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KR20180081087A - Mems 액튜에이터 패키지 구조 - Google Patents

Mems 액튜에이터 패키지 구조 Download PDF

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KR20180081087A
KR20180081087A KR1020187015462A KR20187015462A KR20180081087A KR 20180081087 A KR20180081087 A KR 20180081087A KR 1020187015462 A KR1020187015462 A KR 1020187015462A KR 20187015462 A KR20187015462 A KR 20187015462A KR 20180081087 A KR20180081087 A KR 20180081087A
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KR
South Korea
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comb
actuator
plane
movable
platform
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KR1020187015462A
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KR102609371B1 (ko
Inventor
샤오레이 리우
구이친 왕
매튜 엔지
Original Assignee
멤스 드라이브, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

플랫폼을 6자유도로 운동시키는 패키지가 제공된다. 플랫폼은 그 위에 장착된 광전자 소자를 포함할 수 있다. 패키지는 MEMS 액튜에이터일 수 있는 면내 액튜에이터와 압전 소자로 구성될 수 있는 면외 액튜에이터를 포함한다. 면내 MEMS 액튜에이터는 PCB 내의 인입부에 장착된 면외 액튜에이터 상에 장착될 수 있다. 면내 MEMS 액튜에이터는 반대쪽 빗들의 빗살들의 서로 중첩, 즉 서로의 단부들을 지나 연장되는 복수의 빗 구조들을 포함한다. 면외 액튜에이터는 중앙 부분과 중앙 부분에 연결되는 복수의 둘러싸는 스테이지들을 포함한다. 면내 MEMS 액튜에이터는 면외 Z 액튜에이터에 결합되어 패키지에 포함된 광전자 소자가 될 수 있는 탑재물에 3 자유도를 제공한다.

Description

MEMS 액튜에이터 패키지 구조
관련 출원들
본원은 2015년 11월 5일 출원된 미국 가출원번호 제62/251,538호 "MEMS 액튜에이터 구조(MEMS Actuator Architecture)"에 대한 우선권을 주장하는 2016년 2월 1일 출원된 미국실용신안출원 제15/012,682호 "MEMS 액튜에이터 패키지 구조(MEMS Actuator Package Architecture)"에 대한 우선권을 주장한다. 각 출원의 내용들은 그 전체로서 본원에 참조로 포함되어있다.
기술분야
본원은 일반적으로 액튜에이터에 관한 것으로, 특히 다양한 설계와 다양한 패키지 내의 광전자 소자(optoelectronic device)를 운동시키도록 구성된 소형 액튜에이터(miniature actuator)에 관한 것이다.
액튜에이터는 전자 신호를 기계적 운동으로 변환하는 데 사용된다. 예를 들어 휴대용 장치, 화상 관련 장치, 통신 구성부(telecommunications component), 그리고 의료 기기 등의 많은 응용분야에서, 작은 크기, 낮은 전력, 그리고 응용분야의 비용 제약에 소형 액튜에이터를 맞추는(fit) 것이 유용할 것이다.
미소-전기-기계 시스템(micro-electrical-mechanical system; MEMS) 기술은 그 가장 일반적인 형태에서 미세가공(microfabrication) 기술을 사용하여 제조된 미소화된(miniaturized) 기계 및 전기-기계 부품(element)이라고 정의할 수 있다. MEMS 장치의 한계 크기는 1 미크론보다 상당히 작은 것에서 수 밀리미터까지 다양할 수 있다. 일반적으로, MEMS 액튜에이터는 통상적인 액튜에이터보다 더 컴팩트하고, 전력을 덜 소비한다.
자동 초점(automatic focusing; AF) 또는 광학 이미지 안정(optical image stabilization; OIS)을 위해 카메라 내의 이미지 센서를 운동시키는 등의 일부 응용분야에서는 다수의 전기 입력들과 출력들을 가지는 광전자 소자를 이동시키는 데 액튜에이터가 사용된다. 예를 들어 후쿠다(Fukuda) 등에 의한 유럽특허 제0253375호, "2차원 압전 액튜에이터(Two-Dimensional Piezoelectric Actuator)"는 한 평면 내에서 이미지 센서를 이동시키는 데 사용될 수 있는 2차원 액튜에이터에 대한 설계를 교시하고 있다. 그러나 후쿠다에 의해 교시된 액튜에이터는 커서 공간이 제한된 응용분야에는 맞추기 어렵다. 예를 들어 후쿠다의 액튜에이터는 더 소형의 다른 장치들의 공간 제약 때문에 대형의 독립적인(stand-alone) 디지털 카메라에나 사용될 수 있다.
통상적인 액튜에이터와 달리, MEMS 액튜에이터는 예를 들어 소형 휴대폰 카메라 내의 어떤 수동 부품(passive component)들을 이동 또는 위치설정(position)시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 미국특허 제8,604,663호, "동작 제어 액튜에이터(Motion controlled actuator)"와 미국특허출원 제2013/0077945호, "Mems-기반 광학 이미지 안정(Mems-Based Optical Image Stabilization)"은 (예를 들어 휴대폰에 사용되는) 소형 카메라의 렌즈를 이동시키는 MEMS 액튜에이터를 교시하고 있다. 그러나 이들 중 어느 MEMS 액튜에이터도 다수의 입력들과 출력들을 가지는 광전자 소자를 운동시킬 수 없다. 또한 이들 두 MEMS 액튜에이터 모두 복잡성과 크기 및 원가를 증가시키는 전개 기구(deployment mechanism)들을 사용하고 있다.
본 발명은 플랫폼(platform)을 복수의 자유도(degree of freedom)로 이동 또는 위치 설정(positioning)시키는 액튜에이터를 목표로 한다. 공간 내에서 강체(rigid body)의 위치와 방향은 병진(translation)의 세 성분(component)과 회전의 세 성분으로 정의되는데, 본 발명은 6자유도를 제공하는 액튜에이터 조립체를 제공한다. (본 발명의) 여러 실시예들에서, 액튜에이터는 면내(in-plane) XY 운동을 위한 정전(electrostatic) 빗 구동(comb drive) 액튜에이터와 면외(out-of plane) 운동을 위한 압전(piezo-electrical) "Z" 액튜에이터를 포함한다. 본 발명의 여러 실시예들에서, 패키지는 MEMS 액튜에이터이고 XY 또는 "면내" MEMS 액튜에이터로 지칭되는 면내 XY 운동을 위한 빗 구동 액튜에이터와, XY 평면에 직교하는 방향을 포함하는 복수 방향들의 운동을 제공하는 Z 또는 "면외" 액튜에이터를 포함하는 두 액튜에이터들을 구비한다. 요컨대 회전과 병진을 포함하는 6 자유도는 이 조합된 액튜에이터들에 의해 제공된다. 여러 패키지 실시예들에서, Z 액튜에이터가 바닥에 장착되고, MEMS 액튜에이터는 Z 액튜에이터 위에 장착되며, 광전자 소자는 XY 면내 MEMS 액튜에이터 위에 장착되지만, 다른 실시예들에서는 다른 장착 및 패키징(packaging) 구조가 사용된다. 액튜에이터들은 휴대폰 또는 다른 광전자 또는 전자 장치의 광전자 소자를 위치 설정시키는 데 사용된다. 다른 실시예들에서, 패키지는 단지 하나의 액튜에이터, XY 면내 MEMS 액튜에이터만을 포함한다.
여러 실시예들에서, XY 면내 액튜에이터는 넷 또는 짝수의 빗 구동 섹터(comb drive sector)들을 가진다. 일부 실시예들에서, 각 빗 구동부(comb drive)는 직사각형 또는 정사각형 형태를 가지며, 빗 구동부의 외변에 근접하여 위치한 동작 제어 캔틸레버(motion control cantilever)들을 가진다. 각 빗 구동 섹터에는 빗살(finger)들의 평행한 이동을 가능하게 또는 보장하는 한 쌍의 동작 제어 굴곡부(flexure)가 위치한다. 짝수의 빗 구동부들은 XY 면내 액튜에이터의 중심 둘레에 일정하게 위치할 수 있고, 빗 구동부의 운동들이 키이 캔틸레버 굴곡부(key cantilever flexure)를 통해 무시할만한 운동 손실로 탑재 플랫폼(payload platform)을 향해 병진한다(translate). 광전자 또는 다른 소자가 결합될 탑재 플랫폼은 다양한 광전자 소자들 중의 어느 것에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서 광전자 소자의 질량은 100mg에 달할 수 있다. XY 면내 액튜에이터의 일부 실시예들에서, 한 빗 구동 섹터는 접착이나 다른 방법으로 고정 구성부에 부착되는 고정 빗(fixed comb)과, 긴 동작 전달 캔틸레버(long motion transfer cantilever)에 연결되는 가동 빗(moving comb)을 가진다.
여러 실시예들에서, 긴 캔틸레버가 일단에서 탑재 플랫폼에 연결되고 타단에서 빗 구동부의 가동 빗에 연결된다, 이 캔틸레버는 한 병진 및 회전 자유도에서 더 유연(flexible)하지만, X 및 Y 간의 간섭을 피하는 등 캔틸레버의 다른 동작 모드들과의 분리(isolate)를 보장하기 위해 다른 자유도에서는 강성을 가진다(stiff).
