MEMS器件的微机械薄膜结构

mems器件的微机械薄膜结构技术领域1.本发明涉及mems器件的零部件技术领域，尤其是涉及一种mems器件的微机械薄膜结构。背景技术：2.微机械薄膜结构是mems(微机电系统)器件中的典型部件，微机械薄膜结构通常为悬空结构，配以驱动电极，可以实现微机械薄膜结构的运动及变形。微机械薄膜结构的材料一般分为金属、非金属、混合膜层等，对于这些材料，在工作过程中受机械应力的情况下，基本都存在应力集中点，例如，金属材料的单端固支梁在驱动电极的静力作用下，单端固支梁将发生弯折变形，其应力集中点处于单端固支梁的根部，在应力集中点将极易发生疲劳、蠕变、塑性形变等不可恢复的损伤，对mems器件的可靠性、寿命带来隐患。技术实现要素：3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种mems器件的微机械薄膜结构，消除应力集中点，提高可靠性及使用寿命。4.根据本发明实施例的一种mems器件的微机械薄膜结构，包括：衬底；锚点座，所述锚点座设在所述衬底上；薄膜件，所述薄膜件连接所述锚点座，所述薄膜件具有远离所述锚点座的设定方向和沿所述设定方向依次设置的多个有效宽度，所述有效宽度为所述薄膜件在垂直于所述设定方向的剖切面上的截面宽度或截面宽度之和，多个所述有效宽度沿所述设定方向逐渐减小。5.根据本发明实施例的微机械薄膜结构，通过使薄膜件的有效宽度沿设定方向逐渐减小，使薄膜件上的应力均匀分布，消除应力集中点，从而减弱疲劳、蠕变、塑性形变等现象，提高可靠性。6.一些实施例中，所述薄膜件上设有孔部，所述剖切面经过所述孔部以使所述薄膜件上形成有至少两个截面，所述有效宽度为至少两个所述截面的宽度之和。7.进一步地，所述孔部包括多个孔单元，多个所述孔单元沿所述设定方向间隔开设置。8.更进一步地，每个所述孔单元包括至少一个通孔，多个所述孔单元的所述通孔的分布服从康托集。9.一些具体实施例中，沿所述设定方向设置的多个所述孔单元的宽度逐渐增大。10.具体地，多个所述孔单元的宽度服从数列序列，所述数列序列的数列为等比数列、等差数列、差比数列以及幂数列中的任一种。11.一些实施例中，所述孔部沿所述设定方向延伸，且所述孔部的宽度沿所述设定方向逐渐增大。12.具体地，所述孔部的位于所述设定方向两侧的孔壁为弧形过渡或台阶过渡。13.一些实施例中，所述薄膜件被构造为所述薄膜件的宽度沿所述设定方向逐渐减小。14.具体地，所述薄膜件的位于所述设定方向两侧的端部为弧形过渡或台阶过渡。15.一些实施例中，所述薄膜件包括质量件和至少两个梁体件，每个所述梁体件的一端连接所述锚点座且另一端连接所述质量件，每个所述梁体件的宽度沿所述设定方向逐渐减小。16.一些实施例中，所述薄膜件被构造为梁体或薄膜。17.具体地，所述梁体为单端固支梁或双端固支梁，其中，所述梁体为双端固支梁时，所述设定方向包括方向相反的第一方向和第二方向，多个所述有效宽度包括两组，两组所述有效宽度中一组沿所述第一方向设置，另一组沿所述第二方向设置。18.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明19.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：20.图1为本发明第一个实施例中微机械薄膜结构的示意图；21.图2为本发明第二个实施例中微机械薄膜结构的示意图；22.图3为本发明第三个实施例中微机械薄膜结构的示意图；23.图4为本发明第四个实施例中微机械薄膜结构的示意图；24.图5为本发明第五个实施例中微机械薄膜结构的示意图；25.图6为本发明第六个实施例中微机械薄膜结构的示意图；26.图7为本发明第七个实施例中微机械薄膜结构的示意图；27.图8为本发明第八个实施例中微机械薄膜结构的示意图；28.图9为本发明第九个实施例中微机械薄膜结构的示意图；29.图10为本发明第十个实施例中微机械薄膜结构的示意图；30.图11为本发明第十一个实施例中微机械薄膜结构的示意图。31.附图标记：32.100、微机械薄膜结构；33.10、衬底；20、锚点座；34.30、薄膜件；31、孔部；311、孔单元；312、通孔；32、质量件；33、梁体件。具体实施方式35.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。37.