CN104348326A - 微机电系统的可动载具结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微机电系统的可动载具结构，应用微机电系统技术于一硅基板形成的可动载具结构，包括框架部、可动承载部，及二组弹簧结构分别设于可动承载部直线移动方向的二侧用以连接可动承载部于框架部内；透过可动承载部上的导电线圈回路及组弹簧结构设计，通过线圈回路导入电流后与外界的铁磁性材料相互作用而产生的作用力使可动承载部直线移动。该可动载具结构具有体积微小化、系统整合性佳、高光轴精度、批量化制造能力等优点。

Description

微机电系统的可动载具结构
技术领域
本发明有关一种利用微机电制程技术制作的可动载具结构，特别是一种以电流与磁场产生作用力磁力做为动力来源的可动载具结构，组装应用上易于整合于现行的生产流程中，在商品化的过程中提高产能、减低生产成本。
背景技术
目前市面上的手机以及手提电脑等产品，多已广泛配置微型数字镜头。为了提升产品竞争力，对于微型镜头的需求已不仅只用于定焦镜头，自动对焦以及光学变焦功能成为重要的要求。以自动对焦功能为例，则需要对于镜片产生约十微米的位移量，虽然数字相机已是十分成熟的产品，但由于产品取向不同，手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant, PDA)与手提电脑并不能将一般数字相机所采用的步进马达以及齿轮机构等体积较大的致动组件整合其中。
在多种可使用于小型微机电系统的可动载具结构的动力来源中，音圈马达(Voice Coil Motor, VCM)是一种理想的选择，利用线圈产生的磁力与外部的磁性部件产生相互作用力，此作用力与结构上的弹簧相互作用后达到一个平衡状态，即可达到定位的功效。由于音圈马达的技术已使用于硬盘中的循轨动作许久，是一种相当成熟的技术。现行市售用于微型数字镜头的外部微机电系统的可动载具结构，将装有镜片的镜筒固定于该微机电系统的可动载具结构内，并于后方装置感光组件后整合成一个具有对焦能力的微型相机模块。
目前已有实际商品化的VCM 微机电系统的可动载具结构产品，但由于其相对较大的体积，使得产品不易轻巧化，且组装过程以及零件数量亦较为繁琐，使组装成本高且良率不易提升。此外，传统机械制程的精密度限制亦影响光学成像质量。
发明内容
本发明的目的是在提供一种微机电系统的可动载具结构，透过微机电系统(Microelectromechanical System,MEMS)技术生产的可动载具结构，以电流与磁场产生作用力的原理驱动载具，载具也带动置于其上的负载，应用可整合于微型相机模块的光学系统内以达到调焦功能，与过去的传统的可动载具结构相比，本微机电系统的可动载具结构具有体积微小化、系统整合性佳、高光轴精度、批量化制造能力等优点。
本发明另一目的在提供一种微机电系统的可动载具结构，透过微机电系统技术生产的可动载具结构，以电流与磁场产生作用力的原理驱动载具，使载具在两轴位移，整合载具结构与影像传感器，使影像传感器做两轴运动，达到光学影像防震(Optical Image Stabilization, OIS)的功能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种微机电系统的可动载具结构，应用微机电系统技术于一硅基板形成的可动载具结构，该可动载具结构包括：
一框架部；
一可动承载部，该可动承载部设置于该框架部内，且该可动承载部上设有一导电线圈回路；及
二组弹性结构，二组该弹性结构分别设于该可动承载部在直线移动方向的二侧并用以连接该可动承载部于该框架部内，且在该可动承载部直线移动时提供弹性回复力。
进一步地，其中，该导电线圈回路设置于该可动承载部的一表面。
进一步地，其中，该导电线圈回路内嵌设置于该可动承载部的一表面。
进一步地，其中，该导电线圈回路设置于该可动承载部的上、下表面。
进一步地，其中，该导电线圈回路内嵌设置于该可动承载部的上、下表面。
进一步地，其中，该导电线圈回路环绕设置于该可动承载部。
本发明还提供一种微机电系统的可动载具结构，应用微机电系统技术于一硅基板形成的可动载具结构，该可动载具结构包括：
一第一框架部；
一第二框架部，该第二框架部设置于第一框架部内，且该第二框架部上设有一第一导电线圈回路；
二组第一弹簧结构，二组该第二框架部分别设于该第二框架部在第一直线移动方向的二侧，用以连接该第二框架部于该第一框架部内，且在该第二框架部直线移动时提供弹性回复力；
