抗震的MEMS致动器结构的制作方法

本申请要求于2015年12月30日提交的标题为“抗震的mems致动器结构”的美国通用申请序列第14/985,175号的权益。其内容通过引用并入本文，如同其全部内容一样。

本公开一般涉及用于微机电系统(mems)的抗震结构，并且更具体地涉及用于mems致动器的抗震结构。

技术实现要素：

根据本文公开的技术的各种实施例，公开了抗震mems装置结构。在一个实施例中，用于mems装置的运动控制挠曲件包括：包括第一端部和第二端部的杆，其中杆沿其长度逐渐变细，使得杆在其中心处最宽并且在其端部处最薄；直接连接到杆的第一端部的第一铰链；以及直接连接到杆的第二端部的第二铰链。在该实施例的各种实施方式中，杆的长可以在1mm至4mm之间并且宽在10μm至70μm之间，并且第一铰链和第二铰链中的每一个的长为0.05mm至0.3mm并且宽为1μm至10μm。在具体的实施方式中，杆在其中心处约50μm宽，并且在其第一端部和第二端部处约35μm宽。

在另一个实施例中，用于mems装置的导电悬臂包括具有第一端部和第二端部的弯曲的中心部分，其中中心部分包括拐点；连接到中心部分的第一端部的第一根部；以及连接到中心部分的第二端部的第二根部。在该实施例的各种实施方式中，导电悬臂的总长度可以在4.5毫米与7毫米之间，并且中心部分的宽可以在0.012毫米至0.030毫米。在导电悬臂的一个具体实施方式中，第一根部和第二根部中的每一个在垂直于悬臂长度的方向上通过相应分叉接合部连接到中心部分。在该实施方式中，分叉接合部包括多个平行梁。在一个实施例中，分叉接合部包括第一锥形端部，该第一锥形端部在垂直于悬臂长度的方向上连接到第二锥形端部。

在又一个实施例中，用于mems装置的震动止动件的宽在0.250毫米至1.000毫米之间并且长在0.0250毫米至1.200毫米之间，并且包括直径在10微米与20微米之间的多个圆形孔。在该实施例的一个实施方式中，震动止动件可以用在mems致动器中。在该实施例中，mems致动器可以包括：内框架，内框架包括震动止动件；以及通过多个挠曲件连接到内框架的外框架，其中外框架包括相应的震动止动件，所述相应的震动止动件配置成在震动的情况下接触震动止动件。

如本文所用，定量术语“约”是指正或负10％。例如，“约10”将包含9至11。此外，在本文中结合定量术语使用“约”时，应该理解，除了数值正或负10％之外，还考虑和描述了定量术语的精确值。例如，术语“约10”明确地考虑、描述并精确地包括10。

根据以下详细描述并结合附图，本公开的其他特征和方面将变得显而易见，附图以示例的方式示出了根据各种实施例的特征。该概述并非旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

附图说明

参考以下附图详细描述根据一个或多个各种实施例的所公开的技术。提供附图仅用于说明的目的，并且仅描绘所公开的技术的典型或示例实施例。提供这些附图是为了便于读者理解所公开的技术，并且不应被视为限制其广度、范围或适用性。应该注意，为了清楚和易于说明，这些附图不一定按比例绘制。

图1a示出了根据所公开的技术的示例实施例的梳状驱动器的平面图。

图1b示出了包括图1a的六个梳状驱动器的双向梳状驱动致动器的平面图，根据所公开的技术的实施例，可以使用抗震运动控制挠曲件。

图1c是根据所公开的技术的实施例的连接到第二梳状驱动器的第一梳状驱动器的放大图。

图1d示出了可用于实施例中以在震动事件期间吸收惯性负载的用于致动器的锥形运动控制挠曲件。

图2a示出了根据所公开的技术的示例实施例的mems致动器的平面图。

图2b示出了根据所公开的技术的示例实施例的图2a的致动器的悬臂的横截面图。

图2c示出了可以在所公开的技术的实施例中实施的具有分叉接合部设计的悬臂。

图2d示出了可以在所公开的技术的实施例中实施的具有s形设计的悬臂。

图2e示出了可以在所公开的技术的实施例中实施的具有s形设计和分叉接合部的悬臂。

图2f示出了可用于图2e的悬臂中的分叉接合部的替代实施例。

图3a示出了根据所公开的技术的包括外框架、内框架和震动止动件的示例mems致动器。

图3b是图3a的mems致动器的闩锁机构和震动止动件的放大视图。

图3c示出了可以在所公开的技术的实施例中实施的一对震动止动件。

图3d示出了可以在所公开的技术的实施例中实施的震动止动件。

图4是根据所公开技术的各种实施例利用的示例图像传感器封装件的分解立体图。

附图并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。应该理解，本发明可以通过修改和变更来实践，并且所公开的技术仅由权利要求及其等同物限制。

