KR102107584B1 - Micro electro mechanical systems device - Google Patents

Micro electro mechanical systems device Download PDF

Info

Publication number
KR102107584B1
KR102107584B1 KR1020130103407A KR20130103407A KR102107584B1 KR 102107584 B1 KR102107584 B1 KR 102107584B1 KR 1020130103407 A KR1020130103407 A KR 1020130103407A KR 20130103407 A KR20130103407 A KR 20130103407A KR 102107584 B1 KR102107584 B1 KR 102107584B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fixed substrate
material layer
mems device
bimorph
layer
Prior art date
Application number
KR1020130103407A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150025619A (en
Inventor
고용준
서정기
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020130103407A priority Critical patent/KR102107584B1/en
Publication of KR20150025619A publication Critical patent/KR20150025619A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102107584B1 publication Critical patent/KR102107584B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/09—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted for automatic focusing or varying magnification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B30/00—Camera modules comprising integrated lens units and imaging units, specially adapted for being embedded in other devices, e.g. mobile phones or vehicles

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 고정기판은 상기 탄성부와 연결되는 영역에 돌출되어 있는 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 양 측면으로 상기 고정기판과 이격되도록 홈이 형성되어 있는 멤스 소자를 제공한다. 따라서, 구동방향의 수직방향으로 충격이 가해졌을 때 충격을 완충해 줄 수 있는 충격보강구조를 적용하여 구동방향의 수직방향으로 가해지는 충격을 완충해 구동기가 충격에 파손되는 것을 방지할 수 있다. The present invention includes a fixed substrate having a cavity, a driving portion disposed in the cavity, floating from the fixed substrate, physically connecting the fixed substrate and the driving portion, and including an elastic portion varying the height of the driving portion according to the control current And, the fixed substrate includes a support portion protruding from the region connected to the elastic portion, and the support portion provides a MEMS element having grooves formed to be spaced apart from the fixed substrate on both sides. Therefore, by applying an impact reinforcement structure capable of buffering the impact when an impact is applied in the vertical direction of the driving direction, it is possible to prevent the driver from being damaged by the impact by buffering the impact applied in the vertical direction of the driving direction.

Description

멤스 소자{MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS DEVICE}MEMS device {MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS DEVICE}

실시예는 멤스 소자 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.The embodiment relates to a MEMS device and a camera module including the same.

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.The CCD (Charge Coupled Device) sensor and Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) sensor are two-dimensional sensors that capture moving images and still images and play a key role in constructing an electronic camera. In particular, the CCD sensor has better characteristics than the CMOS sensor in terms of image quality, but the CMOS image sensor is increasing its market share due to the disadvantages of power consumption and complicated configuration. Recently, the CMOS sensor has also improved in terms of image quality. With the development of these image sensors, the use of digital cameras has been generalized and camera devices have been installed in portable terminals such as cellular phones.

종래 카메라 모듈은 자동초점 구동기로 VCM(Voice Coil Motor)을 적용하고 있다. The conventional camera module uses a VCM (Voice Coil Motor) as an autofocus driver.

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.The VCM consists of a coil and a magnet, which is a barrel containing a large number of lens groups, and is supported by springs above and below the barrel. The spring configured up and down guides the linear motion of the driving part and serves to position the lens barrel to the initial position when the VCM does not work.

VCM의 작동원리는 다음과 같다. The working principle of VCM is as follows.

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.It is driven in the direction of the optical axis of the lens by the Lorentz force generated when a current flows in a coil in a magnetic field formed of a magnet. The force generated at this time converts the electrical energy into mechanical energy.

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.Recently, as mobile phones and portable electronic devices, etc. are required to have lighter size and lower power, camera modules mounted on these products are also required to have low power and small size. Accordingly, there is a need for low power / miniaturization of the autofocus device provided in the camera module.

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. 또한, 일반적인 자동초점 장치는 렌즈를 상하로 이동시키므로 상하 이동에 대한 유연성을 내포하고 있으나, 좌우로부터 유입되는 충격에는 취약한 단점이 있다.However, since the autofocus device used in the conventional mobile phone needs to drive the barrel containing the lens group in a VCM method, it requires a lot of power consumption and uses coils and magnets located around the barrel to drive the barrel in the vertical direction of the optical axis. Therefore, it has a disadvantage in miniaturization. In addition, the general autofocus device implies flexibility for up and down movement because the lens moves up and down, but has a disadvantage in that it is vulnerable to impacts from left and right.

실시예는 소비전력이 작고 소형화가 가능하며, 좌우로부터 유입되는 충격을 보강할 수 있는 멤스 소자 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.The embodiment is to provide a MEMS device and a camera module including the same, which can reduce the power consumption and can be miniaturized, and reinforce the impact from the left and right sides.

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 고정기판은 상기 탄성부와 연결되는 영역에 돌출되어 있는 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 양 측면으로 상기 고정기판과 이격되도록 홈이 형성되어 있는 멤스 소자를 제공한다. Embodiments include a fixed substrate having a cavity, a driving portion disposed in the cavity, floating from the fixed substrate, physically connecting the fixed substrate and the driving portion, and including an elastic portion varying the height of the driving portion according to the control current And, the fixed substrate includes a support portion protruding from the region connected to the elastic portion, and the support portion provides a MEMS element having grooves formed to be spaced apart from the fixed substrate on both sides.

