[发明专利]基于粘附的双稳态加速度感应微开关

说明书

技术领域

本发明属于电子元器件技术领域，特别涉及感应微开关，可用于汽车的安全气囊及防抱死系统。

技术背景

感应微开关，是由微电子机械系统(简称MEMS)技术加工而成，可以感知加速度，并受控于加速度门限值，经多力耦合作用，执行开关动作。它将传感、控制与执行融为一体，具有体积小、可靠性高、结构简单等特点，因此在航空航天系统、汽车安全气囊及防抱死系统、家用电器等触发领域中，具有强烈需求。

2004年维也纳技术大学研制了一种双质量块-弹簧式感应微开关[Alexander R.Neuhaus，Werner F.Rieder，and Martin Hammerschmidt，Influence of Electrical and Mechanical Parameters on Contact Welding inLow Power Switches，IEEE transactions on components and packagingtechnology，27(1)，2004，4-11]，图1所示。其中右边质量块为固定质量块17，通过过载弹簧14与右基座18连接。左边质量块为感应质量块16，通过连接弹簧11同左基座15相连。图示为“开”状态。当出现水平方向的外界感应加速度时，感应质量块16在感应加速度的作用下，水平移动。当外界感应加速度较大时，感应质量块16克服弹性力约束，撞击到右边的固定质量块17，实现“关”状态。

该微开关存在以下问题：

1)没有阀值加速度限制。在“开”状态，当有外界扰动加速度时，感应质量块克服弹性力就会发生移动，即使没有达到设计要求的阀值感应加速度，感应质量块也会移动，由此造成微开关容易发生“误关”，导致事故发生。

2)无法实现稳态“关”状态。当感应质量块撞击到固定质量块实现“关”功能后，根据弹性碰撞原理，感应质量块会反弹回来，无法实现稳态的“关”状态，只能完成“瞬态闭合”功能。即便外界感应加速度足够大，使感应质量块再次撞击固定质量块实现“关”功能，但当存在外界微扰动时，感应质量块也会和固定质量块脱离开，无法实现“稳态关”功能，从而导致事故发生。

2008年上海交通大学研制的惯性微开关[杨卓青，丁桂甫，蔡豪刚，刘瑞，赵小林，微机电系统惯性电学开关的设计与制作，中国机械工程，19(9)，2008，1132-1136]，如图2所示。该惯性微开关器件基于玻璃基座26上，主要由蛇形弹簧25、质量块可动电极24和弹性梁固定电极23三部分组成。弹性梁固定电极23与质量块可动电极24有一定的距离，保持电路在通常状态下为“断开”状态。当器件在其敏感方向受到外界足够大的加速度作用时，质量块可动电极24快速撞向弹性梁固定电极23，随后又被弹簧迅速拉回，从而实现对外接电路的瞬间通断功能。

该感应微开关存在与图1所示微开关同样的问题。

1)“误关”问题。当质量块可动电极24受到敏感方向的加速度时，虽然没有达到预先设计的阀值加速度值，但质量块可动电极24也会向上冲击，只是存在或不存在撞到弹性梁固定电极23的可能性。这样就导致微开关可能产生“误关”问题。

2)“瞬态闭合”问题。当外界加速度“足够大”时，质量块可动电极24撞击弹性梁固定电极23，实现“关”功能。然而质量块可动电极24又被弹簧迅速拉回来，导致还未实现稳定闭合又立刻断开的问题，即“瞬态闭合”问题。由于弹性梁固定电极23和质量块可动电极24的接触点处存在接触电阻，即薄膜电阻和收缩电阻，这种“瞬态闭合”过程很难保证外界电路的稳定闭合要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于粘附的双稳态加速度感应微开关。利用MEMS部件的粘附效应，在微开关的“开”、“关”两个状态，设定两个稳定平衡态，即当感应加速度未达到设计阀值时，开关不动，以防止“误关”发生；当感应加速度达到设计阀值，开关触发闭合后，微开关处于稳定闭合状态，从而避免“瞬态闭合”问题的出现。

为实现上述目的，本发明的双稳态加速度感应微开关包括：包括感应质量块、支撑梁、和框架，支撑梁的两端固定在框架上，其中框架的上、下端面上分别固定有上顶盖和下底盖，质量块与上顶盖之间的距离：0.1μm≤h≤1μm，质量块的下部沉积有金膜形成动极板，下底盖内侧沉积有金膜形成定极板。

所述的动极板上设有两个触点，该触点采用半球结构。

所述的支撑梁采用两端固结直梁结构。

通常情况下，感应微开关处于“开”的状态，质量块与上顶盖紧贴。感应微开关在外界激励加速度作用下控制其关闭。触发时，质量块撞击下底盖，并与下底盖紧贴。