[发明专利]一种用于微机电器件的片上应力隔离结构及其设计方法

说明书

本发明涉及一种用于微机电器件的片上应力隔离结构及其设计方法，其特征在于其包括设置在微机电器件结构和外部支承结构之间的至少一个环形隔离子；每一所述环形隔离子均包括一环形结构和对称设置在所述环形结构两侧的对内、对外两个连接端，所述对外连接端用于与所述外部支承结构相连，所述对内连接端用于与所述微机电器件相连。本发明装置结构简单，能够有效隔离微机电器件及封装壳体之间的应力，可以广泛应用于微机电器件的应力隔离领域。

技术领域

本发明属于微机电传感器与执行器、微机电系统技术领域，特别涉及一种用于微机电器件的片上应力隔离结构及其设计方法。

背景技术

微机电器件结构中的应力往往严重地影响器件的性能。例如，有些微机电传感器靠应力效应来敏感物理量，而结构中的应力会直接造成微机电传感器的输出误差；有些传感器和执行器中结构应力的变化会改变微机电器件结构的几何参数，例如结构位置的偏移、角度的偏转，从而改变结构的物理参数模型，间接造成传感器的输出误差。

微机电器件结构中应力的可能来源一是来自于器件外部，通过封装结构传递到器件内部，二是由于微机电器件内部多层结构材料之间热膨胀性能的不匹配而产生应力。

目前，常用的削弱微机电器件结构中应力的方法包括：

1)在微机电器件结构与其封装壳体之间采用弹性金属结构连接，或采用低弹性模量的胶粘接，以削弱通过封装壳体引入的形变和应力；

2)在微机电结构的设计上采用单锚点支承结构，或缩小各锚点之间的距离，以减小内部应力的产生。

然而，采用弹性结构连接微机电器件结构与封装壳体的方法会增大微机电器件的体积；采用单锚点支承或缩小各锚点之间的距离的方法则受微机电结构本身功能和性能设计的限制，难以用于复杂的微机电结构。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于微机电器件的片上应力隔离结构及其设计方法，采用环形结构实现微机电器件的应力隔离。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种用于微机电器件的片上应力隔离结构，其包括设置在微机电器件结构和外部支承结构之间的至少一个环形隔离子；每一所述环形隔离子均包括一环形结构和对称设置在所述环形结构两侧的对内、对外两个连接端，所述对外连接端用于与所述外部支承结构相连，所述对内连接端用于与所述微机电器件相连。

进一步的，所述环形隔离子的制作材料与所述微机电器件的制作材料相同。

进一步的，所述环形隔离子上还设置有多个其他连接端，各所述其他连接端均匀分布在所述环形结构外侧。

进一步的，所述环形结构包括圆形环结构和矩形环结构。

进一步的，所述矩形环结构的对内、对外连接端分别设置在所述矩形环的两长边上。

本发明的另一个方面，是提供一种用于微机电器件的片上应力隔离结构的设计方法，其包括以下步骤：

1)分别对不同类型的环形隔离子进行刚度特性分析，得到不同类型环形隔离子的在平面内两个垂直方向上的刚度值分析结果；

2)根据得到的不同类型环形隔离子的刚度值分析结果以及其与需要削弱应力的微机电器件的连接关系，对环形隔离子的结构参数进行设计。

进一步的，所述步骤1)中，分别对不同类型的环形隔离子进行刚度特性分析，得到不同类型环形隔离子的刚度值分析结果的方法为：

首先，将不同类型的环形隔离子的对外连接端固定，然后在环形隔离子的对内连接端施加平均分布的力载荷；

然后，以环形隔离子的对内连接端的形心在x和y两个方向上的位移作为变形量；