[发明专利]一种基于MEMS弹簧的微型减振平台

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统MEMS的技术领域，具体涉及一种基于MEMS弹簧的微型减振平台。

背景技术

微机电系统MEMS集微电路和微机械功能为一体，因其体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、性能稳定等优点而广泛应用，是未来国民经济和军事科研领域的新增长点。很多MEMS器件往往需要工作在恶劣的振动环境下，例如航天器上使用的MEMS器件在发射过程中会承受20-2000赫兹的随机振动载荷，而炮射时器件的过载量可达到10000g以上。轻微的振动环境会影响器件性能，而恶劣的振动环境甚至会对器件造成永久性的结构损坏，因此需要一个减振平台对MEMS器件进行振动隔离，保证其在恶劣的振动环境下能够正常的工作。

国内外主要采用元件级(Component Level)隔振器来防止高频冲击对MEMS器件的损害，这种隔振器能与MEMS器件一起封装后作为一个元件应用。美国的J.Robert Reid和Victor M.Bright等人在1998年首先采用MEMS加工技术在硅片上制造出了由四个弹性梁组成的MEMS隔振器，通过弹性梁将载有MEMS器件的平台与边框连接起来，降低了整个系统的共振频率，当环境频率高于系统共振频率时MEMS器件受到的振动能够在一定程度上降低，从而实现振动隔离。

这种结构虽然简单，但也存在自身的局限性。由于其阻尼小，受到高频冲击时需要很大的振幅才能达到理想的效果，然而过大的振幅可能导致减振结构的损坏。近年来人们对其进行了一些改进，但效果并不理想。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于MEMS弹簧的微型减振平台，利用三级平面弹簧的协作减振和两次完全非弹性碰撞大大增强了系统阻尼，令其针对高频冲击有比较明显的减振效果。

本发明的一种基于MEMS弹簧的微型减振平台主要由三层单元隔振平台组成，具体结构包括：上层单元隔振平台，上层平面弹簧，上层减振胶，中层单元隔振平台，中层平面弹簧，中层减振胶，下层单元隔振平台，下层平面弹簧和边框。其中，在每层单元隔振平台的四周设置有相应的平面弹簧，在上层和中层单元隔振平台的下表面分别均匀涂有减振胶，在三层平面弹簧的外围设置边框。

所述的减振平台中除了减振胶外，其余结构的材料为硅。

所述的三层单元隔振平台为正方形平台，厚度通常在微米到毫米量级。每层之间的间隔由上至下逐层加大，间隔距离通常在微米到毫米量级。每层单元隔振平台由四个中心对称的MEMS平面弹簧与边框连接。上层单元隔振平台的上表面安装需要减振的器件，下表面涂减振胶；中层单元隔振平台的上表面设有凸台阵列，下表面涂减振胶；下层单元隔振平台的上表面设有凸台阵列。

所述的MEMS平面弹簧为L型平面弹簧，U型平面弹簧或蛇型平面弹簧中的一种，厚度与隔振平台相同，与隔振平台之间的间隔通常在微米到毫米量级。

所述的凸台为圆柱或多边形柱中的一种，高度通常在微米到毫米量级。

所述的减振胶为树脂型或橡胶型材料。均匀涂胶后的厚度通常在微米到毫米量级。

本发明涉及的一种基于MEMS弹簧的微型减振平台由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1)三层MEMS平面弹簧的形变以及凸台阵列和减振胶的两次完全非弹性碰撞可以有效延长撞击时间并吸收高频冲击的能量，以达到隔振的功能。其中，每层MEMS平面弹簧中心对称，能够均匀的隔离振动。

2)凸台阵列和减振胶撞击后三层平台成为一个整体，使系统中弹簧的刚度成倍增加，改善了原先设计中阻尼小的问题

3)若于液体环境中使用，MEMS平面弹簧与隔振平台之间的间隔以及每层隔振平台之间的间隔在高频冲击下可以产生较大的滑膜阻尼和压膜阻尼。

4)主体结构为硅基材料，可采用MEMS工艺加工，适合大规模制备。

附图说明

图1是本发明的基于MEMS弹簧的微型减振平台的剖视图；

图2是本发明的基于MEMS弹簧的微型减振平台的俯视图；

图3是本发明的基于MEMS弹簧的微型减振平台的中层和下层单元隔振平台的上表面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明进行详细的描述。