基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作

第２４卷第５期　２０１　１年５月　传感技术学报　ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＥＮＳＯＲＳ　ＡＮＤ　ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ　Ｖ０１．２４　Ｎｏ．５　Ｍａｖ　２０１１　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｗ－ｇ　Ｍｉｃｒｏ　Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＥＭＳ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＷＡＮＧ　Ｃｈａｏ，ＣＨＥＮ　Ｇｕａｎｇｙａｎ　，Ｗｕ　Ｊｉａｌｉ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６２１９００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　ｉｎｅｒｔｉａｌ　ｓｗｉｔｃｈ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　Ｏ±ｉｎｅｒｔｉａｌ　ｄｅｖｉｃｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｃｃｅｌｅａｒｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｗｉｔｃｈ　ｃｌｏｓｕｒｅ　ｗｈｅｎ　ｓｕｂｊｅｃｔｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ａｃｃｅｌｅａｒａｔｉｏｎ．Ａ　ｌｏｗ—ｇ（１ｇ　～３０ｇ　）ｍｉｃｒｏ　ｉｎｅｒｔｉａｌ　ｓｗｉｔｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｎａｒ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｈｅｌｉｃａｌ　ｓｐｒｉｎｇ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｗｉｔｃｈ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓｉｃａｌ　ｓｐｒｉｎｇ—ｍａｓｓ—ｄａｍｐｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｔｈｅ　ｉｎｅｒｔｉａｌ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ａ　ｓｅｎｓｏｒ　ｍａｓｓ　ａｎｄ　ｔｗｏ　ｓｐｒｉｎｇｓ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ＡＮＳＹＳ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　ｉｎｅｒｔｉａｌ　ｓｗｉｔｃｈ　ｗａｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＭＥＭＳ　ｂｕｌｋ　ｍｉｃｒ０ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｐａｃｋａｇｅｄ　ｉｎ　ｗａｆｅｒ　ｌｅｖｅｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｒｕｃｉａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＫＯＨ　ｅｔｃｈｉｎｇ、ＩＣＰ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｓｐｒａｙ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｔｈｅ　ｂｕｌｋ　ｏｆ　ｃｈｉｐ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　７　ｍｉｎｘ７　ｍｍｘ１．