CN219409258U - Mems致动器以及包括该mems致动器的器件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及MEMS致动器以及包括该MEMS致动器的器件。一种MEMS致动器，包括具有第一表面的半导体主体，第一表面限定面向第一表面并具有底表面的壳腔，半导体主体还限定半导体主体中的流体通道，流体通道具有横跨底表面的第一端。可应变结构延伸到壳体腔中，在底表面处耦合到半导体主体，并且限定面向流体通道的第一端的内部空间，并且包括彼此连接并且连接到流体通道的至少第一和第二内部子空间。当流体被泵送通过流体通道进入内部空间时，第一和第二内部子空间膨胀，从而沿第一轴线使可应变结构发生应变，并生成由可应变结构沿第一轴线在相对于壳体腔的相对方向上施加的致动力。利用本公开的实施例的MEMS致动器获得更大的伸长和致动力。

Description

MEMS致动器以及包括该MEMS致动器的器件
技术领域
本公开涉及一种MEMS(“微机电系统”)致动器。详细地，本公开涉及一种MEMS致动器，该MEMS致动器包括可应变结构，该可应变结构限定了内部空间，当流体被泵送到内部空间中时，该内部空间膨胀，从而生成可应变结构的应变，该应变允许致动力被施加到存在于可应变结构上的外部主体上。
背景技术
众所周知，MEMS致动器是将能量从一种形式转换成另一种形式，即在彼此不同的物理变量之间转换的器件。MEMS致动器的示例是线性或旋转类型的阀、开关、泵、微型马达，并且允许例如将电参数(例如电压)转换成机械参数(例如位移，伸长或扭转)。
特别地，压电型MEMS致动器(微致动器)是已知的，其在由施加到其上的电场引起的应变之后由应变生成位移。
然而，已知的压电微致动器能够生成减小的力，通常在大约10mN和大约100mN之间，这对于一些应用是不够的。
在本领域中需要提供克服现有技术的缺点的MEMS致动器，MEMS致动器的控制方法和制造工艺。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种MEMS致动器，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
本公开的一方面提供了一种MEMS致动器，包括：半导体材料的半导体主体，具有沿着第一轴线彼此相对的第一表面和第二表面，并且所述半导体主体限定了壳体腔，所述壳体腔面向所述半导体主体的所述第一表面并且具有沿着所述第一轴线与所述半导体主体的所述第一表面相对的底表面，以及一个或多个侧向表面，所述一个或多个侧向表面将所述壳体腔的所述底表面接合到所述半导体主体的所述第一表面，所述半导体主体还限定了延伸到所述半导体主体中的流体通道并且具有延伸穿过所述壳体腔的所述底表面的第一端；以及可应变结构，延伸到所述壳体腔中，所述可应变结构：在所述壳体腔的所述底表面处耦合到所述半导体主体、在距所述壳体腔的所述一个或多个侧向表面一定距离处延伸、具有相对于所述可应变结构与所述壳体腔的所述底表面相对的顶表面，并且限定内部空间，所述内部空间面向所述流体通道的第一端并且包括至少一个第一内部子空间和第二内部子空间，所述第一内部子空间和所述第二内部子空间沿着所述第一轴线彼此叠置并且彼此气动连接并且气动连接到所述流体通道；其中所述第一内部子空间和所述第二内部衬底被配置成响应于泵送穿过所述流体通道的流体而膨胀以在所述可应变结构的所述顶表面处生成致动力。
根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间。
根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构与所述半导体主体是单片的。
根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构包括：第一连接部，将所述可应变结构接合至所述壳体腔的所述底表面并且限定所述可应变结构的开口，所述开口面向所述流体通道的第一端并且使所述流体通道与所述内部空间流体连通；第一应变部，接合到所述第一连接部并且限定所述第一内部子空间，所述第一连接部沿着所述第一轴线插入在所述半导体主体和所述第一应变部之间；第二连接部，接合到所述第一应变部上并且限定了将所述第一内部子空间连接到所述第二内部子空间的流体连通孔，所述第一应变部沿着所述第一轴线插入在所述第一连接部和所述第二连接部之间；以及第二应变部，接合到所述第二连接部并且限定所述第二内部子空间，所述第二连接部沿着所述第一轴线插入在所述第一应变部和所述第二应变部之间；其中，当所述流体被泵送穿过所述流体通道进入所述内部空间时，所述第一应变部和所述第二应变部沿所述第一轴线应变。
根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；其中所述第一连接部和所述第二连接部各自具有平行于所述第一平面的环形形状，所述环形形状由第一最大内部尺寸和大于所述第一最大内部尺寸的第一最大外部尺寸限定，所述第一最大内部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的内表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一连接部或所述第二连接部的内表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述内部空间，并且所述第一最大外部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的外表面之间正交于所述第一轴线而测量的，并且所述第一连接部或所述第二连接部的外表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述壳体腔；其中所述第一应变部和所述第二应变部各自具有在相应的所述第一内部子空间和所述第二内部子空间处、并且与所述第一平面平行的环形形状，所述环形形状由第二最大内部尺寸和大于所述第二最大内部尺寸的第二最大外部尺寸限定，所述第二最大内部尺寸是在所述第一应变部或所述第二应变部的第一内表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一应变部或所述第二应变部的所述第一内表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述内部空间，并且所述第二最大外部尺寸是在所述第一应变部或所述第二应变部的第一外表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一应变部或所述第二应变部的第一外表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述壳体腔；以及其中所述第一最大外部尺寸小于所述第二最大内部尺寸。
根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部各自具有第三最大外部尺寸，所述第三最大外部尺寸小于所述第二最大外部尺寸，所述第三最大外部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的第二外表面之间沿着所述第一轴线而测量的，所述第一连接部或所述第二连接部的第二外表面沿着所述第一轴线彼此相对并且面向所述壳体腔。
