專利名稱：微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，特別是熱驅(qū)動的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(MEMS)和其他微型設(shè)計裝置由于這些裝置所提供的尺寸、價格和可靠性方面的優(yōu)越性，目前正在研究各種廣泛的運用。已經(jīng)創(chuàng)造了許多不同種類的MEMS裝置，包括微型齒輪、微型電動機和其他能夠運動或者施加力的微型加工的裝置。這些MEMS裝置可以用在各種方面，包括水力應用，其中利用MEMS泵或者閥門，和包括MEMS光閥門和快門的光學應用。
MEMS裝置依靠各種技術(shù)，提供在這些微型結(jié)構(gòu)內(nèi)引起所希望的運動所需要的力。例如，已經(jīng)利用懸臂施加機械力，使微加工的彈簧和齒輪旋轉(zhuǎn)。此外，一些微型電動機是由電磁場驅(qū)動，另一些微型機械結(jié)構(gòu)是由壓電或者靜電力驅(qū)動。最近，已經(jīng)開發(fā)了由驅(qū)動器或者其他MEMS元件的可控熱膨脹驅(qū)動的MEMS裝置。例如，轉(zhuǎn)讓給MCNC(本發(fā)明的受讓人)的美國專利申請序列號08/767,192；08/936,598和08/965,277敘述了各種類型的熱驅(qū)動MEMS裝置。此外，最近已經(jīng)開發(fā)的MEMS裝置包括旋轉(zhuǎn)連接，用比扭力桿連接更小的扭應力和更低的外施力就可以旋轉(zhuǎn)。例如，也轉(zhuǎn)讓給MCNC的US專利序列號08/719,711敘述了各種旋轉(zhuǎn)MEMS連接。這里每一個申請的內(nèi)容在此引入作為參考。
不論驅(qū)動源是什么，通常大多數(shù)MEMS裝置提供線性運動。同樣也需要提供包括旋轉(zhuǎn)運動在內(nèi)的非線性運動的MEMS裝置，從而使MEMS裝置可以有更廣泛的應用。
本發(fā)明提供了能夠旋轉(zhuǎn)的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所得到的MEMS結(jié)構(gòu)可以用在需要旋轉(zhuǎn)運動的更廣泛的各種應用中。在一個實施例中，MEMS結(jié)構(gòu)包括微電子基片和固定到微電子基片表面上的輪轂結(jié)構(gòu)。該MEMS結(jié)構(gòu)也包括一個或者多個從輪轂外延的輪轂輪輻部件。最好使每一個輪轂輪輻部件中貫穿每一個輪轂輪輻部件的至少一部分的虛線與輪轂的中心軸略有偏移。換言之，每一個輪轂輪輻部件的至少一部分與延伸出輪轂輪輻部件的輪轂中心有一定程度的偏移。根據(jù)本發(fā)明的這一實施例，相應于輪轂輪輻部件的溫度變化，輪轂輪輻部件用來對輪轂施加旋轉(zhuǎn)力。隨著溫度變化，由輪轂輪輻部件的通常為長度的尺寸變化產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
一個實施例的MEMS結(jié)構(gòu)也包括與微電子基片隔開的圓環(huán)，它至少部分地包圍輪轂。該圓環(huán)附加在輪轂輪輻部件上，使輪轂輪輻部件在輪轂和圓環(huán)之間延伸。在這一實施例中，利用輪轂輪輻部件對圓環(huán)施加旋轉(zhuǎn)力，隨著輪轂輪輻部件溫度的變化，圓環(huán)可以相對于輪轂順時針或者逆時針旋轉(zhuǎn)。
一個實施例的MEMS結(jié)構(gòu)也包括連接到微電子基片表面的一個或者多個錨，和安排在圓環(huán)和對應的各個錨部件之間的一個或者多個錨定輪輻部件。用錨定輪輻部件響應溫度的變化，例如通過長度的變化，對圓環(huán)施加旋轉(zhuǎn)力。如前所述，該旋轉(zhuǎn)力使圓環(huán)相對于輪轂順時針或者逆時針旋轉(zhuǎn)。
一個實施例MEMS結(jié)構(gòu)可以包括連接到輪轂輪輻部件的至少一個微機電觸發(fā)器，輪轂輪輻部件響應熱觸發(fā)可控制地運動。微機電觸發(fā)器包括連接到微電子基片表面的至少兩個錨部件、和在觸發(fā)器部件之間延伸的至少一個拱形梁。拱形梁響應熱觸發(fā)進一步拱起，從而使輪轂輪輻部件運動，接著在輪轂上施加旋轉(zhuǎn)力。另外，這一MEMS結(jié)構(gòu)可以進一步包括圓環(huán)，至少一個微機電觸發(fā)器可操作地不是連接到輪轂輪輻部件上，而是連接到圓環(huán)輪輻部件上。同樣，微機電觸發(fā)器的熱觸發(fā)使拱形梁進一步拱起，從而使得圓環(huán)輪輻部件運動，接著使得圓環(huán)運動。
上述實施例的MEMS結(jié)構(gòu)的每一個都可以有選擇地包括多個微機電驅(qū)動器。在一個實施例中，配置微機電驅(qū)動器產(chǎn)生力，使得輪轂和/或圓環(huán)以同樣方向旋轉(zhuǎn)。在另一個實施例中，MEMS結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二組微機電驅(qū)動器。根據(jù)這一實施例，第一組產(chǎn)生的力使輪轂和/或圓環(huán)以同樣方向旋轉(zhuǎn)；而第二組產(chǎn)生的力使輪轂和/或圓環(huán)以相反方向旋轉(zhuǎn)。這樣，該輪轂和/或者圓環(huán)可以響應第一和第二組微機電驅(qū)動器的驅(qū)動，以順時針方向或者逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
在一個最佳實施例中，至少圓環(huán)的一部分包括反射表面，允許MEMS結(jié)構(gòu)在可控旋轉(zhuǎn)時有選擇地反射光。在另一個實施例中，圓環(huán)限定了至少一個孔，孔具有和基片表面相交的軸。同樣，孔相對于基片表面的位置隨著圓環(huán)轉(zhuǎn)動而變化。進一步，這一實施例的MEMS結(jié)構(gòu)的微電子基片也可以限定至少一個孔，隨著圓環(huán)旋轉(zhuǎn)，它和圓環(huán)上限定的一個或者多個孔交替地對中和錯開。同樣，本實施例的MEMS結(jié)構(gòu)限定了一條通過圓環(huán)和交替的基片的通道，作為閥門或者光學快門。
另一個實施例的MEMS結(jié)構(gòu)包括在微電子基片表面上的導電表面，和覆蓋在基片上、且與其隔開的圓環(huán)上的輔助導電表面。圓環(huán)在基片表面上方旋轉(zhuǎn)時，導電表面之間重疊的區(qū)域變化，使得MEMS結(jié)構(gòu)可以作為可變電容器。更進一步，另一個實施例的MEMS結(jié)構(gòu)包括附加到微電子基片表面的至少一個觸點，和附加到圓環(huán)上的至少一個觸點，隨著圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)，觸點交替接觸和分開，使得MEMS結(jié)構(gòu)可以作為開關(guān)。進一步，觸點可以在電氣上連接，隨著圓環(huán)的轉(zhuǎn)動，可以有選擇地產(chǎn)生不同量的電阻。
本發(fā)明的MEMS結(jié)構(gòu)由于它的構(gòu)造用來提供可控的旋轉(zhuǎn)運動。同樣，MEMS結(jié)構(gòu)可以有各種廣泛的應用，包括閥，快門、可變電容、開關(guān)、繼電器和其他以上已經(jīng)敘述過的一些應用。
盡管將詳細敘述上述發(fā)明，很顯然，在這里所敘述的發(fā)明范圍內(nèi)，可以作一些變化和修正。


圖1(a)和圖1(b)分別為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的簡單活動輪轂MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沿a-a線的頂視圖和剖面圖。
