專利名稱：防止極小分辨度存儲(chǔ)器動(dòng)子的平面外運(yùn)動(dòng)的固定器的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明還一般涉及制造和操作微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器的方法。
背景技術(shù)：
圖1說明相關(guān)技術(shù)的微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器10。示出的驅(qū)動(dòng)器10包括在它底部的定子晶片20和在定子晶片20上方的轉(zhuǎn)子晶片40。轉(zhuǎn)子晶片40包括一段稱為微動(dòng)子50的，它與轉(zhuǎn)子晶片40的其余部分是分離的。微動(dòng)子50通過懸架60連接到轉(zhuǎn)子晶片40的其余部分。晶片20、40由連接材料70連接在一起，連接材料既把晶片20、40保持在一起又使它們相隔特定的距離。
在最接近轉(zhuǎn)子晶片40的定子晶片20的表面上有一系列定子電極80。在最接近定子晶片20的微動(dòng)子50的表面上形成一系列的驅(qū)動(dòng)器電極90。雖然為了簡(jiǎn)化，只有5個(gè)定子電極80和4個(gè)驅(qū)動(dòng)器電極90在圖1中示出，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的一般的微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器10包括比圖中示出的多很多的電極80、90。
定子晶片20通常包含驅(qū)動(dòng)器10的電子設(shè)備并構(gòu)成運(yùn)動(dòng)微動(dòng)子50的馬達(dá)的一半，這一點(diǎn)下面將要討論。定子晶片20通常是由能進(jìn)行微型機(jī)加工的材料(如硅)制成。
轉(zhuǎn)子晶片40一般在100微米數(shù)量級(jí)的厚度。轉(zhuǎn)子晶片40必須也是可微型機(jī)加工的，因此它常常也是由硅制成。如上所述，微動(dòng)子50通常包括轉(zhuǎn)子晶片40的一部分，該部分已經(jīng)與轉(zhuǎn)子晶片40的其余部分分離，但通過懸架60連接到其余部分。因此，微動(dòng)子50一般也是100微米數(shù)量級(jí)的厚度并由可微型機(jī)加工的材料制成。
懸架60設(shè)計(jì)成允許微動(dòng)子50進(jìn)行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)而限制微動(dòng)子50的平面外運(yùn)動(dòng)。換句話說，懸架60設(shè)計(jì)成允許微動(dòng)子50相對(duì)定子晶片20作水平運(yùn)動(dòng)而限制微動(dòng)子50作垂直運(yùn)動(dòng)。在本技術(shù)領(lǐng)域中已知各種各樣的懸架60并設(shè)計(jì)為具有不同量的平面內(nèi)順應(yīng)性和平面外的硬度。但是這些懸架60中沒有一個(gè)能完全防止平面外的運(yùn)動(dòng)。
連接材料70一般是金屬的薄膜材料。使用的連接材料70的類型取決于幾個(gè)因素。通常，選擇的連接材料70應(yīng)能提供各晶片20、40之間的導(dǎo)電性。還根據(jù)它密閉地密封微動(dòng)子50所在室的能力選擇連接材料70。
定子電極80包括在最接近微動(dòng)子50的定子晶片20的表面上形成的互相交叉的金屬線。驅(qū)動(dòng)器電極90是形成在微動(dòng)子50上的另一組互相交叉的金屬線。構(gòu)成電極80、90的每根金屬線近似1到2微米寬，可以有長(zhǎng)至1或2毫米的長(zhǎng)度。在任意兩個(gè)電極80、90之間一般存在1到2微米的間隙。
驅(qū)動(dòng)器電極90一般蓋住微動(dòng)子50的主要部分，微動(dòng)子本身可以有在1和2平方毫米之間的總面積。電極80、90可以由與半導(dǎo)體通常相容的各種金屬制成。這樣的金屬包括但不局限于鉬、鋁和鈦。
圖2說明沿圖1中定義的A-A平面取的微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器10的剖面圖。在操作時(shí)，通過相對(duì)定子晶片20運(yùn)動(dòng)微動(dòng)子50操作驅(qū)動(dòng)器10。為了相對(duì)定子晶片20運(yùn)動(dòng)微動(dòng)子50，以特殊的方式上升和下降所選的定子電極80和驅(qū)動(dòng)器電極90的電壓，以便改變從電極80、90發(fā)出的電場(chǎng)。