본 발명 액튜에이터와 액튜에이터 조립체는 매우 유연하고 튼튼한 이점을 제공한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 액튜에이터들이, 본원에 그 전체로서 참조로 포함된 미국특허출원 제US 14/677,730호에 개시된 바와 같은 굴곡 가능한 또는 유연한(flexural or flexible) 전기 연결부들을 포함하는데, 꺾어지고 굴곡되는, 즉 굴곡 가능하고 유연한 전기 연결부는 유연성(flexibility)을 가능하게 한다. 이 액튜에이터는 상업적으로 구입 가능한 것을 사용하거나 트렌치 심도 반응성 이온 식각(trench Deep Reactive Ion Etching; DRIE), 산화(oxidation), 다층 충전(poly filling), 금속 증착, DRIE 및 RIE 방출(release)을 포함하는 표준 또는 비표준 MEMS 제조/처리 기술 및 MEMS 공정 흐름을 사용하여 입수할 수 있다. 본 발명에서 굴곡 가능한 전기 연결부들은 동작 제어 굴곡부들이 아니므로 연결부들은 전기 도전성인 동시에 최소한의 강성(stiffness)을 제공하도록 설계된다. 플렉시블 전기 연결부(flexible electric connection)들은 XY 및 Z 동작을 달성하도록 X, Y, 및 Z 방향으로 이동할 수 있다. 한 예시적 구현예에 플렉시블 전기 연결부의 3D 도면이 도시되어 있다, 이 연결부들은 필요한 유연성(flexibility)을 달성하기 위해 이들이 결합될 표면 위로 굴곡되어 올라간다. 일부 실시예들에서, 플렉시블 전기 연결부의 일단은 소자의 가동부(moving portion)에 연결되고 타단은 소자의 고정부(fixed portion)에 연결된다. 이 연결 굴곡부는 도전성이다. 일부 실시예들에서, 도전성(conductivity)은 실리콘 또는 다른 재질의 표면에 증착된 금속 합금 층에 의해 제공된다. 플렉시블 전기 연결부는 여러 실시예들에서 복함 재질들로 구성될 수 있는데, 산화물, 실리콘, 폴리실리콘, 그리고 금속의 복수의 층들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, XY 면내 액튜에이터의 각 빗 구동 섹터는 고정 빗등(fixed spine)에 부착되는 고정 빗살(fixed finger)들의 빗과 가동 빗등(moving spine)에 연결되는 가동 빗살(moving finger)들의 빗을 포함하는 빗 쌍을 구비한다. 각 빗살 쌍들에서, 빗살 선단은 10-50μm 등이지만 이에 제한되지 않는 중첩(overlap)(도 5 참조)을 가질 수 있어 전기적 신호가 인가될 때 완만한 힘의 램프업(ramp up)을 보장한다.
한 실시예에서, MEMS 면내 XY(액튜에이터)는, 면내 XY 액튜에이터의 중심과 외측 프레임을 PCB나 세라믹 회로기판 등의 회로기판에 부착되는 Z 면외 액튜에이터에 부착시키는 접착(gluing) 또는 다른 방법으로 Z 면외 액튜에이터에 장착된다. Z 액튜에이터가 사용되지 않는 실시예들 등의 여러 실시예에서는 면내 XY 액튜에이터가 회로기판에 직접 부착될 수도 있다. XY 액튜에이터는 외측 프레임과 빗 구동 섹터들의 고정부가 직접 회로기판에 부착되도록 장착될 수도 있다. XY 액튜에이터가 Z 액튜에이터 또는 회로기판에 장착될 때, 중앙 고정부와 외측 프레임이 동일한 평면에 고정되므로, 조립 동안의 편심(offset)이 요구되지 않는다. 이는 조립 흐름을 단순화한다.
각 빗 구동 섹터에는 많은 빗 쌍이 존재한다. 일부 실시예들에서, 한 빗 쌍은 중앙 빗등(spine)과, 그리고 빗등의 두 측부에 부착된 빗살(finger)들을 가진다. 빗살들의 양측은 빗등을 그 면내 방향으로 이동시킨다. 빗등은 여러 실시예들에서 변화될 수 있고 다르고 불규칙할 수 있다. 빗살들과 빗등 간에 다양한 각도들이 사용될 수 있다. 도전성 굴곡부(electrically conductive flexure)들을 포함하는 전기 연결부들은 빗살을 가진 빗(finger comb)으로부터 가동 플랫폼을 경유(route)한 뒤, 표면 상의 트레이스(trace)와 3D 플렉시블 굴곡부를 통해 고정된 외측 고정 바(fixed bar)로 연결된다. 다른 방향의 빗살을 가진 빗들은 MEMS 공정으로 증착된 절연층에 의해 전기적으로 분리된다. 각 섹터의 분리된 X 및 Y 면내 이동은 다양하게 다른 운동의 조합들을 달성할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 패키지(package)는 세라믹 회로기판과, 압전 면외 액튜에이터와, 압전 면외 액튜에이터 상에 장착된 MEMS 면내 액튜에이터와, MEMS 면내 액튜에이터 상에 장착된 광전자 소자와, 그리고 창(window)을 가지는 커버를 포함한다. 한 실시예에서, 면외 Z 액튜에이터는 전기적 신호가 작동 빔(actuation beam) 상에 인가되었을 때, 광전자 소자를 병진 및 회전에 의해(translationally and rotationally) 면외로 이동시키도록 변형된다. 다른 실시예들은 MEMS 정전 면내 액튜에이터와, 압전 액튜에이터가 될 수 있는 면외 Z 액튜에이터의 다른 구성들을 사용하여 추가적 동작을 달성한다. 다양한 다른 소형 액튜에이터들이 6 자유도까지의 다양한 방식의 동작들을 구현하는 데 사용될 수 있다.
압전 면외 Z 액튜에이터의 여러 실시예들이 개시된다. 본 발명 패키징 방법은 면외 Z 압전 액튜에이터가 광전자 소자의 질량(mass)을 이동시키고 면내 액튜에이터의 이동 질량(moving mass)을 면외 방향(out of plane direction)으로 이동시키는 기능(functionality)을 보장한다. 이 방법은 압전 액튜에이터에 대한 탑재량(payload) 요건을 저하시키고, 제한된 공간 내의 작동 빔(actuation beam)과 전기 연결 굴곡부의 설계에 더 큰 유연성을 가능하게 한다. 두 종류의 빔들(작동 빔과 전기 연결 굴곡부 빔)이 Z 방향에 요구되는 유연성과 다른 방향들에서의 높은 강성(stiffness)를 달성한다.
일부 실시예들에서, 압전 면외 Z 액튜에이터는 탑재물을 부착시킬 하나 이상의 중앙 스테이지(stage)들과, 액튜에이터를 고정할 외측 프레임과, 중간 스테이지들과, 하나 이상의 작동 빔들과, 그리고 전기적 굴곡부들을 포함한다. 중간 스테이지들은 수효가 복수일 수 있으며, 작동 빔들과 전기적 굴곡부들을 같은 수준에서 함께 연결하는 기능을 한다. 작동 빔들과 전기 연결 굴곡부 빔들은 예를 들어 주행 방향(travel direction)으로는 더 유연한 강성을 요구하지만 다른 방향들은 훨씬 더 높은 강성을 요구하는 등의 강성 요건을 충족하도록 설계된다. 각 수준에서의 작동 빔과 전기적 굴곡부의 수는 작동력 요건과 전기 연결 요건을 충족하기 위해 변화될 수 있을 것이다. 작동 빔은 분극된(polarized) PZT 재질에 전기적 신호가 인가될 때 변형되어 필요한 변형을 달성한다. 액튜에이터의 형태는 여러 실시예들에서 다양하다.
본 발명의 다른 국면(aspect)에서, 바닥의 압전 면외 Z 액튜에이터에 대한 다양한 전기 연결 방법들이 개시된다. 일부 실시예들에서 면외 Z 액튜에이터는 면내 MEMS 액튜에이터 내의 구멍을 통한 전기 연결부들을 포함할 수 있다. 구멍 내의 도전성 에폭시, 은 페이스트, 또는 전기 도금 구리가 압전 면외 Z 액튜에이터를 면내 MEMS 액튜에이터에 전기적으로 연결할 수 있지만, 다른 실시예에서는 다른 도전 연결 방법이 사용된다.
본 발명의 다른 국면은 전체적인 패키지 조립 흐름 시퀀스(sequence)를 제공한다. 이 패키징 시퀀스는 여러 실시예들을 따라 두 액튜에이터들을 한 패키지에 조립하는 방법을 제공한다. 이 패키지 방법은 기계적 및 전기적 국면들에서의 요건들을 달성한다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 이하의 설명을 읽을 때 가장 잘 이해될 것이다. 일반적 관행에 따라, 도면의 여러 특징들은 반드시 축척대로가 아니라 강조되었다. 반면 여러 특징들의 크기는 명확성을 위해 임의로 확대 또는 축소될 수 있다. 유사한 참조번호들은 명세서와 도면 전체에 걸쳐 유사한 특징을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 커버를 제외한 패키지의 사시도.
도 2a는 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 광전자 소자와 연결된 면내 액튜에이터의 평면도.
도 2b는 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 광전자 소자와 연결된 면내 액튜에이터의 사시도.
도 3은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 면내 액튜에이터의 상면도.
도 4는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 빗 구동 섹터의 상면도.
도 5는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 빗 쌍의 평면도
도 6은 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 빗 쌍의 빗살들의 평면도.
도 7a는 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 면내 액튜에이터와 면외 액튜에이터의 조합의 2D 상면도.
도 7b는 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 도 7a에 도시된 바와 같은 면내 액튜에이터와 면외 액튜에이터의 조합의 사시도.
도 8은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 면외 액튜에이터를 도시하는 도면.
도 9a는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 2-액튜에이터 패키지의 단면도.
도 9b는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 2-액튜에이터 패키지의 확대 단면도.
도 10은 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 면내 액튜에이터와 연결된 면외 Z 액튜에이터의 변형상태 단면도.
도 11a 및 11b는 각각, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 압전 액튜에이터의 작동 빔의 단면도 및 상면도.
도 12는 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 면내 및 면외 자유도의 플랫폼을 포함하는 패키지를 조립하기 위한 흐름도.
도면들은 설명의 목적만으로 제공된 것으로 단지 본 발명의 전형적 또는 예시적 실시예들을 묘사한다. 도면들은 상세한 설명에 더 상세히 설명되며 이하의 예들은 본 발명 기술에 대한 독자의 이해를 촉진시키기 위한 것으로, 권리를 포기(소진; exhaustive)하거나 본 발명을 정확히 개시된 형태로 한정할 것을 의도한 것이 아니다. 본 발명에 변형이나 변경을 가할 수 있는데, 이러한 변경과 변형은 하나 이상의 청구항들로 포괄되며, 본 발명은 청구항들과 그 등가물로만 한정될 수 있다. 명확성과 도시의 편의를 위해 도면들은 반드시 축척대로 도시된 것이 아니다.
본 발명은 전기 연결부들을 가지는 플랫폼(platform)을 운동, 즉 작동시키기 위한 시스템, 방법, 장치들의 여러 실시예들을 목표로 하며, 그 패키징(packaging)을 포함한다. 본 발명의 시스템, 방법, 장치들의 일부 예시적 실시예들이 이하의 설명에서 제시된다. 당업계에 통상의 기술을 가진 자가 이 설명, 도면들, 에들, 그리고 청구항들을 검토하면 본 발명의 다른 특징, 목적, 및 이점들이 명확할 것이다. 그러한 모든 추가적인 시스템, 방법, 장치, 특징, 이점들은 그 변형을 포함하여 이 설명에 포함되며, 본 발명의 범위 내에 포함되며, 그리고 첨부된 하나 이상의 청구항들에 보호될 것을 의도한 것이다.
