微机电元件制造技术

本发明专利技术提出一种微机电元件，包含：一基板；一质量块，其内部定义一中空结构，该质量块与该基板构成至少两个感测电容；至少两个锚点结构，连接于该基板，且从剖面图视之，该锚点结构分别落在该至少两个感测电容的电容区域内；至少一个连杆构架，位于该中空结构中，与该锚点结构直接连接、或是通过缓冲弹簧而与该锚点结构间接连接；以及多个扭转弹簧，位于该中空结构中，各扭转弹簧一端连接于该质量块，另一端连接于该连杆构架；其中，该至少两个感测电容分别位于该扭转弹簧的两相对侧，该质量块可依该扭转弹簧为轴而旋转，使该至少两个感测电容构成差分感测电容，且其中，在该质量块和该基板的连接关系中，不具有不构成活动电极的质量块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微机电元件，特别是指一种将锚点设置在质量块的下方、且质量块和锚点间直接通过弹簧连接而不需要设置转接用质量块的微机电元件。
技术介绍
参照图1A，显示传统的一微机电元件10，其中包含基板11、质量块12、和锚点13，质量块12通过锚点13而连接在基板11上。基板11上有固定电极区111，质量块12上有活动电极区121，对应的固定电极区111与活动电极区121形成一感测电容，以感测质量块12的运动。更详言之，锚点13左方的感测电容和锚点13右方的感测电容构成差分电容，当微机电元件10运动时，质量块12沿Z轴方向(图中的上下方向)发生摆动，而差分电容可更精确地感测微机电元件10在Z轴方向的移动量。因应差分电容的设计，因此，锚点13很自然地设置在两差分电容之间。然而，此现有技术具有缺点。图1B示意显示此微机电元件10的基板11呈现变形状态，此变形状态可能为制造过程或操作过程中应力造成的变形。比较图1A与图1B，可看出图1B中的变形造成固定电极111与活动电极区121间的距离变化，此变化造成感测电容的感测值偏离，且难以控制。美国专利号US 4，736，629所公开的加速计，其结构具有如前述的变形困扰，而美国专利号US 5，487，305所公开的三轴加速计也有此变形困扰。参照图2，显示根据美国专利号US 8，434，364所公开的微机电元件20，微机电元件20包含质量块22、锚点23、弹簧24、与转接用质量块25。图2中所显示的质量块22与转接用质量块25皆浮置于基板(未显示)之上，且质量块22依序通过弹簧24a、转接用质量块25、弹簧24b、以及锚点23连接于基板。此设计将锚点23设置在质量块22的下方，而非差分电容之间，以改善前述变形所造成感测值偏离的困扰。然而，此现有技术有其缺点。为了将质量块22连接到位在质量块22下方的锚点23，该现有技术设置了转接用质量块25 (不构成活动电极的质量块)，但此转接用质量块25并未与固定电极构成电容，对于讯号的感测并无实质贡献，却浪费了布局面积；亦即，为了设置转接用质量块25，造成质量块22的有效感测面积减少，或是，为了得到相同的质量块22有效感测面积，则整体布局面积必须增加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种微机电元件，特别是指一种将锚点设置在质量块的下方、且质量块和锚点间直接通过弹簧连接而不需要设置转接用质量块的微机电元件。为达上述目的，就其中一个观点言，本专利技术提供了一种微机电元件，包含:一基板，该基板上具有至少两个固定电极区，且该基板具有一出平面方向；一质量块，其内部定义一中空结构，该质量块具有至少两个活动电极区，分别与该至少两个固定电极区对应构成至少两个感测电容；至少两个锚点结构，连接于该基板，且从剖面图视之，该锚点结构分别落在该至少两个感测电容的电容区域内；至少一个连杆构架，位于该中空结构中，与该锚点结构直接连接、或是通过与锚点结构对应数目的缓冲弹簧而与该锚点结构间接连接；以及多个扭转弹簧，位于该中空结构中，各扭转弹簧一端连接于该质量块，另一端连接于该连杆构架；其中，该至少两个感测电容分别位于该扭转弹簧的两相对侧，该质量块可依该扭转弹簧为轴而旋转，使该至少两个感测电容构成差分感测电容以进行该出平面方向的运动感测，且其中，在该质量块和该基板的连接关系中，不具有不构成活动电极的质量块。在其中一种较佳的实施例中，该些锚点结构分别位于与该固定电极区具有预设对应关系的相对位置上，例如但不限于该些锚点结构分别位于各该固定电极区的形心的相对位置、或分别位于其中两个该固定电极区的形心间一相对连线上。在其中一种较佳的实施例中，该至少一个连杆构架包含至少一外围部分以及连接该外围部分的一中间连接部。