具体实施方式

根据所公开的技术的各种实施例，公开了抗震mems装置结构。更具体地，图1至图4示出了根据本文公开的技术的特定实施例的用于移动可以实施抗震mems结构的光电子装置的mems致动器。在实施方式中，本文描述的抗震结构可以减小mems致动器上的负载并且抵抗可能引起mems致动器的震动的事件(例如，掉落mems致动器)期间的变形。应该注意，尽管主要参考图1至图4的示例mems致动器来描述抗震mems驱动器结构，但是本领域的技术人员将认识到，抗震结构可以在包括可能遭受震动事件的移动部件的其他mems设备中实施。

图1a至图1b示出根据本公开的示例实施例的梳状驱动器10和包括六个梳状驱动器10a至梳状驱动器10f的双向梳状驱动致动器20的平面图。如图1a所示，每个梳状驱动器10包括梳状指状物阵列15和梳状指状物阵列16。每个梳状指状物阵列15和梳状指状物阵列16包括相应的脊状件(14、12)和多个梳状指状物(13、11)。

双向梳状驱动致动器20包括第一框架件22a和第二框架件22b以及第一运动控制挠曲件24a和第二运动控制挠曲件24b。尽管在图1b中未详细示出，可以理解，如图1a所示，对于每个梳状驱动器10a至梳状驱动器10f，梳状指状物11和梳状指状物13基本上从左到右延伸，在梳状指状物阵列15a至梳状指状物阵列15f以及梳状指状物阵列16a至梳状指状物阵列16f中反之亦然。此外，应该理解，脊状件12和脊状件14从第一框架件22a基本垂直延伸到第二框架件22b，即基本上与运动控制挠曲件24a至运动控制挠曲件24b平行。这由图1c示出，图1c示出了连接到第二梳状驱动器10c的第一梳状驱动器10b。

如该实施例所示，脊状件14附接到第二框架件22b，而脊状件12附接到第一框架件22a。在操作期间，由于每个梳状驱动器10a至梳状驱动器10f的梳状指状物阵列15和梳状指状物阵列16通过静电力相互吸引或排斥，所以发生移动，使得第一框架件22a同样在第二框架被固定时的方向上移动(例如，在图1b中的正x方向上)。本领域技术人员在研究本公开内容后将认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可以通过除施加电压之外的方法在每对梳状指状物阵列15和梳状指状物阵列16之间形成静电力和其他动力。例如，可以将电荷施加到梳状指状物阵列15和梳状指状物阵列16。

在各种实施例中，脊状件12和脊状件14以及第一框架件22a和第二框架件22b的尺寸可以足够宽和足够深，以便在静电力或其他动力的施加范围内基本上不变形。例如，在特定实施例中，脊状件12和脊状件14可以约20微米至100微米宽且约50微米至250微米深，并且第一框架件22a和第二框架件22b可以大于约50微米的宽和约50微米至250微米的深。

在一个实施例中，在梳状驱动致动器20的操作期间，当梳状指状物阵列15a和梳状指状物阵列16a通电(例如，以上述方式)时，相对于第一框架件22a和第二框架件22b施加动力，使得根据第一框架件22a和第二框架件22b中的哪一个被机械地固定，第一框架件22a或第二框架件22b相对于第二框架件22b或第一框架件22a从初始位置基本上水平地移动。一旦梳状指状物15a和梳状指状物16a不再带电，由于第一运动挠曲件24a和第二运动挠曲件24b的弹簧恢复力，第一框架件22a或第二框架件22b移回到初始状态。关于这种实施方式，当梳状驱动器10c的梳状指状物阵列15c和梳状指状物阵列16c通电时，除梳状驱动器10a产生的运动之外，还实现基本相反方向的运动(例如，在图1b中的相反的x方向上)。类似地，可以通过使梳状驱动器10b、梳状驱动器10d和梳状驱动器10e至梳状驱动器10f的梳状指状物阵列通电来实现在这两个方向(图中的正和负x方向)上的双向移动。

在各种实施例中，梳状指状物阵列15a至梳状指状物阵列15f以及梳状指状物阵列16a至梳状指状物阵列16f的脊状件12和脊状件14可以以不同配置附接到第一框架件22a和/或第二框架件22b以实现不同目的。例如，在一个实施例中，对于每个梳状驱动器10a至梳状驱动器10f，脊状件12附接到第一框架件22a，而脊状件14附接到第二框架件22b。此类配置导致梳状驱动器10a至梳状驱动器10f的并联级联，其可以增加最终施加到第一框架件22a和第二框架件22b的静电力。在另一个示例实施例中，如上所述，梳状驱动器10a至梳状驱动器10f以背靠背的方式布置以实现双向运动。尽管上面关于梳状驱动器10a至梳状驱动器10f描述了这种背对背布置，即六个梳状驱动器10--可以使用不同数量的梳状驱动器以实现双向运动。

