KR102019098B1

KR102019098B1 - 멤스 소자

Info

Publication number: KR102019098B1
Application number: KR1020130043781A
Authority: KR
Inventors: 고용준; 서상원; 서정기; 김철; 전도한; 최완섭
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2019-11-04
Also published as: US10393991B2; KR20140125666A; WO2014171799A1; US20160062076A1

Abstract

본 발명은 캐비티를 가지는 고정기판, 상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 고정기판으로부터 부유하는 구동부, 상기 고정기판과 상기 구동부를 물리적으로 연결하며, 상기 제어전류에 따라 상기 구동부의 높이를 가변하는 탄성부를 포함하고, 상기 탄성부는 상기 고정기판과 연결되어 상기 제어전류에 따라 휘어지는 바이모프부, 상기 구동부와 연결되어 있는 스프링, 그리고 상기 바이모프부와 상기 스프링을 연결하는 프레임을 포함하는 멤스 소자를 제공한다. 따라서, 소모전력, 코일과 자석에 의한 소형화의 한계를 극복하기 위해 하나의 렌즈를 구동시켜 소비전력이 적고 소형화가 가능하다. 또한, 서로 다른 물질의 열팽창 차이에 의해 수직 구동하여 자동초점기능을 수행하는 써멀(thermal) 방식을 적용하여 구조를 단순화할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

Description

멤스 소자{MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS DEVICE}

실시예는 멤스 소자 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

CCD(Charge Coupled Device) 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서는 동영상 및 정지영상을 촬영하는 2차원 센서의 일종이며 전자식 카메라를 구성하는데 핵심적인 역할을 하고 있다. 특히 CCD센서는 화질면에서 CMOS 센서 보다 우수한 특성을 내나, 소모 전력 및 복잡한 구성의 단점 때문에 CMOS 영상센서가 그 시장의 점유율을 높여 가고 있으며 최근에 와서는 CMOS 센서도 화질면에서도 개선이 따르고 있다. 이러한 이미지 센서들이 발달하면서 디지털 카메라의 사용이 일반화되고, 셀룰러 폰(cellular phone)과 같은 휴대용 단말기에도 카메라 장치가 설치되기에 이르렀다.

종래 카메라 모듈은 KR20130035522와 같이 자동초점 구동기로 VCM(Voice Coil Motor)을 적용하고 있다.

VCM은 다수의 렌즈군을 포함하고 있는 배럴(Barrel)을 코일과 자석으로 구성되어 있고 배럴 상하에 스프링으로 지지되어 있다. 상하에 구성된 스프링이 구동부의 직선운동을 가이드하고 VCM이 동작하지 않을 경우 초기위치로 렌즈배럴을 위치시키는 역할을 한다.

VCM의 작동원리는 다음과 같다.

자석(Magnet)으로 형성된 자기장(Magnetic field)속에 있는 코일(Coil)에 전류가 흐르면 발생하는 로렌츠 힘(Lorentz force)에 의해 렌즈 광축 방향으로 구동된다. 이때 발생하는 힘으로 VCM은 전기에너지를 기계에너지로 변환하게 된다.

최근에 휴대폰 및 휴대용 전자기기 등이 경박단소화 및 저전력이 요구됨에 따라 이러한 제품에 장착되는 카메라 모듈도 저전력 및 소형화가 요구되고 있다. 이에 따라 카메라 모듈에 구비된 자동초점장치를 저전력/소형화 할 필요성이 요구되고 있다.

하지만 종래 모바일폰에 사용되고 있는 자동초점 장치는 VCM 방식으로 렌즈군을 포함하고 있는 배럴을 구동시켜야 하므로 많은 소모전력이 요구되며 배럴을 광축 수직방향으로 구동시키기 위해 배럴주변에 위치한 코일과 자석을 이용하기 때문에 소형화 하는데 단점을 가지고 있다. 이에 따라 새로운 방식의 자동초점 장치의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

실시예는 소비전력이 작고 소형화가 가능한 멤스 소자 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.

실시예는 캐비티를 가지는 고정기판, 상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 고정기판으로부터 부유하는 구동부, 상기 고정기판과 상기 구동부를 물리적으로 연결하며, 상기 제어전류에 따라 상기 구동부의 높이를 가변하는 탄성부를 포함하고, 상기 탄성부는 상기 고정기판과 연결되어 상기 제어전류에 따라 휘어지는 바이모프부, 상기 구동부와 연결되어 있는 스프링, 그리고 상기 바이모프부와 상기 스프링을 연결하는 프레임을 포함하는 멤스 소자를 제공한다.

실시예에 따른 멤스 소자는 소모전력, 코일과 자석에 의한 소형화의 한계를 극복하기 위해 하나의 렌즈를 구동시켜 소비전력이 적고 소형화가 가능하다.

