專利名稱：水銀式微機械慣性開關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及傳感器技術領域中的一種水銀式微機械慣性開關器件，特別適用于炮彈、導彈引信上作引信保險開關及作民用產品的慣性開關裝置。
背景技術：
在軍事及汽車、照相機、玩具、鼠標等民用產品領域都需要大量應用慣性開關。研制性能更好、可靠性更高、價格更低的慣性開關一直是人們追求的目標。目前特別在炮彈、導彈上常采用慣性開關作為引信的保險開關，現(xiàn)在炮彈、導彈上的引信保險慣性開關采用由質量塊、掛鉤、彈簧等機械結構組合的無源慣性開關，這種機械結構式無源慣性開關其主要不足是體積大、結構復雜、可靠性能差，制造困難，生產成本高。

發(fā)明內容
本實用新型所要解決的技術問題就是提供一種半導體無源結構的水銀式微機械慣性開關，且本實用新型還具有結構簡單，生產工藝簡易，成本價格低廉，可靠性好，體積小，重量輕等特點。
本實用新型所要解決的技術問題由以下技術方案實現(xiàn)的它包括底晶片1、1至6層中間下晶片2、1至6層中間上晶片3、頂晶片4、絕緣層5至8、水銀腔體9、1至6個空腔體10、溝道11、水銀珠12、電極13、14。其中底晶片1表面上氧化一層絕緣層5結構，絕緣層5上涂一層光刻膠，其上覆蓋掩膜版后經光刻、顯影獲得電極13、14的光刻膠窗口，再濺射金屬后剝離光刻膠及其上金屬獲得電極13、14結構。頂晶片4表面上氧化一層絕緣層8結構，1至6層中間下晶片2表面上氧化一層絕緣層6結構，1至6層中間上晶片3表面上氧化一層絕緣層7結構，1至6層中間下晶片2及絕緣層6上光刻腐蝕水銀腔體9、溝道11及1至6個空腔體10，1至6層中間上晶片3及絕緣層7上光刻腐蝕水銀腔體9、溝道11及1至6個空腔體10，1至6層中間下晶片2及絕緣層6的面與底晶片1及絕緣層5、電極13、14的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間上晶片3及絕緣層7的面與頂晶片4及絕緣層8的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間下晶片2另一面與1至6層中間上晶片3另一面用絕緣膠粘接固定安裝，水銀腔體9與1至6個空腔體10通過溝道11貫通構成整體結構，水銀腔體9內灌注水銀珠12，電極13、14一端裸露在空腔體10內，另一端超聲焊接外接引線，底晶片1、1至6層中間下晶片2、1至6層中間上晶片3及頂晶片4切成芯片用環(huán)氧樹脂封裝在半導體器件管殼內。
本實用新型相比背景技術具有如下優(yōu)點1.本實用新型采用水銀珠12在承受設定的加速度時運動使開關動作，具有傳感器的作用，無源工作，性能可靠。
2.本實用新型結構采用半導體晶片及半導體微加工工藝制作，因此結構簡單，生產工藝簡易成熟，能極大降低成本，便于批量生產。
3.本實用新型采用半導體晶片制作慣性開關，因此具有體積小，重量輕，價格低廉，便于制作多種型號規(guī)格結構的慣性開關。


圖1是本實用新型主視剖面結構示意圖。
圖2是本實用新型俯視剖面結構示意圖。
具體實施方式
參照圖1、圖2，本實用新型由底晶片1、1至6層中間下晶片2、1至6層中間上晶片3、頂晶片4、絕緣層5至8、水銀腔體9、1至6個空腔體10、溝道11、水銀珠12、電極13、14構成。其中底晶片1表面上氧化一層絕緣層5結構，頂晶片4表面上氧化一層絕緣層8結構，1至6層中間下晶片2上氧化層絕緣層6結構，1至6層中間上晶片3表面上氧化一層絕緣層7結構，實施例底晶片1、1至6層中間下晶片2、1至6層中間上晶片3、頂晶片4均采用市售晶體切割的單晶硅片制作，絕緣層5至8均采用二氧化硅材料制作絕緣層，制作時采用市場上通用的氧化爐進行表面氧化生長絕緣層。絕緣層5上右端光刻濺射金屬剝離出電極13、14，實施例制作過程如下首先絕緣層5上在通用的EM5026A型光刻機中光刻出電極13、14形狀，然后用濺射工藝采用通用的磁控濺射臺在底晶片1及絕緣層5上覆蓋金屬，一般覆蓋金屬采用多層復合金屬材料，再用剝離工藝采用H66025型超聲波發(fā)生器剝離掉無用金屬獲得金屬電極13、14。
本實用新型在1至6層中間下晶片2及絕緣層6上和1至6層中間上晶片3及絕緣層7上光刻腐蝕出水銀腔體9、1至6個空腔體10、溝道11，制作時中間下晶片2、中間上晶片3的層數(shù)厚度由水銀腔體9、空腔體10、溝道11的深度尺寸設計而定，空腔體10的個數(shù)由慣性開關用途規(guī)格設計而定，實施例采用1層中間下晶片2、1層中間上晶片3和一個空腔體10制作。實施例制作過程如下中間下晶片2及絕緣層6、中間上晶片3及絕緣層7用光刻工藝采用EM5026A型光刻機刻出正面水銀腔體9、空腔體10和溝道11的形狀，用雙面光刻工藝采用EM5026B型光刻機刻出背面水銀腔體9、空腔體10和溝道11的形狀，用常規(guī)氫氟酸緩沖液腐蝕掉水銀腔體9、空腔體10和溝道11上的絕緣層6、7，用各向異性腐蝕液EPW型腐蝕液腐蝕水銀腔體9、空腔體10和溝道11中的單晶硅，腐蝕單晶硅到水銀腔體9和空腔體10與溝道11貫通，完成所需的水銀腔體9、空腔體10及溝道11的制作。腐蝕不同大小及深度的水銀腔體9、空腔體10及溝道11的尺寸體積，就可制作不同型號規(guī)格結構的慣性開關。
