CN109696164B - 具有两阶段运动限制结构的mems装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有两阶段运动限制结构的MEMS装置。一种MEMS装置包括基板、能够相对于所述基板移动的检验质量块以及运动限制结构。所述运动限制结构包括柔性地耦联到所述检验质量块或所述基板的臂结构。所述臂结构具有第一接触区域和第二接触区域。响应于致使所述检验质量块移动的震动力，所述第一接触区域接触所述检验质量块和所述基板中的另一个上的第一止动区域。在所述第一接触区域与所述第一止动区域接触之后和在连续施加所述震动力后，所述第二接触区域接触所述检验质量块和所述基板中的所述另一个上的第二止动区域，使得所述第二接触区域与所述第二止动区域之间的所述接触减小了所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的接触力。

Description

具有两阶段运动限制结构的MEMS装置
技术领域
本发明大体上涉及微机电***(MEMS)装置。更具体地说，本发明涉及一种用于约束由外力导致的MEMS惯性传感器的可移动部分的不当运动的两阶段运动限制结构。
背景技术
例如MEMS传感器等微机电***(MEMS)装置广泛用于例如汽车、惯性导引***、家用电器、用于各种装置的保护***以及许多其它工业、科学和工程***等应用。此类MEMS传感器用于感测例如加速度、压力、角旋转或温度等物理状况且提供表示感测到的物理状况的电信号。
例如加速度计、陀螺仪等电容性MEMS惯性传感器通常包括悬挂在基板上的可移动块。可移动块取决于设计和感测方向而响应于外力移动，即，旋转或平移。可移动块的运动导致电容相对于感测到的力的变化，从而改变带电电路的输出。MEMS惯性传感器常常经受离轴方向上的高加速力，在本文中被称为震动事件。不利的是，用于悬挂可移动块的弹簧悬挂设计对此类震动事件可能并不稳固，从而导致装置故障。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种微机电***(MEMS)装置，包括：
基板；
检验质量块，其与所述基板间隔开且能够相对于所述基板移动；和
运动限制结构，其包括柔性地耦联到所述检验质量块和所述基板中的第一者的臂结构，所述臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，其中：
响应于对所述检验质量块强加的致使所述检验质量块移动的震动力，所述第一接触区域被配置成接触所述检验质量块和所述基板中的第二者上的第一止动区域；和
在所述第一接触区域与所述第一止动区域接触之后和在连续对所述检验质量块强加所述震动力后，所述第二接触区域被配置成接触所述检验质量块和所述基板中的所述第二者上的第二止动区域，使得所述第二接触区域与所述第二止动区域的接触减小了所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的接触力。
在一个或多个实施例中，所述臂结构是悬臂式臂结构，所述悬臂式臂结构具有在枢转位置处柔性地耦联到所述检验质量块和所述基板中的所述第一者的第一末端。
在一个或多个实施例中，所述臂结构的第一末端在枢转位置处柔性地耦联到所述检验质量块和所述基板中的所述第一者，且所述第二接触区域比所述第一接触区域更接近所述枢转位置定位。
在一个或多个实施例中，所述第一接触区域和所述第一止动区域中的一个包括第一凸块，所述第一凸块朝向所述第一接触区域和所述第一止动区域中的另一个延伸；和
所述第二接触区域和所述第二止动区域中的一个包括第二凸块，所述第二凸块朝向所述第二接触区域和所述第二止动区域中的另一个延伸。
在一个或多个实施例中，在对所述检验质量块强加所述震动力之前，所述第一接触区域与所述第一止动区域之间存在第一间隙，所述第一间隙具有第一间隙宽度，且所述第二接触区域与所述第二止动区域之间存在第二间隙，所述第二间隙具有第二间隙宽度，所述第二间隙宽度大于所述第一间隙宽度。
在一个或多个实施例中，所述检验质量块被配置成围绕第一旋转轴枢转；
所述检验质量块包括所述第一旋转轴的一侧上的第一区段和所述第一旋转轴的相反侧上的第二区段，所述第一区段比所述第二区段形成有更大的质量；
所述臂结构接近于所述检验质量块的所述第一区段从所述检验质量块和所述基板中的所述第一者延伸；和
所述臂结构被配置成围绕平行于所述第一旋转轴的第二旋转轴枢转。
在一个或多个实施例中，所述第二旋转轴在平行于所述基板的表面的方向上远离所述第一旋转轴移位。
在一个或多个实施例中，所述第一接触区域和所述第一止动区域在平行于所述基板的表面的方向上远离所述第二旋转轴移位第一距离；和
所述第二接触区域和所述第二止动区域在平行于所述基板的所述表面的所述方向上远离所述第二旋转轴移位第二距离，所述第二距离小于所述第一距离。
在一个或多个实施例中，所述检验质量块被配置成在基本上平行于所述基板的表面的第一方向上移动；
所述臂结构接近于所述检验质量块的边缘从所述检验质量块和所述基板中的所述第一者延伸；和
所述臂结构被配置成围绕垂直于所述基板的所述表面的旋转轴枢转。
在一个或多个实施例中，当所述臂结构从所述检验质量块延伸时，所述旋转轴的枢转位置在所述检验质量块的所述边缘与所述臂结构的第一末端之间的结合部处；和
当所述臂结构从所述基板延伸时，所述旋转轴的所述枢转位置在耦联到所述基板的锚定件与所述臂结构的所述第一末端之间的结合部处。
在一个或多个实施例中，所述第一接触区域在平行于所述基板的表面的第二方向上远离所述旋转轴移位第一距离，所述第二方向垂直于所述第一方向；和
所述第二接触区域在所述第二方向上远离所述旋转轴移位第二距离，所述第二距离小于所述第一距离。
在一个或多个实施例中，所述臂结构包括：
第一区段，其具有平行于所述检验质量块的移动方向的第一宽度；和
第二区段，其从所述第一区段纵向延伸且与所述第一区段对齐，其中所述第一区段***在所述旋转轴与所述第二区段之间，所述第二区段具有平行于所述检验质量块的所述移动方向的第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度，且所述第一和第二接触区域安置在所述第二区段上。
根据本发明的第二方面，提供一种微机电***(MEMS)装置，包括：
基板；
检验质量块，其与所述基板间隔开且能够相对于所述基板移动；和
运动限制结构，其包括悬臂式臂结构，所述悬臂式臂结构具有在枢转位置处柔性地耦联到所述检验质量块和所述基板中的第一者的第一末端，所述臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，所述第二接触区域比所述第一接触区域更接近所述枢转位置定位，其中：
响应于对所述检验质量块强加的致使所述检验质量块移动的震动力，所述第一接触区域被配置成接触所述检验质量块和所述基板中的第二者上的第一止动区域；和
在所述第一接触区域与所述第一止动区域接触之后和在连续对所述检验质量块强加所述震动力后，所述第二接触区域被配置成接触所述检验质量块和所述基板中的所述第二者上的第二止动区域，使得所述第二接触区域与所述第二止动区域的接触减小了所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的接触力。