在一个实施例中，每个梳状驱动器10a至梳状驱动器10f的梳状指状物阵列，例如梳状指状物阵列16a、梳状指状物阵列16c、梳状指状物阵列16e或梳状指状物阵列15b、梳状指状物阵列15d、梳状指状物阵列15f可以连接到充当用于其他三个梳状指状物阵列的参考的公共电位(例如，接地或某个其它正电压或负电压)。给定该参考，取决于所需的运动方向，不与公共电位连接的梳状指状物阵列可以被通电。

例如，考虑其中梳状驱动器10a至梳状驱动器10f的梳状指状物阵列15a、梳状指状物阵列16b、梳状指状物阵列15c、梳状指状物阵列16d、梳状指状物阵列15e和梳状指状物阵列15f被连接到共地的实施例。在该实施例中，梳状驱动致动器20的移动可以通过给梳状指状物阵列16a施加正电压或负电压(例如，相对于地面或其他公共参考)来实现，因此使得梳状指状物阵列16a被吸引到梳状指状物阵列15a。假定第二框架件22b被固定，则在该示例中，该吸引力将使得第一框架件22a向图1b中的左侧移动。除此图示之外，对梳状指状物阵列15b通电可能需要施加正电压或负电压15b，因此使得梳状指状物阵列15b被吸引到梳状指状物阵列16b。再次假定第二框架件22b被固定，在这种情况下，该吸引力将使得第一框架件22a向图1b中的右侧移动。

在进一步的实施例中，由梳状驱动器10a产生的动力可以不同于由另一个梳状驱动器10b至梳状驱动器10f产生的动力。例如，可以将不同大小的电压施加到梳状指状物阵列15b、梳状指状物阵列15d和梳状指状物阵列15f中的一些或全部，或者无论哪些梳状指状物阵列都不被连接到公共电位。在一些实施例中，为了使梳状指状物阵列15b、梳状指状物阵列15d和梳状指状物阵列15f保持不同的电压电平或静电或电荷状态，梳状指状物阵列可以彼此电隔开(或隔离)。

第一框架件22a或第二框架件22b和每个梳状驱动器10a至梳状驱动器10f的梳状指状件阵列15a至梳状指状件阵列15f或梳状指状件阵列16a至梳状指状件阵列16f的移动可以通过第一运动控制挠曲件24a和第二运动控制挠曲件24b在一定程度上被引导和/或控制。在该特定实施例中，例如，第一运动控制挠曲件24a和第二运动控制挠曲件24b在水平方向上(即，在梳状指状物11和梳状指状物13的方向上)基本上是可弯曲的或柔软的，并且在垂直方向上(即，在脊状件12和脊状件14的方向上)基本上是坚硬的或刚性的。因此，第一运动控制挠曲件24a和第二运动控制挠曲件24b允许梳状驱动器10基本上限制垂直方向上(即，在图1b中的y方向上)的运动的同时实现水平(即，在图1b中的x方向上)的双向运动。

在一些实施例中，第一运动控制挠曲件24a和第二运动控制挠曲件24b的布置可被称为双平行挠曲运动控制。此类双平行挠曲运动控制可能产生接近线性的运动，但可能存在称为弧形运动的轻微跳动(run-out)。尽管如此，梳状指状物11的一侧上的间隙可以不等于梳状指状物11的另一侧上的间隙，并且这可以有利地用于设计以校正诸如双平行挠曲运动控制的弧形运动的效果。在实施例中，可以使用附加的结构以控制第一框架件22a和第二框架件22b相对于彼此的运动。

在所示实施例中，第一挠曲件24a和第二挠曲件24b包括在其相应端部上的较薄部分24a-2和较薄部分24b-2。当例如第一框架件22a相对于第二框架件22b或反之亦然(即，沿图1b中的x方向)平移时，这些较薄部分可以允许弯曲。在实施例中，较薄部分24a-2和较薄部分24b-2可以被成形为y接合部以增加允许沿x方向运动的挠性。在实施例中，第一挠曲件24a和第二挠曲件24b的较厚部分24a-1和较厚部分24b-1的尺寸可以为约10微米至50微米(μm)宽(即，图1b的x方向上的宽度)，并且较薄部分24a-2和较薄部分24b-2的尺寸可以为约1μm至10μm宽。在各种实施例中，可根据需要使用任何数量和类型的运动控件以控制或限制梳状指状物阵列15或梳状指状物阵列16的运动。受控运动可增强梳状驱动致动器20实现运动的总体精度，或者将诸如例如图像传感器的装置定位在智能手机相机中。另外，受控运动有助于避免梳状指状物11和梳状指状物13咬合在一起的情况。例如，受控运动通常可以通过在梳状指状物15和梳状指状物16的期望运动方向上产生较低水平的刚度，同时在与梳状驱动致动器20的平面中的梳状指状物15和梳状指状物16的运动正交的方向上产生较高水平的刚度。通过示例，这可以使用双平行挠曲型运动控制来完成。

