基于mems技术低g值微惯性开关设计与制作

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1、第24卷第5期传感技术学报V01．24No．52011年5月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMav2011DesignandFabricationofLow-gMicroInertialSwitchBasedonMEMSTechnologyWANGChao，CHENGuangyan，WuJiali(InstituteofElectronicEngineering，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，MianyangSichuan621900，China)Abstract：Themicroine

2、rtialswitchisakindO±inertialdevicesensitivetotheacceleartionandachievingtheswitchclosurewhensubjectstotheappliedaccelearation．Alow—g(1g～30g)microinertialswitchbasedontheplanarrectangularhelicalspringwasdeveloped．Thestructureoftheswitchistheclassicalspring—mass—dampingsystem．Theinert

3、ialsensingelementcontainingasensormassandtwospringswasanalyzedutilizingtheANSYSfiniteelementmethod．ThemicroinertialswitchwasfabricatedusingtheMEMSbulkmicr0machiningprocessandpackagedinwaferlevel，includingthecrucialtechnologyofKOHetching、ICPetchingspraycoatingmethod，andSOon．Thebulkof

4、chipisabout7minx7mmx1．5mminsize．Thethresholdvalueisabout4．28g，andtheon—stateresistanceisabout9．3Qbylaboratorycentrifugetest．Itisshownthattheclosedprecisionofthemicroinertialswitchisabout0．5gandtherepeatabilityinmuhipletestsisgood．Theadvantagesoftheswitcharesmallsize，simplestructurea

5、ndeasyfabrication．Keywords：planarrectangularhelicalspring；microinertialswitch；low—gswitch；micro—electro—mechanical—system(MEMS)EEACC：7320E；2575doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2011．05．006基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作木王超，陈光焱，吴嘉丽(中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621900)摘要：惯性开关是一种感受惯性加速度，执行开关机械动作的精密惯性装置。选用典

6、型的“弹簧一质量一阻尼”结构，研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1g～30g)微惯性开关。惯性敏感单元由一个方形质量块和支撑它的两根螺旋梁组成，采用ANSYS有限元软件对其进行了仿真分析。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术，包括KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂T艺等关键T艺技术，完成了微惯性开关的制备，划片后芯片尺寸为7mmX7mmX1．5mm。经离心实验测试，微惯性开关的闭合阈值约为4．28g，导通电阻约为9．3n。多次测试结果表明，微惯性开关具有0．5g的闭合精度，多次测试重复性较好，具有体积小，结构简单，加工容易实现等特点。关键词：平面矩形螺旋梁；

7、微惯性开关；低g值开关；微机电系统(MEMS)中图分类号：TBll5；TB125文献标识码：A文章编号：1004-1699(2011)05-0653-05惯性开关是一种感受惯性加速度，执行开关机加速度信号，试验中这种信号一般南离心机产生。械动作的精密惯性装置，低g值是指惯性开关闭合除了这种应该响应的信号外，惯性开关工作环境中阈值范围为lg～30g(g：标准重力加速度，lg=还必然存在一些由冲击或振动产生的各种高频干扰9．8m／s)，在汽车安全气囊、工业安全控制和航空信号。设计时，低g值惯性开关的“弹簧一质量”结航天等领域有着广泛的应用_1。J。惯性开关大多采构

8、必须具备较低的固有频率，并辅以适当的阻