CN2494074Y - 积层式高磁能可动微结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是利用微机电制造方法以集成化制作包覆式铁心、中柱铁芯、激磁线圈、及绝缘层,组成一种积层式高磁能可动微结构,具有微小化体积及批量生产的优点。包覆式铁芯内部为中腹部,顶面开设有开口。中柱铁芯由包覆式铁芯底面向上延伸形成一顶端,顶端位于开口内并略小于开口。激磁线圈容设于包覆式铁芯中腹部内,并同心环绕于中柱铁芯外周。绝缘层填塞于包覆式铁芯中腹部内,以便使激磁线圈与包覆式铁芯、中柱铁芯形成绝缘。通电至激磁线圈产生的磁力线,由中柱铁芯沿着包覆式铁芯环绕形成封闭式磁路,可降低漏磁率、提高磁能效率及致动力。本实用新型可防止隔邻元件间电磁干扰,故可制作成高密度微结构阵列。

Description

积层式高磁能可动微结构

本实用新型是关于一种可动微结构，尤指一种适用于微机电领域，并以微机电制造方法集成化制作的积层式高磁能可动微结构。

微机电领域使用的可动微结构，例如磁微致动器(magnetic micro，actuator)，具有微小化、且以积体化制程制作的特性，用以电磁驱动其他被动微结构。

在图6中显示了一种现有的3D微线圈，是以螺旋线圈81环绕于导磁块82上。然而，导磁块82本身面积范围大，螺旋线圈81环绕后更加高其厚度，整体尺寸欲小不易；且螺旋线圈81环绕密度不易提升，致使电磁驱动力不高。

在图7中显示了另一种现有的闭路式微致动器，是在玻璃基板91面上层积出环形线圈92、悬臂梁93、及导磁块94等。然而环形线圈92产生的磁场缺乏磁路设计，致使磁力线发散无法集中，因此漏磁率偏高、磁能效能低。

此外，上述现有的可动微结构或因体积大、或因相邻元件间电磁干扰，无法制作成高密度微结构阵列。

本发明人本着积极创新的精神，亟思一种可以解决上述问题的“积层式高磁能可动微结构”，几经研究实验终于完成此项有利于社会的发明创作。

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种积层式高磁能可动微结构，以便能批量生产以形成封闭式磁路以降低漏磁率，进而提高磁能效率及致动力。

本实用新型的另一个发明目的是在提供一种积层式高磁能可动微结构，以便能避免磁力线发散干扰隔邻的微结构，故能用以制作高密度微结构阵列。

为实现上述目的，本实用新型主要是由包覆式铁心(Enclosed Core)、中柱铁心(Column Core)、激磁线圈(Coil)、以及绝缘层(Insulator)所组成。包覆式铁心由导磁材料层积形成有顶面、底面、及环侧面，环侧面将顶面、底面由周缘结合成一体，以便在包覆式铁心内部形成一中腹部，顶面开设有一开口。中柱铁心由相对于开口位置的底面上以导磁材料层积而成，并延伸有一顶端，顶端恰位于开口内并略小于开口以便彼此不接触。激磁线圈容设于包覆式铁心的中腹部内，包括有至少一个彼此不接触且同心环绕于中柱铁心外周的环圈。绝缘层由绝缘材料层积填塞于包覆式铁心中腹部内，以便使激磁线圈与包覆式铁心、中柱铁心形成绝缘。

因此，当由激磁线圈通电以产生磁力线，磁力线由中柱铁心沿著包覆式铁心以环绕形成一封闭式磁路，磁力线将不致发散损失，故可降低漏磁率，提高磁能效率及致动力。又因磁力线不致发散而干扰到隔邻的微致动器，故可将复数个本实用新型的可动微结构密集排列以形成高密度微结构阵列。

本实用新型的激磁线圈可由导电材料层积而成，其环圈可由二层或二层以上平面线圈所构成，并相互串联。激磁线圈亦可改由金线缠绕以形成一层或一层以上舍线环圈，再置入微机电积体化制程以制作本实用新型可动微结构。

由于本实用新型构造新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请新型专利。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例的立体图；

图2是本实用新型较佳实施例的剖视图；

图3是本实用新型较佳实施例的制造方法的步骤；

图4是本实用新型较佳实施例应用于高密度可动微结构阵列的示意图；

图5是本实用新型另一较佳实施例的剖视图；

图6是现有微致动器；

图7是另一现有微致动器。

具体实施方式

为更好地了解本实用新型的技术内容，特举二较佳具体实施例说明如下。

在图1、图2中，本实用新型一较佳具体实施例的立体图及剖视图，图中可见本例可动微结构为一微致动器A用以驱动一被动微结构的作动片5。本例的微致动器A由一包覆式铁心1、一中柱铁心2、一激磁线圈3、以及一绝缘层4所组成。

包覆式铁心1由导磁材料层积形成一顶面11、一底面12、及一环侧面13，环侧面13将顶面11、底面12由周缘结合成一体，以便于包覆式铁心1内部形成一中腹部10，顶面11并开设有一开口110，环侧面上还开有线圈入口132和线圈进口131。