또한, 서로 다른 물질의 열팽창 차이에 의해 수직 구동하여 자동초점기능을 수행하는 써멀(thermal) 방식을 적용하여 구조를 단순화할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 멤스 소자의 상면도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A의 확대도이다.
도 5는 바이모프의 단면도이다.
도 6 내지 도 13은 도 1의 멤스 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 다양한 적용예를 도시한 것이다.
도 19는 도 1의 멤스 소자에 따른 자동초점 구동장치가 적용되는 카메라 모듈의 단면도이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 소자의 상면도 및 확대도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 자동초점 구동기로 적용되는 멤스 소자를 제공한다.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 멤스 소자를 설명한다.

도 1은 실시예에 따른 멤스 소자의 상면도이고, 도 2는 도 1의 단면도이고, 도 3은 도 1의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A의 확대도이며, 도 5는 바이모프의 단면도이다.

도 1을 참고하면, 실시예에 따른 멤스 소자(100)는 고정 기판(110), 구동부(120), 및 복수의 탄성부(500)를 포함한다.

상기 고정 기판(110)은 구동부(120) 및 복수의 탄성부(500)를 지지한다.

상기 고정 기판(110)은 내부에 고정부(120)를 수용하는 캐비티(111)를 가지는 플레이트 형상을 가지며, 사각형의 프레임 형상을 가질 수 있다. 이러한 고정 기판(110)은 정사각형일 수 있으며, 6mm·6mm의 면적을 가질 수 있다.

캐비티(111)의 형상은 원형 또는 다각형 중 어느 하나일 수 있으며, 탄성부(500)의 수효에 따라 결정될 수 있다.

즉, 도 1과 같이 탄성부(500)가 8개인 경우 정팔각형의 형상을 가지는 캐비티(111)를 포함할 수 있다.

상기 고정 기판(110)은 복수의 층상 구조를 가지며, 도 2와 같이 지지 기판(400), 지지 기판(400) 위에 절연층(200), 상기 절연층(200) 위에 전극층(150), 제1 물질층(131), 열방출층(132) 및 제2 물질층(134)으로 형성되어 있다.

상기 지지 기판(400)은 실리콘 기판, 유리기판 또는 폴리머 기판일 수 있다.

상기 지지 기판(400)은 300 내지 500μm의 두께를 가지며, 바람직하게는 400μm의 두께를 가질 수 있다.

상기 지지 기판(400) 위에 절연층(200)이 형성되어 있다.

상기 절연층(200)은 상기 지지 기판(400)이 실리콘 기판일 경우, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있으며, 1.5μm 내외의 두께를 가질 수 있다.

상기 절연층(200) 위에 전극층(150)이 형성되어 있다.

즉, 상기 전극층(150)은 패터닝되어 복수개의 전극편을 포함할 수 있으나, 도 1과 같이 하나의 전극층(150)으로 형성될 수 있다.

상기 전극층(150)은 실리콘, 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 전도성 물질일 수 있으며, 바람직하게는 지지 기판(400)이 실리콘 기판인 경우, 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 전극층(150)은 40 내지 60 μm의 두께를 가지며, 바람직하게는 50 μm 내외의 두께를 가질 수 있다.

전극층(150) 위에 배치되는 제1 물질층(131), 열방출층(132) 및 제2 물질층(134)은 바이모프부(130)를 구성하는 층상 구조로서, 뒤에서 상세히 설명한다.

전극층(150) 위에 배치되는 층상 구조는 도 2와 같이 전극층(150)보다 돌출되는 구성을 가질 수 있다.

한편, 상기 고정 기판(110)의 내부에 형성되어 있는 캐비티(111)에 구동부(120)가 배치되어 있다.

구동부(120)는 내부에 개구부(125)를 포함하며, 각각의 탄성부(500)가 연결되는 영역 소개구부(121)를 포함한다.

상기 구동부(120)는 도 1과 같이 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 탄성부(500)가 각각의 면에 형성되는 소개구부(121) 내에서 연결될 수 있도록 탄성부(500)의 수효와 동일한 면수를 가질 수 있다.

따라서, 도 1과 같이 탄성부(500)가 8개인 경우, 각 탄성부(500)에 면이 배치되는 팔각형의 형상을 가질 수 있으며, 고정기판(110)의 캐비티(111)의 꼭지점과 구동부(120)의 꼭지점이 어긋나도록 배치될 수 있다.

상기 구동부(120)는 하부에 전극층(150)이 배치되며, 상기 전극층(150) 위에 제1 물질층(131), 상기 제1 물질층(131) 위에 제2 물질층(134)을 포함한다.

즉, 상기 구동부(150)는 전극층(150) 하부에 절연층(200) 및 지지기판(400)이 제거된 상태로 고정기판(110)에 대하여 부유하고 있다.