根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；其中所述第一连接部和所述第二连接部是彼此同心的并且相对于平行于所述第一轴线的、与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。
根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；其中所述第一连接部和所述第二连接部是彼此同心的、相对于平行于所述第一轴线的对称轴线是对称的，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心线轴线是偏心的。
根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构进一步包括：至少一个第三连接部，接合到所述第二应变部并且限定了将所述第二内部子空间连接到所述可应变结构的第三内部子空间的另一个流体连通孔，所述第二应变部沿着所述第一轴线插入在所述第二连接部和所述至少一个第三连接部之间；以及至少一个第三应变部，接合到所述至少一个第三连接部并且限定所述第三内部子空间，所述第三连接部沿着所述第一轴线插入在所述第二应变部与所述至少一个第三应变部之间；其中，当所述流体被泵送穿过所述流体通道进入所述内部空间中时，所述第一应变部、所述第二应变部以及所述至少一个第三应变部沿着所述第一轴线应变。
根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构具有在所述可应变结构的所述顶表面与所述壳体腔的所述底表面之间沿着所述第一轴线测量的最大伸长尺寸；其中，当所述流体未被泵送到所述内部空间中时，所述可应变结构处于休止位置，所述内部空间具有第一体积并且所述最大伸长尺寸具有第一值；以及当所述流体被泵送到所述内部空间中时，所述可应变结构处于伸长位置，所述内部空间具有大于所述第一体积的第二体积，并且所述最大伸长尺寸具有大于所述第一值的第二值。
根据一个或多个实施例，其中所述流体通道具有与所述第一端相对的第二端，并且其中所述MEMS致动器还包括泵送组件，所述泵送组件延伸到在所述第一端和所述第二端之间的所述流体通道中，并且被配置成将所述流体泵送到所述可应变结构的所述内部空间中。
根据一个或多个实施例，其中所述泵送组件包括第一阀、一个或多个微型泵和第二阀，所述一个或多个微型泵延伸到在所述第一阀与所述第二阀之间的所述流体通道中，并且所述第二阀延伸到在所述一个或多个微型泵与所述可应变结构之间的所述流体通道中；其中所述第一阀和所述第二阀能够被控制为处于打开位置或关闭位置，其中在所述打开位置中所述第一阀和所述第二阀允许所述流体在所述流体通道中流动，或者在所述关闭位置中所述第一阀和所述第二阀阻止所述流体在所述流体通道中流动；以及其中所述一个或多个微型泵能够被控制为处于休止位置或泵送位置，其中在所述休止位置中所述一个或多个微型泵在所述流体通道内部不具有任何偏转，或者在所述泵送位置中所述一个或多个微型泵在所述流体通道内部具有偏转。
根据一个或多个实施例，其中所述第一阀、所述一个或多个微型泵和所述第二阀是压电型的。
根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心并且相对于平行于所述第一轴线的与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。
根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心并且相对于平行于所述第一轴线的与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。
根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心，相对于平行于所述第一轴线的对称轴线对称，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心轴线偏心。
根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心，相对于平行于所述第一轴线的对称轴线对称，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心轴线偏心。
本公开的实施例还提供了一种包括根据一个或多个实施例所述的MEMS致动器的器件，进一步包括控制电路，所述控制电路被配置成用于：a)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述打开位置；b)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述打开位置；c)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；d)将所述第一阀控制在所述打开位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；e)将所述第一阀控制在所述打开位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；以及f)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述第二阀控制在所述关闭位置。
利用本公开的实施例的MEMS致动器获得更大的伸长和致动力。
附图说明
为了更好地理解，现在参照附图仅通过非限制性示例描述实施例，其中：
图1是MEMS致动器的透视截面；
图2是图1的MEMS致动器的可应变结构的透视截面图；
图3是图2的可应变结构的侧向截面图；
图4是图1的MEMS致动器的横向截面图；
图5A－图5C是示出图1的MEMS致动器的元件的控制信号的曲线图；
图6是示出图1的MEMS致动器的所述元件的位移信号的曲线图；
图7A－图7I是示出图1的MEMS致动器的制造工艺的步骤的横向截面图；
图8和9是MEMS致动器的不同实施例的侧向截面图；以及
图10是MEMS致动器的可应变结构的不同实施例的透视图。
具体实施方式
下文所述的不同实施例共有的元件用相同的附图标记表示。
图1示出了根据一个实施例并且在由X，Y和Z轴线限定的三轴线笛卡尔参考系中使用MEMS技术制成的致动器(或微致动器)10，并且因此在下文中也称为MEMS致动器10。
MEMS致动器10包括：半导体材料(例如硅)的半导体主体12，其具有沿Z轴线彼此相对的第一表面12a和第二表面12b；以及在半导体主体12中例如在第一表面12a处形成的半导体材料(例如硅)的可应变结构20。
为了还示出其内部结构，在图1和随后的附图中示例性地示出MEMS致动器10沿XZ平面的截面，XZ平面由轴线X和Z限定，穿过可应变结构20的中心轴线(在下文中更好地讨论)。
可应变结构20是气动可控的，以便沿横向于第一表面12a的应变轴线14弹性应变(详细地，在本实施例中，它垂直于第一表面12a)，从而沿应变轴线14施加致动力。换句话说，可应变结构20提供具有可变体积的元件，例如气动波纹管(pneumatic bellow)。
详细地，如图2和3中更好地示出的，可应变结构20延伸到半导体主体12的壳体腔22中，面向顶表面12a。特别地，可应变结构20与半导体主体12是单片的。更详细地，可应变结构20物理地耦合到壳体腔22的底表面22a(相对于壳体22与半导体主体12的第一表面12a相对)，并且在远离壳体腔22的侧向表面22b(其将底表面22a接合到半导体主体12的第一表面12a)处延伸。