圖2(a)和圖2(b)分別為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的簡單活動外圓環(huán)MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沿b-b線的頂視圖和剖面圖。
圖3(a)和圖3(b)分別為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的簡單活動中圓環(huán)MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沿c-c線的頂視圖和剖面圖。
圖4(a)至圖4(e)為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的各種MEMSTAB(熱拱形梁)結(jié)構(gòu)的頂視圖。
圖5(a)和圖5(b)為根據(jù)本發(fā)明活動輪轂旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的兩個不同實施例的頂視圖，其中，TAB驅(qū)動器對活動輪轂施加旋轉(zhuǎn)力。
圖6(a)和圖6(b)為根據(jù)本發(fā)明MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的兩個不同實施例的頂視圖，它分別包括從圓環(huán)和從輪轂徑向延伸的桿。
圖7(a)和圖7(b)分別為根據(jù)本發(fā)明一個實施例具有反射表面的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沿d-d線的頂視圖和剖面圖。
圖8(a)和圖8(b)分別為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)閥或者快門結(jié)構(gòu)沿e-e線的頂視圖和剖面圖。
圖9(a)和圖9(b)分別為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)開關(guān)結(jié)構(gòu)的原理性側(cè)視圖，其中，布置在圓環(huán)上和基本基片上的觸點分別斷開和連接。
圖10(a)、圖10(b)和圖10(c)為根據(jù)本發(fā)明一個實施例MEMS可變電容旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沿10c-10c線的兩個頂視圖和剖面圖，其中，導體之間的重疊度變化使它們之間的電容變化。
圖11(a)和圖11(b)分別為頂視圖和原理性視圖，說明根據(jù)本發(fā)明任何一個實施例MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中布置在基本微電子基片上的針和輪轂之間的旋轉(zhuǎn)連接。
以下將參考示出本發(fā)明最佳實施例的附圖，更全面地敘述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以有許多不同的實施方式，不應該解釋為局限于這里給出的實施例；提供這些實施例，使得專利公開徹底和完整，將本發(fā)明的范圍完全傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。圖中的特征不一定按比例，僅僅用來說明本發(fā)明。相同的標號全部表示相同的元件。
活動輪轂根據(jù)一個實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由圖1(a)的頂視圖和圖1(b)沿a-a線的剖視圖表示。本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括布置并且懸掛在微電子基片10表面上方的輪轂100，和從輪轂向外徑向延伸、與基片以間隙175隔開的至少兩個輪轂輪輻部件110組成。響應溫度變化，該輪轂輪輻部件對輪轂施加旋轉(zhuǎn)力，具體如下所述。所示的輪轂為實心圓柱形元件，它也可以是其他形狀并不一定是實心的，可以是管狀或者是其他形狀。
典型的微電子基片用硅片形成。也可以用其他材料，諸如玻璃或者其他半導體，構(gòu)成微電子基片。此外，典型的輪轂和輪轂輪輻部件由金屬構(gòu)成，例如鎳，它通過集成電路制造過程例如電鍍沉淀在基片上，如同US專利申請序列號08/767,192，08/965,277和08/936,958的熱拱形梁驅(qū)動器所敘述的同樣方法；它們的內(nèi)容已經(jīng)引入作為參考。然而，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，特別是輪轂和輪轂輪輻部件，也可以用不同的技術(shù)和包括硅的不同金屬構(gòu)成，都不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
如圖1(a)和圖1(b)所示，輪轂100限定了和微電子基片表面相交的中心軸105。此外，每一個輪轂輪輻部件110限定了縱向貫穿其中的虛線。根據(jù)本發(fā)明，每一個輪轂輪輻部件連接到輪轂上，略偏移于輪轂的中心軸。在這點上，縱向貫穿每一個輪轂輪輻部件的虛線和輪轂相交于略偏移輪轂中心軸的位置。同樣，輪轂輪輻部件可以在熱觸發(fā)期間，隨著輪轂輪輻部件膨脹或者收縮，對輪轂施加力矩或旋轉(zhuǎn)力。
如圖1(a)和圖1(b)所示，本發(fā)明的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也包括附加到基片的至少兩個錨部件。每一個錨部件最好由輪轂和輪轂輪輻部件同樣的過程和同樣的材料，例如鎳形成。進一步，每一個輪轂輪輻部件在輪轂和相應的錨部件之間延伸，雖然如上所述，每一個輪轂輪輻部件略偏移于輪轂的中心軸。由于每一個輪轂輪輻部件的一端通過錨部件附加到基片，輪轂輪輻部件被加熱和膨脹時，由于輪轂輪輻部件和輪轂中心軸的偏移，該輪轂輪輻部件對輪轂產(chǎn)生力，使輪轂按一個方向旋轉(zhuǎn)。進一步，當輪轂輪輻冷卻和收縮時，該輪轂輪輻部件將對輪轂產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，使輪轂以相反方向旋轉(zhuǎn)。在任何一種情況下，根據(jù)輪轂輪輻附加到輪轂上相對于輪轂中心軸的什么地方，和輪轂部件是加熱還是冷卻，可以提供順時針方向或者逆時針方向旋轉(zhuǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可以用許多不同的技術(shù)加熱或者冷卻輪轂輪輻部件。例如，可以通過改變周圍環(huán)境溫度，有選擇地用液體或者氣體、或者有選擇地通過電流來改變輪轂輪輻部件的環(huán)境溫度。
活動外圓環(huán)圖2(a)和圖2(b)示出根據(jù)包括活動外圓環(huán)的本發(fā)明另一個實施例MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。如上所述，本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括附加到微電子基片10表面的輪轂100，和至少兩個等間距的輪轂輪輻部件，響應溫度的變化，對輪轂施加旋轉(zhuǎn)力。與前相同，輪轂100限定了和微電子基片表面相交的中心軸105。每一個輪轂輪輻部件120從輪轂100外延，限定了縱向延伸的虛線。如上所述，每一個輪轂輪輻部件略有偏移于輪轂的中心軸，以便隨著輪轂輪輻部件膨脹或者收縮，對輪轂提供力矩和旋轉(zhuǎn)力。
