[发明专利]一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术，具体涉及一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法。

背景技术

微冲击开关是应用了多种学科交叉融合并具有战略意义的微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）MEMS的前沿高技术，是未来的主导产业之一。基于微机电系统技术的微冲击开关，相对于传统精密机械加工的冲击开关而言，具有成本低、尺寸小、性能可靠等优点，因此广泛地应用于玩具、汽车、工业等领域中的振动监测。例如，微冲击开关可用于汽车安全气囊系统，以监测车体的意外碰撞情况。

现有技术中，微冲击开关包括键合在衬底上的可动电极和固定电极，当可动电极受到冲击时，弹簧变形，引起可动电极朝着固定电极的方向移动，从而位于可动电极前端的触点接触固定电极，开关导通。这种微冲击开关，由于固定电极与触点的接触面刚度很大，因此质量块的碰撞反弹效应比较严重，而且由于冲击加速度一般不会持续很长时间（往往在两电极达到稳定接触之前就已经消失），所以传统开关的接触时间很短，甚至低于10us。然而，信号处理需要一定的时间，如果接触时间太短，后续电路来不及采集这种开关的信息，从而降低了器件的可靠性。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出一种可延长接触时间的微冲击开关及其制备方法，工艺先进，碰撞反弹效应小，接触时间长，提高了使用过程中器件的可靠性。

本发明的一个目的在于提供一种可延长接触时间的微冲击开关。

本发明的可延长接触时间的微冲击开关包括：可动电极和固定电极；可动电极进一步包括质量块、质量块弹簧、第一锚点和触点，可动电极通过第一锚点键合在衬底上，使得质量块和质量块弹簧悬空，在质量块的前端设置有突出的触点；固定电极包括第二锚点和悬臂梁，固定电极通过第二锚点键合在衬底上，固定电极与触点的接触面为悬臂梁，悬臂梁的一端固定在第二锚点上，另一端悬空。

当可动电极受到冲击时，质量块弹簧变形，引起质量块朝着固定电极的方向移动，从而位于质量块的前端的触点接触固定电极，开关导通。本发明的微冲击开关，固定电极与触点的接触面采用悬臂梁，由于悬臂梁的刚度低，有效地降低了固定电极与触点的接触面的刚度，从而减小了可动电极的碰撞反弹效应，有利于延长冲击开关的接触时间。

固定电极和可动电极为表面镀有金属膜的半导体材料，以实现触点在接触固定电极时，固定电极和可动电极导通。

进一步，本发明的固定电极与触点的接触面为成对的悬臂梁，两个第二锚点分别位于固定电极的侧面的两端，成对的悬臂梁位于中心的一端悬空，另一端分别固定在两个第二锚点上，为对称的结构。这种对称的结构，使得可动电极在受到冲击与固定电极接触时，保持运动轨迹不偏心。

再者，本发明的固定电极与触点的接触面为多对的悬臂梁，以提高开关的抗过载能力，防止由于冲击力过大，而导致开关损坏。

为了进一步减小可动电极的碰撞反弹效应，本发明的可动电极的质量块的前端设置有触点弹簧，从而减小了质量块的刚度，使得触点成为可动触点，进一步有利于延长微冲击开关的接触时间。

质量块弹簧或者触点弹簧为碟形弹簧、环形弹簧、蛇形弹簧和悬臂板弹簧中的一种。

本发明的另一个目的在于提供一种可延长接触时间的微冲击开关的制备方法。

本发明的可延长接触时间的微冲击开关的制备方法，包括以下步骤：

1）采用MEMS技术在半导体材料构成的晶片上制作第一锚点和第二锚点；

2）将第一锚点和第二锚点与衬底键合；

3）采用MEMS技术在半导体材料构成的晶片上光刻刻蚀加工质量块、触点、质量块弹簧和悬臂梁；

4）在正面镀金属膜，以形成固定电极和可动电极的导通。

进一步，在步骤3）中，还包括光刻刻蚀加工触点弹簧。

在步骤3）中，光刻刻蚀加工多对悬臂梁。

在没受到外来冲击时，微冲击开关的触点与固定电极不接触，处于断开阶段。当在微冲击开关的敏感方向施加冲击，此时质量块带动触点朝着固定电极的方向运动。而当冲击的加速度超过阈值时，则触点与固定电极接触，微冲击开关导通。此时固定电极的接触面刚度小，质量块和触点将继续向前运动并使悬臂梁弯曲，从而增加质量块在接触状态下的运动位移，从而延长接触时间。最终当加速度减弱，则质量块会因触点弹簧和质量块弹簧的回力沿反方向运动并与固定电极分离，微冲击开关断开。

本发明的有益效果：