專利名稱：可移動的微型機(jī)電設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
具有構(gòu)形為彼此相互移動的部件的微型機(jī)電(MEMS)設(shè)備已廣為人知。這種可移動系統(tǒng)的一個例子是計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備，其具有框架、推進(jìn)器、和將框架和推進(jìn)器相互連接的機(jī)械懸架。通常，機(jī)械懸架相對框架保持推進(jìn)器，且允許推進(jìn)器和框架之間發(fā)生相對移動。相對移動是通過向框架和/或推進(jìn)器施加力來實(shí)現(xiàn)的。在很多情況下，所施加的力由致動裝置提供，如位于框架上的靜電驅(qū)動器。機(jī)械懸架通常包括被稱為撓曲部件的撓曲結(jié)構(gòu)，其具有彈簧一樣的特性。當(dāng)施加致動力時，推進(jìn)器相對于框架從靜止或平衡位置發(fā)生移動。當(dāng)致動力消除時，撓曲部件推動推進(jìn)器返回靜止位置。在數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用中，推進(jìn)器上經(jīng)常設(shè)置許多數(shù)據(jù)存儲單元，通過位于框架上的讀/寫設(shè)備的操作可以對它們進(jìn)行存取。存取一個特定的存儲單元可以通過靜電驅(qū)動器的操作以一種可控方式相對框架移動推進(jìn)器來實(shí)現(xiàn)。對存儲設(shè)備的有效操作取決于對框架和推進(jìn)器之間發(fā)生相對移動的精確控制和監(jiān)視能力。在很多情況下，機(jī)械懸架的構(gòu)造極大地影響了對這一相對移動的精確控制和監(jiān)視能力。
因此，經(jīng)常需要限制相對移動，以便限制移動部件沿一個或多個特定方向移動。比如，系統(tǒng)可以被構(gòu)形為只允許沿一條軸線發(fā)生相對移動。在上述數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)中，懸架通常允許推進(jìn)器在一個面內(nèi)移動(比如，X-Y平面)，但阻止其在面外方向上移動(沿Z-軸)。經(jīng)常用上述撓曲部件來將這些設(shè)備限制在平面移動上，以使它們僅在某些方向上發(fā)生撓曲。對這樣的撓曲部件，經(jīng)常用它們在某一特定方向上的剛度(抗撓曲性)來描述。比如一個被構(gòu)形為允許X-Y平面移動但同時避免Z-軸面外移動的撓曲系統(tǒng)，它被稱作具有相對低的X-Y剛度和相對高的Z-軸剛度。
現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)存儲器和其它微型機(jī)電設(shè)備存在著各種各樣的與用來將可移動部件相互連接的機(jī)械懸架有關(guān)的問題和局限。多數(shù)平面型計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備允許一定量的面外移動發(fā)生。就剛度而言，這種設(shè)備將被描述為具有相對高但并非無窮大的Z軸剛度(面外剛度)。許多微型機(jī)電設(shè)備計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備的一個缺點(diǎn)是面外剛度隨推進(jìn)器相對框架的位移變化較大。特別是，在這些設(shè)備中推進(jìn)器離開靜止位置越遠(yuǎn)，面外剛度越趨于大幅度減小。面外剛度的這種大范圍變化可使所述設(shè)備的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，因?yàn)橥ǔＰ枰a(bǔ)償剛度的變化。面內(nèi)剛度的變化是許多現(xiàn)有設(shè)備的另一個缺點(diǎn)。特別是，對許多微型機(jī)電設(shè)備來說，推進(jìn)器離開靜止位置越遠(yuǎn)，機(jī)械懸架的面內(nèi)剛度增加幅度越大。所以，隨著推進(jìn)器離開靜止位置的距離變遠(yuǎn)，致動裝置必須施加一個更大的力，以便在位移上產(chǎn)生同樣的相對變化。如同前述問題，所述機(jī)械懸架這種與位置相關(guān)的特性可能會使微型機(jī)電設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
一種可移動系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備，其設(shè)置為包括框架、被構(gòu)形為相對框架移動的推進(jìn)器和可操作地連接于所述框架和推進(jìn)器之間的機(jī)械懸架。所述機(jī)械懸架通常配置為允許所述推進(jìn)器作平面移動，同時還可充分防止面外移動，它通常包括第一撓曲部件，其被構(gòu)形為響應(yīng)于推進(jìn)器在第一方向上相對框架的移動產(chǎn)生撓曲，和第二撓曲部件，其被構(gòu)形為響應(yīng)于在第二方向上發(fā)生的相對移動發(fā)生撓曲。