실시예에 따른 멤스 소자는 소모전력, 코일과 자석에 의한 소형화의 한계를 극복하기 위해 하나의 렌즈를 구동시켜 소비전력이 적고 소형화가 가능하다.In the MEMS device according to the embodiment, a single lens is driven to overcome the limitation of miniaturization by power consumption, coil and magnet, and power consumption is small and miniaturization is possible.

또한, 서로 다른 물질의 열팽창 차이에 의해 수직 구동하여 자동초점기능을 수행하는 써멀(thermal) 방식을 적용하여 구조를 단순화할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.In addition, it is possible to reduce the cost by simplifying the structure by applying a thermal method that performs automatic focusing by vertically driving by the difference in thermal expansion of different materials.

그리고, 실시예에 따른 멤스 소자는 구동방향의 수직방향으로 충격이 가해졌을 때 충격을 완충해 줄 수 있는 충격보강구조를 적용하여 구동방향의 수직방향으로 가해지는 충격을 완충해 구동기가 충격에 파손되는 것을 방지할 수 있다. In addition, the MEMS device according to the embodiment applies a shock-reinforcement structure capable of buffering an impact when an impact is applied in the vertical direction of the driving direction, buffering the impact applied in the vertical direction of the driving direction, thereby causing the driver to be damaged by the impact. Can be prevented.

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 14는 본 발명의 다른 적용예를 도시한 것이다.
도 15는 도 1의 멤스 소자에 따른 자동초점 구동장치가 적용되는 카메라 모듈의 단면도이다.1 is a top view of a MEMS device according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view of FIG. 1.
3 is a perspective view of FIG. 1.
4 is an enlarged view of A of FIG. 3.
5 is a cross-sectional view of a bimorph.
6 to 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the MEMS device of FIG. 1.
14 shows another application example of the present invention.
15 is a cross-sectional view of the camera module to which the autofocus driving device according to the MEMS device of FIG. 1 is applied.

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. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

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. Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless otherwise stated.

본 발명은 자동초점 구동기로 적용되는 멤스 소자를 제공한다.The present invention provides a MEMS device applied as an autofocus driver.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 멤스 소자를 설명한다. Hereinafter, a MEMS device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

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.1 is a top view of a MEMS device according to an embodiment, FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view of FIG. 1, FIG. 4 is an enlarged view of A of FIG. 3, and FIG. 5 is a bimorph It is a cross section.

도 1을 참고하면, 실시예에 따른 멤스 소자(100)는 고정 기판(110), 구동부(120), 및 복수의 탄성부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the MEMS device 100 according to an exemplary embodiment includes a fixed substrate 110, a driving unit 120, and a plurality of elastic parts 500.

상기 고정 기판(110)은 구동부(120) 및 복수의 탄성부(500)를 지지한다.The fixed substrate 110 supports the driving part 120 and the plurality of elastic parts 500.

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.The fixed substrate 110 may have a plate shape having a cavity 111 accommodating the fixed portion 120 therein, and may have a rectangular frame shape. The fixed substrate 110 may be square, and may have an area of 6 mm · 6 mm.

캐비티(111)의 형상은 원형 또는 다각형 중 어느 하나일 수 있으며, 탄성부(500)의 수효에 따라 결정될 수 있다.The shape of the cavity 111 may be either circular or polygonal, and may be determined according to the number of elastic parts 500.

즉, 도 1과 같이 탄성부(500)가 8개인 경우 정팔각형의 형상을 가지는 캐비티(111)를 포함할 수 있다. That is, as illustrated in FIG. 1, when eight elastic parts 500 are provided, a cavity 111 having a regular octagon shape may be included.

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.The fixed substrate 110 has a plurality of layered structures, as shown in FIG. 2, a support substrate 400, an insulating layer 200 on the support substrate 400, an electrode layer 150 on the insulating layer 200, and a first It is formed of a material layer 131, a heat release layer 132 and a second material layer 134.

상기 지지 기판(400)은 실리콘 기판, 유리기판 또는 폴리머 기판일 수 있다.The support substrate 400 may be a silicon substrate, a glass substrate or a polymer substrate.

상기 지지 기판(400)은 300 내지 500μm의 두께를 가지며, 바람직하게는 400μm의 두께를 가질 수 있다. The support substrate 400 has a thickness of 300 to 500 μm, and preferably has a thickness of 400 μm.

상기 지지 기판(400) 위에 절연층(200)이 형성되어 있다.An insulating layer 200 is formed on the support substrate 400.

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.When the support substrate 400 is a silicon substrate, the insulating layer 200 may be formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film, and may have a thickness of about 1.5 μm.

상기 절연층(200) 위에 전극층(150)이 형성되어 있다.An electrode layer 150 is formed on the insulating layer 200.

즉, 상기 전극층(150)은 패터닝되어 복수개의 전극편을 포함할 수 있으나, 도 1과 같이 하나의 전극층(150)으로 형성될 수 있다.That is, the electrode layer 150 may be patterned to include a plurality of electrode pieces, but may be formed of one electrode layer 150 as shown in FIG. 1.

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.The electrode layer 150 may be a conductive material such as silicon, copper, aluminum, molybdenum, tungsten, and preferably, when the support substrate 400 is a silicon substrate, it may be formed of silicon. The electrode layer 150 has a thickness of 40 to 60 μm, and preferably has a thickness of about 50 μm.