이때, 상기 구동부(120)의 전극층(150)의 높이는 고정기판(110)의 전극층(150)의 높이보다 높을 수 있으며, 전극층(150)은 상부의 제1 및 제2 물질층(131, 134)보다 좁은 폭을 갖도록 형성되어 제1 물질층(131)과 전극층(150) 사이에 단차가 형성될 수 있다.

한편, 상기 멤스소자(100)는 복수의 탄성부(500)를 포함한다.

복수의 탄성부(500)는 고정기판(110)과 구동부(120)를 물리적으로 연결하며, 외부로부터 인가되는 전압에 따라 구동부(120)의 높이를 제어한다.

복수의 탄성부(500)는 서로 동일한 구조를 포함하며, 일정하게 이격되도록 배치되어 힘의 균형을 이룬다.

각각의 탄성부(500)는 바이모프부, 프레임(140) 및 스프링(160)의 구조를 포함한다.

바이모프부(130)는 고정기판과 프레임(140)을 직접 연결하며, 고정기판으로부터 인가되는 전압에 따라 열이 발생하면, 상기 두 물질층 사이의 열팽창계수 차이에 따라 휘어지는 각도가 가변한다.

이러한 각도 변화에 의해 구동부의 높이가 결정된다.

바이모프부(130)의 상세 구조는 도 5와 같다.

도 5를 참고하면, 바이모프부(130)는 제1 물질층(131), 제1 물질층(131) 위에 열방출층(132), 열방출층(132) 위에 절연층(133) 및 상기 절연층(133) 위에 제2 물질층(134)을 포함한다.

상기 열방출층(132)에 전류가 흐르면 열이 발생하게 되는데, 상기 열에 따라 제1 물질층(131) 및 제2 물질층(134)의 열팽창계수 차에 의해 늘어나는 길이 차가 발생하여 바이모프부(130)의 수직변위를 발생시킨다.

이때, 상기 열방출층(132)은 열발생이 높은 백금, 구리 등을 포함하는 금속을 포함하고, 제1 물질층(131)은 제2 물질층(134)에 대하여 열팽창계수 차가 큰 물질로서, 제2 물질층(134)이 제1 물질층(131)보다 열팽창계수가 매우 커 제1 물질층(131)보다 잘 늘어난다.

제1 물질층(131)으로는 Si, P-Si, SiO₂, Si₃N₄, Cr, W 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 포함할 수 있으며, 제2 물질층(134)으로는 Al, Au, Cu, Ni, Pt 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 포함할 수 있다.

각각의 물질층의 열팽창계수는 다음의 표와 같다.

제1 물질층(131)	Si	2.6(10-6/K)
	P-Si	2.8
	SiO₂	0.5
	Si₃N₄	1.6
	Cr	4.9
제2 물질층(134)	Al	23.1
	Au	14.1
	Cu	16.8
	Ni	12.7

즉, 상기 표와 같이 제1 물질층(131)은 열팽창계수가 5*10^-6/K 이하를 충족하고, 제2 물질층(134)은 열팽창계수가 12*10^-6/K 이상을 충족한다.

상기 절연층(133)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물일 수 있으며, 열방출층(132)과 제1 물질층(134) 사이를 절연한다.

상기 바이모프부(130)는 도 1과 같이 고정기판(110)으로부터 돌출되어 부유하는 바 형으로 형성될 수 있으며, 열방출층(132)이 고정기판(110)과 연결되어 전류를 흘린다.

상기 열방출층(132)은 도 3과 같이 복수의 패턴으로 형성될 수 있으며, 각각의 패턴으로 동일한 전류가 흐르거나, 고정기판(110)이 복수의 패턴으로 형성되는 경우, 서로 다른 전류가 흐를 수도 있다.

프레임(140)은 상기 바이모프부(130)와 스프링(160) 사이에 연결되어 있으며, 바이모프부(130)와 스프링(160)을 절연하면서 상기 바이모프부(130)의 동작에 따라 상기 구동부(120)를 이동시킨다.

상기 프레임(140)은 도 1과 같이 바이모프부(130)와 연결되는 제1 연결단(142), 제1 연결단(142)으로부터 양 방향으로 확장되어 호를 그리는 제1 확장부(141), 상기 제1 확장부(141)의 끝단을 서로 연결하는 제2 확장부(143), 그리고 상기 제2 확장부(143)와 스프링(160)을 연결하는 제2 연결단(144)을 포함한다.

제1, 2 연결단(142, 144) 및 제1, 2 확장부(141, 143)는 동일한 층상 구조를 가진다.

제1 연결단(142)은 도 4와 같이 바이모프부(130)와 동일한 폭을 가지는 바 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 확장부(141)는 상기 제1 연결단(142)의 양 끝으로부터 호를 그리며 양 쪽으로 연장되어 있다.