在各种实施例中，运动控制挠曲件24a和运动控制挠曲件24b可被设计成改进mems致动器装置的震动性能。在这种实施例中，运动控制挠曲件24a和运动控制挠曲件24b可以被设计成在震动事件(例如，掉落包含mems致动器的装置)期间吸收力或负载。例如，在特定实施例中，运动控制挠曲件24a和运动控制挠曲件24b可以被设计成吸收由于mems致动器(未示出)以及三个梳状阵列对(10a、10c、10e)和(10b、10d、10f)中的至少一个的运动级而引起的惯性负载。在这些实施例的具体实施方式中，这种惯性负载可以在200mn至800mn之间。

图1d示出了在实施例中用于在震动事件期间吸收惯性负载的锥形运动控制挠曲件24的特定设计。在实施例中，运动控制挠曲件24可以在进入屈曲状态(即变形之前)之前吸收100mn至400mn之间的负载力。

如图所示，运动控制挠曲件24包括两个薄的柔软铰链24-2和连接两个铰链的宽的刚性杆24-1。在实施例中，杆24-1可以在x方向上为1毫米至4毫米(mm)长，并且在y方向上为10μm至50μm宽。在实施例中，铰链24-2可以在x方向上为0.05mm至0.3mm长，在y方向上为1μm至10μm宽。在这些实施例中，铰链24-2的尺寸可被优化以实现所需的刚度或避免屈曲。如在该特定实施例中所示，杆24-1沿其长度逐渐变细，使得其在中心处最宽且在其端部处最薄。在一些实施例中，这种锥形设计允许运动控制挠曲件24在进入屈曲状态之前吸收更大的负载力。在该实施例的特定实施方式中，锥形杆24-1在其中心处可为35μm至50μm宽，而在其端部可为20μm至40μm宽。在一个特定实施例中，刚性杆24-1在其中心处约50μm宽，在其端部约35μm宽，并且能够在屈曲之前吸收约280mn的惯性负载。在替代实施例中，刚性杆24-1沿其整个长度可以是均匀宽的。

图2a示出了根据本公开的示例实施例的示例mems多维致动器40的平面图。如该实施例所示，致动器40包括通过一个或多个弹簧元件或挠曲件80连接到内框架46的外框架48(分成四个部分)、四个双向梳状驱动致动器20a至双向梳状驱动致动器20d以及一个或多个悬臂44a至悬臂44d，该一个或多个悬臂44a至悬臂44d包括连接到梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d的一端部的第一端部和连接到内框架46的第二端部。尽管图2a示出了包括四个梳状驱动致动器20的示例性致动器40，但是在其他实施例中，致动器40可以包括不同数量的梳状驱动致动器20。

在实施例中，致动器40包括锚固件42，锚固件42刚性地连接或附接到一个或多个梳状驱动致动器20的第一框架件22a和/或第二框架件22b，使得锚固件42相对于其机械地固定。因此，例如，如果第一框架件22a被附接到锚固件32，则第二框架件22b相对于第一框架件22a的运动也可被认为是相对于锚固件42的运动。

在致动器40的操作期间，梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d可以在内框架46和锚固件42之间施加受控的力。一个或多个梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d可以刚性地连接或附接到锚固件42，并且锚固件42可以相对于外框架48机械地固定(例如，刚性地连接或附接)。在一个实施例中，平台刚性地连接或附接到外框架48和锚固件42。以这种方式，平台可以将外框架48相对于锚固件42机械地固定(和/或反之亦然)。内框架46然后可以相对于外框架48和锚固件42两者移动，并且也相对于平台移动。在一个实施例中，平台是硅平台。在各种实施例中，平台是光电子装置或图像传感器，诸如电荷耦合装置(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。

在实施例中，致动器40的尺寸可以与平台的尺寸基本相同，并且平台可以附接到外框架48和锚固件42，从而将锚固件42相对于外框架48机械地固定。在另一个致动器40的实施例中，平台小于致动器40，并且平台附接到内框架46。在该特定实施例中，外框架48相对于锚固件42固定(或刚性连接或附接)，并且内框架46由各种梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d移动。

在一个实施例中，两个梳状驱动致动器20a和梳状驱动致动器20d沿着致动器40的平面中的第一方向或轴线(例如，东/西或左/右)致动，并且两个梳状驱动致动器20b和梳状驱动致动器20c沿着致动器40的平面中的第二方向或轴线(例如，北/南或顶部/底部)致动。第一方向和第二方向可以在致动器40的平面中基本上彼此垂直。

梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d的各种其他配置是可能的。此类配置可以包括梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d中的每一个中的更多或更少的梳状驱动器10，以及梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d的各种定位和/或布置，例如以使得能够以更多或更少的自由度(例如，以三角形、五角形、六角形形状等)进行致动。

在实施例中，悬臂44a至悬臂44d在相应梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d的相应运动方向上相对较硬，并且在面内正交方向上相对较软。这可以允许梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d实现内框架46相对于锚固件42以及因此相对于外框架48的受控运动。在由图2a所示的实施例中，外框架48围绕致动器40的周边不是连续的，而是分成多件(例如，2个、3个、4个或更多个件)。另选地，在其他实施例中，外框架48可以围绕致动器40的周边连续。类似地，内框架46可以是连续的或者可以分成多个部分。

在各种实施例中，电信号可以经由在悬臂44a至悬臂44d上或在悬臂44a至悬臂44d中路由而输送到梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d。在一些情况下，两个或多个不同的电压可以与梳状驱动致动器20a结合使用。在此类情况下，两个电信号可以分别经由悬臂44a的第一导电层45和第二导电层47路由到梳状驱动致动器20a。一旦被输送到梳状驱动致动器20a，两个电信号可以例如经由第一框架件22a分别被路由到梳状指状物阵列16a和梳状指状物阵列15b。

在致动器40的另一示例性实施方式中，用于在梳状驱动致动器20b中产生动力的两个电信号也可用于在梳状驱动致动器20c中产生类似的动力。在此类实施中，不是将这两个电信号通过悬臂44c路由到梳状驱动致动器20c，而是可以将两个电信号从梳状驱动致动器20b路由到梳状驱动致动器20c。通过示例，这可能需要将来自电接触垫84的两个电信号通过悬臂44b路由到梳状驱动致动器20b的第一框架件22a。此外，这两个电信号可以从第一框架件22a经由挠曲件24a-b(分别)和第二框架件22b被路由到锚固件42。这两个电信号然后可以通过锚固件42被路由到梳驱动致动器20c。将意识到，可以利用各种路由选项以将电信号输送到梳状驱动致动器20a至梳状驱动致动器20d。例如，可以在锚固件42中，在第一框架件22a或第二框架件22b中，和/或在第一挠曲件24a和第二挠曲件24b中使用多个路由层。

图2b示出了根据本公开的示例实施例的悬臂44的一部分的横截面图。如图2b所示，悬臂44包括第一导电层45和第二导电层47以及第一绝缘层43和第二绝缘层49。在一些示例实施方式中，第一导电层45和第二导电层47可以用作用于电信号的路由层，并且可以包括多晶硅和/或金属。绝缘层43和绝缘层49可以为第一导电层45和第二导电层47提供结构。在悬臂44的替代实施例中，可以切换导电层和绝缘层的顺序，使得层43和层49是导电层并且层45和层47是绝缘层。

在悬臂44的一个示例实施方式中，绝缘层43和绝缘层49包括二氧化硅，第二导电层47包括金属，并且第一导电层45包括多晶硅。在该实例的变型中，涂层(例如氧化物等)可以覆盖第二导电层47，例如以当与另一导体接触时提供绝缘以防止短路。第二绝缘层49可以是包括氧化物等的薄层。另外，在一些情况下，第一导电层45可以相对较厚(与悬臂44的其他层相比)，并且可以例如包括硅、多晶硅、金属等。在此类情况下，第一导电层45可以为悬臂44的整体特性(包括例如其挠性的性质、程度或方向性)贡献更多的其他层。

悬臂44(和悬臂44a至悬臂44d)的附加实施例可以包括附加的导电层，使得附加的电信号可以经由悬臂44被路由。在一些实施例中，悬臂44a至悬臂44d可以以与挠曲件24a至挠曲件24b类似的方式制造，尽管两者之间的尺寸可以不同。此外，如本领域技术人员将理解的，可以使用附加材料以形成悬臂44的各个层。

在各种实施例中，外悬臂44可被设计成抵抗震动事件(例如，在包括mems致动器40的装置掉落的情况下)。在此类实施例中，每个悬臂44可以被设计成使得其i)在震动期间经受较小的位移应力；ii)在震动期间经受较小的径向刚度；和iii)承受高负载而不会屈曲。在一些实施例中，在震动的情况下，外悬臂44可以被设计成使得它们沿着它们的长度经受小于约1900mpa的峰值应力并且沿着它们的宽度经受小于大约2100mpa的峰值应力。图2c至图2f示出了可以在本公开的实施例中实施的抗震外悬臂的四个示例设计。

