的過載量可達到1000g以上。輕微的振動環(huán)境會影響器件性能，而惡劣的振動環(huán)境甚至會對器件造成永久性的結(jié)構(gòu)損壞，因此需要一個減振平臺對MEMS器件進行振動隔離，保證其在惡劣的振動環(huán)境下能夠正常的工作。
[0003]國內(nèi)外主要采用元件級(Component Level)隔振器來防止高頻沖擊對MEMS器件的損害，這種隔振器能與MEMS器件一起封裝后作為一個元件應(yīng)用。美國的J.Robert Reid和Victor M.Bright等人在1998年首先采用MEMS加工技術(shù)在硅片上制造出了由四個彈性梁組成的MEMS隔振器，通過彈性梁將載有MEMS器件的平臺與邊框連接起來，降低了整個系統(tǒng)的共振頻率，當環(huán)境頻率高于系統(tǒng)共振頻率時MEMS器件受到的振動能夠在一定程度上降低，從而實現(xiàn)振動隔離。
[0004]這種結(jié)構(gòu)雖然簡單，但也存在自身的局限性。由于其阻尼小，受到高頻沖擊時需要很大的振幅才能達到理想的效果，然而過大的振幅可能導(dǎo)致減振結(jié)構(gòu)的損壞。近年來人們對其進行了一些改進，但效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于MEMS彈簧的微型減振平臺，利用三級平面彈簧的協(xié)作減振和兩次完全非彈性碰撞大大增強了系統(tǒng)阻尼，令其針對高頻沖擊有比較明顯的減振效果。
[0006]本發(fā)明的一種基于MEMS彈簧的微型減振平臺主要由三層單元隔振平臺組成，具體結(jié)構(gòu)包括:上層單元隔振平臺，上層平面彈簧，上層減振膠，中層單元隔振平臺，中層平面彈簧，中層減振膠，下層單元隔振平臺，下層平面彈簧和邊框。其中，在每層單元隔振平臺的四周設(shè)置有相應(yīng)的平面彈簧，在上層和中層單元隔振平臺的下表面分別均勻涂有減振膠，在三層平面彈簧的外圍設(shè)置邊框。
[0007]所述的減振平臺中除了減振膠外，其余結(jié)構(gòu)的材料為硅。
[0008]所述的三層單元隔振平臺為正方形平臺，厚度通常在微米到毫米量級。每層之間的間隔由上至下逐層加大，間隔距離通常在微米到毫米量級。每層單元隔振平臺由四個中心對稱的MEMS平面彈簧與邊框連接。上層單元隔振平臺的上表面安裝需要減振的器件，下表面涂減振膠；中層單元隔振平臺的上表面設(shè)有凸臺陣列，下表面涂減振膠；下層單元隔振平臺的上表面設(shè)有凸臺陣列。
[0009]所述的MEMS平面彈簧為L型平面彈簧，U型平面彈簧或蛇型平面彈簧中的一種，厚度與隔振平臺相同，與隔振平臺之間的間隔通常在微米到毫米量級。
[0010]所述的凸臺為圓柱或多邊形柱中的一種，高度通常在微米到毫米量級。
[0011]所述的減振膠為樹脂型或橡膠型材料。均勻涂膠后的厚度通常在微米到毫米量級。
[0012]本發(fā)明涉及的一種基于MEMS彈簧的微型減振平臺由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點:
[0013]I)三層MEMS平面彈簧的形變以及凸臺陣列和減振膠的兩次完全非彈性碰撞可以有效延長撞擊時間并吸收高頻沖擊的能量，以達到隔振的功能。其中，每層MEMS平面彈簧中心對稱，能夠均勻的隔離振動。
[0014]2)凸臺陣列和減振膠撞擊后三層平臺成為一個整體，使系統(tǒng)中彈簧的剛度成倍增力口，改善了原先設(shè)計中阻尼小的問題
[0015]3)若于液體環(huán)境中使用，MEMS平面彈簧與隔振平臺之間的間隔以及每層隔振平臺之間的間隔在高頻沖擊下可以產(chǎn)生較大的滑膜阻尼和壓膜阻尼。
[0016]4)主體結(jié)構(gòu)為硅基材料，可采用MEMS工藝加工，適合大規(guī)模制備。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的基于MEMS彈簧的微型減振平臺的剖視圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的基于MEMS彈簧的微型減振平臺的俯視圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的基于MEMS彈簧的微型減振平臺的中層和下層單元隔振平臺的上表面示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的基于MEMS彈簧的微型減振平臺包括:上層單元隔振平臺1，上層平面彈簧2，上層減振膠3，中層單元隔振平臺4，中層平面彈簧5，中層減振膠6，下層單元隔振平臺7，下層平面彈簧8和邊框9。其中，在每層單元隔振平臺的四周設(shè)置有相應(yīng)的平面彈簧，在上層和中層單元隔振平臺的下表面分別均勻涂有減振膠，在三層平面彈簧的外圍設(shè)置邊框9。
[0022]圖2是本發(fā)明的基于MEMS彈簧的微型減振平臺的俯視圖，可見上層單元隔振平臺1，上層平面彈簧2和邊框9的連接關(guān)系，在上層單元隔振平臺I的四周分別中心對稱的設(shè)置四個平面彈簧，彈簧為L型彈簧梁形狀，可以均勻受力并達到減緩沖擊的作用。
