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微机电元件的制作方法

2021-10-26 15:16:53 来源:中国专利 TAG:
微机电元件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种微机电元件,其中包含:一基板;一质量块,包含一外框以及至少一内部凸出部,其中该外框的内部定义出一中空结构,而该内部凸出部与该外框直接连接、且自该外框向内延伸;至少一弹簧,位于该中空结构内,与该至少一内部凸出部对应地直接连接;一锚点,位于该中空结构内,与该至少一弹簧直接连接、且该锚点连接于该基板;多个活动电极,与质量块连接并位于中空结构内;以及多个固定电极,对应于多个活动电极而设置,并通过多个固定部以连接于基板。
【专利说明】
微机电元件
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种微机电元件,特别为通过其中质量块的内部凸出部的设计,可省略连杆而具有较高灵敏度的一种微机电元件。【背景技术】
[0002]微机电元件已普遍应用日常生活中,运动感测为微机电元件中常见的应用。图1 显示一现有技术(美国专利号US 6, 892, 576)的一微机电元件10,其为微机电元件10的部分视图(微机电元件10为一对称结构,图1显示微机电元件10四分之一的部分视图),其质量块11通过弹簧12、连杆13、以及多个锚点14连接于基板(图式未显示),需特别注意其连杆13通过多个锚点14连接于基板,以避免其变形或扭曲,虽部分地解决变形或扭曲的难题,其中连杆13用于连接弹簧12,但连杆13所占面积过大造成质量块11须具有较大外部尺寸以达到所需质量,微机电元件10进而也需要一较大面积,故限制微机电元件10的最小可能尺寸。此外,多个锚点的结构也增加制造复杂度。
[0003]图2显示另一现有技术(美国专利号US 8, 393, 215)的微机电元件20,其质量块 21通过弹簧22、连杆23、与锚点24以连接于基板25上。连杆23除连接弹簧22外,其所占面积过大,间接造成质量块21也需要一较大外围尺寸以达到所需质量,造成微机电元件20 也需要较大面积。连杆除前述的占面积的缺点外,当热变形产生时,因其长度增长或缩短也可能造成质量块的偏移,进而影响感测精确度。
[0004]有鉴于以上现有技术的缺点,本发明提出一种微机电元件,通过其中质量块的内部凸出部的设计,可省略连杆而具有较高灵敏度。
【发明内容】

[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷,提出一种微机电元件,通过其中质量块的内部凸出部的设计,可省略连杆而具有较高灵敏度。
[0006]为达上述目的,就其中一个观点,本发明提供一种微机电元件,包含:一基板;一质量块,包含一外框以及至少一内部凸出部,其中该外框的内部定义出一中空结构,而该内部凸出部与该外框直接连接、且自该外框向内延伸;至少一弹簧,位于该中空结构内,与该至少一内部凸出部对应地直接连接;一锚点,位于该中空结构内,与该至少一弹簧直接连接、且该锚点连接于该基板;多个活动电极,与质量块连接并位于中空结构内;以及多个固定电极,对应于多个活动电极而设置,并通过多个固定部以连接于基板。
[0007]—实施例中,该锚点位于该质量块的几何中心位置或质量中心位置。
[0008]—实施例中,该锚点距离该质量块的质量中心位置一段距离。一实施例中,该多个活动电极与多个固定电极分别包括在第一方向上设置的活动电极和固定电极以感测该第一方向上的移动,以及在第二方向上设置的活动电极和固定电极以感测该第二方向上的移动,该第一与第二方向不互相平行。
[0009]—实施例中,该多个活动电极与该多个固定电极形成多个差分式电容。
[0010]—实施例中,该多个活动电极连接于该至少一内部凸出部、或连接于该外框、或连接于该至少一内部凸出部与该外框之间。
[0011]一实施例中,该多个活动电极位于该至少一内部凸出部的两侧,且该多个固定电极位于该至少一内部凸出部的两侧。
[0012]一实施例中,该微机电元件又包括多个中间活动电极与多个中间固定电极,该多个中间活动电极连接于该质量块,其中该多个中间活动电极位于该锚点的两侧,且该多个中间固定电极位于该锚点的两侧。
[0013]一实施例中,该微机电元件包括偶数个弹簧,分别将对应的偶数个内部凸出部与该锚点连接。
[0014]下面通过具体实施例详加说明,当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。【附图说明】
[0015]图1与图2显示现有技术的两微机电元件;
[0016]图3-图8显示根据本发明多个实施例的微机电元件的示意图。
[0017]图中符号说明
[0018]10、20、30、40、50、60、70、80 微机电元件
[0019]11质量块
