[发明专利]微电子机械系统开关、运动传感器及运动传感方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子机械系统器件及采用该器件的传感器及传感方法，具体涉及一种微电子机械系统开关、采用该微电子机械系统开关的传感器及传感方法。

背景技术

目前，有大量的电子系统采用电池供电，需对系统的功耗作出严格限制，一个常用的办法就是在不使用该系统的时候，使系统进入“睡眠”状态，即使系统休眠，以降低功耗。系统需要判断何时进入休眠状态，而在休眠状态时，又需要判断何时解除休眠状态，特别是为了解除休眠状态，需要有一低功耗的感应模块在休眠状态下维持工作，以等待发出唤醒命令。

系统被放置起来的时候往往是可以休眠的时候，因此迫切需要一个低功耗的运动传感器。特别是在某些应用中，系统大部分时间都处于休眠状态，一个超低功耗的运动传感器可以大大延长系统的待机时间。

微电子机械系统(MEMS)技术是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术，可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。使用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。

目前，MEMS开关主要有悬浮臂接触式和并联电容式两种形式，其中，悬浮臂接触式开关由悬臂、金属接触点和静电驱动机械部分组成，由静电力使相对刚性的悬臂自由端与衬底材料的倾斜度改变，造成与衬底分离间隙的大小，形成“开”、“关”状态。这种开关需要外加电压驱动，不能用于运动传感。

发明内容

本发明目的是提供一种微电子机械系统开关，可以用于传感运动或重力方位情况，同时提供包括该微电子机械系统开关的运动传感器及运动传感方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微电子机械系统开关，包括基片、锚和悬梁，所述锚固定在基片上，所述悬梁的一端为与锚连接的固定端，所述悬梁的另一端为自由端，悬梁的自由端连接有一质量块，在所述质量块四周，至少一侧设有接触壁，质量块与接触壁间具有间隙；所述质量块与悬梁自由端具有向接触壁方向运动的自由度，在质量块与接触壁相互接触时，该微电子机械系统开关导通。

本发明设计了受重力或其它力的作用可以弯曲的悬梁，悬梁一端与锚相连，另一端与一质量块相连，采用质量块的结构增加悬梁的弯曲度，在质量块两侧或一侧放置接触壁，在悬梁达到一定程度弯曲时，质量块可以与接触壁相接触，形成低阻抗通路，达到开关导通的效果。其中，锚和质量块可以是任意形状的，根据使用场合需要，悬梁可以设有弯曲结构，接触壁的形状和方位也可以变化。

进一步的技术方案，在所述质量块相对的两侧，各设有一所述接触壁，所述质量块与两侧的接触壁之间，分别具有间隙。根据需要，两侧的接触壁可以是分开的，也可以是通过其它方式连在一起的。

上述技术方案中，所述悬梁的宽度小于质量块的宽度。

优选的技术方案，所述悬梁的宽度在1um到3um之间，悬梁的长度在500um到3000um之间。

质量块与接触壁之间的间隙宽度在1um到3um之间。

作为上述技术方案的一种具体应用，一种微电子机械系统运动传感器，包括至少一个上述的微电子机械系统开关。

进一步的技术方案，包括多个所述微电子机械系统开关，各微电子机械系统开关的悬梁之间构成不为零的夹角方式排列。一般地，可以将各开关按某种形式的阵列排列，由于各开关之间具有不为零的夹角，当发生大于某一角度的移动，或者大于某一加速度的运动时，开关阵列的状态会发生改变。

一种优选的技术方案是，设有3个所述微电子机械系统开关，各微电子机械系统开关的悬梁之间按照相互垂直的方式排列。此时，不论如何摆放，至少有一个开关的悬梁与水平面之间的夹角大于或等于45度，开关阵列按照合适的方式排列，可保证在任何情况下，该系统都可以监测到一定角度的运动，或者一定角度的移动。

上述运动传感器可以制作成集成电路。

本发明同时提供了一种运动传感方法，根据所需传感的运动方向或受力方向，设置一个或多个上述的微电子机械系统开关，监测微电子机械系统开关的导通状态的变化，判断是否有运动发生。在不导通时，开关上没有电流流过，而在导通时也仅需要微量电流用于驱动很小的负载电容以提供信号，因而实现了超低功耗的运动传感。