CN1385358A - 防止极小分辨度存储器动子的平面外运动的固定器的应用 - Google Patents

Abstract

用于其他部件、各种传感器和数据存储装置中的微型机械的驱动器(10)。驱动器(10)包括定子晶片(20)和定位在定子晶片(20)附近的微动子(50)。在定子晶片(20)和微动子(50)之间是给予特定电压的电极(80,90),电极发出使微动子(50)相对定子晶片(20)定位的电场。在定子晶片(20)和微动子(50)之间还设有防撞器(120),能防止各电极(80,90)互相接触。

Description

防止极小分辨度存储器动子的平面外运动的固定器的应用

技术领域

本发明一般涉及微型机械的驱动器。本发明还一般涉及制造和操作微型机械的驱动器的方法。

背景技术

图1说明相关技术的微型机械的驱动器10。示出的驱动器10包括在它底部的定子晶片20和在定子晶片20上方的转子晶片40。转子晶片40包括一段称为微动子50的，它与转子晶片40的其余部分是分离的。微动子50通过悬架60连接到转子晶片40的其余部分。晶片20、40由连接材料70连接在一起，连接材料既把晶片20、40保持在一起又使它们相隔特定的距离。

在最接近转子晶片40的定子晶片20的表面上有一系列定子电极80。在最接近定子晶片20的微动子50的表面上形成一系列的驱动器电极90。虽然为了简化，只有5个定子电极80和4个驱动器电极90在图1中示出，根据相关技术的一般的微型机械的驱动器10包括比图中示出的多很多的电极80、90。

定子晶片20通常包含驱动器10的电子设备并构成运动微动子50的马达的一半，这一点下面将要讨论。定子晶片20通常是由能进行微型机加工的材料(如硅)制成。

转子晶片40一般在100微米数量级的厚度。转子晶片40必须也是可微型机加工的，因此它常常也是由硅制成。如上所述，微动子50通常包括转子晶片40的一部分，该部分已经与转子晶片40的其余部分分离，但通过悬架60连接到其余部分。因此，微动子50一般也是100微米数量级的厚度并由可微型机加工的材料制成。

悬架60设计成允许微动子50进行平面内运动而限制微动子50的平面外运动。换句话说，悬架60设计成允许微动子50相对定子晶片20作水平运动而限制微动子50作垂直运动。在本技术领域中已知各种各样的悬架60并设计为具有不同量的平面内顺应性和平面外的硬度。但是这些悬架60中没有一个能完全防止平面外的运动。

连接材料70一般是金属的薄膜材料。使用的连接材料70的类型取决于几个因素。通常，选择的连接材料70应能提供各晶片20、40之间的导电性。还根据它密闭地密封微动子50所在室的能力选择连接材料70。

定子电极80包括在最接近微动子50的定子晶片20的表面上形成的互相交叉的金属线。驱动器电极90是形成在微动子50上的另一组互相交叉的金属线。构成电极80、90的每根金属线近似1到2微米宽，可以有长至1或2毫米的长度。在任意两个电极80、90之间一般存在1到2微米的间隙。

驱动器电极90一般盖住微动子50的主要部分，微动子本身可以有在1和2平方毫米之间的总面积。电极80、90可以由与半导体通常相容的各种金属制成。这样的金属包括但不局限于钼、铝和钛。

图2说明沿图1中定义的A-A平面取的微型机械的驱动器10的剖面图。在操作时，通过相对定子晶片20运动微动子50操作驱动器10。为了相对定子晶片20运动微动子50，以特殊的方式上升和下降所选的定子电极80和驱动器电极90的电压，以便改变从电极80、90发出的电场。

例如，驱动器电极90可以有这样方式的电压给定值，第一电极90将有40伏的操作电压，而与它邻接的电极90接地，下一个电极90将有40伏电压，其余电极的电压将以类似方式设置。在另一方面，定子80可以有交替变化不是很大的电压给定值。例如，第一定子电极80可以有高电压，紧挨着第一定子电极的第二个定子电极80可以有低电压，挨着第二定子电极的第三个定子电极80可以有高电压，挨着第三定子电极的第四个定子电极80可以有低压，邻近的第5和第6定子电极80可以有高电压和邻近的第7定子电极80可以有低电压。对驱动器10中所有的定子电极80可以重复这7个电极80的电压方式。

为了运动微动子50，通过增加或减小一个或几个定子电极80的电压改变定子电极80中电压的方式。这样的电压改变使定子电极80和驱动器电极90之间存在的电场分布变化。因此，在定子电极80和驱动器电极90之间的吸引力和排斥力也发生改变，从而使微动子50的位置变化直到这些力达到平衡。

换句话说，当定子电极80的电压变化时，产生了新的能量低的电位区，在那里由电场产生的力平衡了由悬架60施加在微动子50上的机械力。因此，一旦定子电极80的电压已经改变到新的方式，微动子50本身就重新定位。

