[发明专利]一种石英微开关

说明书

本发明涉及微电子机械系统技术领域，公开了一种石英微开关，该开关包括由下至上通过键合连接的下极板、中间极板和上盖板。其中，中间极板包括中间基板和设置于中间基板下表面的中间电极层；中间基板包括中间边框、质量块和悬臂梁；中间电极层包括设置于质量块的下表面的质量块电极层。下极板包括下基板和设置于下基板的上表面的第二电极层；第二电极层包括导通电极层，导通电极层与质量块电极层相对设置。其中，下基板、上盖板和中间基板的材质均为熔石英；质量块被构造成可在惯性作用下在石英微开关内上下移动，当质量块电极层与导通电极层接触时，第一电极层和第二电极层导通。该开关热应力小、可靠性高，加工工艺简单。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统技术领域，特别涉及一种石英微开关。

背景技术

惯性开关是一种以振动系统中“弹簧-质量-阻尼”为物理模型，以固体质量块为载体感知外界环境中加速度变化，并通过机械接触的方式执行开关通断状态的精密惯性装置。惯性开关是一种无源器件，不受复杂电磁信号的干扰，在武器装备、航空航天、工业等领域中获得广泛应用。

传统的惯性开关采用精密机加的方式加工质量块、壳体、电极、弹簧等零件，再进行装配、调试、筛选。零件特征尺寸在0.1mm～100mm范围，整机体积普遍大于40000mm³。受零件多、装调复杂、体积大等限制，导致其难以在现代化装备向小型化、轻量化、灵巧化方向发展中发挥重要作用。借助于微机电（MEMS）技术的快速发展，传统惯性开关正逐渐由体积小、重量轻、易集成、加工一致性好、免装配的MEMS惯性开关所替代，并在武器装备中获得了应用。

当前，MEMS惯性开关一般为采用金属微电镀方法制备的金属微开关和硅微加工方法制备的硅微开关。金属微开关制备工艺复杂、多层金属堆叠导致的应力失配也为器件的一致性、可靠性带来较多不确定因素；由于硅的绝缘性差，硅微开关的结构中需要在硅表面制作绝缘层，制备工艺复杂。

发明内容

本发明提供一种加工工艺简单且可靠性高的石英微开关。

本发明提供了一种石英微开关，该开关包括下极板、中间极板和上盖板，下极板、中间极板和上盖板由下至上通过键合连接。其中，中间极板包括中间基板和设置于中间基板下表面的中间电极层；中间基板包括中间边框、质量块和悬臂梁，质量块设置于中间边框形成的内侧通孔内，悬臂梁的一端连接至质量块，悬臂梁的另一端连接至中间边框；中间电极层包括电导通的中键合电极层和质量块电极层，中键合电极层设置于中间边框的下表面，质量块电极层设置于质量块的下表面。下极板包括下基板和设置于下基板的上表面的相互电隔离的第一电极层和第二电极层；第一电极层包括下键合电极层，下键合电极层与中键合电极层相对设置且与中键合电极层接触而电导通；第二电极层包括导通电极层，导通电极层与质量块电极层相对设置。其中，下基板、上盖板和中间基板的材质均为熔石英；质量块被构造成可在惯性作用下在石英微开关内上下移动，当质量块电极层与导通电极层接触时，第一电极层和第二电极层导通。

在一些实施例中，下基板的上表面设有位于其中部的第一凹部，上盖板的下表面设有位于其中部的第二凹部，第一凹部和第二凹部适于容纳质量块，导通电极层设置于第一凹部。进一步地，中间边框的厚度与质量块的厚度一致，悬臂梁的厚度小于质量块的厚度。优选地，悬臂梁、中间边框以及质量块三者在厚度方向上的中心平面重合。

在一些实施例中，第一电极层还包括第一引线电极层，第一引线电极层的一端连接至下键合电极层，第一引线电极层的另一端延伸至中间边框的外侧；第二电极层还包括第二引线电极层，第二引线电极层的一端连接至导通电极层，第二引线电极层的另一端延伸至中间边框的外侧。进一步地，下基板还包括用于支撑第一引线电极层、第二引线电极层的引线延伸部，引线延伸部凸出于中间基板。更进一步地，下基板的上表面设置引线凹部，引线凹部与第一凹部连通且延伸至引线延伸部；第二引线电极层沿引线凹部的壁延伸。

可选地，悬臂梁为单直臂悬臂梁，质量块、质量块电极层、导通电极层均被构造成圆形。

本发明的特点及优点包括：