專利名稱：一種微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械開關(guān)，特別是關(guān)于一種微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)。
背景技術(shù)：
從20世紀(jì)80年代末開始，隨著MEMS (Micro-Electro-Mechanical System,微機(jī)電 系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展，各種傳感器實(shí)現(xiàn)了微型化，以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的鎖存開關(guān)裝置由于采 用了標(biāo)準(zhǔn)化的MEMS加工工藝，具有體積小、重量輕、成本低及易集成等優(yōu)點(diǎn)，適于大批量生 產(chǎn)，在汽車安全氣囊、貨物運(yùn)輸、碰撞記錄以及火箭試驗(yàn)、火控系統(tǒng)、引信等領(lǐng)域都有著迫切 的應(yīng)用需求和廣泛的應(yīng)用前景。由于其使用領(lǐng)域廣、需求數(shù)量大并且涉及到設(shè)備和人身安 全，所以微機(jī)械鎖存裝置的設(shè)計(jì)必須要具備高可靠、高性能的特點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，微機(jī)械開 關(guān)主要通過電氣、磁力和機(jī)械三種方式實(shí)現(xiàn)鎖存，但電氣和磁力鎖存都容易受到電磁信號(hào) 的干擾，導(dǎo)致穩(wěn)定性不可靠，電氣鎖存開關(guān)是一種有源器件，會(huì)給設(shè)備增加額外的功耗，磁 力鎖存開關(guān)工藝過于復(fù)雜，成本偏高。機(jī)械鎖存開關(guān)一方面接觸電阻大，允許通過的電流較 小，這樣就難以保證觸頭的接觸可靠性；另一方面，鎖存后觸頭如果受到檢測(cè)質(zhì)量反彈或振 動(dòng)的影響，接觸頭的可靠性就會(huì)降低；此外，上述三種開關(guān)多為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到橫向沖 擊時(shí)難以保障可靠鎖存。因此，本申請(qǐng)人于2008年申請(qǐng)了"一種微機(jī)械鎖存開關(guān)裝置"(申 請(qǐng)?zhí)?00810225700. 5)，雖然避免了上述缺陷，但該開關(guān)上平面觸頭在慣性質(zhì)量偏心運(yùn)動(dòng) (轉(zhuǎn)動(dòng))的影響下，可能會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)接觸現(xiàn)象，影響接觸效果和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接觸可靠性高的微機(jī)械加速 度鎖存開關(guān)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)，其特征 在于它包括一襯底，及相對(duì)于所述襯底X軸對(duì)稱的多個(gè)錨點(diǎn)、觸頭、撓性梁和一慣性質(zhì)量 塊；各所述錨點(diǎn)固定連接在所述襯底上；所述觸頭包括一動(dòng)觸頭、兩分別位于所述動(dòng)觸頭 上方兩側(cè)的頂觸頭、兩分別位于所述動(dòng)觸頭下方兩側(cè)的側(cè)觸頭；所述動(dòng)觸頭的頂部呈凸出 的圓形弧面，兩所述頂觸頭分別與所述動(dòng)觸頭的圓形弧面對(duì)應(yīng)，設(shè)置呈內(nèi)凹的圓形弧面；所 述撓性梁包括兩頂觸頭撓性梁、兩動(dòng)觸頭撓性梁、兩側(cè)觸頭撓性梁和四檢測(cè)撓性梁，每一所 述頂觸頭撓性梁的兩端分別連接一所述錨點(diǎn)和一所述頂觸頭；每一所述動(dòng)觸頭撓性梁兩端 分別連接所述動(dòng)觸頭的一側(cè)和一所述錨點(diǎn)；每一所述側(cè)觸頭撓性梁兩端分別連接一所述錨 點(diǎn)和一所述側(cè)觸頭；每一所述檢測(cè)撓性梁兩端分別連接所述慣性質(zhì)量塊的一側(cè)和一所述錨 點(diǎn)。 它還包括兩個(gè)限制所述兩側(cè)觸頭的反方向位移和所述慣性質(zhì)量塊的橫向轉(zhuǎn)動(dòng)用