可应变结构20是半导体材料的结构，其限定并外部界定可应变结构20的内部空间24，并且其具有开口21，通过该开口，内部空间24可以与MEMS致动器10外部的环境气动连通。换言之，可应变结构20在XY平面(由轴线X和Y限定)中具有环形部分，并且相对于Z轴线径向地界定内部空间26。具体地，内部空间24通过流体通道25与外部环境流体连接，该流体通道25延伸到限定流体路径的半导体主体12中。流体通道25具有第一端25'，该第一端25'与开口21连续地延伸穿过壳体腔22的底表面22a，面向内部空间24并且具有面向外部环境的第二端25"。
具体地，可应变结构20沿Z轴线自身折叠并限定可应变结构20的一个或多个内部子空间26(例如，腔室)。在多个内部子空间26的情况下，它们沿Z轴线彼此叠置，通过一个或多个流体连通孔27(每个流体连通孔27连接彼此相邻的两个内部子空间26)彼此流体连通，并且一起形成内部空间24。例如，一个或多个流体连通孔27沿Z轴线彼此对齐并与流体通道25的第一端25'对齐。
仅作为示例，图2示出了通过流体连通孔27连接的第一内部子空间26'和第二内部子空间26"，但是内部子空间26的数量可以类似地更小(即，一个内部子空间26)或更大(即，三个或更多个内部子空间26)，并且流体连通孔27的数量可以相应地变化。
可应变结构20还具有平行于Z轴线的中心轴线15(详细地，与XY平面正交的轴线穿过可应变结构20的XY平面中的中心)，示例性地示出与应变轴线14重合。
在图2的实施例中，可应变结构20相对于中心轴线15对称；流体连通孔27和开口21彼此对齐并沿中心轴线15同心。
作为示例，可应变结构20具有平行于XY平面的圆形形状，尽管不同的多边形形状可以被类似地认为在下文中更好地描述。
图3示出了处于休止状态下的可应变结构20，即，处于其中没有流体(在下文中，示例性地考虑空气)被泵送到内部空间24中并且因此可应变结构20不被由于该泵送而生成的膨胀力所应变的状态下，如在下文中更好地讨论的。在休止状态下，可应变结构20处于休止位置。
可应变结构20具有平行于XY平面的环形形状，并且在沿着由轴线X和Z限定的XZ平面(类似地，沿着由轴线Y和Z限定的YZ平面)的截面中具有限定第一内部子空间26'和第二内部子空间26"的多个折叠部。
详细地，第一和第二内部子空间26'和26"是延伸到可应变结构20中的相应腔体，并且具有平行于XY平面的主延伸。例如，每个内部子空间26'和26“具有沿Y轴线或X轴线的第一最大尺寸D1(在可应变结构20的沿X轴线或Y轴线彼此相对并面向相应内部子空间26'，26”的第一内表面23b'之间测量)和沿Z轴线的第二最大尺寸D2(在可应变结构20的沿Z轴线彼此相对并面向相应内部子空间26'，26"的第二内表面23b””之间测量)，第二最大尺寸D2小于第一最大尺寸D1。例如，第二最大尺寸D2和第一最大尺寸D1之间的比率小于约6％。
具体地，可应变结构20包括：第一连接部23a，其在壳体腔22的底表面22a处将可应变结构20接合到半导体主体12，并且其限定开口21；第一应变部23b，其在第一连接部23a的相对于容纳腔22的底表面22a的相对侧上接合到第一连接部23a，并限定第一内部子空间26'；第二连接部23c，其在第一应变部23b的相对于第一连接部23a的相对侧上连接到第一应变部23b，并且限定将第一内部子空间26'连接到第二内部子空间26"的流体连通孔27；以及第二应变部23d，其在第二连接部23c的相对于第一应变部23b的相对侧上连接到第二连接部23c，并且其限定第二内部子空间26"。由于相应的连接部23a和23c，应变部23b和23d沿Z轴线彼此相距一定距离并相对于壳体腔22的底面22a延伸。此外，流体通道25与开口21连续延伸，从而面对第一内部子空间26'。
更详细地，每个连接部23a，23c具有平行于XY平面的环形形状，该环形形状由第一最大内部尺寸Di,1(平行于XY平面测量，因此正交于Z轴线，并且例如沿着X轴线，在连接部23a，23c的内表面23a'之间，该内表面23a'沿着X轴线彼此相对并且分别面对流体通道25和流体连通孔27)和第一最大外部尺寸De，1(平行于XY平面测量，例如沿着X轴线，在连接部23a，23c的外表面23a“之间，该外表面23a”沿着X轴线彼此相对并且面对壳体腔22)限定，该第一最大外部尺寸大于第一最大内部尺寸Di,1。此外，每个应变部23b，23d在其各自的内部子空间26'，26“处并且平行于XY平面具有由第二最大内部尺寸Di，2(平行于XY平面，例如沿着X轴线测量，在应变部23b，23d的第一内表面23b'之间，该第一内表面沿着X轴线彼此相对并且面向各自的内部子空间26'，26”)和由第二最大外部尺寸De，2(平行于XY平面，例如沿着X轴线测量，在应变部23b，23d的第一外表面23b"之间，该第一外表面沿着X轴线彼此相对并且面向壳体腔22)限定的环形形状，该第二最大外部尺寸大于第二最大内部尺寸Di，2。这里，第二最大内部尺寸Di，2等于上述第一最大尺寸D1。此外，关系Di,1<Di，2和De，1<De，2适用，并且更详细地，关系Di,1<De，1<Di，2<De，2适用。此外，每个应变部23b，23d具有平行于Z轴线的第三最大外部尺寸De，3(沿Z轴线测量，在应变部23b，23d的第二外表面23“'之间，第二外表面23”'沿Z轴线彼此相对并且面向壳体腔22)，第三最大外部尺寸De，3大于第二最大尺寸D2并且小于第二最大外部尺寸De，2。例如，第三最大外部尺寸De，3和第二最大外部尺寸De，2之间的比率小于约6％。
在图3中，为了简单起见，最大内部尺寸Di,1，Di，2和最大外部尺寸De，1，De，2已经被指示用于第一连接部23a和用于第一应变部23b，尽管它们也清楚地和类似地适用于第二连接部23c和第二应变部23d。
此外，第一连接部23a和第二连接部23c彼此同心并且相对于对称轴线16对称，在图2和3的实施例中，对称轴线16与中心轴线15重合。
仅通过举例的方式，第一最大内部尺寸Di,1被包括在约5μm与约100μm之间，第一最大外部尺寸De，1被包括在约50μm与约500μm之间，第二最大内部尺寸Di，2被包括在约200μm与约1000μm之间，第二最大外部尺寸De，2被包括在约300μm与约2000μm之间。
例如，在可应变结构20具有平行于XY平面的圆形形状(即，所述环形部分具有圆形形状)的本实施例中，最大内部尺寸Di,1，Di，2与分别小于连接部23a，23c和应变部23b，23d的环形部分的直径一致，而最大外部尺寸De，1，De，2与分别大于连接部23a，23c和应变部23b，23d的环形部分的直径一致。
此外，可应变结构20具有顶表面23e(这里是第二应变部23d的顶表面，相对于第一应变部23b在第二应变部23d的相对侧上延伸)，其在可应变结构20的休止位置沿Z轴线与半导体主体12的第一表面12a对准。
在使用中，可应变结构20用作致动器。特别地，空气通过流体通道25插入(主动泵送)到内部空间24中，如下面更好地描述的。空气的这种泵送在可应变结构20上(详细地，在面对内部空间24的可应变结构20的内表面上)生成相对于内部空间24径向地向外操作的所述膨胀力(未示出)。膨胀力导致可应变结构20沿应变轴线14的应变，并因此导致内部空间24的体积增加，这导致可应变结构20的顶表面23e远离半导体主体12移动。