本實用新型1至6層中間下晶片2及絕緣層6的面與底晶片1及絕緣層5、電極13、14的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間上晶片3及絕緣層7的面與頂晶片4及絕緣層8的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間下晶片2另一面與1至6層中間上晶片3另一面用絕緣膠粘接固定安裝，使中間上、下晶片3、2中的水銀腔體9與1至6個空腔體10通過溝道11貫通構成整體結構。在水銀腔體9內灌注水銀珠12，水銀珠12采用市售水銀材料制作。實施例電極13、14一端裸露在空腔體10內，另一端超聲焊接外接引線。底晶片1、中間下晶片2、中間上晶體3及頂晶片4用砂輪劃片機劃片成管芯芯片結構，用環(huán)氧樹脂封裝在半導體器件管殼內。實施例安裝過程如下把底晶片1、中間上下晶片3、2的芯片裝配在半導體器件管殼內，管殼內側面涂覆環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂由于毛細現(xiàn)象進入晶片間隙中，將各芯片粘接固定。在水銀腔體9中注滿水銀珠12，用環(huán)氧樹脂將頂晶片14粘合到中間上晶片3上。用金絲超聲焊接將底晶片1上的電極13、14引到半導體器件管殼上，與外接引線搭接連接，再用硅膠密封整個結構及引線及將管殼進行封帽，制作成本實用新型開關器件。
本實用新型工作原理如下水銀腔體9與空腔體10之間由溝道11貫通，空腔體10內加工有裸露電極13、14結構，水銀腔體9中管注水銀珠12，當該器件承受加速度時，如果達到一定的閥值，水銀珠12在慣性力作用下離開水銀腔體9通過溝道11運動到空腔體10中，將電極13、14接通，達到開關作用的目的。
權利要求1.一種水銀式微機械慣性開關，它包括底晶片(1)、頂晶片(4)、絕緣層(5)、(6)、(7)、(8)、電極(13)、(14)，其特征在于還包括1至6層中間下晶片(2)、1至6層中間上晶片(3)、水銀腔體(9)、1至6個空腔體(10)、溝道(11)、水銀珠(12)，其中底晶片(1)表面上氧化一層絕緣層(5)結構、絕緣層(5)上右端光刻濺射金屬剝離出電極(13)、(14)結構，頂晶片(4)表面上氧化一層絕緣層(8)結構，1至6層中間下晶片(2)表面上氧化一層絕緣層(6)結構，1至6層中間上晶片(3)表面上氧化一層絕緣層(7)結構，1至6層中間下晶片(2)及絕緣層(6)上光刻腐蝕水銀腔體(9)、溝道(11)及1至6個空腔體(10)，1至6層中間上晶片(3)及絕緣層(7)上光刻腐蝕水銀腔體(9)、溝道(11)及1至6個空腔體(10)，1至6層中間下晶片(2)及絕緣層(6)的面與底晶片(1)及絕緣層(5)、電極(13)、(14)的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間上晶片(3)及絕緣層(7)的面與頂晶片(4)及絕緣層(8)的面用絕緣膠粘接固定安裝，1至6層中間下晶片(2)另一面與1至6層中間上晶片(3)另一面用絕緣膠粘接固定安裝，水銀腔體(9)與1至6個空腔體(10)通過溝道(11)貫通構成整體結構，水銀腔體(9)內灌注水銀珠(12)，電極(13)、(14)一端裸露在空腔體(10)內，另一端超聲焊接外接引線，底晶片(1)、1至6層中間下晶片(2)、1至6層中間上晶片(3)及頂晶片(4)切成芯片用環(huán)氧樹脂封裝在半導體器件管殼內。
專利摘要本實用新型公開了一種水銀式微機械慣性開關,涉及傳感器領域中的一種開關器件。它由底頂晶片、中間上下晶片、水銀腔體、空腔體、溝道、水銀珠、電極等部件組成。它采用的原理是該器件承受加速度時,當達到一定閥值,水銀腔體中水銀珠通過溝道運動到空腔體中接通電極,達到開關作用。它具有無源工作、性能可靠、結構簡單、重量輕、體積小、成本低、采用微電子加工技術便于批量生產等特點,特別適用于炮彈、導彈引信上作引信慣性保險開關及作民用產品慣性開關裝置。
文檔編號H01H35/02GK2499962SQ0125939
公開日2002年7月10日 申請日期2001年9月7日 優(yōu)先權日2001年9月7日
發(fā)明者呂苗, 趙正平, 鄒學鋒 申請人:信息產業(yè)部電子第十三研究所