상기 제1 확장부(142)는 도 4와 같이 끝단으로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다.

상기 제2 확장부(143)는 제1 확장부(142)의 양 끝단을 직선으로 연결하며, 동일한 폭을 가진다. 상기 제2 확장부(143)는 구동부(120)의 각 면과 마주하며, 제2 확장부(143)의 길이는 구동부(120)의 각 면의 길이보다 작을 수 있다.

상기 제1 및 제2 확장부(141, 143)가 활 모양을 이룬다.

제2 연결단(144)은 제2 확장부(143)의 중앙영역에 부착되어 스프링(160)의 중앙영역에서 스프링(160)의 끝단(162)과 연결된다.

상기 제2 연결단(144)은 제1 연결단(142)과 같이 돌출되어 있는 면구조물로 형성될 수 있으나, 도 4와 같이 판스프링 형태를 가질 수도 있다.

이러한 프레임(140)은 바이모프부(130)의 동작에 의해서 올라가거나 내려감으로써 구동부의 높이를 제어할 수 있다.

상기 프레임(140)은 도 2와 같이 전극층(150), 제1 물질층(131) 및 제2 물질층(134)의 층상 구조를 가질 수 있으며, 제1 물질층(131)이 전극층(150)으로부터 돌출되도록 단차를 가지며 형성된다.

상기 프레임(140)은 바이모프부(130)로부터 높게 배치되어 있다.

상기 스프링(160)은 구동부(120)의 각 소개구부(121) 내에 배치되며, 각 소개구부(121)의 바닥면의 중앙부와 일단(161)이 연결되고, 타단(162)이 제2 연결부(144)와 연결되어 있다.

상기 스프링(160)은 프레임(140)과 연결되는 방향으로 연장되도록 절곡되어 있으며 스프링(160)의 적층구조는 프레임(140)과 동일하다.

또한 상기 스프링(160)의 높이는 프레임(140)보다 높게 형성될 수 있다.

이와 같이 본원 발명은 고정 기판(110)과 구동부(120) 사이에 바이모프부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)의 연결 구조를 가짐으로써 바이모프부(130)의 운동에 따라 구동부(120)의 높이를 변화할 때 변위를 다양하게 가질 수 있다.

이하에서는 도 6 내지 도 13을 참고하여 실시예의 멤스 소자를 제조하는 방법을 설명한다.

먼저, 도 10과 같이 베이스 기판을 준비한다.

상기 베이스 기판은 지지 기판(400) 위에 절연층(200) 및 전극층(150)이 형성되어 있는 구조를 가진다.

상기 절연층(200)은 상기 지지 기판(400)이 실리콘 기판일 경우, 실리콘 산화막 또는 실리콘질화막으로 형성될 수 있으며, 1.5μm 내외의 두께를 가질 수 있다.

즉, 내부에 실리콘 절연층(200)을 포함하는 실리콘 기판일 수 있으며, 상기 지지 기판(400) 및 전극층(150)의 상하부에 각각 외부 절연층이 형성될 수 있다.

다음으로, 도 7과 같이 전극층 위에 제1 물질층(131)을 형성한다.

제1 물질층(131)은 Si, P-Si, SiO₂, Si₃N₄, Cr, W 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 데포지션하여 형성할 수 있으며, 제1 물질층(131)을 패터닝하여 고정기판, 탄성부(500) 및 구동부(120)에 형성한다.

이때, 제1 물질층(131)은 탄성부(500)의 바이모프부(130)에 필수적으로 형성되나, 다른 영역에는 생략할 수 있다.

다음으로 도 8과 같이 열방출층(132)을 형성한다.

열방출층(132)은 고정기판과 바이모프부(130)에 필수적으로 형성된다.

상기 열방출층(132)이 전류를 전달하는 회로패턴으로 기능하며, 상기 바이모프부(130)에 형성되는 열방출층(132)은 해당 층 내에 흐르는 전류에 의해 열을 발생한다.

상기 열방출층(132)은 백금 또는 구리 등의 전도성물질을 선택적으로 데포지션하거나 패터닝하여 형성할 수 있다.

다음으로, 상기 바이모프부(130)의 열방출층(132) 위에 도 9의 절연층(133)을 형성한다.

상기 절연층(133)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물일 수 있으며, 상기 물질을 데포지션한 뒤 패터닝하거나 선택적으로 패터닝할 수 있다.

다음으로, 도 10과 같이 절연층(133) 위에 제2 물질층(134)을 형성한다.

제2 물질층(134)으로는 Al, Au, Cu, Ni, Pt 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 데포지션한 뒤, 선택적으로 패터닝하여 형성할 수 있다.

이때, 제2 물질층(134)은 제1 물질층(131)과 대응되도록 형성할 수 있으나, 바이모프부에만 한정적으로 형성될 수도 있다.