雖然MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)只需要有兩個輪轂輪輻部件，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)通常包括三個或者更多個從輪轂外延的輪轂輪輻部件。如上所說，輪轂輪輻部件既包括在輪轂MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)又包括在輪轂與圓環(huán)的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中。輪轂輪輻部件可以有不同的結(jié)構(gòu)安排，通常輪轂輪輻部件在輪轂周圍有相等的角度增量間隔。例如，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括在輪轂周圍有相等的90°間隔的4個輪轂輪輻部件，如圖1(a)和2(a)所示。
此外，本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)進一步包括與微電子基片隔開的圓環(huán)200。圓環(huán)200至少部分地環(huán)繞在輪轂100的周圍，通過至少兩個輪轂輪輻部件120與輪轂連接。同樣地，每一個輪轂輪輻部件在輪轂和圓環(huán)之間延伸。在運行時，當輪轂輪輻部件加熱和膨脹時，輪轂輪輻就在一個方向上對圓環(huán)施加旋轉(zhuǎn)力。此外，當輪轂輪輻部件冷卻和收縮時，輪轂輪輻在相反方向?qū)A環(huán)施加旋轉(zhuǎn)力。重要的是采用熱驅(qū)動引起旋轉(zhuǎn)時，輪轂輪輻部件維持在相對與圓環(huán)不同的溫度，或者更熱，或者更冷?？梢圆捎脭?shù)碼技術(shù)熱驅(qū)動輪轂輪輻部件?？梢圆捎貌恢苯蛹訜嶙罱妮嗇炤嗇棽考椒?。最好用如下所述電流通過輪轂輪輻部件的直接加熱。
如圖2(a)所示，輪轂通?？梢园ㄓ脷庀?05分開的兩個半圓形部分。在如圖所示的第一部分102和第二部分103的輪轂的兩個部分之間加電壓差，電流就可以如圖2(a)所示流過MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，從而直接加熱輪轂輪輻部件并且引起熱驅(qū)動。特別是一對輪轂輪輻部件分別布置在圓環(huán)和輪轂的第一和第二部分之間，由于電流流過輪轂的兩個部分的直接加熱的結(jié)果，產(chǎn)生熱驅(qū)動。
活動中圓環(huán)如圖3(a)和3(b)所描述的，圖2(a)和2(b)中的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以修正為包括至少兩個錨定輪輻部件150、和至少一個對應的錨170。本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)最好是包括在圓環(huán)周圍以相等的角度分開的多個錨定輪輻部件，和與對應的錨定輪輻連接的等量的錨。每一個錨定輪輻部件150布置在圓環(huán)200和對應的錨170之間。如圖3(b)所示，錨定輪輻部件與基片隔開，錨170附加到微電子基片10的表面上，以支持錨定輪輻部件150。
本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括輪轂輪輻部件和錨定輪輻部件兩部分。無論是輪轂輪輻部件、錨定輪輻部件，或者它們兩者，都可以被熱驅(qū)動，使得輪轂和圓環(huán)旋轉(zhuǎn)。在本實施例中，輪轂既可以懸掛在微電子基片上方，也可以附加到微電子基片的表面。在圖示的實施例中，用錨定輪輻部件對圓環(huán)，繼而對輪轂施加旋轉(zhuǎn)力，這是因為錨定輪輻部件和圓環(huán)以非正交的角度安置。同樣地，錨定輪輻部件在長度方向的膨脹或者收縮將引起圓環(huán)旋轉(zhuǎn)。由于圓環(huán)是通過輪轂輪輻部件連接到輪轂上，圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)引起輪轂旋轉(zhuǎn)。由于用錨定輪輻部件使所示實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，輪轂輪輻部件不需要像以上相關(guān)的其他實施例那樣，與輪轂的中心軸偏移。
在運行時，圖3(a)和3(b)中MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的錨定輪輻加熱和膨脹，受熱的輪輻就在一個方向?qū)嗇灪蛨A環(huán)施加旋轉(zhuǎn)力。反過來，錨定輪輻部件冷卻和收縮時，冷卻的輪輻在相反的方向?qū)嗇灪蛨A環(huán)施加旋轉(zhuǎn)力。除了錨定輪輻部件作旋轉(zhuǎn)運動，輪轂輪輻部件能夠用以前實施例所描述的方法做旋轉(zhuǎn)運動。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，錨定輪輻部件和輪轂輪輻部件響應溫度變化可以提供相同或者相反方向的旋轉(zhuǎn)力。也就是說，輪輻可以用來提供相同方向的旋轉(zhuǎn)，也可以用來提供相反方向的旋轉(zhuǎn)。在本實施例中，可以有幾種方法改變旋轉(zhuǎn)。例如，改變輪輻相對于輪轂中心軸的位置可以改變旋轉(zhuǎn)。例如，偏移中心軸越遠的輪輻可以提供較大的旋轉(zhuǎn)力。本領(lǐng)域技術(shù)人員因而將認識到，與以前的實施例相比較，本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)提供了改進的旋轉(zhuǎn)位移和更多的旋轉(zhuǎn)模式。重要的是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以采用除了熱拱形梁驅(qū)動以外的驅(qū)動器，對本發(fā)明MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的全部實施例提供旋轉(zhuǎn)力。
TAB驅(qū)動活動輪轂圖5(a)和圖5(b)給出本發(fā)明另一個實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。以前實施例中所示的輪轂輪輻部件可以是線性的，而圖5(a)和圖5(b)所示的輪轂輪輻部件也可以是非線性的。為了對輪轂施加旋轉(zhuǎn)力，縱向貫穿輪轂輪輻部件至少一部分的虛線必須偏移輪轂的中心軸。同樣地，即使縱向貫穿輪轂輪輻部件其他部分的虛線貫穿中心軸，旋轉(zhuǎn)力仍然施加在輪轂上。
本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也包括一個或者多個布置在微電子基片表面的TAB微機電驅(qū)動器。每一個驅(qū)動器連接到相應的輪轂輪輻部件，以便使輪輻部件響應熱驅(qū)動而移動。雖然輪轂輪輻部件可以如其他實施例中所敘述的那樣對熱響應，本實施例的輪轂輪輻部件不需要用其長度隨溫度變化而明顯變化的材料制成，因為微機電驅(qū)動器提供了足夠的移動力。
微機電驅(qū)動器可以有許多不同的實施例，微機電驅(qū)動器最好包括如美國專利申請序列號08/767,192所敘述的熱拱形梁(TAB)驅(qū)動器，其內(nèi)容已經(jīng)引入作為參考。在此，各種TAB驅(qū)動器在圖4中給出。