전극층(150) 위에 배치되는 제1 물질층(131), 열방출층(132) 및 제2 물질층(134)은 바이모프구동부(130)를 구성하는 층상 구조로서, 뒤에서 상세히 설명한다.The first material layer 131, the heat release layer 132, and the second material layer 134 disposed on the electrode layer 150 are layered structures constituting the bimorph driving unit 130, which will be described in detail later.

전극층(150) 위에 배치되는 층상 구조는 도 2와 같이 전극층(150)보다 돌출되는 구성을 가질 수 있다. The layered structure disposed on the electrode layer 150 may have a configuration that protrudes from the electrode layer 150 as shown in FIG. 2.

한편, 상기 고정 기판(110)의 내부에 형성되어 있는 캐비티(111)에 구동부(120)가 배치되어 있다.Meanwhile, the driving unit 120 is disposed in the cavity 111 formed inside the fixed substrate 110.

구동부(120)는 내부에 개구부(125)를 포함하며, 각각의 탄성부(500)가 연결되는 영역 소개구부(121)를 포함한다.The driving unit 120 includes an opening 125 therein, and an area introduction opening 121 to which each elastic part 500 is connected.

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.The driving unit 120 may have a polygonal shape as shown in FIG. 1, and the same number of surfaces as the number of elastic parts 500 so that the elastic parts 500 can be connected within the introduction part 121 formed on each surface. Can have

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.Accordingly, as illustrated in FIG. 1, when eight elastic parts 500 are provided, the elastic parts 500 may have an octagonal shape in which faces are disposed, and a vertex and a driving part of the cavity 111 of the fixed substrate 110 ( 120) may be arranged to be out of alignment.

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.The driving unit 120 is provided with an electrode layer 150 underneath, and includes a first material layer 131 on the electrode layer 150 and a second material layer 134 on the first material layer 131.

즉, 상기 구동부(150)는 전극층(150) 하부에 절연층(200) 및 지지기판(400)이 제거된 상태로 고정기판(110)에 대하여 부유하고 있다.That is, the driving unit 150 is floating with respect to the fixed substrate 110 with the insulating layer 200 and the support substrate 400 removed under the electrode layer 150.

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. At this time, the height of the electrode layer 150 of the driving unit 120 may be higher than the height of the electrode layer 150 of the fixed substrate 110, and the electrode layer 150 may include first and second material layers 131 and 134 at the top. It is formed to have a narrower width, and a step may be formed between the first material layer 131 and the electrode layer 150.

한편, 상기 멤스소자(100)는 복수의 탄성부(500)를 포함한다.Meanwhile, the MEMS device 100 includes a plurality of elastic parts 500.

복수의 탄성부(500)는 고정기판(110)과 구동부(120)를 물리적으로 연결하며, 외부로부터 인가되는 전압에 따라 구동부(120)의 높이를 제어한다.The plurality of elastic parts 500 physically connect the fixed substrate 110 and the driving part 120 and control the height of the driving part 120 according to a voltage applied from the outside.

복수의 탄성부(500)는 서로 동일한 구조를 포함하며, 일정하게 이격되도록 배치되어 힘의 균형을 이룬다.The plurality of elastic parts 500 include the same structure as each other, and are arranged to be regularly spaced to balance forces.

각각의 탄성부(500)는 바이모프구동부, 프레임(140) 및 스프링(160)의 구조를 포함한다.Each elastic part 500 includes a structure of a bimorph driving part, a frame 140 and a spring 160.

바이모프구동부(130)는 고정기판과 프레임(140)을 직접 연결하며, 고정기판으로부터 인가되는 전압에 따라 열이 발생하면, 상기 두 물질층 사이의 열팽창계수 차이에 따라 휘어지는 각도가 가변한다.The bimorph driving unit 130 directly connects the fixed substrate and the frame 140, and when heat is generated according to a voltage applied from the fixed substrate, the angle of bending varies according to a difference in thermal expansion coefficient between the two material layers.

이러한 각도 변화에 의해 구동부의 높이가 결정된다.The height of the driving unit is determined by the change in angle.

바이모프구동부(130)의 상세 구조는 도 5와 같다. The detailed structure of the bimorph driving unit 130 is shown in FIG. 5.

도 5를 참고하면, 바이모프구동부(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.Referring to FIG. 5, the bimorph driving unit 130 includes a first material layer 131, a heat release layer 132 over the first material layer 131, an insulating layer 133 over the heat release layer 132, and the above. The second material layer 134 is included on the insulating layer 133.

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 바이모프구동부(130)의 수직변위를 발생시킨다.When current flows through the heat dissipation layer 132, heat is generated, and according to the heat, a difference in length increases due to a difference in thermal expansion coefficients of the first material layer 131 and the second material layer 134, resulting in a bimorph driving unit ( 130).

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.At this time, the heat dissipation layer 132 includes a metal containing platinum, copper, etc. with high heat generation, and the first material layer 131 is a material having a large difference in thermal expansion coefficient with respect to the second material layer 134, The second material layer 134 has a greater thermal expansion coefficient than the first material layer 131, so that it extends better than the first material layer 131.

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.The first material layer 131 may include one of a group including Si, P-Si, SiO 2 , Si 3 N 4 , Cr, and W, and the second material layer 134 may include Al , Au, Cu, Ni, Pt.

각각의 물질층의 열팽창계수는 다음의 표와 같다.The coefficient of thermal expansion of each material layer is shown in the following table.

