MEMS致动器组结构制造技术

本发明专利技术提供了一个以六个自由度移动平台的封装。该平台可以包括安装在其上的光电子装置。封装包括可以是MEMS致动器的平面内致动器和可以由压电元件形成的平面外致动器。平面内MEMS致动器可以安装在平面外致动器上，平面外致动器安装在PCB中的凹陷中。平面内MEMS致动器包括多个梳状结构，其中相对的梳状物的指状物彼此重叠，即延伸经过彼此的端部。平面外致动器包括中心部分和连接到中心部分的多个环绕台。平面内MEMS致动器联接到Z平面外驱动器，以向有效负载提供三个自由度，该有效负载可以是包括在封装中的光电子装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MEMS致动器组结构相关申请的交叉引用本专利申请要求于2016年2月1日递交的、名称为“MEMS致动器组结构”、顺序No.15/012,682的美国技术专利申请的权益，该专利申请要求于2015年11月5日递交的、名称为“MEMS致动器结构”、顺序No.62/251,538，的美国临时申请的权益。每个申请的内容通过引用以其整体并入本文中。
本专利技术通常涉及一种致动器，并且，特别地，涉及一种微型致动器，其被配置成移动各种设计和以各种组形式的光电子装置。
技术介绍
致动器用于将电信号转换成机械运动。在诸如例如便携式装置、成像相关装置、电信组件和医疗仪器的许多应用中，微型致动器适配在应用的小尺寸、低功率和成本限制内可能是有益的。微电子机械系统(MEMS)技术是以其最一般形式可以定义为使用微制造技术制造的微型机械和机电元件的技术。MEMS装置的临界尺寸可以从远远低于1微米到几毫米而变化。通常，MEMS驱动器比传统驱动器更紧凑，而且它们消耗更少功耗。在一些应用中，例如将照相机中的图像传感器移动到自动聚焦(AF)或光学图像稳定(OIS)中，使用致动器来移动具有多个电输入和输出的光电子装置。例如，Fukada等人的题目为“Two-DimensionalPiezoelectricActuator”的欧洲专利No.EP0253375教导了一种可用于在平面中移动图像传感器的二维致动器的设计。但是，由Fukada教导的驱动器对于空间受限的应用来说是很大且不可修改的。例如，由于其他较小型装置的相关空间限制，Fukuda致动器可用于大型独立数码相机。与传统的致动器不同，MEMS致动器可用于例如移动或定位小型手机相机内的某些无源元件。作为示例，名称为“受运动控制的致动器”的美国专利No.8,604,663和名称为“Mems-BasedOpticalImageStabilization”的美国专利申请公开No.2013/0077945A1教导了用于在微型相机(例如，用在手机中)中移动镜头。然而，这些MEMS致动器都不能够移动具有多个电输入和电输出的光电子装置。此外，这些MEMS驱动器都采用了增加复杂性、尺寸和成本的展开机构。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于以多个自由度移动或定位平台的致动器。刚体在空间中的位置和定向由三个平移分量和三个旋转分量限定，并且本专利技术提供了致动器组件，致动器组件提供六个自由度。在各种实施方式中，致动器包括用于平面XY内移动的静电梳状驱动致动器和用于平面外移动的压电“Z”致动器。在本专利技术的各种实施方式中，封装包括两个致动器，包括用于XY平面内移动的梳状驱动致动器，所述梳状驱动致动器是MEMS致动器并且被称为XY或“平面内”MEMS致动器，并且Z或“平面外”致动器，其提供包括与XY平面正交的方向的多个方向上的运动。总之，由组合致动器提供六个自由度，包括旋转和平移运动。在各种封装实施方式中，Z致动器安装在底部，MEMS致动器安装在Z致动器的顶部，并且光电子装置安装在XY面内MEMS致动器的顶部，但其他安装和封装布置是在其他实施方式中使用。致动器用于将光电子装置或其他装置定位在手机或其他光电或电子装置中。在其他实施方式中，封装仅包括一个致动器、XY平面内MEMS致动器。