微機電雙向游標尺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于測量一維位移量的雙向游標尺結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既可以測量正位移，也可以測量負位移。雙向游標由左右兩部分組成，其中左半部分的核心結(jié)構(gòu)為“T”型頭，右半部分的核心結(jié)構(gòu)為“凸”型頭，“T”型頭和“凸”型頭相對放置，并呈一定的偏移位置關(guān)系?！癟”型結(jié)構(gòu)的“—”所對應(yīng)的矩形結(jié)構(gòu)的兩條長邊是對準用的兩根基線，“凸”型結(jié)構(gòu)上的4條直線是另一組對準基線。當兩個部分發(fā)生水平相向移動或相離移動時，“T”型頭和“凸”型頭的對準位置發(fā)生變化。通過該結(jié)構(gòu)可以測量微機電器件在驅(qū)動作用下所產(chǎn)生的位移大小以及因微機電結(jié)構(gòu)釋放產(chǎn)生的形變位移大小。
【專利說明】微機電雙向游標尺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種用于微機電器件及材料參數(shù)測量的雙向游標尺結(jié)構(gòu)，屬于微機電系統(tǒng)(MEMS)測試【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電器件中運動部件工作時的位移量，以及微機電材料參數(shù)測試中的位移量是反映器件與材料性能的重要參量，另一方面，這些位移量除和設(shè)計值有關(guān)外，還將受到加工過程的影響，這些由加工工藝所導(dǎo)致的不確定因素，將使得器件設(shè)計與性能預(yù)測出現(xiàn)不確定和不穩(wěn)定的情況。實際位移量的測試目的就在于能夠?qū)崟r地測量由具體工藝制造的微機電器件參數(shù)，并可對工藝的穩(wěn)定性進行監(jiān)控，根本目的是將參數(shù)反饋給設(shè)計者，以便對設(shè)計進行修正。
[0003]上述位移量通常由兩個原因產(chǎn)生:驅(qū)動產(chǎn)生位移和結(jié)構(gòu)釋放產(chǎn)生形變位移。驅(qū)動產(chǎn)生的位移是微機電執(zhí)行機構(gòu)受到信號的作用而產(chǎn)生的位移，典型的例子是電熱執(zhí)行所產(chǎn)生的熱膨脹。結(jié)構(gòu)釋放產(chǎn)生的形變位移是由于結(jié)構(gòu)被釋放而出現(xiàn)的殘余應(yīng)力釋放所產(chǎn)生的位移，典型的情況是材料的殘余張應(yīng)力釋放所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)收縮。發(fā)生位移的結(jié)構(gòu)所具有的共同特征是這些結(jié)構(gòu)具有自由端，即結(jié)構(gòu)至少有一端懸浮在襯底材料之上。
[0004]測量位移量的方法多種多樣，大多數(shù)需要借助特殊的儀器。由于器件與材料參數(shù)測試結(jié)構(gòu)的實際位移量與工藝密切相關(guān)，因此比較理想的方法是進行在線測量，即不離開加工環(huán)境并采用通用設(shè)備進行測試。
[0005]本發(fā)明提供了一種用于測量一維位移量的雙向游標尺結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既可以測量正位移，也可以測量負位移。雙向游標由兩部分組成，其中一部分的核心結(jié)構(gòu)為多個“T”型頭，另一部分的核心結(jié)構(gòu)為多個“凸”型頭，“T”型頭和“凸”型頭相對放置，并呈一定的偏移位置關(guān)系。當兩個部分發(fā)生水平相向移動或相離移動時，“T”型頭和“凸”型頭的對準位置發(fā)生變化，由對準位置和該位置設(shè)計的偏移量得到兩個部分發(fā)生水平相向移動或相離移動的大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種用于測量一維位移量的雙向游標尺結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既可以測量正位移，也可以測量負位移。通過該結(jié)構(gòu)可以測量微機電器件在驅(qū)動作用下所產(chǎn)生的位移大小以及因微機電結(jié)構(gòu)釋放產(chǎn)生的形變位移大小。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種微機電雙向游標尺結(jié)構(gòu)，所述游標尺結(jié)構(gòu)由左右兩半部分組成，左半部分的核心結(jié)構(gòu)為“T”型頭，右半部分的核心結(jié)構(gòu)為“凸”型頭，每個“T”型頭和其上下兩邊相鄰的兩個“凸”型頭組成一組，每組之間的對準關(guān)系相差一定的偏移量，其特征在于:
所述左半部分包括多個尺寸完全相同并順時針旋轉(zhuǎn)90度的“T”型結(jié)構(gòu)，“T”型結(jié)構(gòu)的底部部分為水平矩形，“T”型結(jié)構(gòu)的頂部部分為豎直矩形，各個“T”型結(jié)構(gòu)的底部與一根豎直梁連接，呈垂直關(guān)系，“T”型結(jié)構(gòu)的頂部部分所對應(yīng)的豎直矩形，其兩條長邊是對準用的基線，豎直矩形的右側(cè)長邊為A基線，左邊長邊為B基線，所有“ T ”型結(jié)構(gòu)的A基線在一條直線上，B基線在另一條直線上；