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的可移動系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的可移動系統(tǒng)的示意平面圖；圖3A、3B和3C是圖1的可移動系統(tǒng)的局部示意圖，其示出懸架組件先在一個靜止位置(圖3A)，然后從靜止位置沿X(圖3B)和Y(圖3C)方向移動；圖4是可以用于所述可移動系統(tǒng)的撓曲部件的局部等距視圖；圖5A是可以用于所述可移動系統(tǒng)的雙折疊撓曲部件結(jié)構(gòu)的平面圖；圖5B是圖5A的雙折疊撓曲部件結(jié)構(gòu)的平面圖，示出其在Y方向上相對靜止位置的位移；圖6A是可以用于所述可移動系統(tǒng)的機(jī)械懸架單元的平面圖；圖6B是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的可移動系統(tǒng)的平面圖，其包括如圖6A所示的多個懸架單元；圖7A是可以用于所述可移動系統(tǒng)的另一機(jī)械懸架單元的平面圖；圖7B是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可移動系統(tǒng)的平面圖，其包括如圖7A所示的多個懸架單元；圖8A是可以用于所述可移動系統(tǒng)的又一機(jī)械懸架單元的平面圖；圖8B是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的可移動系統(tǒng)的平面圖，其包括如圖8A所示的多個懸架單元；圖9是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的可移動系統(tǒng)的平面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例針對微型機(jī)電設(shè)備(MEMS)和其它具有構(gòu)形為將相對彼此移動的系統(tǒng)部件相互連接的改進(jìn)的機(jī)械懸架的可移動系統(tǒng)。這里所述的可移動系統(tǒng)可以用于多種裝置中，但其已經(jīng)被證明在很小型計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備中特別有用。僅為說明起見，將主要在高密微型機(jī)電設(shè)備計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備范圍內(nèi)對下述可移動系統(tǒng)實(shí)施例進(jìn)行討論。
圖1示出計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備10的一個側(cè)截面，其包括機(jī)械懸架。設(shè)備10通常由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，且可以用包括硅片結(jié)合和深活性離子蝕刻在內(nèi)的多種制作工藝制成。設(shè)備10包括框架12，其具有頂層14、中層16和底層18。中層16，也叫作推進(jìn)器層，其與推進(jìn)器20相連，該推進(jìn)器20機(jī)械地懸掛在頂層14和底層18之間。層14、16和18通常是平面的，且相互平行布置。
推進(jìn)器20可以設(shè)置有多個數(shù)據(jù)存儲單元，對其可以通過操作固定于框架12上的讀/寫設(shè)備或類似設(shè)備進(jìn)行訪問。推進(jìn)器20通常被構(gòu)形為相對框架12移動，以便數(shù)據(jù)可以寫入特定的存儲單元和從特定的存儲單元讀出。現(xiàn)在具體參照該圖，推進(jìn)器20可以包括一個或多個數(shù)據(jù)存儲單元22。使用固定于框架12頂層14的讀/寫頭24或發(fā)射器，可以向數(shù)據(jù)存儲單元22寫入數(shù)據(jù)和從數(shù)據(jù)存儲單元22讀出數(shù)據(jù)。訪問一個特定的存儲單元通常包括將推進(jìn)器20沿X和/或Y方向相對于框架12從靜止位置移動。僅為說明和清楚起見，在圖1和其它將要說明的各個附圖上標(biāo)有直角坐標(biāo)軸。這些軸線是任意的，且應(yīng)該理解為在這里描述的系統(tǒng)可以用其它任何參照系來描述。
設(shè)備10通常也包括一個如靜電驅(qū)動器26的致動裝置，用以產(chǎn)生引起框架12和推進(jìn)器20之間相對運(yùn)動的力。這些力可以通過向位于框架12和/或推進(jìn)器20上的電極施加電壓產(chǎn)生。所施加的電壓在框架12和推進(jìn)器20之間產(chǎn)生吸引力和/或排斥力。通常，這些力包括X分量和Y分量，以在X-Y平面中產(chǎn)生相對運(yùn)動，雖然在許多情況下，驅(qū)動器也會產(chǎn)生具有Z-軸分量的力。要允許X-Y平面移動，同時又充分防止Z-軸移動，經(jīng)常需要將懸架構(gòu)形為具有相對低的面內(nèi)剛度(如在X-Y平面內(nèi))和相對高的面外剛度(如沿Z軸)。
圖1的32示出這種機(jī)械懸架的一個實(shí)例。懸架32設(shè)置為沿推進(jìn)器20的平面方向相對層14和18(如與X-Y平面平行)保持推進(jìn)器20，并將推進(jìn)器20與框架12連接。如下詳述，懸架32通常包括一個或多個彈簧一樣的結(jié)構(gòu)。如將要描述的一樣，這些結(jié)構(gòu)通常被構(gòu)形為允許推進(jìn)器20從靜止位置作平面位移，同時又充分限制推進(jìn)器20相對于框架12的面外移動。
圖2描述了存儲設(shè)備100，其包括將框架112與推進(jìn)器120相互連接的機(jī)械懸架132。懸架132通常包括多個懸架分組件或單元134(分別表示為134a、134b、134c和134d)，它們布置在推進(jìn)器120周圍，以將推進(jìn)器相對框架懸掛起來。通常，框架112和推進(jìn)器120大致為平面，并且其構(gòu)形為可以使推進(jìn)器120在框架112內(nèi)有一個X-Y平面移動的可操作范圍。如上所述，通過使用靜電驅(qū)動器或操作其它任何合適的致動機(jī)構(gòu)可以使推進(jìn)器120相對框架112移動。如所述一樣，經(jīng)常需要在懸架組件132上設(shè)置4個在框架120周圍對稱布置的懸架單元，它們可操作地位于框架和推進(jìn)器120之間?？蛇x地，根據(jù)需要和適合于特定的應(yīng)用，可以有一個、兩個、或三個或四個以上的懸架單元。
