專利名稱：微抓舉式致動器結構的制作方法
微抓舉式致動器結構技術領壤本發明涉及微抓舉式致動器，特別是一種可以降低其功率消耗并延長壽命的 微抓舉式致動器結構。 背承技術近年來全球所發展的微型風扇(Micro Fan)是運用微機電系統(Micro electromechanical Systems;MEMS)的技術制作元件，其尺寸大約只有2 mmx2 mm。 微型風扇的結構包含二個部份，其一是以自我組裝技術(Self-assembly)制作的微 風扇葉片，其二是以微抓舉式致動器(Scratch Drive Actuator; SDA)作為轉子所 組成的微型馬達(Micro Motor),且微型馬達的詳細制作步驟是采用MEMSCAP 公司所開發的多使用者MEMS制程(Multi-User廳MS Processes;固MPs)。最理想的致動平板尺寸，近年來已由元件仿真與元件制作測量所得結果顯示， 當SDA平板長為78nm、寬為65nm左右時，元件有最佳的表現；但是，致動平板的形狀至今仍沒有最佳設計，如圖1所示，習用微抓舉式致 動器的致動平板10的形狀大致可分為三種(一) 矩形平板；(二) 三角形平板；(三) 三角形與矩形結合的綜合形平板；制作微抓舉式致動器時，若采用三角形平板，主要是以元件壽命為優先考慮，因為三角形平板的尾端面積比其它形狀的平板小，尾端所殘留的電荷較少，因此 元件平板較不容易因為殘留的電荷而在絕緣層與平板之間產生吸附現象。然而三 角形平板的總面積較小，故需要較大的偏壓使其撓曲及驅動。相對于三角形平板，矩形平板的總面積較大，可以確實降低元件的驅動電壓， 但是相反的，較大的尾端面積所造成的殘留電荷也較多，造成矩形平板的元件壽 命比三角形平板短。綜合形平板的驅動電壓與元件壽命恰好介于三角形平板與矩形平板之間，但 是對于同時兼顧降低功率消耗以及延長壽命，至今仍沒有兩全其美的方法，因此 若要徹底解決上述各種習用結構所存在的種種問題，必須開發一種全新概念的創新布局o另外，微抓舉式致動器的致動平板10主要是由多晶硅材料所制作的支承梁11 與主結構層12連接，利用加上偏壓時，致動平板10與基板之間的靜電力所產生 的力矩與支承梁11的力矩合來抵抗摩擦力，使微抓舉式致動器運作。其中支承梁 11的寬度約為3pm左右，與致動平板10的尺寸相比之下顯得非常細，導致支承 梁11出力下降，而且經常在定義支承梁11與致動平板10形狀的蝕刻過程中，因 為側蝕現象導致支承梁11斷裂，使得制程的合格率降低，不符合低成本量產的商 業化需求，因此在支承梁11與致動平板10之間連接的設計也必需研擬改良之道。 發明內容針對上述問題，并考慮制程合格率、元件壽命以及驅動電壓……等因素，本 發明的主要目的在于提供一種微抓舉式致動器結構，其可減少偏壓所產生的電荷 殘留，延長元件壽命，并可提高制程合格率。為達到上述目的，本發明所提供的一種微抓舉式致動器結構，其包含一致動 平板，所述致動平板通過支承梁與主結構層連接，其特征在于所述支承梁與所 述主結構層的連接處具有導角，所述致動平板尾端設有一個以上的蝕刻孔。該微抓舉式致動器結構可應用于微型風扇馬達的結構組裝、微散熱模塊的結 構組裝、微出力元件的結構組裝、微流道系統及微光通訊開關。采用上述技術方案，本發明在致動平板尾端增設蝕刻孔，以減少其尾端面積， 同時減少偏壓所產生的電荷殘留，除此之外，本發明另在支承梁與主結構層連接 處設置導角，以避免支承梁在蝕刻制程中斷裂，進而提高制程合格率，使微抓舉 式致動器的元件制作達到簡單、迅速、低成本目標，解決習用布局設計的缺點。 因此，本發明可加速致動平板微結構的釋放，有效降低致動平板前端所累積的殘 留電荷，以延長其生命周期并降低驅動電壓。而且本發明在多晶硅支撐梁與致動 平板連接處加入特殊導角設計，可增加支撐梁的彎曲剛性，進一步有效提升微抓 舉式致動器元件制造合格率，并減少其致動期間因結構斷裂而產生故障的機率。