所述右半部分包括兩個主要單元:梳齒結(jié)構(gòu)和位于齒上的“凸”型頭，梳齒結(jié)構(gòu)由一根直梁和多根齒構(gòu)成，直梁和齒垂直連接，在齒上與“Τ”型結(jié)構(gòu)相鄰的一邊設(shè)計有“凸”型頭，所述“凸”型結(jié)構(gòu)的個數(shù)等于齒的個數(shù)減I后乘以2，任何兩個上下相鄰的“凸”型結(jié)構(gòu)，設(shè)置在下面的“凸”型結(jié)構(gòu)比上面的“凸”型結(jié)構(gòu)向左平移2 Λ，其中Λ為游標的最小分辨單位；“凸”型結(jié)構(gòu)上與齒垂直的4條直線(C1、C2、C3和C4)是另一組對準基線，其中，最左邊的為Cl對準基線，向右依次為C2、C3、C4對準基線。Cl、C2基線間距以及C3、C4基線間距等于[(“凸”型個數(shù)X2-1) X Λ]。
[0008]所述齒和“T”型頭間隔排列，所述直梁與豎直梁平行，齒與左半部分“T”型結(jié)構(gòu)的底部部分所對應(yīng)的水平矩形平行。
[0009]B基線與最上邊的“凸”型結(jié)構(gòu)的Cl對齊，A基線與最下邊的“凸”型結(jié)構(gòu)的C4對齊，A基線與B基線之間的間距比Cl、C3或C2、C4間距大I Λ。
[0010]任何兩個上下相鄰的“凸”型結(jié)構(gòu)，下面的“凸”型結(jié)構(gòu)比上面的“凸”型結(jié)構(gòu)向左平移2 Λ，所以，B基線比第2個“凸”型結(jié)構(gòu)的Cl對準基線偏右2 Λ，比第3個“凸”型結(jié)構(gòu)的Cl對準基線偏右4 Λ，比第4個“凸”型結(jié)構(gòu)的Cl對準基線偏右6 Λ，比第5個“凸”型結(jié)構(gòu)的Cl對準基線偏右8 Λ，依此類推4基線比最上邊“凸”型結(jié)構(gòu)的C3對準基線偏右I Λ，比第2個“凸”型結(jié)構(gòu)的C3對準基線偏右3 Λ，比第3個“凸”型結(jié)構(gòu)的C3對準基線偏右5 Λ，比第4個“凸”型結(jié)構(gòu)的C3對準基線偏右7 Λ，依此類推。
[0011]實際使用時，可以固定左半部分，將右半部分的直梁連接到MEMS器件或結(jié)構(gòu)的待測移動部件，也可以固定右半部分，將左半部分的直梁與MEMS器件或結(jié)構(gòu)的待測移動部件連接，或者將左右兩個部分分別連接兩個MEMS器件或結(jié)構(gòu)的待測移動部件，測試這兩個待測移動部件的相對移動。
[0012]如果左、右兩半部分做相向移動，例如，右半部分不動，左半部分向右移動。移動量為I Λ時，B基線與最下邊“凸”型結(jié)構(gòu)的C2對準基線對齊，移動量為2 Λ時，A基線與次下邊“凸”型結(jié)構(gòu)的C4對準基線對齊，移動量為3 Λ時，B基線與次下邊“凸”型結(jié)構(gòu)的C2對準基線對齊，移動量為4 Λ時，A基線與由下往上的第3個“凸”型結(jié)構(gòu)的C4對準基線對齊，移動量為5 Λ時，B基線與由下往上的第3個“凸”型結(jié)構(gòu)的C2對準基線對齊。以此類推。
[0013]如果左、右兩半部分做相離移動，例如，右半部分不動，左半部分向左移動。移動量為I Λ時，A基線與最上邊“凸”型結(jié)構(gòu)的C3對準基線對齊；移動量為2 Λ時，B基線與由上往下的第2個“凸”型結(jié)構(gòu)的Cl對準基線對齊；移動量為3 Λ時，A基線與由上往下的第
2“凸”型結(jié)構(gòu)的C3對準基線對齊；移動量為4 Λ時，B基線與由上往下的第3個“凸”型結(jié)構(gòu)的Cl對準基線對齊；移動量為5 Λ時，A基線與由下往上的第3個“凸”型結(jié)構(gòu)的C3對準基線對齊。以此類推。
[0014]左半部分不動，右半部分發(fā)生左、右移動時的情況相同。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明所提供的游標結(jié)構(gòu)較之大多數(shù)游標，其特點在于結(jié)構(gòu)簡單并且是雙向測量結(jié)構(gòu)。在實際測試中，最常用的在線測試設(shè)備是顯微鏡，本發(fā)明所提供的雙向游標尺是直線對準方式，在普調(diào)的顯微鏡下可以直觀地檢查對準的位置，并可根據(jù)對準位置直接讀出偏移量和偏移方向。本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)可以采用多種多樣的材料，例如多晶硅、金屬等，這些材料在微機電工藝中屬于普通材料。另一方面，本發(fā)明所提供的游標尺不受工藝偏差的影響，工藝加工中出現(xiàn)的最常見情況是加工線條的寬度發(fā)生變化，例如過刻蝕導(dǎo)致線條變細以及欠刻蝕導(dǎo)致的線條變寬，由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是同一材料，相同的加工過程，因此出現(xiàn)線寬誤差時，“T”型結(jié)構(gòu)和“凸”型結(jié)構(gòu)中的對準基線的偏離程度是相同的，并且是同方向的，其相對位置并沒有發(fā)生變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]現(xiàn)在將描述如本發(fā)明的優(yōu)選但非限制性的實施例，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點在參考附圖閱讀如下詳細描述時將變得顯而易見，其中:
圖1是本發(fā)明的俯視圖；
圖2是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明的游標對準關(guān)系圖；
附圖標記:
游標的左半部分:101—構(gòu)成“T”型結(jié)構(gòu)的“I”部分(底部)，102—構(gòu)成“T”型結(jié)構(gòu)的“一”部分(頂部)，100—連接各“T”型結(jié)構(gòu)的豎直梁；
