压电型微机电致动器装置和集成微机电致动器装置的设备制造方法及图纸

本公开涉及压电型微机电致动器装置和集成微机电致动器装置的设备。微机电致动器装置包括固定结构和移动结构。移动结构包括第一可变形带、第二可变形带和第三可变形带，均在第一可变形带的相对侧上延伸，每个带均承载压电致动器。在第二和第三压电体被偏置的工作状态下，第二和第三可变形带经历负弯曲，而第一可变形带经历正弯曲。因此产生的两个加在一起的平移引起第一可变形带的位移大于可由相等基面的单个膜获得的位移。

Piezoelectric Micro-electromechanical Actuator Device and Integrated Micro-electromechanical Actuator Device

【技术实现步骤摘要】
压电型微机电致动器装置和集成微机电致动器装置的设备相关申请的交叉参考本申请要求2017年11月27日提交的意大利专利申请第102017000135836号的优先权，其内容在法律允许的最大范围内通过引证引入本文。
本文描述的技术涉及基于压电技术的致动器装置以及包括致动器装置的设备，特别是扬声器。具体地，在下文中将参考通过MEMS(微机电系统)技术实现的致动器。
技术介绍
已知的微机械致动器具有膜结构，其利用半导体材料技术制造。设置有一个或多个压电元件的膜通过适当控制压电元件而在驱动方向上偏转。根据使用它的应用，膜的机械变形具有特定的用途。例如，在流体应用中，膜可以形成微泵或打印头(printhead)的一部分，并且其偏转可以用于引起大量流体的移位。微机械致动器的其他应用包括例如声学应用。压电致动的膜例如用于集成在便携式设备中的小型化扬声器，例如便携式计算机、膝上型计算机、笔记本电脑(包括超薄笔记本电脑)、PDA、平板电脑和智能电话。由于尺寸小，所述装置使得可以在面积和厚度方面遵守关于占用空间的严格要求。已经发现，通常，已知类型的致动器的膜在垂直于膜本身的平面的方向上具有几百微米(500-2000μm)的偏转(面外偏转)。这种性能可以通过增加膜的面积来获得，代价是占用空间。本领域需要提供一种具有压电致动的微机电装置，其将克服现有技术的缺点。
技术实现思路
在一个实施例中，微机电致动器装置包括固定结构和移动结构。移动结构被配置为沿着驱动方向移动并且包括第一可变形带、第二可变形带和第三可变形带，其在第一操作状态下位于静止平面中并且具有沿着与所述驱动方向正交的第一方向的相应主延伸部。第一可变形带被布置在第二和第三可变形带之间，并且通过相应的第一和第二贯穿沟槽而沿着第一方向与第二和第三可变形带机械地去耦。第一、第二和第三可变形带均具有相应的端部并在其端部处连接在一起。第二可变形带通过第一支撑元件进一步耦合到固定结构，并且第三可变形带通过第二支撑元件固定到固定结构，至少在第一操作状态，第一和第二支撑元件沿着与第一方向正交对称的相同的第一对称轴彼此对准。第一，第二和第三可变形带分别容纳第一、第二和第三压电体。第二和第三可变形带以及相应的第二和第三压电体相对于彼此布置并且被配置成使得在第二和第三压电体被工作电压偏置的第二操作状态下，第二和第三可变形带经历负弯曲，该负弯曲引起所述端部的平移以及第一可变形带的在所述驱动方向上的平移。第一可变形带和相应的第一压电体相对于彼此布置并且被配置为使得在第一压电体被偏置在工作电压时，第一可变形带经历正弯曲，该正弯曲引起第一可变形带的至少一部分的在驱动方向上的另一平移，其在第一可变形带的所述端部之间延伸。附图说明为了更好地理解，现在参考附图纯粹通过非限制性示例描述实施例，其中：图1以俯视图示出了根据本专利技术的一个方面的MEMS致动器；图2以俯视图示出了根据本专利技术的另一方面的图1的MEMS致动器；图3以横向剖视图示出了图2的MEMS致动器；图4A和图4B以更高的细节程度示出了图3的MEMS致动器的部分；图5A以透视图示出了根据本专利技术的MEMS致动器；图5B示出了图5A的MEMS致动器的放大细节；图6示出了根据本公开的另一实施例的MEMS致动器；图7示出了根据本专利技术的另一实施例的MEMS致动器；以及图8示出了根据本公开实施例的包括MEMS致动器的装置。