的限位器，所述兩限位器設(shè)置在所述側(cè)觸頭與慣性質(zhì)量塊之間。 它還包括兩個(gè)限制所述慣性質(zhì)量塊在非敏感方向上移動(dòng)用的下限位器。 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于本發(fā)明設(shè)置了襯底及相對(duì)于所述襯底x軸對(duì)稱的錨點(diǎn)、觸頭、撓性梁和慣性質(zhì)量塊，且動(dòng)觸頭與頂觸頭組成兩柱面 接觸副，因此不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)可以增加接觸面積，減小接觸電阻，還可以避免由于加工 誤差等原因造成的慣性質(zhì)量偏心運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng))的影響，在此種情況下，平面觸頭可能會(huì)出現(xiàn) 點(diǎn)接觸現(xiàn)象，影響接觸效果和可靠性，而弧形接觸可以在慣性質(zhì)量偏心運(yùn)動(dòng)情況下仍保持 面接觸，提高開關(guān)工作的可靠性和穩(wěn)定性。2、由于本發(fā)明在兩側(cè)觸頭與慣性質(zhì)量塊之間設(shè) 置有限位器，因此當(dāng)慣性質(zhì)量塊和側(cè)觸頭在敏感方向X軸上受到外界觸發(fā)時(shí)，可以防止側(cè) 觸頭在X軸復(fù)位過程中的正向振動(dòng)，從而可以提高接觸和鎖存的可靠性和穩(wěn)定性。3、由于 本發(fā)明在慣性質(zhì)量塊的底端卡設(shè)有兩限位器，因此防止了工作過程中的慣性質(zhì)量塊在非敏 感方向上受到外界觸發(fā)而產(chǎn)生橫向移動(dòng)，進(jìn)一步提高了開關(guān)的可靠性。4、由于本發(fā)明的撓 性梁全部采用線性變形梁，線性結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)鎖存開關(guān)裝置的閾值設(shè)置，進(jìn)而增強(qiáng)了閾值 設(shè)計(jì)的精確性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接觸可靠性高，可以廣泛應(yīng)用在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域中。


圖1是本發(fā)明微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明加速度開關(guān)在沒有受到外界沖擊時(shí)各觸頭的狀態(tài)示意圖 圖3是本發(fā)明加速度開關(guān)不考慮加工誤差等因素，在受到外界沖擊時(shí)各觸頭的狀
態(tài)示意圖 圖4是本發(fā)明加速度開關(guān)考慮在加工誤差等因素導(dǎo)致動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)，在受到外界沖 擊時(shí)各觸頭的狀態(tài)示意圖 圖5是本發(fā)明加速度開關(guān)不考慮加工誤差等因素時(shí)各觸頭的鎖存狀態(tài)示意圖。
圖6是本發(fā)明加速度開關(guān)考慮在加工誤差等因素導(dǎo)致動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各觸頭的鎖 存狀態(tài)示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。 如圖1所示，本發(fā)明包括一襯底1，多個(gè)錨點(diǎn)2、觸頭3、撓性梁4和一慣性質(zhì)量塊 5，各錨點(diǎn)2、觸頭3、撓性梁4和慣性質(zhì)量塊5相對(duì)于襯底1的X軸對(duì)稱設(shè)置，各錨點(diǎn)2均固 定連接在襯底1上。在襯底1所在的平面內(nèi)，定義上述的X軸沿上述平面的縱向方向，X軸 的正向?yàn)檠厣鲜銎矫娴目v向向下方向，負(fù)向?yàn)檠厣鲜銎矫娴目v向向上方向；Y軸為上述平 面的橫向方向。 如圖1、圖2所示，本發(fā)明的觸頭3包括兩個(gè)頂觸頭31、一個(gè)動(dòng)觸頭32和兩個(gè)側(cè)觸 頭33，兩頂觸頭31分別位于動(dòng)觸頭32的上方兩側(cè)，兩側(cè)觸頭33分別位于動(dòng)觸頭33的下 方兩側(cè)。