如圖2所示，懸架單元134a通常包括撓曲部件136a、138a和140a，而其它懸架單元具有相應(yīng)的類似的撓曲部件。正如這里使用的，“撓曲部件”指任何將推進(jìn)器120和框架112連接在一起的彈簧一樣的結(jié)構(gòu)，其響應(yīng)于推進(jìn)器和框架之間的相對移動發(fā)生撓曲。通常，撓曲部件具有相對低的面內(nèi)剛度(這樣允許X-Y平面移動)和相對高的面外剛度(這樣充分防止Z-軸的面外移動)。在沒有X-Y力時，撓曲部件通常構(gòu)形為可以驅(qū)動推進(jìn)器120進(jìn)入靜止或平衡位置。撓曲部件的撓曲或彈性變形將結(jié)合圖3A、3B和3C進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。在很多情況下，需要形成采用深活性離子蝕刻或其它制作工藝來與設(shè)備100的其它部件一體制成的撓曲部件?？蛇x的是，可以單獨(dú)制成撓曲部件，然后再將其固定到推進(jìn)器和框架上。為清楚起見，在圖2和這里所述的其它幾幅圖中，撓曲部件被畫成線狀，雖然應(yīng)該理解為該撓曲部件具有非零的厚度。下面結(jié)合圖4對撓曲部件的尺寸進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
如圖所示，撓曲部件136a、136b、136c和136d分別連接于推進(jìn)器120和連接構(gòu)件142a、142b、142c和142d之間。因?yàn)檫@些撓曲部件直接與推進(jìn)器120相連，所以它們有時被叫作“推進(jìn)器撓曲部件”。余下的撓曲部件(138a、140a、138b、140b、138c、140c、138d和140d)分別連接于框架112和連接構(gòu)件142a、142b、142c和142d之間。因?yàn)樗鼈儗⒖蚣?12與連接構(gòu)件相連，所以這些余下的撓曲部件有時被叫作“框架撓曲部件”。
可以根據(jù)各種撓曲部件對施加力的響應(yīng)和由此產(chǎn)生的推進(jìn)器和框架之間的相對運(yùn)動對它們進(jìn)一步加以區(qū)別。具體講，響應(yīng)于X-軸運(yùn)動而撓曲的撓曲部件可以視為X-軸撓曲部件，或簡稱為X撓曲部件。同樣，響應(yīng)于Y-軸運(yùn)動而撓曲的撓曲部件可以視為Y-軸撓曲部件。
這一點(diǎn)結(jié)合圖3A、3B和3C可以看得非常清楚，它們描述出懸架單元134a響應(yīng)于推進(jìn)器120和框架112之間各種相對位置所處的狀態(tài)。在圖3A中，推進(jìn)器120處于平衡位置，懸架單元134a的撓曲部件因而處于一種未發(fā)生撓曲或未變形的狀態(tài)。圖3B描述了響應(yīng)于施加具有X-軸分量的力而在框架和推進(jìn)器之間發(fā)生的相對的X-軸位移。如圖所示，撓曲部件138a和140a發(fā)生變形，同時，由于施加的力不具有Y-軸分量，撓曲部件136a保持未變形狀態(tài)。所以可以理解，撓曲部件138a和140a為X-軸撓曲部件。圖3C描述了由于施加了具有Y-軸分量的力，推進(jìn)器120在Y方向上從靜止位置移動。X-軸撓曲部件138a和140a保持不變形(因?yàn)槭┘拥牧Σ痪哂蠿-軸分量)，同時撓曲部件136a發(fā)生彈性變形。所以可以理解，撓曲部件136a為Y-軸撓曲部件。
再參照圖2，應(yīng)該理解，懸架單元134a-d對稱布置在推進(jìn)器120周圍，以便一半的推進(jìn)器撓曲部件和一半框架撓曲部件響應(yīng)于推進(jìn)器在X方向上的位移發(fā)生彈性變形，同時余下的撓曲部件響應(yīng)于推進(jìn)器在Y方向的位移發(fā)生變形。這種構(gòu)造使懸架在X軸和Y軸上的總撓曲剛度基本相同。這種由其中相等或近似相等數(shù)量的X和Y撓曲部件發(fā)生撓曲的構(gòu)造可以在本發(fā)明的任何一個實(shí)施例中使用。例如，對這種結(jié)構(gòu)將結(jié)合圖6B、7B和8B中的典型系統(tǒng)進(jìn)行說明。
圖4是可以用在這里所述系統(tǒng)的典型撓曲部件的局部透視圖。如圖所示，撓曲部件236通常被制成一種矩形梁的形式，其高度充分大于它的寬度，其中高度沿Z軸測量，寬度沿X軸測量。撓曲部件236的長度可以根據(jù)它所接附的框架和推進(jìn)器的相對尺寸和/或根據(jù)特定應(yīng)用的需要而變化。然而，通常需要高度充分大于寬度，以便提供一個相對X-Y剛度(面內(nèi)剛度)為高值的Z-軸剛度(面外剛度)。所以，撓曲部件結(jié)構(gòu)響應(yīng)于面內(nèi)力而發(fā)生撓曲(這樣允許做所需的如圖3A、3B和3C所示的平面移動)，同時又充分保持響應(yīng)于面外力不變形(這樣充分防止不需要的Z-軸面外移動)。
圖1-4主要描述了在特定位置使用單個撓曲部件的應(yīng)用。比如，如圖2所述，單個撓曲部件136a連接于連接構(gòu)件142a和推進(jìn)器120之間。然而，應(yīng)該理解，經(jīng)常需要使用多個撓曲部件。圖5、6A、6B、7A、7B、8A、8B和9描述了這種多撓曲部件構(gòu)造的例子。下面將詳細(xì)論述那些實(shí)施例。
圖5A和5B描述了可以用于本發(fā)明現(xiàn)有實(shí)施例機(jī)械懸架中的多個撓曲部件配置的示例。所示的配置被稱為雙折疊撓曲部件結(jié)構(gòu)。如圖所示，雙折疊撓曲部件結(jié)構(gòu)336通常包括4個撓曲部件338a-d，其相互平行且相鄰布置。外撓曲部件338a和338d分別固定于浮動連桿350和框架錨定點(diǎn)312a和312b上。浮動連桿350通常是矩形，且大致垂直于撓曲部件338a-d。內(nèi)撓曲部件338b和338c固定于浮動連桿350和連接構(gòu)件(局部見342)上。
