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加速度开关是对加速度敏感,并在大干阈值条件下,实现电学导通的传感器。基于微机电系统(MEMS)技术制造的微加速度开关具有体积小,重量轻,功耗低,精度高及生产成本低等优点,在汽车安全电子领域有广泛的应用。 本文基于非线性弹簧停止结构,设计了一种可提高导通时间的微加速度开关。可动电极和固定电极分别有可动触点和级联梁结构,这两个非线性弹簧结构具有限制运动位移的停止机制,能够降低接触反弹效应以及机械冲击,最终延长接触时间。基于这个理念,利用物理模型分析这种开关的静态特性和动态特性。 从数值仿真角度分析开关的模态特性和验证开关各模块的等效弹簧刚度,建立系统级模型仿真开关的瞬态运动过程,分析各种结构尺寸对接触时间的影响。 采用MEMS体硅工艺制作开关。研究晶片级BCB键合的关键工艺:提出BCB键合改良工艺,有效减小BCB胶的横向变形;用实验来验证BCB压印键合工艺的可行性,探索并优化的关键工艺参数。 对五种阈值开关(150g,200g,400g,600g,800g)进行离心机测试,实验表明开关的实际阈值均在理论设计值的15%误差之内,阈值一致性较好;平均接触电阻低于10Ω,满足设计要求。同时,落锤实验表明:在420g~960g输入加速度范围内,开关只有一次导通信号并且导通时间最大可达335us。上述实验印证了这种开关具有接触时间长和无碰撞反弹效应的优点。 此外,本文还设计了基于非线性弹簧限位结构的抗高冲击开关,利用三层BCB键合工艺实现全硅结构。