여기에 더 설명될 실시예들에 따라 그 패키징을 포함한 액튜에이터는 예를 들어 휴대용 전자 장치, 소형 카메라, 광학 통신 구성부, 그리고 의료 기기 등의 다른 장치와 환경들의 범위에 사용될 수 있다. 액튜에이터들은 그 환경 내에서 광학전자 소자를 위치 설정하는 기능을 한다. 본 발명 액튜에이터의 특징들은 일반적으로 낮은 전력 소비와 최소의 공간 제약(space penalty)으로 매우 컴팩트하면서, 이 다양한 환경들 내에서 복수의 자유도에 플랫폼을 매우 정밀하게 이동 또는 위치 설정이 가능하게 해준다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 커버를 제외하고 도시한 패키지(package; 10)의 3D 사시도이다. 패키지(10)는 세라믹 또는 보통의(regular) 회로기판(circuit board; 12)과, 접점 패드(contact pad; 14)와, 드라이버(driver; 11)와, 전자 부품(13)과, 플렉시블 회로(flexible circuit; 20)와, 커넥터(connector; 21)와, 면내(in-plane) MEMS 액튜에이터와 광전자 소자(154)를 포함하는 면내 액튜에이터 패키지(15)와, 그리고 면내 액튜에이터(15) 밑에 위치한 면외(out-of-plane) 액튜에이터(160)를 구비한다. 회로기판(12)은 일부 실시예들에서 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)이 될 수 있다. 광전자 소자(154)는 다양한 환경들의 이미지 센서, 렌즈 또는 디스플레이(display) 또는 다른 소자가 될 수 있다. 전자 부품(13)은 다양한 전자 또는 반도체 부품과 소자들의 어느 것을 나타낼 수 있다. 플렉시블 회로(20)는 패키지(10)의 구성부들과 외부 세계 간의 연결을 제공하는 플렉시블 회로기판 또는 다른 플렉시블 회로 및 커넥터(21)가 될 수 있다.
두 액튜에이터들은 다양한 환경들에서 최소의 공간 제약을 보장하기 위해 회로기판 내의 인입부(recess)에 컴팩트하게 실장(pack)된다. 회로기판(12) 내의 개구부(opening) 또는 인입부는 다양한 환경들에서 다양한 깊이를 가질 수 있고, 일부 실시예들에서 액튜에이터를 회로기판(12)에 결합시키는 데 에폭시(epoxy)가 사용된다. 일부 실시예들에서, 전술한 구성부들은 다양한 에폭시나 다른 접착제들을 사용하여 회로기판의 상면에 결합될 수 있다. MEMS 액튜에이터의 외측 프레임 상에는 접점 패드가 위치하는데, 즉 면내 MEMS 액튜에이터(150) 상과 회로기판(12) 상에 역시 접점 패드가 위치한다. 회로기판 상의 접점 패드(14)는 MEMS 면내 액튜에이터 패키지(15) 상의 패드에 대응할 수 있다. 면내 액튜에이터 패키지(15)는 후술할 정전 빗 구동 액튜에이터(electrostatic comb drive actuator)가 될 수 있고 면외 액튜에이터(160)는 압전 액튜에이터(piezoelectric actuator)가 될 수 있지만, 다른 실시예들에는 다른 방식의 액튜에이터와 다른 액튜에이터 구조들이 사용될 수 있다. 두 액튜에이터들은 패키지(10) 내에 조립될 수 있다. 일부 실시예들에서, 면외 액튜에이터(160)와 면내 액튜에이터 패키지(15)는 장기적 개발(long-term development)의 원가를 절감하기 위해 MEMS 공정 작동들을 사용하여 동시에 제작, 즉 공정 작동들의 동일한 시퀀스(sequence)를 사용하여 제작될 수 있다. 도시된 실시예는 두 액튜에이터들 - 면내 액튜에이터 패키지(15)와 면외 액튜에이터(160) - 을 도시하고 있지만, 다른 실시예들에서는 추가적 수의 액튜에이터들이 사용될 수 있고 다른 구성부들이 조립된 패키지의 다양한 위치들에 포함될 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 면내 액튜에이터 패키지(15)는 부착된 광전자 소자(154)와 면내 MEMS 액튜에이터(150)를 포함한다. 면내 MEMS 액튜에이터(150)는 외측 프레임(outer frame; 151)과, 굴곡 가능한 전기 연결부(flexural electrical connection; 152)와, 탑재물(payload)을 부착하기 위한 플랫폼(153)과, 부착된 광전자 소자(154)와, 작동 섹터(actuation sector)(도 3에 도시될 빗 구동 섹터(comb drive sectors; 155))들을 포함한다. 광전자 소자(154)는 풀(glue) 또는 다양한 다른 접착제 또는 다른 재질과 공융 접합(eutectic bonding) 등의 접합 방법으로 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 플랫폼(153)에 부착된다. 다양한 풀들과 에폭시들이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 다른 소자들이 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 플랫폼(153)에 결합되어 작동될 수 있다.
도 2b에서, 굴곡 가능한, 즉 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 플렉시블한 전기 연결부(152)는 필요한 유연성을 달성하기 위해 굴곡되어 올라가 꺾인다. 도시된 실시예에서, 플렉시블 전기 연결부(152)는 플랫폼(153)에 부착된 일단과, 가동부(moving portion)와, 그리고 외측 프레임(151)의 고정부에 부착된 타단을 가진다. 플렉시블 전기 연결부(152)는 평면, 즉 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 상면 위로 연장되는 도전성 와이어로, 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 횡방향으로 분리된 구성부들을 도전되도록 결합(conductively couple)한다. 플렉시블 전기 연결부(152)는 광전자 소자(154)와 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 작동 영역(actuation area)으로부터의 전기적 신호를 외부 회로기판(12)과 통신한다. 외측 프레임(151)은 에폭시 또는 다른 다양한 재질 또는 소자들을 사용하여 회로기판(12)(도 1에 도시됨)에 부착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 면내 액튜에이터의 상면도이다. 도 3은 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 더 상세를 보인다. 외측 프레임(151)은 상세를 보이기 위해 분리된(space apart) 것으로 도시된 4개의 바(bar; 151a)를 포함하지만, 여러 실시예들에서 바(151a)들은 도 2에 도시된 바와 같이 잠기거나(latch) 다른 방법으로 함께 결합되어 외측 프레임(151)이 된다. 다른 실시예들에서는 바(151a)들이 함께 결합되지 않는다. 외측 프레임(151) 상에는 일단이 플렉시블 전기 연결부(152)에 연결된 복수의 접점 패드(156)들이 위치한다. 플랫폼(153)은 플렉시블 전기 연결부(152)의 타단에 역시 연결되는 복수의 접점 패드(157)들이 위치한다. 광전자 소자(154)(도 3에는 도시 안 됨)의 접점 패드들이 전통적인 COB 방법, 도전성 에폭시, 은 페이스트, 또는 MEMS 접합 방법 등으로 대응 패드(157)에 결합될 수 있지만, 다른 실시예들에서는 다른 적절한 접합 방법이 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 빗 구동 섹터(155)는 플랫폼(153) 내부에 위치하는 작동 섹터이다. 빗 구동 섹터(155)는 플랫폼(153)과 동일 평면 내에 위치하여 이에 횡으로 둘러싸인다. 면내 MEMS 액튜에이터(150)는 복수의 빗 구동 섹터(155)들을 포함한다. 각 빗 구동 섹터(155)는 가동 및 고정부들을 포함하며 플랫폼(153)에 더 연결된 캔틸레버(cantilever; 1552)에 결합된다. 도 3에는 플랫폼(153) 내부에 네 빗 구동 섹터(155)가 있는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서는 다른 수의 빗 구동 섹터들이 사용된다. 도시된 실시예에서 빗 구동 섹터(155)들은 MEMS 액튜에이터(150)의 중심 둘레에 일정하게(regularly) 위치한다. 빗 구동 섹터(155)의 형태는 바람직하기로 사각형이다. 다른 실시예들에서는 다른 구조와 형태들이 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 플렉시블 전기 연결부(152)들의 굴곡 형태는 예시를 위해 예시적 형태가 제공되었지만 다른 실시예들에서는 전기 연결부(152)의 다른 다양한 형태들이 사용된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 빗 구동 섹터(155)는 캔틸레버(1552)를 통해 빗의 빗살의 이동을 플랫폼의 이동으로 전달(translate)하도록 하나의 긴 캔틸레버(1552)에 연결된다. 캔틸레버(1552)는 플랫폼(153)에 부착된 일단과 빗 구동 섹터(155)에 연결된 타단을 가져, 빗 구동 섹터(155)로부터의 운동을 광전자 소자가 결합되는 플랫폼(153)의 운동으로 전달한다. 여러 실시예들에서 대응하는 수의 캔틸레버(1552)들과 빗 구동 섹터(155)가 사용된다. 그러므로 캔틸레버(1552)는 동작 전달 캔틸레버(motion transfer cantilever)(1552)로 지칭될 수 있다.
도 4는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 빗 구동 섹터(155)의 특성들의 상면도이다. 각 빗 구동 섹터(155)는 빗 구동부의 외부에 위치하는 동작 제어 캔틸레버(motion control cantilever; 1551)와, 가동 프레임(moving frame; 1554)과, 가동 빗등(moving spine; 1553)들과, 고정 빗등(fixed spine; 1557)들과, 조립시 회로기판에 부착될 수 있는 고정 프레임(1557)과, 그리고 일단에서 가동 프레임(1554)에 연결되고 타단에서 가동 플랫폼(153)에 연결되는 긴 동작 전달 캔틸레버(1552)를 포함한다. 빗 구동 섹터(155)는 고정 프레임(1556)과 고정 프레임(1556)에 직교하는 복수의 고정 빗등(1557)을 포함하는 고정 부재와, 가동 프레임(1554)과 가동 프레임(1554)에 직교하는 복수의 가동 빗등(1553)을 포함하는 가동 부재를 구비한다. 동작 전달 캔틸레버(1552)는 한 병진 및 회전 자유도에서는 더 유연하지만 다른 자유도에서는 매우 강성이 높아(stiff), 캔틸레버(1553)가 다른 동작 모드들을 구분(isolate), 즉 X 및 Y 간의 어떤 간섭을 방지하고 원하는 방향으로의 운동을 보장할 수 있다. 가동 빗등(1553)과 고정 빗등(1557)은 모두 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 원하는 운동을 달성하도록 부착된 다수의 빗살(finger)들을 가진다. 다수의 빗살들이 가동 빗등(1553)과 고정 빗등(1557)의 각각에 연계, 즉 결합될 수 있다. 여러 실시예들에서, 각 빗 구동 섹터(155)는 빗 구동 섹터(155)의 두 측부들에 분리되어 위치하는 두 동작 제어 캔틸레버(1551)들을 포함한다. 여러 실시예들에서, 각 캔틸레버(1551)는 가동 프레임(1554)에 부착된 일단과 고정 프레임(1556)에 부착된 타단을 가진다. 이러한 구조는 바람직하게도 빗의 빗살들이 최소의 호형 운동(arcuate motion)으로 평행한 방향으로 운동할 수 있게 해준다.