在一个或多个实施例中，所述检验质量块被配置成围绕第一旋转轴枢转；
所述检验质量块包括所述第一旋转轴的一侧上的第一区段和所述第一旋转轴的相反侧上的第二区段，所述第一区段比所述第二区段形成有更大的质量；和
所述臂结构从所述检验质量块的所述第一区段延伸且被配置成围绕平行于所述第一旋转轴的第二旋转轴枢转，其中所述第二旋转轴在平行于所述基板的表面的方向上远离所述第一旋转轴移位。
在一个或多个实施例中，所述第一接触区域和所述第一止动区域在平行于所述基板的表面的方向上远离所述第二旋转轴移位第一距离；和
所述第二接触区域和所述第二止动区域在平行于所述基板的所述表面的所述方向上远离所述第二旋转轴移位第二距离，所述第二距离小于所述第一距离。
在一个或多个实施例中，所述检验质量块被配置成在基本上平行于所述基板的表面的第一方向上移动；
所述臂结构接近于所述检验质量块的第一边缘从所述检验质量块和所述基板中的所述第一者延伸；和
所述臂结构被配置成围绕垂直于所述基板的所述表面的旋转轴枢转。
在一个或多个实施例中，当所述臂结构从所述检验质量块延伸时，所述旋转轴的枢转位置在所述检验质量块的所述边缘与所述臂结构的第一末端之间的结合部处；和
当所述臂结构从所述基板延伸时，所述旋转轴的所述枢转位置在耦联到所述基板的锚定件与所述臂结构的所述第一末端之间的结合部处。
在一个或多个实施例中，所述第一接触区域在平行于所述基板的表面的第二方向上远离所述旋转轴移位第一距离，所述第二方向垂直于所述第一方向；和
所述第二接触区域在所述第二方向上远离所述旋转轴移位第二距离，所述第二距离小于所述第一距离。
在一个或多个实施例中，所述臂结构包括：
第一区段，其具有平行于所述检验质量块的移动方向的第一宽度；和
第二区段，其从所述第一区段纵向延伸且与所述第一区段对齐，其中所述第一区段***在所述旋转轴与所述第二区段之间，所述第二区段具有平行于所述检验质量块的所述移动方向的第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度，且所述第一和第二接触区域安置在所述第二区段上。
根据本发明的第三方面，提供一种微机电***(MEMS)装置，包括：
基板；
检验质量块，其与所述基板间隔开且能够相对于所述基板移动；和
运动限制结构，其包括悬臂式臂结构，所述悬臂式臂结构具有在枢转位置处柔性地耦联到所述检验质量块的第一末端，所述悬臂式臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，所述第二接触区域比所述第一接触区域更接近所述枢转位置定位，其中：
响应于对所述检验质量块强加的致使所述检验质量块移动的震动力，所述第一接触区域接触锚定到所述基板的第一止动区域；
在所述第一接触区域与所述第一止动区域接触之后和在连续对所述检验质量块强加所述震动力后，所述悬臂式臂结构在所述枢转位置处枢转且所述第二接触区域接触锚定到所述基板的第二止动区域，其中所述第二接触区域与所述第二止动区域的接触减小了所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的接触力；和
响应于所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的所述接触力的减小，所述第一和第二接触区域分别与所述第一和第二止动区域分离以使所述检验质量块返回到初始位置。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
附图用来进一步示出各种实施例且解释根据本发明的所有各种原理和优点，在附图中类似附图标记贯穿不同视图指代相同的或功能类似的元件，各图不必按比例绘制，附图与下文的具体实施方式一起并入本说明书且形成本说明书的部分。
图1示出根据一实施例的微机电(MEMS)惯性传感器的俯视图；
图2示出沿着图1的剖面线2-2的MEMS惯性传感器的侧视图；
图3示出在第一止动阶段的图2的MEMS惯性传感器的侧视图；
图4示出在第二止动阶段的图3的MEMS惯性传感器的侧视图；
图5示出根据一实施例的MEMS惯性传感器的俯视图；
图6示出图5的MEMS惯性传感器的局部透视图；
图7示出针对图5到6的MEMS惯性传感器的第一和第二止动点绘制的接触力的示例值的曲线图；
图8示出根据另一实施例的微机电(MEMS)惯性传感器的俯视图的简化和代表形式；
图9示出在第一止动阶段的图8的MEMS惯性传感器的俯视图；
图10示出在第二止动阶段的图8的MEMS惯性传感器的侧视图；
图11示出关于图8到10的MEMS惯性传感器的第一和第二止动结构的接触力的示例值的曲线图；
图12示出根据一实施例的微机电(MEMS)惯性传感器的侧视图；
图13示出根据另一实施例的微机电(MEMS)惯性传感器的俯视图；
图14示出根据另一实施例的在第一止动阶段的MEMS惯性传感器的侧视图；
图15示出在第二止动阶段的图14的MEMS惯性传感器的侧视图；
图16示出根据另一实施例的在第一止动阶段的MEMS惯性传感器的侧视图；且
图17示出在第二止动阶段的图16的MEMS惯性传感器的侧视图。
具体实施方式
概括地说，本公开关注微机电***(MEMS)装置，所述微机电***装置具有对过度外部加速力的改进的稳固性，所述过度外部加速力在本文中被称为震动事件。更具体地说，MEMS惯性传感器包括具有两阶段运动限制配置的一个或多个运动限制结构。两阶段运动限制结构包括在可移动结构与固定结构之间形成接触的主要止动特征。此主要止动特征(即，第一止动阶段)具有顺应性，所述顺应性被配置成防止在可移动结构与固定结构的接触表面之间生成相当大的力。使接触力保持为低有助于使可移动结构与固定结构的接触表面之间的粘合力保持为低。次要止动特征(即，第二止动阶段)更刚性且被配置成用更大的力使可移动结构相对于固定结构的移动止动。另外，次要止动特征被配置成耐受足够的力且可因此限制或减小主要止动特征的可移动结构与固定结构的接触表面之间的接触力。用于压缩主要止动特征的能量可用于将次要止动特征推开。因此，两阶段止动配置可减小在高g震动事件期间对可移动结构和/或止动特征造成损坏的可能性，且使得能够减小主要止动特征的接触表面之间的接触力以由此限制静摩擦事件(即，可移动结构与固定结构的永久粘合)。因此，具有柔性主要止动特征和刚性次要止动特征的两阶段止动配置可产生性能增强和设计更稳固的MEMS装置。
提供本公开以进一步通过能够实现的方式对在应用时制造和使用根据本发明的各种实施例的最佳模式进行解释。进一步提供本公开以加强对本发明的创造性原理和优点的理解和了解，而不是以任何方式限制本发明。本发明仅由所附权利要求书限定，所述所附权利要求书包括在发布的本申请和那些权利要求书的所有等效物的未决期间所作出的任何修正。
应理解，例如第一和第二、顶部和底部等相关术语(如果存在的话)的使用仅用于区分实体或动作，而不必要求或意指在此类实体或动作之间的任何实际此类关系或次序。此外，图中的一些可通过使用各种底纹和/或阴影线来示出以区分在各个结构层内产生的不同元件。可利用当前和未来的沉积、图案化、蚀刻等微型制造技术来产生结构层内的这些不同元件。因此，尽管在图示中利用了不同底纹和/或阴影线，但结构层内的不同元件可由相同材料形成。