例如，驅(qū)動(dòng)器電極90可以有這樣方式的電壓給定值，第一電極90將有40伏的操作電壓，而與它鄰接的電極90接地，下一個(gè)電極90將有40伏電壓，其余電極的電壓將以類似方式設(shè)置。在另一方面，定子80可以有交替變化不是很大的電壓給定值。例如，第一定子電極80可以有高電壓，緊挨著第一定子電極的第二個(gè)定子電極80可以有低電壓，挨著第二定子電極的第三個(gè)定子電極80可以有高電壓，挨著第三定子電極的第四個(gè)定子電極80可以有低壓，鄰近的第5和第6定子電極80可以有高電壓和鄰近的第7定子電極80可以有低電壓。對(duì)驅(qū)動(dòng)器10中所有的定子電極80可以重復(fù)這7個(gè)電極80的電壓方式。
為了運(yùn)動(dòng)微動(dòng)子50，通過增加或減小一個(gè)或幾個(gè)定子電極80的電壓改變定子電極80中電壓的方式。這樣的電壓改變使定子電極80和驅(qū)動(dòng)器電極90之間存在的電場(chǎng)分布變化。因此，在定子電極80和驅(qū)動(dòng)器電極90之間的吸引力和排斥力也發(fā)生改變，從而使微動(dòng)子50的位置變化直到這些力達(dá)到平衡。
換句話說，當(dāng)定子電極80的電壓變化時(shí)，產(chǎn)生了新的能量低的電位區(qū)，在那里由電場(chǎng)產(chǎn)生的力平衡了由懸架60施加在微動(dòng)子50上的機(jī)械力。因此，一旦定子電極80的電壓已經(jīng)改變到新的方式，微動(dòng)子50本身就重新定位。
電場(chǎng)的不希望的副作用是在定子電極80和驅(qū)動(dòng)器電極90之間吸引力的平面外分量。這些吸引力將微動(dòng)子50拉向定子晶片20，如果這些力太大，將把驅(qū)動(dòng)器電極90和定子電極80拉到足夠近形成接觸，它們將電氣“短路”并熔化在一起。這樣的情況導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器10災(zāi)難性地失效。
盡管設(shè)計(jì)懸架60足夠硬以便限制微動(dòng)子50的平面外運(yùn)動(dòng)，但很難設(shè)計(jì)一個(gè)懸架60同時(shí)提供微動(dòng)子50所需的平面內(nèi)的可動(dòng)性又限制其平面外的運(yùn)動(dòng)。因此，至今微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器10仍易受到災(zāi)難性的事故的影響。
如果外部的振動(dòng)加到系統(tǒng)上也可能發(fā)生定子電極80和驅(qū)動(dòng)器電極90的熔化。例如，如果輕拍或振動(dòng)含有微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器10的微片，在平面外方向上足夠的附加物理力可能傳給微動(dòng)子50和定子晶片20，其結(jié)構(gòu)足以克服懸架60的硬度和使定子電極80和驅(qū)動(dòng)器電極90熔化在一起。
因此需要一種微型驅(qū)動(dòng)器，它能防止微動(dòng)子相對(duì)定子晶片的平面外運(yùn)動(dòng)。
還需要可以被輕拍或振動(dòng)的微型驅(qū)動(dòng)器，例如，不會(huì)有外力造成該裝置的災(zāi)難性事故。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器包括定子晶片，從定子晶片的第一表面突出的第一定子電極，在定子晶片第一表面上方的微動(dòng)子，從微動(dòng)子的第一表面突出的第一驅(qū)動(dòng)器電極和定位在定子晶片和微動(dòng)子之間第一防撞器，其中微動(dòng)子的第一表面和定子的第一表面互相面對(duì)。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，操作微動(dòng)子的方法包括提供定子晶片和定子晶片上的微動(dòng)子，在定子晶片上形成定子電極和在微動(dòng)子上形成驅(qū)動(dòng)器電極，通過在一段時(shí)間內(nèi)改變所選定子電極的電壓使微動(dòng)子相對(duì)驅(qū)動(dòng)器電極運(yùn)動(dòng)，并防止在定子電極和驅(qū)動(dòng)器電極之間的物理接觸。
