KR100258470B1

KR100258470B1 - 마이크로액츄에이터(MicroActuator)

Info

Publication number: KR100258470B1
Application number: KR1019970032091A
Authority: KR
Inventors: 민영훈
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 2000-11-01
Also published as: KR19990009628A

Abstract

본 발명은 마이크로 액츄에이터에 관한 것이다. 본 발명은 수평방향으로 좌우 구동되는 구동플레이트에 대응하여 정전력을 발생시키는 플레이트를 구동플레이트의 저면에 위치시켜 보다 강한 정전력을 얻고 그 구조를 제조가 용이한 적층구조로 함에 기술적 과제를 둔다.

본 발명은 기판(100)상에 일정한 간격을 두고 떠있는 구동플레이트(120)와, 상기 구동플레이트(120)의 저면 기판(100)상에 교호로 설치되고 협폭부(g＜SB＞n＜/SB＞)와 광폭부(g＜SB＞w＜/SB＞)로 이루어지는 계단형태가 좌우 대칭하여 대응 형성된 적어도 2개 이상의 스텝플레이트(130) 및 상기 구동플레이트(120)와 스텝플레이트(130)에 전압을 인가하여 상기 구동플레이트(120)의 수평방향 이동력을 얻기 위한 전원부(140)로 이루어진다.

본 발명은 수평구동식 마이크로 액츄에이터의 구동플레이트와 전극 배치구조를 적층구조로 가능하게 하므로서 종래 것보다 작은 공간을 확보하면서 반도체 제조공정에 의하여 가능한 적층구조가 가능하게 된다.

Description

마이크로 액츄에이터(Micro Actuator)

본 발명은 마이크로 액츄에이터(Micro Actuator)에 관한 것이다. 상세하게는 하방의 정전력에 의하여 수평방향으로 좌우 구동되는 구동플레이트와 이에 정전력을 가하는 전극이 적층식 구조로 이루어진 한 마이크로 액츄에이터에 관한 것으로 특히, 하부에 위치한 전극구조를 각각 분할된 계단형 플레이트로 대응시켜 하나의 전극을 형성하는 스텝플레이트 구조로 한 수평 구동식 마이크로 액츄에이터에 관한 것이다.

종래에 알려진 마이크로 액츄에이터는 그 구동방법에 있어 정전력이나 자기력 혹은 피에조 재료를 사용하여 구동하는 방식등의 액츄에이터가 여러형태로 알려져 있다. 이중 마이크로 액츄에이터처럼 초소형일 경우는 전류에 의한 열 발생이 거의 없는 정전력에 의한 구동방식이 많이 사용되며, 대상 플레이트를 수직(플레이트의 면 방향)방향으로 구동하는 것이 대부분이다. 첨부 도면중 도 1은 일반적인 수직 동작형 마이크로 액츄에이터의 작동 구조를 나타내는 단면도이다. 이 도면에서 도시하는 수직 동작형의 마이크로 액츄에이터는 기판(40)위에 지지된 앵커(13)로서 구동 플레이트(10)를 지지하되 스프링(12)로서 탄력을 받도록 하여 전원(30)의 스위치(32)가 턴온 될 때 마다 구동 플레이트(10)과 전극(20)과의 사이에 정전흡인력이 발생하여 수직방향으로 이동이 일어나 소정의 기계적 동작을 얻게 된다.

이와 같은 수직 동작형외에 수평방향의 동작을 얻기 위한 빗 모양의 액츄에이터도 알려져 있다. 첨부 도면중 도 2는 수평 구동형 마이크로 액츄에이터중 빗모양 타입의 액츄에이터를 나타낸다. 즉, 앵커(13)와의 사이에 스프링(12)을 형성한 구동 플레이트(10)를 위치시키되 이 구동플레이트(10)의 좌우측면에는 이 구동플레이트(10)를 당기기 위한 전극(20)이 소정의 간격을 두고 설치되어 있다. 이 좌우 전극(20)에는 전원(30)이 각각 스위치(32)(34)로서 선택적으로 스위칭 되도록 연결된 빗살형 액츄에이터로 제안되기도 하였다. 이와같은 구조의 수평 구동형의 빗살형 마이크로 액츄에이터는 큰 구동력을 얻을 수 있고, 선형의 특성을 얻을 수 있는 점에서 많이 응용되고 있다.

그러나, 강한 구동력을 얻기 위하여 대상플레이트를 중심으로 빗 모양의 구조를 형성해야 하므로 이를 형성하기 위한 큰 공간이 필요로 되고, 원하는 구동 방향에 따라 빗 모양을 각각 형성해 주어야 하는 단점이 있다.