具体实施方式图1示出了三轴参考系统中的微机电类型的致动器1的一部分，其具有相互正交的轴X、Y、Z。具体地，图1以俯视图示出了根据一个实施例的平面XY中的致动器1。致动器1设置有可变形结构2，该可变形结构2被设计成在轴线Z的方向上弯曲并且与平面XY正交。可变形结构2由固定类型的框架4支撑，框架4完全包围可变形结构2。在未示出的不同实施例中，框架4可仅部分地围绕可变形结构2。如在图3中可以看到的，在下文更全面地描述，可变形结构2悬挂在腔6上，例如通过使用微机械加工技术蚀刻到衬底8中而获得。在该实施例中，可变形结构2在衬底8的前侧8a上延伸。衬底8是单片块还是由彼此叠置的多个区域或层(例如，外延生长的层)形成无关紧要。衬底8可以包括一种或多种半导体和/或绝缘材料。框架4可以集成在衬底8中，或者也可以由衬底8自身形成。框架4通过第一支撑元件或约束件12和第二支撑元件或约束件14机械地耦合到可变形结构2，第一支撑元件或约束件14具有彼此基本相同的形状和尺寸并且在平行于轴X的方向上彼此对准。在一个实施例中，第一支撑元件12和第二支撑元件14都处于静止状态和操作状态(后者在下文中更全面地示出)，其位于平行于平面XY的相同平面中。第一和第二支撑元件12、14例如形成为框架4的局部延长部分。举例来说，框架4具有四边形形状，沿轴线X的延伸部大约为2mm，并且沿轴线Y的延伸部大约为2mm。作为示例，第一和第二支撑元件12、14具有四边形形状，沿轴线X的延伸部大约为20μm，并且沿轴线Y的延伸部大约为85μm。第一和第二支撑元件12、14沿轴线Z的厚度约为4μm。在一个实施例中，框架4包括，例如，在衬底8的正面8a上沉积或生长的(单晶或多晶)硅层；显然，除了硅之外或代替硅，可以使用其他材料。根据一个实施例，在衬底8的正面8a上沉积或生长的上述(单晶或多晶)硅层同样形成限定可变形结构2的形状的基底支撑层2’(参见，例如，图3)。沿着轴Z测量的基底支撑层2’的厚度例如在0.5μm和20μm之间。在一个实施例中，框架4、第一和第二支撑元件12、14以及可变形结构2由单件制成，并且在静止状态下，位于同一平面(这里是平面XY)中。可变形结构2和支撑框架4可以使用半导体加工技术，例如蚀刻、生长、沉积和/或选择性去除，从半导体材料的晶片(例如硅)开始获得。可变形结构2在此具有四边形形状，特别是矩形，沿轴线Y具有主侧面LY，沿轴线X具有副侧面LX。例如，主侧面LY为2.5mm，副侧面LX为2mm。可变形结构2相对于对称轴A进一步对称，平行于轴线X并且穿过限定可变形结构2的外边缘的边LY和LX的矩形的几何中心O，并且相对于对称轴线B，平行于轴线Y并穿过几何中心O。第一和第二支撑元件12、14沿对称轴线A相对于彼此对齐并且相对于对称轴线A对称；它们进一步相对于对称轴线B彼此对称。可变形结构2包括第一功能子结构18、第二功能子结构20和第三功能子结构22。第一、第二和第三功能子结构18、20和22还具有四边形，具体是矩形。第一、第二和第三功能子结构18、20和22具有相应的外边缘，该外边缘限定相应的相互同心的矩形，即具有相同几何中心的矩形，对应于如上所述的边LY和LX的矩形的几何中心O。第一、第二和第三功能子结构18、20和22通过耦合或约束元件23、24和26、27机械地耦合在一起。耦合元件23和24将第一功能子结构18耦合到第二功能子结构20相对于对称轴线B对称地延伸，并且沿着第一对称轴线A(沿着轴X)对准。耦合元件23和24同样沿轴线A对准第一和第二支撑元件12和14。耦合元件26和27将第二功能子结构20约束到第三功能子结构22并延伸，相对于对称轴线B彼此对称，并且沿着第一对称轴线A对准到第一和第二支撑元件12、14以及耦合元件23和24。