도 5는 본 발명의 여러 실시예들을 따른, 빗 구동 섹터(155)의 빗 쌍(comb pair)의 평면도이다. 빗 구동 섹터(155)의 두 빗 쌍은 두 열의 가동 빗살(moving finger)들과 두 열의 고정 빗살(fixed finger)들을 포함한다. 고정 빗등(1557)의 일측에는 빗살(15571)들의 열이 부착되고 타측에는 빗살(15572)들의 열이 부착된다. 이 빗살(15571, 15572)들은 고정 빗살들이다. 가동 빗등(1553)은 고정 빗살 열(15571)과 쌍을 이룰 빗살(15573)들의 한 열과 고정 빗살 열(15572)과 짝을 이룰 빗살(15574)들의 한 열을 가진다. 이 빗살(15573, 15574)들은 가동 빗살들이다. 빗살(15571, 15572, 15573 및 15574)들 또는 적어도 빗살(15571, 15572, 15573 및 15574)들의 중심축은 서로 모두 평행하고 이들이 결합된 각 빗등에 대략 직교하지만, 다른 실시예들에서는 다른 구조와 여러 각도들이 사용된다. 일부 실시예들에서, 빗살들은 그 길이에 걸쳐 동일한 폭을 가지지만, 일부 실시예들에서 빗살들은 테이퍼(taper)를 가진다. 일부 구조들에 의하면, 빗살 쌍(15573)의 각 빗살은 전기적 신호가 인가되었을 때 +X 방향으로 평행하게 이동하고; 빗살 쌍(15574)의 각 빗살은 전기적 신호가 인가되었을 때 -X 방향으로 평행하게 이동한다.
빗살(15571, 15572, 15573 및 15574)들은 이와는 달리 빗 구조의 이빨(teeth)(빗살)로 지칭될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 빗살 쌍(finger pair)의 평면도이다. 고정 빗등(1557)들은 가동 빗등(1553)들과 평행하다. 빗살(15572, 15574)들의 쌍은 중첩 영역(overlap area; 15575)에서 거리(15576)만큼 중첩되는데, 이 거리는 일부 실시예들에서 약 10-50 미크론일 수 있지만 다른 실시예들에서는 다른 거리가 사용될 수 있다. 중첩 영역(15575)은 도시된 바와 같이 빗살(15572)의 단부가 빗살(15574)의 단부를 지나쳐 연장된 거리(15576)를 나타낸다. 빗살(15572, 15574)들은 동일한 평면 내에 있다. 빗살(15572)의 단부들과 빗살(15574)의 단부들은, 빗살(15572)의 인접 단부들이 빗살(15574)의 인접 단부들 사이에 끼인(interpose) 중첩 영역(15575)을 형성한다. 중첩 영역(15575)은 각각의 단부들이 교번하는(alternating) 시퀀스(sequence)로 배치되는 제1 빗살(15572)들과 제2 빗살(15574)들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 빗살들은 빗살들이 가동 빗등(1553) 또는 고정 빗등(1557)과 결합되는 위치보다 그 선단이 더 좁아지도록 테이퍼를 가진다. 다양한 정도의 테이퍼들이 사용될 수 있다. 중첩 영역(15575)에 의해 제공되는 빗살들의 중첩은 전압 또는 전하가 랩프업(ramp up)될 때 충분한 초기 작동력(initial actuation force)을 보장하여 액튜에이터가 이동 대 전압(travel versus voltage)의 그래프(plot)상 급작한 점프 없이 점진적으로 이동할 수 있다. 빗살 높이는 MEMS 제조 공정의 다양한 특성들과 다양한 설계특성들에 의해 결정될 수 있다. 다양한 빗살 길이(15579), 빗살 갭 중첩(15575) 거리(15576), 빗살 갭(인접 빗살들 간의 간격)들, 그리고 빗살 테이퍼 각들이 다양한 실시예들에 사용될 수 있고, 다양한 설계 요인들, 응용분야(application) 고려사항(consideration)들, 그리고 제조가능성(manufacturability) 고려사항들에 의해 결정될 수 있다. 빗살 길이(15579), 빗살 갭 중첩(15575) 거리(15576), 빗살 갭(인접 빗살들 간의 간격)들, 그리고 빗살 테이퍼 각들은 제한된 전압 범위에서 요구되는 주행(travel)을 달성하도록 최적화된다. 일부 실시예들에서, 가동 빗등(15530에 부착된 빗살(15574) 등 해당 빗등에 부착된 각 빗살은 동일한 길이(15579)를 가지며 서로 평행하게 배치되어 사각형 형태를 형성한다.
도 7a 및 7b는 각각, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 면내 액튜에이터와 면외 액튜에이터의 조합의 한 실시예의 상면도 및 저면도이다. 면내 MEMS 액튜에이터(150)와 면외 액튜에이터(160)는 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 빗 구동 섹터(155)의 중심에 함께 부착되고, 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 외측 프레임(151)에도 부착된다. 중앙 부분에는, 면외 액튜에이터(160)의 중앙 스테이지(center stage; 168)가 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 빗 구동 섹터(155)(앞에 더 상세히 설명하였음)에 부착된다. 캔틸레버(1552)는 전술한 바와 같다. 면외 액튜에이터(160)가 반경 방향으로 강성이 높고 면외 액튜에이터(160)의 중심에서 빗 구동 섹터(155)에 접합되므로, 면외 액튜에이터(160)는 면내 액튜에이터(150)가 면내에서 이동할 때 면내 운동을 생성하거나 제공할 수 없다. 여러 실시예들에서 (면내) 액튜에이터(150)은 면외 방향의 운동에 대해 매우 강성이 높고 저항성이다. 이와 같이, 면내 액튜에이터(150)는 면외 액튜에이터(160)가 이동할 때 면외로는 어떤 운동도 제공할 수 없다.
도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서의 플렉시블 전기 연결부(152)들은 액튜에이터(150) 내에 전기적 신호를 도전시키고, 여러 실시예들에서 면외 액튜에이터(160)로의 전기적 신호 경로 역시 제공한다. 플렉시블 전기 연결부(152)는 강성이 매우 낮고, 플렉시블 전기 연결부(152)는 전기 구성부들을 도전 결합하기 위해 높은 도전성을 가지는 방식으로 설계될 수 있다. 플렉시블 전기 연결부(152)는 XY 및 Z 액튜에이터의 요구치를 달성하기 위해 X, Y, 및 Z 방향으로 이동할 수 있다. 플렉시블 전기 연결부(152)는 도 2b에 도시된 바와 같이 굴곡되어 올라가 요구되는 유연성을 달성한다. 플렉시블 전기 연결부(152)는 높은 도전성을 가진다. 여러 실시예들에서, 플렉시블 전기 연결부(152)는 폴리실리콘, 산화실리콘, 실리콘 또는 다른 적절한 반도체 표면 상에 위치한 금속 합금 층으로 형성된다. 플렉시블 전기 연결부(152)의 재질은 복합 재질일 수 있어, 산화물, 실리콘, 폴리실리콘, 알루미늄, 구리, 및 금속을 비제한적으로 포함하는 복수의 층들을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 면외 액튜에이터(160)의 상면도이다. 일부 실시예들에서 면외 액튜에이터(160)는 압전(piezoelectric) 액튜에이터지만 다른 실시예들에서는 다른 액튜에이터들이 사용된다. 면외 액튜에이터(160)는 면외 액튜에이터(160)의 평면에 직교하는 방향, 즉 면외 액튜에이터(160)의 XY 평면에 대한 Z 방향을 포함하는 복수의 방향으로 작동(actuation)을 제공한다. 면외 액튜에이터(160)는 탑재물, 즉 작동될 광전자 또는 다른 광학 또는 전자 소자가 부착될 중앙 스테이지(168)를 포함한다. 면외 액튜에이터(160)는 또한 액튜에이터가 고정될 외측 프레임(161)과, 중간 스테이지(163, 166)와, 작동 빔(actuation beam; 162, 165, 167)들과, 전기적 굴곡부(electrical flexure)를 포함한다. 도시된 실시예에서 중앙 스테이지(168)는 난형(oval)이지만 다른 실시예들에서는 다른 형태가 사용된다. 작동 빔(162, 165, 157)들은 중앙 스테이지(168)과, 중간 스테이지(163, 166), 그리고 외측 프레임(161)을 결합한다. 다양한 배치와 구성들이 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서 중앙 스테이지(168)는 바람직하기로 균일하게 이격된 중간 스테이지(163, 166)들로 둘러싸이지만 다른 실시예들에서는 다른 배치가 사용된다. 중간 스테이지(163, 166)들은 대략 도시된 바와 같은데, 즉 대략 고리형 또는 타원형을 가지지만 다른 실시예들에서는 다른 형태를 취할 수 있으며, 중간 스테이지(163, 166)들은 구성부들을 작동 빔(162)과 전기적 굴곡부(164)와 동일한 수준에 연결하는 기능을 한다. 면외 Z 액튜에이터(160)의 중앙 스테이지(168)의 Z, 면외 이동은 작동 빔(162, 165, 167)들의 변형(deformation)에 의해 생성되는데, 이들은 압전(piezoelectric)("PZT") 또는 전기적 신호에 의해 변형되는(deflect) 다른 적절한 재질로 구성될 수 있다. 작동 빔(162)과 전기적 굴곡부(164)는 바람직하기로 다양한 강성 조건을 충족하도록 설계된다. 이들은 바람직하기로 주행 방향(Z 방향)으로 부드럽고, 즉 유연하거나 또는 달리 변형 가능하고 다른 방향으로는 매우 강성이 높다. 각 작동 섹션(actuation section)은 다양한 수의 작동 빔(162)들과 전기적 굴곡부(164)들을 포함할 수 있다. 각 수준에서의 작동 빔(162)들과 전기적 굴곡부(164)들의 수는 작동력 요건과 전기 연결 요건들을 달성하도록 변화될 수 있다. 작동 빔(162, 165, 167)은 면외 방향으로 운동을 가능하게 하는 캔틸레버(cantilever) 또는 힌지(hinge)들을 포함한다. 전기적 신호가 인가되었을 때 원하는 변형을 달성하는 데 PZT 재질이 사용될 수 있다. 작동 빔(162) 및 전기적 굴곡부(164) 등의 지지 빔들은 전기적 경로(electrical routing)를 위한 금속층을 포함할 수 있다. 여러 실시예들에서 전기적 굴곡부(164)는 캔틸레버 또는 힌지들과 금속층들을 포함할 수 있다. 여러 실시예들에서 전기적 굴곡부(164)는 중간 스테이지(163, 166)들 사이 및/또는 중간 스테이지(166)와 중앙 스테이지(168) 사이에 위치할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 여러 실시예들에서 중앙 스테이지(168)는 중앙 스테이지 부분(168a, 168b) 등과 같은 둘 이상의 분리된 부분으로 분할될 수 있다. 이는 중간 스테이지(163, 166)들에 대해서도 마찬가지다. 분할된 스테이지(168)의 한 부분(168a 또는 168b)에 연결된 작동 빔들에 전기적 신호가 인가될 때, 중앙 스테이지(168)의 이 부분이 면외로 이동하여 롤(roll) 또는 피치(pitch) (운동)를 달성한다. 일부 실시예들에서 면외 액튜에이터(160)는 두 별도로 이동 가능한 중앙 스테이지 부분(168a, 168b)들과, 중간 스테이지 부분들을 둘러싸는 중간 스테이지(163, 166)들과, 그리고 적어도 하나의 중앙 스테이지 부분(168a, 168)과 중간 스테이지(163, 166)들을 연결하는 작동 빔(162, 165, 167)들을 포함한다. 작동 빔(162, 165, 167)들은 변형 가능하여 중앙 스테이지 부분(168a, 168)들에 면외 이동을 제공한다. 부분(168a, 168)들은 관련 작동 빔(162, 155, 167)들의 변형에 따라 별도로 운동할 수 있다. 다른 실시예들에서, 면외 액튜에이터(160)는 둘 이상의 별도로 운동 가능한 중앙 스테이지 부분들을 포함한다. 별도로 운동 가능한 중앙 스테이지 부분들의 형태는 여러 실시예들에서 다양하다.