圖5A和5B示出由于推進(jìn)器和框架之間發(fā)生相對較大的Y-軸位移而產(chǎn)生的顯著的撓曲部件收縮現(xiàn)象(沿X軸發(fā)生的軸向收縮)。具體講，圖5A示出未變形靜止?fàn)顟B(tài)的雙折疊結(jié)構(gòu)。圖5B示出由于推進(jìn)器(未示出)和連接構(gòu)件342的Y-軸位移而處于變形狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。如圖所示，由于圖5B所示的Y-軸位移，撓曲部件結(jié)構(gòu)軸向(沿X方向)收縮一個ΔL量。撓曲部件這一顯著的收縮減小了將會在撓曲部件338a-d上發(fā)生的軸向張緊。而這樣又確保懸架的面內(nèi)剛度在有效移動范圍上保持更接近于均衡。這種改變有效撓曲部件長度以保持所需的剛度特性可以稱為長度變化補(bǔ)償。
圖6A和6B分別描述了機(jī)械懸架分組件和結(jié)合了類似于圖6A所示多個懸架分組件的可移動系統(tǒng)(如微型機(jī)電設(shè)備計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備)。首先參照圖6A，懸架分組件434可以包括3組布置在連接構(gòu)件442周圍的撓曲部件436、438和440。推進(jìn)器撓曲部件436通常連接于推進(jìn)器(局部見420)和連接構(gòu)件442之間，各撓曲部件相互平行且相鄰布置。雖然示出兩個推進(jìn)器撓曲部件436，但可以理解，根據(jù)需要可以使用一個或三個或更多撓曲部件。
連接構(gòu)件442包括推進(jìn)器撓曲部件436可以與之接附的中間部分443和兩個側(cè)部444和445。側(cè)部444和445通常相互平行且相對，并與中間部分443垂直，以便連接構(gòu)件442形成一個“U”形結(jié)構(gòu)?？蛇x的是，連接構(gòu)件442可以是梯形、方形或矩形，或形成任何其它所需的形狀和/或尺寸。
如圖所示，框架撓曲部件組438和440可以用雙折疊結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)?？蛇x的是，框架撓曲部件可以根據(jù)特定應(yīng)用的需要以其它多撓曲部件結(jié)構(gòu)或單個撓曲部件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。在所述的雙折疊配置中，框架撓曲部件438的子件固定于連接構(gòu)件442和浮動連桿450之間，同時余下的框架撓曲部件438固定于浮動連桿450和框架錨定點(diǎn)412a和412b之間。撓曲部件組440相對于浮動連桿452和框架錨定點(diǎn)412c和412d同樣設(shè)置。
圖6A中所示的兩個雙折疊框架撓曲部件組通常定位成可以使單個撓曲部件沿通過推進(jìn)器撓曲部件436中點(diǎn)(二等分)的公共軸線458對準(zhǔn)。此外，框架撓曲部件組在推進(jìn)器撓曲部件相對側(cè)對稱分布在推進(jìn)器撓曲部件436周圍。當(dāng)施加具有Z-軸(面外)分量的力時，框架撓曲部件438和440、連接構(gòu)件442和推進(jìn)器撓曲部件436的相對布置充分限制了撓曲扭轉(zhuǎn)。
仍然參照圖6A，推進(jìn)器420在X方向的位移引起推進(jìn)器撓曲部件436向連接構(gòu)件442施加一個力，該力導(dǎo)致連接構(gòu)件442的X-軸位移。而這又導(dǎo)致框架撓曲部件438和440的彈性變形。如上所述，與位置相關(guān)的面外剛度變化通過在框架撓曲部件438和440上使用雙折疊結(jié)構(gòu)而減到最小。推進(jìn)器420在Y方向的位移主要造成推進(jìn)器撓曲部件436的撓曲，而使連接構(gòu)件442以及懸架分組件434的其它部件產(chǎn)生的移動很小或不產(chǎn)生。
現(xiàn)在參照圖6B，描述了微型機(jī)電設(shè)備410，其包括機(jī)械懸架432，所述機(jī)械懸架432具有多個與圖6A所示的分組件類似的懸架分組件434a-d。所述懸架分組件可移動地將框架412和推進(jìn)器420相互連接，以便允許推進(jìn)器作平面的X-Y移動，同時充分防止面外移動(Z-軸移動)。如圖所示，所述設(shè)備具有4個懸架分組件，每個分組件大致定位在推進(jìn)器420的4條側(cè)邊的中點(diǎn)。所述中點(diǎn)結(jié)構(gòu)在以下方面被證明是特別有利的，即它會導(dǎo)致相對較高的面外剛度和相對較低的面內(nèi)剛度，同時將困撓許多傳統(tǒng)懸架設(shè)計(jì)的與位置相關(guān)的剛度變化減到最小。如上所述，中點(diǎn)結(jié)構(gòu)為組件提供沿X和Y軸大致相等的剛度。然而，根據(jù)不同的應(yīng)用，也許同樣需要將懸架組件定位在推進(jìn)器420的拐角處或其它合適的位置。
圖6B所示系統(tǒng)的另一個優(yōu)點(diǎn)源自懸架分組件相互之間的獨(dú)立性。具體講，設(shè)備410的連接構(gòu)件并非剛性地相互連接的事實(shí)可以簡化監(jiān)測推進(jìn)器420相對位移的傳感器的設(shè)計(jì)。從以上論述可以理解，推進(jìn)器在X方向上移動時，左右懸架分組件上的連接構(gòu)件與推進(jìn)器420一起移動或尾隨在推進(jìn)器420之后。相反，對于相對的Y-軸移動，那些連接構(gòu)件基本上與推進(jìn)器420無關(guān)。換句話說，當(dāng)推進(jìn)器沿Y軸的位移發(fā)生變化時，那些連接構(gòu)件并不尾隨推進(jìn)器移動。對于與在推進(jìn)器420頂部和底部側(cè)邊緣上的懸架分組件相連的連接構(gòu)件來說，反之亦然。那些連接構(gòu)件尾隨推進(jìn)器420的Y-軸移動，且基本上與X-軸移動無關(guān)。在位置傳感器安裝到各種連接構(gòu)件的地方，剛才所述的單軸尾隨特性可以極大地簡化位置傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。許多傳統(tǒng)的懸架設(shè)計(jì)都使用單個的中間框架構(gòu)件，以便中間框架構(gòu)件在X或Y方向上尾隨推進(jìn)器，但不是同時尾隨兩者。上述位置傳感器的簡化在這種傳統(tǒng)的系統(tǒng)中不能實(shí)現(xiàn)。