圖1是習用致動平板的形狀示意圖；圖2是本發明致動平板的形狀示意圖；圖3是本發明支承梁的導角示意圖；圖4是微抓舉式致動器的貼底電壓與致動平板形狀關系圖。
具體實施方式
現舉以下實施例并結合附圖對本發明的結構及功效進行詳細說明。如圖2所示，本發明在微抓舉式致動器的致動平板20尾端設置有蝕刻孔30，蝕刻孔30的功能主要是在減少致動平板20尾端面積，減少加上驅動偏壓時所產 生的電荷殘留，同時降低其尾端的摩擦面積，以減少絕緣層與致動平板20致動時 所造成的磨損。再如圖4所示，其中「Triangle」表示習用的三角形平板，「Reetangle」表示 習用的矩形平板，「Special」則表示本發明于矩形平板末端增設蝕刻孔30的特殊 型SDA，采用本發明所提供的致動平板20設計后，雖然本發明的貼底電壓(pritning voltage)比習用的矩形平板高，但是仍低于習用的三角形平板，而且本發明的元 件壽命可以大大提升。如圖3所示，本發明另在支承梁21與主結構層22的連接處設置有導角40， 可以避免支承梁21在蝕刻制程時斷裂，進而提高制程合格率。若利用掃描式電子 顯微鏡(Scanning Electron Microscope; SEM)拍攝SDA元件結構，在蝕刻與側 蝕比1 : 1的情況下即可看出，本發明設計的導角40可確實保護支承梁21避免斷 裂。本發明在致動平板20尾端設置蝕刻孔30的設計，可以增加矩形平板與綜合 形平板的元件壽命，使其工作時間趨近于三角形平板，但仍保有較小驅動電壓的 優點。三角形平板雖然也可以在尾端增設蝕刻孔30，以增加其元件壽命，但因為驅 動電壓會升高，所以只適用于較長工作時間而且不需要低驅動電壓的工作環境。因此，本發明可有效減少致動平板殘留電荷的問題，并降低支承梁在蝕刻過 程中因為側蝕現象斷裂的缺點，適用于制作工作時間較長且使用平面制程的積體 化技術大量生產，而且本發明不僅可使習用的微抓舉式致動器制作合格率明顯提 高以降低制作成本，同時可降低微抓舉式致動器的操作電壓，并提升元件壽命。本發明可廣泛的運用于各類量產化產品，例如微型風扇馬達的結構組裝、 微散熱模塊的結構組裝、微出力組件的結構組裝、微流道系統以及微光通訊開關。綜上所述，本發明相比于習用結構具有顯著的功效增進。以上所述，僅為本發明的較佳實施型態，凡應用本發明說明書、權利要求書 或附圖所作的等效結構變化，均應包含在本發明的專利保護范圍內。
權利要求
1. 一種微抓舉式致動器結構，其包含一致動平板，所述致動平板通過支承梁與主結構層連接，其特征在于所述支承梁與所述主結構層的連接處具有導角，所述致動平板尾端設有一個以上的蝕刻孔。
2、 權利要求1所述微抓舉式致動器結構在微型風扇馬達的結構組裝中的應用。
3、 權利要求1所述的微抓舉式致動器結構在微散熱模塊的結構組裝中的應用。
4、 權利要求1所述微抓舉式致動器結構在微出力元件的結構組裝中的應用。
5、 權利要求1所述微抓舉式致動器結構在微流道系統中的應用。
6、 權利要求1所述微抓舉式致動器結構在微光通訊開關中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種微抓舉式致動器結構，其包含一致動平板，致動平板通過支承梁與主結構層連接，支承梁與主結構層的連接處具有導角，致動平板尾端設有一個以上的蝕刻孔。本發明可加速致動平板微結構的釋放，有效降低致動平板前端所累積的殘留電荷，以延長其生命周期并降低驅動電壓。而且本發明在多晶硅支撐梁與致動平板連接處加入特殊導角設計，可增加支撐梁的彎曲剛性，進一步有效提升微抓舉式致動器元件制造合格率，并減少其致動期間因結構斷裂而發生故障的機率。
文檔編號H02N1/00GK101252324SQ200710003170
公開日2008年8月27日 申請日期2007年2月25日 優先權日2007年2月25日
發明者李彥其, 林君穎, 洪銀樹, 黃義佑 申請人:建凖電機工業股份有限公司