도 9a는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 2-액튜에이터 패키지의 단면도이다. 면외 액튜에이터(160)는 외측 프레임(161)에서 에폭시(18) 또는 다른 적절한 접착제 또는 다른 결합 수단으로 회로기판(12)에 결합된다. 여러 실시예들에서 회로기판(12)은 패키지(100)의 일부를 형성한다. 면내 MEMS 액튜에이터(150)는 면외 Z-방향 액튜에이터(160) 상에 위치하여 면외 액튜에이터(160)의 외측 프레임(161)과 중앙 스테이지(168)에 접합된다. 광전자 소자(154)는 면내 액튜에이터(150)의 상부 상에 위치한다. 유리창(glass window; 199)을 가진 홀더(holder; 19)가 회로기판(12)의 상부 상에 위치한다. 광전자 소자(154)로부터 MEMS 면내 액튜에이터(150)의 플랫폼(153)으로의 전기적 연결부(158)는 표준 COB 와이어 접합 공정, 도전성 에폭시 또는 페이스트, 또는 MEMS 접합 공정, 또는 다른 적절한 접합 수단에 의해 연결된다. 여러 실시예들에서 MEMS 면내 액튜에이터(150)의 외측 프레임(159)으로부터 PCB(12)의 패드(14)들로의 전기적 연결부(159)는 바람직하기로 표준 COB 와이어 접합 공정과 동일한 공정을 사용한다. 도 9a는 면내 액튜에이터(150)와 면외 액튜에이터(160)와, 그리고 패키지(100)의 다른 구성부들의 조합을 도시한다. 여러 실시예들에서 면외 액튜에이터(160)가 사용되지 않는다. 이런 실시예들에서는 면내 액튜에이터(150)가, PCB 또는 세라믹 회로기판일 수 있는 회로기판(12)에 빗 구동 섹터(155)(도 4 참조)의 고정 빗 구동 프레임(1556)과 외측 프레임(1556)을 회로기판(12)에 접착 또는 달리 부착함으로써 회로기판(12)에 직접 장착된다. 일부 실시예들에서 빗 구동 프레임(1556)과 외측 프레임(151)이 어떤 면외 편심(out-of-plane offset) 없이 회로기판에 직접 장착될 수 있다.
도 9a 및 9b는 면외 액튜에이터(160)가 면내 MEMS 액튜에이터(150)에 형성된 구멍(1691, 1693)들 내에 위치한 도전성 에폭시 또는 페이스트를 통해, 또한 면내 MEMS 액튜에이터(150)의 플렉시블 전기적 연결부(152)를 통해 패키지(100) 외부의 구성부들과 전기적으로 결합될 수 있음을 보여준다.
도 9b는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 2-액튜에이터 패키지의 부분에 대한 확대 단면도이다. 여러 실시예들에서 면외 액튜에이터(160)의 전기적 경로들/신호들은 전기적 굴곡부(164)(도 8)를 통하거나 작동 빔(162, 165, 167)을 통하고, 그리고 회로기판(12)도 9b에는 도시 안 됨)과 접촉하는 접점(1692)을 통해 연결된다. 전기적 신호들은 또한 면내 액튜에이터(150)를 통하고 충전된(filled) 구멍(1691, 1693)을 통과할 수도 있다. 도전성 에폭시, 은 페이스트, 또는 전기적 도금이 구멍(1691, 1693)을 충전하거나 피복하여 도전을 달성한다. 전기적 신호는 면외 액튜에이터(160)로부터 플렉시블 전기적 연결부(152)들을 통해 외부로 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 변형된 면외 "Z" 액튜에이터(160)와 면내 액튜에이터(150)의 부분에 대한 단면도이다. 전기적 신호가 작동 빔(162, 165, 167)들에 인가될 때, 변형된 면외 Z 액튜에이터(160)는 면내 액튜에이터(150)와 적어도 중앙 스테이지(168)에 결합된 광전자 소자(154)를 면외 "Z" 액튜에이터(160)의 평면 밖으로 이동시킨다. 개시된 패키지는 면외 Z 액튜에이터(160)가 광전자 소자(154)의 질량(mass)과 면내 액튜에이터의 이동 질량(moving mass)을 운동시킬 수 있는 것을 보장한다. 일부 실시예들에서 면외 Z 액튜에이터(160)는 압전 액튜에이터이다. 개시된 액튜에이터 구조는 압전 액튜에이터(면외 Z 액튜에이터(160))에 대한 탑재량 요건을 완화시켜, 액튜에이터 내의 작동 빔과 전기 연결 굴곡부들의 설계에 더 큰 유연성을 가능하게 한다. 전술한 빔들은 Z 방향에서의 원하는 유연성과 다른 방향에서의 강성, 즉 운동에 대한 저항을 함께 달성하도록 설계된다. 액튜에이터의 다양한 구성부들의 형태는 여러 실시예들에서 달라진다.
도 10에 도시된 바와 같이, 플렉시블 전기 연결부(152)의 유연성은 면내 액튜에이터(150)의 여러 부분들의 서로에 대한 원하는 운동을 가능하게 하고, 또한 면외 Z 액튜에이터(160)의 유연성과 견고성 요건을 달성한다. 플렉시블 전기 연결부(152)는 바람직하기로 모든 병진(translational) 자유도(degrees of freedom)들로 이동한다. 여러 실시예들에서 두 액튜에이터들 - 면내 액튜에이터(150)와 면외 액튜에이터(160) - 은 중앙 스테이지(168)와 외측 프레임(161)에 접합되지만 에폭시 또는 다른 접합 재질(17) 등의 다른 접합 부위(bonding site)들이 사용될 수도 있다.
면외 액튜에이터(160)의 Z, 면외 운동은 적어도 부분적으로 작동 빔(162, 165, 167)의 변형에 의해 생성된다. 도 11a의 확대도에 더 명확히 도시된 바와 같이, 작동 빔(162)은 전기적 신호가 분극된(polarized) 압전(PZT) 재질에 인가되었을 때 변형된다. 여러 실시예들에서 다른 분극 패턴과 특성들을 가지는 여러 가지 적절한 PZT 재질들이 변형을 달성하는 데 사용될 수 있다. 작동 빔(165, 167)들은 작동 빔(162)과 유사하게 변형되지만 도 11a에는 도시되지 않았다. 일부 실시예들에서 작동 빔(162)은 원하는 압전 효과를 산출하기 위해 다양한 재질들이 조합되어 사용될 수 있는 상부 재질(upper material; 1622)과 하부 재질(lower material; 1621)로 구성되는 등의 복합 재질이다. 여러 가지 적절한 재질들이 사용될 수 있다. 작동 빔(162)은 여러 가지 강성 및 유연성 요건들을 달성하기 위해 충분히 유연할 것이다.
도 11b는 복합 재질인 작동 빔(162)의 상면도이다. 상부 재질(1622)은 하부 재질(1621) 위에 위치한다. 도 11a 및 11b는 일부 영역에서 하부 재질(1621)이 상부 재질(1622)로 덮이고 하부 재질(1621)의 다른 부분(1623)에는 상부 재질(1622)이 없는 것을 보여준다. 그러므로 상부 재질(1622)은 불연속 층인 반면, 하부 재질(1621)은 연속 층이다. 다양한 구조들에서 다양한 재질들이 원하는 압전 효과를 산출하기 위해 사용될 수 있다.