圖4(a)所示為具有單個拱形梁的TAB驅(qū)動器。如圖所示，TAB驅(qū)動器構(gòu)造在基本微電子基片10上。該TAB梁驅(qū)動器包括附加到基本微電子基片上的兩個支架20和30，和在兩個支架之間延伸的拱形梁40。拱形梁的兩端附加到支架上，使得拱形梁固定在基本微電子基片的表面上方。支架和拱形梁最好用導電金屬制成，例如電鍍鎳，也可以用半導體制成，例如硅。在任何情況下，必須用響應溫度變化而膨脹或者收縮的材料制成拱形梁。典型的梁是用熱膨脹系數(shù)為正的材料制成，它隨著溫度上升而膨脹。然而，梁也可以用熱膨脹系數(shù)為負的材料制成，它隨著溫度上升而收縮。如圖所示，單個梁在預先規(guī)定的方向50拱起，熱膨脹將使得梁在同一方向更加拱起。
TAB驅(qū)動器也可以包括通過對單個拱形梁加上或者移去熱，來改變它的溫度的裝置。當拱形梁的溫度變化，它就以箭頭所示的方向膨脹，或者以箭頭相反的方向收縮?？梢圆捎酶鞣N手段來加熱或者冷卻單個梁，從而使得梁膨脹或者收縮。流過梁的電流可以直接在梁的內(nèi)部產(chǎn)生熱，或者可以采用另一種不直接的外部加熱。也可以用拱形梁周圍氣體或者液體流來加熱或冷卻拱形梁。采用這些和其他的加熱或冷卻技術(shù)的組合也可以用在本發(fā)明內(nèi)。
另一種TAB驅(qū)動器的實施例如圖4(b)所示。如圖所示，TAB驅(qū)動器可以包括兩個支架20和30之間延伸的兩個或者更多的拱形梁40，41和42。進一步，本實施例的TAB驅(qū)動器可以包括至少一個連接器60，用于連接兩個或者多個拱形梁。連接器將使多個的梁所產(chǎn)生的力合起來，以提供更大的力、更大的位移和更剛性和更強有力的驅(qū)動器設(shè)計。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，采用任何數(shù)量的拱形梁和連接器都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，圖4(c)所示為八個梁TAB驅(qū)動器。當拱形梁受熱，它們在預先確定的方向更加拱起。同樣地，至少一個梁加熱和膨脹時，連接器沿箭頭50的方向運動。相反地，至少一個梁冷卻和收縮時，連接器沿箭頭50的相反方向運動。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，拱形梁最好以相同的方向拱起，雖然其中一些的梁以不同的或者相反的方向拱起的另一種安排也是可能的。只有單個拱形梁情況下，TAB驅(qū)動器可以包括各種手段對多個拱形梁的一個或幾個加熱或者冷卻。
圖4(c)所示采用直接加熱拱形梁的TAB驅(qū)動器的一個實施例。在此情況下，電流流過每一個拱形梁，對梁提供直接的電阻性加熱，使得每一個梁在預先確定的方向50上延伸和更加拱起。圖4(d)為TAB驅(qū)動器的另一個實施例，其中，只有一部分拱形梁是由電流直接通過來加熱。如這一例子所示，一部分梁通過電流i直接加熱，而其他梁不加熱，或者由附近帶電的梁間接加熱。其他的梁不通過電流，因為依靠絕緣器21和31，它們與通過電流的梁和支架30在電氣上絕緣。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以采用直接和間接加熱的不同組合，通過拱形梁的電流也不一定相等。圖4(e)為TAB驅(qū)動器的另一個實施例，它具有外部加熱器90，以蜿蜒的圖案布置在基片上，輪流加熱環(huán)境和拱形梁。如圖所示，采用觸點91和92，電氣上向外部加熱器90充電，外部加熱器90典型地用導電金屬或者半導體材料制成。
在敘述了一些有代表性的TAB驅(qū)動器以后，我們回到對圖5(a)和5(b)所示MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)實施例的討論。不管TAB驅(qū)動器的類型如何，每一個輪轂輪輻部件130可操作地連接到TAB驅(qū)動器300和輪轂100兩者上，把旋轉(zhuǎn)力從TAB列傳遞到輪轂。每一個輪轂輪輻部件可操作地連接到相應的TAB驅(qū)動器的拱形梁上，TAB驅(qū)動器的熱驅(qū)動使拱形梁在預定的方向更加拱起，從而使輪轂輪輻部件在預定的方向移動。布置每一個輪轂輪輻部件對可操作地連接的輪轂施加旋轉(zhuǎn)力。雖然所示實施例并不包括圓環(huán)，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以有選擇的進一步包括圓環(huán)以及如前所述安置在圓環(huán)和輪轂之間相應的輪輻部件。
在一個特殊的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)，TAB驅(qū)動器可以使輪轂順時針或者逆時針方向旋轉(zhuǎn)。如圖5(a)所示的例子中，TAB驅(qū)動器集合安置，向輪轂提供順時針的旋轉(zhuǎn)力。相反地，如圖5(b)所示的另一個例子中，TAB驅(qū)動器為另一種安置，在MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)提供順時針和逆時針的旋轉(zhuǎn)力。根據(jù)加熱圖5(b)中哪一個TAB驅(qū)動器，輪轂可以有選擇的以順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)。例如，TAB驅(qū)動器302和304配合使輪轂輪輻130按方向50移動，從而使輪轂100順時針旋轉(zhuǎn)。相反地，驅(qū)動器301和303配合使輪轂輪輻130按方向51移動，從而使輪轂逆時針旋轉(zhuǎn)。
帶有桿的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以上敘述的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的各種實施例可以用在廣泛的各種應用中，包括用作驅(qū)動器，溫度傳感器等等。然而，本發(fā)明的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)還可以包括其他特性，使MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)用到其他更多的應用中。在這點上，圖6(a)和6(b)給出對以上討論的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以作的選擇性的修改。可以把桿250加到任何圓環(huán)結(jié)構(gòu)如圖6(a)所示。此外，如圖6(b)所示，可以把桿250加到這里敘述的任何輪轂結(jié)構(gòu)。如圖所示，桿可以附加到輪轂或者圓環(huán)上，并且從輪轂和圓環(huán)向外延伸。此外，桿可以從圓環(huán)向輪轂向內(nèi)延伸。進一步，輪轂和圓環(huán)可以包括向外和向內(nèi)部延伸組合的桿，或者有另一些其他結(jié)構(gòu)。在任何情況下，桿隨著輪轂和/或者圓環(huán)旋轉(zhuǎn)，可以用于傳遞力。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，隨著輪轂和圓環(huán)旋轉(zhuǎn)，桿可以允許有若干個其他結(jié)構(gòu)，被選擇地驅(qū)動。MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的應用包括但又不局限于桿環(huán)繞，開關(guān)，繼電器，流體閥、泵，電磁快門，和其他驅(qū)動器驅(qū)動的裝置。