圖7A和7B分別示出機(jī)械懸架分組件和結(jié)合有多個與圖7A所示懸架分組件類似的懸架分組件的可移動系統(tǒng)(如微型機(jī)電設(shè)備計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備)。先參照圖7A，懸架分組件534包括布置在連接構(gòu)件542周圍的撓曲部件536、538和540。推進(jìn)器撓曲部件536通常連接于連接構(gòu)件542和推進(jìn)器之間(局部見520)。如圖所示，通常有兩個推進(jìn)器撓曲部件536平行且相鄰布置，但可以使用一個推進(jìn)器撓曲部件或兩個以上推進(jìn)器撓曲部件。
與參照圖6A和6B描述的懸架分組件類似，框架撓曲部件538和540可以對稱分布在推進(jìn)器撓曲部件536的相對側(cè)，且框架撓曲部件可以沿一將推進(jìn)器撓曲部件536二等分的公共軸線558對準(zhǔn)。框架撓曲部件538連接于連接構(gòu)件542和框架錨定點(diǎn)512a之間，同時框架撓曲部件540連接于連接構(gòu)件和框架錨定點(diǎn)512b之間。如圖所示，懸架分組件可以包括附加框架撓曲部件538和540，以便一對框架撓曲部件從連接構(gòu)件542的每一側(cè)伸出，且固定在對應(yīng)的框架錨定點(diǎn)上。在這種情況下，框架撓曲部件組可以定位成使得沿著或幾乎沿著等分軸線558分布。在一些裝置中，附加的框架撓曲部件可以提供機(jī)械懸架的Z-軸剛度的需要的增加。
連接構(gòu)件542包括推進(jìn)器撓曲部件536可以與之接附的中間部分543和兩個側(cè)部544和545。側(cè)部544和545通常相對，且在中間部分543周圍對稱布置，以便連接構(gòu)件534形成一個“U”形結(jié)構(gòu)?？蛇x的是，連接構(gòu)件534可以是梯形、方形或矩形，或形成任何其它所需的形狀和/或尺寸。
連接構(gòu)件542還包括一個補(bǔ)償連桿550，其構(gòu)形為在推進(jìn)器位移過程中充分減少懸架單元534剛度中的非線性(通過長度變化補(bǔ)償)。補(bǔ)償連桿550位于推進(jìn)器撓曲部件536的一端附近，且通常被中線556二等分。連桿550可以相對于相鄰部分544和545形成一個厚度減少的區(qū)域，且厚度可以根據(jù)所需要的應(yīng)用有所變化。不管厚度如何，當(dāng)框架撓曲部件538和540(由于推進(jìn)器520在X方向的移動)變形時，如指示箭頭所示，撓曲部件538和540的軸向張緊會將連接構(gòu)件542拉開。這就通過增加撓曲部件538和540的有效長度提供了長度變化補(bǔ)償效果。這減少了有可能因推進(jìn)器520在X-軸上離開靜止位置位移的增加而發(fā)生的面內(nèi)剛度變化。所述補(bǔ)償效果有助于在系統(tǒng)的面外剛度和面內(nèi)剛度之間保持一個高比值。如上所述，通常需要將這一比值保持在一個較高水平，且同時又使在移動的可操作范圍上的變化最小。本發(fā)明的任何實(shí)施例或所有實(shí)施例都可以設(shè)置具有這種補(bǔ)償特性的連接構(gòu)件。
如圖所示，補(bǔ)償連桿的厚度可以相對連接構(gòu)件的相鄰部分544和545變化。相對較薄的補(bǔ)償連桿經(jīng)常會使懸架單元的面內(nèi)柔度得到所需要的增加。然而，在一些情況下，需要有相對厚的補(bǔ)償連桿，以便提供一個增加的面外剛度。
現(xiàn)在參照圖7B，其示出一個微型機(jī)電設(shè)備510，它包括一個機(jī)械懸架532，該機(jī)械懸架532具有多個與圖7A所示的分組件類似的懸架分組件534a-d。懸架分組件可移動地將框架512和推進(jìn)器520相互連接，以便允許推進(jìn)器作平面的X-Y移動，同時充分防止面外移動(Z-軸移動)。如同結(jié)合圖6B所述的實(shí)施例一樣，分組件可以如所示的那樣以對稱的方式布置在推進(jìn)器520周圍，且每個分組件定位在推進(jìn)器側(cè)邊的中點(diǎn)?？蛇x的是，分組件可以定位在推進(jìn)器的拐角處或其它任何合適的位置。除結(jié)合圖7A所述的補(bǔ)償效果之外，所述系統(tǒng)還有與剛度相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，它們與結(jié)合圖6B所示系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)類似。同樣，與圖6B的系統(tǒng)類似，用于所述懸架的連接構(gòu)件相互獨(dú)立，且可以被配置成用于單軸尾隨，以便簡化傳感器設(shè)計(jì)。
圖8A和8B分別示出懸架分組件和根據(jù)本發(fā)明還有的實(shí)施例的可移動微型機(jī)電設(shè)備。先參照圖8A，懸架分組件634包括推進(jìn)器撓曲部件636和框架撓曲部件638和640，以及梯形插入式連接構(gòu)件642。如圖8A所示和前面結(jié)合圖7A實(shí)施例所述，懸架組件634可以設(shè)置有成對框架撓曲部件638和640。撓曲部件638在框架錨定點(diǎn)612a與框架相連，同時撓曲部件640在框架錨定點(diǎn)612b與框架相連。如圖所示，撓曲部件638和640可以沿軸線658對準(zhǔn)，該軸線在或接近推進(jìn)器撓曲部件的中點(diǎn)處經(jīng)過推進(jìn)器撓曲部件636。