参考图1和2，图1示出根据一实施例的微机电(MEMS)惯性传感器20的俯视图，且图2示出沿着图1的剖面线2-2的MEMS惯性传感器20的侧视图。按照惯例，MEMS惯性传感器20被示出为在X-Y平面内具有大体上平面结构，其中X轴22在图1和2中向右和向左延伸，Y轴24在图1中向上和向下延伸，且Z轴26在图2中向上和向下延伸。在此例子中，MEMS惯性传感器20呈加速度计形式且被构造为“跷跷板”类型的传感器。由此，MEMS惯性传感器20适用于感测加速度，且具体地说Z轴加速度AZ，其由图2中的箭头28表示。MEMS装置20在下文中将被称为Z轴加速度计20。
Z轴加速度计20包括具有大体上平面表面32的基板30。电极元件34、36和悬挂锚定件38形成在基板30的平面表面32上。悬挂锚定38与基板30的物理耦联由延伸通过锚定件38的“X”标示。可移动结构，其在本文中被称为检验质量块40，在基板30的平面表面32上方以间隔开的关系定位。更具体地说，扭转梁42、44耦联在悬挂锚定件38与检验质量块40之间，且在基板30的平面表面32上方以间隔开的关系定位。悬挂锚定件38和扭转梁42、44一起作用来使检验质量块40悬挂在基板30的表面32上，从而使得在检验质量块40与电极元件34、36之间存在空气隙(最佳地见于图2中)。
悬挂锚定件38和扭转梁42、44出于说明性目的以高度简化形式示出。本领域的技术人员将认识到，悬挂锚定件38和扭转梁42、44可与广泛多种不同类型的弹簧元件一起实施。应观察到，电极元件34、36在图1中被上层检验质量块40遮蔽。由此，电极元件34、36在图1中由虚线框表示。在图2中，电极元件34、36是可见的且它们出于说明性目的由向右和向***影线图案加底纹。可使用现有的和未来的MEMS制造设计规则和过程来形成MEMS传感器20的组件，所述MEMS制造设计规则和过程包括例如沉积、图案化和蚀刻。
检验质量块40具有旋转轴50(在本文中被称为第一旋转轴50)的相反侧上的第一区段46和第二区段48。当旨在操作为跷跷板类型的加速度计时，检验质量块40的第一区段46形成有比检验质量块40的第二区段48相对更大的质量。在此例子中，第一区段46与第二区段48之间的质量差可通过使第一旋转轴50偏移来形成，使得第一区段46比第二区段48更长。在替代实施例中，此质量差可通过以下方式来实现：通过额外材料层向第一区段46增加质量、通过相对于第一区段46从第二区段48移除质量等。检验质量块40适用于响应于Z轴加速度28围绕第一旋转轴50旋转，因此改变其相对于底层感测电极元件34、36的位置。此位置改变导致电容集合，所述电容集合的差，即，微变电容，表示加速度28的大小。
根据一实施例，Z轴加速度计20包括安置在延伸通过检验质量块40的第一区段46的开口54中的一个或多个两阶段运动限制结构52(示出了两个)。每个运动限制结构52包括经由扭转弹簧58、60柔性地耦联到检验质量块40的臂结构56。臂结构56是悬臂式结构，所述悬臂式结构具有在枢转位置64(在图2中标示)处经由扭转弹簧58、60耦联到检验质量块40的第一末端62和不受限的第二末端66。因此，臂结构56被配置成在枢转位置64处围绕第二旋转轴68枢转。第二旋转轴68平行于检验质量块40的第一旋转轴50定向且在与X轴22对齐且因此平行于基板20的表面32的方向上远离第一旋转轴50移位。臂结构56被点画图案加底纹以使其与检验质量块40更明显地区分。
臂结构56进一步包括第一接触区域70和第二接触区域72(在图2中可见)。第一接触区域70和第二接触区域72两者在对应于X轴22的方向上远离枢转位置64侧向地移位。更具体地说，第一接触区域70沿着X轴22远离枢转位置64移位第一距离74且第二接触区域72沿着X轴22远离枢转位置64移位第二距离76，所述第二距离76小于第一距离74。因此，第二接触区域72在比第一接触区域70的位置更接近枢转位置64的位置处。
在此例子中，第一止动区域78(在图2中标注为“A”)在基板30的表面32上形成有朝向第一接触区域70延伸的第一凸块80。类似地，第二止动区域82(在图2中标注为“B”)在基板30的表面32上形成有朝向第二接触区域72延伸的第二凸块84。在图2中，检验质量块40被示出为在初始(非移动)位置86中。当检验质量块40在初始位置86中时，第一接触区域70与第一凸块80之间存在具有第一宽度90的第一间隙88。同样地，当检验质量块40在初始位置86中时，第二接触区域72与第二凸块84之间存在具有第二宽度94的第二间隙92。第一凸块80和第二凸块84被示出为具有相同高度。因此，第一宽度90和第二宽度94基本上相同。然而，应理解，根据特定设计配置，第一凸块80和第二凸块84可具有不同高度。因此，第一宽度90和第二宽度94可不同。下文将结合图12到15论述其它替代实施例。
图3示出根据运动限制结构52的两阶段配置的在第一止动阶段100的MEMS惯性传感器，即，Z轴加速度计20的侧视图。具体地说，图3示出检验质量块40正经受由图3中的箭头102表示的Z轴震动力AS。当检验质量块40经受Z轴震动力102时，检验质量块40将围绕第一旋转轴50枢转，如由箭头104标示。响应于对检验质量块40强加的致使检验质量块40枢转的震动力102，第一接触区域70将在第一止动区域78处以特定力接触第一凸块80，所述特定力在本文中被称为接触力FC且由指向下的箭头106表示。因此，第一接触区域70和第一止动区域78可被视为主要止动特征(A)。
现在参考图4，图4示出根据运动限制结构52的两阶段配置的在第二止动阶段108的MEMS惯性传感器，即，Z轴加速度计20的侧视图。具体地说，图4示出在第一接触区域70在第一止动区域78处与第一凸块80接触之后和在连续对检验质量块40强加震动力102后，第二接触区域72将在第二止动区域80处接触第二凸块84。第二接触区域72与第二凸块84的强有力接触致使臂结构56在枢转位置64处围绕第二旋转轴68枢转，如由箭头110标示。因此，第二接触区域72和第二止动区域82可被视为次要止动特征(B)。
在图4中可观察到，臂结构56的枢转运动在相对于检验质量块40的枢转运动的相反方向上。臂结构56响应于第二接触区域72与第二凸块84在第二止动区域82处接触的枢转运动减小了接触力FC 106的大小，如由指向上的箭头表示。实际上，接触力106的减小可足以使第一接触区域70与第一凸块80分离，如所示出。此途径限制主要止动位置(A)上的接触力使第一接触区域70与第一凸块80之间的粘合力保持为低，以由此减轻与第一凸块80的静摩擦(即，第一接触区域70和第一凸块80的永久粘合)和/或对第一凸块80的损坏问题。另外，第一接触区域70与第一凸块80之间的接触力106的减小得到恢复力，所述恢复力可足以使第二接触区域72与第二凸块84分离，以使检验质量块40返回到初始位置86(图2)。
因此，运动限制结构52是两阶段柔性止动件，所述两阶段柔性止动件可减小对主要和次要止动特征两者的结构的冲击力以便限制对结构(例如，第一凸块80和第二凸块82)造成损坏的可能性、减小接触区域与止动区域之间的静摩擦的概率以及使检验质量块40有效地返回到其初始位置。两阶段柔性运动限制结构52实现几何配置，其中一旦次要止动特征(B)开始接合，对主要止动特征(A)施加的接触力就减小。
