CN109256979B - 一种具有自洁功能的梳齿驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微机电(MEMS)领域，涉及一种梳齿驱动器,具体涉及一种具有自洁功能的梳齿驱动器。包括驱动梳齿，还包括设置在硅衬底上的吸附电极，吸附电极包括至少一对电极对，其中一个电极接地，另一个电极接正电平或负电平信号；吸附电极与驱动梳齿之间通过绝缘槽隔离，吸附电极与驱动梳齿均位于封闭外壳内部。解决了由于颗粒沉积在驱动梳齿而引起的梳齿驱动器工作的可靠性低的问题。
Description
技术领域
本发明属于微机电(MEMS)领域，涉及一种梳齿驱动器,具体涉及一种具有自洁功能的梳齿驱动器。
背景技术
静电梳齿驱动器结构简单，能量密度大，功耗小，工艺便于与IC工艺集成，是MEMS结构中常用的驱动形式，在微振镜、加速度计、微陀螺、光开关、微马达等MEMS器件中广泛应用。
但静电梳齿驱动器的动静梳齿间间隙微小，一般都在微米级别，且驱动器工作过程中要给梳齿电极加电，加电后梳齿极易吸附工作环境中的颗粒，最终引起短路失效。虽然静电梳齿驱动器器件一般需要封装后密封使用，但由于封装环境、封装材料、封装成本等限制，完成封装后的静电梳齿驱动器器件的工作空内极可能还存在或重新产生一定数量的颗粒，根据带电体会吸附轻小物体的特性，在梳齿驱动器工作过程中，会沉积在梳齿驱动器电极周围，从而引起梳齿驱动器及器件失效。
发明内容
为了提高梳齿驱动器工作的可靠性，降低梳齿失效的可能性，本发明提供一种静电梳齿驱动器，其上设有自洁结构，用来吸附梳齿驱动器工作环境中的颗粒，降低了因梳齿吸附过多颗粒带来的失效可能性。
本发明的技术解决方案为提供一种具有自洁功能的梳齿驱动器，包括封闭外壳、硅衬底及驱动梳齿，其特殊之处在于：
还包括设置在硅衬底上的吸附电极，上述吸附电极包括至少一对电极对，其中一个电极接地，另一个电极接正电平或负电平信号；
吸附电极与驱动梳齿之间通过绝缘槽隔离，吸附电极与驱动梳齿均位于封闭外壳内部。
进一步地，为了提高吸附效果，吸附电极包围或部分包围驱动梳齿。
进一步地，吸附电极中的电极对为简单线型、波浪线型、折线型或交错齿型。
进一步地，当吸附电极中的电极对为交错齿型时，以便吸附和储存不小于驱动梳齿间距的颗粒，吸附电极的齿间距不小于驱动梳齿的梳齿间距。
进一步地，为了便于储存颗粒，吸附电极电极对中的两个电极相对于驱动梳齿所在平面的高度不同。
进一步地，吸附电极电极对中的其中一个电极包括电极本体、活动梁及活动梁支撑锚点；电极本体通过活动梁与支撑锚点固连。加电之后可动态的吸附驱动梳齿附近的颗粒，增大颗粒污染物吸附范围，提高颗粒吸附的效果。
进一步地，利用刻蚀方法在硅衬底上形成吸附电极。
进一步地，吸附电极的材料与驱动梳齿的材料相同。
进一步地，驱动梳齿包括静梳齿及其锚点、与静梳齿配合的动梳齿、与动梳齿相连的可动质量块、支撑可动质量块运动的活动梁及其支撑锚点。
本发明的有益效果是：
1、在驱动梳齿器内部驱动梳齿的周围加设吸附电极，给吸附电极通电后，加电电极可吸附周围颗粒，降低颗粒沉积在驱动梳齿上引起梳齿失效的概率，从而提高梳齿驱动器工作的可靠性；
2、吸附电极中的电极对可以为任一常见的形状，其结构简单，易于加工，成本低；
3、吸附电极中的电极对为交错齿型，其具有较大的有效吸附面积，对颗粒污染物的吸附效果好；
