[发明专利]使用热塑材料的可锁定的微型机电致动器及其操作方法

说明书

本发明涉及一种机电系统，具体地说，涉及一种机电系统和操作所述机电系统的方法。

研制出了微型机电系统(MEMS)，作为常规的机电装置例如继电器、致动器、阀门和检测器的替代物。由于使用微电子制造技术，MEMS装置是一种低成本的装置。因为MEMS装置可以比常规的机电装置小得多，所以还可以提供新的功能。

MEMS技术的许多应用使用MEMS致动器。这些致动器可以使用一个或几个在一端或两端固定的横梁。这些致动器可以使用静电、磁、热与/或其它形式的能量被致动。

在MEMS致动器中的一个主要的突破在本发明人等的名称为“Thermal Arched Beam Microelectromechanical Actuators”的美国专利5909078中描述，该专利的内容在此列为参考。其中所披露的是一类热控弓形梁微型机电致动器，其包括在微电子衬底上被分开的支撑之间延伸的弓形梁。所述弓形梁在受热时则膨胀。提供一个装置用于对弓形梁施加热量，从而使其由于热胀而使其弓形更弯，借以引起弓形梁的位移。

出乎意料地，当作为微型机电致动器使用时，弓形梁的热膨胀可以产生相当大的位移和相当大的力，同时消耗合理的功率。可以使用连接器机械地连接多个弓形梁。还可以包括至少一个补偿弓形梁，其沿着和多个弓形梁相反的第二方向弯成弓形，并且也和连接器机械地连接。补偿弓形梁可以补偿环境温度或其它的影响，从而使得致动器和检测器能够进行自补偿。热控弓形梁可用于提供致动器、继电器、检测器、微型阀门和其它的MEMS装置。热控弓形梁微型机电装置和相关的制造方法在Dhuler等人的名称为“ThermalArched Beam Microelectromechanical Switching Array”的美国专利5955817,Dhuler等人的名称为“Microelectromechanical positioningApparatus”的美国专利5962949,Dhuler等人的名称为“ThermalArched Beam Microelectromechanical Devices and AssociatedFabrication Methods”的美国专利5994816，以及Dhuler等人的名称为“Thermal Arched Beam Microelectromechanical Structure”的美国专利6023121中描述了，这些专利的全文在此列为参考。

不幸的是，常规的MEMS致动器可能需要对其连续施加静电电位、磁场、电流与/或其它的能量，以便把致动器保持在一个设置或致动的位置。这可能消耗过多的功率。此外，功率的中断可能引起致动器复位。

在MEMS致动器中提供缺口、凹坑、凸起、凹口与/或其它机械特征，可以使致动器被机械地设置在给定的位置，这是公知的。例如，参见上述的美国专利5955817和5994816。不幸的是，这些机械特征可能会受到磨损。此外，由于MEMS致动器的小的尺寸和在MEMS装置中静态和动态摩擦力的不确定的值，要可靠获得依赖于摩擦的机械锁定是困难的。因而，尽管已经具有常规的微型机电装置，但是还需要可锁定的微型机电致动器，其在锁定时不消耗功率，并且不依赖于机械摩擦进行锁定。

按照本发明的实施例的可锁定的微型机电致动器包括微型机电致动器，和所述微型机电致动器连接的用于锁定微型机电致动器的热塑材料，以及用于熔化所述热塑材料从而使微型机电致动器能够运动的加热器。当热塑材料被固化时，可以锁定微型机电致动器的运动，而不需要对微型机电致动器施加电、磁与/或静电能量的形式的维持功率，并且不需要依赖机械摩擦使微型机电致动器保持定位。因而，热塑材料可以用作黏胶，把结构保持在特定的位置而不需要继续施加功率。此外，已经意外地发现，热塑材料可以被足够快地固化，从而把微型机电致动器锁定在其最近的位置，或者锁定在其最近的位置附近。

本发明的实施例最好被制成在衬底上，其中所述加热器位于衬底上，并且其中微型机电致动器的一部分和所述加热器相邻并和所述加热器隔开一定距离，并且其中热塑材料位于所述加热器和所述微型机电致动器的一部分之间。微型机电致动器可以沿着衬底运动，从而提供“共平面”的微型机电致动器的实施例。此外，所述致动器可以不在衬底的平面内运动，例如，垂直于衬底，从而提供“异平面”的微型机电致动器的实施例。