图2c示出了具有分叉接合部设计的外悬臂44e。如图所示，悬臂44e在其中心处包括分叉接合部44e-1。中心处的分叉接合部44e-1包括孔44e-2，并且比外悬臂44e的侧部44e-3更宽(在y方向上)。在各种实施例中，孔44e-2的宽度(在y方向上)在0.02毫米与0.04毫米之间，分叉接合部44e-1的最大宽度在0.06毫米与0.12毫米之间，并且侧部44e-3的宽度在0.012毫米与0.050毫米之间。在进一步的实施例中，悬臂44e的总长度(在x方向上)在4.5毫米与7毫米之间。在替代实施例中，悬臂44e可以在其中心(例如3、4等)处包括附加的叉(并因此包括孔)。

图2d示出了具有s形设计的外悬臂44f。应该注意，虽然悬臂44f在图2d中主要沿着其长度呈直线，其是弯曲的并且沿着其长度具有拐点(因此为“s形”)，通过增加悬臂44f的挠曲性来改进在震动的情况下的弹性。在该实施例中，悬臂44f的两个根部或连接端部44f-1经由较薄部分44f-2连接到中心部分44f-3。悬臂44f在其根部44f-1处最宽(沿y方向)，在根部44f-1与中心部分44f-3之间的连接部44f-2处最薄。在各种实施例中，悬臂44f的总长度(x1)在4.5毫米与7毫米之间，并且中心部分44f-3的宽度(y1)在0.012毫米与0.030毫米之间。

图2e示出了具有s形设计的悬臂44f以及在每个端部处用于消除悬臂44g上的应力的“牙刷”形或分叉接合部44g-1的附加特征的外悬臂44g。如图所示，外悬臂44g包括中心部分44g-3，中心部分44g-3的端部连接到附接到根部44g-2的端部44g-4。在各种实施例中，悬臂44g的总长度(x1)在4.5毫米与7毫米之间，并且中心部分44g-3的宽度(y2)在0.012毫米与0.030毫米之间。

分叉接合部44g-1将中心部分44g-3的每个端部在与悬臂44g的长度垂直的方向(即y方向)上连接到相应的端部44g-4。每个接合部44g-1包括多个梁44g-5，这些梁44g-1为牙刷的外观提供了接合部44g-1。尽管在该实施例中每个接合部44g-1被示出为具有九个梁44g-5，但是在替代实施例中，可以减少或增加梁44g-5的数量(例如，从2到12)以在震动事件期间(例如通过减小峰值应力)改进悬臂44g的性能。如在该特定实施例中所示，在一个接合部中，端部44g-4在其对应的中心部分44g-3下方(y方向)，并且在另一个接合部中，端部44g-4在其对应的中心部分44g-3上方。在该特定实施例中还示出，附接到中心部分44g-3下方的端部部分44g-4的根部44g-2指向上，而另一根部44g-2指向下。在特定实施例中，包括中心部分44g-3的端部、端部部分44g-4和梁44g-5的分叉接合部44g-1的总宽度(y1)在0.040毫米与0.150毫米之间。

图2f示出可用于代替悬臂44g中的分叉接合部44g-1以减轻应力的分叉接合部44g-1'的替代实施例。如该具体实施例所示，悬臂44g的中心部分的端部44g-3'沿着其长度(x方向)逐渐变细，使得其宽度(y方向)在朝向根部44g-2'的方向上减小。端部44g-3'附接到相应的锥形端部部分44g-4'，所述锥形端部部分44g-4'沿其长度逐渐变细，使得其宽度在远离根部44g-2'的方向上减小。因为端部44g-3'和端部44g-4'的宽度(y方向)沿着它们的接合点显著较小，所以该锥形设计允许在大致垂直于悬臂44g(y方向)的方向上具有更大长度的梁44g-5'。在该实施例中，根部44g-2'被成形为在平行于悬臂44g(x方向)的方向上延伸的y接合部。

回头参考图2a，致动器40包括将内框架46连接到外框架48的一个或多个挠曲件或弹簧元件80。挠曲件80可以是导电的，并且在所有运动自由度上可以是柔软的。在各种实施例中，挠曲件80将外框架48上的电接触垫82之间的电信号路由到内框架46上的电接触垫84。这些电信号随后可以通过一个或多个悬臂44a至悬臂44d路由到一个或多个梳形驱动致动器20。在示例实施方式中，挠曲件80沿一个方向、两个方向、三个方向或全部四个方向从内框架46出来。

在一个实施例中，致动器40使用mems工艺制造，诸如例如硅的光刻和蚀刻。在一些情况下，致动器40在平面内移动 /-150微米，并且挠曲件80可以被设计成容许该运动范围而不会彼此接触(例如，使得分开的电信号可以在各个弹簧元件80上被路由)。例如，挠曲件80可以是厚度约1微米至5微米，宽度约2微米至40微米，以及平面中约150微米至1000微米乘以约150微米至1000微米的s形挠曲件。

