專利名稱：一種多指型微夾持器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微操作作業(yè)工具，尤其是涉及一種多指型的MEMS微夾持器。
背景技術(shù)：
近年來，自然科學(xué)與工程技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢是朝微型化邁進(jìn)，尤其是隨著 微納米技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，微型化的器件和產(chǎn)品受到了廣泛關(guān)注。對于 微小物體來說，對其加以操作要比直接觀察它們復(fù)雜得多。由于尺度效應(yīng)和表面效應(yīng)，微觀 粘著力起主導(dǎo)作用，使得操作過程變得十分復(fù)雜，尤其是對釋放操作影響最大，往往造成最 終操作失敗。
微機電系統(tǒng)(全文均簡稱MEMS)是指可批量制作、集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí) 行器、信號處理和控制電路以及接口、通信和電源等于一體的微系統(tǒng)。MEMS不僅可以降低系 統(tǒng)成本，而且還可以完成許多傳統(tǒng)的大尺寸機電系統(tǒng)所無法完成的任務(wù)，如微觀對象靈活 操作。微夾持器是MEMS的關(guān)鍵組成部分，是溝通宏觀與微觀世界的基本工具，在微機電系 統(tǒng)的研究及微型產(chǎn)品的研制開發(fā)中發(fā)揮著重要的作用。
集成化的微操作作業(yè)系統(tǒng)，是人們深入探索微觀世界不可缺少的重要工具，其中 微操作手是微操作系統(tǒng)末端直接與操作對象作用的部件，要求其在操作過程中不能對操作 對象造成損害，而且還必須具有克服微觀粘著等因素影響的功能。
因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新型結(jié)構(gòu)的多指型微夾持器，以解決現(xiàn) 有技術(shù)中存在的問題。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊、并且具有輔助釋放功 能的多指型微夾持器。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
—種多指型微夾持器，設(shè)于一娃基體上，所述多指型微夾持器包括靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)、 末端夾持結(jié)構(gòu)，所述多指型微夾持器還包括輔助指結(jié)構(gòu)，所述靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括平面梳齒 靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)及驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)動作的豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)，所述平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包 括第一靜電驅(qū)動器及在第一靜電驅(qū)動器的作用下做夾持或松開微小對象的兩個夾持臂，所 述豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)包括與輔助指結(jié)構(gòu)連接的連接部及驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)擺動的第二靜電 驅(qū)動器。
優(yōu)選的，在上述多指型微夾持器中，所述平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括均由第一靜 電驅(qū)動器控制的平面靜齒及平面動齒，所述夾持臂位于平面動齒的末端。
優(yōu)選的，在上述多指型微夾持器中，所述第一靜電驅(qū)動器為兩組分別控制兩個夾 持臂運動的平面電容。
優(yōu)選的，在上述多指型微夾持器中，所述連接部為一杠桿結(jié)構(gòu)，所述杠桿結(jié)構(gòu)的末 端設(shè)有所述的輔助指結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的，在上述多指型微夾持器中，所述輔助指結(jié)構(gòu)與杠桿結(jié)構(gòu)為一體式結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的，在上述多指型微夾持器中，所述杠桿結(jié)構(gòu)支撐于硅基體上的一支撐梁結(jié) 構(gòu)上。
優(yōu)選的，在上述多指型微夾持器中，所述豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)包括豎直靜齒及豎直 動齒，所述杠桿結(jié)構(gòu)為豎直動齒的一部分或全部。
優(yōu)選的，在上述多指型微夾持器中，所述第二靜電驅(qū)動器為兩組通過杠桿結(jié)構(gòu)間 接驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)運動的豎直交錯電容。
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例的多指型微夾持器加工在一片單晶硅 上，集成化程度高，整體結(jié)構(gòu)緊湊，將夾持和釋放制作在一套機構(gòu)上，可實現(xiàn)多種環(huán)境下的 微小對象操作，尤其是微小對象的釋放操作，拓寬了應(yīng)用范圍，此種結(jié)構(gòu)的微夾持器在微尺 度的對象操作應(yīng)用中會越來越廣泛。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(I)集成化程度高。
(2)多指型微夾持器加工在一片單晶硅上，整體結(jié)構(gòu)緊湊。
(3)可實現(xiàn)微小對象的釋放操作。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本發(fā)明的 附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的 前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明多指型微夾持器的立體示意圖。
其中1、硅基體；2、豎直交錯電容；3、支撐梁結(jié)構(gòu)；4、平面電容；5、釋放 平面；6、玻璃基底；7、微小對象；8、輔助指結(jié)構(gòu)；9、夾持臂。
具體實施方式
本發(fā)明公開了一種集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊、并且具有輔助釋放功能的多指型微夾持 器。