电场的不希望的副作用是在定子电极80和驱动器电极90之间吸引力的平面外分量。这些吸引力将微动子50拉向定子晶片20，如果这些力太大，将把驱动器电极90和定子电极80拉到足够近形成接触，它们将电气“短路”并熔化在一起。这样的情况导致驱动器10灾难性地失效。

尽管设计悬架60足够硬以便限制微动子50的平面外运动，但很难设计一个悬架60同时提供微动子50所需的平面内的可动性又限制其平面外的运动。因此，至今微型机械的驱动器10仍易受到灾难性的事故的影响。

如果外部的振动加到系统上也可能发生定子电极80和驱动器电极90的熔化。例如，如果轻拍或振动含有微型机械的驱动器10的微片，在平面外方向上足够的附加物理力可能传给微动子50和定子晶片20，其结构足以克服悬架60的硬度和使定子电极80和驱动器电极90熔化在一起。

因此需要一种微型驱动器，它能防止微动子相对定子晶片的平面外运动。

还需要可以被轻拍或振动的微型驱动器，例如，不会有外力造成该装置的灾难性事故。

发明内容

根据一个实施例，驱动器包括定子晶片，从定子晶片的第一表面突出的第一定子电极，在定子晶片第一表面上方的微动子，从微动子的第一表面突出的第一驱动器电极和定位在定子晶片和微动子之间第一防撞器，其中微动子的第一表面和定子的第一表面互相面对。

根据另一个实施例，操作微动子的方法包括提供定子晶片和定子晶片上的微动子，在定子晶片上形成定子电极和在微动子上形成驱动器电极，通过在一段时间内改变所选定子电极的电压使微动子相对驱动器电极运动，并防止在定子电极和驱动器电极之间的物理接触。

根据再一个实施例，制造驱动器的方法包括提供在定子第一表面上有定子电极的定子，提供在微动子的第一表面上有驱动器电极的微动子，使微动子的第一表面面向定子的第一表面定位，和提供在定子和微动子之间的防撞器。

附图说明

将具体参考附图通过描述示范性实施例中的例子说明本发明，其中：

图1说明根据相关技术的微型机械的驱动器的透视图；

图2说明从线A-A所见的图1中表示的微型机械的驱动器的剖面图；

图3说明微型机械的驱动器的剖面图，其中防撞器定位在一组定子电极的旁边；

图4说明微型机械的驱动器的剖面图，其中防撞器定位在一组定子电极的中间；

图5说明微型机械的驱动器的剖面图，其中第一防撞器定位在一组定子电极的旁边，而第二防撞器定位在驱动器电极的旁边；

图6A说明包括3个防撞器的微型机械的驱动器的顶透视图；

图6B说明包括4个防撞器的微型机械的驱动器的顶透视图；和

图7A-7B分别说明重叠在一个或几个电极上的防撞器的剖面图和顶透视图。

具体实施方式

图3说明本发明的一个实施例，其中最接近微动子50的定子晶片20的表面上不仅有定子电极80而且还有防撞器120。虽然防撞器120定位在仅一个定子电极80附近，但这种结构并没有限定本发明。事实上如图4中所示，可以很容易地将防撞器定位在任何两个定子电极80之间。

图5说明本发明有两个防撞器的另一个实施例；在定子晶片20表面上的第一防撞器120最接近微动子50，在微动子50表面上的第二防撞器121最接近定子晶片20。虽然在图5中说明的两个防撞器120、121都定位在电极80、90的外侧，任一个或两个防撞器都可以定位在两个电极80、90之间，如在图4中所示。

图6A和6B说明本发明还有另一个实施例，其中在微型机械的驱动器10中有3和4个防撞器。在图6A中3个防撞器120布置成三角形结构。根据本发明的特定实施例，3个防撞器120的每一个都可定位在定子晶片20上或者微动子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动子50上。还有，每个防撞器120可以定位在一个电极80、90附近或者在两个电极80、90之间。

在图6B中，4个防撞器定位成方形或矩形的结构，其中每个防撞器120可以是在定子晶片20上或者在微动子50上。每个防撞器120可以在一个电极80、90附近，或者在两个电极80、90之间。

除了在图6A和6B中说明的结构之外，也可以将多于4个的防撞器定位在定子晶片20和微动子50之间。不管有多少个防撞器120，对于防撞器120的几何布置没有任何限制。例如，虽然图6A表示防撞器120是在三角形结构，但是3个防撞器120可以是线性的、无规的或其他几何结构。对于在图6B中说明的4个防撞器120和本发明实施例中更多数目的防撞器也是一样。

根据在图3-6B中说明的各实施例，每个防撞器从它们连接的表面突出的距离大于电极80、90从这些相同表面突出的距离。虽然对防撞器120和电极80、90应从它们各自的表面突出多少没有特别的限制，但是本发明的某些实施例提供的电极80、90的突出为防撞器突出距离的75％。本发明另一个实施例的电极80、90从它们连接的表面突出的距离是防撞器120从相同表面突出距离的90％、50％、10％、5％和1％。