따라서 정전 구동력을 이용하되 수평구동형이 갖는 장점과 보다 간단한 구조를 갖는 액츄에이터가 필요로 된다.

종래 알려진 빗모양 액츄에이터는 강한 구동력을 얻을 수 있는 장점이 있으므로 이런 장점을 살리고 제조방법에서 유리하도록 공간을 줄일 수 있는 적층방식의 마이크로 액츄에이터가 필요로 된다.

본 발명은 이와같은 종래의 수평구동형 마이크로 액츄에이터가 갖는 장점인 강한 구동력을 얻을 수 있는 점을 살리되 빗살형 대응구조가 갖는 공간확보상의 단점을 개선한 간단한 구조의 수평 구동식 마이크로 액츄에이터를 제공하고자 한다.

본 발명은 이를 실현하기 위하여 보다 적은 공간에 적절한 수평 구동방식이 되도록 고도한 반도체 공정의 제조방법에 유리한 전극구조를 제공하여 정전력 인가가 구동 플레이트의 저면에서 이루어지는 방식의 수평 구동형 마이크로 액츄에이터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 수직 구동형 마이크로 액츄에이터의 단면도.

도 2는 종래 수평구동형 빗모양 마이크로 액츄에이터의 평면도.

도 3은 본 발명 마이크로 액츄에이터의 평면도.

도 4는 본 발명에 마이크로 액츄에이터의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 기판 110 : 앵커

120 : 구동플레이트 130 : 전극부

132 : 제1스텝플레이트 134 : 제2스텝플레이트

140 : 전원부 142 : 음극단자

144 : 이동단자 146 : 이동단자

150 : 탄발부재

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 구동플레이트를 수평구동하기 위한 전극을 구동플레이트의 저면에 형성하되 전극 각각은 정전력 작용거리가 (?) 2단 이상의 구조로 함과 동시에 이를 서로 마주 보도록 대응시킨 분할방식의 전극구조로 하므로서 구동플레이트가 수평구동 가능하는 데에 있다.

구체적으로 탄성력을 갖고 기판상에 일정한 간격을 두고 떠있는 구동플레이트; 이 구동플레이트의 저면 기판상에 교호로 설치된 적어도 2개 이상의 스텝플레이트; 및 상기 구동플레이트와 스텝플레이트에 전원을 인가하여므로서 상기 구동플레이트와의 사이에 정전력을 일으켜 구동플레이트가 수평방향으로 이동되도록 하기 위한 이동력을 얻기 위한 전원부를 포함하여 이루어지는 마이크로 액츄에이터로서 달성된다.

바람직하게는, 상기의 스텝플레이트가, 협폭부(g_n)와 광폭부(g_w)로 이루어지는 계단형태를 갖는 한쌍의 플레이트가 좌우 대칭하여 대응 형성되므로서 하나의 전극을 형성하도록 하고, 이와같은 전극이 적어도 2개 이상 배열되므로서 강한 구동력을 얻을 수 있다.

특히 상기한 스텝플링트와 구동플레이트 사이에는 다음과 같은 구동력이 정의됨이 바람직하다.

상기 구동플레이트와 상기 스텝플레이트 사이의 구동력(f)는,

구동력(f)= @@ 으로 된다.

여기에서,

ε : 유전율,

υ : 인가 전압,

ι : 스텝플레이트 폭길이,

g_n: 좁은 부분 간격,

g_w: 넓은 부분 간격,

이와 같은 정전구동력을 발생하는 상기한 전원부는, 상기 구동플레이트에는 접지 혹은 역바이어스 전압이 인가되도록 하고, 상기 계단형 스텝플레이트가 대향된 복수 전극에는 전원부의 제1, 제2단자가 접속되도록 함에 있어 상기 복수의 전극중 제1단자의 스텝플레이트 끼리 연결되도록 하여 하나의 구동 방향을 결정하고, 전원 제2단자 끼리 상기 전극의 타측 스텝플레이트에 접속시켜 타측 스텝플레이트에 전원이 인가됨에 구동플레이트의 다른 방향을 결정하도록 하는 이동 구조로 된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

첨부 도면중 도 3은 본 발명이 실시된 마이크로 액츄에이터의 평면 개략도이고, 도 4는 본 발명 마이크로 액츄에이터의 종 단면도로서, 이 도면에 따르면 본 발명은 크게 구동 플레이트(120)와, 전극부(130)와, 전원부(140)로 이루어진다.

상기 구동플레이트(120)는 탄성력을 갖고 기판(100)상에 일정한 간격을 두고 떠 있도록 앵커(110)와 탄발부재(150)를 형성한 상태에서 상기 기판(100)상에 설치된다.