换句话说，框架4和第一、第二和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微机电(MEMS)致动器装置，包括：固定结构；以及移动结构，被配置为沿着驱动方向移动，并且包括第一可变形带、第二可变形带和第三可变形带，所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带在第一操作状态中位于静止平面中，并且具有沿着与所述驱动方向正交的第一方向的相应主延伸部，所述第一可变形带被布置在所述第二可变形带和所述第三可变形带之间，并且通过相应的第一贯穿沟槽和第二贯穿沟槽而沿着所述第一方向与所述第二可变形带和所述第三可变形带机械地去耦；其中所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带均具有相应的端部、并连接在一起；其中所述第二可变形带通过第一支撑元件进一步耦合到所述固定结构，并且所述第三可变形带通过第二支撑元件耦合到所述固定结构，至少在第一操作状态中，所述第一支撑元件和所述第二支撑元件沿着与所述第一方向正交对称的相同的第一对称轴彼此对准；其中所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带分别容纳第一压电体、第二压电体和第三压电体；其中所述第二可变形带和所述第三可变形带、以及相应的所述第二压电体和所述第三压电体相对于彼此布置，并且被配置为使得在所述第二压电体和所述第三压电体被工作电压偏置的第二操作状态中，所述第二可变形带和所述第三可变形带经历负弯曲，所述负弯曲引起所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带的所述端部的在所述驱动方向上的平移、以及所述第一可变形带的在所述驱动方向上的平移；以及其中所述第一可变形带和相应的所述第一压电体相对于彼此布置，并且被配置为使得在所述第一压电体被偏置在所述工作电压时，所述第一可变形带经历正弯曲，所述正弯曲引起所述第一可变形带的至少一部分的在所述驱动方向上的另一平移，其在所述第一可变形带的所述端部之间延伸。...

【技术特征摘要】
2017.11.27 IT 1020170001358361.一种微机电(MEMS)致动器装置，包括：固定结构；以及移动结构，被配置为沿着驱动方向移动，并且包括第一可变形带、第二可变形带和第三可变形带，所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带在第一操作状态中位于静止平面中，并且具有沿着与所述驱动方向正交的第一方向的相应主延伸部，所述第一可变形带被布置在所述第二可变形带和所述第三可变形带之间，并且通过相应的第一贯穿沟槽和第二贯穿沟槽而沿着所述第一方向与所述第二可变形带和所述第三可变形带机械地去耦；其中所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带均具有相应的端部、并连接在一起；其中所述第二可变形带通过第一支撑元件进一步耦合到所述固定结构，并且所述第三可变形带通过第二支撑元件耦合到所述固定结构，至少在第一操作状态中，所述第一支撑元件和所述第二支撑元件沿着与所述第一方向正交对称的相同的第一对称轴彼此对准；其中所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带分别容纳第一压电体、第二压电体和第三压电体；其中所述第二可变形带和所述第三可变形带、以及相应的所述第二压电体和所述第三压电体相对于彼此布置，并且被配置为使得在所述第二压电体和所述第三压电体被工作电压偏置的第二操作状态中，所述第二可变形带和所述第三可变形带经历负弯曲，所述负弯曲引起所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带的所述端部的在所述驱动方向上的平移、以及所述第一可变形带的在所述驱动方向上的平移；以及其中所述第一可变形带和相应的所述第一压电体相对于彼此布置，并且被配置为使得在所述第一压电体被偏置在所述工作电压时，所述第一可变形带经历正弯曲，所述正弯曲引起所述第一可变形带的至少一部分的在所述驱动方向上的另一平移，其在所述第一可变形带的所述端部之间延伸。2.根据权利要求1所述的MEMS致动器装置，其中所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带的所述端部和所述第一可变形带的平移、以及所述第一可变形带的至少一部分的所述另一平移以彼此相加的形式，被指向为具有与所述驱动方向的定向相同的定向。