[发明专利]加速度开关及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机械传感器领域，特别是涉及一种加速度开关及其控制方法。

背景技术

随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）技术的发展，以MEMS技术为基础的锁存式微型加速度开关由于具有体积小、质量轻、成本低、功耗低等显著优点，在汽车安全气囊、运输过程监控、冲击记录、引信安全保险机构等领域有着广泛且重要的应用需求。

现有技术中的锁存式微型加速度开关主要通过机械、双稳态和液态三种方式实现。但机械与液态锁存式开关解锁结构复杂，故多为一次性开关，不能反复利用；双稳态锁存式开关只有特定结构才能产生双稳态特性，导致结构设计欠灵活且MEMS加工难实现。因此，一种设计加工实现相对简单，同时还可反复利用的锁存式微型加速度开关成为了发展的必然趋势。

静电力作用可使结构保持闭合状态，但现有技术中的基于静电吸合效应的微型加速度开关主要侧重于实现对开关阈值的调控，且该开关均采用压迫式接触结构。

如图1所示，现有技术中的压迫式接触结构的结构示意图，其中A为压迫式接触结构，14为硅，15为玻璃，16为硅上金属，17为玻璃上金属。请参考图1，通过键合玻璃上的金属压焊盘将硅结构上的信号引出，解决键合技术中硅结构引线困难的问题，其基本原理如下：在硅加工过程中，结构被沉积一层金属并合金化，形成良好的欧姆接触，然后该部分在键合工艺中压在玻璃上的金属层上，从而形成从硅结构到玻璃上压焊盘的电学通路。基于静电吸合理论，通过改变该结构电容极板上的偏置电压，可改变开关结构上的静电力作用，进而改变信号触点与信号线间的初始间距，最终实现对开关阈值加速度的调节，并使其具有锁存功能。但该开关在监测加速度信号过程中，将始终保持静电力作用，在有环境电磁场干扰的情况下，无法正确感知加速度信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种加速度开关及其控制方法，以解决现有技术中的静电锁存式加速度开关在有环境电磁场干扰的情况下，无法正确感知加速度信号的问题。

为解决上述技术问题，作为本发明的第一方面，提供了一种加速度开关，包括：固定电极、第一信号线、第二信号线、控制线和绝缘衬底，固定电极、第一信号线、第二信号线和控制线均设置在绝缘衬底上；加速度开关还包括：质量块，质量块具有平衡位置和触碰位置；质量块在平衡位置与绝缘衬底之间具有间隙；加速度开关还包括：信号触点和可动电极，信号触点和可动电极设置在质量块上；当质量块位于触碰位置时，第一信号线通过信号触点与第二信号线连接，控制线与可动电极连接，控制线用于向可动电极施加与固定电极相反的电荷以使质量块锁定在触碰位置。

进一步地，加速度开关还包括：弹性元件，弹性元件在控制线断电时使质量块由触碰位置回复到平衡位置。

进一步地，弹性元件为多个，多个弹性元件沿质量块的周向均匀布置。

进一步地，弹性元件为折叠梁，折叠梁包括多个长梁和多个短梁，相邻两个长梁之间通过一个短梁连接，多个长梁平行地设置。

进一步地，短梁具有直线或弧形结构。

进一步地，加速度开关还包括安装在绝缘衬底上的锚块，弹性元件的一端与锚块连接，另一端与质量块连接。

进一步地，加速度开关还包括：控制触点，当质量块位于触碰位置时，控制线通过控制触点与可动电极连接。

作为本发明的第二方面，提供了一种加速度开关的控制方法，包括：在质量块上设置可动电极；在绝缘衬底上设置固定电极；当质量块在加速度作用下位于触碰位置时，向可动电极施加与固定电极相反的电荷，以使质量块锁存在触碰状态。

进一步地，在绝缘衬底上设置控制线，在质量块上设置控制触点；当质量块位于触碰位置时，可动电极通过控制触点与控制线导通，通过控制线向可动电极施加电荷。

进一步地，将弹性元件的一端与绝缘衬底连接，另一端与质量块连接；弹性元件在控制线断电时使质量块由触碰位置回复到平衡位置。

本发明通过在触碰的过程中，向固定电极和可动电极施加相反电性的电荷，使其保持在锁存状态。在监测加速度信号的过程中，不需要始终保持静电力的作用，可在有环境电磁场干扰的情况下，正确地感知加速度信号，具有结构简单、制作容易、可反复多次使用的特点，可广泛应用在微机电系统领域。

附图说明

图1示意性出了现有技术中的压迫式接触结构的结构示意图；

图2示意性出了本发明的整体结构示意图；

图3示意性出了本发明的固定结构部分示意图；