4、吸附电极的电极对中两个电极之间存在高度差，便于储存颗粒，在一定程度上阻止颗粒脱离电极，重新影响梳齿驱动器，进一步的提高了梳齿驱动器工作的可靠性；
5、可动态的吸附驱动梳齿附近的颗粒，增大颗粒污染物吸附范围，提高颗粒吸附的效果。
附图说明
图1为实施例一中具有自洁功能的梳齿驱动器封装示意图；
图2为实施例一中具有自洁功能的梳齿驱动器结构示意图；
图3为实施例二中具有自洁功能的梳齿驱动器结构示意图一；
图4为实施例二中具有自洁功能的梳齿驱动器结构示意图二；
图5为实施例三中具有自洁功能的梳齿驱动器结构示意图。
图中附图标记为：1-封闭外壳，2-驱动梳齿，21静梳齿及其锚点，22-动梳齿，23-活动梁及其支撑锚点，24-可动质量块，3-吸附电极，31-第一电极，32- 第二电极，331-第三电极，341-第四电极，332-第五电极，342-第六电极，351- 第七电极，361-第八电极，352-第九电极，362-第十电极，371-第十一电极， 381-第十二电极，372-第十三电极，382-第十四电极，4-绝缘槽，5-颗粒储存槽，6-硅衬底，61-第一可活动梁，62-第二可活动梁，71-第一支撑锚点，72- 第二支撑锚点。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例一
从图1可以看出，本实施例中具有自洁功能的梳齿驱动器主要包含封闭外壳1、驱动梳齿2、硅衬底6及吸附电极3。驱动梳齿2及吸附电极3设于硅衬底6上且位于封闭外壳1内部，封闭外壳1给梳齿驱动器提供密闭的工作空间，隔离外界空间干扰；驱动梳齿2驱动MEMS器件工作，吸附电极3用来吸附封闭外壳中的颗粒。
从图2可以看出，驱动梳齿2包括静梳齿及其锚点21，动梳齿22，与动梳齿22相连的可动质量块24，支撑可动质量块24运动的活动梁及其支撑锚点23。动静梳齿对用于驱动质量块24沿活动梁的一定方向运动。吸附电极3位于驱动梳齿2的外围，用来吸附梳齿驱动器所在工作空间内存在的颗粒污染物，颗粒污染物存储于颗粒储存槽5。
具体的，吸附电极3紧靠驱动梳齿动静梳齿交错部分，且至少包含一对电极对，分别为第一电极31与第二电极32，可包围或者部分包围驱动梳齿2，在该实施例中第一电极31与第二电极32为同心封闭环状电极，将驱动梳齿2包围，使驱动梳齿2位于第一电极31与第二电极32的中心。第一电极31接地且靠近驱动梳齿2，与驱动梳齿2中的动静梳齿通过绝缘槽4隔离；第二电极32 相对远离驱动梳齿2，该电极接正电平或负电平信号,当给吸附电极加电后，电极作为带电体，可把电极附近的游离的微小颗粒吸附至电极。
吸附电极3在驱动梳齿器工作前先开始工作，进行颗粒物自洁；梳齿驱动器工作时，吸附电极可停止加电，亦可保持加电状态，保持加电状态时，为了保证吸附效果，给吸附电极3施加电信号幅值不小于驱动梳齿2所加电信号的幅值。
实施例二
吸附电极电极对中的两电极的形状，可以是简单线型、波浪线型、折线型，或是交错齿型等，从图3可以看出，本实施例与实施例一不同的是，该实施例中吸附电极3包括两对电极对，且每对电极对为交错齿型(梳齿型)，第三电极 331与第四电极341、第五电极332与第六电极342分别作为两对吸附电极对，布置在梳齿驱动器动静梳齿对附近，进行颗粒物清洁，齿状电极可增长吸附两电极交叠长度，增大吸附电极的有效吸附面积，提高对颗粒污染物的吸附效果。
吸附电极两电极高度，可与驱动梳齿等高，也可低于或高于驱动梳齿的高度；另外，吸附电极两电极可设置高度差，如图4示，第七电极351与第八电极361、第九电极352与第十电极362分别作为吸附电极对，第八电极361、第十电极362接地，第七电极351、第九电极352电极略低于第八电极361、第十电极362，电极对存在的高度差可便于储存颗粒，在一定程度上阻止颗粒脱离电极，重新影响梳齿驱动器。
实施例三
该实施例与实施例二不同的是，该实施例中吸附电极为可动结构，如图5 示，第十一电极371与第十二电极381、第十三电极372与第十四电极382分别作为吸附电极对，其中第十一电极371由第一可活动梁61支撑，第一可活动梁 61通过第一支撑锚点71支撑；第十三电极372由第二可活动梁62支撑，第二可活动梁62通过第二支撑锚点72支撑；通过给第十一电极371与第十二电极 381、第十三电极372与第十四电极382施加特定信号，可驱动第十一电极371、第十三电极372产生关于活动梁某一方向的运动，保持第十一电极371、第十三电极372运动过程中持续带电，便可动态的吸附其附近的颗粒，优选的，吸附电极齿间距不小于梳齿驱动器梳齿间距。
吸附电极材料，可以是与梳齿驱动器相同的材质，比如是半导体硅，或在其表面加镀金、铝、铬等金属导电层，或加镀氧化硅、氮化硅等绝缘层；也可以是与梳齿驱动器不同的可导电的材质，并在其表面加镀导电或绝缘层。
Claims (8)
1.一种具有自洁功能的梳齿驱动器，包括封闭外壳(1)、硅衬底(6)及驱动梳齿(2)，其特征在于：
还包括设置在硅衬底(6)上的吸附电极(3)，所述吸附电极(3)包括至少一对电极对，其中一个电极接地，另一个电极接正电平或负电平信号；吸附电极(3)电极对中的其中一个电极包括电极本体、活动梁及活动梁支撑锚点；电极本体通过活动梁与支撑锚点固连；
吸附电极(3)与驱动梳齿(2)之间通过绝缘槽(4)隔离，吸附电极(3)与驱动梳齿(2)均位于封闭外壳(1)内部。
2.根据权利要求1所述的具有自洁功能的梳齿驱动器，其特征在于：吸附电极(3)包围或部分包围驱动梳齿(2)。
3.根据权利要求2所述的具有自洁功能的梳齿驱动器，其特征在于：吸附电极(3)中的电极对为简单线型、波浪线型、折线型或交错齿型。
4.根据权利要求3所述的具有自洁功能的梳齿驱动器，其特征在于：当吸附电极(3)中的电极对为交错齿型时，吸附电极的齿间距不小于驱动梳齿的梳齿间距。
5.根据权利要求3所述的具有自洁功能的梳齿驱动器，其特征在于：吸附电极(3)电极对中的两个电极相对于驱动梳齿(2)所在平面的高度不同。
6.根据权利要求5所述的具有自洁功能的梳齿驱动器，其特征在于：利用刻蚀方法在硅衬底上形成吸附电极(3)。
7.根据权利要求1所述的具有自洁功能的梳齿驱动器，其特征在于：吸附电极(3)的材料与驱动梳齿(2)的材料相同。
8.根据权利要求1所述的具有自洁功能的梳齿驱动器，其特征在于：驱动梳齿(2)包括静梳齿及其锚点(21)、与静梳齿配合的动梳齿(22)、与动梳齿(22)相连的可动质量块(24)、支撑可动质量块(24)运动的活动梁及其支撑锚点(23)。
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