상기 전극부(130)는 상기 구동플레이트(120)의 저면 기판(100)상에 교호로 설치된 2개 이상의 스텝플레이트(132)(134)로 이루어진다.

보다 구체적으로 상기 스텝플레이트(132)(134)는, 협폭부(g_n)와 광폭부(g_w)로 이루어지는 계단형태를 좌우로 대칭하여 대응 형성한다.

이와같은 스텝 플레이트(132)(134)는 구동 플레이트(120)의 저면에 적어도 2개 이상 설치된다. 특히 이와같은 계단형구조의 대응단자위에 이동 가능하게 설치된 구동플레이트의 수평구동원리는 고정된 수평플레이트를 기준으로 이동 가능한 계단형 플레이트에 소정 전원을 인가할 경우 수평 방향으로 이동력을 얻게 됨에 따른다.

상기 전원부(140)는, 상기 구동플레이트(120)에 음극단자(142)를 연결하고, 2개 이상의 스텝플레이트(132)(134)중 제1스텝플레이트(132)에 연결되는 구동 플레이트 이동단자(144)와, 2개 이상의 스텝플레이트(132)(134)중 제2스텝플레이트 (134)에 연결되는 이동단자(146)로 이루어진다.

이와 같은 스텝 플레이트(132)(134)는 구동 플레이트(120)의 저면에 적어도 2개 이상 설치된다. 특히 이와같은 계단형구조의 대응단자위에 이동 가능하게 설치된 구동플레이트의 수평구동원리는 고정된 수평플레이트를 기준으로 이동 가능한 계단형 플레이트에 소정 전원을 인가할 경우 수평 방향으로 이동력을 얻게 됨에 따른다.

상기 구동플레이트(120)와 상기 스텝플레이트(132)(134) 사이의 구동력(f)는 상기한 공식에 의하여 정의된다.

이와같이 이루어진 본 발명은 하부 전극부(130)이 고정상태에서는 Y축 정전력이 아닌 X축 이동력이 발생되어 이동 가능한 구동플레이트는 협폭부측으로 이동력이 발생된다. 이것은 두 개의 대응하는 계단형 스텝플레이트(132)(134)사이에 작용하는 정전력에 의해 구동플레이트에 인가되는 이동력이 수직 방향뿐만 아니라 수평방향으로도 작용하는 원리에 기인하며 그 계단의 높이는 스텝플레이트의 길이에 비하여 극히 작게 설정된다.

따라서 본 발명은 종래 수직 구동형의 마이크로 액츄에이터가 갖는 약한 구동력을 보강하여 강한 구동력이 발생 가능하고 종래 빗살형 마이크로 액츄에이터의 수평구동형이 갖는 설계공간의 문제점을 개선하여 보다 작은 공간에서 적층구조로 제조가 가능하므로서 제조공정상의 간단함을 달성하게 된다.

본 발명은 수평 구동력을 얻기 위한 전극이 구동 플레이트의 저면에 위치하는 새로운 방식의 수평구동형 마이크로 액츄에이터를 제공하므로서 빗살형 마이크로 액츄에이터가 갖는 장점을 살려 구동력을 향상시키며, 빗살형 액츄에이터가 갖는 단점을 개선하여 공간구조를 축소시켜 제조공정에서 특히 유리한 효과를 얻으며, 이와 같은 공간구조의 유리함으로 인해 선형제어능력이 향상되어 보다 쉬운 수평방향 이동이 가능하게 되었다.

Claims

마이크로 액츄에이터에 있어서, 기판; 상기 기판상에서 탄력적으로 떠있으며, 평판형으로 일정한 간격을 유지하는 구동플레이트; 상기 기판상에 서로 다른 방향의 구동력을 작용하기 위하여 일정 간격을 두고 대칭 설치되어 적어도 한쌍 이상의 계단식 스텝플레이트로 이루어진 전극부; 및 상기 구동플레이트에는 역 바이어스 전압을, 상기 전극부에는 제1, 제2스텝플레이트에 상기 구동 플레이트의 이동 방향에 따라 교호로 전원을 인가하기 위한 절환구조의 전원부를 포함하여 이루어지는 마이크로 액츄에이터.
제1항에 있어서, 상기 전극부의 스텝플레이트는, 그 플레이트의 길이보다 작은 협폭부(g_n)와 광폭부(g_w)가 단차를 갖고 형성된 계단형부재이며, 좌우 대칭하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.
제1항에 있어서, 상기 구동플레이트와 상기 스텝플레이트의 사이의 구동력 (f)는,

구동력(f)=

여기에서,

ε : 유전율,

υ : 인가 전압,

ι : 스텝플레이트 길이,

gn : 좁은 부분 간격,

gw : 넓은 부분 간격,

임을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터.