具有用于旋轉(zhuǎn)元件的折疊彈簧的微機(jī)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有旋轉(zhuǎn)元件微機(jī)電裝置，特別是涉及一種具有可供旋轉(zhuǎn)元件轉(zhuǎn)動(dòng)的折疊彈簧的微機(jī)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)由于智能型手機(jī)、平板電腦、互動(dòng)游戲機(jī)等消費(fèi)性電子商品開始采用微機(jī)電慣性感測(cè)元件(如微機(jī)電加速度計(jì)與微機(jī)電陀螺儀)，微機(jī)電慣性感測(cè)元件的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)快速地成長(zhǎng)。在微機(jī)電加速度計(jì)的技術(shù)與產(chǎn)品已相對(duì)成熟下，微機(jī)電陀螺儀已經(jīng)成了微機(jī)電慣性感測(cè)元件市場(chǎng)中，下一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。舉例來(lái)說(shuō)，微機(jī)電陀螺儀可運(yùn)用于智能型手機(jī)，使智能型手機(jī)具有互動(dòng)游戲或個(gè)人導(dǎo)航裝置的功能。
[0003]傳統(tǒng)微機(jī)電陀螺儀主要包含了一質(zhì)量塊、一扭轉(zhuǎn)梁、一框架、一折疊彈簧及一固定座。質(zhì)量塊通過(guò)扭轉(zhuǎn)梁而連接于框架，框架通過(guò)折疊彈簧而固定于固定座。并且，定義X軸向垂直扭轉(zhuǎn)梁的延伸方向，而定義Y軸向平行于扭轉(zhuǎn)梁的延伸方向。微機(jī)電陀螺儀的原理大致如下，當(dāng)框架沿著X軸來(lái)回的振蕩時(shí)，質(zhì)量塊也一并沿著X軸向而來(lái)回振蕩；當(dāng)Y軸向產(chǎn)生角速度時(shí)，質(zhì)量塊將以扭轉(zhuǎn)梁為旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生反復(fù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，偵測(cè)微機(jī)電陀螺儀的質(zhì)量塊與感應(yīng)電極間的電容值改變，即可計(jì)算出角速度。
[0004]在設(shè)計(jì)上，微機(jī)電陀螺儀的質(zhì)量塊與框架的共振頻率會(huì)盡可能相等，才可以確保微機(jī)電陀螺儀的靈敏度。但由于傳統(tǒng)微機(jī)電陀螺儀的扭轉(zhuǎn)梁的剛性與扭轉(zhuǎn)梁本身的寬度的一次方成正比，而折疊彈簧的剛性與折疊彈簧本身的寬度的三次方成正比。因此在扭轉(zhuǎn)梁與折疊彈簧于相同的制作工藝變異下，框架的共振頻率的偏移量將大于質(zhì)量塊的共振頻率的偏移量。如此，會(huì)使傳統(tǒng)微機(jī)電陀螺儀在相同的制作工藝變異下，無(wú)法使質(zhì)量塊與框架在振動(dòng)時(shí)有相近的共振頻率，進(jìn)而使質(zhì)量塊在感測(cè)到角速度時(shí)，無(wú)法同時(shí)達(dá)到最大振幅。如此一來(lái)，將使得微機(jī)電陀螺儀的靈敏度降低。
[0005]此外，傳統(tǒng)微機(jī)電多軸加速度計(jì)、微機(jī)電磁力計(jì)、微機(jī)電鏡面等具有可旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊(即旋轉(zhuǎn)元件)的微機(jī)電裝置常采用旋轉(zhuǎn)梁(tors1n beam)來(lái)連接旋轉(zhuǎn)元件，以供旋轉(zhuǎn)元件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)這些微機(jī)電裝置的尺寸不斷縮小時(shí)，旋轉(zhuǎn)梁的長(zhǎng)度卻必需增加，才能使旋轉(zhuǎn)元件依然能在特定的頻率上來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，這些具有旋轉(zhuǎn)元件的微機(jī)電裝置若繼續(xù)使用旋轉(zhuǎn)梁，將使這些具有旋轉(zhuǎn)元件的微機(jī)電裝置的尺寸無(wú)法有效縮小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種微機(jī)電裝置，其利用折疊彈簧連接旋轉(zhuǎn)元件，使旋轉(zhuǎn)元件能依一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，包含一旋轉(zhuǎn)元件、至少一限制元件以及至少二折疊彈簧。旋轉(zhuǎn)元件可依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。二折疊彈簧以軸線為中心線而對(duì)稱配置，每一折疊彈簧具有一移動(dòng)端及一固定端。移動(dòng)端連接旋轉(zhuǎn)元件，固定端連接限制元件。借著使移動(dòng)端及固定端都不位于軸線上，本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置都能利用折疊彈簧而使旋轉(zhuǎn)元件能依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0008]本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，包含一旋轉(zhuǎn)元件、至少一限制元件以及至少二折疊彈簧。旋轉(zhuǎn)元件可依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。二折疊彈簧以軸線為中心線而對(duì)稱配置，每一折疊彈簧具有一移動(dòng)端及一固定端。移動(dòng)端連接旋轉(zhuǎn)元件，固定端連接限制元件。其中，移動(dòng)端及固定端都不位于軸線上，定義移動(dòng)端至軸線的距離為一移動(dòng)距離，定義固定端至軸線的距離為一固定距離，定義移動(dòng)端至固定端的距離為一彈簧長(zhǎng)度，彈簧長(zhǎng)度因旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。本發(fā)明所公開的折疊彈簧的實(shí)施型態(tài)包含:(I)固定距離小于或等于移動(dòng)距離且彈簧長(zhǎng)度小于或等于移動(dòng)距離。(2)固定距離小于或等于移動(dòng)距離且彈簧長(zhǎng)度大于移動(dòng)距離。(3)固定距離大于移動(dòng)距離且彈簧長(zhǎng)度小于或等于固定距離。(4)固定距離大于移動(dòng)距離且彈簧長(zhǎng)度大于固定距離。