梯形連接構(gòu)件642通常包括中間部分643和兩個從部分643有角度延伸的翼側(cè)部644和645。與圖7A所示的連接構(gòu)件類似，連接構(gòu)件642可以包括補(bǔ)償連桿650，以便在框架撓曲部件638和640發(fā)生軸向張緊時提供長度變化補(bǔ)償。最好如圖8B所示，懸架分組件634的框架撓曲部件通常比圖7A和7B所示的框架撓曲部件要長，這樣框架撓曲部件可以一直延伸到所述推進(jìn)器的拐角。這里所述的任何實(shí)施例都可以設(shè)置類似長度的框架撓曲部件，或根據(jù)特定應(yīng)用的需要設(shè)置任何其它合適長度的框架撓曲部件。這里所述的懸架分組件的推進(jìn)器撓曲部件的長度還可以根據(jù)特定應(yīng)用的需要有所變化。
如同圖6B和7B的實(shí)施例一樣，微型機(jī)電設(shè)備610(圖8B)包括可以設(shè)置4個懸架分組件634a-d的機(jī)械懸架632。所述分組件可移動地將框架612與推進(jìn)器620連接起來。如圖所示，所述分組件可以對稱地布置于推進(jìn)器620的四邊周圍，以便單個分組件都集中在推進(jìn)器各邊的中點(diǎn)?？蛇x的是，如同前述實(shí)施例一樣，所述分組件可以定位在推進(jìn)器的拐角，或在任何其它合適的位置。圖8B的所述分組件是圖8A分組件的一個變體結(jié)構(gòu)，它們僅有一個框架撓曲部件從分組件連接構(gòu)件各邊伸出?？梢岳斫?，針對特定的應(yīng)用，連接構(gòu)件的每一邊都可以用一個撓曲部件、一對撓曲部件或兩個以上框架撓曲部件。
圖9示出一個典型的微型機(jī)電設(shè)備710，其中懸架732的懸架單元734a-d連接于框架712和推進(jìn)器720之間，從而使單個的懸架單元都位于推進(jìn)器720的拐角處。按照本實(shí)施例，推進(jìn)器撓曲部件響應(yīng)于推進(jìn)器沿X軸的位移而發(fā)生彈性變形，同時框架撓曲部件響應(yīng)于推進(jìn)器沿Y軸的位移而發(fā)生變形。假定撓曲梁結(jié)構(gòu)相同，所示懸架單元的結(jié)構(gòu)可以提供不同的X-軸和Y-軸剛度，這對于某些應(yīng)用來說也許正是所需要的。
在上述的多個實(shí)施例中，框架撓曲部件設(shè)置在推進(jìn)器撓曲部件或多個推進(jìn)器撓曲部件的相對側(cè)，以便框架撓曲部件沿將推進(jìn)器撓曲部件二等分的軸線對準(zhǔn)。如上所述，這就為許多裝置提供了需要的剛度特性。然而，應(yīng)該理解，撓曲部件的相對位置可以在保持上述優(yōu)點(diǎn)的同時發(fā)生變化。比如，框架撓曲部件可以如此定位，使得將它們移到二等分軸線的一邊，而同時仍然使框架撓曲部件沿通過推進(jìn)器撓曲部件的一條線對準(zhǔn)。
本發(fā)明的上述實(shí)施例具有幾個優(yōu)點(diǎn)。一個優(yōu)點(diǎn)是相對于現(xiàn)有系統(tǒng)，本懸架組件具有較大的剛度比(面外剛度對面內(nèi)剛度)。這主要是由于撓曲部件的設(shè)計(jì)和布置。對于單個撓曲部件，梁的縱橫比(AR，其中AR＝梁高/梁寬)可以近似地與它的彎曲剛度比kz/kx＝AR2相關(guān)，其中kz是Z-軸剛度的彈簧常數(shù)，kx是X-軸剛度的彈簧常數(shù)。對于具有兩個自由度(X和Y方向的移動)的懸架來說，最大的理論剛度比是kz/kxy＝AR2，其中kx＝ky＝kxy。該等式假定只有所有撓曲部件的純彎曲，而沒有框架、推進(jìn)器或連接結(jié)構(gòu)隨后的變形。許多現(xiàn)有的撓曲結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)未達(dá)到理論最大剛度比。相反，測試已經(jīng)證明，某些懸架組件獲得了最大理論剛度比75％以上的剛度比。此外，上述實(shí)施例使橫軸交互作用和/或在面內(nèi)推進(jìn)器位移期間產(chǎn)生的面外剛度損失最小化。
在對本發(fā)明結(jié)合上述實(shí)施例進(jìn)行局部圖示和說明的同時，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會理解，對所述實(shí)施例可以做許多變化，而且不會偏離下述權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解本發(fā)明的說明書包括這里所述要素的所有新穎和非顯而易見的組合，并且權(quán)利要求可以在這個或后面對這些要素的任何新穎和非顯而易見的應(yīng)用中提出。當(dāng)權(quán)利要求敘述“一個”或“一個第一”要素或其等價物時，這樣的權(quán)利要求應(yīng)該理解為包括一個或多個這種要素的結(jié)合，不要求也不排除兩個或多個這種要素。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備(10、100、410、510、610、710)，其包括框架(12、112、412、512、612、712)；推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)，其被構(gòu)形為相對所述框架(12、112、412、512、612、712)移動，所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)包括多個通過操作讀/寫設(shè)備可以訪問的數(shù)據(jù)單元(22)；和可操作地連接于所述框架(12、112、412、512、612、712)和所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)之間的機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)，所述機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)被構(gòu)形為允許所述推進(jìn)器相對于所述框架(12、112、412、512、612、712)做平面移動，同時充分防止面外相對移動，這種平面移動由X方向和Y方向限定，所述機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)包括至少一個X-軸撓曲部件(436、536、636)，其被構(gòu)形為響應(yīng)于所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在X方向上相對于所述框架的移動而發(fā)生撓曲，和至少一個Y-軸撓曲部件(438、440、538、540、638、640)，其被構(gòu)形為響應(yīng)于所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在Y方向上相對于所述框架(12、112、412、512、612、712)的移動而發(fā)生撓曲。
