[发明专利]一种MEMS器件抗冲击止挡结构

说明书

本发明公开了一种MEMS器件抗冲击止挡结构，包括通过梁结构连接到锚点结构上的质量块；锚点结构将质量块和梁结构悬浮于检测电极上；在检测电极周边设置高度高于检测电极并且朝向质量块的止挡凸点结构；质量块上朝向止挡凸点结构的位置设置弹性接触结构。当外界输入垂直方向强冲击或振动时，质量块在惯性力作用下沿垂直方向运动，当冲击或振动使得质量块运动到设计限位值时，质量块上加工出的弹性接触结构与衬底层或盖帽对应位置处的止挡凸点发生碰撞接触。质量块上的弹性接触结构在碰撞接触后沿垂直方向发生变形，进而缓冲吸收冲击能量，避免止挡结构因与质量块碰撞而在其接触点或接触面上产生应力集中现象，减小产生破碎或断裂的可能性。

技术领域

本发明涉及电子领域，具体涉及一种MEMS器件的垂直方向抗冲击过载弹性止挡结构。

背景技术

MEMS传感器通过测量微小敏感结构的某种变化来实现相应待测量的测量。MEMS（Micro Electro Mechanical System）传感器具有体积小、质量轻、功耗低、成本低等优点。

MEMS惯性传感器包括检测加速度的MEMS加速度传感器和检测角速度的MEMS陀螺仪，其可广泛的应用于军事和民用领域。在工业自动化领域，其主要应用于先进的自动安全系统、高性能的导航系统、航行稳定性、翻滚的检测和预防、以及安全气囊和制动系统。在消费电子产品领域，主要应用于手机、平板电脑等数码产品、摄影器材中的图像稳定、虚拟现实产品以及计算机游戏。在军事应用方面，主要运用于弹药的惯性制导、飞行器的导航和姿态控制、平台稳定、便携式单兵导航等。

在一些冲击和振动较强的应用场合，MEMS惯性传感器需具备相应的抗冲击能力才能保证器件不发生失效或性能退化，实现恶劣环境下的加速度或角速度测量。

实际环境中，外界冲击或振动可能是任意方向。MEMS器件绝大多数是扁平结构，因此根据MEMS器件的结构特点，可以将外界冲击分解为水平面（XY平面）内的冲击和垂直方向（Z轴）上的冲击。

为解决水平面内的大冲击或强振动造成MEMS器件失效，现有技术主要的解决方式为：

发明专利申请《微机电系统器件、减速挡块、减轻冲击的方法及陀螺仪》、欧洲专利申请EP2146182A1《Multistage Proof-mass movement deceleration within memsstructure》提出从质量块上延伸出至少一个减速梁。减速梁与减速凹槽构造成减速结构，使得陀螺梳齿结构在冲击条件下发生碰撞之前得以减速或停止。

美国专利US Patent 6065341《Semiconductor Physical Quantity Sensor WithStopper Portion》、美国专利US Patent 4882933《Accelerometer with integralbidirectional shock protection and controllable viscous damping》、美国专利USPatent 5721377《Angular Velocity sensor with built-in Limit stops》、中国发明专利申请《一种抗高过载的MEMS陀螺》等提出了不同结构形式的抗冲击过载的微止挡结构。这些微止挡结构解决了水平面内的大冲击造成MEMS器件失效问题。

为解决垂直方向上的大冲击造成MEMS器件失效，现有技术主要的解决方式为：

发明专利申请《一种带声学腔的电容式加速度传感器》提出在加速度传感器敏感结构的背面设计加工出带有阻尼孔和限位凸点的背极板。通过综合运用背极板上的阻尼孔调节系统阻尼，同时利用限位凸点防止过载时的粘附，提高了电容式加速度传感器抗强冲击的能力。