제1 물질층(131)First material layer 131 SiSi 2.6(10-6/K)2.6 (10-6 / K) P-SiP-Si 2.82.8 SiO2 SiO 2 0.50.5 Si3N4 Si 3 N 4 1.61.6 CrCr 4.94.9 제2 물질층(134)Second material layer (134) AlAl 23.123.1 AuAu 14.114.1 CuCu 16.816.8 NiNi 12.712.7

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.That is, as shown in the table above, the first material layer 131 satisfies the thermal expansion coefficient of 5 * 10 -6 / K or less, and the second material layer 134 satisfies the thermal expansion coefficient of 12 * 10 -6 / K or higher. do.

상기 절연층(133)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물일 수 있으며, 열방출층(132)과 제1 물질층(134) 사이를 절연한다.The insulating layer 133 may be silicon oxide or silicon nitride, and insulates between the heat dissipation layer 132 and the first material layer 134.

상기 바이모프구동부(130)는 도 1과 같이 고정기판(110)으로부터 돌출되어 부유하는 바 형으로 형성될 수 있으며, 열방출층(132)이 고정기판(110)과 연결되어 전류를 흘린다.The bimorph driving unit 130 may be formed in a bar shape protruding from the fixed substrate 110 as shown in FIG. 1, and the heat dissipation layer 132 is connected to the fixed substrate 110 to flow current.

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. The heat dissipation layer 132 may be formed in a plurality of patterns as shown in FIG. 3, and when the same current flows in each pattern or when the fixed substrate 110 is formed in a plurality of patterns, different currents flow. It might be.

프레임(140)은 상기 바이모프구동부(130)와 스프링(160) 사이에 연결되어 있으며, 바이모프구동부(130)와 스프링(160)을 절연하면서 상기 바이모프구동부(130)의 동작에 따라 상기 구동부(120)를 이동시킨다.The frame 140 is connected between the bimorph driving unit 130 and the spring 160, and insulates the bimorph driving unit 130 and the spring 160 while in accordance with the operation of the bimorph driving unit 130. (120) is moved.

상기 프레임(140)은 도 1과 같이 바이모프구동부(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.The frame 140 is the first connecting end 142 connected to the bimorph driving unit 130 as shown in Figure 1, the first connecting end extending from both directions from the first connecting end 142 to draw an arc (141) , A second extension 143 connecting the ends of the first extension 141 to each other, and a second connection end 144 connecting the second extension 143 and the spring 160. .

제1, 2 연결단(142, 144) 및 제1, 2 확장부(141, 143)는 동일한 층상 구조를 가진다.The first and second connecting ends 142 and 144 and the first and second extensions 141 and 143 have the same layered structure.

제1 연결단(142)은 도 4와 같이 바이모프구동부(130)와 동일한 폭을 가지는 바 형상을 가질 수 있다.The first connection end 142 may have a bar shape having the same width as the bimorph driving unit 130 as shown in FIG. 4.

상기 제1 확장부(141)는 상기 제1 연결단(142)의 양 끝으로부터 호를 그리며 양 쪽으로 연장되어 있다.The first extension portion 141 extends to both sides in an arc from both ends of the first connection end 142.

상기 제1 확장부(142)는 도 4와 같이 끝단으로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다.As shown in FIG. 4, the width of the first extension portion 142 may become narrower.

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.The second extension 143 connects both ends of the first extension 142 in a straight line, and has the same width. The second extension 143 faces each surface of the driving unit 120, and the length of the second extension 143 may be smaller than the length of each surface of the driving unit 120.

상기 제1 및 제2 확장부(141, 143)가 활 모양을 이룬다.The first and second extension portions 141 and 143 form a bow shape.

제2 연결단(144)은 제2 확장부(143)의 중앙영역에 부착되어 스프링(160)의 중앙영역에서 스프링(160)의 끝단(162)과 연결된다.The second connection end 144 is attached to the central region of the second extension 143 and is connected to the end 162 of the spring 160 in the central region of the spring 160.

상기 제2 연결단(144)은 제1 연결단(142)과 같이 돌출되어 있는 면구조물로 형성될 수 있으나, 도 4와 같이 판스프링 형태를 가질 수도 있다.The second connection end 144 may be formed of a surface structure protruding like the first connection end 142, but may have a plate spring shape as shown in FIG.

이러한 프레임(140)은 바이모프구동부(130)의 동작에 의해서 올라가거나 내려감으로써 구동부의 높이를 제어할 수 있다.The frame 140 may control the height of the driving unit by moving up or down by the operation of the bimorph driving unit 130.

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.The frame 140 may have a layered structure of the electrode layer 150, the first material layer 131, and the second material layer 134, as shown in FIG. 2, wherein the first material layer 131 is the electrode layer 150 It is formed with a step so as to protrude from.

상기 프레임(140)은 바이모프구동부(130)로부터 높게 배치되어 있다.The frame 140 is disposed high from the bimorph driving unit 130.

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.The spring 160 is disposed in each inlet portion 121 of the driving unit 120, the central portion of the bottom surface of each inlet portion 121 and one end 161 are connected, the other end 162 is a second connecting portion ( 144).

상기 스프링(160)은 프레임(140)과 연결되는 방향으로 연장되도록 절곡되어 있으며 스프링(160)의 적층구조는 프레임(140)과 동일하다.The spring 160 is bent to extend in a direction connected to the frame 140, and the stack structure of the spring 160 is the same as the frame 140.