换言之，可应变结构20具有沿Z轴线的最大伸长尺寸Dall(即，沿Z轴线的最大长度，例如在可应变结构20的顶表面23e和壳体腔22的底表面22a之间测量的)；当可应变结构20处于休止位置(例如，图3)时，内部空间24具有第一体积并且最大伸长尺寸Dall具有第一值；当可应变结构20由于将空气泵入内部空间24而受到应力和应变时(例如，图2)，可应变结构20处于自身伸长位置(不同于休止位置)，内部空间24具有大于第一体积的第二体积，并且最大伸长尺寸Dall具有大于第一值的第二值。
详细地，给定可应变结构20沿Z轴线的形状，该应变主要沿应变轴线14发生在壳体腔22的外部(即，在相对于底面22a的相对方向上)。此外，以几乎可忽略的方式，可应变结构20也平行于XY平面应变，具体地，当它处于休止状态时，受到沿轴线X和Y的收缩。
作为可应变结构20随着内部空间24中的压力增加而沿着Z轴线伸长的结果，可应变结构20在顶表面23e处沿着应变轴线14将所述致动力(在图2中用附图标记Fatt表示)施加到壳体腔22的外部。因此，布置在顶表面23e上的外部主体将受到该致动力Fatt的作用并且将被升高(即，相对于半导体主体12沿着Z轴线移动离开)。
参考图1并根据实施例，MEMS致动器10还包括泵送组件30，其沿着由流体通道25限定的流体路径延伸到半导体主体12中(例如在第一表面12a处)，气动地耦合到可应变结构20，并可控制以将空气泵送到可应变结构20中，以便引起可应变结构应变。
详细地，泵送组件30包括第一阀32、微型泵34和第二阀36，所述第一阀32、微型泵34和第二阀36彼此连续地布置并且彼此气动连接并且与可应变结构20气动连接。
特别地，微型泵34以及第一和第二阀32和36沿着流体路径延伸，并允许将空气从外部环境泵送到内部空间24。沿着该流体路径，微型泵34插在第一阀32和第二阀36之间，第二阀36插在微型泵34和可应变结构20之间。
第一阀32、微型泵34和第二阀36使用MEMS技术制成并且是已知类型的。特别地，它们是压电型的，并且例如利用压电薄膜。
详细地，如图4中更好地示出的，半导体主体12包括第一衬底40和第二衬底41，两者都是诸如硅的半导体材料，通过接合层42(例如，空白晶片或聚合物层，以允许永久接合)彼此耦合。具体地，第一衬底40具有沿Z轴线彼此相对的第一表面40a和第二表面40b，第二衬底41具有沿Z轴线彼此相对的第一表面41a和第二表面41b，并且接合层42延伸为与衬底40和41的第二表面40b和41b接触，因此衬底40和41的第二表面40b和41b通过接合层42彼此面对。
此外，第一衬底40具有相对于第二衬底41横向偏移的区域(即，其不在第二衬底41上沿Z轴线垂直叠置)，从而不面向第二衬底41并留下第一衬底40的第二表面40b的暴露的第一暴露区域40b'。第一衬底40的第一表面40a形成半导体主体12的第一表面12a，而第二衬底41的第一表面41a和第一衬底40的第二表面40b的第一暴露区域40b'形成半导体主体12的第二表面12b。
第一阀32，微型泵34和第二阀36在半导体主体12的第一表面12a处延伸。
详细地，第一阀32，微型泵34和第二阀36具有类似的结构，尽管其同样适用于第一和第二阀32，36，但参照微型泵34示例性地描述该结构。更详细地，微型泵34包括压电型的致动结构37，其在第一表面12a处的膜体38上延伸，该膜体38悬置在半导体主体12中存在的掩埋腔体39上。致动结构37包括：在半导体主体12的第一表面12a上的第一电极37a(例如，与其接触)，叠置在第一电极37a上的压电层37b和叠置在压电层37b上的第二电极37c(即，相对于第一电极37a在压电层37b的相对侧上延伸)。
在使用中，电极37a和37c被设置为相应的电压，以便偏置布置在其间的压电层37b，由于逆压电效应，压电层37b朝着下面的掩埋腔体39应变。由于致动结构37与膜体38是一体的并且与其形成膜35，压电层37b的应变引起整个膜35朝向掩埋腔体39的应变。
第一阀32、微型泵34和第二阀36的埋置腔39彼此流体连通并形成流体通道25的一部分。
因此，在使用中，第一和第二阀32，36利用膜35的这种应变来阻塞(occlude)(详细地，完全阻塞)相应的掩埋腔体39处的流体通道25。这防止了流体通道25中阀32，36的入口和出口之间的流体和气动连通，即，将流体通道25分成彼此气动隔离的两个区域。相对地，微型泵34利用膜35的这种应变，与下文将更好描述的阀32和36相结合，以对存在于第一阀32和第二阀36之间的空气施加压力，从而在流体通道25中生成压力梯度，该压力梯度引起可应变结构20的内部空间24中的空气的位移。
换言之，每个阀32，36可在打开状态(阀32，36的打开位置，对应于阀32，36的休止状态，即，没有偏压且因此没有相应压电层37b的应变)或在关闭状态(阀32，36的关闭位置，对应于阀32，36的工作状态，即，偏压且因此相应压电层37b的应变)下操作；此外，微型泵34可在非活动状态(微型泵34的休止位置，对应于各个压电层37b不存在偏压并因此不存在应变的状态)或活动状态(微型泵34的泵送或偏转位置，对应于微型泵34的工作状态，即压电层37b的偏压并因此应变)下操作。例如，在打开或不活动状态下，阀32和36以及微型泵34的膜35具有压电层37b的固有压缩应力，该固有压缩应力引起相同膜35在相对于掩埋腔体39的相对方向上(即，朝向外部环境)的应变；在关闭或活动状态下，阀32和36以及微型泵34的膜35受到压电层37b的拉伸应力，该拉伸应力由逆压电效应引起，该逆压电效应对抗压缩应力并生成膜35朝向掩埋腔体39(即，在掩埋腔体39内)的应变。
流体通道25具有面向第一暴露区域40b'的第二端25"，并且第二端25"延伸到第一衬底40中直到到达可应变结构20的内部空间24为止。
特别地，流体通道25的第一部分25a主要平行于Z轴线从第一暴露区域40b'延伸到第一阀32的掩埋腔体39，从而沿着Z轴线穿过第一衬底40的大部分。然后，第一阀32的掩埋腔体39，微型泵34的掩埋腔体39和第二阀36的掩埋腔体39沿着流体通道25行进。然后，流体通道25包括第二部分25b，该第二部分25b主要平行于Z轴线从第二阀36的掩埋腔体39延伸到流体通道25的第三部分25c，该第三部分25c具有平行于X轴线的主延伸方向，并且与第二衬底41的第二表面41b的一部分接触地延伸，直到到达面向内部空间24的开口21为止。
现在参照图5和图6描述MEMS致动器10的控制方法。
详细地，图5A－图5C是分别示出第一阀32、微型泵34和第二阀36的控制信号Sv1，Sp，Sv2作为时间函数的趋势的曲线图。这些控制信号Sv1，Sp，Sv2从MEMS致动器10的外部提供(例如，通过可电连接到第一阀32、型泵34和第二阀36的电极37a和37c的外部偏置模块)，并且例如是电压信号，具体而言是施加到电极37a和37c以控制第一阀32、微型泵34或第二阀36的电势差。例如，每个控制信号Sv1，Sp，Sv2可以在相应的第一值(分别表示第一阀32的打开状态，微型泵34的非活动状态和第二阀36的打开状态，并且例如等于大约0V)和相应的第二值(分别表示第一阀32的关闭状态，微型泵34的活动状态和第二阀36的关闭状态，并且例如等于大约28－30V)之间变化。