다음으로, 도 11과 같이 전극층을 패터닝한다.

상기 전극층은 구동기판, 탄성부(500) 및 구동부를 제외한 영역을 제거함으로 형성할 수 있으며, DRIE(deep reactive-ion etching)를 수행함으로써 형성할 수 있다.

다음으로, 도 12와 같이 백사이드 DRIE를 수행하여 고정기판(110)을 제외한 영역의 지지기판(400)과 절연층(200)을 제거한다.

따라서, 고정기판(110)에 대하여 탄성부(500) 및 구동부(120)가 부유하는 상태를 유지한다.

마지막으로, 도 13과 같이 백사이드에서 등박성 식각을 진행하여 바이모프부(130)의 하면에 형성되어 있는 전극층(150)을 제거한다.

이때, 등방성 식각에 의해 전극층(150)의 측면이 일부 식각되어 제1 물질층(131)과 전극층(150) 사이에 단차가 형성된다.

이와 같이 바이모프부(130)의 하부에 제1 물질층(131)을 노출하고, 상부에 제2 물질층(134)을 노출함으로써 바이모프부(130)를 얇게 형성하고, 식각 시에 열처리함으로써 제1 물질층(131)과 제2 물질층(134) 사이의 열팽창계수 차이에 의하여 고정 기판(110)에 대하여 구동부(120)가 높게 형성된다.

이러한 멤스 소자(100)는 고정 기판(110)의 열방출층(132)으로 전류를 인가하면 전류 값에 따라 바이모프부(130)의 열방출층(132)에서 열이 발생하고, 발생하는 열에 따라 제1 및 제2 물질층(131, 134)이 팽창을 진행한다. 이때, 제1 물질층(131)이 제2 물질층(134)보다 열팽창이 작으므로 열이 많이 발생할수록 바이모프부(130)는 위로 휘어진다.

따라서, 바이모프부(130)를 따라 프레임(140) 및 스프링(160)이 위로 올라가며 그에 따라 구동부(120)가 위로 이동한다.

이때, 복수의 탄성부(500)가 동일한 전류를 받아 동일하게 위로 움직이므로 구동부(120)는 탄성부(500)가 연결된 모든 방향에서 균일하게 위로 상승한다.

이하에서는 도 14 내지 도 18을 참고하여 본 발명의 다양한 적용예를 설명한다.

도 14의 멤스 소자(100A)는 도 1과 같이 고정기판, 탄성부(500) 및 구동부(120)를 포함한다.

상기 멤스 소자(100A)의 각 구성의 적층 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략하고 상면의 구조에 대하여 설명한다.

도 14의 멤스 소자(100A)의 고정기판(110)은 원형의 캐비티(111)를 포함하고, 상기 캐비티(111) 내에 원형의 구동부(120)를 포함한다.

상기 구동부(120)와 고정기판(110) 사이에 복수의 탄성부(500)를 포함한다.

각각의 탄성부(500)는 바이모프부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)을 포함한다.

바이모프부(130)는 구동부(120)의 원주를 따라 형성되어 있으며, 상기 바이모프부(130)의 끝단과 스프링(160) 사이에 프레임(140)이 형성된다.

상기 프레임(140)은 구동부(120)의 원주를 따라 절곡되는 바 타입으로 형성된다.

상기 프레임(140)의 끝단과 스프링(160)이 연결되어 있다.

구동부는 스프링(160)을 수용하는 복수의 소캐비티(111)를 포함하며, 하나의 소캐비티(111) 내에 2개의 스프링(160)이 배치될 수 있다.

각각의 소캐비티(111) 내에는 상기 구동부(120)의 몸체로부터 돌출되어 소개구부(121)를 분할하는 돌출부(123)가 형성되어 있다.

각각의 스프링(160)은 소개구부(121)의 일측면과 돌출부(123)의 일면 사이에 배치되어 돌출부(123)를 위로 올리거나 아래로 내림으로 구동부(120)의 위치를 변화시킬 수 있다.

도 15의 멤스 소자(100B)는 도 1과 같이 고정기판(110), 탄성부(500) 및 구동부(120)를 포함한다.

상기 멤스 소자(100B)의 각 구성의 적층 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략하고 상면의 구조에 대하여 설명한다.

도 15의 멤스 소자(100B)는 원형의 캐비티(111)를 포함하고, 상기 캐비티(111) 내에 다각형의 구동부(120)를 포함한다.

상기 구동부(120)는 도 15와 같이 정팔각형의 형상을 가질 수 있으며, 각 면에 소개구부(121)를 포함한다.

각각의 탄성부(500)는 도 16과 같이 바이모프부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)을 포함한다.

바이모프부(130)는 고정기판(110)으로부터 상기 구동부(120)를 향하여 바 타입으로 연장되며, 상기 바이모프부(130)의 끝단과 스프링(160) 사이에 프레임(140)이 형성된다.