또한 상기 스프링(160)의 높이는 프레임(140)보다 높게 형성될 수 있다.In addition, the height of the spring 160 may be formed higher than the frame 140.

이와 같이 본원 발명은 고정 기판(110)과 구동부(120) 사이에 바이모프구동부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)의 연결 구조를 가짐으로써 바이모프구동부(130)의 운동에 따라 구동부(120)의 높이를 변화할 때 변위를 다양하게 가질 수 있다. As described above, the present invention has a connection structure of the bimorph driving unit 130, the frame 140, and the spring 160 between the fixed substrate 110 and the driving unit 120, and thus the driving unit according to the motion of the bimorph driving unit 130. When the height of the 120 is changed, the displacement may be varied.

이러한 탄성부(500)는 도 4와 같이 고정 기판(110)의 지지부(115)와 연결되어 있다.4, the elastic part 500 is connected to the support part 115 of the fixed substrate 110.

상기 지지부(115)는 고정 기판(110)의 캐비티(111)가 형성되어 있는 내변에서 상기 바이모프구동부(130)와 연결되도록 돌출되어 있다.The support part 115 protrudes to be connected to the bimorph driving part 130 at an inner side where the cavity 111 of the fixed substrate 110 is formed.

상기 지지부(115)의 양 측면에는 고정 기판(110)으로부터 상기 지지부(115)를 이격하는 탄성홈(112, 113)이 형성되어 있다.Elastic grooves 112 and 113 spaced apart from the support portion 115 from the fixed substrate 110 are formed on both sides of the support portion 115.

즉, 상기 고정기판(110)의 내변 중 상기 바이모프부(130)와 연결되는 영역은 상기 바이모프부(130)와 직접 연결되는 지지부(115) 주변을 고정기판(110)으로부터 이격하도록 홈(112, 113)이 형성되어 있다.That is, an area of the inner side of the fixed substrate 110 that is connected to the bimorph portion 130 is a groove so as to be spaced apart from the fixed substrate 110 around the support portion 115 directly connected to the bimorph portion 130. 112, 113) are formed.

따라서, 지지부(115)는 상기 탄성홈(112, 113)의 끝단에서 상기 고정기판(110)과 연결되는 켄틸레버 타입으로 상기 고정 기판(110)과 일체화되어 있다.Therefore, the support 115 is a cantilever type that is connected to the fixing substrate 110 at the ends of the elastic grooves 112 and 113 and is integrated with the fixing substrate 110.

이러한 지지부(115)는 바이모프부(130)과 동일한 폭(W)을 갖도록 설계될 수 있다. The support 115 may be designed to have the same width W as the bimorph 130.

이와 같이 지지부(115)가 고정기판(110) 내측으로 형성되어 상기 탄성부(500)의 길이가 확장될 수 있으며, 상기 지지부(115)의 양 측으로 탄성홈(112, 113)이 형성되어 측면으로 가해지는 충격(F)에 대하여 x 축으로 이동하도록 완충작용을 할 수 있다. In this way, the support portion 115 is formed inside the fixed substrate 110 so that the length of the elastic portion 500 can be extended, and elastic grooves 112 and 113 are formed on both sides of the support portion 115 to the side. It can act as a buffer to move in the x-axis against the applied impact (F).

즉, 상기 탄성홈(112, 113)의 폭이 측면으로 가해지는 충격(F)에 대하여 x 축으로 이동되는 거리, 즉 이동 변위(X)로 정의될 수 있다. In other words, the width of the elastic grooves 112 and 113 may be defined as a distance moved in the x-axis with respect to the impact F applied to the side, that is, the displacement X.

이러한 충격(F)과 상기 이동 변위(X)의 관계는 다음과 같다.The relationship between the impact F and the movement displacement X is as follows.

[수학식 1]
[Equation 1]

이때, E는 재료의 탄성 계수, t는 지지부(115)의 두께, w는 지지부(115)의 폭, 그리고 L은 지지부(115)의 길이를 각각 나타낸다. At this time, E is the elastic modulus of the material, t is the thickness of the support 115, w is the width of the support 115, and L is the length of the support 115, respectively.

이와 같이 지지부(115)가 형성될 때, 양 측에 탄성 홈을 두어 X축으로의 이동 변위를 확보하면 X 축으로 인가되는 충격(F)에 대하여 완충될 수 있어 강성이 향상된다. When the support portion 115 is formed as described above, when elastic displacements are secured on both sides by placing elastic grooves on both sides, it can be cushioned against the impact F applied to the X axis, thereby improving rigidity.

이하에서는 도 6 내지 도 13을 참고하여 실시예의 멤스 소자를 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the MEMS device of the embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 13.

먼저, 도 10과 같이 베이스 기판을 준비한다.First, a base substrate is prepared as shown in FIG. 10.

상기 베이스 기판은 지지 기판(400) 위에 절연층(200) 및 전극층(150)이 형성되어 있는 구조를 가진다.The base substrate has a structure in which the insulating layer 200 and the electrode layer 150 are formed on the support substrate 400.

상기 지지 기판(400)은 300 내지 500μm의 두께를 가지며, 바람직하게는 400μm의 두께를 가질 수 있다. The support substrate 400 has a thickness of 300 to 500 μm, and preferably has a thickness of 400 μm.

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.When the supporting substrate 400 is a silicon substrate, the insulating layer 200 may be formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film, and may have a thickness of about 1.5 μm.