[0020]12弹簧
[0021]13连杆
[0022]14锚点
[0023]21质量块
[0024]22弹簧
[0025]23连杆
[0026]24锚点
[0027]25基板
[0028]31质量块
[0029]310外框
[0030]311中空结构
[0031]312内部凸出部
[0032]32弹簧
[0033]33锚点
[0034]34活动电极
[0035]341中间活动电极
[0036]35固定电极
[0037]351中间固定电极
[0038]36固定部
[0039]39连接部
[0040]C质量中心
[0041]X、Y 方向【具体实施方式】
[0042]有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效,在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语,例如:上、下、左、 右、前或后等,仅是参考附加图式的方向。本发明中的图式均属示意,主要意在表示各组成部分之间的相对关系,至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。
[0043]参照图3,本发明提供一种微机电元件30,其中包含:一基板(位于图式显示的结构的下方,被图标结构所遮蔽);一质量块31,包含一外框310以及至少一内部凸出部312, 其中该外框310的内部定义出一中空结构311,而该内部凸出部312与外框310直接连接、 且自外框310向内延伸(值得注意的是,内部凸出部312为质量块31的一部分,具有增加质量的作用);至少一弹簧32,位于中空结构311内,与该至少一内部凸出部312对应地直接连接;一锚点33,位于中空结构311内,与该至少一弹簧32直接连接、且锚点33连接于基板;多个活动电极34,与质量块31连接并位于中空结构311内;以及多个固定电极35,对应于多个活动电极34而设置,并通过多个固定部36以连接于基板。通过活动电极34和固定电极35间的相对移动所造成的电容值改变,可以达成感测功能,例如感测加速度等。
[0044]本实施例中,活动电极34的一端连接于外框310且另一端连接于内部凸出部312, 但实施时不限于此,活动电极34可以仅有一端连接于外框310或内部凸出部312。
[0045]本实施例中,锚点33设置于质量块31的几何中心位置,然实施时不限于此,例如在另一实施例中,可设置在质量块31的质量中心位置(当质量块31的质量不平均分布时, 质量中心位置不等于几何中心位置)。又例如在另一实施例中,质量块的质量中心位置与锚点可具有一距离,如此质量块可因此距离而具有一偏心运动(参阅后述图7实施例)。
[0046]在另一实施例中,前述锚点33的数量可不限于一个,也可因实施需求而增加,例如两个弹簧32分别连接于两个锚点(图式未显示)等。
[0047]前述的多个固定电极35通过多个固定部36以连接于基板,固定电极35与固定部 36的连接对应关系除图3中所示一固定电极35对应于一固定部36连接的方式。在另一实施例中,参阅图4所显示的另一实施例的微机电元件40,亦可为多个固定电极35对应于一固定部36。在图3与图4实施例中,较佳(但非必须)地,固定部36宜设置连接于固定电极35较靠近质量块31的质量中心的位置,如此可降低应力所造成的影响。
[0048]本实施例中,中空结构311为一连续且封闭的结构。在另一实施例中,中空结构 311可为不连续的结构(例如中空结构311被分割成多个不相连的空间,或质量块31的任一部分贯穿中空结构311中任一部份以形成分开独立的空间)。在另一实施例中,中空结构311可为半封闭的结构(例如外框310可有开口,使中空结构311与外框310的外部相通)。
[0049]参照图5,在本实施例中,微机电元件50除了在第一方向(例如图示X方向)上设置活动电极34和固定电极35以感测该第一方向上的移动外,可在第二方向(例如图示Y 方向)上设置活动电极34和固定电极35以感测该第二方向上的移动,该第一与第二方向不互相平行。又,本实施例中所显示的是对称结构,但实施时不限于此,亦可为非对称的结构,且所有弹簧不限于必须全部连接于单一锚点33 ;例如,可设置多个锚点,且至少部分弹簧连接至不同的锚点。
[0050]在较佳实施例中,多个活动电极与多个固定电极安排设计构成差分式电容 (Differential Capacitor)。例如:图3的微机电元件30中,两相邻的固定电极35夹置于两活动电极34中,当相对移动造成其中一侧的活动电极34与固定电极35的间隙增加时, 另一侧活动电极34与固定电极35的间隙将缩小。又例如,在图4显示的微机电元件40中, 左侧的活动电极34与固定电极35,与右侧的活动电极34与固定电极35,其相对位置相反, 即左侧与右侧的活动电极34与固定电极35的相对方向关系相反,因此也构成了差分式电容。