動(dòng)觸頭32的頂部呈凸出的圓形弧面，兩個(gè)頂觸頭31分別與動(dòng)觸頭32的圓形弧面 對(duì)應(yīng)，設(shè)置呈內(nèi)凹的圓形弧面，使兩個(gè)頂觸頭31與動(dòng)觸頭31形成兩對(duì)接觸良好的柱面接觸 副，從而減小了接觸電阻、增大了許用電流，保證了接觸的可靠性。 如圖1所示，本發(fā)明的撓性梁4包括兩根頂觸頭撓性梁41、兩根動(dòng)觸頭撓性梁42、 兩根側(cè)觸頭撓性梁43和四根檢測(cè)撓性梁44。每一根頂觸頭撓性梁41的一端連接一錨點(diǎn) 2，另一端連接一頂觸頭31 ;每一根動(dòng)觸頭撓性梁42的一端連接動(dòng)觸頭32的一側(cè)，另一端 連接一錨點(diǎn)2 ;每一根側(cè)觸頭撓性梁43的一端連接一個(gè)錨點(diǎn)2，另一端連接一個(gè)側(cè)觸頭33 ;
4每一根檢測(cè)撓性梁44的一端連接慣性質(zhì)量塊5的一側(cè)，另一端連接一錨點(diǎn)2。 上述實(shí)施例中，本發(fā)明還可以包括兩個(gè)限位器6，分別設(shè)置在兩側(cè)觸頭33與慣性
質(zhì)量塊5之間，用于限制側(cè)觸頭33反方向上的位移和慣性質(zhì)量塊5的平面轉(zhuǎn)動(dòng)。 上述各實(shí)施例中，為了防止工作過程中的慣性質(zhì)量塊5在Y軸方向，即非敏感方向
上受到外界觸發(fā)而產(chǎn)生橫向移動(dòng)，本發(fā)明還可以設(shè)置兩限位器7，兩限位器7均卡設(shè)在慣性
質(zhì)量塊5的底端。 上述各實(shí)施例中，襯底1可以采用硅、玻璃或二氧化硅等材料制成，錨點(diǎn)2、撓性梁
4、 限位器6和限位器7均可以采用硅或鈦等材料制成。各撓性梁4均為線性變形梁，由于 線性變形梁比非線性變形梁更有利于鎖存閾值的精確設(shè)置，這樣可以增加本發(fā)明微機(jī)械加 速度鎖存開關(guān)的精確性，同時(shí)也減小了加工難度。 慣性質(zhì)量塊5用于測(cè)量敏感物體的加速度時(shí)，加速度的鎖存閾值通過合理設(shè)計(jì)開 關(guān)的彈性梁剛度、慣性質(zhì)量、動(dòng)觸頭與側(cè)觸頭敏感方向的間隙及各自尺寸來設(shè)定，本發(fā)明的 工作情況如下 如圖2所示，在沒有外來施力觸發(fā)慣性質(zhì)量塊5產(chǎn)生加速度的情況下，慣性質(zhì)量塊
5、 頂觸頭31、動(dòng)觸頭32、側(cè)觸頭33之間是相互分離的。 如圖3所示，當(dāng)襯底1受到敏感方向沿X軸正向的加速度時(shí)，由于慣性，慣性質(zhì)量 塊5塊將相對(duì)于襯底1沿X軸負(fù)向方向運(yùn)動(dòng)。在加速度作用下，慣性質(zhì)量塊5推動(dòng)動(dòng)觸頭 32沿X軸負(fù)向方向運(yùn)動(dòng)，動(dòng)觸頭32推動(dòng)頂觸頭31X軸負(fù)向移動(dòng)的同時(shí)推動(dòng)側(cè)觸頭33向兩 側(cè)打開，此時(shí)，動(dòng)觸頭32與慣性質(zhì)量塊5、頂觸頭31、側(cè)觸頭33同時(shí)接觸。如圖4所示，當(dāng) 由于加工誤差等原因造成動(dòng)觸頭32在沿X軸負(fù)向方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于頂觸頭31和 動(dòng)觸頭32組成了兩對(duì)柱面接觸副，因此仍能保證動(dòng)觸頭32與頂觸頭1和側(cè)觸頭33之一可 靠接觸。 當(dāng)加速度達(dá)到設(shè)定的鎖存閾值時(shí)，動(dòng)觸頭32繼續(xù)沿X軸負(fù)向方向運(yùn)動(dòng)、越過側(cè)觸 頭33。隨后，側(cè)觸頭撓性梁43的彈性力作用下復(fù)位并阻止動(dòng)觸頭32復(fù)位，此時(shí)，加速度開 關(guān)實(shí)現(xiàn)鎖存。如圖5所示，當(dāng)加速度下降到小于設(shè)定的鎖存閾值時(shí)，一方面動(dòng)觸頭32與側(cè) 觸頭33和頂觸頭31同時(shí)保持接觸，使得側(cè)觸頭33和頂觸頭31與動(dòng)觸頭32的多點(diǎn)進(jìn)行接 觸，以減小接觸電阻、增大許用電流并提高接觸的可靠性；另一方面，慣性質(zhì)量塊5與動(dòng)觸 頭32分離，各觸頭不再受慣性質(zhì)量塊5的振動(dòng)、反彈等的影響，從而進(jìn)一步提高了接觸的可 靠性。