一可动承载部，该可动承载部设置于该第二框架部内，且该可动承载部上设有一第二导电线圈回路；及
二组第二弹簧结构，二组该第二弹簧结构分别设于该可动承载部在第二直线移动方向的二侧，用以连接该可动承载部于该第二框架部内，且在该可动承载部直线移动时提供弹性回复力。
进一步地，其中，该第一直线移动与该第二直线移动的方向互相垂直。
进一步地，其中，该第一导电线圈回路设置于该第二框架部的一表面，该第二导电线圈回路设置于该可动承载部的一表面。
进一步地，其中，该第一导电线圈回路内嵌设置于该第二框架部的一表面，该第二导电线圈回路内嵌设置于该可动承载部的一表面。
进一步地，其中，该第一导电线圈回路设置于该第二框架部的上、下表面，该第二导电线圈回路设置于该可动承载部的上、下表面。
进一步地，其中，该第一导电线圈回路内嵌设置于该第二框架部的上、下表面，该第二导电线圈回路内嵌设置于该可动承载部的上、下表面。
进一步地，其中，该第一导电线圈回路环绕设置于该第二框架部，该第二导电线圈回路环绕设置于该可动承载部。
本发明的优点在于，通过可动承载部上的导电线圈回路，及二组弹簧结构分别设于该可动承载部直线移动的二侧，因此设计一种通过线圈加电流后与外界的铁磁性材料的磁场相互作用而产生的作用力，以电磁原理驱动可动承载部；且进一步可通过二框架部与不同方向连接的组弹簧结构可使该可动承载部进行X与Y 轴两轴方向的直线移动。本微机电系统的可动载具结构可应用整合于微型相机模块的光学系统内以达到调焦功能，与过去的传统微机电系统的可动载具结构相比，本可动载具结构具有体积微小化、系统整合性佳、批量化制造能力等优点，且本发明应用组装后产品不因受外力摇晃或制程公差导致光轴发生偏差。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图。
图2为本发明实施应用的示意图一。
图3为图2的平面示意图。
图4为本发明实施应用的示意图二。
图5为本发明实施应用的示意图三。
图6为本发明实施应用的示意图四。
图7为本发明另一实施例的示意图。
图8为图7实施应用的示意图。
图9为本发明再一实施例的示意图。
图中，100：硅基板
110：框架部
120：可动承载部
130：弹簧结构
200：导电线圈回路
210：连接部
310：第一框架部
320：第二框架部
330：第一弹簧结构
340：可动承载部
350：第二弹簧结构
410：第一导电线圈回路
420：第二导电线圈回路
500、510：磁铁
600：影像传感器
I：电流
F：劳仑兹力。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
请参阅图1~图3，为本发明实施例的示意图。本为一种微机电系统的可动载具结构，应用微机电系统技术于一硅基板100形成的可动载具结构，其包括：一框架部110；一可动承载部120设置于该框架部110内，且该可动承载部120上设有一导电线圈回路200；及二组弹簧结构130分别设于该可动承载部120在直线移动方向的二侧，用以连接该可动承载部120于该框架部110内，且在该可动承载部120直线移动时提供弹性回复力。
实施上硅基板100可采用应力几乎为零且结构较厚的SOI (Silicon On Insulator)基板，透过微机电系统技术的面型微加工(Surface Micro-machining)技术与体型微加工(Bulk Micro- machining)技术，即是利用半导体制程的薄膜沉积、微影技术与蚀刻技术来得到薄膜推叠的机械结构，而体型微加工技术则是利用蚀刻技术，再对硅基材本身移除，使微结构达到悬浮或是得到高深宽比(Aspect Ratio)的结构，分别形成前述框架部110、可动承载部120、弹簧结构130及设置该导电线圈回路200。
其中，当该导电线圈回路200设置于该可动承载部120的一表面(图中实施以上表面为说明实施例)。实施应用上于该可动承载部120两侧的上下方且沿直线移动方向分别设有不同磁性的磁铁500，用以分别形成垂直于该可动承载部120，且方向相反的磁场(例如图3所示的⊙及⊕)。当导电线圈回路200通以电流I时(图中以顺时针方向的电流为说明实施例)，导电线圈回路200上的电流I与磁铁500相互作用而产生劳仑兹力F(如图3所示)，产生的劳仑兹力F可动力源带动该可动承载部120于直线方向的位移，且可透过弹簧结构130使该可动承载部120得以轻易的回复原位，同时具备较强的支撑性。
应用上通过调整该导电线圈回路200上电流I的方向以及大小可改变该可动承载部120致动的方向以及位移量，如整合于微型相机模块的光学系统内以达到调焦功能。且该导电线圈回路200的电流I可由框架部110与弹簧结构130上的形成导电层由外界导入。