５　ｍｍ　ｉｎ　ｓｉｚｅ．Ｔｈｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｖａｌｕｅ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　４．２８ｇ　，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｎ—ｓｔａｔｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　９．３　Ｑ　ｂｙ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ　ｔｅｓｔ．Ｉｔ　ｉｓ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｌｏｓｅｄ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　ｉｎｅｒｔｉａｌ　ｓｗｉｔｃｈ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　０．５ｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｎ　ｍｕｈｉｐｌｅ　ｔｅｓｔｓ　ｉｓ　ｇｏｏｄ．Ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｗｉｔｃｈ　ａｒｅ　ｓｍａｌｌ　ｓｉｚｅ，　ｓｉｍｐｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｌａｎａｒ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｈｅｌｉｃａｌ　ｓｐｒｉｎｇ；ｍｉｃｒｏ　ｉｎｅｒｔｉａｌ　ｓｗｉｔｃｈ；ｌｏｗ—ｇ　ｓｗｉｔｃｈ；ｍｉｃｒｏ—ｅｌｅｃｔｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ—ｓｙｓｔｅｍ　（ＭＥＭＳ）　ＥＥＡＣＣ：７３２０Ｅ；２５７５　ｄｏｉ：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７　ｍｍＸ７　ｍｍＸ１．５　ｍｍ。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９．３　ｎ。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；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。　除了这种应该响应的信号外，惯性开关工作环境中　还必然存在一些由冲击或振动产生的各种高频干扰　信号。设计时，低ｇ值惯性开关的“弹簧一质量”结　构必须具备较低的固有频率，并辅以适当的阻尼条　械动作的精密惯性装置，低ｇ值是指惯性开关闭合　阈值范围为ｌｇ　～３０ｇ　（ｇ　：标准重力加速度，ｌｇ　＝　９．８　ｍ／ｓ　），在汽车安全气囊、工业安全控制和航空　航天等领域有着广泛的应用＿１。Ｊ。惯性开关大多采　用典型的“弹簧一质量一阻尼”结构，要求具有无源、　件　ｊ，从而使其结构本身可实现机械滤波，降低对　振动或冲击等干扰信号的响应，避免惯性开关的误　小体积、机械滤波等特点。对低ｇ值惯性开关而言，　应该响应的信号是准静态的、频率近乎为零的线性　动作。传统的低ｇ值惯性开关一般采用精密机械加　项目来源：中国Ｔ程物理研究院科学技术发展基金项目（２００９Ｂ０４０３０４４）　收稿日期：２０１０—１１—１２　修改日期：２０１１－０１—２６　６５４　第２４卷　工，存在零件较多、装配复杂、体积较大等不足。　ＭＥＭＳ技术的发展和微加工水平的提高为研制体积　小、综合性能更优的微惯性开关提供了技术支撑，因　此采用ＭＥＭＳ技术实现低ｇ值惯性开关具有重要　的研究价值。　目前报导的大部分微惯性开关的闭合阈值均大　槽的封盖用于限制质量块的反向运动，保护“弹簧一　质量”结构。台阶形成质量块和基底的初始间距　。平面矩形螺旋梁位于质量块厚度方向上的中　心平面内，从而大大降低在非敏感方向上的加速度　信号对惯性开关工作的干扰。考虑结构的加工工艺　性，通过增加平面矩形螺旋梁的弯折圈数即梁的长　于５０ｇ　，主要应用于高ｇ值加速度的冲击环境条件　下　』，关于低ｇ值微惯性开关的文献报道相对较　少。