在其中一种较佳的实施例中，当该至少一个连杆构架与该锚点结构直接连接时，该连杆构架包含一缓冲结构，该缓冲结构材料刚性和尺寸刚性与连杆构架的其余部分相同，借助该连杆构架形状上的曲绕，而提供缓冲。在其中一种较佳的实施例中，当该至少一个连杆构架与该锚点结构通过该缓冲弹簧而间接连接时，该缓冲弹簧为O形弹簧、扭转弹簧、S形弹簧或U形弹簧。在其中一种较佳的实施例中，该质量块的质心与该扭转弹簧的旋转轴线间具有一距离，使该质量块的该运动状态具有一偏心运动。 在其中一种较佳的实施例中，所述的微机电元件包含至少四个该锚点结构、至少四个该缓冲弹簧、以及至少两个该连杆构架，各连杆构架分别连接至少两个缓冲弹簧、以及一个扭转弹簧。在其中一种较佳的实施例中，所述的微机电元件包含至少四个感测电容。在其中一种较佳的实施例中，该连杆构架的刚性，较大于所连接的该些缓冲弹簧的刚性，较小于该基板的刚性。下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效。【附图说明】图1A、1B显示现有技术的一种微机电元件；图2显示现有技术的另一种微机电元件；图3显示根据本专利技术的一种微机电元件；图4A、4B为根据图3实施例的剖面图，显示其中当基板产生变形，固定电极区与活动电极区的关系；图5-9显示根据本专利技术的多个实施例的微机电元件。图中符号说明10、20、30、50、60、70、80、90 微机电元件11,31基板111,311固定电极区12、22、32、52、62、72、82、92 质量块121、321、521、721、821、921活动电极区13锚点23、33、53、73、83、93锚点结构24a、24b弹簧25转接用质量块323、523、623、723、823、923中空结构34、54、64、74缓冲弹簧35、55、65、75、85、95连杆构架36、56、66、76、86、96扭转弹簧654外围部分852、952缓冲区951中间连接部C1、C3、C4形心CG质心D距离Z出平面方向【具体实施方式】请参阅图3和图4A、4B，显示本专利技术的第一个实施例的一种微机电元件30，其包含:一基板31、一质量块32、至少两个(本实施例中为两个、但本专利技术不限于为两个)锚点结构33、与锚点结构对应数目的缓冲弹簧34、一连杆构架(linkage truss) 35、以及多个(本实施例中为两个、但本专利技术不限于为两个)扭转弹簧36。质量块32具有至少两个活动电极区321，且基板31上具有至少两个固定电极区311 (参照图4A、4B)，固定电极区311对应于活动电极区321而构成差分感测电容，以感测微机电元件30在基板31出平面方向Z上的运动。锚点结构33连接于基板31，且从剖面图视之，锚点结构33分别落在差分感测电容的电容区域内(但从俯视图视之，锚点结构33可不落在固定电极区311内，参阅图5-7)。各缓冲弹簧34的一端分别与对应的锚点结构33连接，各缓冲弹簧34的另一端分别连接于连杆构架35。质量块32的内部定义一中空结构323，而连杆构架35位于该中空结构323之内。质量块32通过扭转弹簧36而连接于连杆构架35。换言之，质量块32经由扭转弹簧36、连杆构架35、缓冲弹簧34、锚点结构33、而连接于基板31。需注意的是，在质量块32和基板31的连接关系中，并没有使用到图2现有技术中的转接用质量块(不构成活动电极的质当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电元件，其特征在于，包含：一基板，该基板上具有至少两个固定电极区，且该基板具有一出平面方向；一质量块，其内部定义一中空结构，该质量块具有至少两个活动电极区，分别与该至少两个固定电极区对应构成至少两个感测电容；至少两个锚点结构，连接于该基板；至少一个连杆构架，位于该中空结构中，与该锚点结构直接连接、或是通过与锚点结构对应数目的缓冲弹簧而与该锚点结构间接连接；以及多个扭转弹簧，位于该中空结构中，各扭转弹簧一端连接于该质量块，另一端连接于该连杆构架；其中，该至少两个感测电容分别位于该扭转弹簧的两相对侧，该质量块可依该扭转弹簧为轴而旋转，使该至少两个感测电容构成差分感测电容以进行该出平面方向的运动感测，且其中，在该质量块和该基板的连接关系中，不具有不构成活动电极的质量块。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴嘉昱，林炯彣，罗烱成，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71