微机电旋转结构制造技术

ＭＥＭＳ（微机电旋转系统）结构提供了用于响应热驱动或其他的旋转设计。在一个实施例中，ＭＥＭＳ旋转结构包括具有一个或者多个径向轮辐部件的轮毂，轮辐部件响应温度的变化，对轮毂施加旋转力。ＭＥＭＳ旋转结构也包括至少一部分包围轮毂的圆环，通过一个或者多个轮毂旋转部件连接到轮毂上。提供了可控制地顺时针方向、逆时针方向、或者既可以顺时针，也可以逆时针地旋转。ＭＥＭＳ旋转结构也可以包括热拱形梁驱动器，可操作地连接到轮辐部件上。随着温度变化，热拱形梁使得轮辐部件移动，以至于ＭＥＭＳ结构旋转。提供了这些旋转ＭＥＭＳ结构的各种应用，包括但并不局限于旋转驱动器、旋转开关和继电器、可变电容器、可变电阻、快门和阀。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机电旋转结构，特别是热驱动的微机电旋转结构。微机电旋转结构(MEMS)和其他微型设计装置由于这些装置所提供的尺寸、价格和可靠性方面的优越性，目前正在研究各种广泛的运用。已经创造了许多不同种类的MEMS装置，包括微型齿轮、微型电动机和其他能够运动或者施加力的微型加工的装置。这些MEMS装置可以用在各种方面，包括水力应用，其中利用MEMS泵或者阀门，和包括MEMS光阀门和快门的光学应用。MEMS装置依靠各种技术，提供在这些微型结构内引起所希望的运动所需要的力。例如，已经利用悬臂施加机械力，使微加工的弹簧和齿轮旋转。此外，一些微型电动机是由电磁场驱动，另一些微型机械结构是由压电或者静电力驱动。最近，已经开发了由驱动器或者其他MEMS元件的可控热膨胀驱动的MEMS装置。例如，转让给MCNC(本专利技术的受让人)的美国专利申请序列号08/767,192；08/936,598和08/965,277叙述了各种类型的热驱动MEMS装置。此外，最近已经开发的MEMS装置包括旋转连接，用比扭力杆连接更小的扭应力和更低的外施力就可以旋转。例如，也转让给MCNC的US专利序列号08/719,711叙述了各种旋转MEMS连接。这里每一个申请的内容在此引入作为参考。不论驱动源是什么，通常大多数MEMS装置提供线性运动。同样也需要提供包括旋转运动在内的非线性运动的MEMS装置，从而使MEMS装置可以有更广泛的应用。本专利技术提供了能够旋转的微机电旋转结构，所得到的MEMS结构可以用在需要旋转运动的更广泛的各种应用中。在一个实施例中，MEMS结构包括微电子基片和固定到微电子基片表面上的轮毂结构。该MEMS结构也包括一个或者多个从轮毂外延的轮毂轮辐部件。最好使每一个轮毂轮辐部件中贯穿每一个轮毂轮辐部件的至少一部分的虚线与轮毂的中心轴略有偏移。换言之，每一个轮毂轮辐部件的至少一部分与延伸出轮毂轮辐部件的轮毂中心有一定程度的偏移。根据本专利技术的这一实施例，相应于轮毂轮辐部件的温度变化，轮毂轮辐部件用来对轮毂施加旋转力。随着温度变化，由轮毂轮辐部件的通常为长度的尺寸变化产生旋转力。一个实施例的MEMS结构也包括与微电子基片隔开的圆环，它至少部分地包围轮毂。该圆环附加在轮毂轮辐部件上，使轮毂轮辐部件在轮毂和圆环之间延伸。在这一实施例中，利用轮毂轮辐部件对圆环施加旋转力，随着轮毂轮辐部件温度的变化，圆环可以相对于轮毂顺时针或者逆时针旋转。一个实施例的MEMS结构也包括连接到微电子基片表面的一个或者多个锚，和安排在圆环和对应的各个锚部件之间的一个或者多个锚定轮辐部件。用锚定轮辐部件响应温度的变化，例如通过长度的变化，对圆环施加旋转力。如前所述，该旋转力使圆环相对于轮毂顺时针或者逆时针旋转。一个实施例MEMS结构可以包括连接到轮毂轮辐部件的至少一个微机电触发器，轮毂轮辐部件响应热触发可控制地运动。微机电触发器包括连接到微电子基片表面的至少两个锚部件、和在触发器部件之间延伸的至少一个拱形梁。拱形梁响应热触发进一步拱起，从而使轮毂轮辐部件运动，接着在轮毂上施加旋转力。另外，这一MEMS结构可以进一步包括圆环，至少一个微机电触发器可操作地不是连接到轮毂轮辐部件上，而是连接到圆环轮辐部件上。同样，微机电触发器的热触发使拱形梁进一步拱起，从而使得圆环轮辐部件运动，接着使得圆环运动。上述实施例的MEMS结构的每一个都可以有选择地包括多个微机电驱动器。在一个实施例中，配置微机电驱动器产生力，使得轮毂和/或圆环以同样方向旋转。在另一个实施例中，MEMS结构可以包括第一和第二组微机电驱动器。