郭涛　等人为解决金属接触可能导致的开关　度，从而有效地降低了梁在ＯＺ方向上的刚度，实现　低频“弹簧一质量”结构的设计。惯性开关的工作原　理为：在ＯＺ方向上惯性加速度的作用下，可动质量　工作失灵，提出了一种低驱动电压的非接触式微加　速度开关（闭合阈值为５ｇ　），进行了力电耦合理论　计算和仿真分析验证，但并未给出试验验证。　Ｋｗａｎｇｈｕｎ　Ｙｏｏ等人　利用金属液体（水银）密度大、　导电性好等优点，研制了一种微液滴开关，通过改变　微通道结构尺寸，可实现各种闭合阈值的设计。微　液滴开关成功解决了常见机械触点式开关存在的接　触电阻大、接触不可靠等问题，但体积仍相对较大，　同时水银是剧毒材料，对人体和环境都具有较大的　伤害。陈光焱等人¨叫采用ｕＶ—ＬＩＧＡ工艺成功研制　了一种基于阿基米德螺旋线的低ｇ值微惯性开关，　闭合阈值约为２１．３ｇ　。但是，微电铸工艺制作的螺　旋梁存在针孑Ｌ和积瘤等缺陷、以及结构的机械强度　和内应力等问题¨　，产品的成品率较低。本文采用　缺陷非常少的单晶硅作为结构材料，结合ＭＥＭＳ体　硅加工工艺的特点，开发了一种基于平面矩形螺旋　粱结构的低ｇ值微惯性开关，并进行了理论设计和　分析。采用ＭＥＭＳ体硅加工工艺和圆片级封装技　术，完成了微惯性开关的制作，并对试验样品进行了　离心试验测试和导通电阻测试。　１　结构设计　基于平面矩形螺旋梁结构的低ｇ值微惯性开关　采用双触点结构，如图ｌ所示，南封盖、管芯、台阶和　基底四部分组成。管芯为惯性敏感单元，是整个结　构的核心部件，包括悬空的感知惯性加速度的方形　质量块，和两根结构完全相同的低刚度平面矩形螺　旋梁，三者组成低频的“弹簧一质量”结构。带有浅　图１基于平面矩形螺旋梁的低ｇ值微惯性开关结构示意图　块向固定基底运动，当加速度达到闭合阈值时，质量　块底面上的金属层与基底上的两个金属触点同时接　触，从而提供开关导通信号。　在ＯＺ方向上惯性加速度ａ（ｔ）的作用下，惯性　开关的力学平衡方程可以表示为　：　”＋２　＋　＝一ａ（ｔ）　＝　，力＝　其中Ｚ（ｔ）为质量块相对基底的运动位移；　为系统　阻尼比；　＝２　为“弹簧一质量”结构固有角频率；ｋ、　ｍ、　分别为系统的有效刚度、有效质量和阻尼系数。　由于低ｇ　值惯性开关敏感的惯性加速度信号是准　静态的、频率近乎为零，采用准静态分析方法¨　，忽　略方程（１）的导数项，惯性开关的闭合阈值可以表　示为：　Ⅱ　＝一　Ｚ。＝一　ｚＤ＝一（２ｏｒｆ）　・ｚ。　（２）　其中负号取决于参考方向。可以看出：①惯性　开关“弹簧一质量”结构参数（ｋ，ｍ）由设计输人：惯　性开关的机械滤波能力（　决定；②惯性开关台阶高　度参数（Ｚｏ）由设计输人：惯性开关的机械滤波能力　（　和闭合阈值（ｎ　）共同决定；③式中没有阻尼系　数项，因此准静态方法近似认为系统是一个零阻尼　系统，忽略了阻尼因素对系统响应特性的影响，但这　种影响在对系统进行动力学响应分析是不能忽略　的；④通过实验测得台阶高度和惯性开关的闭合阈　值，可近似求得惯性开关“弹簧一质量”结构的固有　频率。　根据式（２），低ｇ值微惯性开关的台阶高度　与闭合阈值ｏ　成正比关系，与机械滤波能力．厂的平　方成反比关系。从机械滤波的角度考虑，．厂越小越　好，但同时将导致　迅速增大，从而给加工工艺引　入较大的困难。笔者在前期的研究工作中，主要针　对闭合闽值为５　ｇｎ、“弹簧一质量”结构固有频率小于　１００　Ｈｚ的低ｇ值微惯性开关进行了研制。　第５期　王　超，陈光焱等：基于ＭＥＭＳ技术的低ｇ值微惯性开关的设计与制作　６５５　２仿真分析　为研制一种闭合阈值为５ｇ　的低ｇ值微惯性开　关，设计质量块尺寸为１　８００　ｐ，ｍ×１　８００　Ｉｎ×　３００　Ｉｘｍ，平面矩形螺旋梁宽为１００　ｍ，厚度为　簧一质量”结构进行仿真分析。模态分析结果如图２　所示，一阶模态的固有频率为９４．６　Ｈｚ，振型为沿ｚ　轴运动；二阶模态的固有频率微２７３　Ｈｚ，振型为绕Ｙ　轴转动；三阶模态的固有频率为２８３　Ｈｚ，振型为绕ｘ　轴转动。由于采用双触点设计，惯性开关只会在一　阶模态的谐振情况下实现导通，从而在理论上将具　有良好的机械滤波性能，避免冲击或振动等干扰信　３０　ｔｘｍ，梁间空隙宽度为１００　Ｉｘｍ，梁的总节数为１１。　结构材料为体硅，杨氏模量Ｅ：１３０　ＧＰａ，泊松比／３＝　０．２２，密度Ｐ＝２　３３０　ｋｇ・Ｉｎ一。　