[0023]圖3是本發(fā)明的基于MEMS彈簧的微型減振平臺的中層和下層單元隔振平臺的上表面示意圖，示意了中層單元隔振平臺4，中層平面彈簧5和邊框9的連接關(guān)系，以及下層單元隔振平臺7，下層平面彈簧8和邊框9的連接關(guān)系，與上層平臺類似。由圖可見，在中層和下層單元隔振平臺的上表面上設(shè)置有凸臺陣列，其數(shù)量根據(jù)具體情況和需求而定。
[0024]本實施例中，單元隔振平臺，平面彈簧和邊框的材料選擇為N型單晶硅，減振膠用SU-8光刻膠，彈簧為平面彈簧中剛度較大的L型彈簧，凸臺為圓柱型。其工作過程和原理如下:
[0025]將需要隔振的器件安裝在上層單元隔振平臺I上。當高頻沖擊作用于邊框時，三層單元隔振平臺分別受到三層平面彈簧作用開始運動。上層單元隔振平臺I由于承載了器件而速度較慢，因此會跟中層單元隔振平臺4相撞。撞擊后中層單元隔振平臺4上的凸臺陣列會插入上層減振膠3，既起到緩沖作用，又使兩層減振平臺成為一體共同運動。同理，下層單元隔振平臺7與中層單元隔振平臺4相撞后，下層單元隔振平臺7上的凸臺陣列會插入中層減振膠6。若在液體環(huán)境中使用，高頻沖擊下，MEMS平面彈簧與隔振平臺之間的間隔以及每層隔振平臺之間的間隔可以產(chǎn)生較大的滑膜阻尼和壓膜阻尼。最終，系統(tǒng)的剛度為初始的3倍以上，實現(xiàn)了大阻尼減振，且通過多次小沖擊碰撞吸收了原始高頻沖擊的能量，多元且多級的對需要隔振的器件進行保護。
【主權(quán)項】
1.一種基于MEMS彈簧的微型減振平臺，其特征在于，所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺包括:上層單元隔振平臺1，上層平面彈簧2，上層減振膠3，中層單元隔振平臺4，中層平面彈簧5，中層減振膠6，下層單元隔振平臺7，下層平面彈簧8和邊框9。其中，在每層單元隔振平臺的四周設(shè)置有相應(yīng)的平面彈簧，在上層和中層單元隔振平臺的下表面分別均勻涂有減振膠，在三層平面彈簧的外圍設(shè)置邊框9。
2.如權(quán)利要求1所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺，其特征在于，所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺中除了減振膠外，其余結(jié)構(gòu)的材料為硅。
3.如權(quán)利要求1所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺，其特征在于，所述的三層單元隔振平臺為正方形平臺，厚度通常在微米到毫米量級。每層之間的間隔由上至下逐層加大，間隔距離通常在微米到毫米量級。每層單元隔振平臺由四個中心對稱的MEMS平面彈簧與邊框連接。
4.如權(quán)利要求1所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺，其特征在于，所述的上層單元隔振平臺I的上表面安裝需要減振的器件，下表面涂減振膠。
5.如權(quán)利要求1所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺，其特征在于，所述的中層單元隔振平臺4的下表面涂減振膠，上表面有凸臺陣列，凸臺為圓柱或多邊形柱中的一種，高度通常在微米到毫米量級。
6.如權(quán)利要求1所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺，其特征在于，所述的下層單元隔振平臺7的上表面有凸臺陣列，凸臺為圓柱或多邊形柱中的一種，高度通常在微米到毫米量級。
7.如權(quán)利要求1所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺，其特征在于，所述的MEMS平面彈簧為L型平面彈簧，U型平面彈簧和蛇型平面彈簧中的一種，厚度與隔振平臺相同，與隔振平臺之間的間隔通常在微米到毫米量級。
8.如權(quán)利要求1所述的基于MEMS彈簧的微型減振平臺，其特征在于，所述的減振膠為樹脂型或橡膠型材料。均勻涂膠后的厚度通常在微米到毫米量級。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MEMS彈簧的微型減振平臺。本發(fā)明的微型減振平臺主要由三層單元隔振平臺組成，上層和中層單元隔振平臺的下表面都均勻涂有減振膠，中層和下層單元隔振平臺的上表面有凸臺陣列，每層單元隔振平臺的四周設(shè)有平面彈簧，平面彈簧的外圍設(shè)有邊框。本發(fā)明的微型減振平臺通過平面彈簧形變及凸臺陣列和減振膠的完全非彈性碰撞，可有效延長撞擊時間并吸收沖擊的能量。凸臺陣列和減振膠撞擊后三層平臺成為一個整體，彈簧剛度成倍增加，實現(xiàn)了大阻尼減振。若在液體環(huán)境中使用，高頻沖擊下平面彈簧與隔振平臺之間的間隔以及每層隔振平臺之間的間隔可以產(chǎn)生較大的滑膜阻尼和壓膜阻尼。其主體結(jié)構(gòu)為硅基材料，適合采用MEMS工藝大規(guī)模制備。
【IPC分類】F16F3-10, F16F15-08
【公開號】CN104864010
【申請?zhí)枴緾N201410058128
【發(fā)明人】徐楷斯, 張威, 蘇衛(wèi)國, 朱寧莉, 萬松
【申請人】北京大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年2月20日