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.The electrode layer 150 may be a conductive material such as silicon, copper, aluminum, molybdenum, tungsten, and preferably, when the support substrate 400 is a silicon substrate, it may be formed of silicon. The electrode layer 150 has a thickness of 40 to 60 μm, and preferably has a thickness of about 50 μm.

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.That is, it may be a silicon substrate including a silicon insulating layer 200 therein, and an outer insulating layer may be formed on upper and lower portions of the support substrate 400 and the electrode layer 150, respectively.

다음으로, 도 7과 같이 전극층 위에 제1 물질층(131)을 형성한다.Next, as shown in Figure 7 to form a first material layer 131 on the electrode layer.

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.The first material layer 131 may be formed by depositing a material of one of the groups including Si, P-Si, SiO 2 , Si 3 N 4 , Cr, and W, and the first material layer 131 It is patterned to form a fixed substrate, an elastic part 500 and a driving part 120.

이때, 제1 물질층(131)은 탄성부(500)의 바이모프구동부(130)에 필수적으로 형성되나, 다른 영역에는 생략할 수 있다.At this time, the first material layer 131 is essentially formed on the bimorph driving part 130 of the elastic part 500, but may be omitted in other areas.

다음으로 도 8과 같이 열방출층(132)을 형성한다.Next, as shown in Figure 8 to form a heat release layer (132).

열방출층(132)은 고정기판과 바이모프구동부(130)에 필수적으로 형성된다.The heat dissipation layer 132 is essentially formed on the fixed substrate and the bimorph driving unit 130.

상기 열방출층(132)이 전류를 전달하는 회로패턴으로 기능하며, 상기 바이모프구동부(130)에 형성되는 열방출층(132)은 해당 층 내에 흐르는 전류에 의해 열을 발생한다.The heat dissipation layer 132 functions as a circuit pattern for transferring current, and the heat dissipation layer 132 formed on the bimorph driving unit 130 generates heat by a current flowing in the corresponding layer.

상기 열방출층(132)은 백금 또는 구리 등의 전도성물질을 선택적으로 데포지션하거나 패터닝하여 형성할 수 있다.The heat dissipation layer 132 may be formed by selectively depositing or patterning a conductive material such as platinum or copper.

다음으로, 상기 바이모프구동부(130)의 열방출층(132) 위에 도 9의 절연층(133)을 형성한다.Next, an insulating layer 133 of FIG. 9 is formed on the heat dissipation layer 132 of the bimorph driving unit 130.

상기 절연층(133)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물일 수 있으며, 상기 물질을 데포지션한 뒤 패터닝하거나 선택적으로 패터닝할 수 있다.The insulating layer 133 may be silicon oxide or silicon nitride, and may be patterned or selectively patterned after depositing the material.

다음으로, 도 10과 같이 절연층(133) 위에 제2 물질층(134)을 형성한다.Next, a second material layer 134 is formed on the insulating layer 133 as shown in FIG. 10.

제2 물질층(134)으로는 Al, Au, Cu, Ni, Pt 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 데포지션한 뒤, 선택적으로 패터닝하여 형성할 수 있다.The second material layer 134 may be formed by depositing one material of a group including Al, Au, Cu, Ni, and Pt, and then selectively patterning it.

이때, 제2 물질층(134)은 제1 물질층(131)과 대응되도록 형성할 수 있으나, 바이모프부에만 한정적으로 형성될 수도 있다.At this time, the second material layer 134 may be formed to correspond to the first material layer 131, but may be limited to only the bimorph portion.

다음으로, 도 11과 같이 전극층을 패터닝한다.Next, the electrode layer is patterned as shown in FIG. 11.

상기 전극층은 구동기판, 탄성부(500) 및 구동부를 제외한 영역을 제거함으로 형성할 수 있으며, DRIE(deep reactive-ion etching)를 수행함으로써 형성할 수 있다.The electrode layer may be formed by removing regions excluding the driving substrate, the elastic part 500, and the driving part, and may be formed by performing deep reactive-ion etching (DRIE).

다음으로, 도 12와 같이 백사이드 DRIE를 수행하여 고정기판(110)을 제외한 영역의 지지기판(400)과 절연층(200)을 제거한다. Next, as shown in FIG. 12, the backside DRIE is performed to remove the support substrate 400 and the insulating layer 200 in the region excluding the fixed substrate 110.

이때, 고정기판(110) 내에 지지부(115) 및 탄성홈(112, 113)도 함께 형성된다. At this time, the support portion 115 and the elastic grooves 112 and 113 are also formed in the fixed substrate 110.

따라서, 고정기판(110)에 대하여 탄성부(500) 및 구동부(120)가 부유하는 상태를 유지한다.Therefore, the elastic part 500 and the driving part 120 are kept floating with respect to the fixed substrate 110.

마지막으로, 도 13과 같이 백사이드에서 등박성 식각을 진행하여 바이모프부(130)의 하면에 형성되어 있는 전극층(150)을 제거한다.Finally, as shown in FIG. 13, the etched etching is performed on the backside to remove the electrode layer 150 formed on the lower surface of the bimorph portion 130.

이때, 등방성 식각에 의해 전극층(150)의 측면이 일부 식각되어 제1 물질층(131)과 전극층(150) 사이에 단차가 형성된다.At this time, a side surface of the electrode layer 150 is partially etched by isotropic etching, so that a step is formed between the first material layer 131 and the electrode layer 150.