具有反射表面的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖7(a)和7(b)敘述了具有反射表面的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。在所述的實施例中，圓環(huán)200的至少一部分表面具有反射表面300。反射表面300可以布置在圓環(huán)的上表面，下表面，或者周邊表面。反射表面可以用微工程技術(shù)作為圓環(huán)上的一層或者涂層。例如，反射表面可以是反射金屬層，例如金層。另外，反射表面也可以通過處理圓環(huán)表面形成。例如，如果圓環(huán)是由硅制的，反射表面可以通過拋光硅形成。隨著圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)，圓環(huán)表面的反射部分最好可以有選擇地旋轉(zhuǎn)進入或者離開光通道。這樣一來，反射表面可以用來反射光，或者作為光閥或快門。如果反射表面由導電材料制成，反射表面可以用來吸收或阻斷電磁能。例如，可以采用金屬反射表面有選擇地阻斷無線電頻率的能量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，具有可控制旋轉(zhuǎn)反射表面的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以用作其他用途。
閥和快門圓環(huán)結(jié)構(gòu)如圖8(a)和8(b)所示，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)稍作修改，可以用作閥門或快門。如圖所示，圓環(huán)可以限定第一孔320，其軸與微電子基片10的表面相交。此外，限定通過微電子基片10的第二孔310。第一和第二孔的安置使得通過圓環(huán)的第一孔320和通過微電子基片10的第二孔310可以有選擇地在圓環(huán)旋轉(zhuǎn)時對中，以便提供通過圓環(huán)和微電子基片的通道。一旦圓環(huán)旋轉(zhuǎn)使第一和第二孔對中，氣體，流體，固體，或者電磁射線便可以穿過圓環(huán)和基片。在圓環(huán)不旋轉(zhuǎn)和在第一第二孔不對中的情況下，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)將阻斷氣體，流體等通過。同樣地，本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以作為閥，快門等。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)并不局限于以上所述的應用。更有甚者，本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以設(shè)計為在MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)停止時第一和第二孔對中，也就是不驅(qū)動時對中，而在MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被驅(qū)動時不對中。
如圖8(a)所示，圓環(huán)也可以包括一個以上的孔?？卓梢约偈篂楦鞣N尺寸，形狀，位置和沿圓環(huán)的周邊相對分散。進一步，在基片上也可以包括一個以上的孔，同樣，基片上的孔可以假設(shè)為各種尺寸，形狀，位置和沿圓環(huán)的周邊相對分散。根據(jù)給定應用的要求，在圓環(huán)和/或者基片可以提供作為閥或者快門的一個或多個孔。在圓環(huán)上的一個或者多個孔和在基片的一個或者多個孔可以有選擇地對中，以限定一個或者多個貫穿其中的通道。
旋轉(zhuǎn)開關(guān)圓環(huán)結(jié)構(gòu)圖9(a)和9(b)所示為設(shè)計作為旋轉(zhuǎn)開關(guān)運行的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。該MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括第一電氣觸點330，它作為圓環(huán)的一部分，或者附加到圓環(huán)200的表面。此外，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括輔助第二電氣觸點340，附加到微電子基片10的表面。如圖9(a)和9(b)所示，第二電氣觸點340由微電子基片上方的支架350定位，使它接近第一電氣觸點。雖然圖中沒有示出，通過或者沿輪轂輪輻部件的圓環(huán)和輪轂提供了第一觸點的第一電氣通道，通過或者沿作為第二觸點的基片的第二電氣通道，使電流流到每一個觸點。雖然第二電氣觸點布置在相對于微電子基片的固定位置，圓環(huán)相對于基片旋轉(zhuǎn)時，第一電氣觸點隨著圓環(huán)旋轉(zhuǎn)。為了可控制地連接第一和第二觸點，第一和第二觸點可以隨著圓環(huán)旋轉(zhuǎn)，有選擇地對中。按照這種方式，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以用做電氣開關(guān)或者繼電器。雖然敘述了一個最佳實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，第一和第二觸點可以相反地布置在圓環(huán)和微電子基片上，仍然允許這一結(jié)構(gòu)起旋轉(zhuǎn)電子開關(guān)或者繼電器的功能。例如，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括部分圓環(huán)，允許第一和第二觸點相互接觸于垂直于微電子基片表面的平面上。進一步，在圓環(huán)和基片上的電氣觸點可以有其他安排，以適合于幾種其他應用，例如可變電阻，或者電位計。為了用作電位計，電氣觸點在MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時保持電連接，以保持觸點之間的電阻?？梢杂秒姎庥|點形成電阻，或者將分開的裝置連接到電氣觸點上。當MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，電阻值可選擇地改變，使得本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以作為可變電阻。
可變電容圓環(huán)結(jié)構(gòu)圖10(a)-(c)所示為MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，它已經(jīng)適用于作為可變電容器?？梢杂肕EMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形成一個或者多個可變電容器。為了形成可變電容器，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括第一導電表面，典型由金制成，如圖10(a)所示，安置于微電子基片10的表面上。最好由一個絕緣層覆蓋并且保護第一導電表面。該絕緣層通常由氮化硅制成，置于第一導電表面上面。第一導電表面包括對應于所示第一可變電容C1的第一盤390。第一導電表面可選擇進一步包括在電氣上與第一盤絕緣的第二盤391，形成第二可變電容C2。第一和第二盤可各自包括一個或多個在相應盤上形成的齒，例如，如圖10(a)所示，第一盤390具有齒392，第二盤391具有齒393。熟悉本技術(shù)的人將認識到，在根據(jù)本發(fā)明形成可變電容的時候，可能采用不同形狀和放置方向的第一和第二盤。