游標的右半部分:104—構(gòu)成梳齒結(jié)構(gòu)的齒，103—直梁，105、106、107、108、109、110—
齒上的“凸”型結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0017]以下的說明本質(zhì)上僅僅是示例性的而并不是為了限制本公開、應(yīng)用或用途。應(yīng)當理解的是，在全部附圖中，對應(yīng)的附圖標記表示相同或?qū)?yīng)的部件和特征。
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的說明。
[0019]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的雙向游標由左右兩半部分組成，其中:
所述左半部分包括3個尺寸完全相同并順時針旋轉(zhuǎn)90度的“T”型結(jié)構(gòu)，“T”型結(jié)構(gòu)的“ I ”部分(底部)為水平矩形結(jié)構(gòu)101，“T”型結(jié)構(gòu)的“一”部分(頂部)為豎直矩形102，各個“Τ”型結(jié)構(gòu)的“ I ”部分(底部)101與一個豎直梁100連接，呈垂直關(guān)系?！唉场毙徒Y(jié)構(gòu)的“一”部分(頂部)所對應(yīng)的豎直矩形結(jié)構(gòu)102，其兩條長邊是對準用的基線，豎直矩形102右側(cè)長邊為A基線，左邊長邊為B基線。因為所有的“Τ”型結(jié)構(gòu)完全相同，所以，所有的A基線在一條直線上，所有的B基線在另一條直線上。
[0020]所述右半部分包括兩個主要單元:梳齒結(jié)構(gòu)和位于齒上的“凸”型頭。梳齒結(jié)構(gòu)由一個直梁103和4根齒104構(gòu)成，直梁103和齒104垂直連接。在齒104上與“Τ”型結(jié)構(gòu)相鄰的一邊設(shè)計有“凸”型頭(105、106、107、108、109和110)。所述“凸”型結(jié)構(gòu)的個數(shù)等于齒的個數(shù)減I后乘以2，本實施例共有6個“凸”型結(jié)構(gòu)?！巴埂毙徒Y(jié)構(gòu)上與齒垂直的4條直線(C1、C2、C3和C4)是另一組對準基線，其中，最左邊的為Cl對準基線，向右依次為C2、C3、C4對準基線。Cl、C2基線間距以及C3、C4基線間距為[(6X2-1) X Λ =11 Λ ] ,Δ為游標的最小分辨單位。
[0021]所述齒和“Τ”型頭間隔排列，其中梳齒結(jié)構(gòu)的直梁103與豎直梁100平行，齒104與“τ”型結(jié)構(gòu)的“ I ”(底部)所對應(yīng)的矩形101平行。
[0022]由圖3所示的游標對準關(guān)系可見:Β基線與最上邊的“凸”型結(jié)構(gòu)105的Cl對準基線對齊，A基線與最下邊的“凸”型結(jié)構(gòu)110的C4對準基線對齊。A基線與B基線的間距比C1、C3 (C2、C4)間距大 I Λ。
[0023]由于任何兩個上下相鄰的“凸”型結(jié)構(gòu)，下面的“凸”型結(jié)構(gòu)比上面的“凸”型結(jié)構(gòu)向左平移2 Λ，所以，B基線與最上邊“凸”型結(jié)構(gòu)105的Cl對齊，與“凸”型結(jié)構(gòu)106的Cl間距2 Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)107的Cl間距4 Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)108的Cl間距6 Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)109的Cl間距8 Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)110的Cl間距10 Δ ;Α基線與最上邊“凸”型結(jié)構(gòu)105的C3間距I Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)106的C3間距3 Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)107的C3間距5 Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)108的C3間距7 Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)109的C3間距9 Λ，與“凸”型結(jié)構(gòu)110的C3間距11 Λ。
[0024]這里假設(shè)實際使用時，右半部分不動。當沒有移動時，A基線對準“凸”型結(jié)構(gòu)110的C4，B基線對準“凸”型結(jié)構(gòu)105的Cl。
[0025]當左半部分向右移動時，移動量為I Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)110的C2對齊，移動量為2 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)109的C4對齊，移動量為3 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)109的C2對齊，移動量為4 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)108的C4對齊，移動量為5 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)108的C2對齊，移動量為6 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)107的C4對齊，移動量為7 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)107的C2對齊，移動量為8 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)106的C4對齊，移動量為9 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)106的C2對齊，移動量為10 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)105的C4對齊，移動量為11 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)105的C2對齊。