상기 프레임(140)은 T자 형태로 형성되어, 바이모프부(130)와 일단(145)에서 연결되며, 구동부(120)의 면을 따라 T자의 머리영역(146)이 대응된다.

상기 프레임(140)의 타단(144)과 스프링(160)이 연결되어 있다.

스프링(160)은 각각의 소개구부(121) 내에 배치되며, 구동부(120)와 프레임(140)의 머리영역(146)의 타단(144) 사이에 형성된다.

도 17의 멤스 소자(100C)는 도 1과 같이 고정기판(110), 탄성부(500) 및 구동부(120)를 포함한다.

상기 멤스 소자(100C)의 각 구성의 적층 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략하고 상면의 구조에 대하여 설명한다.

도 17의 멤스 소자(100C)는 고정기판(110)에 원형의 캐비티(111)를 포함하고, 상기 캐비티(111) 내에 다각형의 구동부(120)를 포함한다.

상기 구동부(120)는 도 17과 같이 사각형의 형상에서 각 모서리 영역이 함몰되어있는 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 각 면에 두 개의 소개구부(121)를 포함한다.

각각의 탄성부(500)는 도 17과 같이 바이모프부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)을 포함한다.

상기 프레임(140)은 바 타입으로 형성되어, 바이모프부(130)와 끝단에서 연결되며, 구동부(120)의 면과 대응된다.

상기 프레임(140)의 양 측면에서 각각 스프링(160)이 연결되어 있다.

즉, 프레임(140)의 양 측면으로 두 개의 스프링(160)의 일단이 각각 연결되어 있므며, 스프링(160)의 타단이 구동부(120)와 연결된다.

이와 같이, 바이모프부(130), 프레임(140)은 일대일 대응되나, 스프링(160)이 각 프레임(140)에 대하여 2배수로 형성될 수 있다.

도 17의 일대 다 대응구성은 도 18과 같이 응용할 수 있다.

도 18의 멤스 소자(100D)는 8개의 탄성부(500)를 포함하고, 각 탄성부(500)가 바 타입의 바이모프부(130)와 바 타입의 프레임(140)을 포함하며, 각 프레임(140)의 측면으로 2개의 스프링(160)을 포함한다.

이와 같이 연결되는 경우, 구동부(120)는 8개의 면을 가지는 다각형으로 형성될 수 있다.

이하에서는 도 19를 이용하여 본 발명의 실시예의 멤스 소자가 자동초점구동기로 적용되는 카메라 모듈을 설명한다.

도 19는 도 1의 멤스 소자가 자동초점구동기로 적용된 카메라 모듈의 단면도이다.

도 19에서 상기 촬상 렌즈의 렌즈 형태는 임의로 도시하였으며, 앞에서 설명한 멤스소자와 동일한 도면부호를 자동초점구동기에 부여하였다.

카메라 모듈은 제1 렌즈부(11), 제2 렌즈부(31) 및 액추에이터(104)가 배치된 하우징(80), 홀더(90) 및 인쇄회로기판(70)을 포함한다.

하우징(80)은 상기 제1렌즈부(11) 및 제2렌즈부(31)를 포함하는 액추에이터(104)를 포함한다.

상기 제1 렌즈부(11)는 제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20)를 포함하고, 상기 제2 렌즈부(31)는 제3 렌즈(30) 및 제4 렌즈(40)를 포함한다.

그리고, 상기 제1렌즈부(11)는 제1경통(101)에 장착되고, 상기 제1렌즈부(11) 및 제2렌즈부(31)는 인쇄회로기판(70)에 배치된 수광 소자(60)로 광을 집광시킨다.

그리고, 상기 제1경통(101) 및 제2 렌즈부(31)은 액추에이터(104)를 포함하는 커버에 배치될 수 있다.

상기 제2렌즈부(31)의 각 렌즈(30, 40)를 지지하는 자동초첨구동기(100)는 상기 액추에이터(104)에 포함되거나 별도로 형성될 수 있다.

상기 액추에이터(104)는 자동초점구동기(100)를 제어하여 상기 렌즈(30, 40)들의 위치를 조정하여 초점을 조절하여, 자동 초점 및 광학줌 기능이 구현될 수 있도록 한다.

어느 하나의 렌즈만을 이동시켜 자동 포커싱을 하는 경우, 이동시키고자 하는 렌즈(30, 40)를 지지하는 자동초점구동기(100)에 제어 전류를 흘려 구동부(120)의 높이를 제어함으로써 렌즈(30, 40)의 위치를 변화할 수 있다.

이와 같이, 상기 자동초점구동기(100)가 렌즈(30, 40)만을 이동시켜 초점을 맞추므로 렌즈 어셈블리 전체를 구동하는 것과 비교하여 소비전력을 줄일 수 있다.

