一種制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，由兼作主動(dòng)構(gòu)件的電熱硅微致動(dòng)器(1)、硅微連桿(2)、從動(dòng)構(gòu)件(3)、柔性鉸鏈(4)組成平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，讀數(shù)標(biāo)尺(5)用于微位移的觀察和測(cè)量，錨點(diǎn)(6)用于外界控制電壓的輸入以及用于所有活動(dòng)構(gòu)件的支撐。為了實(shí)現(xiàn)硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)的自驅(qū)動(dòng)，主動(dòng)構(gòu)件(1)是由電熱硅微致動(dòng)器構(gòu)成，且其輸出端和輸入端通過(guò)柔性鉸鏈(4)分別與連桿(2)和(6)實(shí)現(xiàn)柔性連接，而硅微連桿(2)與從動(dòng)構(gòu)件(3)以及錨點(diǎn)之間也是采用柔性鉸鏈(4)的形式連接，以便該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)形式和傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)更具有靈活性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，其構(gòu)件采用多晶硅薄膜或者高深寬比的單晶硅材料制成，結(jié)構(gòu)尺寸在微米到亞毫米之間。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-electro-mechanical System, MEMS)是隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，是以半導(dǎo)體為結(jié)構(gòu)材料，以微加工技術(shù)為手段，將微機(jī)械致動(dòng)器、微機(jī)械執(zhí)行器以及傳感、檢測(cè)、信號(hào)處理等微電路集成在芯片上，其特征尺寸一般在微米至亞微米范圍。MEMS技術(shù)是微電子學(xué)、微機(jī)械學(xué)、微尺度力學(xué)、微光學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)及生物學(xué)等多學(xué)科交叉的新興【技術(shù)領(lǐng)域】，在空間技術(shù)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)、工業(yè)過(guò)程控制及其他【技術(shù)領(lǐng)域】中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]通過(guò)文獻(xiàn)和專(zhuān)利檢索，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于宏觀尺度的平面柔性連桿機(jī)構(gòu)的研究較多，而采用多晶硅薄膜或單晶硅制作在半導(dǎo)體芯片上的微尺度平面柔性連桿機(jī)構(gòu)沒(méi)有報(bào)道。此外，目前MEMS微機(jī)械機(jī)構(gòu)有微閥、微泵、微為致動(dòng)器、微為執(zhí)行器以及各種微傳感器機(jī)構(gòu)，而采用熱致動(dòng)器兼作機(jī)構(gòu)構(gòu)件的自驅(qū)動(dòng)式硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)未有出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，構(gòu)件材料可以是多晶硅薄膜，也可以是單晶硅等其他半導(dǎo)體材料。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)由兼作曲柄的電熱娃微致動(dòng)器、娃微連桿、從動(dòng)構(gòu)件、固定錨點(diǎn)以及標(biāo)尺組成，各構(gòu)件之間采用硅微柔性鉸鏈連接；該機(jī)構(gòu)中的曲柄為冷熱臂電熱硅微致動(dòng)器，當(dāng)其兩錨點(diǎn)之間通入驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，借助半導(dǎo)體材料在微尺度的熱膨脹效應(yīng)而產(chǎn)生致動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)曲柄的自驅(qū)動(dòng)；各個(gè)構(gòu)件之間采用硅微柔性鉸鏈連接有助于運(yùn)動(dòng)的傳遞，通過(guò)改變各個(gè)構(gòu)件長(zhǎng)度尺寸的比例，可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)方式。
[0006]作為驅(qū)動(dòng)裝置的冷熱臂電熱硅微致動(dòng)器也可以是其他形式致動(dòng)器，作為曲柄的動(dòng)力源，改變施加在熱致動(dòng)器上的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率和電壓幅值則可改變輸出運(yùn)動(dòng)的大小和頻率。
[0007]為了增加機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，也可以用電熱硅微致動(dòng)器兼作從動(dòng)構(gòu)件，由于采用動(dòng)力分散驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)更具有靈活性，通過(guò)改變施加在兩個(gè)熱致動(dòng)器上控制電壓，可以控制該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
[0008]此連桿機(jī)構(gòu)上不同位置設(shè)計(jì)有讀數(shù)標(biāo)尺，可以定量測(cè)得機(jī)構(gòu)不同位置的位移輸出數(shù)值的大小，從而在機(jī)構(gòu)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候便于控制和檢測(cè)。