请再参阅图4及图5，本案在实施上该导电线圈回路200可内嵌设置于该可动承载部120的一表面。或该导电线圈回路200设置或内嵌设置于该可动承载部120的上、下表面，实施上该可动承载部120上、下表面的导电线圈回路200可通过一连接部210电性连接。当该导电线圈回路200通以电流I时，导电线圈回路200与磁铁500相互作用而产生劳仑兹力F，产生的劳仑兹力F可带动该可动承载部120的直线位移。
本案在实施上该导电线圈回路200也可圈绕于该可动承载部120上(如图6所示)，此时应用上在该可动承载部120两侧沿直线移动方向分别设有不同磁性的磁铁500。当导电线圈回路200通以电流I时，导电线圈回路200与磁铁500相互作用而产生交互作用所产生的劳仑兹力F，产生的劳仑兹力F可带动该可动承载部120于直线方向位移，且透过弹簧结构130可使该可动承载部120得以轻易的回复原位。
请参阅图7所示，在X、Y两轴方向的位移方面，本案微机电系统的可动载具结构如前述结构形成技术，其包括一第一框架部310，一第二框架部320设置于第一框架部310内，且第二框架部320上设有一第一导电线圈回路410；二组第一弹簧结构330分别设于该第二框架部320第一直线移动方向的二侧，用以连接该第二框架部320于该第一框架部310内，且在该第二框架部320直线移动时提供弹性回复力；一可动承载部340设置于该第二框架部320内，且该可动承载部340上设有一第二导电线圈回路420；及二组第二弹簧结构350分别设于该可动承载部340第二直线移动方向的二侧，用以连接该可动承载部340于该第二框架部320内且在该可动承载部340直线移动时提供弹性回复力。其中，该第一直线移动方向(例如Y轴方向)与该第二直线移动方向(例如X轴方向)互相垂直。
当然，如前述实施结构，该第一导电线圈回路410设置或内嵌设置于该第二框架部320的一表面，该第二导电线圈回路420设置或内嵌设置于该可动承载部340的一表面；或该第一导电线圈回路410设置或内嵌设置于该第二框架部320的上、下表面，该第二导电线圈回路420设置或内嵌设置于该可动承载部340的上、下表面；或该第一导电线圈回路410环绕设置于该第二框架部320，该第二导电线圈回路420环绕设置于该可动承载部340上。
如图8所示，本发明在X、Y两轴方向的位移实施应用上，该可动承载部340处的磁场方向(类似如图3所示)，用以在该可动承载部340的二侧分别形成垂直且方向相反的磁场，当第二导电线圈回路420通以电流I时(图中以顺时针方向的电流为说明实施例)，第二导电线圈回路420与磁场相互作用而产生劳仑兹力F，产生的劳仑兹力F可带动该可动承载部340在第二直线位移方向的位移(X轴上的直线位移)，且透过第二弹簧结构350可使该可动承载部340得以轻易的回复原位，同时具备支撑性。
相同的也是利用特定路径的电流I与外加永久磁场交互作用所产生的劳仑兹力F原理，在该第二框架部320两侧也分别由磁铁510形成垂直于第二框架部320且方向相反的磁场(例如图8所示的⊙及⊕)，当第一导电线圈回路410通以电流I时(图中以顺时针方向的电流为说明实施例)，第一导电线圈回路410与磁场相互作用而产生劳仑兹力F，产生的劳仑兹力F可带动该第二框架部320在第一直线位移方向的位移(Y轴上的直线位移)，而该第二框架部320透过第二弹簧结构350连接带动该可动承载部340在第一直线位移方向的位移(Y轴上的直线位移)。且通过第一弹簧结构330可使该第二框架部320得以轻易的回复原位，同时具备较强的支撑性。
应用上通过调整该第一导电线圈回路410与第二导电线圈回路410上电流I的方向以及大小可改变该可动承载部340致动的方向以及在两轴上的位移量，如整合于微型相机模块的光学系统内以达到两轴方向的调焦功能。
请再参阅图9，在两轴(X、Y两轴方向)的位移应用上，在该可动承载部340的中间区域可用于设置一影像传感器600(例如 CMOS 影像传感器)，整合本发明微机电系统的可动载具结构与影像传感器600，使该可动承载部340可以乘载该影像传感器600做两轴运动，达到光学影像防震(Optical Image Stabilization, OIS)的功能；应用上可达到具微小化、无声、防震性、且低功耗解决方案的快速自动对焦和光学影像稳定的微型相机模块。
