[发明专利]制作低驱动电压微抓举式致动器的方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作低驱动电压微抓举式致动器的方法及其结构，其运用于类似半导体制程技术的面型微加工技术(Surface Micromechaning Technology)，具有批次制作、低成本与集成化特性，以解决传统IC技术缺点。

背景技术

近年来全球所发展的微型风扇(Micro Fan)是运用微机电系统(Microelectromechanical Systems；MEMS)的技术制作元件，其尺寸大约只有2mm×2mm。微型风扇的结构包含二个部份，其一是以自我组装技术(Self-assembly)制作微风扇叶片，其二是以微抓举式致动器(Scratch Drive Actuator；SDA)作为转子所组成的微型马达(Micro Motor)，且微型马达的详细制作步骤是采用MEMSCAP公司所开发的多使用者MEMS制程(Multi-User MEMS Processes；MUMPs)。

微抓举式致动器在应用上相当广泛，动作方式也很多，国际期刊上已有多人发表过关于微抓举式致动器的研究，例如：

Junqi Zhu等人首先提出的微抓举式致动器概念，由多晶硅组成其主要结构，致动原理是利用垂直方向的静电力使致动平板(Plate)以及轴衬(Bushing)摩擦底面绝缘层产生水平致动力，不同的微抓举式致动器排列方式可以组成直线式致动器或步进式旋转马达。

Terunobu Akiyama等人由实验观察微抓举式致动器的位移速度与输入电压频率关系、输入电压峰值与每一步行进距离关系以及致动平板长度与每一步行进距离关系，并将微抓举式致动器连接于一挠性杆件，利用挠性杆件的挠曲(Buckling)以量测微抓举式致动器的输出力，并得出输入电压峰值与输出力的关系。

P.Langlet等人以微抓举式致动器作为X/Y精密定位平台的驱动器，并将此平台应用于光纤耦合的定位，经过实验结果得到不同的致动平板几何形状对微抓举式致动器合格率的影响。

Mita等人将多个倒反的微抓举式致动器用特殊结合技术(Boading)固定于玻璃基材上形成数组，组成微抓举式致动器输送带。

Yamato Fukuta以重塑形技术(Reshaping technology)将微抓举式致动器作为三维结构的自我组装(Self-assembling)装置。

Lin等人以导轨将电压导入微抓举式致动器，并使其推动XYZ三维平台、反射镜面以及微Fresnel(菲涅尔)透镜，组成自由空间(Free-space)微光学实验桌。

Ryan J.Linderman等人将188个微抓举式致动器组成数组并通过特殊结合技术(Boading)连接要致动的对象，再以微链子导入电压。另一方面将微抓举式致动器数组以Flip chip bonding(覆晶)技术固定在陶瓷板上，并以实验来验证理论推导所得到的最佳致动平板长度。

Paul E.Kladitis将微抓举式致动器以圆形排列，组成直径520μm的旋转马达，并将硅叶片立起固定于该马达上，可应用于推动微流体。

到目前为止，所有文献均无法精准测量出微抓举式致动器所能输出的力量与位移、可运作的寿命与模态以及操作电压的容许范围，由于需要整合多项高难度的关键技术，推论其原因在于对微抓举式致动器的特性尚未能完全掌握，其可能原因为：

(一)适当的电极层和绝缘层不容易制作。

(二)尺寸设计尚未达到最佳化，包括深宽比、beam(悬臂梁)的形状以及孔洞大小……等等。

(三)驱动电压下降。

上述每一原因都足以影响整个微抓举式致动器的性能，改变任何一个参数对整个制程的整合都是挑战，开发完整的制程整合步骤来进行理论与实验最佳化，是目前微抓举式致动器最难突破的瓶颈。

如图1所示，为微抓举式致动器的动作原理，当致动平板10与轴衬11有电容式的结构形成时，可在致动平板10上得到静电力，当一个具周期性的静电力外加于致动平板10上时，会造成致动平板10在基板12上形成步进运动，如图中的(b)、(c)、(d)即描述了当外加方波在致动平板10与基板12之间的步进动作。

当外加一个正偏压时，致动平板10因为静电力而被基板12吸引，但是致动平板10前方具有轴衬11，使其整个平板区域并不会完全吸附在绝缘层(insulator)13上，因此会有电荷暂存于致动平板10上，进而造成致动平板10具有弹性张力。

当电压下降时，此弹性张力立即被释放，使得致动平板10恢复原来的形状，且在释放电压时，由于轴衬11一直与绝缘层13接触，会产生摩擦力让整个致动平板10前进。