CN108732383A - 微机电装置 - Google Patents

Abstract

一种微机电装置，包含：一基板，具有一锚点；一质量块，具有一质心，质心与锚点间具有一距离；至少两弹簧元件，连接于锚点的两侧与质量块之间，以提供质量块一运动状态，各弹簧元件具有串接的一平行弹簧与一伸缩弹簧；以及多个感测电容，位于基板与质量块之间，以感测质量块的运动状态。

Description

微机电装置

技术领域

本发明涉及一种微机电装置，特别是其中具有串接的平行弹簧与伸缩弹簧，以同时提供其中质量块一入平面运动以及一出平面扭转运动的一种微机电装置。

背景技术

现有技术的微机电装置，例如图1中显示美国专利案US 6845670的微机电装置10，其中质量块12的外侧通过多个锚点111连接于基板上，其中当温度变化时，基板的热变形(Temperature coefficient offset)会通过各锚点111传递至质量块12，造成质量块12的变形，进而影响质量块12的运动感测结果。

此外，现有技术中，具有入平面运动以及出平面扭转运动功能的单一质量块，其中连接锚点与质量块的弹簧(类似图2的扭转与平移弹簧111)，因其偏心特征，当具有出平面扭转运动时，造成弹簧往侧向偏移，造成不同方向运动的耦合困扰。

因此，另一现有技术的美国专利案US 8333113的微机电装置20(图2)，提供多个质量块121、122、123，分别用于感测不同方向的运动，以避免此困扰。然而，因质量块数目多，所占空间也大。微机电装置20中，感测电容14所在位置非紧邻于锚点111，故基板的热变形仍可能影响感测电容14中上下电极的相对位置，造成各质量块的运动感测准确度难以控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种微机电装置，以精准控制质量块的运动感测准确度。

为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种微机电装置，其包含一种微机电装置，包含：一基板，具有一锚点；一质量块，具有一质心，质心与锚点间具有一距离；至少两弹簧元件，连接于锚点的两侧与质量块之间，以提供质量块一运动状态，各弹簧元件具有串接的一平行弹簧与一伸缩弹簧；以及多个感测电容，位于基板与质量块之间，以感测质量块的运动状态。

一实施例中，本发明的微机电装置其中弹簧元件与感测电容各自镜向对称于一参考轴线的两侧，其中该参考轴线通过该锚点。

一实施例中，质量块的运动状态包含：一入平面运动、或一出平面扭转运动；或质量块的运动状态同时包含入平面运动以及出平面扭转运动。

一实施例中，感测电容包含多个入平面运动感测电容与多个出平面运动感测电容，质量块的部分围绕于入平面运动感测电容的外侧。

一实施例中，出平面运动感测电容，位于质量块的两侧以及基板之间。

一实施例中，入平面运动具有两个入平面运动方向，两个入平面运动方向互为垂直，出平面扭转运动的运动方向平行于一出平面方向。

一实施例中，平行弹簧具有互为平行的至少两个线性弹簧。

一实施例中，伸缩弹簧包含S型弹簧或环状弹簧。

一实施例中，两弹簧元件分别对应直接连接于锚点的两侧。

一实施例中，锚点位于基板的中央位置。

一实施例中，质量块为结构相连的单个质量块。

一实施例中，弹簧元件直接连接于锚点，且弹簧元件与锚点之间，不包含连杆。

以下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

图1显示现有技术的微机电装置的示意图；

图2显示另一现有技术的微机电装置的示意图；

图3显示根据本发明一实施例的微机电装置的示意图；

图4A、4B根据本发明两实施例的弹簧元件的示意图；

图5A、5B、5C显示根据本发明多个实施例的质量块运动状态的示意图；

图6显示根据本发明一实施例的运动耦合关系表；

图7、8根据本发明两实施例的微机电装置的示意图。

图中符号说明

微机电装置 10、20、30

锚点 111

质量块 12、121、122、123

感测电容 14

微机电装置 30

基板 31

锚点 311

质量块 32

弹簧元件 33

平行弹簧 331

线性弹簧 3311

伸缩弹簧 332

感测电容 34

入平面运动感测电容 341

出平面运动感测电容 342

参考轴线 AA’、BB’

质心 C

距离 D

方向 X、Y

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、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，主要意在表示各装置以及各元件之间的功能作用关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。

参照图3，其中显示根据本发明一实施例的微机电装置30的俯视示意图。微机电装置30包含：一基板31，具有一锚点311；一质量块32，具有一质心C，质心C与锚点311间具有一距离D；至少两弹簧元件33，连接于锚点311的两侧与质量块32之间，以提供质量块32一运动状态，各弹簧元件33具有串接的一平行弹簧331与一伸缩弹簧332(图4A、4B)；以及多个感测电容34，位于基板31与质量块32之间，以感测质量块32的运动状态。质量块32仅透过弹簧元件33与锚点311，以连接与基板31。

质心C与锚点311间的距离D，为质量块32于静态时质心C与锚点311间的距离。当质量块32具有运动状态时，此距离D虽有变化，但与距离D的数值相较下，此变化为极小的数值，故此变化不影响质量块32的偏心运动。

图4A显示一实施例中，平行弹簧331为相互平行的两个线性弹簧3311，伸缩弹簧332为环状弹簧。图4B显示一实施例中，平行弹簧为相互平行的三个线性弹簧，伸缩弹簧为S型弹簧。为清楚显示，图4A、4B仅显示锚点311单侧的弹簧元件，实施时锚点311两侧皆连接弹簧元件。根据本发明，平行弹簧331与伸缩弹簧332的组合，不限于图4A、4B所显示的组合。例如，平行弹簧331也可为相互平行的三个线性弹簧(或更多个线性弹簧)，伸缩弹簧332为环状弹簧。此外，平行弹簧331中相互平行的线性弹簧3311的数量，也不限于图式中的实施例，例如可依据降低出平面扭转运动对入平面运动方向的耦合效果，而决定其数量：相互平行的四个线性弹簧、或更多数量的线性弹簧。当线性弹簧的数量增加时，可降低出平面扭转运动对入平面运动方向的耦合效果，但也降低出平面扭转运动的旋转幅度，故用户可依需求，而决定所需要线性弹簧的数量。

继续参照图3，本发明的微机电装置30又具有一参考轴线，根据实施例，此参考轴线可为参考轴线AA’或参考轴线BB’。无论参考轴线AA’或参考轴线BB’，皆通过锚点311，并且其中弹簧元件33与感测电容34为镜向对称于参考轴线AA’或参考轴线BB’的两侧。感测电容34为镜向对称于参考轴线AA’或参考轴线BB’的两侧，当质量块32具有运动状态时，位于参考轴线AA’、BB’两侧的感测电容34具有差分电容的感测效果。

继续参照图3，本发明的质量块32为结构相连的单个质量块，质量块32因包含弹簧元件33与感测电容34于质量块32内部，而非内部完全填满的一质量块结构。此结构相连的特征，为质量块的各部分所具有的运动状态，其运动方向、位移、与旋转皆相同。须说明的是，所谓“质量块32为结构相连的单个质量块”，指微机电装置30除了图中所示的单一质量块32外，不包含其他质量块。

图5A、5B分别显示，弹簧元件33提供质量块32的入平面运动，此入平面运动包含X方向的运动(图5B)以及Y方向的运动(图5A)，X方向与Y方向互为垂直。图5C显示，弹簧元件33提供质量块32的出平面扭转运动，此出平面扭转运动为用于感测出平面方向运动的翘翘板运动。当质量块32具有平行于一出平面方向(垂于于X方向与Y方向)的运动时，质量块32的质心C因偏移而具有一偏心效果，可产生出平面扭转运动。根据本发明的偏移质心设计，对于X方向的运动以及Y方向的平移运动，其影响极有限，原因之一为通过平行弹簧331的设计，限制Y方向的偏心旋转(参照图5A、5B)。以X方向的投影观之，质心C与锚点311为重叠，故X方向的平移运动不受此偏心影响。另一实施例中，以Y方向的投影观之，质心C与锚点311间距有距离D，通过平行弹簧331的设计，故Y方向的平移运动受此偏心影响极有限(参照图5A，仅伸缩弹簧332有变形，而平行弹簧331未偏移)。参照图6，其中显示一实施例中，当质量块32于X方向或Y方向具有一加速度时，其他方向受此加速度所产生对应的加速度，即其他方向受此加速度所产生的耦合加速度。例如，质量块32于X方向具有加速度1G的运动时，质量块32于Y方向产生的耦合加速度为0.0011G、于Z方向产生的耦合加速度为0.0003G，故其对加速度的耦合影响十分有限。明显地，本案平行弹簧331的设计，可有效地降低不同运动方向间的运动耦合。

如前实施例所述，质量块32的运动状态包含：一入平面运动(图5A、5B)、或一出平面扭转运动(图5C)。此入平面运动可为独立的X或Y方向运动、或同时具有X与Y方向运动。一实施例中，因质量块32为结构相连的单个质量块，故质量块32也可同时包含入平面运动以及出平面扭转运动。

图3、7、8显示多个实施例中，感测电容34包含多个入平面运动感测电容341与多个出平面运动感测电容342，其中不同处包含：入平面运动感测电容341中感测X方向的感测电容(图式中纵向/上下方向的电极)与Y方向的感测电容(图式中横向/左右方向的电极)的相对位置、以及平行弹簧331与伸缩弹簧332的相对位置。图式中质量块32的部分，围绕于入平面运动感测电容341与出平面运动感测电容342的外侧。一实施例中，出平面运动感测电容342，位于质量块43的两侧以及基板31之间。例如，出平面运动感测电容342位于入平面运动感测电容341外侧的位置，通过质量块32于外侧。

根据图3，锚点311靠近基板31中央，其实施方式可包含锚点311靠近基板31中央的四分之一处、或五分之一处等，其设计端视实施需要以及基板的特性而定。此外，入平面运动感测电容341的位置，也可依需要而设置于质量块32靠锚点311附近的质量块二分之一处范围以内，如此入平面运动感测电容341的上下电极相对位置，较不受基板的热变形影响。然而，若有需要，入平面运动感测电容341的位置，也可依需要而设置于质量块32靠锚点311附近的质量块更小的范围，例如三分之一、或四分之一处范围以内，其此范围可根据感测以及热变形的状况而决定。

根据图4A、4B，本案的锚点311的两侧分别各自对应直接连接于两弹簧元件33，中间可不包含现有技术常有的连杆。现有的连杆设计，多为降低质量块运动时出现的偏移或不同运动方向间的运动耦合。本案的弹簧元件，具有降低质量块运动时出现的偏移或不同运动方向间运动耦合的效果，故可不设置位于锚点与两弹簧元件间的连杆。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，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。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。前述的各个实施例，并不限于单独应用，亦可以组合应用，例如但不限于将两实施例并用，或是以其中一个实施例的局部电路代换另一实施例的对应电路。

Claims (12)

1.一种微机电装置，其特征在于，包含：

一基板，具有一锚点；

一质量块，具有一质心，该质心与该锚点间具有一距离；

至少两弹簧元件，连接于该锚点的两侧与该质量块之间，以提供该质量块一运动状态，各该弹簧元件具有串接的一平行弹簧与一伸缩弹簧；以及

多个感测电容，位于该基板与该质量块之间，以感测该质量块的运动状态。

2.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该弹簧元件与该感测电容各自镜向对称于一参考轴线的两侧，其中该参考轴线通过该锚点。

3.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该质量块的该运动状态包含：一入平面运动、或一出平面扭转运动；或该质量块的该运动状态同时包含该入平面运动以及该出平面扭转运动。

4.如权利要求3所述的微机电装置，其中，该感测电容包含多个入平面运动感测电容与多个出平面运动感测电容，该质量块的部分围绕于该些入平面运动感测电容的外侧。

5.如权利要求4所述的微机电装置，其中，该些出平面运动感测电容，位于该质量块的两侧以及该基板之间。

6.如权利要求3所述的微机电装置，其中，该入平面运动具有两个入平面运动方向，该些入平面运动方向互为垂直，该出平面扭转运动的运动方向平行于一出平面方向。

7.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该平行弹簧具有互为平行的至少两个线性弹簧。

8.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该两弹簧元件分别对应直接连接于该锚点的两侧。

9.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该锚点位于该基板的中央位置。

10.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该伸缩弹簧包含：S型弹簧、或环状弹簧。

11.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该质量块为结构相连的单个质量块。

12.如权利要求8所述的微机电装置，其中，该弹簧元件直接连接于该锚点，且该弹簧元件与该锚点之间，不包含一连杆。