此外，图6是分别示出第一阀32、微型泵34、第二阀36和可应变结构20的位移信号Xv1、Xp、Xv2和Xstr随时间变化的趋势的曲线图。这些位移信号Xv1、Xp、Xv2和Xstr表示沿第一阀32、微型泵34、第二阀36和可应变结构20的Z轴线从休止状态下的相应位置测量的位移。例如，位移信号Xv1是指第一阀32的膜35相对于其休止位置(例如，膜体38在掩埋腔体39中的位移)沿Z轴线的位移，即，相对于当相应的压电层37b未被偏置时沿Z轴线的位移；相对地，位移信号Xv1是指可应变结构20的顶表面23e相对于其休止位置(即，当没有空气被泵送到内部空间24中时)沿Z轴线的位移(换言之，其等于可应变结构20在伸长位置的最大伸长尺寸Dall与可应变结构20在休止位置的最大伸长尺寸Dall之间的差)。
特别地，MEMS致动器10的控制方法包括一个或多个彼此连续执行的迭代。第一次迭代开始于MEMS致动器10处于休止状态(即，当在内部空间24中没有执行空气的泵送，并且因此第一阀32处于打开状态，微型泵34处于不活动状态并且第二阀36处于打开状态)。每次迭代包括彼此连续地：
a)关闭第一阀32，使微型泵34不活动并且使第二阀36打开(即，Sv1呈现第二值，Sp呈现第一值并且Sv2呈现第一值，如在时刻t1所示)，使得流体通道25的在第一阀32之后的部分与流体通道25的在第一阀32之前的部分气动地分离；
b)使第一阀32关闭，致动微型泵34并且使第二阀36打开(即，Sv1呈现第二值，Sp呈现第二值并且Sv2呈现第一值，如在时刻t2所示)，使得微型泵34朝向内部空间24泵送空气(排量信号Xstr的值相对于步骤a增加)；
c)使第一阀32关闭，使微型泵34活动并且关闭第二阀36(即，Sv1呈现第二值，Sp呈现第二值并且Sv2呈现第二值，如在时刻t3所示)，使得在第二阀36之后的流体通道25的部分与在第二阀36之前的流体通道25的部分气动地分离；
d)打开第一阀32，使微型泵34活动并且使第二阀36关闭(即，Sv1为第一值，Sp为第二值，Sv2为第二值，如时刻t4所示)，使得包括在第一阀32和第二阀36之间的流体通道25的部分返回与外部环境流体连通；
e)使第一阀32打开，停用微型泵34并且使第二阀36关闭(即，Sv1呈现第一值，Sp呈现第一值并且Sv2呈现第二值，如在时刻t5所示)，使得空气从外部环境朝向包括在第一阀32与第二阀36之间的流体通道25的部分被抽吸；以及
f)关闭第一阀32，使微型泵34不活动并且使第二阀36关闭(即，Sv1呈现第二值，Sp呈现第一值并且Sv2呈现第二值，如在时刻t6所示)，以便将包括在第一阀32与第二阀36之间的流体通道25的部分与外部环境以及与内部空间24二者都气动隔离。
通过重复步骤a－f，并且因此执行控制方法的多次迭代，内部空间24中的空气量可以逐渐增加，并且因此可应变结构20可以逐渐应变以增加其最大伸长尺寸Dall。
参考图7A－图7I，现在描述根据实施例的MEMS致动器10的制造工艺。
详细地，图7A示出了用于形成第一衬底40的半导体材料(例如硅)的第一晶片50。第一晶片50具有沿Z轴线彼此相对的第一表面50a和第二表面50b。
参考图7B，第一掩埋腔体52形成在第一晶片50的第一表面50a处。第一掩埋腔体52具有平行于XY平面的环形形状(详细地，环形)，并且用于形成第一连接部23a的第一晶片50的第一连接区域51在其中心延伸。特别地，第一连接区域51具有平行于XY平面的第一最大外部尺寸De，1，而第一掩埋腔体52具有平行于XY平面的第一最大腔体尺寸Dc，1(例如，在沿X轴线或Y轴线彼此相对的第一掩埋腔体52的侧壁之间测量)，其大于第一最大外部尺寸De，1。例如，在示例性考虑的实施例中，其中第一掩埋腔体52具有圆形形状，第一最大腔体尺寸Dc，1与大于由第一掩埋腔体52形成的环形部分的直径一致，而第一最大外部尺寸De，1与小于由第一掩埋腔体52形成的环形部分的直径一致。
详细地，第一掩埋腔体52使用公知的“文森(VenSen)”工艺(也称为“威尼斯(Venice)”工艺，并且例如在美国专利No.7，294，536和美国专利公开No.2008/0261345中公开，这两个专利的内容通过引用整体并入本文)形成。更详细地，在第一晶片50的第一表面50a的旨在成为第一掩埋腔体52的区域中形成工作沟槽(未示出)。例如使用已知的光刻和选择性蚀刻步骤，在第一晶片50的该区域中形成界定半导体材料的相应多个柱(未示出)的一组工作沟槽。外延层(未示出)通过外延生长步骤生长在第一晶片50的第一表面50a上(因此其厚度增加)，该第一晶片50具有面向其的工作沟槽。然后例如在还原环境(例如，在氢气氛中)中和在高温(例如，高于1000℃)下执行第一晶片50的一个或多个热退火步骤。一个或多个热退火步骤引起半导体原子(此处为硅)的迁移，其倾向于迁移到较低能量的位置：因此，柱的半导体原子完全迁移，形成第一掩埋腔体52。因此，掩埋腔体52由半导体层向上界定，该半导体层部分地由外延生长的原子形成，部分地由迁移的原子形成；该半导体层形成第一晶片50的封闭层，并提供第一晶片50的新的第一表面(图7B的第一晶片50的第一表面沿Z轴线叠置在图7A的第一晶片50的第一表面50a上，并沿Z轴线与第一晶片50的第二表面50b相对，因此再次用附图标记50a表示)。
参考图7C，通过先前描述的VenSen工艺，在图7B的第一晶片50的第一表面50a处形成第二掩埋腔体54。第二掩埋腔体54沿Z轴线叠置在第一掩埋腔体52上，用于形成第一内部子空间26'。第二掩埋腔体54具有平行于XY平面的第二最大内部尺寸Di，2，并且特别地，在本实施例中，具有圆形形状。
参考图7D，通过VenSen工艺在图7C的第一晶片50的第一表面50a处形成第三掩埋腔体56。第三掩埋腔体56沿Z轴线叠置在第二掩埋腔体54上，与第一掩埋腔体52相似，因此不再详细描述；此外，用于形成第二连接部23c的第一晶片50的第二连接区55在中心延伸到第三掩埋腔体56。
参考图7E，通过VenSen工艺在图7D的第一晶片50的第一表面50a处形成第四掩埋腔体58。第四掩埋腔体58沿Z轴线叠置在第三掩埋腔体56上，用于形成第二内部子空间26"。第四掩埋腔体58类似于第二掩埋腔体54，因此不再详细描述。在图7E的步骤结束时，第一晶片50限定第一衬底40，其中衬底40的第二表面40b与第一晶片50的第二表面50a重合，并且衬底40的第一表面40a与图7E的第一晶片50的第一表面50a重合。
可选地，在图7E所示的步骤中，第一阀32、微型泵34和第二阀36的掩埋腔体(或第五掩埋腔体)39也通过例如在形成第四掩埋腔体58的同时的可变工艺形成。详细地，掩埋腔体39在图7D的第一晶片50的第一表面50a的区域中横向延伸到第四掩埋腔体58，用于容纳第一阀32、微型泵34和第二阀36。更详细地，掩埋腔体39沿着Z轴线在与第四掩埋腔体58相同的水平上延伸。
在图7F所示的(可选的)制造步骤中，根据本领域普通技术人员已知的适当制造技术形成第一阀32，微型泵34和第二阀36的致动结构37。特别地，致动结构37形成在相应的掩埋腔体39上，即沿着Z轴线叠置在掩埋腔体39上。
