專利名稱：微抓舉式致動(dòng)器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微抓舉式致動(dòng)器，特別是一種可以降低其功率消耗并延長(zhǎng)壽 命的微抓舉式致動(dòng)器結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景近年來全球所發(fā)展的微型風(fēng)扇(Micro Fan)是運(yùn)用微機(jī)電系統(tǒng)(Micro electromechanical Systems;MEMS)的技術(shù)制作元件，其尺寸大約只有2 mmx2 mm。 微型風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)包含二個(gè)部份，其一是以自我組裝技術(shù)(Self-assembly)制作的微 風(fēng)扇葉片，其二是以微抓舉式致動(dòng)器(Scratch Drive Actuator; SDA)作為轉(zhuǎn)子所 組成的微型馬達(dá)(Micro Motor),且微型馬達(dá)的詳細(xì)制作步驟是采用MEMSCAP 公司所開發(fā)的多使用者M(jìn)EMS制程(Multi-User MEMS Processes; MUMPs)。最理想的致動(dòng)平板尺寸，近年來已由元件仿真與元件制作測(cè)量所得結(jié)果顯示， 當(dāng)SDA平板長(zhǎng)為78pm、寬為65pm左右時(shí)，元件有最佳的表現(xiàn)；但是，致動(dòng)平板的形狀至今仍沒有最佳設(shè)計(jì)，如圖1所示，習(xí)用微抓舉式致 動(dòng)器的致動(dòng)平板10的形狀大致可分為三種(一) 矩形平板；(二) 三角形平板；(三) 三角形與矩形結(jié)合的綜合形平板；制作微抓舉式致動(dòng)器時(shí)，若采用三角形平板，主要是以元件壽命為優(yōu)先考慮， 因?yàn)槿切纹桨宓奈捕嗣娣e比其它形狀的平板小，尾端所殘留的電荷較少，因此 元件平板較不容易因?yàn)闅埩舻碾姾啥诮^緣層與平板之間產(chǎn)生吸附現(xiàn)象。然而三 角形平板的總面積較小，故需要較大的偏壓使其撓曲及驅(qū)動(dòng)。相對(duì)于三角形平板，矩形平板的總面積較大，可以確實(shí)降低元件的驅(qū)動(dòng)電壓， 但是相反的，較大的尾端面積所造成的殘留電荷也較多，造成矩形平板的元件壽 命比三角形平板短。綜合形平板的驅(qū)動(dòng)電壓與元件壽命恰好介于三角形平板與矩形平板之間，但 是對(duì)于同時(shí)兼顧降低功率消耗以及延長(zhǎng)壽命，至今仍沒有兩全其美的方法，因此 若要徹底解決上述各種習(xí)用結(jié)構(gòu)所存在的種種問題，必須開發(fā)一種全新概念的創(chuàng) 新布局。 另外，微抓舉式致動(dòng)器的致動(dòng)平板10主要是由多晶硅材料所制作的支承梁11 與主結(jié)構(gòu)層12連接，利用加上偏壓時(shí)，致動(dòng)平板10與基板之間的靜電力所產(chǎn)生 的力矩與支承梁ll的力矩合來抵抗摩擦力，使微抓舉式致動(dòng)器運(yùn)作。其中支承梁 11的寬度約為3pm左右，與致動(dòng)平板10的尺寸相比之下顯得非常細(xì)，導(dǎo)致支承 梁11出力下降，而且經(jīng)常在定義支承梁11與致動(dòng)平板IO形狀的蝕刻過程中，因 為側(cè)蝕現(xiàn)象導(dǎo)致支承梁11斷裂，使得制程的合格率降低，不符合低成本量產(chǎn)的商 業(yè)化需求，因此在支承梁11與致動(dòng)平板IO之間連接的設(shè)計(jì)也必需研擬改良之道。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問題，并考慮制程合格率、元件壽命以及驅(qū)動(dòng)電壓……等因素，本 實(shí)用新型的主要目的在于提供一種微抓舉式致動(dòng)器結(jié)構(gòu)，其可減少偏壓所產(chǎn)生的 電荷殘留，延長(zhǎng)元件壽命，并可提高制程合格率。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所提供的一種微抓舉式致動(dòng)器結(jié)構(gòu)，其包含一致動(dòng)平板，所述致動(dòng)平板通過支承梁與主結(jié)構(gòu)層連接，其特征在于所述支承梁 與所述主結(jié)構(gòu)層的連接處具有導(dǎo)角，所述致動(dòng)平板尾端設(shè)有一個(gè)以上的蝕刻孔。該微抓舉式致動(dòng)器結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于微型風(fēng)扇馬達(dá)的結(jié)構(gòu)組裝、微散熱模塊的結(jié) 構(gòu)組裝、微出力元件的結(jié)構(gòu)組裝、微流道系統(tǒng)及微光通訊開關(guān)。采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型在致動(dòng)平板尾端增設(shè)蝕刻孔，以減少其尾端 面積，同時(shí)減少偏壓所產(chǎn)生的電荷殘留，除此之外，本實(shí)用新型另在支承梁與主 結(jié)構(gòu)層連接處設(shè)置導(dǎo)角，以避免支承梁在蝕刻制程中斷裂，進(jìn)而提高制程合格率， 使微抓舉式致動(dòng)器的元件制作達(dá)到簡(jiǎn)單、迅速、低成本目標(biāo)，解決習(xí)用布局設(shè)計(jì) 的缺點(diǎn)。因此，本實(shí)用新型可加速致動(dòng)平板微結(jié)構(gòu)的釋放，有效降低致動(dòng)平板前 端所累積的殘留電荷，以延長(zhǎng)其生命周期并降低驅(qū)動(dòng)電壓。而且本實(shí)用新型在多 晶硅支撐梁與致動(dòng)平板連接處加入特殊導(dǎo)角設(shè)計(jì)，可增加支撐梁的彎曲剛性，進(jìn) 一步有效提升微抓舉式致動(dòng)器元件制造合格率，并減少其致動(dòng)期間因結(jié)構(gòu)斷裂而 產(chǎn)生故障的機(jī)率。