이어서, 상기 하우징(80)의 하부에 배치된 홀더(90)는 상기 제2렌즈부(31)의 하부에 위치하며 필터(50)를 포함한다.

상기 필터(50)는 적외선 차단 필터로 이루어질 수 있다.

상기 필터(50)는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상기 수광 소자(60)에 전달되지 않도록 차단시키는 기능을 한다.

즉, 상기 필터(50)는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출되도록하는 구조를 가진다.

상기 필터(50)를 상기 홀더(90)에 배치하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 렌즈들 사이에도 선택적으로 위치하거나, 상기 제1렌즈부(11) 또는 제2렌즈부(31)의 렌즈에 적외선 차단 물질이 코팅(coating)될 수 있다.

그리고, 상(像)이 맺히는 상기 수광 소자(60)는 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 이루어질 수 있으며, 상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 이루어질 수 있다.

이하에서는 도 20 및 도 21을 참고하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

도 20을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 소자는 고정기판(110), 구동부(120) 및 탄성부(500)를 포함한다.

상기 멤스 소자의 각 구성의 적층 구조 및 상면 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략한다.

도 20의 멤스 소자는 고정 기판(110)이 구동부(120)를 수용하는 캐비티(111) 포함하고, 고정 기판(110)의 전극층을 서로 분리하여 복수의 고정전극(110a, 110b)을 형성한다.

각각의 고정전극(110a, 110b) 위에는 바이모프부(130)의 열방출층(132)이 형성되어 있으며, 열방출층(132)이 회로패턴으로서 기능한다.

본 발명의 경우, 각각의 바이모프부(130)의 열방출층(132)은 고정전극(110a, 110b)과 프레임(140) 사이를 가로지르는 복수의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)을 포함한다.

즉, 열방출층(132)은 복수의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)을 포함하며, 상기 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)은 적어도 2개 이상일 수 있다.

이때, 상기 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)은 도 21과 같이 4개일 수 있으며, 각각의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)은 동일한 크기를 가질 수 있다.

이때, 각각의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)의 길이 및 폭은 200*30μm을 충족할 수 있다.

상기 열방출층(132)이 복수의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)을 포함하는 경우, 각각의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)에 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.각각의 고정전극(110a, 110b)은 각각의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)과 연결되어 있으며, 각각의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)으로 서로 다른 크기의 전류를 흘릴 수 있다.

양의 전압을 인가하는 제1 고정전극(110a) 및 접지 전압을 인가하는 제2 고정전극(110b)으로 구현될 수 있으며, 제1 고정전극 및 제2 고정전극(110a, 110b)은 서로 이격되어 형성된다.

이때, 4개의 패턴 중 왼쪽 2 개의 패턴(140a, 140b)은 양 단이 서로 연결되어 있으며, 오른쪽 2개의 패턴(140c, 140d) 또한 양 단이 서로 연결되어 있다.

왼쪽 2개의 패턴을 양의 패턴(140a, 140b), 오른쪽 2개의 패턴을 음의 패턴(140c, 140d)이라고 정의하면, 양의 패턴(140a, 140b)은 일단이 제1 고정전극(110a)과 연결되고, 음의 패턴(140c, 140d)은 일단이 제2 고정전극(110a)와 연결되며, 양의 패턴(140a, 140b)과 음의 패턴(140c, 140d)의 타단이 서로 연결되어 직렬 연결된다.

따라서, 제1 고정전극 및 제2 고정전극(110a, 110b)을 따라 전류 패스가 형성되어 바이모프부(140)에 소정의 전류가 흐른다.

이러한 제1 고정전극 및 제2 고정전극(110a, 110b)이 2개의 바이모프부(140)에 동일하게 전류를 인가하는 경우, 두 개의 구동부(140)의 음의 패턴과 양의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)을 직렬 연결하기 위한 연결단을 더 포함할 수 있다.

도 20과 같이 4개의 고정전극(110a, 110b)이 각각 서로 다른 양의 전압을 인가함으로써 8개의 바이모프부(130)에는 서로 다른 전류값이 흐를 수 있다.

각 바이모프부(130)에 서로 다른 전류가 흐르는 경우, 각각의 전류 값에 따라 제1 및 제2 물질층(134)이 팽창되는 값이 가변한다.

따라서, 각각의 탄성부(500)는 서로 다른 변위값으로 상기 구동부(120)를 이동시키므로 상기 구동부(120)는 기울기를 가지며 움직일 수 있다.