根據(jù)再一個(gè)實(shí)施例，制造驅(qū)動(dòng)器的方法包括提供在定子第一表面上有定子電極的定子，提供在微動(dòng)子的第一表面上有驅(qū)動(dòng)器電極的微動(dòng)子，使微動(dòng)子的第一表面面向定子的第一表面定位，和提供在定子和微動(dòng)子之間的防撞器。


將具體參考附圖通過描述示范性實(shí)施例中的例子說明本發(fā)明，其中圖1說明根據(jù)相關(guān)技術(shù)的微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器的透視圖；圖2說明從線A-A所見的圖1中表示的微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器的剖面圖；圖3說明微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器的剖面圖，其中防撞器定位在一組定子電極的旁邊；圖4說明微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器的剖面圖，其中防撞器定位在一組定子電極的中間；圖5說明微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器的剖面圖，其中第一防撞器定位在一組定子電極的旁邊，而第二防撞器定位在驅(qū)動(dòng)器電極的旁邊；圖6A說明包括3個(gè)防撞器的微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器的頂透視圖；圖6B說明包括4個(gè)防撞器的微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器的頂透視圖；和圖7A-7B分別說明重疊在一個(gè)或幾個(gè)電極上的防撞器的剖面圖和頂透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖3說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中最接近微動(dòng)子50的定子晶片20的表面上不僅有定子電極80而且還有防撞器120。雖然防撞器120定位在僅一個(gè)定子電極80附近，但這種結(jié)構(gòu)并沒有限定本發(fā)明。事實(shí)上如圖4中所示，可以很容易地將防撞器定位在任何兩個(gè)定子電極80之間。
圖5說明本發(fā)明有兩個(gè)防撞器的另一個(gè)實(shí)施例；在定子晶片20表面上的第一防撞器120最接近微動(dòng)子50，在微動(dòng)子50表面上的第二防撞器121最接近定子晶片20。雖然在圖5中說明的兩個(gè)防撞器120、121都定位在電極80、90的外側(cè)，任一個(gè)或兩個(gè)防撞器都可以定位在兩個(gè)電極80、90之間，如在圖4中所示。
圖6A和6B說明本發(fā)明還有另一個(gè)實(shí)施例，其中在微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器10中有3和4個(gè)防撞器。在圖6A中3個(gè)防撞器120布置成三角形結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，3個(gè)防撞器120的每一個(gè)都可定位在定子晶片20上或者微動(dòng)子50上。例如，第一和第二防撞器可以定位在定子晶片20上而第三防撞器可以定位在微動(dòng)子50上。還有，每個(gè)防撞器120可以定位在一個(gè)電極80、90附近或者在兩個(gè)電極80、90之間。
在圖6B中，4個(gè)防撞器定位成方形或矩形的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)防撞器120可以是在定子晶片20上或者在微動(dòng)子50上。每個(gè)防撞器120可以在一個(gè)電極80、90附近，或者在兩個(gè)電極80、90之間。
除了在圖6A和6B中說明的結(jié)構(gòu)之外，也可以將多于4個(gè)的防撞器定位在定子晶片20和微動(dòng)子50之間。不管有多少個(gè)防撞器120，對(duì)于防撞器120的幾何布置沒有任何限制。例如，雖然圖6A表示防撞器120是在三角形結(jié)構(gòu)，但是3個(gè)防撞器120可以是線性的、無規(guī)的或其他幾何結(jié)構(gòu)。對(duì)于在圖6B中說明的4個(gè)防撞器120和本發(fā)明實(shí)施例中更多數(shù)目的防撞器也是一樣。