参考图5到6，图5示出根据一实施例的MEMS惯性传感器112的俯视图，且图6示出MEMS惯性传感器112的局部透视图。与Z轴加速度计20(图1)类似，惯性传感器112适用于感测Z轴加速度AZ 28(图6)且因此在下文中被称为Z轴加速度计112。
Z轴加速度计112包括具有大体上平面表面116的基板114。电极元件118、120和悬挂锚定件122形成在基板114的平面表面116上。检验质量块124在基板114的表面116上方经由耦联在悬挂锚定件122与检验质量块124之间的扭转梁126、128以间隔开的关系定位。检验质量块124具有第一旋转轴134的相反侧上的第一区段130和第二区段132。与加速度计20类似，检验质量块124的第一区段130形成有比检验质量块124的第二区段132相对更大的质量。因此，检验质量块124适用于响应于Z轴加速度28围绕第一旋转轴134旋转，由此改变其相对于底层感测电极元件118、120的位置。
在图5到6中呈现的Z轴加速度计112的视图示出两阶段运动限制结构136，所述两阶段运动限制结构136具有从检验质量块124切割且因此被检验质量块124包围的悬臂式臂结构138。此外，扭转弹簧140柔性地耦联到检验质量块124和使得悬臂式臂结构138能够在枢转位置144处围绕第二旋转轴142枢转运动。第二旋转轴142平行于检验质量块124的第一旋转轴134定向且在与X轴22对齐且因此平行于基板118的表面116的方向上远离第一旋转轴134移位。
在图5和6的俯视图中，虚线圆表示悬臂式臂结构138的第一止动点146A和第二止动点148B。第一止动点146表示臂结构138上的第一接触区域70(图2)和底层基板114上的第一止动区域78(图2)。第一凸块80(图2)可形成在第一接触区域70或第一止动区域78中的任一个处。类似地，第二止动点148表示臂结构138上的第二接触区域72(图2)和底层基板114上的第二止动区域82(图2)。第二凸块84(图2)可形成在第二接触区域72或第二止动区域82中的任一个处。
特别参考图6，示出根据运动限制结构136的两阶段配置的在第二止动阶段149的Z轴加速度计112。具体地说，检验质量块124已响应于震动力102围绕第一旋转轴134旋转，如由箭头150标示。图6进一步示出在悬臂式臂结构138在第一止动点146(主要止动特征)处与基板114接触之后和在连续对检验质量块124强加震动力102后，悬臂式臂结构138将在第二止动点148(次要止动特征)处接触基板114。在第二止动点148处的强有力接触致使悬臂式臂结构138在枢转位置144处在由箭头152指示的方向上围绕第二旋转轴142枢转。悬臂式臂结构138的枢转运动在相对于检验质量块124的枢转运动的相反方向上。悬臂式臂结构138响应于在第二止动点148处的接触的枢转运动减小了力FC106的大小，从而使结构在第一止动点146处有效地分离且得到足以使结构在第二止动点148处分离的恢复力。图6示出悬臂式臂结构138的放大变形(枢转运动)以当在扭转弹簧140处发生弯曲时突出其旋转。
在此例子中，第一止动点146(如主要止动特征)比第二止动点148(如次要止动特征)更远离第二旋转轴142移位。另外，第一止动点146在平行于Y轴24的Y方向上偏移。在其它配置中，第一止动点146可在Y方向上与第二止动点148对齐。再进一步，尽管第一止动点146和第二止动点148包括悬臂式臂结构138下方的结构，但在其它配置中，止动点146、148可安置在悬臂式臂结构138上方以接触顶置结构(未示出)。应另外注意，配置可另外并入有第三刚性止动点以防止检验质量块的过度偏转。
同时参考图5到7，图7示出针对Z加速度计112的第一止动点146和第二止动点148绘制的接触力156的示例值相对于检验质量块124的移位158的曲线图154。针对第一止动点146A的第一接触力特征曲线160由虚线表示且针对第二止动点148B的第二接触力特征曲线162由双点划线表示。在此例子中，跟踪检验质量块124的第一区段130的末端沿着Z轴26的移位158。在检验质量块124向下枢转时，如由图6中的箭头150表示，在第一止动点146A处首先形成接触。
如曲线图154中所示出，第一止动点146上的接触力增大到大致15微牛顿(μN)，接着接触力减小。在第一止动点146处的峰值接触力163发生在第二止动点148B开始进行接触且减少第一止动点146上的接触力的时刻。这是有益的，原因在于在第一止动点146处的接触力被保持相对为低以实现静摩擦稳固性。另外，15μN接触力现在可供用以使悬臂式臂结构138在第二止动点148处与基板114分离。如在针对第二止动点的第二接触力特征曲线162中可观察到，在检验质量块124进一步旋转时，在第二止动点148处的接触力以一斜率增大，所述斜率大于在第一止动点146处的斜率。因此，两阶段运动限制结构136在处于Z轴惯性传感器配置的单个悬臂式臂结构138上实现两个不同的止动硬度值。
现在参考图8，图8示出根据另一实施例的微机电(MEMS)惯性传感器164的俯视图的简化和代表形式。MEMS惯性传感器20(图1)和112(图5)被构造为“跷跷板”类型的传感器。然而，两阶段运动限制结构可被配置成提供两阶段侧向止动配置。由此，在此例子中，MEMS惯性传感器被配置成感测在平行于X轴22的侧向方向上的加速度，且具体地说，由图8中的箭头166表示的X轴加速度AX。MEMS惯性传感器164因此将在下文中被称为X轴加速度计164。当然，以下论述和结构相等地适用于被配置成感测沿着Y轴24的加速度的MEMS惯性传感器。
X轴加速度计164包括具有大体上平面表面170的基板168。检验质量块172通过平移弹簧悬挂元件(未示出)与基板168间隔开。导电电极元件174、176可形成在基板166的表面168上且可定位在延伸通过检验质量块172的开口178内。在正常操作期间，平移弹簧悬挂元件使得检验质量块172能够响应于X轴加速度166相对于基板168平行于X轴22平移移动，因此改变其相对于感测电极元件174、176的位置。此位置改变导致电容集合，所述电容集合的差，即，差分电容，表示X轴加速度166的大小。
根据一实施例，X轴加速度计164包括接近于检验质量块172安置的一个或多个两阶段运动限制结构180(示出了一个)。在所示出的例子中，运动限制结构180包括柔性地耦联到检验质量块172的臂结构182(由点画图案加底纹以使其与周围结构区分)。臂结构182是悬臂式结构，所述悬臂式结构具有在枢转位置188处耦联到检验质量块172的边缘186且从所述边缘186延伸的第一末端184。臂结构182进一步包括不受限的第二末端190。因此，枢转位置188在检验质量块172的边缘186与臂结构182的第一末端184之间的结合部处。此外，悬臂式臂结构182被配置成围绕垂直于基板168的平面表面170的旋转轴192枢转。