号造成惯性开关的误动作。　采用ＡＮＳＹＳ有限元软件，对微惯性开关的“弹　０孥　睦　爵　２　０　１　０ｑｌ－１０１１：３８　￣－ｉ，＼　００２　０　０　０　０１　０　００２　’　０　—（ａ）一阶模　＝９４．６　Ｈｚ　（ｂ）二阶模￣ｆ＝２７３　Ｈｚ　（ｃ）　阶模￣ｆ＝２８３　Ｈｚ　图２低ｇ值微惯性开关“弹簧一质量”结构ＡＮＳＹＳ模态分析　同时，对微惯性开关的“弹簧一质量”结构进行　玻璃（封盖）一硅（管芯、台阶）一玻璃（基底）结构，通　了静态仿真分析，加载条件为在ＯＺ方向上大小为　过阳极键合工艺实现芯片的圆片级封装。　５ｇ　的惯性加速度。分析结果表明，质量块的位移　玻璃封盖的工艺流程为：①选取硼硅玻璃基片，　为１４４．７　Ｉｘｍ。最大剪切应变为０．０００　１５４，出现在　双面溅射Ｃｒ／Ａｕ，并且双面旋途光刻胶，然后单面光　平面矩形螺旋梁的弯折位置。　刻出图形，如图３（ｇ１．１）所示；②以光刻胶和Ｃｒ／Ａｕ　表１给出了在微惯性开关非敏感方向上（ＯＸＹ　为双层掩膜，采用ＨＦ／ＨＣ１混合溶液腐蚀出深度约　平面内）的惯性加速度速度对其性能的影响，其中　为５０　Ｉｘｍ的槽，最后去除光刻胶和Ｃｒ／Ａｕ，将制作完　ＭａｘＵｚ和Ｍｉｎ　分别表示质量块底面在ＯＺ方向上　成的玻璃封盖清洗处理后烘干，留待键合，如图３　的最大位移和最小位移。可以看出，在ＯＸ、ＯＹ方向　（ｇ１．２）所示。　上的惯性加速度为５０ｇ　（加载条件４）时，质量块底面　上最大位移和最小位移仅仅相差０．２４　Ｉｘｍ，质量块底　面的金属层仍能与基底上的两个金属触点实现同时　接触。同时相对只有ＯＺ方向的载荷情况（加载条件　（ｇｌ－２、　１）下，质量块的位移变化量约为０．２１　Ｉｘｍ，对惯性开　关闭合阈值精度的影响可以忽略。因此，基于平面矩　形螺旋梁的微惯性开关能够有效地降低非敏感方向　上的耦合效应，具有较好的抗干扰Ｉ生能。　表１　低ｇ值微惯性开关抗干扰性能分析　（ｇ２．１）　（ｇ２＿２、　３　制作工艺　基于平面矩形螺旋梁的低ｇ值微惯性开关采用　图３低ｇ值微惯性开关工艺流程　６５６　第２４卷　玻璃基底的工艺流程为：①选取硼硅玻璃基片，　０ｇ　经６０　ｓ增大到１０ｇ　，保持５　ｓ，然后经６０　Ｓ减小　单面光刻出图形，采用ＢＨＦ溶液腐蚀浅槽，如图３　（ｇ２．１）所示；②溅射Ｃｒ／Ａｕ，采用超声剥离工艺去除　光刻胶，将制作完成的玻璃基底清洗处理后烘干，留　待键合，如图３（ｇ２。２）所示。　采用（１００）双抛硅片制作管芯和台阶结构，其　工艺流程如下：①热氧化生成厚度约３　ｍ的ＳｉＯ　氧化层，双面光刻出图形后，以ＳｉＯ　为掩膜层采用　到０ｇ　。数据采集系统（采样周期０．０２　Ｓ）同时记录　离心加速度和开关电信号（“１”为断开状态，“０”为　导通状态），通过两条曲线的比对得到惯性开关的　闭合阈值，如图６所示。５次测试的结果分别为　４．５３ｇ　、４．３４ｇ　４．０１ｇ　３．８１ｇ　４．７３ｇ　，平均值为　４．２８ｇ　，具有优于±０．５ｇ　的闭合精度。实际测试台　阶的高度约为１４３　ｍ，根据式（２），惯性开关“弹簧　ＫＯＨ溶液双面腐蚀出深度约为１４０　ｍ的槽，然后　去除ＳｉＯ　，如图３（Ｓ．１）所示；②在基片正面采用喷　涂工艺，在深槽里光刻出图形，以光刻胶为掩膜层进　行ＩＣＰ刻蚀，然后去除光刻胶，如图３（Ｓ．２）所示；③　和制作完成的玻璃封盖进行阳极键合，如图３（Ｓ．３）　所示；③在基片背面采用喷涂丁艺，在深槽里光刻出　图形，以光刻胶为掩膜层采取ＩＣＰ刻蚀方法将剩余　的硅结构层刻蚀穿通，得到悬空的“弹簧一质量”结　构，如图３（ｓ．４）所示；⑤采取夹具工装方式，并以开　有小孑Ｌ的不锈钢板为掩膜，在质量块底面溅射　Ｃｒ／Ａｕ形成金属层，如图３（Ｓ．５）所示；　采用该工艺流程，最终成功制作出基于平面矩　形螺旋梁结构的低ｇ值微惯性开关，“弹簧一质量”　结构如图４所示。划片后微惯性开关芯片的尺寸为　７　ｒａｍ￣７　ｒａｍ￣１．５　ｍｍ，如图５所示　图４微惯性开关“弹簧一质量”结构的ＳＥＭ照片　图　’微惯性开关圆片级封装照片　４实验测试　基于离心原理，对制作的惯性开关样品进行了　离心实验测试以获得闭合阈值，设置离心加速度从　一质量”结构的固有频率约为８６．２　Ｈｚ。　１０　８　１　６簧　零　２褪　Ｏ　０　０　２０　４０　６Ｏ　８Ｏ　１ＯＯ　１２Ｏ　时间　图６微惯性开关离心实验测试　接触弹跳是在机械触点式惯性开关导通瞬间出　现的瞬通和瞬断现象。