为了使挠曲件80以低电阻很好地导电，挠曲件80可以包含例如重掺杂多晶硅、硅、金属(例如铝)，它们的组合或其他导电材料、合金等。例如，挠曲件80可以由多晶硅制成并且涂覆有厚度约2000埃的铝、镍和金的金属叠层。在一个实施例中，一些挠曲件80被设计成不同于其他挠曲件80以便控制外框架48和内框架46之间的运动。例如，四至八个(或一些其他数量)的挠曲件80可具有介于约微米50与250微米之间的器件厚度。此类厚度可以稍微限制外框架48相对于内框架46的平面外移动。

在各种实施例中，挠曲件80是在屈曲状态下操作而没有失效的低刚度挠曲件，从而允许挠曲件的刚度比在正常状态下操作时柔软几个数量级。在这些实施例中，挠曲件80的屈曲部分(即挠性部分)可被设计成使得挠性部分沿其弯曲方向(即，厚度和宽度)的横截面小，而其长度相对较长。挠曲件80的具体实施例在于2015年4月2日提交的题为“低刚度挠曲件(lowstiffnessflexure)”的美国专利申请第14/677,730号中更详细地描述，该申请的全部内容通过引用并入本文。

如上面关于图2a所述的，mems致动器可以被设计成具有通过多个屈曲挠曲件80连接到内框架46的外框架48。在操作期间，内框架46可以在突然震动的情况下与外框架48碰撞。因此，在实施例中，在外框架和内框架中可以包括震动止动件，以在发生震动时保护mems致动器结构。

图3a至图3b示出了包括震动止动件的mems致动器100的一个此类实施例。如在该特定实施例中所图示的，mems致动器100包括通过多个屈曲挠曲件(未示出)连接到外框架120的内框架110。外框架120包括四个闩锁电杆121至闩锁电杆124。如图所示，对于闩锁杆121至闩锁杆124之间的连接中的每一个，闩锁机构125的闩锁突起125a与闩锁机构126的相应凹槽接合，由此将电杆121至电杆124固定在一起。在mems致动器的组装期间锁定mems致动器的外框架结构的具体方法在于2015年8月5日提交的题为“用于低刚度挠性mems致动器的电杆闩锁(electricalbarlatchingforlowstiffnessflexurememsactuator)”的美国专利申请第14/819,413号中更详细地描述，其全部内容通过引用并入本文。

另外，图3a至图3b所示的是分别对应于外框架120和内框架110的一对震动止动件127和震动止动件111。在致动器100的该具体实施例中，存在四对震动止动件127和震动止动件111(每个角落各一个)以在发生震动时吸收外框架120与内框架110之间的震动碰撞。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在经受装置的两个部分之间的碰撞的mems致动器或其他mems装置的替代实施方式中实现任何数量的震动止动件对。

在各种实施例中，震动止动件127和震动止动件111可被设计成最大化由于震动事件它们在冲击时(例如，当水平或垂直止动件127与止动件111碰撞时)可以吸收的动能量而不会经受永久变形。例如，在实施例中，震动止动件127和震动止动件111可被设计成吸收100μj与400μj之间的组合动能。在具体实施例中，震动止动件127和震动止动件111可以吸收300μj与400μj之间的组合动能。

图3c至图3d示出了可以在本文公开的技术的实施例中实施的震动止动件127和震动止动件111的两个示例性设计。图3c示出了包括多个圆形交错孔160的震动止动件127a和震动止动件111a。在发生震动时，止动件127a的表面127a-2接触震动件111a的表面111a-2。如该具体实施例所示，孔160以集中的六边形图案间隔开。在各种实施例中，圆形孔的直径可以在0.010毫米与0.022毫米之间。在特定实施例中，圆形孔的直径约为16μm。在特定实施例中，震动止动件127a和震动止动件127a111a可以吸收约350μj的组合能量，并且在损坏之前每个变形达到约40μm。在震动止动件127a和震动止动件11a的替代实施方式中，可以用环氧树脂胶填充孔160以调整其刚度和/或以不同的图案(例如，三角形、矩形、线性或其他图案)布置。在各种实施例中，震动止动件127a的总长度(x1)在0.250毫米与1.000毫米之间，震动止动件127a的总宽度(y1)在0.0250毫米与1.000毫米之间。在各种实施例中，震动止动件111a的总长度(x2)在0.300毫米与1.200毫米之间，并且震动止动件111a的总宽度(y2)在0.0250毫米与1.000毫米之间。

