为对惯性开关进行大于8 000 g的冲击检测,设计一种便携式冲击试验装置。根据弹性力学的赫兹理论,对该冲击试验装置进行了动力学分析,采用四阶龙格-库塔（Runge-Kutta）算法求解得到了结构参数与冲击特性的关系。采用Endevco2270标准传感器进行标定,标定结果满足设计要求,即该冲击试验装置可产生最大幅值约8 400 g,脉宽约110μs的冲击加速度信号,在同一高度测试的相对误差小于6%,具有良好的输出稳定性。该冲击试验装置体积小,质量轻,便于携带,维护简单,安全可靠,可用于小尺寸惯性器件冲击检测及抗冲击实验等。

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-质量-阻尼＂结构,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值（1gn~30gn）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刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备,划片后芯片尺寸为7 mm×7 mm×1.5 mm。经离心实验测试,微惯性开关的闭合阈值约为4.28gn,导通电阻约为9.3Ω。多次测试结果表明,微惯性开关具有0.5gn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。

选用典型的＂弹簧-质量＂系统,基于平面矩形螺旋梁结构,研制了一种具有良好单向敏感性的低g值微惯性开关。采用ANSYS有限元软件,对惯性开关的单向敏感性进行了静力学仿真分析。分析结果表明,横向加速度对惯性开关闭合阈值的影响较小。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备。经离心试验测试,微惯性开关的闭合阈值约为12.26g,具有约±0.2g的闭合精度。当横向惯性加速度小于15g时,对其闭合阈值的影响小于0.5g。测试结果表明,微惯性开关具有较好的单向敏感性,多次测试重复性好,具有体积小、结构简单、加工容易实现、环境适应性好等特点。

采用双埋层SOI（Silicon-On-Insulator）材料,结合KOH腐蚀工艺、电感耦合等离子体（ICP）刻蚀工艺、阳极键合以及喷雾式涂胶工艺,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关。利用二氧化硅KOH腐蚀/ICP刻蚀自停止的特点,平面矩形螺旋梁厚度的精度为±0.46μm。分析了双埋层SOI材料的电学特性,采用等电位技术,实现了双埋层SOI与上下两层硼硅玻璃的阳极键合。采用玻璃无掩模湿法腐蚀技术,在玻璃封盖底部设计制作了大小为200μm×200μm的防粘连凸台,解决了芯片在清洗干燥过程中的粘连问题。采用ICP刻蚀用硅衬片方法,解决了ICP刻蚀工艺中高温导致的金硅共晶合金问题。实验验证显示,提出的方法效果较好,芯片成品率得到较大提高,为大批量地研制低g值微惯性开关提供了可靠的工艺基础。