[0026]當左半部分向左移動時，移動量為I Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)105的C3對齊，移動量為2 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)106的Cl對齊，移動量為3 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)106的C3對齊，移動量為4 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)107的Cl對齊，移動量為
5Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)107的C3對齊，移動量為6 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)108的Cl對齊，移動量為7 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)108的C3對齊，移動量為8 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)109的Cl對齊，移動量為9 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)109的C3對齊，移動量為10 Λ時，B基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)110的Cl對齊，移動量為11 Λ時，A基線將與“凸”型結(jié)構(gòu)110的C3對齊。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微機電雙向游標尺，所述游標尺結(jié)構(gòu)由左右兩半部分組成，左半部分的核心結(jié)構(gòu)為“T”型頭，右半部分的核心結(jié)構(gòu)為“凸”型頭，每個“T”型頭和其上下兩邊相鄰的兩個“凸”型頭組成一組，每組之間的對準關(guān)系相差一定的偏移量，其特征在于: 所述左半部分包括多個尺寸完全相同并順時針旋轉(zhuǎn)90度的“T”型結(jié)構(gòu)，“T”型結(jié)構(gòu)的底部部分為水平矩形(101)，“τ”型結(jié)構(gòu)的頂部部分為豎直矩形(102)，各個“T”型結(jié)構(gòu)的底部(101)與一根豎直梁(100)連接，呈垂直關(guān)系，“Τ”型結(jié)構(gòu)的頂部部分所對應(yīng)的豎直矩形(102),其兩條長邊是對準用的基線，豎直矩形(102)的右側(cè)長邊為A基線，左邊長邊為B基線，所有“Τ”型結(jié)構(gòu)的A基線在一條直線上，B基線在另一條直線上； 所述右半部分包括兩個主要單元:梳齒結(jié)構(gòu)和位于齒上的“凸”型頭，梳齒結(jié)構(gòu)由一根直梁(103)和多根齒(104)構(gòu)成，直梁(103)和齒(104)垂直連接，在齒(104)上與“Τ”型結(jié)構(gòu)相鄰的一邊設(shè)計有“凸”型頭(105、106、107、108、109和110)，所述“凸”型結(jié)構(gòu)的個數(shù)等于齒的個數(shù)減I后乘以2，任何兩個上下相鄰的“凸”型結(jié)構(gòu)，設(shè)置在下面的“凸”型結(jié)構(gòu)比上面的“凸”型結(jié)構(gòu)向左平移2 Λ，其中Λ為游標的最小分辨單位；“凸”型結(jié)構(gòu)上與齒垂直的4條直線(C1、C2、C3和C4)是另一組對準基線，其中，最左邊的為Cl對準基線，向右依次為C2、C3、C4對準基線； C1、C2基線間距以及C3、C4基線間距等于[(“凸”型個數(shù)X 2-1) X Λ]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機電雙向游標尺結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述齒和“T”型頭間隔排列，所述直梁(103)與豎直梁(100)平行，齒(104)與左半部分“T”型結(jié)構(gòu)的底部部分所對應(yīng)的水平矩形(101)平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機電雙向游標尺結(jié)構(gòu)，其特征在于:B基線與最上邊的“凸”型結(jié)構(gòu)(105)的Cl對齊，A基線與最下邊的“凸”型結(jié)構(gòu)(110)的C4對齊，A基線與B基線之間的間距比C1、C3或C2、C4間距大I Λ。
【文檔編號】G01B5/24GK103438783SQ201310401202
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】李偉華, 劉海韻, 周再發(fā) 申請人:東南大學(xué)