該多指型微夾持器，設(shè)于一娃基體上，所述多指型微夾持器包括靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)、末 端夾持結(jié)構(gòu)，所述多指型微夾持器還包括輔助指結(jié)構(gòu)，所述靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括平面梳齒靜 電驅(qū)動結(jié)構(gòu)及驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)動作的豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)，所述平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括 第一靜電驅(qū)動器及在第一靜電驅(qū)動器的作用下做夾持或松開微小對象的兩個夾持臂，所述 豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)包括與輔助指結(jié)構(gòu)連接的連接部及驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)擺動的第二靜電驅(qū) 動器。
進(jìn)一步的，所述平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括均由第一靜電驅(qū)動器控制的平面靜齒 及平面動齒，所述夾持臂位于平面動齒的末端。
進(jìn)一步的，所述第一靜電驅(qū)動器為兩組分別控制兩個夾持臂運動的平面電容。
進(jìn)一步的，所述連接部為一杠桿結(jié)構(gòu)，所述杠桿結(jié)構(gòu)的末端設(shè)有所述的輔助指結(jié) 構(gòu)。
進(jìn)一步的，所述輔助指結(jié)構(gòu)與杠桿結(jié)構(gòu)為一體式結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步的，所述杠桿結(jié)構(gòu)支撐于硅基體上的一支撐梁結(jié)構(gòu)上。
進(jìn)一步的，所述豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)包括豎直靜齒及豎直動齒，所述杠桿結(jié)構(gòu)為豎 直動齒的一部分或全部。
進(jìn)一步的，所述第二靜電驅(qū)動器為兩組通過杠桿結(jié)構(gòu)間接驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)運動的 豎直交錯電容。
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描 述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明 中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明公開的多指型微夾持器設(shè)于一硅基體I上。該多指型微夾持 器包括靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)、末端夾持結(jié)構(gòu)、輔助指結(jié)構(gòu)8。其中，靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括平面梳齒靜 電驅(qū)動結(jié)構(gòu)及驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)8動作的豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)。平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括平 面靜齒和平面動齒，在平面靜齒和平面動齒上加載電壓，在靜電力作用下完成夾持。豎直交 錯梳齒結(jié)構(gòu)實現(xiàn)釋放輔助指結(jié)構(gòu)的動作，在靜電力作用下，通過一杠桿機構(gòu)驅(qū)動輔助指結(jié) 構(gòu)擺動，完成輔助釋放功能。該多指型微夾持器為一種集成化的MEMS微夾持器，可用于微 小對象的夾持操作，在該多指型微夾持器本體上集成輔助指結(jié)構(gòu)8，實現(xiàn)微小對象的主動釋 放，可有效克服微觀粘著力的束縛。
繼續(xù)如圖1所示，釋放平面5是釋放微小對象的目標(biāo)平面，玻璃基底6實現(xiàn)硅基體 I的支撐，同時起到動靜梳齒的絕緣。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)緊湊，加工在一片單晶硅上，通過硅玻 璃鍵合，實現(xiàn)硅結(jié)構(gòu)的支撐和絕緣。
繼續(xù)如圖1所示，平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括第一靜電驅(qū)動器及在第一靜電驅(qū)動 器的作用下做夾持或松開微小對象的兩個夾持臂，平面靜齒及平面動齒均由第一靜電驅(qū)動 器控制，夾持臂位于平面動齒的末端。
在本發(fā)明實施例中，第一靜電驅(qū)動器為兩組分別控制兩個夾持臂運動的平面電容 4，平面電容4實現(xiàn)夾持臂9的張合動作，當(dāng)然在其他實施方式中，可以替換成能達(dá)成同等功 能的其他器件，在此，不再一一羅列。
豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)包括與輔助指結(jié)構(gòu)連接的連接部及驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)擺動的第 二靜電驅(qū)動器。連接部即為上述的杠桿結(jié)構(gòu)，杠桿結(jié)構(gòu)的末端設(shè)有所述的輔助指結(jié)構(gòu)。從 本發(fā)明的圖1中可以看出，輔助指結(jié)構(gòu)8與杠桿結(jié)構(gòu)為一體式結(jié)構(gòu)，在其他的實施例中，可 以將輔助指結(jié)構(gòu)8獨立設(shè)計，然后通過后續(xù)加工，安裝到杠桿結(jié)構(gòu)上。
豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)包括豎直靜齒及豎直動齒。杠桿結(jié)構(gòu)為豎直動齒的一部分或全 部。
第二靜電驅(qū)動器為兩組通過杠桿結(jié)構(gòu)間接驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)8運動的豎直交錯電容。
