[發(fā)明專利]使用熱塑材料的可鎖定的微型機(jī)電致動器及其操作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01116217.1
• 申請日: 2001-04-05
• 公開（公告）號: CN1316379A
• 公開（公告）日: 2001-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅伯特·L·伍德
• 申請（專利權(quán)）人: 克羅諾斯集成微系統(tǒng)公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;H01H37/32;G02B26/02;G02B26/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 王茂華

本發(fā)明涉及一種機(jī)電系統(tǒng)，具體地說，涉及一種機(jī)電系統(tǒng)和操作所述機(jī)電系統(tǒng)的方法。

研制出了微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，作為常規(guī)的機(jī)電裝置例如繼電器、致動器、閥門和檢測器的替代物。由于使用微電子制造技術(shù)，MEMS裝置是一種低成本的裝置。因?yàn)镸EMS裝置可以比常規(guī)的機(jī)電裝置小得多，所以還可以提供新的功能。

MEMS技術(shù)的許多應(yīng)用使用MEMS致動器。這些致動器可以使用一個或幾個在一端或兩端固定的橫梁。這些致動器可以使用靜電、磁、熱與/或其它形式的能量被致動。

在MEMS致動器中的一個主要的突破在本發(fā)明人等的名稱為“Thermal?Arched?Beam?Microelectromechanical?Actuators”的美國專利5909078中描述，該專利的內(nèi)容在此列為參考。其中所披露的是一類熱控弓形梁微型機(jī)電致動器，其包括在微電子襯底上被分開的支撐之間延伸的弓形梁。所述弓形梁在受熱時則膨脹。提供一個裝置用于對弓形梁施加熱量，從而使其由于熱脹而使其弓形更彎，借以引起弓形梁的位移。

出乎意料地，當(dāng)作為微型機(jī)電致動器使用時，弓形梁的熱膨脹可以產(chǎn)生相當(dāng)大的位移和相當(dāng)大的力，同時消耗合理的功率。可以使用連接器機(jī)械地連接多個弓形梁。還可以包括至少一個補(bǔ)償弓形梁，其沿著和多個弓形梁相反的第二方向彎成弓形，并且也和連接器機(jī)械地連接。補(bǔ)償弓形梁可以補(bǔ)償環(huán)境溫度或其它的影響，從而使得致動器和檢測器能夠進(jìn)行自補(bǔ)償。熱控弓形梁可用于提供致動器、繼電器、檢測器、微型閥門和其它的MEMS裝置。熱控弓形梁微型機(jī)電裝置和相關(guān)的制造方法在Dhuler等人的名稱為“ThermalArched?Beam?Microelectromechanical?Switching?Array”的美國專利5955817,Dhuler等人的名稱為“Microelectromechanical?positioningApparatus”的美國專利5962949,Dhuler等人的名稱為“ThermalArched?Beam?Microelectromechanical?Devices?and?AssociatedFabrication?Methods”的美國專利5994816，以及Dhuler等人的名稱為“Thermal?Arched?Beam?Microelectromechanical?Structure”的美國專利6023121中描述了，這些專利的全文在此列為參考。

不幸的是，常規(guī)的MEMS致動器可能需要對其連續(xù)施加靜電電位、磁場、電流與/或其它的能量，以便把致動器保持在一個設(shè)置或致動的位置。這可能消耗過多的功率。此外，功率的中斷可能引起致動器復(fù)位。

在MEMS致動器中提供缺口、凹坑、凸起、凹口與/或其它機(jī)械特征，可以使致動器被機(jī)械地設(shè)置在給定的位置，這是公知的。例如，參見上述的美國專利5955817和5994816。不幸的是，這些機(jī)械特征可能會受到磨損。此外，由于MEMS致動器的小的尺寸和在MEMS裝置中靜態(tài)和動態(tài)摩擦力的不確定的值，要可靠獲得依賴于摩擦的機(jī)械鎖定是困難的。因而，盡管已經(jīng)具有常規(guī)的微型機(jī)電裝置，但是還需要可鎖定的微型機(jī)電致動器，其在鎖定時不消耗功率，并且不依賴于機(jī)械摩擦進(jìn)行鎖定。

按照本發(fā)明的實(shí)施例的可鎖定的微型機(jī)電致動器包括微型機(jī)電致動器，和所述微型機(jī)電致動器連接的用于鎖定微型機(jī)電致動器的熱塑材料，以及用于熔化所述熱塑材料從而使微型機(jī)電致動器能夠運(yùn)動的加熱器。當(dāng)熱塑材料被固化時，可以鎖定微型機(jī)電致動器的運(yùn)動，而不需要對微型機(jī)電致動器施加電、磁與/或靜電能量的形式的維持功率，并且不需要依賴機(jī)械摩擦使微型機(jī)電致動器保持定位。因而，熱塑材料可以用作黏膠，把結(jié)構(gòu)保持在特定的位置而不需要繼續(xù)施加功率。此外，已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，熱塑材料可以被足夠快地固化，從而把微型機(jī)電致動器鎖定在其最近的位置，或者鎖定在其最近的位置附近。

本發(fā)明的實(shí)施例最好被制成在襯底上，其中所述加熱器位于襯底上，并且其中微型機(jī)電致動器的一部分和所述加熱器相鄰并和所述加熱器隔開一定距離，并且其中熱塑材料位于所述加熱器和所述微型機(jī)電致動器的一部分之間。微型機(jī)電致動器可以沿著襯底運(yùn)動，從而提供“共平面”的微型機(jī)電致動器的實(shí)施例。此外，所述致動器可以不在襯底的平面內(nèi)運(yùn)動，例如，垂直于襯底，從而提供“異平面”的微型機(jī)電致動器的實(shí)施例。