在各种实施方式中，XY平面内致动器具有四个或偶数个梳状驱动区。在一些实施方式中，每个梳状驱动器具有矩形或正方形形状，以及设置在梳状驱动器的外边缘附近的运动控制悬臂。在每个梳状驱动区中，都有一对运动控制挠曲件，以使得或者确保指状物平行移动。偶数梳状驱动器可以围绕XY平面内致动器的中心有规律地定位，并且梳状驱动运动通过关键悬臂挠曲件转移到有效载荷平台，关键悬臂挠曲件的运动损失可以忽略不计。光电子装置或其他装置所接合到的有效载荷平台可以附接到各种光电子装置中的任何一个。在一些实施方式中，光电子装置的质量可以高达100mg。在XY平面内致动器的一些实施方式中，一个梳状驱动区具有固定的梳状物和可移动的梳状物，所述固定的梳状物可以被胶粘或以其他方式固定到固定部分，所述可移动的梳状物连接到长的运动转移悬臂。在各种实施方式中，长的悬臂一端连接到有效载荷平台并且在另一端连接到梳状驱动器的移动梳状物。悬臂被设计成在一个平移和旋转自由度上更灵活，但是在其他自由度上是刚性的，以确保悬臂可以隔离不同的运动模式，例如以避免X和Y之间的干涉。所公开的致动器和致动器组件提供了非常灵活和稳健的优点。在一些实施方式中，一个或多个致动器包括弯曲或柔性电连接件。如美国专利申请US14/677,730中所示，其内容通过引用如同以其整体阐述的那样整体并入本文，弯曲的屈曲的、即屈曲的或柔性电气连接件用于实现灵活性。该致动器可以使用市面上可以得到的或其他标准或非标准MEMS制造/处理技术和MEMS工艺流程(包括沟槽深反应离子蚀刻(DRIE)、氧化、多晶硅填充、金属沉积、DRIE和RIE释放)制造。本专利技术中的弯曲电连接件不是运动控制弯曲件，因此连接件被设计成提供最小刚度，同时导电。灵活的电气连接件可以在X、Y和Z方向上移动，以实现X、Y和Z运动。在一个示例性实施方式中，示出了柔性电连接件的3D视图。连接件被弯曲并在它们所联接的表面之上，以实现所需的灵活性。在一些实施方式中，柔性电连接件的一端连接到装置的移动部分，另一端连接到装置的固定部分。连接弯曲是导电的。在一些实施方式中，导电性由沉积在硅或其他材料表面上的金属合金层提供。在各种实施方式中，柔性电连接件可以由复合材料形成，并且可以包括多个层，如氧化物、硅、多晶硅和金属。在一些实施方式中，XY平面内致动器的每个梳状驱动区包括一对梳状物，梳状物包括附接到固定脊部的固定指状物的梳状物和附接到移动脊部的移动指状物的梳状物。在每个梳状物对中，指尖可以具有重叠(见图5)，例如，不限于10-50um的重叠部分，以确保当施加电信号时平滑的力的斜升。在一个实施方式中，XY平面内的致动器的每个梳状驱动区包括一对梳状物，梳状物包括固定指状物的梳状物和固定指状物的梳状物，梳状物连接到固定的脊状物移动脊部。在每个指状物对中，指尖可以具有重叠(见图5)，例如但不限于10-50μm重叠，以确保在施加电信号时平稳的力量增加。在一个实施方式中，XY平面内的MEMS通过胶合或以其他方式安装到Z平面外致动器，其将XY平面内的致动器的中心和外框架固定到Z平面外致动器，Z平面外致动器固定在电路板上，例如PCB或陶瓷电路板等。在各种实施方式中，例如其中Z致动器未被利用的实施方式，XY平面内致动器也可以直接固定到电路板。XY致动器可以被安装成使得外框架和梳状驱动区的固定部分直接安装到电路板。当XY驱动器安装到Z驱动器或电路板上时，中心固定部分和外框架固定在同一平面上，因此在组装过程中不需要偏移。它简化了装配流程。在每个梳状驱动区中，可以有多对梳状物。在一些实施方式中，一个梳对具有中心脊部，并且指状物从两侧附接到脊部。指状物的每一侧都将梳状脊部移动到它们的面内方向。脊部的形状可以在各种实施方式中变化，并且可以是不同的和不规则的。可以使用指状物和脊部之间的各种角度。包括导电挠曲件的电连接件从指状梳状物路由到移动平台，然后，通过表面上的迹线和3D柔性挠曲件固定到外固定杆。