이러한 멤스 소자의 구동부(120)는 표면에 반사층을 포함할 수 있으며, 반사층을 포함하는 구동부(120)의 기울어지는 각을 제어하는 경우, 반사경으로 활용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

멤스소자, 자동초점구동기 100
고정 기판 110
구동부 120
탄성부 500
바이모프부 130
프레임 140
스프링 160

Claims

제1 캐비티를 가지는 고정기판;
상기 제1 캐비티 내에 배치되어 상기 고정기판으로부터 부유하며, 내부에 렌즈를 수용하는 제1 개구부를 가지는 구동부;
상기 고정기판과 상기 구동부를 물리적으로 연결하며, 제어전류에 따라 상기 구동부의 높이를 가변하는 복수의 탄성부를 포함하고,
상기 구동부는,
각각으로부터 구분되는 복수의 제2 캐비티를 포함하고,
상기 복수의 탄성부 각각은
상기 고정기판과 연결되어 상기 제어전류에 따라 휘어지는 바이모프부,
상기 구동부와 연결되고 각각의 제2 캐비티 내에 배치되는 스프링; 및
상기 바이모프부와 상기 스프링을 연결하는 프레임을 포함하고,
상기 구동부는,
상기 구동부의 몸체로부터 돌출되고, 상기 복수의 제 2 캐비티 내에 각각 배치되어 상기 복수의 제2 캐비티 각각을 복수의 영역으로 분할하는 복수의 돌출부를 포함하고,
상기 복수의 제2 캐비티 각각은,
상기 복수의 돌출부에 의해 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되고,
상기 각각의 탄성부를 구성하는 스프링은,
상기 제1 영역 내에 배치되는 제1 스프링과 상기 제2 영역 내에 배치되는 제2 스프링을 포함하고,
상기 제1 스프링은, 상기 제2 캐비티의 일측면과 상기 돌출부의 일측면 사이에 배치되고,
상기 제2 스프링은, 상기 제2 캐비티의 타측면과 상기 돌출부의 타측면 사이에 배치되며,
상기 구동부는 상기 렌즈의 움직임에 의해 초점을 조정하도록 상기 렌즈와 물리적으로 직접 연결되고,
상기 각각의 탄성부는, 동일한 크기의 전류를 수신하고, 상기 구동부는 상기 탄성부가 연결된 모든 방향에서 균일하게 위로 상승하며,
상기 제1 스프링의 일단은 상기 프레임에 연결되고, 상기 제1 스프링의 타단은 상기 돌출부의 상기 일측면에 연결되며,
상기 제2 스프링의 일단은 상기 프레임에 연결되고, 상기 제2 스프링의 타단은 상기 돌출부의 상기 타측면에 연결되며,
상기 제1 스프링은, 상기 제2 스프링과 물리적으로 직접 연결되지 않는 멤스 소자.
제1항에 있어서,
상기 바이모프부는
제1 물질층,
상기 제1 물질층 위에 열방출층, 그리고
상기 열방출층 위에 제2 물질층
을 포함하며,
상기 제1 물질층과 상기 제2 물질층은 열팽창계수가 차이나는
멤스 소자.
제2항에 있어서,
상기 탄성부는
상기 열방출층과 상기 제2 물질층 사이에 절연층을 더 포함하는 멤스 소자.
제3항에 있어서,
상기 열방출층은 상기 제어전류에 따라 열을 방출하는 멤스 소자.
제4항에 있어서,
상기 제1 물질층은 상기 제2 물질층보다 열팽창계수가 작은 멤스 소자.
삭제
제5항에 있어서,
상기 프레임은
상기 바이모프부의 끝단으로부터 확장되는 제1 확장부, 그리고
상기 제1 확장부의 양 끝단을 서로 연결하는 제2 확장부
를 포함하며,
상기 제1 확장부는 호를 이루는 멤스 소자.
제7항에 있어서,
상기 제2 확장부는 상기 제1 확장부의 끝단을 서로 연결하는 직선형인 멤스 소자.
제8항에 있어서,
상기 제1 확장부는 상기 바이모프부로부터 멀어질수록 폭이 감소하는 멤스 소자.
제9항에 있어서,
상기 바이모프부는 상기 구동부의 원주를 따라 배치되고,
상기 프레임은, 상기 바이모프부의 끝단과 상기 제1 또는 제2 스프링 사이에 배치되며,
상기 프레임은 상기 구동부의 원주를 따라 절곡되는 바 타입으로 형성되는 멤스 소자.
제4항에 있어서,
상기 열방출층은
복수의 패턴으로 형성되어 있는 멤스 소자.
제11항에 있어서,
복수의 상기 바이모프부가 서로 다른 전압을 인가받으며,
각각의 상기 바이모프부의 열방출층의 패턴은 각각 서로 다른 전압이 인가되는 패턴과, 접지되는 패턴이 서로 연결되는 멤스 소자.
제12항에 있어서,
상기 구동부는 표면에 반사층을 포함하는 멤스 소자.
제1항에 있어서,
상기 제1 캐비티의 꼭지점은,
상기 구동부의 꼭지점과 어긋나도록 배치되는 멤스 소자.