추가적인 자유도를 달성하기 위해 더 많은 실시예들이 MEMS 정전 액튜에이터와 압전 액튜에이터를 사용할 수 있다. 이 자유도들을 달성하는 데 다른 소형 액튜에이터가 사용될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 여러 실시예들에 따른, 플랫폼을 복수의 면내 및 면외 자유도로 이동시키는 조립체(assembly)/패키지를 조립하는 흐름도이다. 다른 실시예들에서는 면내 액튜에이터를 가지는 패키지의 다양한 실시예들과 면내 및 면외 액튜에이터 양자를 가지는 패키지의 다양한 실시예들을 구성하는 방법들이 사용된다.
조립 흐름의 첫 단계(S101)는 면외 액튜에이터(160)의 외측 프레임(161)을 접합하기 위해 회로기판(12)의 개구부(opening)에 에폭시를 도포하는 단계이다. 다른 실시예들에서는 다른 적절한 풀 또는 접착제가 사용된다. 회로기판(12)은 다양한 깊이의 개구부 또는 인입부(recess)를 가질 수 있고, 일부 실시예들에서는 인쇄회로기판, PCB일 수 있는 회로기판(12)의 표면에 에폭시가 도포된다. 단계 S102에서, Z 압전 액튜에이터일 수 있는 면외 액튜에이터(160)는 사이에 회로기판에 직접적으로, 또는 일부 실시예들에서 Z 압전 액튜에이터(160)와 PCB 또는 다른 회로기판(12) 사이에 다른 구성부가 존재할 수 있으므로 간접적으로 장착된다. 경화(curing) 후에는 면외 액튜에이터(160)의 외측 프레임(161)이 PCB 또는 다른 회로기판(12)에 접합된다. 외측 프레임(161)은 세라믹 회로기판에 비교하여 이에 맞는(matching) 열팽창계수를 가지는 실리콘 재질일 수 있다. 회로기판(12)이 다른 재질로 구성되면 외측 프레임(161)도 다른 재질로 구성될 수 있고, 열팽창의 불일치(mismatch)를 보상하기 위해 굴곡 가능한(flexural) 외측 프레임(161)이 사용될 수 있다.
면외 액튜에이터의 조립 다음, 단계 S103은 면외 액튜에이터(160)의 중앙 스테이지(168)와 외측 프레임(161)에 에폭시를 도포하는 과정을 포함한다. 다른 실시예들에서는 다른 적절한 풀 또는 다른 접착제가 사용될 수 있다. 단계 S104는 면외 액튜에이터(160) 상에 MEMS 면내 액튜에이터(150)를 위치시키는 단계이다. 다음 에폭시 경화가 이뤄진다. 다양한 경화 조건들과 MEMS 면내 액튜에이터를 면외 액튜에이터(160)에 결합시키는 다른 방법들이 사용될 수 있다.
경화 실시예에서, 경화가 이뤄지면 면내 액튜에이터(150)는 PCB 상의 면외 액튜에이터(160)와 일체로 접합된다. 액튜에이터(160)는 전술한 바와 같이 면내 액튜에이터(150)를 통과하는 도전성 트레이스(conductive trace)를 가질 수 있다. 단계 S105에서, 도전성 에폭시 또는 유사한 재질이 면내("XY") 액튜에이터(150)의 관련 구멍들 상에 제공되어 면외 액튜에이터(160)를 연결하고 전기적으로 결합시킨다. 경화가 이어진다.
단계 S106에서, 열전도 에폭시(thermal epoxy) 또는 따른 적절한 접착제가 플랫폼(153)의 접합 영역에 도포된 다음, 단계 S107에서 광전자 소자(154)가 면내 MEMS 액튜에이터(150)에 결합된다. 여러 가지 적절한 에폭시들 또는 다른 접착제들이 사용될 수 있다.
경화로 광전자 소자(154)를 면내 액튜에이터(150)에 부착하고 나면, 단계 S108은 표준 COB 공정 또는 다른 적절한 방법들로 전기적 연결부(158, 159)들을 완료하는 단계이다. 단계 S109는 접합 견고성을 보장하기 위해 전기적 연결부 상에 보호 에폭시를 도포하는 단계이다. 다른 실시예들에서는 다른 보호 재질들이 사용된다.
광전자 소자(154) 상에 이물질(particles)이 있다면 이물질은 선택적인 단계 S1010에서 진동에 의해 제거될 수 있다. 최종 조립 단계 S1011은 창문(window; 19)을 가진 홀더(holder)를 회로기판(12) 상에 장착하는 단계이다.
일반적으로, 이 명세서에 기재된 방법의 다양한 작동들은 이 명세서에 기재된 구성부들 또는 다양한 시스템 및/또는 장치들의 특징들과 각각의 구성부들 및 하위 구성부들을 사용하여 이뤄지거나 이와 관계가 있다.
어떤 경우 "하나 이상(one or more)," "적어도(at least)," "비제한적으로(but not limited to)" 등 확장(broadening) 단어 및 문구의 존재는 그러한 확장 문구가 없는 경우보다 더 좁은 경우를 의도하거나 요구하는 것을 의미하는 것으로 게 읽혀서는 안 된다.
또한, 이 명세서에 다양한 실시예들이 도면, 블록도, 흐름도 등을 통해 설명되었다. 당업계에 통상의 기술을 가진 자가 이 명세서를 읽고 나면 자명할 바와 같이, 도시된 예에 한정되지 않고 도시된 실시예들과 그 다양한 대체물들이 구현될 수 있다. 에를 들어 블록도와 이에 수반되는 설명들은 특정한 아키텍처와 구성을 강제(mandating)하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만 이들은 예시의 목적으로만 표시된 것이지 한정을 위한 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 마찬가지로, 다양한 도표들이 본 발명의 아키텍처나 다른 구성을 묘사할 수 있지만, 이들은 본 발명에 포함될 수 있는 특징들과 기능의 이해를 돕기 위해 작성된 것이다. 본 발명은 기재된 예시적 아키텍처나 구성에 한정되지 않으며, 원하는 특징들은 다양한 대체적 아키텍처나 구성을 사용하여 구현될 수도 있다. 실제로 당업계의 전문가에게는 본 발명의 원하는 특징을 구현하기 위해 어떻게 대체적인 기능상, 논리상, 또는 물리적 분할(partitioning)과 구성이 구형될 수 있는지 자명할 것이다. 또한 흐름도, 작동 설명, 그리고 방법 청구항들에 관해서는, 이 명세서에 단계들이 표시된 순서는 문맥이 달리 지적하지 않는 한 다양한 실시예들이 기재된 기능을 동일한 순서로 수행하여 구현될 것을 강제해서는 안 될 것이다.
이상에서 본 발명이 다양한 예시적 실시예들과 구현예들을 통해 기재되었지만, 하나 이상의 개별적인 실시예들에 기재된 다양한 특징, 국면, 그리고 기능들은 이들이 설명된 특정한 실시예로 그 적용 가능성을 한정하는 것이 아니며, 그 대신 그 실시예가 기재되었는지와 무관하게 또는 그 특징들이 기재된 실시예의 일부로 존재하는지와 무관하게 단독 또는 다양한 조합으로 본 발명의 하나 이상의 다른 실시예들에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 이에 따라 본 발명의 폭과 범위는 전술한 예시적 실시예들에 한정되어서는 안 되며, 당업계의 전문가라면 청구항들의 범위 내에서 전술한 설명들에 다양한 변화와 변경을 가할 수 있음을 이해해야 할 것이다.

Claims (46)

  1. 광전자 소자를 복수의 방향으로 작동시키는 액튜에이터 조립체로, 상기 액튜에이터 조립체가:
    회로기판과, 면내 미소-전기-기계-시스템(MEMS) 액튜에이터와, 면외 액튜에이터와, 그리고 광전자 소자를 포함하는 패키지를 구비하고,
    상기 광전자 소자가 복수의 도전성 굴곡부로 상기 면내 MEMS 액튜에이터에 도전 결합되고; 그리고
    상기 면외 액튜에이터가 상기 면내 MEMS 액튜에이터와 상기 회로기판 중의 적어도 하나에 도전 결합되며,
    상기 면내 MEMS 액튜에이터가 평면을 따른 작동을 제공할 수 있고 상기 면외 액튜에이터가 적어도 상기 평면 이외의 방향들을 따른 작동을 제공할 수 있으며, 상기 회로기판이 인쇄회로기판(PCB)과 세라믹 기판 중의 하나인 액튜에이터 조립체.
  2. 청구항 1에서,
    상기 패키지가 상기 회로기판을 포함하고, 상기 면내 MEMS 액튜에이터가 횡방향으로 외측 프레임에 둘러싸인 플랫폼을 포함하며, 상기 플랫폼이 광전자 소자에 직접 결합되는 액튜에이터 조립체.
  3. 청구항 1에서,
    상기 도전성 굴곡부가, 접점 위치들에서 상기 면내 MEMS 액튜에이터에 결합되고 접점 위치가 아닌 위치에서 상기 면내 MEMS 액튜에이터 위로 연장되어 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 부분들을 도전 결합하는 도전성 복합 와이어들이며,
    상기 면내 MEMS 액튜에이터가 추가적 점점들을 통해 상기 광전자 소자에 더 결합되는 액튜에이터 조립체.
  4. 청구항 1에서,
    상기 광전자 소자가 상기 면내 MEMS 액튜에이터 상에 위치하여 이에 결합되고, 상기 면내 MEMS 액튜에이터가 상기 면외 액튜에이터 상에 위치하며, 상기 면외 액튜에이터가 상기 회로기판 상에 위치하고,
    그리고 상기 패키지가 상기 광전자 소자와, 상기 면내 MEMS 액튜에이터와, 상기 면외 액튜에이터와, 그리고 상기 회로기판을 포함하며, 그리고
    상기 면내 MEMS 액튜에이터와 면외 액튜에이터의 각각이 평면형 부재인 액튜에이터 조립체.
  5. 청구항 4에서,
    상기 면외 액튜에이터가, 상기 면내 MEMS 액튜에이터를 통해 연장되는 도전성 경로들(vias)을 통해 상기 광전자 소자에 도전 연결되고,
    상기 광전자 소자가 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 플랫폼에 직접 결합되며,
    상기 플랫폼이 횡방향으로 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 외측 플레임에 둘러싸이는 액튜에이터 조립체.
  6. 청구항 1에서,
    상기 면내 MEMS 액튜에이터가 상기 광전자 소자에 부착될 수 있는 이동 가능한 플랫폼을 포함하고,
    외측 프레임이 상기 플랫폼을 둘러싸며, 그리고
    상기 도전성 굴곡부가 상기 플랫폼으로부터 상기 외측 프레임으로 연장되는 액튜에이터 조립체.