此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。38.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。40.下面结合附图描述本发明实施例的微机械薄膜结构100。41.如图1所示，根据本发明实施例的一种微机械薄膜结构100，微机械薄膜结构100包括：衬底10、锚点座20、薄膜件30。42.锚点座20设在衬底10上。其中，衬底10材料包括但不限于硅、玻璃及石英等。43.薄膜件30连接锚点座20，薄膜件30具有远离锚点座20的设定方向和沿设定方向依次设置的多个有效宽度，有效宽度为薄膜件30在垂直于设定方向的剖切面上的截面宽度或截面宽度之和，多个有效宽度沿设定方向逐渐减小。需要说明的是，距离锚点座20越远，力臂增长，越容易发生形变，本发明通过对薄膜件30的有效宽度进行设计，使薄膜件30远离锚点座20的有效宽度减小，减小其所受静电力的大小，实现应力的均匀。44.其中，在薄膜件30上具有孔部31时，薄膜件30在垂直于设定方向的剖切面上的截面宽度为多个，可以理解，孔部31将截面分为多个，有效宽度为多个截面宽度之和。45.例如，锚点座20处于薄膜件30的左端，设定方向为左右方向，薄膜件30的宽度是指薄膜件30在前后方向上的尺寸，薄膜件30在左右方向上具有多个有效宽度，靠近锚点座20的有效宽度大，远离锚点座20的有效宽度小，从而使远离薄膜件30远离锚点座20的部分所受静电力较小，整个薄膜件30上的应力较均匀。46.根据本发明实施例的微机械薄膜结构100，通过使薄膜件30的有效宽度沿设定方向逐渐减小，使薄膜件30上的应力均匀分布，消除应力集中点，从而减弱疲劳、蠕变、塑性形变等现象，提高可靠性。47.如图1至图4所示，一些实施例中，薄膜件30上设有孔部31，剖切面经过孔部31以使薄膜件30上形成有至少两个截面，有效宽度为至少两个截面的宽度之和，使有效宽度可以充分代表薄膜件30在剖切面上的宽度，方便对薄膜件30上的应力进行设定。例如，薄膜件30上形成有两个截面，两个截面前后排布，有效宽度为前方截面的宽度加上后方截面的宽度；或者，薄膜件30上形成有三个截面，三个截面前中后排布，有效宽度为前方截面的宽度加上中间截面的宽度再加上后方截面的宽度。当然，截面还可以有更多个，例如四个、五个等等，效果与两个截面、三个截面的效果相同，这里不再赘述。48.如图1至图2所示，进一步地，孔部31包括多个孔单元311，多个孔单元311沿设定方向间隔开设置，通过设置多个孔单元311沿设定方向间隔开设置，方便对孔部31进行加工。例如，设定方向为左右方向，孔部31包括五个孔单元311，五个孔单元311从左至右依次间隔开设置。当然，孔部31还可以是包括两个孔单元311、三个孔单元311、四个孔单元311，乃至更多孔单元311，均是可以的，具体效果与上述相同，这里不再赘述。49.如图1所示，更进一步地，每个孔单元311包括至少一个通孔312，多个孔单元311的通孔312的分布服从康托集，通过设置多个孔单元311的通孔312的分布服从康托集，进一步提高应力均匀的效果，方便制造。50.其中，康托集可以为康托三分集，还可以是广义康托集，这里不做限制；同时多个孔单元311的通孔312可以是服从康托集的前几项，也可以是服从康托集的中间项。例如，薄膜件30上自左向右设置五个孔单元311，自左向右数，第一个孔单元311包括十六个通孔312，第二个孔单元311包括八个通孔312，第三个孔单元311包括四个通孔312，第四个孔单元311包括两个通孔312，第五个孔单元311包括一个通孔312，通孔312服从康托集的前五项。当然，薄膜件30上自左向右还可以设置四个孔单元311，自左向右数，第一个孔单元311包括十六个通孔312，第二个孔单元311包括八个通孔312，第三个孔单元311包括四个通孔312，第四个孔单元311包括两个通孔312，通孔312服从康托集的中间四项。薄膜件30还可以设置为其他情况的通孔312，设置方式与上述方式相似，这里不再赘述。51.如图2所示，一些具体实施例中，沿设定方向设置的多个孔单元311的宽度逐渐增大，通过将沿设定方向的多个孔单元311的宽度逐渐增加实现应力的均匀。例如，设定方向为左右方向，自左向右，薄膜件30上设置有五个孔单元311，五个孔单元311的宽度自左向右逐渐增大。52.如图2所示，具体地，多个孔单元311的宽度服从数列序列，实现薄膜件30上应力均匀的效果。53.可选地，数列序列的数列为等比数列、等差数列、差比数列以及幂数列中的任一种。例如，数列为等比数列；或者，数列为等差数列；或者，数列为差比数列；再或者，数列为幂数列；当然，数列还可以是其他数列，这里不再赘述。54.如图3、图4所示，一些实施例中，孔部31沿设定方向延伸，且孔部31的宽度沿设定方向逐渐增大，通过设置孔部31的宽度沿设定方向逐渐增大实现薄膜件30上应力均匀的效果。例如，设定方向为左右方向，孔部31向右方延伸，自左向右，孔部31的宽度在逐渐增大。55.如图3、图4所示，具体地，孔部31的位于设定方向两侧的孔壁为弧形过渡或台阶过渡，通过设置弧形过渡或台阶过渡方便了对孔部31进行加工。例如，设定方向为左右方向，孔部31的位于左右方向两侧的孔壁为前后孔壁，前后孔壁为弧形过渡，孔部31的宽度在左右方向上渐变；或者，前后孔壁为台阶过渡，孔部31的宽度在左右方向上一级一级的变化。56.如图5、图6所示，一些实施例中，薄膜件30被构造为薄膜件30的宽度沿设定方向逐渐减小，通过将薄膜件30构造为其宽度沿设定方向逐渐减小，实现薄膜件30远离锚点座20的部分收到更小静电力的效果。57.如图5、图6所示，具体地，薄膜件30的位于设定方向两侧的端部为弧形过渡或台阶过渡。例如，设定方向为左右方向，薄膜件30的位于左右方向两侧的端部为前后端部，前后端部为弧形过渡，薄膜件30的宽度在左右方向上渐变；或者，前后端部为台阶过渡，薄膜件30的宽度在左右方向上一级一级的变化。58.如图7所示，一些实施例中，薄膜件30包括质量件32和至少两个梁体件33，每个梁体件33的一端连接锚点座20且另一端连接质量件32，每个梁体件33的宽度沿设定方向逐渐减小，通过设置至少两个梁体件33共同承担质量块，减少单个梁体件33所受压力。例如，设定方向为左右方向，梁体件33为两个，两个梁体件33前后分布，每个梁体件33的左端连接锚点座20，每个梁体件33的右端连接在同一个质量块上。或者，梁体件33为三个，三个梁体件33前中后分布，每个梁体件33的左端连接锚点座20，每个连体件的右端连接在同一个质量块上。当然，梁体件33还可以为更多个，例如四个、五个等等，这里不再赘述。59.如图1至图8所示，一些实施例中，薄膜件30被构造为梁体或薄膜，通过将薄膜件30构造为梁体或薄膜，以用于结构驱动和信号感知，充分发挥微机械薄膜结构100的效果。例如，薄膜件30被构造为梁体，可以理解，mems器件的梁体较为薄、小，可以当作长条状的薄膜件30，设定方向为梁体的长度方向；或者，薄膜件30被构造为薄膜，设定方向便为径向方向。其中，薄膜可以是圆形薄膜，也可以是多边形薄膜，这里不做赘述。60.如图9至图11所示，具体地，梁体为单端固支梁或双端固支梁，其中，梁体为双端固支梁时，设定方向包括方向相反的第一方向和第二方向，多个有效宽度包括两组，两组有效宽度中一组沿第一方向设置，另一组沿第二方向设置，通过设置第一方向与第二方向，实现双端固支梁上应力均匀的效果，扩大使用范围。例如，设定方向为左右方向，第一方向为自左向右的方向，第二方向为自右向左的方向，两组有效宽度中的一组自左向右逐渐减小，另一组有效宽度自右向左逐渐减小。当然，梁体还可以是三端固支梁、四端固支梁或者更多端固支梁，这里不做赘述。61.下面结合图1至图11，描述本发明微机械薄膜结构100的一个具体实施例。62.一种微机械薄膜结构100包括：衬底10、锚点座20及薄膜件30。63.衬底10的材料为硅。锚点座20设在衬底10上。薄膜件30为单端固支梁，薄膜件30的左端连接在锚点座20上，薄膜件30上设有孔部31，孔部31包括五个孔单元311，五个孔单元311自左向右设置，第一个孔单元311包括十六个通孔312，第二个孔单元311包括八个通孔312，第三个孔单元311包括四个通孔312，第四个孔单元311包括两个通孔312，第五个孔单元311包括一个通孔312，通孔312的数量和宽度满足康托集的前五项。64.根据本发明实施例的微机械薄膜结构100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。65.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。66.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。