如圖10(b)所示，本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)還包括輔助的第二導電表面380，置于圓環(huán)上面或由圓環(huán)200支持，并且至少部分地與第一導電表面390重疊。在圓環(huán)上的第二導電表面最好如圖所示包括一個或多個齒。如圖10(b)中，用虛線表示包括第一和第二盤的第一導電表面。第一導電表面的第一和第二盤最好相對于圓環(huán)和第二導電表面居中地安放。第一和第二導電表面最好臨近設(shè)置并相互面對，僅由圖10(c)中區(qū)域400表示的一個小的氣隙，或一薄層絕緣的介電材料隔開。
希望第一和第二導電表面之間的重合和形成的電容可以在圓圓環(huán)轉(zhuǎn)動時有選擇地改變。相應地，根據(jù)本發(fā)明，有許多技術(shù)和結(jié)構(gòu)可用于形成可變電容實施例。在一個實施例中，第一導電表面的或更特指是第一或第二盤上的一個或多個齒，在圓環(huán)轉(zhuǎn)動時，可以有選擇地重疊第二導電表面的一個或多個齒。例如，如圖10(b)所示，圓環(huán)在轉(zhuǎn)動時，各個齒可以部分或全部重疊，或完全不重疊，以改變它們之間的電容值。例如，第一導電表面的第一盤上的齒392在位于圓環(huán)上的第二導電表面的齒202的上面，并部分與之重疊，如圖10(b)中示出的平面圖和圖10(c)中的斷面圖所示。最好是在圓環(huán)和在基片上分布的齒是交錯的，圓環(huán)在轉(zhuǎn)動時，第一和第二導電表面上分布的齒之間的重疊也改變，從而提供可變的電容。熟悉本技術(shù)的人將理解到，根據(jù)本發(fā)明的精神可以提供不同尺寸和形狀的齒，例如矩形，方形，圓形或其他形狀的齒。在圓環(huán)轉(zhuǎn)動時，根據(jù)重疊的齒的位置，可以提供線性，非線性，對數(shù)的或其他變化特性的電容。此外，齒之間的重疊相對最小或最大時，電容也可以在最小或最大值之間轉(zhuǎn)動地變化。
但是，在沒有形成齒的第一和第二導電表面重疊部分也能夠建立電容。最好是第一和第二導電表面的沒有齒的部分之間很少或者沒有重疊。同樣，因為齒間不重疊時，寄生電容比較小，電容可以在相對低到相對高的值之間變化。例如，希望在沒有齒的基片上的第一和第二盤的部分與沒有齒的圓環(huán)的部分之間的重疊盡量少。在這種情況下，電容基本確定，并且根據(jù)分布在第一和第二導電表面上的齒的重疊情況而變化。這個概念可以用許多種辦法完成。
例如，圓環(huán)可以比由第一和第二盤決定的圓周的半徑小。齒可以從圓環(huán)向外布置。因此，圓環(huán)轉(zhuǎn)動時，圓環(huán)和盤上的齒可選擇地重疊，此時第一和第二盤的其他部分不與圓環(huán)重疊。例如，可以改變C形第一和第二盤，使得連接齒的導電部分比齒的表面積明顯小。這樣，圓環(huán)上的齒可以布置得與第一和第二盤上的齒重疊，而第一和第二導電表面的無齒部分之間的重疊盡量小或者沒有重疊。在有些情況下，第一和第二導電表面的無齒部分間的重疊可能有好處。在此情況下，至少有一部分的第一和第二導電表面可以布置得重疊，與圓環(huán)的轉(zhuǎn)動無關(guān)，這樣可變電容總能夠提供一個最小電容。根據(jù)以上所有的敘述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，圓環(huán)、第一盤、第二盤以及相應的齒的布置可以根據(jù)需要而改變，以便在圓環(huán)轉(zhuǎn)動時提供可變電容。
此外，圓環(huán)200上的第二導電表面可以用作為一個以上的可變電容的部分。如圖10(b)所示，圓環(huán)同時作為可變電容C1和可變電容C2的一個盤。這樣，可變電容C1和C2通過圓環(huán)的第二導電表面有效地串聯(lián)。
第一和第二導電表面之間的重疊面積能夠受控制地變化，以便在圓環(huán)轉(zhuǎn)動時改變它們之間的電容。盡管可以用半導體材料制成的層作為導電表面，但是，導電表面最好用金屬制成。盡管沒有示出，本實施例的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以包括連接第一和第二導電表面的電氣引線或者通路，以便測量其間的電容。如前所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，在不背離本發(fā)明的精神范圍內(nèi)，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以提供許多其他旋轉(zhuǎn)可變電容設(shè)計的實施例。
用于輪轂和圓環(huán)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)連接元件有兩種主要技術(shù)可以將輪轂100，和選擇地將圓環(huán)附加到微電子基片10上。首先，在一些實施例中，輪轂可以被剛性附加到微電子基片上。在此情況下，輪轂可以直接附加到基片上，或者通過錨或者其他間接地附加到其上。此外，該輪轂可以旋轉(zhuǎn)地連接到下面的微電子基片上，便可以相對自由的轉(zhuǎn)動。
在一個實施例中，輪轂可以通過轉(zhuǎn)動的連接元件附加到微電子基片上。例如，可以采用轉(zhuǎn)動接觸諸如轉(zhuǎn)動件軸承，滾珠或者球窩軸承，或者如美國專利申請?zhí)?8/719,711所敘述的其他一些滾動接觸，其內(nèi)容已經(jīng)在此引入。通過旋轉(zhuǎn)連接元件，輪轂和圓環(huán)可以相對于微電子基片自由轉(zhuǎn)動。最好能用針狀連接機構(gòu)提供至微電子基片的旋轉(zhuǎn)連接，如圖11(a)和(b)所示。盡管在該實施例中示出輪轂，銷狀接頭完全可以同樣地用到圓環(huán)的實施例中。銷360附加到基本微電子基片10上。例如，在輪轂100中提供了一個合適的間隙362，使得銷可以置入其中。同樣，輪轂或者輪轂和圓環(huán)得到如圖所示的錨或者由其他類似物很好的支持。但是，該輪轂或者輪轂和圓環(huán)可以響應前述任何熱驅(qū)動源，圍繞著銷旋轉(zhuǎn)或者轉(zhuǎn)動。該間隙可以根據(jù)轉(zhuǎn)動的需要，做得相對大些或小些。
不管所采用的轉(zhuǎn)動連接元件的形式如何，當采用旋轉(zhuǎn)連接時，由于只要克服相對小的摩擦力或者扭應力，該輪轂總能夠自由轉(zhuǎn)動。一旦輪轂開始旋轉(zhuǎn)，只要有相對小的恒定的轉(zhuǎn)動力，就能夠使輪轂連續(xù)轉(zhuǎn)動。當帶有轉(zhuǎn)動觸點的輪轂轉(zhuǎn)到給定位置，甚至當旋轉(zhuǎn)力已經(jīng)去掉，輪轂會保持在此位置。當然，熟悉本技術(shù)的人將認識到可以應用許多其他旋轉(zhuǎn)連接方法，而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
如上所述，MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的不同實施例可以廣泛用到各種不同的應用，諸如轉(zhuǎn)動開關(guān)，驅(qū)動器，可變電容，可變電阻，快門，閥和其他類似物，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解存在其他一些這里沒有提到的應用。因此，本發(fā)明的MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以用在要求或希望非線性運動的不同應用中，在這些場合常規(guī)線性MEMS驅(qū)動器可能不適合了。
在附圖和說明中，已經(jīng)揭示了本發(fā)明典型的最佳實施例，盡管使用了專業(yè)用語，但僅用于上位的和說明性的目的，并沒有限制本發(fā)明在下述權(quán)利要求中提到的范圍。