이와 같이 바이모프부(130)의 하부에 제1 물질층(131)을 노출하고, 상부에 제2 물질층(134)을 노출함으로써 바이모프구동부(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.As described above, by exposing the first material layer 131 to the lower portion of the bimorph portion 130 and exposing the second material layer 134 to the upper portion, the bimorph driving portion 130 is formed thin and heat-treated during etching. The driving unit 120 is formed high with respect to the fixed substrate 110 due to a difference in thermal expansion coefficient between the first material layer 131 and the second material layer 134.

이러한 멤스 소자(100)는 고정 기판(110)의 열방출층(132)으로 전류를 인가하면 전류 값에 따라 바이모프구동부(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.When the current is applied to the heat dissipation layer 132 of the fixed substrate 110, the MEMS device 100 generates heat in the heat dissipation layer 132 of the bimorph driving unit 130 according to the current value and generates heat. Accordingly, the first and second material layers 131 and 134 undergo expansion. At this time, since the first material layer 131 has less thermal expansion than the second material layer 134, the more the heat is generated, the bimorph portion 130 is bent upward.

따라서, 바이모프부(130)를 따라 프레임(140) 및 스프링(160)이 위로 올라가며 그에 따라 구동부(120)가 위로 이동한다.Accordingly, the frame 140 and the spring 160 are moved upward along the bimorph unit 130 and the driving unit 120 is moved upward accordingly.

이때, 복수의 탄성부(500)가 동일한 전류를 받아 동일하게 위로 움직이므로 구동부(120)는 탄성부(500)가 연결된 모든 방향에서 균일하게 위로 상승한다.At this time, since the plurality of elastic parts 500 move the same upward by receiving the same current, the driving part 120 uniformly rises upward in all directions to which the elastic parts 500 are connected.

이하에서는 도 14를 참고하여 본 발명의 다른 적용예를 설명한다.Hereinafter, another application example of the present invention will be described with reference to FIG. 14.

도 14의 멤스 소자(100A)는 도 1과 같이 고정기판, 탄성부(500) 및 구동부(120)를 포함한다.The MEMS device 100A of FIG. 14 includes a fixed substrate, an elastic part 500 and a driving part 120 as shown in FIG. 1.

상기 멤스 소자(100A)의 각 구성의 적층 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략하고 탄성부(500)과 연결되는 고정 기판(110)의 구조에 대하여 설명한다.Since the laminated structure of each configuration of the MEMS device 100A is the same as that of FIG. 2, a description thereof will be omitted and the structure of the fixed substrate 110 connected to the elastic part 500 will be described.

도 14의 멤스 소자(100A)의 고정기판(110)은 내부에 캐비티(111)를 포함하고, 상기 캐비티(111) 내에 구동부(120)를 포함한다.The fixed substrate 110 of the MEMS element 100A of FIG. 14 includes a cavity 111 therein, and a driving unit 120 in the cavity 111.

상기 구동부(120)와 고정기판(110) 사이에 복수의 탄성부(500)를 포함한다.A plurality of elastic parts 500 are included between the driving part 120 and the fixed substrate 110.

각각의 탄성부(500)는 바이모프부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)을 포함하며, 각각의 구성은 도 4와 동일하다.Each elastic portion 500 includes a bimorph portion 130, a frame 140 and a spring 160, each configuration is the same as FIG.

상기 탄성부(500)는 도 14와 같이 고정기판(110)의 지지부(115A)와 연결되어 있다.The elastic portion 500 is connected to the support portion 115A of the fixed substrate 110 as shown in FIG. 14.

상기 지지부(115A)는 고정기판(110)의 캐비티(111)가 형성되어 있는 내변에서 상기 바이모프구동부(130)와 연결되도록 돌출되어 있다.The support portion 115A protrudes to be connected to the bimorph driving portion 130 at an inner side where the cavity 111 of the fixed substrate 110 is formed.

상기 지지부(115A)의 양 측면에는 고정기판(110)으로부터 상기 지지부(115A)를 이격하는 탄성홈(112, 113)이 형성되어 있다.Elastic grooves 112 and 113 spaced apart from the support portion 115A from the fixed substrate 110 are formed on both sides of the support portion 115A.

즉, 상기 고정기판(110)의 내변 중 상기 바이모프부(130)와 연결되는 영역은 상기바이모프부(130)와 직접 연결되는 지지부(115A) 주변을 고정기판(110)으로부터 이격하도록 홈(112, 113)이 형성되어 있다.That is, an area of the inner side of the fixed substrate 110 that is connected to the bimorph portion 130 is a groove to be separated from the fixed substrate 110 around the support portion 115A directly connected to the bimorph portion 130. 112, 113) are formed.

따라서, 지지부(115A)는 상기 탄성홈(112, 113)의 끝단에서 상기 고정기판(110)과 연결되나, 상기 지지부(115A)는 도 14와 같이 복수의 절곡부를 갖도록 형성될 수 있다.Therefore, the support portion 115A is connected to the fixed substrate 110 at the ends of the elastic grooves 112 and 113, but the support portion 115A may be formed to have a plurality of bent portions as shown in FIG. 14.

이와 같이 지지부(115A)가 복수의 절곡부를 갖도록 형성되어 길이가 증가하므로 탄성 탄성 변위는 더욱 커질 수 있다.As described above, since the support portion 115A is formed to have a plurality of bent portions and increases in length, the elastic elastic displacement can be further increased.