参考图7G，在第一衬底40上执行第一蚀刻(详细地，化学干蚀刻，诸如例如通过诸如XeF2的氟化物的深反应离子蚀刻)以形成壳腔22，并因此在外部限定可应变结构20。详细地，在第一衬底40的第一表面40a的第二暴露区域60中执行第一蚀刻，第二暴露区域60具有环形形状且沿Z轴线叠置在掩埋腔体52－58上。第一表面40a的第二暴露区域60保持从光致抗蚀剂层(未示出)暴露，该光致抗蚀剂层沉积在第一衬底40的第一表面40a上以用作第一蚀刻的掩模。更详细地，第二暴露区域60具有平行于XY平面的环形部分，该环形部分由第三最大内部尺寸Di，3(平行于XY平面测量，例如沿着X轴线，并且等于第二最大外部尺寸De，2)和大于第三最大内部尺寸Di，3的第三最大外部尺寸De，3(平行于XY平面测量，例如沿着X轴线)限定。在示例性考虑的实施例中，其中可应变结构20在XY平面中具有圆形形状，第三最大内部尺寸Di，3与比由第二暴露区域60形成的环形部分更小的直径一致，而第三最大外部尺寸De，3与比由第二暴露区域60形成的环形部分更大的直径一致。
详细地，执行图7G的第一蚀刻，以便形成具有环形形状的第一沟槽62，其从第一衬底40的第一表面40a向第一衬底40的第二表面40b延伸，而不到达第二表面40b。特别地，第一沟槽62从第一衬底40的第一表面40a延伸穿过第三掩埋腔体56直到到达第一掩埋腔体52，从而使第一掩埋腔体52和第三掩埋腔体56二者与外部环境流体连通。第一沟槽62，第一掩埋腔体52和第三掩埋腔体56因此彼此连接并形成壳体腔22，该壳体腔22将可应变结构20与第一衬底40物理分离，使可应变结构20通过第一连接部23a耦合到第一衬底40。
参考图7H，在第一衬底40上执行第二蚀刻(详细地，化学干蚀刻，诸如深反应离子蚀刻，例如通过诸如XeF2的氟化物)以形成流体通道25并在内部限定可应变结构20。在第一衬底40的第二表面40b上执行第二蚀刻，并形成第二沟槽64，第二沟槽64沿Z轴线从第一衬底40的第二表面40b通过第一和第二连接区域51和55延伸到第四掩埋腔体58。换句话说，在本实施例中，第二沟槽64相对于掩埋腔体52－58在中心延伸。因此，第二沟槽64形成开口21和连通孔27，从而使第二和第四掩埋腔体54和58彼此流体连通并与外部环境流体连通，从而形成内部空间24。此外，第二沟槽64形成流体通道25的一部分，并且详细地形成流体通道25的第一端25'。
任选地，图7H的蚀刻还形成：第三沟槽66，其从第一衬底40的第二表面40b延伸到第一阀32的掩埋腔体39，并形成流体通道25的第一部分25a；第四沟槽68，其从第一衬底40的第二表面40b延伸到第二阀36的掩埋腔体39，并形成流体通道25的第二部分25b；以及面向第一衬底40的第二表面40b的暴露腔70，其在第二沟槽64和第四沟槽68之间沿X轴线延伸，并用于形成流体通道25的第三部分25c。
参考图7I(可选步骤)，半导体材料(例如，硅)的第二晶片形成第二衬底41，并且例如通过胶合结合到第一衬底40。详细地，根据本领域普通技术人员已知的适当技术，在第一和第二衬底40和41的第二表面40b和41b之间沉积粘结层42，以便将它们相互粘结在一起。这允许暴露的腔体70被封闭，从而形成流体通道25的第三部分25c。此外，衬底40和41彼此耦合，使得它们不会阻挡流体通道25的第二端25"，该第二端保持面向外部环境。因此，内部空间24通过流体通道25与外部环境流体连通，的流体通道25与外部环境流体连通。
通过检查本文所述的特征，本公开提供的优点是明显的。
特别地，可应变结构20允许相对于例如基于压电技术的已知类型的MEMS致动器获得更大的伸长和致动力。详细地，可由可应变结构20施加的致动力Fatt例如包括在300mN和500mN之间。
由于可应变结构20的形状和可有效地将大量空气泵送到内部空间24中的泵送组件30，这都是允许的。
此外，可应变结构20和泵送组件30被集成到MEMS致动器10中，MEMS致动器10具有小尺寸(例如，数百μm量级)。
此外，前述制造工艺允许以简单和经济的方式制造MEMS致动器10。
最后，清楚的是，在不脱离本公开的范围的情况下可以进行修改和变化。例如，在此描述的不同实施例可以彼此组合以提供进一步的实施例和配置。
此外，泵组件30可以具有多于一个微型泵34，如图8的实施例所示。在这种情况下，微型泵34沿着流体通道25在第一和第二阀32和36之间彼此串联布置。多个微型泵34允许提高泵送组件30的空气泵送能力，从而增加可应用于存在于第一和第二阀32和36之间的空气的压力。
可应变结构20在XZ平面内可以是不对称的。换句话说，如图9所示，流体连通孔27和开口21沿对称轴线16彼此对准，在本实施例中，对称轴线16平行于Z轴线但与中心轴线15不同(不重合)。因此，流体连通孔27和开口21相对于中心轴线15在XY平面内偏离中心，并且相对于可应变结构20的顶表面23e的XY平面内的中心(例如质心)横向偏移。此外，第一连接部23a和第二连接部23c彼此同心，相对于对称轴线16对称，并且相对于可应变结构20的中心轴线15偏心，这里中心轴线15不同于对称轴线16。因此，可应变结构20的应变也是不对称的，并且特别地，当可应变结构20由于将空气泵入内部空间24而应变时，可应变结构20的顶表面23e横向于半导体主体12的第一表面12a倾斜(如在图10中还可以看到的)。以这种方式，相对于对称的可应变结构20的情况，利用MEMS致动器10的相同的应用泵送能力和尺寸，也可以实现更大的最大伸长尺寸Dall。
如图10所示，可应变结构20还可以在XY平面中具有圆形以外的形状，例如矩形。其它多边形的例子可以是正方形，六边形，八边形等。
此外，可应变结构20可包括多于两个应变部23b和23d以及多于两个连接部23a和23c，以便增加内部空间24和可应变结构20沿Z轴线伸长的能力。
此外，泵送组件还可以将除空气之外的流体(例如水或油)泵送到内部空间24中。
在实施例中，MEMS致动器包括：半导体材料的半导体主体，具有沿着第一轴线彼此相对的第一表面和第二表面，并且限定了壳体腔，所述壳体腔面向所述半导体主体的所述第一表面，并且具有沿着所述第一轴线与所述半导体主体的所述第一表面相对的底表面，以及将所述壳体腔的所述底表面接合到所述半导体主体的所述第一表面的一个或多个侧向表面，所述半导体主体还限定了延伸到所述半导体主体中的流体通道并且具有延伸穿过所述壳体腔的所述底表面的第一端；以及可应变结构，所述可应变结构延伸到所述壳体腔中，在所述壳体腔的所述底表面处耦合到所述半导体主体，从所述壳体腔的所述一个或多个侧向表面延伸一定距离，具有相对于所述可应变结构与所述壳体腔的所述底表面相对的顶表面，并且限定内部空间，所述内部空间面向所述流体通道的所述第一端，并且包括至少第一内部子空间和第二内部子空间，所述第一内部子空间和所述第二内部子空间沿着所述第一轴线彼此叠置并且彼此气动(pneumatic)连接并气动连接到所述流体通道。当流体被泵送通过流体通道进入内部空间时，第一内部子空间和第二内部子空间膨胀，使可应变结构沿第一轴线应变，并生成由可应变结构的顶表面沿第一轴线在相对于壳体腔的相对方向上施加的致动力。
该流体通道可以具有与该第一端相对的第二端，并且该MEMS致动器还可以包括泵送组件，该泵送组件延伸到该第一端与第二端之间的流体通道中并且被配置成将流体泵送到该可应变结构的内部空间中。
泵组件可包括第一阀、一个或多个微型泵和第二阀，一个或多个微型泵延伸到第一阀和第二阀之间的流体通道中，第二阀延伸到一个或多个微型泵和可应变结构之间的流体通道中。第一和第二阀可以被可控制地处于打开位置和关闭位置，在打开位置中它们允许流体在流体通道中流动，或者在关闭位置是中它们阻止流体在流体通道中流动。此外，所述一个或多个微型泵可以可控制地处于休止位置和泵送位置，在休止位置中它们在流体通道内没有任何偏转，或在泵送位置中它们在流体通道内具有偏转。