圖1是習(xí)用致動(dòng)平板的形狀示意圖；圖2是本實(shí)用新型致動(dòng)平板的形狀示意圖；圖3是本實(shí)用新型支承梁的導(dǎo)角示意圖；圖4是微抓舉式致動(dòng)器的貼底電壓與致動(dòng)平板形狀關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)舉以下實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及功效進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖2所示，本實(shí)用新型在微抓舉式致動(dòng)器的致動(dòng)平板20尾端設(shè)置有蝕刻孔 30，蝕刻孔30的功能主要是在減少致動(dòng)平板20尾端面積，減少加上驅(qū)動(dòng)偏壓時(shí) 所產(chǎn)生的電荷殘留，同時(shí)降低其尾端的摩擦面積，以減少絕緣層與致動(dòng)平板20致 動(dòng)時(shí)所造成的磨損。再如圖4所示，其中「Triangle」表示習(xí)用的三角形平板，「Rectangle」表示 習(xí)用的矩形平板，「Special」則表示本實(shí)用新型于矩形平板末端增設(shè)蝕刻孔30的 特殊型SDA,采用本實(shí)用新型所提供的致動(dòng)平板20設(shè)計(jì)后,,雖然本實(shí)用新型的貼 底電壓(primingvoltage)比習(xí)用的矩形平板高，但是仍低于習(xí)用的三角形平板， 而且本實(shí)用新型的元件壽命可以大大提升。如圖3所示，本實(shí)用新型另在支承梁21與主結(jié)構(gòu)層22的連接處設(shè)置有導(dǎo)角 40，可以避免支承梁21在蝕刻制程時(shí)斷裂，進(jìn)而提高制程合格率。若利用掃描式 電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope; SEM)拍攝SDA元件結(jié)構(gòu)，在蝕刻 與側(cè)蝕比1 : 1的情況下即可看出，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的導(dǎo)角40可確實(shí)保護(hù)支承梁 21避免斷裂。本實(shí)用新型在致動(dòng)平板20尾端設(shè)置蝕刻孔30的設(shè)計(jì)，可以增加矩形平板與 綜合形平板的元件壽命，使其工作時(shí)間趨近于三角形平板，但仍保有較小驅(qū)動(dòng)電 壓的優(yōu)點(diǎn)。三角形平板雖然也可以在尾端增設(shè)蝕刻孔30，以增加其元件壽命，但因?yàn)轵?qū) 動(dòng)電壓會(huì)升高，所以只適用于較長(zhǎng)工作時(shí)間而且不需要低驅(qū)動(dòng)電壓的工作環(huán)境。因此，本實(shí)用新型可有效減少致動(dòng)平板殘留電荷的問題，并降低支承梁在蝕 刻過程中因?yàn)閭?cè)蝕現(xiàn)象斷裂的缺點(diǎn)，適用于制作工作時(shí)間較長(zhǎng)且使用平面制程的 積體化技術(shù)大量生產(chǎn)，而且本實(shí)用新型不僅可使習(xí)用的微抓舉式致動(dòng)器制作合格 率明顯提高以降低制作成本，同時(shí)可降低微抓舉式致動(dòng)器的操作電壓，并提升元 件壽命。綜上所述，本實(shí)用新型相比于習(xí)用結(jié)構(gòu)具有顯著的功效增進(jìn)。 以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施型態(tài)，凡應(yīng)用本實(shí)用新型說明書、權(quán) 利要求書或附圖所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種微抓舉式致動(dòng)器結(jié)構(gòu)，其包含一致動(dòng)平板，所述致動(dòng)平板通過支承梁與主結(jié)構(gòu)層連接，其特征在于所述支承梁與所述主結(jié)構(gòu)層的連接處具有導(dǎo)角，所述致動(dòng)平板尾端設(shè)有一個(gè)以上的蝕刻孔。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微抓舉式致動(dòng)器結(jié)構(gòu)，其包含一致動(dòng)平板，致動(dòng)平板通過支承梁與主結(jié)構(gòu)層連接，支承梁與主結(jié)構(gòu)層的連接處具有導(dǎo)角，致動(dòng)平板尾端設(shè)有一個(gè)以上的蝕刻孔。本實(shí)用新型可加速致動(dòng)平板微結(jié)構(gòu)的釋放，有效降低致動(dòng)平板前端所累積的殘留電荷，以延長(zhǎng)其生命周期并降低驅(qū)動(dòng)電壓。而且本實(shí)用新型在多晶硅支撐梁與致動(dòng)平板連接處加入特殊導(dǎo)角設(shè)計(jì)，可增加支撐梁的彎曲剛性，進(jìn)一步有效提升微抓舉式致動(dòng)器元件制造合格率，并減少其致動(dòng)期間因結(jié)構(gòu)斷裂而發(fā)生故障的幾率。
文檔編號(hào)H02N1/00GK201018425SQ20072000305
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月25日
發(fā)明者李彥其, 林君穎, 洪銀樹, 黃義佑 申請(qǐng)人:建凖電機(jī)工業(yè)股份有限公司