臂结构182包括第一区段194和第二区段196，所述第二区段196从第一区段194纵向延伸且与第一区段194对齐，从而使得第一区段194***在旋转轴192与第二区段196之间。第一区段194具有平行于检验质量块172的移动方向(例如，平行于X轴22)的第一宽度198。同样地，第二区段196具有平行于检验质量块172的移动方向的第二宽度200，其中第二宽度200大于第一宽度198。更窄的第一区段194被配置成充当枢轴以使得悬臂式臂结构182能够围绕旋转轴192枢转。另外，更宽的第二区段196充当止动结构，以类似于图1到6的Z轴设计的方式且如下文所论述。尽管第一区段194的相对窄的配置使得悬臂式臂结构182能够围绕旋转轴192枢转，但第一区段194可与各种不同类型的弹簧元件一起实施，从而实现悬臂式臂结构182围绕旋转轴192的枢转运动。
悬臂式臂结构182的第二区段196包括第一接触区域202和第二接触区域204。第一接触区域202和第二接触区域204在对应于Y轴24的方向上远离枢转位置188侧向地移位。更具体地说，第一接触区域202沿着Y轴24远离枢转位置188移位第一距离206且第二接触区域204沿着Y轴24远离枢转位置188移位第二距离208，所述第二距离208小于第一距离206。因此，第二接触区域204在比第一接触区域202的位置更接近枢转位置188的位置处。
在此例子中，第一止动区域210(在图8中标注为“A”)在基板168的表面170上形成有第一凸块212，使得第一凸块212朝向第一接触区域202延伸。类似地，第二止动区域214(在图8中标注为“B”)在基板168的表面170上形成有第二凸块216，使得第二凸块216朝向第二接触区域204延伸。在图8中，检验质量块172被示出为在初始(非移动)位置218中。当检验质量块172在初始位置218中时，臂结构182同样地在初始非枢转位置中。由此，第一接触区域202与第一凸块212之间存在具有第一宽度222的第一间隙220。同样地，第二接触区域204与第二凸块216之间存在具有第二宽度226的第二间隙224。第一凸块212被示出为具有比朝向臂结构182的第二区段196延伸的第二凸块216的高度更大的高度。因此，在此例子中，第一宽度222比第二宽度226更窄。然而，应理解，根据特定设计配置，第一凸块212和第二凸块216可具有相同高度。
图9示出根据运动限制结构180的两阶段配置的在第一止动阶段228的MEMS惯性传感器，即，X轴加速度计164的俯视图。具体地说，图9示出检验质量块172正经受由图9中的箭头230表示的X轴震动力AS。当检验质量块172经受X轴震动力230时，检验质量块172将在可基本上平行于X轴22的方向上平移，如由箭头232标示。响应于对检验质量块172强加的致使检验质量块172平移的震动力230，臂结构182的第二区段196处的第一接触区域202将在第一止动区域210处以特定力接触第一凸块212，所述特定力在本文中被称为接触力FC且由指向右的箭头234表示。因此，第一接触区域202和第一止动区域210可被视为主要止动特征(A)。应注意，为简单起见在图9中未描绘电极174、176(图8)。
现在参考图10，图10示出根据运动限制结构180的两阶段配置的在第二止动阶段236的MEMS惯性传感器，即，X轴加速度计164的俯视图。具体地说，图10示出在第一接触区域202在第一止动区域210处与第一凸块212接触之后和在连续对检验质量块172强加震动力230后，臂结构182的第二区段196处的第二接触区域204将在第二止动区域214处接触第二凸块216。第二接触区域204与第二凸块216的强有力接触致使臂结构182在枢转位置188处围绕旋转轴192枢转，如由箭头238标示。因此，第二接触区域204和第二止动区域214可被视为次要止动特征(B)。应注意，为简单起见在图9中未描绘电极174、176(图8)。
在图10中可观察到，臂结构182响应于第二接触区域204在第二止动区域214处与第二凸块216接触的枢转运动减小了接触力FC 234的大小，如由指向左的箭头表示。接触力234的减小可足以使第一接触区域202与第一凸块212分离，如所示出。此途径限制了对主要止动位置(A)的接触力以使第一接触区域202与第一凸块212之间的粘合力保持为低，以由此减少静摩擦(即，第一接触区域202与第一凸块212的永久粘合)的问题和/或减小对凸块212、216和电极元件174、176(图8)造成损坏的可能性。另外，第一接触区域202与第一凸块212之间的接触力234的减小得到恢复力，所述恢复力可足以使第二接触区域204与第二凸块216分离以使检验质量块172返回到初始位置218(图8)。
因此，运动限制结构180是两阶段柔性止动件，所述两阶段柔性止动件可减小对主要和次要止动特征两者的结构的冲击力以便限制对结构(例如，第一凸块212和第二凸块216和电极元件174、176)造成损坏的可能性、减小接触区域与止动区域之间的静摩擦的概率以及使检验质量块172有效地返回到其初始位置218(图8)。两阶段柔性运动限制结构180实现几何配置，其中一旦次要止动特征(B)开始接合，对主要止动特征(A)施加的接触力就减小。
同时参考图8到11，图11示出针对MEMS惯性传感器，例如，X轴加速度计164的第一和第二止动点的接触力242的示例值相对于检验质量块172的平移移位244的曲线图240。第一止动点对应于第一接触区域202撞击第一止动区域210的位置，如主要止动特征(A)。第二止动点对应于第二接触区域204撞击第二止动区域214的位置，如次要止动特征(B)。针对第一止动点A的第一接触力特征曲线246由虚线表示且针对第二止动点B的第二接触力特征曲线248由双点划线表示。在此例子中，跟踪检验质量块172的边缘186沿着X轴22的平移移位244。在检验质量块172向右平移时，如由图9中的箭头232表示，在第一止动点A处首先形成接触。
如曲线图240中所示出，由第一接触力特征曲线246表示的对第一止动点的接触力增大到大致9μN，接着接触力减小。峰值接触力252发生在由第二接触力特征曲线248表示的第二止动点B开始进行接触且减少对第一止动点A的接触力的时刻。与上文所描述的Z轴配置的情形类似，这使接触力在第一止动点A处保持相对为低以实现静摩擦稳固性。另外，9μN接触力现在可供用以使悬臂式臂结构182与固定到基板168的第一凸块212和第二凸块216分离。如在针对第二止动点B的第二接触力特征曲线248中可观察到，在检验质量块172进一步平移时，第二止动点B处的接触力以一斜率增大，所述斜率大于第一止动点A处的力。因此，两阶段运动限制结构180实现处于X或Y轴惯性传感器配置的一个悬臂式臂结构182上的两个不同止动硬度值。
图12示出根据一实施例的微机电(MEMS)惯性传感器252的侧视图。MEMS惯性传感器252呈加速度计形式且被构造为“跷跷板”类型的传感器且被配置成感测Z轴加速度AZ28。Z轴加速度计252包括与结合图1的Z轴加速度计20详细论述的那些相同的结构组件中的许多结构组件。因此，为简洁起见在本文中将不再重复这些结构组件的详细描述。因此，Z轴加速度计252包括基板30、电极元件34、36、悬挂锚定件(未示出)和检验质量块40，所述检验质量块40适用于响应于Z轴加速度28围绕第一旋转轴50旋转。
Z轴加速度计20包括可安置在延伸通过检验质量块40的开口中的一个或多个两阶段运动限制结构254(示出了一个)，如上文所论述。运动限制结构254包括悬臂式臂结构256，所述悬臂式臂结构256经由扭转弹簧(图1的扭转弹簧58、60)在枢转位置(图2的枢转位置64)处柔性地耦联到检验质量块40。因此，臂结构256被配置成在枢转位置64处围绕第二旋转轴(图1的第二旋转轴68)枢转。