本发明的优点在于，透过可动承载部上的导电线圈回路，及弹簧结构分别设于该可动承载部直线移动的二侧，设计一种通过电流与外界磁场相互作用而产生产生劳仑兹力F，以电磁场原理驱动置于可动承载部；且进一步可通过二框架部与弹簧结构可使该可动承载部在垂直两轴方向的直线移动。
微机电所发展出来的各项技术，出其制造精度可小于 1 微米，远超过一般机械加工所能制作出来的精度，这些微机电技术所制作出来的组件具有微小化、轻量化、高精度、动态响应快等等优点。如果将本微机电系统的可动载具结构应用整合于微型相机模块的光学系统内，将可以达到调焦功能，与目前市场的音圈马达(VCM)的可动载具结构相比，本微机电系统的可动载具结构具有体积微小化、系统整合性佳、高光轴精度、批量化制造能力等优点。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (13)

1.一种微机电系统的可动载具结构，应用微机电系统技术于一硅基板形成的可动载具结构，其特征在于，该可动载具结构包括：
一框架部；
一可动承载部，该可动承载部设置于该框架部内，且该可动承载部上设有一导电线圈回路；及
二组弹性结构，二组该弹性结构分别设于该可动承载部在直线移动方向的二侧并用以连接该可动承载部于该框架部内，且在该可动承载部直线移动时提供弹性回复力。
2.如权利要求1所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该导电线圈回路设置于该可动承载部的一表面。
3.如权利要求1所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该导电线圈回路内嵌设置于该可动承载部的一表面。
4.如权利要求1所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该导电线圈回路设置于该可动承载部的上、下表面。
5.如权利要求1所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该导电线圈回路内嵌设置于该可动承载部的上、下表面。
6.如权利要求1所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该导电线圈回路环绕设置于该可动承载部。
7.一种微机电系统的可动载具结构，应用微机电系统技术于一硅基板形成的可动载具结构，其特征在于，该可动载具结构包括：
一第一框架部；
一第二框架部，该第二框架部设置于第一框架部内，且该第二框架部上设有一第一导电线圈回路；
二组第一弹簧结构，二组该第二框架部分别设于该第二框架部在第一直线移动方向的二侧，用以连接该第二框架部于该第一框架部内，且在该第二框架部直线移动时提供弹性回复力；
一可动承载部，该可动承载部设置于该第二框架部内，且该可动承载部上设有一第二导电线圈回路；及
二组第二弹簧结构，二组该第二弹簧结构分别设于该可动承载部在第二直线移动方向的二侧，用以连接该可动承载部于该第二框架部内，且在该可动承载部直线移动时提供弹性回复力。
8.如权利要求7所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该第一直线移动与该第二直线移动的方向互相垂直。
9.如权利要求7所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该第一导电线圈回路设置于该第二框架部的一表面，该第二导电线圈回路设置于该可动承载部的一表面。
10.如权利要求7所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该第一导电线圈回路内嵌设置于该第二框架部的一表面，该第二导电线圈回路内嵌设置于该可动承载部的一表面。
11.如权利要求7所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该第一导电线圈回路设置于该第二框架部的上、下表面，该第二导电线圈回路设置于该可动承载部的上、下表面。
12.如权利要求7所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该第一导电线圈回路内嵌设置于该第二框架部的上、下表面，该第二导电线圈回路内嵌设置于该可动承载部的上、下表面。
13.如权利要求7所述的微机电系统的可动载具结构，其特征在于，其中，该第一导电线圈回路环绕设置于该第二框架部，该第二导电线圈回路环绕设置于该可动承载部。
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