不同定向的指状梳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于沿多个方向致动光电子装置的致动器组件，所述致动器组件包括：封装，包括电路板、平面内微机电系统MEMS致动器、平面外致动器和光电子装置，所述光电子装置通过多个导电挠曲件导电联接到所述平面内MEMS致动器的组件；以及所述平面外致动器导电联接到所述平面内MEMS致动器和所述电路板中的至少一个，其中，所述平面内MEMS致动器能够提供沿着平面的致动，并且所述平面外致动器能够至少沿着除所述平面以外的方向提供致动，并且所述电路板是印刷电路板PCB和陶瓷板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.05 US 62/251,538;2016.02.01 US 15/012,6821.一种用于沿多个方向致动光电子装置的致动器组件，所述致动器组件包括：封装，包括电路板、平面内微机电系统MEMS致动器、平面外致动器和光电子装置，所述光电子装置通过多个导电挠曲件导电联接到所述平面内MEMS致动器的组件；以及所述平面外致动器导电联接到所述平面内MEMS致动器和所述电路板中的至少一个，其中，所述平面内MEMS致动器能够提供沿着平面的致动，并且所述平面外致动器能够至少沿着除所述平面以外的方向提供致动，并且所述电路板是印刷电路板PCB和陶瓷板。2.根据权利要求1所述的致动器组件，其中所述封装包括所述电路板，并且所述平面内MEMS致动器包括由外框架横向围绕的平台，所述平台直接接合到所述光电子装置。3.根据权利要求1所述的致动器组件，其中所述导电挠曲件是导电复合导线，所述导电复合导线在接触位置处接合到所述平面内MEMS致动器，在非接触位置处在所述平面内MEMS致动器上方延伸，并且导电联接所述平面内MEMS致动器的一部分，所述平面内MEMS驱动器通过另外的接触件进一步联接到所述光电子装置。4.根据权利要求1所述的致动器组件，其中所述光电子装置设置在所述平面内MEMS驱动器之上并且接合到所述平面内MEMS驱动器，所述平面内MEMS驱动器设置在所述平面外驱动器之上，所述平面外致动器设置在所述电路板上，并且所述封装包括所述光电子装置，所述平面内MEMS致动器、所述平面外致动器和所述电路板，并且所述平面内MEMS致动器和所述平面外致动器中的每一个是平面构件。5.根据权利要求4所述的致动器组件，其中，所述平面外致动器通过导电通孔导电联接到所述光电子装置，导电通孔延伸穿过所述平面内MEMS致动器，并且所述光电子装置直接联接到所述平面内MEMS致动器，所述平台横向地被所述平面内MEMS致动器的外框架围绕。6.根据权利要求1所述的致动器组件，其中，所述平面内MEMS致动器包括可附接到所述光电子装置的可移动平台和侧向围绕所述平台的外框架，并且其中，所述导电挠曲件从所述平台延伸到所述外框架。7.根据权利要求6所述的致动器组件，其中，所述导电挠曲件是电线，所述电线在接触位置处联接到所述平台和所述外框架，并且在所述平面内MEMS致动器上方延伸，从而在所述接触位置之间的区域中、在导电挠曲件的一部分和所述平面内MEMS致动器的上表面之间产生空隙区域。8.根据权利要求1所述的致动器组件，其中，所述平面内MEMS致动器包括多个梳状驱动区，每个所述梳状驱动区包括可移动构件和固定构件并且联接到悬臂，所述悬臂还连接到所述平面内MEMS致动器的平台，所述平面内MEMS致动器围绕所述多个梳状驱动区，所述平台由所述平面内MEMS驱动器的外框架横向围绕。9.根据权利要求8所述的致动器组件，其中，每个所述梳状驱动区是平面的、矩形的、并且包括多对相对的梳状物。10.根据权利要求8所述的致动器组件，其中，所述多个梳状驱动区中的每一个包括多对相对的梳状物，每个所述对的相对梳状物包括第一梳状物和第二梳状物，第一梳状物具有联接到所述固定构件的所述固定脊部的第一齿；以及第二梳状物具有联接到所述可移动构件的所述可移动脊部的第二齿；所述固定脊部平行于所述可移动脊部定向，每个所述第一齿具有相同的长度，并且每个所述第二齿具有相同的长度。11.