根据这一实施例，第一组产生的力使轮毂和/或圆环以同样方向旋转；而第二组产生的力使轮毂和/或圆环以相反方向旋转。这样，该轮毂和/或者圆环可以响应第一和第二组微机电驱动器的驱动，以顺时针方向或者逆时针方向旋转。在一个最佳实施例中，至少圆环的一部分包括反射表面，允许MEMS结构在可控旋转时有选择地反射光。在另一个实施例中，圆环限定了至少一个孔，孔具有和基片表面相交的轴。同样，孔相对于基片表面的位置随着圆环转动而变化。进一步，这一实施例的MEMS结构的微电子基片也可以限定至少一个孔，随着圆环旋转，它和圆环上限定的一个或者多个孔交替地对中和错开。同样，本实施例的MEMS结构限定了一条通过圆环和交替的基片的通道，作为阀门或者光学快门。另一个实施例的MEMS结构包括在微电子基片表面上的导电表面，和覆盖在基片上、且与其隔开的圆环上的辅助导电表面。圆环在基片表面上方旋转时，导电表面之间重叠的区域变化，使得MEMS结构可以作为可变电容器。更进一步，另一个实施例的MEMS结构包括附加到微电子基片表面的至少一个触点，和附加到圆环上的至少一个触点，随着圆环的旋转，触点交替接触和分开，使得MEMS结构可以作为开关。进一步，触点可以在电气上连接，随着圆环的转动，可以有选择地产生不同量的电阻。本专利技术的MEMS结构由于它的构造用来提供可控的旋转运动。同样，MEMS结构可以有各种广泛的应用，包括阀，快门、可变电容、开关、继电器和其他以上已经叙述过的一些应用。尽管将详细叙述上述专利技术，很显然，在这里所叙述的专利技术范围内，可以作一些变化和修正。附图说明图1(a)和图1(b)分别为根据本专利技术一个实施例的简单活动轮毂MEMS旋转结构沿a-a线的顶视图和剖面图。图2(a)和图2(b)分别为根据本专利技术一个实施例的简单活动外圆环MEMS旋转结构沿b-b线的顶视图和剖面图。图3(a)和图3(b)分别为根据本专利技术一个实施例的简单活动中圆环MEMS旋转结构沿c-c线的顶视图和剖面图。图4(a)至图4(e)为根据本专利技术一个实施例的各种MEMSTAB(热拱形梁)结构的顶视图。图5(a)和图5(b)为根据本专利技术活动轮毂旋转结构的两个不同实施例的顶视图，其中，TAB驱动器对活动轮毂施加旋转力。图6(a)和图6(b)为根据本专利技术MEMS旋转结构的两个不同实施例的顶视图，它分别包括从圆环和从轮毂径向延伸的杆。图7(a)和图7(b)分别为根据本专利技术一个实施例具有反射表面的MEMS旋转结构沿d-d线的顶视图和剖面图。图8(a)和图8(b)分别为根据本专利技术一个实施例的MEMS旋转阀或者快门结构沿e-e线的顶视图和剖面图。图9(a)和图9(b)分别为根据本专利技术一个实施例的MEMS旋转开关结构的原理性侧视图，其中，布置在圆环上和基本基片上的触点分别断开和连接。图10(a)、图10(b)和图10(c)为根据本专利技术一个实施例MEMS可变电容旋转结构沿10c-10c线的两个顶视图和剖面图，其中，导体之间的重叠度变化使它们之间的电容变化。图11(a)和图11(b)分别为顶视图和原理性视图，说明根据本专利技术任何一个实施例MEMS旋转结构中布置在基本微电子基片上的针和轮毂之间的旋转连接。以下将参考示出本专利技术最佳实施例的附图，更全面地叙述本专利技术。然而，本专利技术可以有许多不同的实施方式，不应该解释为局限于这里给出的实施例；提供这些实施例，使得专利公开彻底和完整，将本专利技术的范围完全传达给本领域技术人员。图中的特征不一定按比例，仅仅用来说明本专利技术。相同的标号全部表示相同的元件。活动轮毂根据一个实施例的MEMS旋转结构由图1(a)的顶视图和图1(b)沿a-a线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电旋转结构包括：微电子基片；设置到所述微电子基片表面上的轮毂，所述轮毂限定了贯穿其中的中心轴；从所述轮毂向外延伸的至少两个轮毂轮辐部件，其中，贯穿所述至少两个轮毂轮辐部件的至少一部分延伸的虚线与所述轮毂中心轴偏移，并且其 中，所述至少两个轮毂轮辐部件响应温度变化，对所述轮毂施加旋转力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华A希尔，
申请(专利权)人：JDS尤尼费斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]