图3d示出了包括多个方形交错孔170的震动止动件127b。虽然在图3d的示例中未示出第二相应震动止动件，但是本领域技术人员应该理解，可以在相应的震动止动件中实施震动止动件127b的相同特征。类似于图3c，孔170以集中的六边形图案间隔开。在特定实施例中，震动止动件127b和对应的震动止动件可以吸收约300μj的组合能量，并且在损坏之前每个变形达到约15μm。在震动止动件127b的替代实施方式中，可以用环氧树脂胶填充孔170以调节其刚度和/或以不同的图案(例如，三角形、矩形、线性或其他图案)布置。

在本文公开的技术的又一些实施例中，可以实施其他另选的震动止动件设计以调整它们可以吸收的最大能量以及它们可以移位而不会损坏的最大距离量。例如，可以使用水平或垂直狭缝代替上述孔或与上述孔组合。

图4是示出根据本文公开的技术的一个实施例可以使用在本文描述的致动器的组装的运动图像传感器封装件55的分解透视图。运动图像传感器封装件55可以包括但不限于以下部件：基板73；多个电容器或其他无源电子部件68；mems致动器驱动器69；mems致动器57；图像传感器70；图像传感器盖71；和红外(ir)截止滤光器72。基板73可以包括具有开口65和面内移动限制部件67的刚性电路板74以及充当背板66的挠性电路板。刚性电路板74可以由陶瓷或复合材料构成，诸如用于制造平面电路板(pcb)的那些材料或其他适当材料。运动图像传感器封装件15可以包括一个或多个驱动器69。

由于空气的热传导与间隙大致成反比，并且图像传感器70可以耗散100mw与1w之间的大量功率，因此图像传感器30、mems致动器57的固定部分、mems致动器57的移动部分和背板66之间的间隙保持在小于大约50微米。在一个实施例中，背板66可以由具有良好导热性的材料，诸如铜制成，以进一步改进图像传感器70的散热。在一个实施例中，背板66具有大约50微米至100微米的厚度，并且刚性电路板74具有大约150微米至200微米的厚度。

虽然以上已经描述了本发明的各种实施例，但应该理解，它们仅作为示例呈现，而不是限制。类似地，各种图可以描绘用于本发明的示例架构或其他配置，其被完成以帮助理解可以包括在本发明中的特征和功能。本发明不限于所示出的示例架构或配置，而是可以使用各种替代架构和配置来实施期望的特征。实际上，对于本领域的技术人员而言显而易见的是，可以如何实施替代的功能、逻辑或物理划分和配置以实施本发明的期望特征。而且，除了在本文描绘的那些之外的许多不同的组成模块名称可以被应用于各个分区。此外，关于流程图、操作描述和方法权利要求，在本文呈现步骤的顺序不应强制实施各种实施例以按照相同顺序执行所述功能，除非上下文另有指示。

尽管以上根据各种示例性实施例和实施方式描述了本发明，但应该理解，在单独实施例中的一个或多个中描述的各种特征、方面和功能不限于它们所描述的特定实施例的适用性，而是可以单独或以各种组合应用于本发明的其他实施例中的一个或多个，无论此类实施例是否被描述以及此类特征是否被呈现为所描述的实施例的一部分。因此，本发明的广度和范围不应该受到上述示例性实施例中的任何的限制。

除非另有明确说明，否则本文中使用的术语和短语及其变型，应被解释为开放式而不是限制性的。作为前述的示例：术语“包括”应理解为意指“包括但不限于”等；术语“示例”用于提供论述中的项目的示例性实例，而不是其详尽的或限制性的列表；术语“一”或“一个”应理解为意指“至少一个”、“一个或多个”等；并且诸如“常规”、“传统”、“正常”、“标准”、“已知”和类似含义的术语的形容词不应被解释为将所描述的项目限制为给定时间段或者作为给定时间的可用项目，而是应该被解读为涵盖现在或将来任何时候可用或已知的常规、传统、正常或标准技术。同样地，在本文件涉及本领域普通技术人员显而易见或已知的技术的情况下，此类技术涵盖现在或将来任何时间的技术人员显而易见或已知的那些技术。

在一些情况下，诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语的扩展单词和短语的存在不应被解读为意味着在此类扩展短语可能不存在的情况下意图或需要更窄的情况。术语“模块”的使用并不意味着描述或要求作为模块的一部分的组件或功能全部被配置在共同的封装中。实际上，模块的各种组件中的任何或所有，无论是控制逻辑还是其他组件，都可以组合在单个封装中或单独维护，并且可以进一步分布在多个分组或封装中或者跨多个位置。

另外，本文阐述的各种实施例是根据示例性框图、流程图和其他图示来描述的。在阅读本文后，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，所示出的实施例及其各种替代方案可以被实施而不限于所示示例。例如，框图及其伴随的描述不应被解释为强制特定的架构或配置。