根据权利要求10所述的致动器组件，其中，所述第一齿从所述固定脊部向所述第二梳延伸，所述第二齿从所述可移动脊部向所述第一梳延伸，所述第一齿和第二齿彼此平行定向，所述第一齿和第二齿的重叠区域包括插入在所述第二齿的相应端部之间的所述第一齿的相应端部，所述第一齿部和所述第二齿部的所述相应端部以交替顺序布置。12.根据权利要求10所述的致动器组件，其特征在于，所述第一齿的端部插入到所述第二齿的端部之间，并且每个所述固定脊部包括接合到其一侧的所述第一齿和接合到其相对侧并朝向所述可移动构件的另一个可移动脊部延伸的相对齿，并且其中，所述第一齿是锥形的，使得所述第一齿的所述端部比所述第一齿的其它部分窄，并且所述第二齿是锥形的，使得所述第二齿的所述端部比所述第二齿的其它部分窄。13.根据权利要求10所述的致动器组件，其中，每个所述梳状驱动区还包括一对运动控制悬臂，每个运动控制悬臂设置在所述梳状驱动区的外围并且联接在所述可移动部件和所述固定部件之间。14.根据权利要求8所述的致动器组件，其中：每个所述梳状驱动区包括多对相对的梳状物；每个所述对的相对的梳包括第一梳和第二梳，具有第一齿的第一梳联接到所述固定构件的固定脊部上，具有第二齿的第二梳联接到所述可移动构件的可移动的脊部上；所述固定脊部与所述可移动脊部平行；所述第一齿的端部和所述第二齿的端部形成重叠区域，在该重叠区域中，所述第一齿的相邻端部置于所述第二齿的相邻端部之间；以及每个所述梳状驱动区还包括一对运动控制悬臂，每个运动控制悬臂设置在所述梳状驱动区的外围，并且联接在所述可移动构件和所述固定构件之间。15.根据权利要求8所述的致动器组件，其中所述固定构件包括固定杆和与所述固定杆正交的多个固定脊部，所述可移动构件包括可移动杆和与所述可移动杆正交的多个可移动脊部，第一梳的第一齿从所述固定构件的固定脊向所述可移动构件的可移动脊部延伸，并且第二梳的第二齿从所述可移动构件的可移动脊部向所述固定构件的固定脊延伸，所述固定脊部平行于所述可移动脊部，以及其中，对于每个所述梳状驱动区，所述悬臂包括附接到所述平台的一端和附接到所述梳状驱动区的外围部分处的所述可移动杆的相对端，所述悬臂包括运动传递悬臂，所述悬臂将所述梳状驱动区的移动传递到所述平台以向其提供运动，所述第一齿平行于所述第二齿定向，并且所述平台设置在所述光电子装置的下方并直接联接到所述光电子装置。16.根据权利要求8所述的致动器组件，其中，对于每个所述梳状驱动区，所述悬臂包括附接到所述平台的一端和附接到所述梳状驱动区的相对端，并且其中，所述悬臂包括运动传递悬臂，运动传递悬臂将所述梳状驱动区的移动传递到所述平台。17.根据权利要求16所述的致动器组件，其中，所述悬臂的所述一端附接到所述梳状驱动区的周边部分。18.根据权利要求1所述的致动器组件，其中，所述平面外致动器包括适于附接到所述平面内致动器和所述光电子装置中的至少一个的可移动中心台。19.根据权利要求1所述的致动器组件，其中，所述平面外致动器是平面构件，所述平面构件包括中心台、侧向地围绕所述中心台的中间台以及将所述中心台中的至少一个连接到所述中间台的梁，以及所述中间台与周边围绕所述中间台的外框架相连，所述中间台彼此同心布置，并且其中，所述平面外致动器配置成在与平面外致动器的平面正交的方向上致动所述中心台。20.根据权利要求1所述的致动器组件，其中，所述平面外致动器是平面构件，所述平面构件包括可移动的中心台、侧向地围绕所述中心台的中间台以及将所述中心台连接到所述中间台、以及将所述中间台连接到外框架的致动梁，所述致动梁是可变形的，并且适于致动所述中心台，所述中心台联接到所述平面内MEMS致动器的平台部分，所述平面内MEMS致动器进一步联接到设置在所述平面内MEMS致动器上的所述光电子装置。21.根据权利要求20所述的致动器组件，其中所述致动梁由复合材料形成，所述复合材料包括组合使用以产生压电效应的多个材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓磊，王桂芹，马修·恩格，
申请(专利权)人：麦穆斯驱动有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US