臂结构256进一步包括在对应于X轴22的X方向上远离枢转位置64侧向地移位的第一接触区域258和第二接触区域260。另外且如上文所论述，第二接触区域260在比第一接触区域258的位置更接近枢转位置64的位置处。第一止动区域262(在图12中标注为“A”)安置在基板30的表面32上且第二止动区域264(在图12中标注为“B”)安置在基板30的表面32上。在此例子中，第一凸块266从臂结构256的第一接触区域258朝向基板30的表面32上的第一止动区域262向下延伸，且第二凸块268从臂结构256的第二接触区域260朝向第二止动区域264向下延伸。
在此替代Z轴加速度计配置中，两阶段运动限制结构254与上文所论述的两阶段运动限制结构类似地起作用。也就是说，第一凸块266在第一接触区域258处与第一止动区域262的接触被视为更柔性的主要止动特征(A)且第二凸块268在第二接触区域260处与第二止动区域264的接触被视为更刚性的次要止动特征(B)。
图13示出根据另一实施例的微机电(MEMS)惯性传感器270的俯视图。MEMS惯性传感器270被配置成感测X轴加速度AX 166。X轴加速度计270包括与结合图8的X轴加速度计164详细论述的那些相同的结构组件中的许多结构组件。因此，为简洁起见在本文中将不再重复这些结构组件的详细描述。因此，X轴加速度计270包括基板168、电极元件(例如，图8中所示出的电极元件174、176)、平移弹簧悬挂元件(未示出)和检验质量块172，所述检验质量块172适用于相对于基板168平移(即，在平行于X轴22的X方向上的侧向运动)。
X轴加速度计270包括接近于检验质量块172安置的一个或多个两阶段运动限制结构272(示出了一个)。运动限制结构270包括柔性地耦联到检验质量块172的悬臂式臂结构274。具体地说，悬臂式臂结构274在枢转位置188处耦联到检验质量块172的边缘186且从所述边缘186延伸。因此，悬臂式臂结构182被配置成在枢转位置188处围绕垂直于基板168的平面表面170的旋转轴192枢转。
臂结构274包括在对应于Y轴24的方向上远离枢转位置188侧向地移位的第一接触区域276和第二接触区域278。第一止动区域280(在图13中标注为“A”)形成在基板168的表面170上且第二止动区域282(在图13中标注为“B”)形成在基板168的表面170上。在此例子中，第一凸块284从臂结构274的第一接触区域276朝向固定到基板168的表面170的第一止动区域280侧向地延伸，且第二凸块286从臂结构274的第二接触区域278朝向固定到基板168的表面170的第二止动区域282侧向地延伸。
在此替代X轴(或Y轴)加速度计配置中，两阶段运动限制结构272与上文所论述的两阶段运动限制结构类似地起作用。也就是说，第一凸块284在第一接触区域276处与第一止动区域280的接触被视为更柔性的主要止动特征(A)且第二凸块286在第二接触区域278处与第二止动区域282的接触被视为更刚性的次要止动特征(B)。
图1到6和8到10中所示出的惯性传感器展示配置，其中第一和第二凸块形成在基板上的相应第一和第二止动区域处。相反地，图12和13中所示出的惯性传感器展示配置，其中第一和第二凸块形成在运动限制结构的臂结构上的相应第一和第二接触区域处。在任一情况下，实现具有柔性主要止动特征(A)和刚性次要止动特征(B)的两阶段运动限制(即，止动)配置。
现在参考图14到15，图14示出根据另一实施例的在第一止动阶段290的MEMS惯性传感器288的侧视图，且图15示出在第二止动阶段292的MEMS惯性传感器288的侧视图。MEMS惯性传感器288呈“跷跷板”类型的加速度计形式且被配置成感测Z轴加速度AZ 28。Z轴加速度计288包括基板294、电极元件(例如，图1中所示出的元件34、36)、悬挂锚定件(未示出)和检验质量块296，所述检验质量块296适用于响应于Z轴加速度28围绕第一旋转轴298旋转。
在此例子中，Z轴加速度计20包括安置在腔302中的一个或多个两阶段运动限制结构300(示出了一个)，所述腔302从基板294的表面304向内延伸到基板294中。运动限制结构300包括经由扭转弹簧(未示出)在枢转位置308处柔性地耦联到基板294的悬臂式臂结构306。因此，悬臂式臂结构306被配置成在枢转位置308处围绕第二旋转轴310枢转。在图14到15的简化图示中，未明确地示出悬臂式臂结构306与基板294的耦联。然而，本领域的技术人员将认识到，使悬臂式臂结构306与基板294耦联的扭转梁可与广泛多种不同类型的弹簧元件一起实施。
臂结构306包括在对应于X轴22的X方向上远离枢转位置308侧向地移位的第一接触区域312和第二接触区域314。另外，第二接触区域314在比第一接触区域312的位置更接近枢转位置308的位置处。第一止动区域316(在图14和15中标注为“A”)安置在检验质量块296上且第二止动区域318(在图14和15中标注为“B”)安置在检验质量块296上。在此例子中，第一凸块320从臂结构306的第一接触区域312朝向检验质量块296上的第一止动区域316向上延伸，且第二凸块322从臂结构306的第二接触区域314朝向检验质量块296上的第二止动区域318向上延伸。
在此替代Z轴加速度计配置中，两阶段运动限制结构300与上文所论述的两阶段运动限制结构类似地起作用。在图14中所示出的第一阶段290，检验质量块296正经受Z轴震动力AS 102。当检验质量块296经受Z轴震动力102时，检验质量块296将围绕第一旋转轴298枢转，如由箭头324标示。响应于对检验质量块296强加的致使检验质量块296枢转的震动力102，第一接触区域312处的第一凸块320将在检验质量块296处以特定力接触第一止动区域316，所述特定力在本文中被称为接触力FC且由指向下的箭头326表示。因此，第一接触区域312和第一止动区域316可被视为主要止动特征(A)。
图15中所示出的第二阶段292展示在第一凸块320在第一接触区域312处与第一止动区域316接触之后和在连续对检验质量块296强加震动力102后，第二接触区域314处的第二凸块322将在检验质量块296处接触第二止动区域318。第二接触区域314与第二止动区域318的强有力接触致使臂结构306在枢转位置308处围绕第二旋转轴310枢转，如由箭头328标示。因此，第二接触区域312和第二止动区域318可被视为次要止动特征(B)。臂结构306的枢转运动减小了接触力FC 326(如由指向上的箭头表示)的大小以促进第一接触区域312与第一止动区域316的分离。另外，接触力326的此减小得到恢复力，所述恢复力可足以使第二接触区域314与第二止动区域318分离以使检验质量块296返回到其初始位置。
参考图16到17，图16示出根据另一实施例的在第一止动阶段332的MEMS惯性传感器330的侧视图，且图17示出在第二止动阶段334的MEMS惯性传感器330的侧视图。MEMS惯性传感器330被配置成感测X轴加速度AX 166。X轴加速度计330包括基板336、电极元件(例如，图8中所示出的元件174、176)、平移弹簧悬挂元件(未示出)和检验质量块338，所述检验质量块338适用于相对于基板336平移(即，在平行于X轴22的X方向上的侧向运动)。