由图６可以看出，惯性开关　样品在３９．９８　Ｓ至４０．１６　Ｓ之间出现了接触弹跳现　象，对应离心加速度为４．３０ｇ　至４．３４ｇ　。当惯性开　关负载较大电流时，接触弹跳易打火烧毁电极触点，　造成惯性开关的失效。导致接触弹跳现象的影响因　素较多，包括系统阻尼特性、触点材料、质量块质量、　以及应用环境下的惯性加速度等等。合适的系统阻　尼设计　，增大质量块质量，将触点设计为具有缓　冲特性的柔性结构＿１　，使用较软的金属材料做触　点，均有助于减少接触弹跳的次数，提高机械触点式　惯性开关的接触可靠性。　接触电阻是衡量低ｇ值微惯性开关导通性能的　一项重要指标。在离心试验测试过程中采用示波器　监测微惯性开关状态，测试等效电路图如图７所示，　其中Ｒ。为４．７　Ｑ的分压电阻，Ｒ。为电路连接电缆　的等效电阻，Ｒ　为微惯性开关的导通电阻。用示波　器监测开关闭合导通后　点的电压　。根据串联　电路分压原理，　可以表示为：　（３）　测试结果表明，惯性开关的导通电阻约为９．３　ｎ。　……一＠　…　图７微惯性开关导通电阻测试等效电路图　第５期　王超，陈光焱等：基于ＭＥＭＳ技术的低ｇ值微惯性开关的设计与制作　６５７　Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｈｏｌｄｉｎｇ　Ｔｉｍｅ　Ｕｓｉｎｇ　Ｓｑｕｅｅｚｅ　Ｆｉｌｍ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｆｏｒ　Ｓｉｄｅ　Ａｉｒｂａｇ　５　结论　通过仿真分析和实验测试，本文成功研制了基　［５］　Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　Ａ，２００２，１００（１）：１０—１７．　Ｙａｎｇ　Ｚｈｕｏｑｉｎｇ，Ｄｉｎｇ　Ｇｕｉｆｕ，Ｃｈｅｎ　Ｗｅｉｑｉａｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ，　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｎｆ　ａｎ　Ｉｎｅｒｔｉａ　Ｍｉｃｒｏ．Ｓｗｉｔｃｈ　于平面矩形螺旋梁结构的低ｇ值微惯性开关。采用　平面矩形螺旋梁结构，实现了低ｇ值微惯性开关的　低频设计，对类似微惯性器件的设计具有参考意义。　［６］　Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　Ｎｏｎ—Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｊ．　Ｍｉｅｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ，２００７，１７：１５９８—１６０４．　ＺＨＡＯ　Ｊｉａｎ，ＪＩＡ　Ｊｉａｎ—ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｂｏ，ｅｔ　ａ１．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ＭＥＭＳ　Ｉｎｅｒｔｉａｌ　■采用ＭＥＭＳ体硅加工工艺和圆片级封装技术，成功　制作了微惯性开关，划片后芯片尺寸为７　ｍｉｎｘ７　ｍｍ　×１．５　ｍｍ。原理样品在离心实验测试中成功闭合，　初步满足设计目标，论证了方案的可行性。为实现　该器件的工程实用化，尚需优化结构设计，完善工艺　方案，提高结构尺寸的加工精度，并对器件的的成品　率和可靠性开展深入研究。　致谢：感谢电子工程研究所传感器与执行器中　心ＭＥＭＳ工艺组同志在加工工艺方面给予的帮助　和支持。　参考文献：　［１］　陈光焱，王超．微惯性开关设计技术综述［Ｊ】．信息与电子工　程，２００９，７（５）：４３９—４４２．　［２］　Ｗｅｉ　Ｍａ，Ｇａｎｇ　Ｌｉ，Ｙｉｔｓｈａｋ　Ｚｏｈａｒ，ｅｔ　ａ１．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ　ｏｆ　Ｉｎｅｒｔｉａ　Ｍｉｃｒｏ－Ｓｗｉｔｃｈ　ｕｓｉｎｇ　Ｌｏｗ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｐｈｏｔｏ・・Ｒｅｓｉｓｔ　Ｍｏｌｄｅｄ　Ｍｅｔａｌ—Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕｔａｔｏｒｓ　Ａ，２００４，１１１（１）：６３—７０．　