權(quán)利要求
1．一種微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括微電子基片；設(shè)置到所述微電子基片表面上的輪轂，所述輪轂限定了貫穿其中的中心軸；從所述輪轂向外延伸的至少兩個輪轂輪輻部件，其中，貫穿所述至少兩個輪轂輪輻部件的至少一部分延伸的虛線與所述輪轂中心軸偏移，并且其中，所述至少兩個輪轂輪輻部件響應溫度變化，對所述輪轂施加旋轉(zhuǎn)力。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括與所述微電子基片隔開、至少部分地包圍所述輪轂的圓環(huán)，其中，所述至少兩個輪轂輪輻部件在所述的圓環(huán)和所述輪轂之間延伸，并且其中，所述至少兩個輪轂輪輻部件響應溫度變化而使長度變化，從而使所述圓環(huán)相對于所述輪轂旋轉(zhuǎn)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述的至少兩個輪轂輪輻部件包括第一和第二輪轂輪輻部件，其中所述輪轂包括可操作地連接到所述第一輪轂輪輻部件的第一部分和可操作地連接到所述第二輪轂輪輻部件的第二部分，其中，所述第一部分和所述第二部分在電氣上絕緣，從而加在它們之間的電壓差產(chǎn)生電流，從所述第一部分，通過所述第一和第二輪轂輪輻部件，并且通過所述的圓環(huán)，流到所述第二部分，從而改變所述第一和第二輪轂輪輻部件的溫度。
4．根據(jù)權(quán)利要求2的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括布置在所述微電子基片表面并且連接其上的至少兩個錨部件；和安置在相應的拱部件和所述的圓環(huán)之間的至少兩個錨定輪輻部件，其中，所述至少兩個錨定輪輻部件響應溫度的變化而使長度變化，從而使所述的圓環(huán)相對于所述輪轂旋轉(zhuǎn)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括對所述至少兩個輪轂輪輻部件提供熱能的加熱器。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述至少兩個輪轂輪輻部件從包括等角度位移和不等角度位移的組中選擇的角度位移，分散在所述輪轂周圍。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括從所述輪轂延伸的至少一個桿部件。
8．根據(jù)權(quán)利要求2的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括從所述的圓環(huán)延伸的至少一個桿部件。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括布置在所述微電子基片表面、可操作地連接到相應的輪轂輪輻部件的至少一個微機電驅(qū)動器，從而所述輪轂輪輻部件響應熱驅(qū)動可控制地移動，所述至少一個微機電驅(qū)動器包括布置在所述微電子基片表面并且與其連接的至少兩個錨部件；和在所述至少兩個錨部件之間延伸的至少一個拱形梁，其中，所述至少一個拱形梁可操作地連接到對應的輪轂輪輻部件上，其中，所述至少一個拱形梁響應熱驅(qū)動進一步拱起，使得所述對應的輪轂輪輻部件移動，從而對所述輪轂施加旋轉(zhuǎn)力。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器包括具有拱形梁的第一組微機電驅(qū)動器，拱形梁的拱起方向是使所述拱形梁進一步拱起，對所述輪轂施加順時針方向旋轉(zhuǎn)力；和具有拱形梁的第二組微機電驅(qū)動器，拱形梁的拱起方向是使所述拱形梁進一步拱起，對所述輪轂施加逆時針方向旋轉(zhuǎn)力。
11．根據(jù)權(quán)利要求9的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器的至少一個拱形梁包括多個拱形梁，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器進一步包括用于連接多個拱形梁的連接器。
12．根據(jù)權(quán)利要求2的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括至少一個微機電驅(qū)動器，布置在所述微電子基片表面，可操作地連接到所述圓環(huán)，使得所述的圓環(huán)響應熱驅(qū)動可控制地移動，所述至少一個微機電驅(qū)動器包括從所述的圓環(huán)向外延伸的至少一個圓環(huán)輪輻部件；至少兩個布置在所述微電子基片表面并且與其連接的拱形部件；在所述至少兩個拱形部件之間延伸的至少一個拱形梁，其中，所述至少一個拱形梁通過所述至少一個圓環(huán)輪輻部件，可操作地連接到所述的圓環(huán)，其中，所述至少一個拱形梁響應熱驅(qū)動進一步拱起，使得所述相應的圓環(huán)輪輻部件移動，從而使所述的圓環(huán)相對于所述輪轂旋轉(zhuǎn)。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器包括具有拱形梁的第一組微機電驅(qū)動器，拱形梁的拱起方向是使所述拱形梁進一步拱起，使所述的圓環(huán)相對于所述輪轂以順時針方向旋轉(zhuǎn)；和具有拱形梁的第二組微機電驅(qū)動器，拱形梁的拱起方向是使所述拱形梁更加拱起，使所述的圓環(huán)相對于所述輪轂以逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
14．根據(jù)權(quán)利要求12的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器的至少一個拱形梁包括多個拱形梁，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器進一步包括用于連接多個拱形梁的連接器。
15．一種微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，包括微電子基片；布置在所述微電子基片表面上的輪轂；布置在所述微電子基片表面上方的圓環(huán)；和至少一個布置在所述的圓環(huán)和所述輪轂之間的輪轂輪輻部件，其中，所述至少一個輪轂輪輻部件，響應溫度變化對所述輪轂施加旋轉(zhuǎn)力。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述輪轂限定了貫穿其中的中心軸，并且其中，貫穿所述至少一個輪轂輪輻部件的至少一部分的虛線也在偏移所述輪轂中心軸的位置貫穿所述輪轂。
17．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括布置在所述微電子基片表面并且連接其上的至少一個錨部件；和布置在對應的錨部件和所述的圓環(huán)之間的至少一個錨定輪輻部件，其中，所述至少一個錨定輪輻部件響應溫度的變化而使長度變化，從而使所述的圓環(huán)相對于所述輪轂旋轉(zhuǎn)。
18．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括對所述至少一個輪轂輪輻部件提供熱能的加熱器。
19．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個輪轂輪輻部件包括多個布置在所述輪轂和所述的圓環(huán)之間的輪轂輪輻部件，所述多個輪轂輪輻部件用從包括等角度位移和不等角度位移的組中選擇的角度位移隔開。