[0009]由硅微致動(dòng)器構(gòu)成的主動(dòng)構(gòu)件與連桿、從動(dòng)構(gòu)件、柔性鉸鏈、標(biāo)尺和錨點(diǎn)集成制作在同一塊半導(dǎo)體芯片上?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0011]圖1是對(duì)本實(shí)用新型第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是對(duì)本實(shí)用新型第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]具體實(shí)施方法
[0014]圖1所示的制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，由兼作主動(dòng)構(gòu)件的冷熱臂硅微致動(dòng)器1、硅微連桿2、從動(dòng)構(gòu)件3、柔性鉸鏈4組成平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，標(biāo)尺5用于機(jī)構(gòu)微位移的讀數(shù)，錨點(diǎn)6用于外界控制電壓的輸入和對(duì)懸浮構(gòu)件起支撐作用。為了實(shí)現(xiàn)硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)的自驅(qū)動(dòng)，機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)構(gòu)件I是由冷熱臂電熱硅微致動(dòng)器構(gòu)成，并且該致動(dòng)器的輸出端通過(guò)柔性鉸鏈4與硅微連桿2柔性連接，硅微致動(dòng)器的輸入端通過(guò)柔性鉸鏈4與錨點(diǎn)6柔性連接，此外，硅微連桿2與從動(dòng)構(gòu)件3，以及與從動(dòng)構(gòu)件3與錨點(diǎn)之間也是采用柔性鉸鏈的形式連接。當(dāng)熱致動(dòng)器的兩個(gè)錨點(diǎn)之間通入驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，由于熱致動(dòng)器的熱膨脹效應(yīng)而使得曲柄自驅(qū)動(dòng)，曲柄產(chǎn)生的致動(dòng)力使該平面柔性連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，各個(gè)構(gòu)件之間采用硅微柔性鉸鏈連接，便于運(yùn)動(dòng)的傳遞，當(dāng)機(jī)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件之間長(zhǎng)度尺寸比列變化時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)不同形式的運(yùn)動(dòng)。該硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)上的讀數(shù)標(biāo)尺是為了便于觀察和測(cè)量機(jī)構(gòu)不同位置上的位移輸出而設(shè)計(jì)的。
[0015]圖2示出了本實(shí)用新型制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)的另一種【具體實(shí)施方式】。該機(jī)構(gòu)中同時(shí)采用兩個(gè)冷熱臂電熱硅微致動(dòng)器分別兼作曲柄I和從動(dòng)構(gòu)件3，其中把硅微連桿2設(shè)置為輸出構(gòu)件，在其端部設(shè)置標(biāo)尺5，以觀察和測(cè)量機(jī)構(gòu)的位移輸出。該機(jī)構(gòu)工作時(shí)，可同時(shí)在兩個(gè)冷熱臂娃微致動(dòng)器的錨點(diǎn)6之間輸入控制電壓,改變施加在兩個(gè)電熱硅微致動(dòng)器上控制電壓，可以控制該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，由于動(dòng)力分散驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力更大，并且更具有靈活性。
【權(quán)利要求】
1.一種制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，由主動(dòng)構(gòu)件(I)、連桿(2)、從動(dòng)構(gòu)件(3)、柔性鉸鏈(4)組成平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，標(biāo)尺(5)用于微位移的讀數(shù)，錨點(diǎn)(6)用于外界控制電壓的輸入和懸浮構(gòu)件的支撐，其特征在于:為了實(shí)現(xiàn)硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)的自驅(qū)動(dòng)，所述的主動(dòng)構(gòu)件(I)是由硅微致動(dòng)器構(gòu)成，并且硅微致動(dòng)器的輸出端通過(guò)柔性鉸鏈(4)與連桿(2)連接，硅微致動(dòng)器的輸入端通過(guò)柔性鉸鏈(4)與錨點(diǎn)(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:由硅微致動(dòng)器構(gòu)成的主動(dòng)構(gòu)件(I)與連桿(2)、從動(dòng)構(gòu)件(3)、柔性鉸鏈(4)、標(biāo)尺(5)和錨點(diǎn)(6)集成制作在同一塊半導(dǎo)體芯片上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:構(gòu)成主動(dòng)構(gòu)件(I)的硅微致動(dòng)器為冷熱臂電熱硅微致動(dòng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制作在半導(dǎo)體芯片上的硅微平面柔性連桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:從動(dòng)構(gòu)件(3)由娃微致動(dòng)器構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】B81B3/00GK203498069SQ201320320113
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】張永宇, 沈雪瑾, 徐雪萌, 張映霞, 白曉麗, 唐靜靜 申請(qǐng)人:河南工業(yè)大學(xué)