根據(jù)在圖3-6B中說明的各實(shí)施例，每個(gè)防撞器從它們連接的表面突出的距離大于電極80、90從這些相同表面突出的距離。雖然對(duì)防撞器120和電極80、90應(yīng)從它們各自的表面突出多少?zèng)]有特別的限制，但是本發(fā)明的某些實(shí)施例提供的電極80、90的突出為防撞器突出距離的75％。本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電極80、90從它們連接的表面突出的距離是防撞器120從相同表面突出距離的90％、50％、10％、5％和1％。
防撞器120可以由許多不同的材料制成，不受其幾何形狀限制。因此，防撞器120可以是圓形突起、方形突起、或其他幾何形狀的突起。還有，雖然上述的防撞器120或者在一個(gè)電極80、90附近或者定位在兩個(gè)電極80、90之間，但是本發(fā)明的某些實(shí)施例包括重疊在一個(gè)或幾個(gè)電極80、90至少部分上的防撞器123。這樣的結(jié)構(gòu)表示在圖7A和7B中，其中圖7A說明驅(qū)動(dòng)器10的剖面圖和圖7B說明包含定子電極80的定子晶片20表面的頂透視圖。表示在圖7B中的防撞器122部分重疊在兩個(gè)定子電極80上。
為了簡(jiǎn)化的目的，上述的防撞器最好是由它們突出的表面的相同材料制成。但是，這并沒有以任何方式限制本發(fā)明，根據(jù)某些實(shí)施例防撞器可以由與它們突出的表面的不同材料制成。例如，金屬、絕緣體、電介質(zhì)、半導(dǎo)體或聚合物的防撞器都可在半導(dǎo)體定子晶片20的表面上形成。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，使用電接地的金屬防撞器。
防撞器120的整個(gè)尺寸一般在微米的數(shù)量級(jí)，盡管這些尺寸不是對(duì)本發(fā)明的限制。事實(shí)上如果電極80、90是由毫微米線制成，防撞器120可以有毫微米的尺寸。
雖然上面已經(jīng)描述，沒有防撞器120定位在微動(dòng)子50和定子晶片20之間，驅(qū)動(dòng)器電極90和定子電極80可能熔化，但沒有描述熔化的實(shí)際方式。為了完整起見，當(dāng)電極80、90足夠接近形成互相接觸，就會(huì)產(chǎn)生熔化，這時(shí)在電極80、90之間形成電流通路，電極80、90熔在一起。
在許多類型的裝置中都可以包括上述的驅(qū)動(dòng)器。例如，任何在表面上有懸掛平臺(tái)的微型機(jī)械或毫微型機(jī)械都在本發(fā)明的范疇內(nèi)。這包括但不局限于所有類型的傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置和需要微型驅(qū)動(dòng)器的其他裝置。
微動(dòng)子50和定子晶片20分離的距離通常是在1-10微米的數(shù)量級(jí)。但是，這并不是以任何方式限制本發(fā)明，其中電極80、90互相可以施加足夠的力使微動(dòng)子50運(yùn)動(dòng)而不會(huì)形成導(dǎo)致它們?nèi)刍谝黄鸬倪@種緊密接觸的任何驅(qū)動(dòng)器也都屬于本發(fā)明的范疇內(nèi)。
制造本發(fā)明的范圍內(nèi)的某些驅(qū)動(dòng)器的一種方法包括在定子晶片20的第一表面上形成定子電極80。然后，形成微動(dòng)子50和將其定位在定子晶片20第一表面附近。在最接近定子晶片的微動(dòng)子50的表面上形成驅(qū)動(dòng)器電極90?；蛘咴诙ㄗ泳?0或在微動(dòng)子50的第一表面上形成至少一個(gè)防撞器120。通過選擇蝕刻，沉積，或在表面上形成突起的另一種方法可以形成這個(gè)防撞器120。