20．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括至少一個從所述的圓環(huán)延伸的桿部件。
21．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括在所述輪轂和所述微電子基片之間的旋轉(zhuǎn)連接元件，便于它們之間相對旋轉(zhuǎn)。
22．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述的圓環(huán)包括在所述的圓環(huán)表面至少一部分上的反射表面。
23．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述的圓環(huán)限定了至少一個孔，其軸和所述微電子基片表面相交，其中，所述的圓環(huán)相對于所述輪轂旋轉(zhuǎn)時，由所述的圓環(huán)限定的所述至少一個孔布置在接近所述微電子基片表面的預先確定的區(qū)域。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述微電子基片表面限定了貫穿其中的至少一個孔，所述的至少一個孔限定在所述微電子基片上，所述的圓環(huán)限定的至少一個孔和所述微電子基片限定的至少一個孔可以有選擇地對中，隨著所述的圓環(huán)相對于所述輪轂旋轉(zhuǎn)，提供通過所述圓環(huán)和所述微電子基片的通道。
25．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括附加到所述微電子基片表面的至少一個觸點，和附加到所述的圓環(huán)上的至少一個觸點，隨著圓環(huán)相對于輪轂旋轉(zhuǎn)，觸點交替連接和斷開。
26．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括附加到所述微電子基片表面的至少一個觸點，和附加到所述的圓環(huán)上隨著旋轉(zhuǎn)的至少一個觸點，隨著所述的圓環(huán)相對于所述輪轂旋轉(zhuǎn)，觸點有選擇地電氣接通，以提供不同數(shù)值的電阻。
27．根據(jù)權(quán)利要求15的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括布置在所述微電子基片表面的第一導電表面；置于覆蓋于所述微電子基片的所述圓環(huán)上的輔助第二導電表面，它與第一導電表面隔開，隨著所述的圓環(huán)相對于所述輪轂旋轉(zhuǎn)，使得覆蓋在所述微電子基片上的第一導電表面部分的輔助第二導電表面的部分變化。
28．一種微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，包括微電子基片；布置在所述微電子基片表面上的輪轂；從所述輪轂向外延伸的至少一個輪轂輪輻部件，它與所述微電子基片表面隔開；布置在所述微電子基片表面上的至少一個微機電驅(qū)動器，可操作地連接到相應的輪轂輪輻部件上，使得所述對應的輪轂輪輻部件響應熱驅(qū)動可控制地移動，所述至少一個微機電驅(qū)動器包括布置在所述微電子基片表面的至少兩個錨部件；和在所述至少兩個錨部件之間延伸的至少一個拱形梁，其中，所述至少一個拱形梁可操作地連接到所述對應的輪轂輪輻部件上，其中，至少一個拱形梁響應熱驅(qū)動更加拱起，使得相應的輪轂輪輻部件移動，從而在所述輪轂上施加旋轉(zhuǎn)力。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括向所述至少一個微機電驅(qū)動器提供熱能的加熱器。
30．根據(jù)權(quán)利要求28的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個輪轂輪輻部件包括多個輪轂輪輻部件，從所述輪轂向不同方向外延，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器包括多個微機電驅(qū)動器，可操作地連接到對應的所述輪轂輪輻部件上。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述多個微機電驅(qū)動器包括具有拱形梁的第一組微機電驅(qū)動器，所述拱形梁的拱起方向使所述拱形梁更加拱起，對所述輪轂施加順時針方向旋轉(zhuǎn)力；具有拱形梁的第二組微機電驅(qū)動器，所述拱形梁的拱起方向使所述拱形梁更加拱起，對所述輪轂施加逆時針方向旋轉(zhuǎn)力；
32．根據(jù)權(quán)利要求28的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器的至少一個拱形梁包括多個拱形梁，其中，所述至少一個微機電驅(qū)動器進一步包括連接所述多個拱形梁的連接器。
33．根據(jù)權(quán)利要求28的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述輪轂限定了貫穿其中的中心軸，其中，貫穿所述至少一個輪轂輪輻部件至少一部分的虛線也在偏移所述輪轂中心軸的位置貫穿所述輪轂。
34．根據(jù)權(quán)利要求28的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括從所述輪轂延伸的至少一個桿部件。
35．根據(jù)權(quán)利要求28的微機電旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，進一步包括在所述輪轂和所述微電子基片之間的旋轉(zhuǎn)連接元件，便于它們之間相對旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
MEMS(微機電旋轉(zhuǎn)系統(tǒng))結(jié)構(gòu)提供了用于響應熱驅(qū)動或其他的旋轉(zhuǎn)設(shè)計。在一個實施例中,MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括具有一個或者多個徑向輪輻部件的輪轂,輪輻部件響應溫度的變化,對輪轂施加旋轉(zhuǎn)力。MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也包括至少一部分包圍輪轂的圓環(huán),通過一個或者多個輪轂旋轉(zhuǎn)部件連接到輪轂上。提供了可控制地順時針方向、逆時針方向、或者既可以順時針,也可以逆時針地旋轉(zhuǎn)。MEMS旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也可以包括熱拱形梁驅(qū)動器,可操作地連接到輪輻部件上。隨著溫度變化,熱拱形梁使得輪輻部件移動,以至于MEMS結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。提供了這些旋轉(zhuǎn)MEMS結(jié)構(gòu)的各種應用,包括但并不局限于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、旋轉(zhuǎn)開關(guān)和繼電器、可變電容器、可變電阻、快門和閥。
文檔編號H01H61/00GK1300345SQ00800391
公開日2001年6月20日 申請日期2000年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月23日
發(fā)明者愛德華·A·希爾 申請人:克羅諾斯集成微系統(tǒng)公司