[发明专利]一种用于微机电器件的非线性弹性约束结构及约束方法

说明书

本发明涉及一种用于微机电器件的非线性弹性约束结构及约束方法，包括如下部件：若干固定体和一梁长约束体；若干直梁，若干所述直梁的第一端分别与若干所述固定体一一对应连接，若干所述直梁的第二端分别与所述梁长约束体连接；当所述直梁与所述梁长约束体连接的端点发生位移时，所述梁长约束体和所述固定体约束所述直梁在长度方向发生变形。本发明的非线性弹性约束结构与线性弹性约束结构相比，在相同的外力冲击下，可以减小可动部分的位移，避免可动部分与保护挡块碰撞，或减小碰撞时的撞击力，更好地保护器件微结构。

技术领域

本发明涉及一种用于微机电器件的非线性弹性约束结构及约束方法，属于微机电传感器与执行器、微机电系统技术领域。

背景技术

很多类型的微机电传感器、执行器，如微加速度计、微陀螺和微镜，其微结构中都需要有可动的部分。一般会设计各种形式的梁为结构提供弹性支承，从而允许部分结构能够在一定范围内实现线位移或角位移。在某些条件下，比如器件在承受大加速度的情况下，其可动结构会发生大的位移，因此可能与结构中固定的部分发生接触甚至碰撞。可动部分与固定部分的接触和碰撞会导致电极间短路甚至结构损坏，因此需要器件在外界冲击或大驱动力作用下防止可动部分发生大位移，从而具备自保护功能。

一种常用的实现器件自保护功能的设计是使用挡块，或称止挡。这种方式是在离开器件可动结构一定距离处设置挡块，可动结构的位移增大时会受限于挡块。挡块和可动部分通常会设计处于同一电位，这样即使它们发生接触也不会造成短路。但是这种方式的缺点是，如果外部冲击力过大，可动结构与挡块会以碰撞的形式发生接触，仍可能损坏结构或在撞击后对器件的性能造成一定程度的影响。

发明内容

针对上述突出问题，本发明提供一种用于微机电器件的非线性弹性约束结构及约束方法，该结构是具有非线性的力-位移关系的弹性约束结构，此种结构在器件可动部分发生大位移的情况下比在小位移下具有更高的刚度，在相同位移下可以比线性弹性约束结构承受更高的作用力，大幅度地提高结构可动部分和固定部分发生接触的外力阈值。因而这种非线性弹性约束结构能够提高微结构的抗冲击能力，更好地实现器件自保护功能。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明第一方面涉及一种用于微机电器件的非线性弹性约束结构，包括如下部件：

若干固定体和一梁长约束体；

若干直梁，若干所述直梁的第一端分别与若干所述固定体一一对应连接，若干所述直梁的第二端分别与所述梁长约束体连接；

当所述直梁与所述梁长约束体连接的端点发生位移时，所述梁长约束体和所述固定体约束所述直梁在长度方向发生变形。

所述的非线性弹性约束结构，优选地，所述固定体的数量为二，所述直梁的数量为四，所述梁长约束体为工字型结构，包括支撑部以及设置在所述支撑部两端的四个固定部，四个所述直梁的第一端分别与两个所述固定体的两端一一对应连接，四个所述直梁的第二端分别与四个所述固定部一一对应连接，当所述直梁与所述固定部连接的端点发生左右方向的位移时，所述梁长约束体和所述固定体约束所述直梁在长度方向发生变形。

所述的非线性弹性约束结构，优选地，所述固定体和所述直梁的数量均为四，所述梁长约束体为长方体或正方体，四个所述直梁的第一端分别与四个所述固定体的一端一一对应连接，四个所述直梁的第二端分别与所述梁长约束体连接，当所述直梁与所述梁长约束体连接的端点发生左右方向的位移时，所述梁长约束体和所述固定体约束所述直梁在长度方向发生变形。

所述的非线性弹性约束结构，优选地，所述固定体和所述直梁的数量均为四，所述梁长约束体为工字型结构，包括支撑部以及设置在所述支撑部两端的四个固定部，四个所述直梁的第一端分别与四个所述固定体的一端一一对应连接，四个所述直梁的第二端分别与四个所述固定部一一对应连接，当所述直梁与所述固定部连接的端点发生左右方向的位移时，所述梁长约束体和所述固定体约束所述直梁在长度方向发生变形。