3.根据权利要求1所述的MEMS致动器装置，其中所述第一压电体、所述第二压电体和所述第三压电体在所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带的相应第一侧处延伸；并且其中所述移动结构还包括：第一厚度增加区域，在所述第一可变形带的第一侧上，位于所述第一压电体上方；第二厚度增加区域，在所述第二可变形带的第二侧上，所述第二侧在所述驱动方向上与所述第一侧相对；以及第三厚度增加区域，在所述第三可变形带的相应第二侧上，所述相应第二侧在所述驱动方向上与相应第一侧相对。4.根据权利要求3所述的MEMS致动器装置，其中所述第一厚度增加区域在所述驱动方向上具有的厚度在0.2μm和20μm之间。5.根据权利要求3所述的MEMS致动器装置，其中所述第二厚度增加区域和所述第三厚度增加区域在所述驱动方向上具有的厚度相同，包括在0.2μm和20μm之间。6.根据权利要求3所述的MEMS致动器装置，其中所述第一厚度增加区域、所述第二厚度增加区域和所述第三厚度增加区域在所述第一方向上具有的延伸部等于或大于所述第一压电体、所述第二压电体和所述第三压电体的延伸部。7.根据权利要求3所述的MEMS致动器装置，其中所述第一厚度增加区域由氮化硅构成。8.根据权利要求3所述的MEMS致动器装置，其中所述第二厚度增加区域和所述第三厚度增加区域均由多晶硅构成。9.根据权利要求1所述的MEMS致动器装置，其中所述固定结构沿着所述移动结构延伸、并与所述移动结构相距一距离，使得所述固定结构和所述移动结构彼此机械地去耦，除了连接到所述第一支撑元件和所述第二支撑元件的区域。10.根据权利要求1所述的MEMS致动器装置，其中所述移动结构是由所述固定结构承载的悬挂平台，所述第一支撑元件和所述第二支撑元件在所述静止平面中形成处于所述第一操作状态和所述第二操作状态两者中的刚性悬挂结构。11.根据权利要求1所述的MEMS致动器装置，其中所述移动结构被悬挂在形成于半导体材料的本体中的腔体之上，所述本体至少部分地形成所述固定结构。12.根据权利要求1所述的MEMS致动器装置，其中所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带在所述静止平面中具有矩形形状，所述矩形形状具有沿着所述第一方向的主侧面、以及沿着与所述第一方向正交并且与所述驱动方向正交的第二方向的副侧面；其中所述第一压电体、所述第二压电体和所述第三压电体在所述静止平面中具有矩形形状，所述矩形形状具有沿着所述第一方向的主侧面，其长度等于所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带的主侧面的一半；以及其中所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带的几何中心与所述第一压电体、所述第二压电体和所述第三压电体的相应几何中心重合。13.根据权利要求12所述的MEMS致动器装置，其中所述第一可变形带、所述第二可变形带和所述第三可变形带的几何中心与所述第一压电体、所述第二压电体和所述第三压电体的几何中心沿着所述第一对称轴彼此对准。14.根据权利要求12所述的MEMS致动器装置，其中所述移动结构相对于所述第一对称轴以及相对于第二对称轴进一步对称，所述第二对称轴平行于所述第一方向、并穿过所述第一可变形带的几何中心。15.根据权利要求1所述的MEMS致动器装置，其中所述移动结构还包括：第四可变形带和第五可变形带，位于所述静止平面中、并且在所述第一方向上具有相应的主延伸部，并且被布置在所述第二可变形带和所述第一支撑元件之间，在所述第一方向上通...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·朱斯蒂，C·L·佩瑞里尼，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT