[发明专利]三自由度MEMS活塞管静电微致动器

权利要求书

1.一种MEMS静电微致动器，其包括：

a.第一基板，其具有顶表面和厚度；

b.在所述基板的所述顶表面的中心处构造的腔，其设定尺寸成接收致动器板；

c.在所述基板的厚度中构造的间隔开的齿电极的阵列，其中所述齿电极的阵列围绕所述腔，其中所述腔是封闭的或开放的腔；

d.每个所述齿电极具有形状、长度、高度和厚度；

e.所述齿电极的阵列被分组成一个或多个齿子阵列，每个所述齿子阵列包括一个或多个齿，其中每个所述齿子阵列中的齿彼此电连接并且与其他齿子阵列电隔离；

f.每个齿子阵列是电可寻址的，由此每个齿子阵列形成所述致动器的定子；

g.第二板，其附接到所述基板并且具有设定尺寸成适于装配在所述基板上的结构，所述第二板具有固定的外围结构和移动的中心结构，由此所述固定的外围结构附接到所述基板，并且所述移动的中心结构保持所述致动器板；

h.在所述第二板的厚度中构造的间隔开的开口阵列；

i.所述开口阵列被设定尺寸成和被设计为接收所述齿电极的阵列并与所述齿电极的阵列交叉，每个所述开口具有长度、宽度和高度；

j.所述开口阵列被分组成一个或多个开口子阵列，每个所述开口子阵列包括一个或多个开口，其中每个所述开口子阵列彼此电连接并且与其它开口子阵列电隔离；

k.每个所述开口子阵列由从所述第二板的所述固定的外围结构延伸的一个或多个支撑梁支撑，以保持它们相对于所述齿电极的阵列对准，由此每个开口子阵列形成所述致动器的转子；以及

l.多个弹簧装置，其沿着所述第二板的所述外围结构延伸，以将每个所述转子连接到所述外围结构，并且在没有驱动电压的情况下使所述转子返回到其初始位置，每个所述弹簧具有长度、厚度和高度，

由此所述定子的齿响应于来自施加在所述定子和所述转子之间的驱动电压的静电力而在致动期间穿入所述转子的所述开口中，并且通过选择性地对每个齿子阵列(定子)和开口子阵列(转子)充电来实现3-DOF致动。

2.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器，其中所述齿电极的阵列是弧形的并且与预定径向间隔径向同心。

3.根据权利要求2所述的MEMS静电微致动器，其中所述微致动器包括三个相等尺寸的子阵列，由此平移致动和旋转致动两者都能够通过激活每个子阵列实现。

4.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器，其中所述齿电极的阵列是矩形、圆形、三角形、梯形、五边形或六边形，并且每个所述齿子阵列沿着它们的长度线性对准并且在每个所述子阵列中形成几个线性行。

5.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器，其中所述齿电极的阵列是矩形、圆形、三角形、梯形、五边形或六边形，并且每个所述齿子阵列沿其长度径向对准，并且在每个所述子阵列中形成多个弯曲行。

6.根据权利要求4或5所述的MEMS静电微致动器，其中所述微致动器包括四个相等尺寸的子阵列。

7.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器，其中定子和转子管通过利用SOI晶片的埋置氧化物(BOX)层彼此电隔离并且电连接。

8.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器，其中使用直接反应离子蚀刻(DRIE)主体微加工工艺在Si/SOI晶片中制造所述MEMS致动器。

9.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器，其中所述弹簧是具有纵向刚度比横向刚度的高比率的长弹簧，以允许大行程致动。

10.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器，其中所述弹簧径向向内延伸。

11.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器，其中所述弹簧具有与所述开口的高度相同的厚度，由此消除了蚀刻所述转子以软化所述弹簧所需的制造步骤，从而简化了制造工艺。