2.一個可移動微型機(jī)電設(shè)備(10、100、410、510、610、710)，其包括框架(12、112、412、512、612、712)；推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)，其被構(gòu)形為相對所述框架(12、112、412、512、612、712)移動；和可操作地連接于所述框架(12、112、412、512、612、712)和所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)之間的機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)，所述機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)被構(gòu)形為允許所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)相對所述框架(12、112、412、512、612、712)做平面移動，同時充分防止面外相對運(yùn)動，這種平面運(yùn)動由X方向和Y方向限定，所述機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)包括至少一個X-軸撓曲部件(436、536、636)，其被構(gòu)形為響應(yīng)于推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在X方向上相對框架(12、112、412、512、612、712)的移動而撓曲；至少一個Y-軸撓曲部件(438、440、538、540、638、640)，其被構(gòu)形為響應(yīng)于所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在Y方向上相對所述框架(12、112、412、512、612、712)的移動而撓曲；和連接構(gòu)件(142、342、442、542、642)，其被布置并固定在所述X-軸撓曲部件(436、536、636)和所述Y-軸撓曲部件(438、440、538、540、638、640)之間，所述連接構(gòu)件(142、342、442、542、642)的構(gòu)形為尾隨所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在X方向上的相對移動，同時基本上與所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在Y方向上的相對移動無關(guān)。
3.一種可移動微型機(jī)電設(shè)備(10、100、410、510、610、710)，其包括框架(12、112、412、512、612、712)；推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)，其被構(gòu)形為相對框架(12、112、412、512、612、712)移動；和機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)，其包括多個可操作地連接于所述框架(12、112、412、512、612、712)和所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)之間的懸架分組件(134、434、534、634、734)，每個懸架分組件(134、434、534、634、734)包括至少一個固定于所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)和連接構(gòu)件(142、342、442、542、642)之間的彈性推進(jìn)器撓曲部件(436、536、636)；和至少兩個固定于所述連接構(gòu)件(142、342、442、542、642)和框架(12、112、412、512、612、712)之間的彈性框架撓曲部件(438、440、538、540、638、640)，其中所述框架撓曲部件(438、440、538、540、638、640)被設(shè)置在所述推進(jìn)器撓曲部件(436、536、636)的相對側(cè)，并沿通過所述推進(jìn)器撓曲部件(436、536、636)的一條縱向軸線(458、558、658)對準(zhǔn)。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中對于每個懸架分組件(134、434、534、634、734)，所述框架撓曲部件(438、440、538、540、638、640)被設(shè)置在所述推進(jìn)器撓曲部件(436、536、636)的相對側(cè)，并沿將所述推進(jìn)器撓曲部件(436、536、636)二等分的縱向軸線(458、558、658)對準(zhǔn)。