上面已經(jīng)給出的詳細(xì)描述只是為了理解本發(fā)明示范性的實(shí)施例，因此，在不背離所附的權(quán)利要求書和它們等價(jià)條款的范疇下，顯然對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域熟悉的專業(yè)人員來說，一些必要的限定應(yīng)該理解為改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)器(10)，包括定子晶片(20)；從定子晶片(20)的第一表面突出的第一定子電極(80)；在定子晶片(20)第一表面上方的微動(dòng)子(50)；從微動(dòng)子(50)的第一表面突出的第一驅(qū)動(dòng)器電極(90)，其中微動(dòng)子(50)的第一表面和定子晶片(20)的第一表面互相面對(duì)；和定位在定子晶片(20)和微動(dòng)子(50)之間的第一防撞器(120)。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器(10)，其特征在于，第一防撞器(120)從定子晶片(20)的第一表面突出。
3.如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)器(10)，其特征在于，還包括定子晶片(20)第一表面上的第二定子電極(80)，其中第一防撞器(120)定位在第一定子電極(80)和第二定子電極(80)之間。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器(10)，其特征在于，第一防撞器(120)從微動(dòng)子(50)的第一表面突出。
5.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器(10)，其特征在于，還包括定位在定子晶片(20)和微動(dòng)子(50)之間的第二防撞器(121)。
6.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器(10)，其特征在于，還包括定位在定子晶片(20)和微動(dòng)子(50)之間的許多防撞器(120)。
7.一種操作驅(qū)動(dòng)器(10)的方法，包括設(shè)置定子晶片(20)和在定子晶片(20)上方的微動(dòng)子(50)；在定子晶片(20)上形成定子電極(80)和在微動(dòng)子(50)上形成驅(qū)動(dòng)器電極(90)；通過在一段時(shí)間內(nèi)改變所選的定子電極(80)的電壓使與驅(qū)動(dòng)器電極(90)有關(guān)的微動(dòng)子(50)運(yùn)動(dòng)；和防止定子電極(80)和驅(qū)動(dòng)器電極(90)之間的物理接觸。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，防止接觸的步驟包括在定子晶片(20)和微動(dòng)子(50)之間設(shè)置防撞器(120)。
9.一種制造驅(qū)動(dòng)器(10)的方法，包括在定子晶片(20)的第一表面上設(shè)置有定子電極(80)的定子晶片(20)；在微動(dòng)子(50)的第一表面上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)器電極(90)的微動(dòng)子(50)；使微動(dòng)子(50)的第一表面面對(duì)定子晶片(20)的第一表面；和在定子晶片(20)和微動(dòng)子(50)之間設(shè)置防撞器(120)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，設(shè)置防撞器(120)的步驟包括在定子晶片(20)的第一表面上形成防撞器(120)。
全文摘要
用于其他部件、各種傳感器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中的微型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)器(10)。驅(qū)動(dòng)器(10)包括定子晶片(20)和定位在定子晶片(20)附近的微動(dòng)子(50)。在定子晶片(20)和微動(dòng)子(50)之間是給予特定電壓的電極(80,90),電極發(fā)出使微動(dòng)子(50)相對(duì)定子晶片(20)定位的電場(chǎng)。在定子晶片(20)和微動(dòng)子(50)之間還設(shè)有防撞器(120),能防止各電極(80,90)互相接觸。
文檔編號(hào)B81B5/00GK1385358SQ02119360
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月15日
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