如圖6所示，當(dāng)由于加工誤差等原因造成動(dòng)觸頭32在沿X軸負(fù)向方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)發(fā) 生轉(zhuǎn)動(dòng)，由于頂觸頭31和動(dòng)觸頭33組成兩對(duì)柱面接觸副，因此仍能保證動(dòng)觸頭32與頂觸 頭1和側(cè)觸頭33之一可靠接觸。 上述各實(shí)施例中，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本 發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之外。
權(quán)利要求
一種微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)，其特征在于它包括一襯底，及相對(duì)于所述襯底x軸對(duì)稱的多個(gè)錨點(diǎn)、觸頭、撓性梁和一慣性質(zhì)量塊；各所述錨點(diǎn)固定連接在所述襯底上；所述觸頭包括一動(dòng)觸頭、兩分別位于所述動(dòng)觸頭上方兩側(cè)的頂觸頭、兩分別位于所述動(dòng)觸頭下方兩側(cè)的側(cè)觸頭；所述動(dòng)觸頭的頂部呈凸出的圓形弧面，兩所述頂觸頭分別與所述動(dòng)觸頭的圓形弧面對(duì)應(yīng)，設(shè)置呈內(nèi)凹的圓形弧面；所述撓性梁包括兩頂觸頭撓性梁、兩動(dòng)觸頭撓性梁、兩側(cè)觸頭撓性梁和四檢測(cè)撓性梁，每一所述頂觸頭撓性梁的兩端分別連接一所述錨點(diǎn)和一所述頂觸頭；每一所述動(dòng)觸頭撓性梁兩端分別連接所述動(dòng)觸頭的一側(cè)和一所述錨點(diǎn)；每一所述側(cè)觸頭撓性梁兩端分別連接一所述錨點(diǎn)和一所述側(cè)觸頭；每一所述檢測(cè)撓性梁兩端分別連接所述慣性質(zhì)量塊的一側(cè)和一所述錨點(diǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)，其特征在于它還包括兩個(gè)限制所述兩側(cè)觸頭的反方向位移和所述慣性質(zhì)量塊的橫向轉(zhuǎn)動(dòng)用的限位器，所述兩限位器設(shè)置在所述側(cè)觸頭與慣性質(zhì)量塊之間。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)，其特征在于它還包括兩個(gè)限制所述慣性質(zhì)量塊在非敏感方向上移動(dòng)用的下限位器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械加速度鎖存開關(guān)，它包括襯底，及相對(duì)于襯底x軸對(duì)稱的多個(gè)錨點(diǎn)、觸頭、撓性梁和慣性質(zhì)量塊；各錨點(diǎn)固定連接在襯底上；觸頭包括動(dòng)觸頭、兩分別位于動(dòng)觸頭上方兩側(cè)的頂觸頭、兩分別位于動(dòng)觸頭下方兩側(cè)的側(cè)觸頭；動(dòng)觸頭的頂部呈凸出的圓形弧面，兩頂觸頭分別與動(dòng)觸頭的圓形弧面對(duì)應(yīng)，設(shè)置呈內(nèi)凹的圓形弧面；撓性梁包括頂觸頭撓性梁、動(dòng)觸頭撓性梁、側(cè)觸頭撓性梁和四檢測(cè)撓性梁，各頂觸頭撓性梁的兩端分別連接錨點(diǎn)和頂觸頭；各動(dòng)觸頭撓性梁兩端分別連接動(dòng)觸頭的一側(cè)和錨點(diǎn)；每一側(cè)觸頭撓性梁兩端分別連接錨點(diǎn)和一側(cè)觸頭；每一檢測(cè)撓性梁兩端分別連接慣性質(zhì)量塊的一側(cè)和錨點(diǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接觸可靠性高，可以廣泛應(yīng)用在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)H01H35/14GK101719434SQ200910241709
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者楊振川, 郭中洋, 閆桂珍 申請(qǐng)人:北京大學(xué)