如圖1所示，硅基體I上設(shè)有一個支撐梁結(jié)構(gòu)3，杠桿結(jié)構(gòu)支撐于支撐梁結(jié)構(gòu)3上。 豎直交錯電容2與支撐梁結(jié)構(gòu)3兩者結(jié)合，實現(xiàn)輔助指結(jié)構(gòu)8沿著微小對象7釋放方向擺 動。
本發(fā)明硅基體I上通過MEMS體工藝及表面工藝加工出豎直交錯電容2、平面電容4、夾持臂9、輔助指結(jié)構(gòu)8、支撐梁結(jié)構(gòu)3等，并與玻璃基底6鍵合。
本發(fā)明多指型微夾持器的工作原理是夾持部分通過在平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)上 加載電壓，在靜電力作用下夾持臂9向中心夾持，完成對微小對象7的操作；輔助釋放部分 通過豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)實現(xiàn)釋放輔助指結(jié)構(gòu)8的動作，在靜電力作用下，通過杠桿機構(gòu)驅(qū) 動輔助指結(jié)構(gòu)8擺動，完成輔助釋放功能。支撐梁結(jié)構(gòu)3將豎直動齒懸空，并起到支撐作用， 在靜電力消失后利用自身彈性將豎直動齒恢復(fù)到初始位置。
本發(fā)明實施例的多指型微夾持器加工在一片單晶硅上，集成化程度高，整體結(jié)構(gòu) 緊湊，將夾持和釋放制作在一套機構(gòu)上，可實現(xiàn)多種環(huán)境下的微小對象操作，尤其是微小對 象的釋放操作，拓寬了應(yīng)用范圍，此種結(jié)構(gòu)的微夾持器在微尺度的對象操作應(yīng)用中會越來 越廣泛。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(I)集成化程度高。
(2)多指型微夾持器加工在一片單晶硅上，整體結(jié)構(gòu)緊湊。
(3)可實現(xiàn)微小對象的釋放操作。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包 含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實施方式。
權(quán)利要求
1.一種多指型微夾持器,設(shè)于一娃基體上，所述多指型微夾持器包括靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)、末端夾持結(jié)構(gòu)，其特征在于所述多指型微夾持器還包括輔助指結(jié)構(gòu)，所述靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)及驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)動作的豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)，所述平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括第一靜電驅(qū)動器及在第一靜電驅(qū)動器的作用下做夾持或松開微小對象的兩個夾持臂，所述豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)包括與輔助指結(jié)構(gòu)連接的連接部及驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)擺動的第二靜電驅(qū)動器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多指型微夾持器，其特征在于所述平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括均由第一靜電驅(qū)動器控制的平面靜齒及平面動齒，所述夾持臂位于平面動齒的末端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多指型微夾持器，其特征在于所述第一靜電驅(qū)動器為兩組分別控制兩個夾持臂運動的平面電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多指型微夾持器，其特征在于所述連接部為一杠桿結(jié)構(gòu)，所述杠桿結(jié)構(gòu)的末端設(shè)有所述的輔助指結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多指型微夾持器，其特征在于所述輔助指結(jié)構(gòu)與杠桿結(jié)構(gòu)為一體式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多指型微夾持器，其特征在于所述杠桿結(jié)構(gòu)支撐于硅基體上的一支撐梁結(jié)構(gòu)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多指型微夾持器，其特征在于所述豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)包括豎直靜齒及豎直動齒，所述杠桿結(jié)構(gòu)為豎直動齒的一部分或全部。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7任一所述的多指型微夾持器，其特征在于所述第二靜電驅(qū)動器為兩組通過杠桿結(jié)構(gòu)間接驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)運動的豎直交錯電容。
全文摘要
一種多指型微夾持器，其包括平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)、豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)、末端夾持結(jié)構(gòu)、輔助指結(jié)構(gòu)，平面梳齒靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括平面靜齒和平面動齒，在平面靜齒和平面動齒上加載電壓，在靜電力作用下完成夾持；豎直交錯梳齒結(jié)構(gòu)實現(xiàn)釋放輔助指結(jié)構(gòu)的動作，在靜電力作用下，通過一杠桿機構(gòu)驅(qū)動輔助指結(jié)構(gòu)擺動，完成輔助釋放功能。本發(fā)明的多指型微夾持器加工在一片單晶硅上，集成化程度高，整體結(jié)構(gòu)緊湊，將夾持和釋放制作在一套機構(gòu)上，可實現(xiàn)多種環(huán)境下的微小對象操作，尤其是微小對象的釋放操作，拓寬了應(yīng)用范圍。
文檔編號B81B7/00GK103056887SQ20131001749
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者陳濤, 劉吉柱, 潘明強, 王陽俊, 汝長海, 陳立國, 孫立寧, 范立成, 孫榮川, 郁樹梅, 劉楠 申請人:蘇州大學(xué)