[0009]本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，包含一旋轉(zhuǎn)元件、至少一限制元件以及至少二折疊彈簧。旋轉(zhuǎn)元件可依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。二折疊彈簧以軸線為中心線而對(duì)稱配置，每一折疊彈簧具有一移動(dòng)端及一固定端。移動(dòng)端連接旋轉(zhuǎn)元件，固定端連接限制元件。其中，移動(dòng)端及固定端都不位于軸線上，定義移動(dòng)端至軸線的距離為一移動(dòng)距離，定義固定端至軸線的距離為一固定距離，定義移動(dòng)端至固定端的距離為一彈簧長(zhǎng)度，彈簧長(zhǎng)度因旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。每一折疊彈簧包含依序相連的多個(gè)延展部，這些延展部的延伸方向平行于軸線，限制元件為一支架且支架的寬度大于至少一延展部的寬度。
[0010]本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，包含一旋轉(zhuǎn)元件、至少一限制元件以及至少二折疊彈簧。旋轉(zhuǎn)元件可依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。二折疊彈簧以軸線為中心線而對(duì)稱配置，每一折疊彈簧具有一移動(dòng)端及一固定端。移動(dòng)端連接旋轉(zhuǎn)元件，固定端連接限制元件。其中，移動(dòng)端及固定端都不位于軸線上，彈簧長(zhǎng)度因旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。每一折疊彈簧包含依序相連的多個(gè)延展部，這些延展部的延伸方向平行于軸線，至少二延展部的長(zhǎng)度不相同。
[0011]本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，包含一質(zhì)量塊、至少一限制元件及多個(gè)折疊彈簧。質(zhì)量塊可依一軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。多個(gè)折疊彈簧以軸線為中心線而對(duì)稱配置，每一折疊彈簧具有一移動(dòng)端及一固定端。移動(dòng)端連接質(zhì)量塊，固定端連接至少一限制元件。其中，移動(dòng)端及固定端都不位于軸線上，彈簧長(zhǎng)度因質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置，可利用折疊彈簧連接旋轉(zhuǎn)元件，使旋轉(zhuǎn)元件能依一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，本發(fā)明所公開的微機(jī)電裝置可依據(jù)不同的用途而進(jìn)行適當(dāng)修改，而適用于機(jī)電多軸加速度計(jì)、微機(jī)電磁力計(jì)、微機(jī)電鏡面等具有旋轉(zhuǎn)元件的微機(jī)電裝置。
[0012]有關(guān)本發(fā)明的特征、實(shí)作與功效，茲配合附圖作最佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的微機(jī)電裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為根據(jù)圖1的側(cè)視圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的微機(jī)電裝置的作動(dòng)原理的第一型態(tài)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明的微機(jī)電裝置的作動(dòng)原理的第二型態(tài)示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明的微機(jī)電裝置的作動(dòng)原理的第三型態(tài)示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明的微機(jī)電裝置的作動(dòng)原理的第四型態(tài)示意圖。
[0019]圖7為本發(fā)明的微機(jī)電裝置的作動(dòng)原理的第五型態(tài)示意圖。
[0020]圖8A為本發(fā)明一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0021]圖8B為本發(fā)明一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的局部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0022]圖9A為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0023]圖9B為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的折疊彈簧與限制元件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0024]圖9C為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的折疊彈簧與限制元件的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0025]圖9D為本發(fā)明另一實(shí)施例的彈簧寬度的制作工藝變異對(duì)應(yīng)于框架與旋轉(zhuǎn)元件的共振頻率關(guān)系圖。