  7. 청구항 6에서,
    상기 도전성 굴곡부가 접점 위치에서 상기 플랫폼과 상기 외측 프레임에 결합되고 상기 면내 MEMS 액튜에이터 위로 연장됨으로써 상기 접점 위치들 사이의 영역에서 상기 도전성 굴곡부와 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 상면 간에 빈 영역(void area)을 형성하는 액튜에이터 조립체.
  8. 청구항 1에서,
    상기 면내 MEMS 액튜에이터가 복수의 빗 구동 섹터들을 포함하고,
    각 빗 구동 섹터가 가동 및 고정 부재들과, 상기 복수의 빗 구동 섹터들을 둘러싸는 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 플랫폼에 더 연결되는 캔틸레버를 포함하며,
    상기 플랫폼이 횡방향으로 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 외측 프레임에 둘러싸이는 액튜에이터 조립체.
  9. 청구항 8에서,
    상기 각 빗 구동 섹터가 평면형, 사각형의 형태이고, 반대되는 빗들의 복수의 짝들을 포함하는 액튜에이터 조립체.
  10. 청구항 8에서,
    상기 각 빗 구동 섹터가 반대되는 빗들의 복수의 짝들을 포함하고,
    반대되는 빗들의 각 짝이 상기 고정 부재의 고정 빗등에 결합되는 복수의 제1 빗살들을 가지는 제1 빗과 상기 가동 부재의 가동 빗등에 결합되는 복수의 제2 빗살들을 가지는 제2 빗을 포함하며,
    상기 고정 빗등이 상기 가동 빗등과 평행한 방향을 향하고,
    상기 각 제1 빗살이 동일한 길이를 가지고 상기 각 제2 빗살이 동일한 길이를 가지는 액튜에이터 조립체.
  11. 청구항 10에서,
    상기 제1 빗살이 상기 고정 빗등으로부터 상기 제2 빗을 향해 연장되고, 상기 제2 빗살이 상기 가동 빗등으로부터 상기 제1 빗을 향해 연장되며, 상기 제1 및 제2 빗살이 서로 평행한 방향을 향하고, 그리고
    상기 제1 및 제2 빗살의 중첩 영역이 상기 제2 빗살의 각 단부들 사이에 제1 빗살의 각 단부들이 끼어 상기 제1 및 제2 빗살들이 서로 교번하는 시퀀스로 배치되는 액튜에이터 조립체.
  12. 청구항 10에서,
    상기 제1 빗살의 단부들이 상기 제1 빗살들의 단부들 사이에 끼이고,
    상기 각 고정 빗등이 그 일측에 결합되는 제1 빗살과 그 반대측에 결합되어 상기 가동 부재의 추가적인 가동 빗등을 향해 연장되는 반대쪽 빗살을 포함하며,
    상기 제1 빗살의 단부들이 상기 제1 빗살의 다른 부분보다 더 좁아지도록 상기 제1 빗살이 테이퍼지고, 상기 제2 빗살의 단부들이 상기 제2 빗살의 다른 부분보다 더 좁아지도록 상기 제2 빗살이 테이퍼지는 액튜에이터 조립체.
  13. 청구항 10에서,
    상기 각 빗 구동 섹터가, 상기 빗 구동 섹터 주변에 각각 위치하여 상기 가동 부재와 상기 고정 부재 사이에 결합되는 한 쌍의 동작 제어 캔틸레버를 더 구비하는 액튜에이터 조립체.
  14. 청구항 8에서,
    상기 각 빗 구동 섹터가 반대쪽 빗들의 복수의 쌍들을 포함하고;
    상기 각 반대쪽 빗들의 쌍이 상기 고정 부재의 고정 빗등에 결합되는 제1 빗살을 가지는 제1 빗과 상기 가동 부재의 가동 빗등에 결합되는 제2 빗살을 가지는 제2 빗을 포함하며;
    상기 고정 빗등이 상기 가동 빗등과 평행하고;
    상기 제1 빗살의 단부들과 상기 제2 빗살들의 단부들이, 상기 제1 빗살의 인접 단부들이 상기 제1 빗살의 인접 단부들 사이에 끼는 중첩 영역을 형성하고; 그리고
    상기 각 빗 구동 섹터가, 각각 상기 빗 구동 섹터의 주변에 위치하고 상기 가동 부재와 상기 고정 부재 사이에 결합되는 한 쌍의 동작 제어 캔틸레버들을 더 구비하는 액튜에이터 조립체.
  15. 청구항 8에서,
    상기 고정 부재가 고정 바와 상기 고정 바에 직교하는 복수의 고정 빗등들을 포함하고, 상기 가동 부재가 가동 바와 상기 가동 바에 직교하는 복수의 가동 빗등들을 포함하며,
    제1 빗의 제1 빗살이 상기 고정 부재의 고정 빗등으로부터 상기 가동 부재의 가동 빗등을 향해 연장되고, 제2 빗의 제2 빗살이 상기 가동 부재의 가동 빗등으로부터 상기 고정 부재의 고정 빗등을 향해 연장되며, 상기 고정 빗등이 상기 가동 빗등과 평행하며, 그리고
    상기 각 빗 구동 섹터에 있어서, 상기 캔틸레버가 상기 빗 구동 섹터의 주변 부분에서 상기 플랫폼에 부착된 한 단부와 상기 가동 바에 부착되는 반대쪽 단부를 포함하고,
    상기 캔틸레버가, 상기 빗 구동 섹터의 운동을 상기 플랫폼의 운동으로 전달하여 거기에 동작을 제공하는 동작 전달 캔틸레버를 구비하며,
    상기 제1 빗살이 상기 빗살과 병행한 방향을 가지고,
    상기 플랫폼이 상기 광전자 소자 바로 밑에 위치하여 이에 직접 결합되는 액튜에이터 조립체.
  16. 청구항 8에서,
    상기 각 구동 섹터에 있어서, 상기 캔틸레버가 상기 플랫폼에 부착된 한 단부와 상기 빗 구동 섹터에 부착되는 반대쪽 단부를 포함하고,
    상기 캔틸레버가, 상기 빗 구동 섹터에서의 운동을 상기 플랫폼에 전달하는 동작 전달 캔틸레버를 구비하는 액튜에이터 조립체.
  17. 청구항 16에서,
    상기 캔틸레버의 상기 한 단부가 상기 빗 구동 섹터의 주변 부분에 부착되는 액튜에이터 조립체.
  18. 청구항 1에서,
    상기 면외 액튜에이터가 상기 면내 액튜에이터와 상기 광전자 소자 중의 적어도 하나에 부착되도록 구성된 가동 중앙 스테이지를 포함하는 액튜에이터 조립체.
  19. 청구항 1에서,
    상기 면외 액튜에이터가 중앙 스테이지와, 상기 중앙 스테이지를 횡방향으로 둘러싸는 중간 스테이지들과, 그리고 상기 적어도 하나의 중앙 스테이지를 상기 중간 스테이지들에, 상기 중간 스테이지들을 그 주변이 상기 중간 스테이지들을 둘러싸는 외측 프레임에 연결하는 빔들을 구비하는 평면형 부재이고,
    상기 중간 스테이지들이 서로 동심으로 배치되며, 그리고
    상기 면외 액튜에이터가 상기 중앙 스테이지를 상기 면외 액튜에이터의 평면에 직교하는 방향으로 작동시키도록 구성되는 액튜에이터 조립체.
  20. 청구항 1에서,
    상기 면외 액튜에이터가 가동 중앙 스테이지와, 상기 중앙 스테이지를 횡방향으로 둘러싸는 중간 스테이지들과, 그리고 상기 중앙 스테이지를 중간 스테이지들에 연결하고 상기 중간 스테이지들을 외측 프레임에 연결하는 작동 빔들을 구비하는 평면형 부재이고,
    상기 작동 빔들이 변형 가능하고 상기 중앙 스테이지를 작동시키도록 구성되며,
    상기 중앙 스테이지가, 상기 면내 MEMS 액튜에이터 위에 위치하는 상기 광전자 소자에 더 결합되는 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 플랫폼 부분에 결합되는 액튜에이터 조립체.
  21. 청구항 20에서,
    상기 작동 빔들이, 조합되어 압전 효과를 산출하는 데 사용되는 복수의 재질 층들을 포함하는 복합 재질로 구성되는 액튜에이터 조립체.
  22. 청구항 21에서,
    상기 복수의 재질 층들이 하부 연속 층과 상부 불연속 층을 포함하는 액튜에이터 조립체.
  23. 청구항 20에서,
    상기 작동 빔들이 추가적으로 상기 중앙 스테이지를 하나 이상의 상기 중간 스테이지들에 도전 결합하는 액튜에이터 조립체.
  24. 청구항 1에서,
    상기 면외 액튜에이터가 중앙 스테이지와, 상기 중앙 스테이지를 횡방향으로 둘러싸는 동심의 중간 스테이지들과, 상기 중간 스테이지들을 횡방향으로 둘러싸는 외측 프레임과, 상기 중앙 스테이지를 적어도 하나의 상기 중간 스테이지에 연결하고 상기 중앙 스테이지를 작동시킬 수 있는 변형 가능한 작동 빔들과, 그리고 상기 외측 프레임을 적어도 하나의 상기 중간 스테이지에 결합하는 굴곡 빔들을 구비하고,
    상기 굴곡 빔들이 작동 제어 부재와 도전 결합 부재 중의 적어도 하나로 기능하는 액튜에이터 조립체.
  25. 청구항 1에서,
    상기 면외 액튜에이터가, 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 구멍들 내에 위치한 도전성 에폭시 또는 도전성 페이스트 또는 공융 접합을 통하고 상기 면내 MEMS 액튜에이터 위로 연장되어 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 횡방향으로 분리된 부분들을 도전 결합하는 도전성 굴곡부를 통해 상기 패키지 외부의 구성부들과 회로 기판을 도전 결합하는 액튜에이터 조립체.
  26. 청구항 1에서,
    상기 면외 액튜에이터가 별도로 이동 가능한 복수의 센터 스테이지 부분들과, 센터 스테이지 부분들을 둘러싸는 중간 스테이지들과, 그리고 상기 적어도 하나의 센터 스테이지 부분을 적어도 하나의 상기 중간 스테이지에 연결하는 작동 빔들을 구비하고,
    상기 작동 빔들이 변형 가능하고 상기 중앙 스테이지 부분들에 면외의 병진 또는 회전 운동을 제공하도록 구성되는 액튜에이터 조립체.