［３］　贾孟军，李昕欣，宋朝晖，等．开关点电可调节的ＭＥＭＳ冲击加　速度锁定开关［Ｊ］．半导体学报，２００７，２８（８）：１３１—１３７．　『４］Ｔａｄａｏ　Ｍａｔｓｕｎａｇａ，Ｍａｓａｙｏｓｈｉ　Ｅｓａｓｈｉ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　Ｓｗｉｔｃｈ　ｗｉｔｈ　王超（１９８５一）男，四川省苍溪县人，　研究实习员，２００８年于北京大学物理　学院获得学士学位，现主要从事　ＭＥＭＳ惯性器件的设计和加工技术研　究，ｗｃｈａｏ．１ｚｍｓ＠ｇｍａｉｌ．ＣＯＩＴＩ；　吴嘉丽（１９５７一），女，安徽太和人，高级　工程师，１９８０年毕业于华南理工大学，　主要从事微电子、ＭＥＭＳ工艺技术研　究，ｗｕｊｌ１２３１＠ｓｉｎａ．ｃｏｎｒ。　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ［Ｊ］．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００６，４（４）：７０—７５．　［７］　陈光焱，杨黎明．一种高ｇ值微冲击开关的研制［Ｊ］，爆炸与冲　击，２００７，２７（２）：１９０—１９２．　［８］　郭涛，李丽华，劳永建．一种非接触式微加速度开关的研究　［Ｊ］．传感技术学报，２００８，２１（４）：６６４—６６６．　［９］　Ｋｗａｎｇｈｙｕｎ　Ｙｏｏ，Ｕｓｕｎｇ　Ｐａｒｋ，Ｊｏｏｎｗｏｎ　Ｋｉｍ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　ＭＥＭＳ　Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ　Ｌｉｑｕｉｄ－Ｍｅｔａｌ　Ｄｒｏｐｌｅｔ　ｉｎ　ａ　Ｍｉｅｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｄ　Ｃｈａｎｎｅｌ［Ｊ］，Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　Ａ，２００９，Ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｏｎｌｉｎｅ．　［１Ｏ］　Ｃｈｅｎ　Ｇｕａｎｇ—ｙａｎ，Ｗｕ　Ｊｉａ—ｌｉ，Ｚｈａｏ　Ｌｏｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｌｏｗ—ｇ　Ｍｉｃｒｏ　Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ’Ｓｐｉｒａｌ［Ｊ］．Ｏｐｔ．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇ．，　２００９，１７（６）：１２５７—１２６１．　刘海军，杜立群，秦江，等．无背板生长工艺微电铸均匀性的实　验研究［Ｊ］．传感技术学报，２００６，１９（５）：１４８１—１４８４．　［１２］　刘波，吴一辉，张平．基于微模塑复制技术的平面线圈研制　［Ｊ］．传感器技术学报，２００６，１９（５）：１９６３－１９６７．　［１３］　Ｃｈｏ　Ｙ—Ｈ，Ｇｏ　Ｊ　Ｓ，Ｋｗａｋ　Ｂ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｓｎａｐｐｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｗｉｔｃｈｅｓ　ｗｉｔｈ　Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　Ｔｈｒｅｈｏｌｄ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　Ａ，　１９９６，５４（１—３）：５７９—５８３．　［１４］　陈光焱，郑英彬，赵龙，等．四个余弦形悬臂梁支撑的惯性力致　动双稳态开关［Ｊ］．传感器技术学报，２００６，１９（５）：２２４８－２２５１．　陈光焱（１９７５一），男，四川泸县人，硕　士，副研究员，１９８８年于重庆大学获得　学士学位，２００２年于重庆大学获得硕　士学位，主要从事惯性传感器、微机电　系统（ＭＥＭＳ）等方面的研究，ｃｇｙｉｅｅ＠　１２６．ｃｏｍ；