基于阿基米德螺旋线的低g值微惯性开关(英文)

低g值惯性开关是一种对线加速度敏感并在施加的加速度作用下完成闭合的惯性装置。由于微小尺寸的限制,低g值(1-30g)惯性开关只能设计为微质量块和低刚度支撑梁的结构。为了获得低刚度,设计了基于阿基米德螺旋线的平面螺旋梁结构。微开关由一个带触点的基座、一个惯性敏感单元以及框架和封盖组成。惯性敏感单元则由一个居中的质量块和支撑它的螺旋梁组成。在加速度作用下可动的质量块发生位移,与其下的触点接触,实现开关的闭合。惯性敏感单元采用有限元软件ANSYS进行分析,采用UV-LIGA工艺制作。进行了离心试验以获得低g值惯性开关的闭合门限。经3次测试,闭合门限值分别为21.22 ,21 .39和21.20g,平均值为21.27g。测试结果表明,低g值惯性开关具有0.5g的闭合精度,多次测试重复性较好。

基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作

惯性开关是一种感受惯性加速度,执行开关机械动作的精密惯性装置。选用典型的"弹簧-质量-阻尼"结构,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1gn^30gn)微惯性开关。惯性敏感单元由一个方形质量块和支撑它的两根螺旋梁组成,采用ANSYS有限元软件对其进行了仿真分析。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备,划片后芯片尺寸为7 mm×7 mm×1.5 mm。经离心实验测试,微惯性开关的闭合阈值约为4.28gn,导通电阻约为9.3Ω。多次测试结果表明,微惯性开关具有0.5gn的闭合精度,多次测试重复性较好,具有体积小,结构简单,加工容易实现等特点。

应用双埋层SOI工艺制备低g值微惯性开关

采用双埋层SOI(Silicon-On-Insulator)材料,结合KOH腐蚀工艺、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺、阳极键合以及喷雾式涂胶工艺,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关。利用二氧化硅KOH腐蚀/ICP刻蚀自停止的特点,平面矩形螺旋梁厚度的精度为±0.46μm。分析了双埋层SOI材料的电学特性,采用等电位技术,实现了双埋层SOI与上下两层硼硅玻璃的阳极键合。采用玻璃无掩模湿法腐蚀技术,在玻璃封盖底部设计制作了大小为200μm×200μm的防粘连凸台,解决了芯片在清洗干燥过程中的粘连问题。采用ICP刻蚀用硅衬片方法,解决了ICP刻蚀工艺中高温导致的金硅共晶合金问题。实验验证显示,提出的方法效果较好,芯片成品率得到较大提高,为大批量地研制低g值微惯性开关提供了可靠的工艺基础。

基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关的研制

以弹性材料单晶硅为结构材料,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1 g～30 g)微惯性开关.根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导得到了惯性开关闭合阈值的计算公式,其计数结果与ANSYS有限元分析结果的相对误差小于3%.为提高低g值微惯性开关的环境适应能力,提出双触点和低频弹簧-质量的结构设计方案.为提高结构尺寸的加工精度,提出基于双埋层SOI的低g值微惯性开关加工工艺方案.采用KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备,划片后芯片尺寸为7mm×7mm×1.3mm.经离心试验测试,微惯性开关的闭合阈值为6.45 g,具有优于±0.5 g的闭合精度.通过随机振动和高温等环境试验后,2只微惯性开关样品闭合阈值的变化量小于0.5 g,表明微惯性开关具有较好的环境适应能力和机械性能.

低g值微惯性开关单向敏感性设计与分析

选用典型的"弹簧-质量"系统,基于平面矩形螺旋梁结构,研制了一种具有良好单向敏感性的低g值微惯性开关。采用ANSYS有限元软件,对惯性开关的单向敏感性进行了静力学仿真分析。分析结果表明,横向加速度对惯性开关闭合阈值的影响较小。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备。经离心试验测试,微惯性开关的闭合阈值约为12.26g,具有约±0.2g的闭合精度。当横向惯性加速度小于15g时,对其闭合阈值的影响小于0.5g。测试结果表明,微惯性开关具有较好的单向敏感性,多次测试重复性好,具有体积小、结构简单、加工容易实现、环境适应性好等特点。

低g值微惯性开关防粘连结构的设计与制作

低g值微惯性开关是一种感受惯性加速度、执行开关机械动作的精密惯性装置。为了解决开关芯片在清洗干燥过程中的粘连问题,提高器件的成品率,提出了防粘连的梯形凸台结构。该结构尺寸约为135μm×135μm×20μm,采用玻璃无掩膜湿法腐蚀技术在深约85μm的玻璃封盖底部实现。通过减小质量块与玻璃封盖底部的接触面积,弱化液体表面张力和范德华力的影响,避免了粘连现象的发生,使得低g值微惯性开关芯片在清洗干燥环节的合格率约达95%。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,完成了带有防粘连凸台结构的低g值微惯性开关的制作。玻璃无掩膜湿法腐蚀技术具有工艺简单、便于操作等优点,它的成功应用较好地满足了器件产业化的要求,为批量研制低g值微惯性开关提供了可靠的工艺基础。