防撞器120可以由许多不同的材料制成，不受其几何形状限制。因此，防撞器120可以是圆形突起、方形突起、或其他几何形状的突起。还有，虽然上述的防撞器120或者在一个电极80、90附近或者定位在两个电极80、90之间，但是本发明的某些实施例包括重叠在一个或几个电极80、90至少部分上的防撞器123。这样的结构表示在图7A和7B中，其中图7A说明驱动器10的剖面图和图7B说明包含定子电极80的定子晶片20表面的顶透视图。表示在图7B中的防撞器122部分重叠在两个定子电极80上。

为了简化的目的，上述的防撞器最好是由它们突出的表面的相同材料制成。但是，这并没有以任何方式限制本发明，根据某些实施例防撞器可以由与它们突出的表面的不同材料制成。例如，金属、绝缘体、电介质、半导体或聚合物的防撞器都可在半导体定子晶片20的表面上形成。根据本发明的某些实施例，使用电接地的金属防撞器。

防撞器120的整个尺寸一般在微米的数量级，尽管这些尺寸不是对本发明的限制。事实上如果电极80、90是由毫微米线制成，防撞器120可以有毫微米的尺寸。

虽然上面已经描述，没有防撞器120定位在微动子50和定子晶片20之间，驱动器电极90和定子电极80可能熔化，但没有描述熔化的实际方式。为了完整起见，当电极80、90足够接近形成互相接触，就会产生熔化，这时在电极80、90之间形成电流通路，电极80、90熔在一起。

在许多类型的装置中都可以包括上述的驱动器。例如，任何在表面上有悬挂平台的微型机械或毫微型机械都在本发明的范畴内。这包括但不局限于所有类型的传感器、数据存储装置和需要微型驱动器的其他装置。

微动子50和定子晶片20分离的距离通常是在1-10微米的数量级。但是，这并不是以任何方式限制本发明，其中电极80、90互相可以施加足够的力使微动子50运动而不会形成导致它们熔化在一起的这种紧密接触的任何驱动器也都属于本发明的范畴内。

制造本发明的范围内的某些驱动器的一种方法包括在定子晶片20的第一表面上形成定子电极80。然后，形成微动子50和将其定位在定子晶片20第一表面附近。在最接近定子晶片的微动子50的表面上形成驱动器电极90。或者在定子晶片20或在微动子50的第一表面上形成至少一个防撞器120。通过选择蚀刻，沉积，或在表面上形成突起的另一种方法可以形成这个防撞器120。

上面已经给出的详细描述只是为了理解本发明示范性的实施例，因此，在不背离所附的权利要求书和它们等价条款的范畴下，显然对本技术领域熟悉的专业人员来说，一些必要的限定应该理解为改进。

Claims (10)

1.一种驱动器(10)，包括：

定子晶片(20)；

从定子晶片(20)的第一表面突出的第一定子电极(80)；

在定子晶片(20)第一表面上方的微动子(50)；

从微动子(50)的第一表面突出的第一驱动器电极(90)，其中微动子(50)的第一表面和定子晶片(20)的第一表面互相面对；和

定位在定子晶片(20)和微动子(50)之间的第一防撞器(120)。

2.如权利要求1所述的驱动器(10)，其特征在于，第一防撞器(120)从定子晶片(20)的第一表面突出。

3.如权利要求2所述的驱动器(10)，其特征在于，还包括定子晶片(20)第一表面上的第二定子电极(80)，其中第一防撞器(120)定位在第一定子电极(80)和第二定子电极(80)之间。

4.如权利要求1所述的驱动器(10)，其特征在于，第一防撞器(120)从微动子(50)的第一表面突出。

5.如权利要求1所述的驱动器(10)，其特征在于，还包括定位在定子晶片(20)和微动子(50)之间的第二防撞器(121)。

6.如权利要求1所述的驱动器(10)，其特征在于，还包括定位在定子晶片(20)和微动子(50)之间的许多防撞器(120)。

7.一种操作驱动器(10)的方法，包括：

设置定子晶片(20)和在定子晶片(20)上方的微动子(50)；

在定子晶片(20)上形成定子电极(80)和在微动子(50)上形成驱动器电极(90)；

通过在一段时间内改变所选的定子电极(80)的电压使与驱动器电极(90)有关的微动子(50)运动；和

防止定子电极(80)和驱动器电极(90)之间的物理接触。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，防止接触的步骤包括在定子晶片(20)和微动子(50)之间设置防撞器(120)。

9.一种制造驱动器(10)的方法，包括：

在定子晶片(20)的第一表面上设置有定子电极(80)的定子晶片(20)；

在微动子(50)的第一表面上设置有驱动器电极(90)的微动子(50)；

使微动子(50)的第一表面面对定子晶片(20)的第一表面；和

在定子晶片(20)和微动子(50)之间设置防撞器(120)。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，设置防撞器(120)的步骤包括在定子晶片(20)的第一表面上形成防撞器(120)。

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