在此例子中，X轴加速度计330包括接近于检验质量块338安置的一个或多个两阶段运动限制结构340(示出了一个)。运动限制结构340包括柔性地耦联到基板336的悬臂式臂结构342。具体地说，悬臂式臂结构342在枢转位置348处耦联到锚定结构339的边缘344且从所述边缘344延伸，所述锚定结构339固定到或以其它方式形成在基板336的表面346上。因此，悬臂式臂结构342被配置成在枢转位置348处围绕旋转轴枢转。
臂结构342包括在对应于Y轴24的方向上远离枢转位置348侧向地移位的第一接触区域352和第二接触区域354。另外，第二接触区域354在比第一接触区域352的位置更接近枢转位置348的位置处。第一止动区域356(在图16和17中标注为“A”)安置在检验质量块338上且第二止动区域358(在图16和17中标注为“B”)安置在检验质量块338上。在此例子中，第一凸块360从检验质量块338的第一止动区域356朝向臂结构342上的第一接触区域352侧向地延伸且第二凸块362从检验质量块338的第二止动区域358朝向臂结构342的第二接触区域354侧向地延伸。
在此替代X轴加速度计配置中，两阶段运动限制结构340与上文所论述的两阶段运动限制结构类似地起作用。在图16中所示出的第一阶段332处，检验质量块338正经受X轴震动力AS 230。当检验质量块338经受X轴震动力230时，检验质量块338将在可基本上平行于X轴22的方向上平移，如由箭头232标示。响应于对检验质量块338强加的致使检验质量块338平移的震动力230，检验质量块338的第一止动区域356处的第一凸块360将以接触力FC接触第一接触区域352或臂结构342，且所述接触力FC由指向右的箭头364表示。因此，第一接触区域352和第一止动区域356可被视为主要止动特征(A)。
图17中所示出的第二止动阶段334展示在第一凸块360在第一止动区域356处与第一接触区域352接触之后和在连续对检验质量块338强加震动力230后，检验质量块338的第二止动区域358处的第二凸块362将接触臂结构342的第二接触区域354。第二接触区域354与第二止动区域358的强有力接触致使臂结构342在枢转位置348处围绕旋转轴枢转，如由箭头366标示。因此，第二接触区域354和第二止动区域358可被视为次要止动特征(B)。臂结构342的枢转运动减小了接触力FC 364(如由指向左的箭头表示)的大小以促进第一接触区域352与第一止动区域356的分离。另外，接触力364的此减小得到恢复力，所述恢复力可足以使第二接触区域354与第二止动区域358分离以使检验质量块338返回到其初始位置。
图1到6和8到10中所示出的惯性传感器展示配置，其中运动限制结构柔性地耦联到检验质量块。相反地，图14到17中所示出的惯性传感器展示配置，其中运动限制结构柔性地耦联到基板上的固定位置。在任一情况下，实现具有柔性主要止动特征(A)和刚性次要止动特征(B)的两阶段运动限制(即，止动)配置。
在本文中示出和描述具有运动限制结构的各种惯性传感器。然而，本领域的技术人员基于本文中的描述将理解，可设想包括具有主要止动特征(A)和刚性次要止动特征(B)的运动限制结构的大量变化形式。此外，尽管描绘了运动限制结构被实施来在震动事件的情况下限制检验质量块沿着单轴的移动的配置，但应理解，在设计内可实施多个限制结构来在震动事件的情况下限制检验质量块沿着多轴的移动。再进一步，尽管结合加速度计描述了两阶段运动限制结构，但应理解，两阶段运动限制结构可在其它惯性传感器(例如，陀螺仪)中和具有可移动结构的其它MEMS装置中实施，所述两阶段运动限制结构否则可能会在经受震动力时被损坏。
MEMS装置的实施例包括基板、与基板间隔开且能够相对于基板移动的检验质量块以及运动限制结构。运动限制结构包括柔性地耦联到检验质量块和基板中的第一者的臂结构，所述臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，其中响应于对检验质量块强加的致使检验质量块移动的震动力，第一接触区域被配置成接触检验质量块和基板中的第二者上的第一止动区域，且在第一接触区域与第一止动区域接触之后和在连续对检验质量块强加震动力后，第二接触区域被配置成接触检验质量块和基板中的第二者上的第二止动区域，使得第二接触区域与第二止动区域的接触减小了第一接触区域与第一止动区域之间的接触力。
MEMS装置的另一实施例包括基板、与基板间隔开且能够相对于基板移动的检验质量块以及运动限制结构。运动限制结构包括悬臂式臂结构，所述悬臂式臂结构具有在枢转位置处柔性地耦联到检验质量块和基板中的第一者的第一末端，所述臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，第二接触区域比第一接触区域更接近枢转位置定位，其中响应于对检验质量块强加的致使检验质量块移动的震动力，第一接触区域被配置成接触检验质量块和基板中的第二者上的第一止动区域，且在第一接触区域与第一止动区域接触之后和在连续对检验质量块强加震动力后，第二接触区域被配置成接触检验质量块和基板中的第二者上的第二止动区域，使得第二接触区域与第二止动区域的接触减小了第一接触区域与第一止动区域之间的接触力。
MEMS装置的另一实施例包括基板、与基板间隔开且能够相对于基板移动的检验质量块以及运动限制结构。运动限制结构包括悬臂式臂结构，所述悬臂式臂结构具有在枢转位置处柔性地耦联到检验质量块的第一末端，所述悬臂式臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，第二接触区域比第一接触区域更接近枢转位置定位，其中响应于对检验质量块强加的致使检验质量块移动的震动力，第一接触区域接触锚定到基板的第一止动区域，在第一接触区域与第一止动区域接触之后和在连续对检验质量块强加震动力后，悬臂式臂结构在枢转位置处枢转且第二接触区域接触锚定到基板的第二止动区域，其中第二接触区域与第二止动区域的接触减小了第一接触区域与第一止动区域之间的接触力，且响应于第一接触区域与第一止动区域之间的接触力的减小，第一和第二接触区域分别与第一和第二止动区域分离以使检验质量块返回到初始位置。
因此，本文中所公开的实施例需要对震动事件具有改进的稳固性的MEMS装置。更具体地说，MEMS惯性传感器包括具有两阶段止动配置的一个或多个运动限制结构。两阶段运动限制结构包括在可移动结构与固定结构之间形成接触的主要止动特征。此主要止动特征(即，第一止动阶段)具有顺应性，所述顺应性被配置成防止在可移动结构与固定结构的接触表面之间生成相当大的力。使接触力保持为低有助于使可移动结构与固定结构的接触表面之间的粘合力保持为低。次要止动特征(即，第二止动阶段)更刚性且被配置成用更大的力使可移动结构相对于固定结构的移动止动。另外，次要止动特征被配置成耐受足够的力且可因此限制或减小主要止动特征的可移动结构与固定结构的接触表面之间的接触力。另外，用于压缩主要止动特征的能量可用于将次要止动特征推开。因此，两阶段止动配置可减小在高g震动事件期间对可移动结构和/或止动特征造成损坏的可能性，且使得能够减小主要止动特征的接触表面之间的接触力以由此限制静摩擦事件。因此，具有柔性主要止动特征和刚性次要止动特征的两阶段止动配置可产生性能增强和设计更稳固的MEMS装置。