这里还公开了一种控制上述MEMS致动器的方法。该方法包含以下步骤：a)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述打开位置；b)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述打开位置；c)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；d)将所述第一阀控制在所述打开位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；e)将所述第一阀控制在所述打开位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；以及f)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置。
本公开的一方面提供了一种制造MEMS致动器的方法，包括以下步骤：在半导体材料的第一晶片的第一表面处形成环形形状的第一掩埋腔体，所述第一掩埋腔体具有所述第一晶片的第一连接区域，所述第一连接区域沿第一轴线延伸穿过所述第一掩埋腔体，所述第一晶片还具有沿所述第一轴线与所述第一表面相对的第二表面；在所述第一晶片的所述第一表面形成第二掩埋腔体，所述第二掩埋腔体沿所述第一轴线插入在所述第一掩埋腔体和所述第一晶片的所述第一表面之间，所述第二掩埋腔体沿所述第一轴线叠置到所述第一连接区域；在所述第一晶片的所述第一表面处形成环形形状的第三掩埋腔体，所述第三掩埋腔体具有所述第一晶片的第二连接区域，所述第二连接区域沿所述第一轴线延伸穿过所述第三掩埋腔体，所述第三掩埋腔体沿所述第一轴线插入在所述第二掩埋腔体与所述第一晶片的所述第一表面之间，所述第二连接区域沿着所述第一轴线叠置到所述第二掩埋腔体；在所述第一晶片的所述第一表面处形成第四掩埋腔体，所述第四掩埋腔体沿所述第一轴线插入在所述第三掩埋腔体和所述第一晶片的所述第一表面之间，所述第四掩埋腔体沿所述第一轴线叠置到所述第二连接区域；在所述第一晶片的所述第一表面处形成环形形状的第一沟槽，所述第一沟槽从所述第一晶片的所述第一表面穿过所述第三掩埋腔体延伸到所述第一掩埋腔体、与所述第二掩埋腔体以及所述第四掩埋腔体相距一定距离；以及在所述第一晶片的所述第二表面处形成第二沟槽，所述第二沟槽从所述第一晶片的所述第二表面穿过所述第二掩埋腔体延伸到所述第四掩埋腔体，所述第二沟槽延伸穿过所述第一连接区域和所述第二连接区域并且与所述第一掩埋腔体和所述第三掩埋腔体相距一定距离。
根据一个或多个实施例，方法进一步包括以下步骤：在所述第一晶片的所述第一表面处形成相对于所述第四掩埋腔体彼此横向布置的第五掩埋腔体，所述第五掩埋腔体彼此流体连接；在所述第一晶片的所述第一表面上形成压电型的致动结构，每个致动结构叠置到所述第五掩埋腔体中相应的一个第五掩埋腔体，并且利用相应的所述第五掩埋腔体分别形成第一阀、一个或多个微型泵或第二阀；在所述第一晶片的所述第二表面形成第三沟槽，所述第三沟槽从所述第一晶片的所述第二表面延伸到所述第一阀的所述第五掩埋腔体；在所述第一晶片的所述第二表面形成第四沟槽，所述第四沟槽从所述第一晶片的所述第二表面延伸到所述第二阀的所述第五掩埋腔体；在所述第一晶片的所述第二表面处形成暴露的腔体，所述暴露的腔体面向所述第一晶片的所述第二表面并且在所述第二沟槽与所述第四沟槽之间延伸；以及将半导体材料的第二晶片接合到所述第一晶片的所述第二表面，从而限定了由所述第二沟槽、所述暴露的腔体、所述第四沟槽、所述第五掩埋腔体和所述第三沟槽形成的流体通道。

Claims (18)

1.一种MEMS致动器，其特征在于，包括：
半导体材料的半导体主体，具有沿着第一轴线彼此相对的第一表面和第二表面，并且所述半导体主体限定了壳体腔，所述壳体腔面向所述半导体主体的所述第一表面并且具有沿着所述第一轴线与所述半导体主体的所述第一表面相对的底表面，以及一个或多个侧向表面，所述一个或多个侧向表面将所述壳体腔的所述底表面接合到所述半导体主体的所述第一表面，所述半导体主体还限定了延伸到所述半导体主体中的流体通道并且具有延伸穿过所述壳体腔的所述底表面的第一端；以及
可应变结构，延伸到所述壳体腔中，所述可应变结构：在所述壳体腔的所述底表面处耦合到所述半导体主体、在距所述壳体腔的所述一个或多个侧向表面一定距离处延伸、具有相对于所述可应变结构与所述壳体腔的所述底表面相对的顶表面，并且限定内部空间，所述内部空间面向所述流体通道的第一端并且包括至少一个第一内部子空间和第二内部子空间，所述第一内部子空间和所述第二内部子空间沿着所述第一轴线彼此叠置并且彼此气动连接并且气动连接到所述流体通道；
其中所述第一内部子空间和所述第二内部衬底被配置成响应于泵送穿过所述流体通道的流体而膨胀以在所述可应变结构的所述顶表面处生成致动力。
2.根据权利要求1所述的MEMS致动器，其特征在于，所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间。
3.根据权利要求1所述的MEMS致动器，其特征在于，所述可应变结构与所述半导体主体是单片的。
4.根据权利要求1所述的MEMS致动器，其特征在于，所述可应变结构包括：
第一连接部，将所述可应变结构接合至所述壳体腔的所述底表面并且限定所述可应变结构的开口，所述开口面向所述流体通道的第一端并且使所述流体通道与所述内部空间流体连通；
第一应变部，接合到所述第一连接部并且限定所述第一内部子空间，所述第一连接部沿着所述第一轴线插入在所述半导体主体和所述第一应变部之间；
第二连接部，接合到所述第一应变部上并且限定了将所述第一内部子空间连接到所述第二内部子空间的流体连通孔，所述第一应变部沿着所述第一轴线插入在所述第一连接部和所述第二连接部之间；以及
第二应变部，接合到所述第二连接部并且限定所述第二内部子空间，所述第二连接部沿着所述第一轴线插入在所述第一应变部和所述第二应变部之间；
其中，当所述流体被泵送穿过所述流体通道进入所述内部空间时，所述第一应变部和所述第二应变部沿所述第一轴线应变。
5.根据权利要求4所述的MEMS致动器，其特征在于，
其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；
其中所述第一连接部和所述第二连接部各自具有平行于所述第一平面的环形形状，所述环形形状由第一最大内部尺寸和大于所述第一最大内部尺寸的第一最大外部尺寸限定，所述第一最大内部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的内表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一连接部或所述第二连接部的内表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述内部空间，并且所述第一最大外部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的外表面之间正交于所述第一轴线而测量的，并且所述第一连接部或所述第二连接部的外表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述壳体腔；