5.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中每個所述懸架分組件(134、434、534、634、734)的連接構(gòu)件(142、342、442、542、642)構(gòu)形為尾隨所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在第一方向上的相對移動，同時保持基本上與發(fā)生在垂直于所述第一方向的第二方向上的相對移動無關(guān)。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中每個懸架分組件(134、434、534、634、734)包括第一對平行框架撓曲部件(438、538、638)，其在所述推進(jìn)器撓曲部件(436、536、636)相對側(cè)的第一側(cè)上在所述連接構(gòu)件(142、342、442、542、642)和框架(12、112、412、512、612、712)之間延伸；和第二對平行框架撓曲部件(440、540、640)，其在所述推進(jìn)器撓曲部件(436、536、636)的另一側(cè)上在所述連接構(gòu)件和框架之間延伸。
7.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中對于每個懸架分組件(134、434、534、634、734)，所述連接構(gòu)件(142、342、442、542、642)包括補(bǔ)償連桿(550、650)，其構(gòu)形為可在所述框架撓曲部件(438、440、538、540、638、640)發(fā)生軸向張緊時提供長度變化補(bǔ)償。
8.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中對于每個懸架分組件(134、434、534、634、734)，在所述推進(jìn)器撓曲部件(436、536、636)相對側(cè)的每一側(cè)設(shè)置雙折疊框架撓曲部件組(438、440)。
9.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述撓曲部件(436、438、440、536、538、540、636、638、640)為矩形梁，每個梁的高度充分大致大于其寬度。
10.一種計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備(10、100、410、510、610、710)，其包括框架(12、112、412、512、612、712)；推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)，其被構(gòu)形為相對所述框架(12、112、412、512、612、712)移動，所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)包括多個通過操作讀/寫設(shè)備可以訪問的數(shù)據(jù)單元(22)；和懸架裝置(32、132、432、532、632、732)，其用于機(jī)械地將所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)相對所述框架(12、112、412、512、612、712)懸掛，以便允許所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)相對框架(12、112、412、512、612、712)做平面移動，同時充分防止面外相對移動，這種平面移動由X方向和Y方向限定，所述懸架裝置包括至少一個X-軸撓部件(436、536、636)裝置，其被構(gòu)形為響應(yīng)于所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在X方向上相對所述框架的移動而發(fā)生撓曲；和至少一個Y-軸撓曲部件(438、440、538、540、638、640)裝置，其被構(gòu)形為響應(yīng)于所述推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)在Y方向上相對所述框架(12、112、412、512、612、712)的移動而發(fā)生撓曲。
全文摘要
一種可移動系統(tǒng)(10、100、410、510、610、710)，如計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備，其具有框架(12、112、412、512、612、712)，構(gòu)形為相對于框架(12、112、412、512、612、712)移動的推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)，和在框架(12、112、412、512、612、712)和推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)之間可操作地連接的機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)。所述機(jī)械懸架(32、132、432、532、632、732)的構(gòu)形為允許推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)作平面移動，同時還可充分防止面外移動，它包括第一撓曲部件(436、536、636)，其被構(gòu)形為響應(yīng)于推進(jìn)器(20、120、420、520、620、720)相對框架(12、112、412、512、612、712)在第一方向上的移動產(chǎn)生撓曲，和第二撓曲部件(438、440、538、540、638、640)，其被構(gòu)形為響應(yīng)于在第二方向上的相對移動產(chǎn)生撓曲。
文檔編號G11B9/14GK1656549SQ03812417
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月28日
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