[0051]以上所述差分式电容的安排并非必须;图6显示一实施例的微机电元件60,则不具有差分式电容的结构,其左、右侧活动电极34与固定电极35的间隙为同时增大或缩小。 在此种布局下,在另一实施例中,请参阅图7实施例,可安排使锚点33与质量块的质量中心 C具有一距离(在本实施例中,锚点33与质量中心C于图中Y方向具有一距离),则微机电元件70的左、右侧活动电极34与固定电极35因质量块31的摆动而可具有差分式电容的操作特性。在图7实施例中,外框310的下方质量较大,因此质量中心C并未位于其几何中心。
[0052]图8显示另一实施例的微机电元件80。本实施例与图3实施例的差别是:在图3 实施例中,活动电极34与固定电极35安排在内部凸出部312的两侧,其中活动电极34连接于外框310和内部凸出部312之间,而在本实施例中,微机电元件80又包括安排在锚点 33两侧的多个中间活动电极341与中间固定电极351,其中中间活动电极341的一端连接于外框310,另一端可不连接于任何部分,或如图所示,可连接于一连接部39。此外,本实施例亦显示锚点33的尺寸可依需要而改变,例如但不限于可往内部凸出部312的方向延伸。
[0053]相较于现有技术,本发明的微机电元件省略了连杆;本发明以内部凸出部直接连接弹簧、弹簧直接连接于锚点,其间不具有连杆,而内部凸出部为质量块的一部分,因此在相同整体面积下,本发明的质量块的质量较大,使感测的灵敏度增加。或是,在质量块的质量相同、感测的灵敏度相同的情况下,本发明的微机电元件的整体尺寸可以缩小。此外,因省略了连杆,因此连杆因应力而变形所造成的影响也得以免除。
[0054]以上已针对较佳实施例来说明本发明,只是以上所述,仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容,并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人员,当可在本发明精神内,立即思及各种等效变化。举例而言,外框不限于为矩形,而可为任何布局形状; 又例如,在图5所示实施例的左上、右上、左下、右下空间,可设计Z方向的活动电极与固定电极等。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰,均应包括于本发明的权利要求范围内。本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用,并非用来限制本发明的权利范围。
【主权项】
1.一种微机电元件,其特征在于,包含:一基板;一质量块,包含一外框以及至少一内部凸出部,其中该外框的内部定义出一中空结构, 而该内部凸出部与该外框直接连接、且自该外框向内延伸;至少一弹簧,位于该中空结构内,与该至少一内部凸出部对应地直接连接;一锚点,位于该中空结构内,与该至少一弹簧直接连接、且该锚点连接于该基板;多个活动电极,与质量块连接并位于中空结构内;以及多个固定电极,对应于多个活动电极而设置,并通过多个固定部以连接于基板。2.如权利要求1所述的微机电元件,其中,该锚点位于该质量块的几何中心位置或质 量中心位置。3.如权利要求1所述的微机电元件,其中,该锚点距离该质量块的质量中心位置一段距离。4.如权利要求1所述的微机电元件,其中,该多个活动电极与多个固定电极分别包括 在第一方向上设置的活动电极和固定电极以感测该第一方向上的移动,以及在第二方向上 设置的活动电极和固定电极以感测该第二方向上的移动,该第一与第二方向不互相平行。5.如权利要求1所述的微机电元件,其中,该多个活动电极与该多个固定电极形成多 个差分式电容。6.如权利要求1所述的微机电元件,其中,该多个活动电极连接于该至少一内部凸出 部、或连接于该外框、或连接于该至少一内部凸出部与该外框之间。7.如权利要求1所述的微机电元件,其中,该多个活动电极位于该至少一内部凸出部 的两侧,且该多个固定电极位于该至少一内部凸出部的两侧。8.如权利要求7所述的微机电元件,其中,又包括多个中间活动电极与多个中间固定 电极,该多个中间活动电极连接于该质量块,其中该多个中间活动电极位于该锚点的两侧, 且该多个中间固定电极位于该锚点的两侧。9.如权利要求1所述的微机电元件,其中,该至少一弹簧为偶数个弹簧,分别将对应的 偶数个内部凸出部与该锚点连接。10.如权利要求1所述的微机电元件,其中,该偶数个弹簧为二个或四个。
【文档编号】G01P15/125GK105984828SQ201510099283
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月6日
【发明人】吴嘉昱, 罗烱成
【申请人】立锜科技股份有限公司
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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