  27. 청구항 26에서,
    상기 적어도 하나의 중앙 스테이지 부분이 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 플랫폼과 상기 플랫폼 상에 위치하는 상기 광전자 소자에 결합되고, 그리고
    상기 작동 빔들이 조합되어 압전 효과를 산출하는 복수의 재질 층들을 포함하는 복합 재질로 구성되며, 상기 복수의 재질 층들이 하부 연속 층과 상부 불연속 층을 포함하는 액튜에이터 조립체.
  28. 미소-전기-기계-시스템(MEMS) 액튜에이터로:
    광전자 소자를 부착하도록 구성된 플랫폼과;
    상기 플랫폼을 둘러싸며 횡방향으로 이격된 외측 프레임과;
    상기 MEMS 액튜에이터 위로 연장되어 상기 플랫폼과 상기 외측 프레임 사이에 도전 연결을 제공하는 도전성 굴곡부 와이어들과;
    각각 가동 및 고정 부분들을 포함하며, 상기 플랫폼이 복수의 빗 구동 섹터들을 둘러싸는 복수의 빗 구동 섹터들을 구비하고;
    상기 각 빗 구동 섹터가 반대쪽 빗 구조들의 복수의 쌍들을 포함하고, 상기 각 쌍이 고정 부재에 결합된 제1 빗살을 가지는 제1 빗 구조와 가동 부재에 결합된 제2 빗살을 가지는 제2 빗 구조를 포함하며, 상기 고정 부재가 상기 가동 부재와 평행하고, 그리고 (상기 각 빗 구동 섹터가) 상기 플랫폼과 상기 가동 부재 사이를 결합하는 캔틸레버를 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 빗살이 서로 평행한 방향을 향하고, 상기 제1 빗살의 단부들과 상기 제2 빗살의 단부들이 상기 제1 빗살의 인접 단부들이 상기 제2 빗살의 인접 단부들 사이에 끼는 중첩 영역을 형성하는 MEMS 액튜에이터.
  29. 청구항 28에서,
    상기 제1 빗살이, 상기 제1 빗살의 단부들이 상기 제1 빗살의 다른 부분들보다 더 좁도록 테이퍼지고,
    상기 제2 빗살이, 상기 제2 빗살의 단부들이 상기 제2 빗살의 다른 부분들보다 더 좁도록 테이퍼지는 MEMS 액튜에이터.
  30. 청구항 28에서,
    상기 고정 부재가 복수의 고정 빗등들을 포함하고, 상기 가동 부재가 복수의 가동 빗등들을 포함하며,
    상기 제1 빗살들이 상기 고정 부재의 고정 빗등으로부터 상기 가동 부재의 가동 빗등을 향해 연장되고, 상기 제2 빗살들이 상기 가동 부재의 가동 빗등으로부터 상기 고정 부재의 고정 빗등을 향해 연장되며, 상기 고정 빗등이 상기 가동 빗등과 평행한 MEMS 액튜에이터.
  31. 청구항 30에서,
    상기 고정 부재가 고정 바를 포함하고 상기 복수의 고정 빗등들이 상기 고정 바에 직교하며, 상기 가동 부재가 가동 바를 포함하고 상기 복수의 가동 빗등들이 상기 가동 바에 직교하는 MEMS 액튜에이터.
  32. 청구항 30에서,
    상기 각 고정 빗등이 그 일측에 결합되는 제1 빗살과 반대쪽에 결합되며 상기 가동 부재의 추가적인 가동 빗등을 향해 연장되는 반대쪽 빗살을 포함하는 액튜에이터 조립체.
  33. 청구항 30에서,
    상기 고정 부재가 고정 바와 상기 고정 바에 직교하는 상기 복수의 고정 빗등들을 포함하고, 상기 가동 부재가 가동 바와 상기 가동 바에 직교하는 상기 복수의 가동 빗등들을 포함하며,
    상기 각 빗 구동 섹터가, 각각 상기 빗 구동 섹터의 주변에 위치하고 상기 고정 바와 상기 가동 바 사이에 결합되는 한 쌍의 동작 제어 캔틸레버들을 더 구비하는 MEMS 액튜에이터.
  34. 청구항 28에서,
    상기 각 빗 구동 섹터가, 각각 상기 빗 구동 섹터의 주변에 위치하고 상기 가동 부재와 상기 고정 부재 사이에 결합되는 한 쌍의 동작 제어 캔틸레버들을 더 구비하는 MEMS 액튜에이터.
  35. 청구항 34에서,
    상기 캔틸레버의 한 단부가 상기 빗 구동 섹터의 주변 부분에서 상기 가동 부재에 부착되는 MEMS 액튜에이터.
  36. 형태가 평면형이고 액튜에이터 장치의 평면 이외의 방향을 따라 광전자 소자를 작동시킬 수 있는 액튜에이터 장치에서, 상기 액튜에이터 장치가:
    이동 가능한 중앙 스테이지와, 상기 중앙 스테이지를 횡방향으로 둘러싸는 중간 스테이지들과, 상기 중앙 스테이지를 적어도 하나의 상기 중간 스테이지에 연결하는 작동 빔들을 구비하고,
    상기 작동 빔들이 변형 가능하며 상기 중앙 스테이지를 작동시키도록 구성되고,
    상기 중앙 스테이지가 상기 광전자 소자 또는 그 위에 위치하는 추가적인 액튜에이터에 부착되도록 구성되는 액튜에이터 장치.
  37. 청구항 36에서,
    상기 중간 스테이지들을 상기 중간 스테이지들을 둘러싸는 플랫폼에 결합하는 작동 빔들을 더 구비하고,
    상기 중간 스테이지들이 복수의 동심의 중간 스테이지들을 구비하는 액튜에이터 장치.
  38. 청구항 36에서,
    상기 작동 빔들이 압전 재질로 구성되고,
    상기 방향들이 상기 평면에 직교하는 방향을 포함하는 액튜에이터 장치.
  39. 청구항 38에서,
    상기 작동 빔들이 조합되어 압전 효과를 산출하는 복수의 재질 층들을 포함하는 복합 재질로 구성되는 액튜에이터 장치.
  40. 청구항 38에서,
    상기 작동 빔들이, 추가적으로 상기 중앙 스테이지를 하나 이상의 상기 중간 스테이지들에 도전 연결하고, 외측 프레임을 적어도 하나의 상기 중간 스테이지에 결합하는 굴곡부 빔들을 더 구비하며,
    상기 굴곡부 빔들이 동작 제어 부재와 도전 결합 부재 중의 적어도 하나로 기능하는 액튜에이터 장치.
  41. 청구항 36에서,
    상기 중앙 스테이지가 복수의 별도로 운동 가능한 중앙 스테이지 부분들을 구비하고,
    상기 작동 빔들이 적어도 하나의 상기 작동 빔을 적어도 하나의 상기 중간 스테이지에 연결하며,
    상기 작동 빔들이 변형 가능하여 상기 중앙 스테이지 부분들에 면외 운동을 제공하도록 구성되는 액튜에이터 장치.
  42. 청구항 41에서,
    상기 각 중앙 스테이지 부분이 상기 면내 MEMS 액튜에이터의 플랫폼에 결합되고,
    상기 광전자 소자가 상기 플랫폼 상에 위치하며,
    상기 작동 빔들이 압전 재질로 구성되는 액튜에이터 장치.
  43. 광전자 소자를 작동시키는 액튜에이터 조립체로, 상기 액튜에이터 조립체가:
    미소-전기-기계 시스템(MEMS) 액튜에이터와 광전자 소자를 포함하는 패키지를 구비하고,
    상기 MEMS 액튜에이터가 상기 광전자 소자에 부착되는 플랫폼과, 상기 플랫폼을 둘러싸는 외측 프레임과, 그리고 접점 위치들에서 상기 플랫폼과 상기 외측 프레임 간에 도전 결합을 제공하는 도전 굴곡부를 포함하며, 상기 도전 굴곡부가 상기 접점 위치들 간의 영역에서 상기 MEMS 액튜에이터 위로 연장되는 와이어들이고,
    상기 MEMS 액튜에이터가 상기 플랫폼에 둘러싸인 복수의 빗 구동 섹터들을 포함하며, 상기 복수의 빗 구동 섹터의 각각이 가동 및 고정 부재들을 포함하며, 상기 복수의 빗 구동 섹터의 각각이 반대쪽 빗들의 복수의 쌍들을 포함하고, 상기 반대쪽 빗들의 복수의 쌍들의 각각이 제1 빗살을 가지는 제1 빗과 제2 빗살을 가지는 제2 빗을 포함하며, 중첩 영역에서 상기 제1 빗살의 각 단부들이 상기 제2 빗살의 각 단부들 사이에 끼이며,
    상기 광전자 소자가 적어도 상기 도전 굴곡부를 통해 상기 MEMS 액튜에이터의 구성부들과 전기적 결합되는 액튜에이터 조립체.
  44. 청구항 43에서,
    상기 광전자 소자가 상기 플랫폼의 상면 상에 위치하여 이에 결합되고,
    상기 제1 빗살이 상기 제1 빗살의 단부들이 상기 제1 빗살의 다른 부분들보다 더 좁아지도록 테이퍼지고, 상기 제2 빗살이 상기 제2 빗살의 단부들이 상기 제2 빗살의 다른 부분들보다 더 좁아지도록 테이퍼지는 액튜에이터 조립체.
  45. 청구항 44에서,
    상기 제1 빗살이 고정 빗등에 각각 결합되고, 상기 제2 빗살이 상기 고정 빗등에 평행한 방향을 가지는 가동 빗들에 각각 결합되는 액튜에이터 조립체.
  46. 청구항 44에서,
    상기 제1 빗살이 상기 고정 빗등으로부터 상기 제2 빗을 향해 연장되고, 상기 제2 빗살이 상기 가동 빗등으로부터 상기 제1 빗을 향해 연장되며,
    상기 제1 및 제2 빗살들이 서로 평행한 방향을 가지고,
    상기 중첩 영역이 교번하는 시퀀스로 배치된 상기 제1 및 제2 빗살의 각 단부들을 포함하고,
    상기 플랫폼에 결합되는 한 단부와 상기 빗 구동 섹터의 주변 부분에서 상기 가동 부재에 부착되는 반대쪽 단부를 더 구비하는 액튜에이터 조립체.
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