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。是包括在封装中的光电子装置。是包括在封装中的光电子装置。

【技术实现步骤摘要】
MEMS致动器组结构
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]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。
[0003]本申请是申请号为201680078018.0的专利技术申请的分案申请，所述专利技术申请的申请日为2016年11月2日，专利技术名称为“MEMS致动器组结构”。


[0004]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

[0005]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。
[0006]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。
[0007]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
‑/>Dimensional Piezoelectric Actuator”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。
[0008]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
‑
Based Optical Image Stabilization”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

[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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US 14/677,730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。
[0013]在一些实施方式中，XY平面内致动器的每个梳状驱动包括一对梳状物，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。
[0014]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。
[0015]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统MEMS致动器，包括：适于附接到光电子装置的平台；围绕所述平台且与所述平台侧向间隔开的外框架；导电挠曲线，其在所述MEMS致动器上方延伸并且在所述平台和所述外框架之间提供导电联接；多个梳状驱动区，每个梳状驱动区包括移动部分和固定部分，所述平台围绕所述多个梳状驱动区；每个所述梳状驱动区包括多对相对的梳状结构，每个所述对包括第一梳状结构和第二梳状结构，第一梳状结构的第一齿联接到固定构件，第二梳状结构的第二齿联接到可移动构件，所述固定构件平行于所述可移动构件，以及联接在所述平台和所述可移动构件之间的悬臂，其中，所述第一齿和第二齿彼此平行定向，并且其中，所述第一齿的端部和所述第二齿的端部形成重叠区域，所述第一齿的相邻端部置于所述第二齿的相邻端部之间。2.根据权利要求1所述的MEMS致动器，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他部分窄，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他部分窄。3.根据权利要求1所述的MEMS致动器，其中，所述固定构件包括多个固定脊部，所述可移动构件包括多个可移动脊部，所述第一齿从所述固定构件的固定脊部向所述可移动构件的可移动脊部延伸，并且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓磊，王桂芹，马修，
申请(专利权)人：麦斯卓微电子南京有限公司，
类型：发明
国别省市：