随着MEMS技术的发展,各类MEMS产品层出不穷。微惯性开关作为低能耗、抗干扰能力强的无源器件,在无人系统远程监控、特种物品工业运输、物联网(IOT)及国防引信等技术研发中崭露头角。本文根据低g值MEMS惯性开关在现代物流运输中的应用情况,综合考虑不同敏感方向惯性开关的工作特征,开展对具有方向识别功能的低g值惯性开关的研制。主要工作内容概括如下:分析应用环境,制定微惯性开关低阈值、万向敏感、可识别方向等设计目标,预设对应性能指标。基于微惯性开关简化物理模型,建立包含加速度信号、开关结构参数以及感应单元固有频率的数学方程式。通过控制变量与数值计算的方法,揭示各因素对开关性能影响的变化规律。依次确定开关固有频率、“弹簧-质量块”结构与尺寸、电极结构与尺寸及其排布位置。最终,以低刚度C型弹簧、八边形质量块、四个径向电极与一个轴向电极绝缘排布的方式初步完成微惯性开关的设计。针对MEMS惯性开关结构设计结果,利用ANSYS软件仿真分析其工作性能。以模态仿真获得开关各方向振动形态及与之对应的固有频率。通过数值计算求得开关在XOY面内理论阈值为8-9g,验证了球面电极提高开关阈值精度的有效性。其次,利用ANSYS动力学仿真模块分析开关动态性能。在10g、5ms且方向不同的加速度作用下,开关轴向响应时间为1.53ms,闭合时间为290μs;径向响应时间为1.35ms,闭合时间大于300μs。最后,针对应用环境复杂性,对惯性开关做适应性分析。求解开关适用的最佳环境参数,并仿真分析开关的抗过载性能。基于叠层光刻与精密电化学沉积等工艺制作微惯性开关。以线宽补偿法弥补曝光衍射、胶膜溶胀及腐蚀去胶过程造成的负偏差;以厚度补偿法调整平坦化处理造成的厚度偏差。最终制作而成的开关长宽均为5300μm,高270μm,最小线宽为20μm。为验证开关工作性能,先后进行封装与测试。利用离心机检测开关工作稳定性,利用落锤装置检测开关动态响应特性及方向识别功能。结果表明开关动态阈值在7.9-11.3g之间,各向响应时间均小于2ms。开关轴向闭合时间为240μs,径向闭合时间达300-460μs,且在XOY平面内可识别碰撞方向。过载冲击后,开关仍完好无损。