其中所述第一应变部和所述第二应变部各自具有在相应的所述第一内部子空间和所述第二内部子空间处、并且与所述第一平面平行的环形形状，所述环形形状由第二最大内部尺寸和大于所述第二最大内部尺寸的第二最大外部尺寸限定，所述第二最大内部尺寸是在所述第一应变部或所述第二应变部的第一内表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一应变部或所述第二应变部的所述第一内表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述内部空间，并且所述第二最大外部尺寸是在所述第一应变部或所述第二应变部的第一外表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一应变部或所述第二应变部的第一外表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述壳体腔；以及
其中所述第一最大外部尺寸小于所述第二最大内部尺寸。
6.根据权利要求5所述的MEMS致动器，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部各自具有第三最大外部尺寸，所述第三最大外部尺寸小于所述第二最大外部尺寸，所述第三最大外部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的第二外表面之间沿着所述第一轴线而测量的，所述第一连接部或所述第二连接部的第二外表面沿着所述第一轴线彼此相对并且面向所述壳体腔。
7.根据权利要求4所述的MEMS致动器，其特征在于，
其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；
其中所述第一连接部和所述第二连接部是彼此同心的并且相对于平行于所述第一轴线的、与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。
8.根据权利要求4所述的MEMS致动器，其特征在于，
其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；
其中所述第一连接部和所述第二连接部是彼此同心的、相对于平行于所述第一轴线的对称轴线是对称的，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心线轴线是偏心的。
9.根据权利要求4所述的MEMS致动器，其特征在于，所述可应变结构进一步包括：
至少一个第三连接部，接合到所述第二应变部并且限定了将所述第二内部子空间连接到所述可应变结构的第三内部子空间的另一个流体连通孔，所述第二应变部沿着所述第一轴线插入在所述第二连接部和所述至少一个第三连接部之间；以及
至少一个第三应变部，接合到所述至少一个第三连接部并且限定所述第三内部子空间，所述第三连接部沿着所述第一轴线插入在所述第二应变部与所述至少一个第三应变部之间；
其中，当所述流体被泵送穿过所述流体通道进入所述内部空间中时，所述第一应变部、所述第二应变部以及所述至少一个第三应变部沿着所述第一轴线应变。
10.根据权利要求1所述的MEMS致动器，其特征在于，所述可应变结构具有在所述可应变结构的所述顶表面与所述壳体腔的所述底表面之间沿着所述第一轴线测量的最大伸长尺寸；
其中，当所述流体未被泵送到所述内部空间中时，所述可应变结构处于休止位置，所述内部空间具有第一体积并且所述最大伸长尺寸具有第一值；以及
当所述流体被泵送到所述内部空间中时，所述可应变结构处于伸长位置，所述内部空间具有大于所述第一体积的第二体积，并且所述最大伸长尺寸具有大于所述第一值的第二值。
11.根据权利要求1所述的MEMS致动器，其特征在于，所述流体通道具有与所述第一端相对的第二端，并且其中所述MEMS致动器还包括泵送组件，所述泵送组件延伸到在所述第一端和所述第二端之间的所述流体通道中，并且被配置成将所述流体泵送到所述可应变结构的所述内部空间中。
12.根据权利要求11所述的MEMS致动器，其特征在于，所述泵送组件包括第一阀、一个或多个微型泵和第二阀，所述一个或多个微型泵延伸到在所述第一阀与所述第二阀之间的所述流体通道中，并且所述第二阀延伸到在所述一个或多个微型泵与所述可应变结构之间的所述流体通道中；
其中所述第一阀和所述第二阀能够被控制为处于打开位置或关闭位置，其中在所述打开位置中所述第一阀和所述第二阀允许所述流体在所述流体通道中流动，或者在所述关闭位置中所述第一阀和所述第二阀阻止所述流体在所述流体通道中流动；以及
其中所述一个或多个微型泵能够被控制为处于休止位置或泵送位置，其中在所述休止位置中所述一个或多个微型泵在所述流体通道内部不具有任何偏转，或者在所述泵送位置中所述一个或多个微型泵在所述流体通道内部具有偏转。
13.根据权利要求12所述的MEMS致动器，其特征在于，所述第一阀、所述一个或多个微型泵和所述第二阀是压电型的。
14.根据权利要求5所述的MEMS致动器，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心并且相对于平行于所述第一轴线的与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。
15.根据权利要求6所述的MEMS致动器，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心并且相对于平行于所述第一轴线的与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。
16.根据权利要求5所述的MEMS致动器，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心，相对于平行于所述第一轴线的对称轴线对称，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心轴线偏心。
17.根据权利要求6所述的MEMS致动器，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心，相对于平行于所述第一轴线的对称轴线对称，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心轴线偏心。
18.一种包括根据权利要求12所述的MEMS致动器的器件，其特征在于，进一步包括控制电路，所述控制电路被配置成用于：
a)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述打开位置；
b)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述打开位置；
c)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；
d)将所述第一阀控制在所述打开位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；
e)将所述第一阀控制在所述打开位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；以及
f)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述第二阀控制在所述关闭位置。
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