中柱铁心2由包覆式铁心1底面12相对于上述开口110位置处以导磁材料层积形成，因此中柱铁心2与包覆式铁心1是连结成一体。中柱铁心2延伸有一顶端21，恰位于开口110内并略小于开口110大小，以便使中柱铁心2顶端21与顶面11彼此保持不接触。上述导磁材料是指任何具有高导磁性且可应用于积体制程的材料，例如导磁合金、或其他等效材料，较佳的是如本例使用的镍铁合金材料。

激磁线圈3容设于包覆式铁心1的中腹部10内，在本实施例中，激磁线圈3是由导电材料层积形成平面状的上、下二层平面线圈31，32，且同心环绕于中柱铁心2外周。上、下层平面线圈31，32彼此之间并不接触，但以一中央导接部30相互导通，促使下层平面线圈32的电流I由外环往内环流动，经导接部30导通至上层平面线圈31，再由上层平面线圈31的内环往外环流动(反之亦可)，故可形成串联以加成产生的磁场。

绝缘层4是以绝缘材料层积填塞于包覆式铁心1中腹部10内，使得上述激磁线圈3与包覆式铁心1之间、或与中柱铁心2之间形成绝缘。本例采用的绝缘材料是一高分子材料，当然亦可使用其他可应用于集成制造方法的等效绝缘材料。

以上本例各细部结构可利用微机电积体化制程以批次生产而成，其制造步骤可如图3中步骤3A至3G所示：

步骤3A：首先以导磁材料于玻璃基板G上方层积出包覆式铁心1的底面12；

步骤3B：以绝缘材料于底面12上方层积出下绝缘层43，请注意中央预留空隙；

步骤3C：以导电材料于下绝缘层43上方层积出下层平面线圈32、及中央导接部30下段；

步骤3D：以绝缘材料于下绝缘层43上方层积出中绝缘层42并包覆下层平面线圈32，只留中央导接部30下段显露于外；

步骤3E：以导电材料于中绝缘层42上方层积出上层平面线圈31、及中央导接部301段；

步骤3F：以绝缘材料于中绝缘层42上方层积出上绝缘层41并包覆上层平面线圈31、及中央导接部30，因此上绝缘层41、中绝缘层42、及下绝缘层43共同形成上述的绝缘层4；

步骤3G：以导磁材料由底面12、上绝缘层41向上层积出包覆式铁心1的环侧面13、顶面11，以及中柱铁心2，因此中柱铁心2便与包覆式铁心1连成一体以便作导磁。

在图2中，当通电至激磁线圈3时，上、下二层平面线圈31，32产生的磁场由中柱铁心2顶端21吸附(或驱动)被动微结构的作动片5。请特别注意其磁力线另可绕经中柱铁心2底面12、环侧面13、顶面11、而至被动微结构的作动片5，以便形成一个封闭式磁路。

本例所形成的封闭式磁路能集中磁能，故能增强致动力，并能减少漏磁率以提高磁能效率。其中，为符合实际需要，尚可增加平面线圈的层数以增加磁吸力，相对于现有技术方案，如图6的3D微线圈，本实用新型无须使用多个微致动器即可产生等量磁吸力，故可提高单位体积的磁能密度输出。

此外，本实用新型因磁力线集中于中柱铁心2与包覆式铁心1的封闭式磁路内，对于外部的电磁辐射干扰较低，不致影响隔邻的微致动器A产生误动作，因此可将相邻二微致动器A的距离d缩短以制作高密度微致动器陈列，如图4。

在图5中，本实用新型另一较佳实施例，其构造大致与前例相同，惟其改将激磁线圈3’借由金线预先打线以缠绕形成一层金线环圈33，俾配合微机电积体化制程以层积制造出微致动器A’。当然金线环圈33也可因应实际需要而增加层数以增加磁吸力。

综上所述，本实用新型无论就目的、手段及功效，均显示其迥异于公知技术的特征，为积层式高磁能可动微结构的一大突破。惟应注意的是，上述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，本实用新型所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种积层式高磁能可动微结构，其特征在于：包括有：

一包覆式铁心，是由导磁材料层积形成一顶面、一底面、及一环侧面，该环侧面将该顶面、底面由周缘结合成一体，以便于该包覆式铁心内部形成一中腹部，该顶面开设有一开口；

一中柱铁心，是于相对于该开口位置的该底面上以导磁材料层积而成，该中柱铁心并延伸有一顶端，该顶端恰位于该开口内并略小于该开口；

一激磁线圈，容设于该包覆式铁心的中腹部内，包括有至少一个环圈，该等环圈彼此不接触且同心环绕于该中柱铁心外周；以及

一绝缘层，是由绝缘材料层猜填塞于该包覆式铁心中腹部内，以便使该激磁线圈与该包覆式铁心、中柱铁心形成绝缘。

2.如权利要求1所述的积层式高磁能可动微结构，其特征在于所述的激磁线圈是由导电材料层积形成至少二层平面线圈。

3.如权利要求1所述的积层式高磁能可动微结构，其特征在于所述的激磁线圈是由金线缠绕形成至少一层环圈。

4.如权利要求1所述的积层式高磁能可动微结构，其特征在于所述的导磁材料是指一导磁合金。

5.如权利要求1所述的积层式高磁能可动微结构，其特征在于所述的导磁材料是指一镍铁合金。

6.如权利要求1所述的积层式高磁能可动微结构，其特征在于所述的绝缘材料是指一高分子材料。

Images