本公开旨在阐明使用根据本发明的各种实施例的方式而非限制根据本发明的各种实施例的真实、既定和公平的范围和精神。以上描述并不旨在是穷尽性的或将本发明限于所公开的确切形式。鉴于以上教示，可能有许多修改或变化。选择和描述实施例以提供对本发明的原理和其实际应用的最佳图示，以及使得本领域的技术人员能够在各种实施例中且利用适合于预期的特定用途的各种修改来利用本发明。当根据清楚地、合法地且公正地赋予的权利的宽度来解释时，所有这样的修改和变化及其所有等效物均处于如由所附权利要求书所确定的本发明的范围内，且在本专利申请未决期间可修正。

Claims (9)

1.一种微机电***MEMS装置，其特征在于，包括：
基板；
检验质量块，其与所述基板间隔开且能够相对于所述基板移动，其中所述检验质量块被配置成在基本上平行于所述基板的表面的第一方向上移动；和
运动限制结构，其包括柔性地耦联到所述检验质量块和所述基板中的第一者的臂结构，其中所述臂结构接近于所述检验质量块的边缘从所述检验质量块和所述基板中的所述第一者延伸，和所述臂结构被配置成围绕垂直于所述基板的所述表面的旋转轴枢转，所述臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，其中：
响应于对所述检验质量块强加的致使所述检验质量块移动的震动力，所述第一接触区域被配置成接触所述检验质量块和所述基板中的第二者上的第一止动区域；和
在所述第一接触区域与所述第一止动区域接触之后和在连续对所述检验质量块强加所述震动力后，所述第二接触区域被配置成接触所述检验质量块和所述基板中的所述第二者上的第二止动区域，使得所述第二接触区域与所述第二止动区域的接触减小了所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的接触力。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，所述臂结构是悬臂式臂结构，所述悬臂式臂结构具有在枢转位置处柔性地耦联到所述检验质量块和所述基板中的所述第一者的第一末端。
3.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，所述臂结构的第一末端在枢转位置处柔性地耦联到所述检验质量块和所述基板中的所述第一者，且所述第二接触区域比所述第一接触区域更接近所述枢转位置定位。
4.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于：
所述第一接触区域和所述第一止动区域中的一个包括第一凸块，所述第一凸块朝向所述第一接触区域和所述第一止动区域中的另一个延伸；和
所述第二接触区域和所述第二止动区域中的一个包括第二凸块，所述第二凸块朝向所述第二接触区域和所述第二止动区域中的另一个延伸。
5.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，在对所述检验质量块强加所述震动力之前，所述第一接触区域与所述第一止动区域之间存在第一间隙，所述第一间隙具有第一间隙宽度，且所述第二接触区域与所述第二止动区域之间存在第二间隙，所述第二间隙具有第二间隙宽度，所述第二间隙宽度大于所述第一间隙宽度。
6.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于：
所述检验质量块被配置成围绕第一旋转轴枢转；
所述检验质量块包括所述第一旋转轴的一侧上的第一区段和所述第一旋转轴的相反侧上的第二区段，所述第一区段比所述第二区段形成有更大的质量；
所述臂结构接近于所述检验质量块的所述第一区段从所述检验质量块和所述基板中的所述第一者延伸；和
所述臂结构被配置成围绕平行于所述第一旋转轴的第二旋转轴枢转。
7.根据权利要求6所述的MEMS装置，其特征在于：
所述第一接触区域和所述第一止动区域在平行于所述基板的表面的方向上远离所述第二旋转轴移位第一距离；和
所述第二接触区域和所述第二止动区域在平行于所述基板的所述表面的所述方向上远离所述第二旋转轴移位第二距离，所述第二距离小于所述第一距离。
8.一种微机电***MEMS装置，其特征在于，包括：
基板；
检验质量块，其与所述基板间隔开且能够相对于所述基板移动，其中所述检验质量块被配置成在基本上平行于所述基板的表面的第一方向上移动；和
运动限制结构，其包括悬臂式臂结构，所述悬臂式臂结构具有在枢转位置处柔性地耦联到所述检验质量块和所述基板中的第一者的第一末端，其中所述悬臂式臂结构接近于所述检验质量块的边缘从所述检验质量块和所述基板中的所述第一者延伸，和所述悬臂式臂结构被配置成围绕垂直于所述基板的所述表面的旋转轴枢转，所述臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，所述第二接触区域比所述第一接触区域更接近所述枢转位置定位，其中：
响应于对所述检验质量块强加的致使所述检验质量块移动的震动力，所述第一接触区域被配置成接触所述检验质量块和所述基板中的第二者上的第一止动区域；和
在所述第一接触区域与所述第一止动区域接触之后和在连续对所述检验质量块强加所述震动力后，所述第二接触区域被配置成接触所述检验质量块和所述基板中的所述第二者上的第二止动区域，使得所述第二接触区域与所述第二止动区域的接触减小了所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的接触力。
9.一种微机电***MEMS装置，其特征在于，包括：
基板；
检验质量块，其与所述基板间隔开且能够相对于所述基板移动，其中所述检验质量块被配置成在基本上平行于所述基板的表面的第一方向上移动；和
运动限制结构，其包括悬臂式臂结构，所述悬臂式臂结构具有在枢转位置处柔性地耦联到所述检验质量块的第一末端，其中所述悬臂式臂结构接近于所述检验质量块的边缘从所述检验质量块和所述基板中的所述检验质量块延伸，和所述悬臂式臂结构被配置成围绕垂直于所述基板的所述表面的旋转轴枢转，所述悬臂式臂结构具有第一接触区域和第二接触区域，所述第二接触区域比所述第一接触区域更接近所述枢转位置定位，其中：
响应于对所述检验质量块强加的致使所述检验质量块移动的震动力，所述第一接触区域接触锚定到所述基板的第一止动区域；
在所述第一接触区域与所述第一止动区域接触之后和在连续对所述检验质量块强加所述震动力后，所述悬臂式臂结构在所述枢转位置处枢转且所述第二接触区域接触锚定到所述基板的第二止动区域，其中所述第二接触区域与所述第二止动区域的接触减小了所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的接触力；和
响应于所述第一接触区域与所述第一止动区域之间的所述接触力的减小，所述第一和第二接触区域分别与所述第一和第二止动区域分离以使所述检验质量块返回到初始位置。
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