[0026]圖1OA為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0027]圖1OB為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的折疊彈簧與限制元件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0028]圖1lA為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0029]圖1lB為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的折疊彈簧與限制元件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0030]圖1lC為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0031]圖1lD為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的折疊彈簧與限制元件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0032]圖1lE為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0033]圖1lF為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的折疊彈簧與限制元件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0034]圖12為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0035]圖13為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0036]圖14A為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的結(jié)構(gòu)上視圖。
[0037]圖14B為本發(fā)明另一實(shí)施例的微機(jī)電裝置的折疊彈簧與限制元件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0038]符號(hào)說(shuō)明
[0039]10a、10b、10c、10d、10d’、10d”、10e、10f、10g 微機(jī)電裝置
[0040]A旋轉(zhuǎn)元件
[0041]100a、100b、100c、10cU 100e、100f、100g 質(zhì)量塊
[0042]1lg 開孔
[0043]B、110a、110b、110c、110d、110e、110f、110g 折疊彈簧
[0044]110d’、110d” 折疊彈簧
[0045]1101a、1101b、1101c、1101d、1101e、1101f、1101g 延展部
[0046]1102a、1102b、1102c、1102d、1102e、1102f、1102g 延展部
[0047]1103a、1103b、1103c、1103d、1103e、1103f、1103g 延展部
[0048]1100c、I 10cU I 10f 延展部
[0049]1104a、1104b、1104e、1104g 延展部
[0050]1100d，、1101d，、1102d，、1103d，、延展部
[0051]1100d，，、1101d，，、1102d，，、1103d，，、延展部
[0052]M、112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g 移動(dòng)端
[0053]112d’、112d” 移動(dòng)端
[0054]R、114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g 固定端
[0055]114d’、114d” 固定端
[0056]120a、120b、120c、120d、120d，、120d，，、120e、120f 支架
[0057]120g 固定座
[0058]1201e、1201f 主支架
[0059]1202e、1202f 延伸部
[0060]122b中央連桿
[0061]124b W 型支架
[0062]1241b 第一端
[0063]1242b 第二端
[0064]130a、130b、130c、130d、130e、130f 框架
[0065]140a、140b、140c、140d 彈簧
[0066]150aU50bU50cU50d 固定座
[0067]160a 基板
[0068]L、L1、L2 軸線
[0069]L，中心線
[0070]C 圓心
[0071]P 交點(diǎn)
[0072]ffr>ffs 寬度
[0073]df固定距離
[0074]dm移動(dòng)距離
[0075]ds彈簧長(zhǎng)度
【具體實(shí)施方式】
[0076]請(qǐng)參照?qǐng)D1與圖2，圖1為本發(fā)明的微機(jī)電裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為根據(jù)圖1的側(cè)視圖。
[0077]本發(fā)明的微機(jī)電裝置的一旋轉(zhuǎn)元件A可依一軸線L進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。折疊彈簧(serpentine spring or folded spring)B具有一移動(dòng)端M與一固定端R。折疊彈簧B的移動(dòng)端M連接于旋轉(zhuǎn)元件A，而折疊彈簧B的固定端R連接至一限制元件(未繪示)。旋轉(zhuǎn)元件A依軸線L進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，移動(dòng)端M會(huì)沿一圓周O旋動(dòng)(如圖2虛線所示)。此外，軸線L與圓周O所在的平面相交于一圓心C。
[0078]如圖1所示，可定義移動(dòng)端M至軸線L的垂直距離為一移動(dòng)距離dm及可定義固定端R至軸線L的垂直距離為一固定距離df。移動(dòng)端M至固定端R的距離也可被定義為一彈簧長(zhǎng)度ds。
[0079]本發(fā)明的微機(jī)電裝置其移動(dòng)端與固定端都不位于軸線上，因此會(huì)有數(shù)種不同的作動(dòng)型態(tài)。以下說(shuō)明本發(fā)明的微機(jī)電裝置的各種作動(dòng)型態(tài)。
[0080]如圖3所示，為本發(fā)明的微機(jī)電裝置的作動(dòng)原理的第一型態(tài)示意圖。在第一型態(tài)，折疊彈簧B的固定端R是位于旋轉(zhuǎn)圓周O內(nèi)且彈簧長(zhǎng)度ds小于圓周的半徑。換言之，固定距離df小于移動(dòng)距離dm，且彈簧長(zhǎng)度ds小于移動(dòng)距離dm。當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件A旋轉(zhuǎn)Θ角后，折疊彈簧B的移動(dòng)端M會(huì)以C為圓心而由M點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至M’點(diǎn)。此時(shí)，折疊彈簧B的移動(dòng)端M至固定端R的長(zhǎng)度將由LO (即MR的距