상기 지지부(115A) 양 측의 탄성홈(112, 113)은 지지부(115A)의 형상을 따라 절곡되어 형성될 수 있다.The elastic grooves 112 and 113 on both sides of the support portion 115A may be formed by bending along the shape of the support portion 115A.

이하에서는 도 15를 이용하여 본 발명의 실시예의 멤스 소자가 자동초점구동기로 적용되는 카메라 모듈을 설명한다. Hereinafter, a camera module to which the MEMS device of the embodiment of the present invention is applied as an autofocus driver will be described with reference to FIG. 15.

도 15는 도 1의 멤스 소자가 자동초점구동기로 적용된 카메라 모듈의 단면도이다. 15 is a cross-sectional view of the camera module to which the MEMS device of FIG. 1 is applied as an autofocus driver.

도 15에서 상기 촬상 렌즈의 렌즈 형태는 임의로 도시하였으며, 앞에서 설명한 멤스소자와 동일한 도면부호를 자동초점구동기에 부여하였다.In FIG. 15, the lens shape of the imaging lens is arbitrarily illustrated, and the same reference numerals as the MEMS elements described above are assigned to the autofocus driver.

카메라 모듈은 제1 렌즈부(11), 제2 렌즈부(31) 및 액추에이터(104)가 배치된 하우징(80), 홀더(90) 및 인쇄회로기판(70)을 포함한다.The camera module includes a housing 80 on which the first lens unit 11, the second lens unit 31, and the actuator 104 are disposed, a holder 90, and a printed circuit board 70.

하우징(80)은 상기 제1렌즈부(11) 및 제2렌즈부(31)를 포함하는 액추에이터(104)를 포함한다.The housing 80 includes an actuator 104 including the first lens unit 11 and the second lens unit 31.

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.The first lens unit 11 includes a first lens 10 and a second lens 20, and the second lens unit 31 includes a third lens 30 and a fourth lens 40 do.

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. In addition, the first lens unit 11 is mounted on the first barrel 101, and the first lens unit 11 and the second lens unit 31 are light-receiving elements arranged on the printed circuit board 70 ( 60) condensing the light.

그리고, 상기 제1경통(101) 및 제2 렌즈부(31)은 액추에이터(104)를 포함하는 커버에 배치될 수 있다.In addition, the first barrel 101 and the second lens unit 31 may be disposed on a cover including the actuator 104.

상기 제2렌즈부(31)의 각 렌즈(30, 40)를 지지하는 자동초첨구동기(100)는 상기 액추에이터(104)에 포함되거나 별도로 형성될 수 있다.The automatic focusing actuator 100 supporting the lenses 30 and 40 of the second lens unit 31 may be included in the actuator 104 or may be formed separately.

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.The actuator 104 controls the autofocus actuator 100 to adjust the focus by adjusting the positions of the lenses 30 and 40 so that autofocus and optical zoom functions can be implemented.

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.In the case of automatic focusing by moving only one lens, a control current is applied to the autofocus driver 100 supporting the lenses 30 and 40 to be moved to control the height of the driving unit 120, thereby controlling the lens 30, 40) can change the position.

이와 같이, 상기 자동초점구동기(100)가 렌즈(30, 40)만을 이동시켜 초점을 맞추므로 렌즈 어셈블리 전체를 구동하는 것과 비교하여 소비전력을 줄일 수 있다.As described above, since the autofocus driver 100 focuses by moving only the lenses 30 and 40, power consumption can be reduced compared to driving the entire lens assembly.

이어서, 상기 하우징(80)의 하부에 배치된 홀더(90)는 상기 제2렌즈부(31)의 하부에 위치하며 필터(50)를 포함한다.Subsequently, the holder 90 disposed under the housing 80 is located under the second lens unit 31 and includes a filter 50.

상기 필터(50)는 적외선 차단 필터로 이루어질 수 있다.The filter 50 may be made of an infrared cut filter.

상기 필터(50)는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상기 수광 소자(60)에 전달되지 않도록 차단시키는 기능을 한다.The filter 50 functions to block radiant heat emitted from external light from being transmitted to the light receiving element 60.

즉, 상기 필터(50)는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출되도록하는 구조를 가진다.That is, the filter 50 has a structure that transmits visible light and reflects infrared light to flow out.

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.The filter 50 is disposed on the holder 90, but is not limited thereto, and is selectively positioned between the lenses, or infrared light on the lens of the first lens unit 11 or the second lens unit 31. The blocking material can be coated.

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.In addition, the light receiving element 60 in which an image is formed may be formed of an image sensor that converts an optical signal corresponding to a subject image into an electrical signal, and the image sensor is a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary) Metal Oxide Semiconductor) sensor.

이러한 카메라 모듈에서 멤스 구조를 적용하는 경우, 측면으로부터 인가되는 충격에 대하여 상기 멤스 구조가 완충 구조를 포함하므로 강성이 강화될 수 있다. When applying the MEMS structure in such a camera module, rigidity may be enhanced because the MEMS structure includes a shock absorbing structure against an impact applied from a side surface.

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.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

멤스소자, 자동초점구동기 100
고정 기판 110
구동부 120
탄성부 500
바이모프구동부 130
프레임 140
스프링 160
지지부 115
탄성홈 112, 113MEMS device, automatic focus drive 100
Fixed substrate 110
Drive 120
Elastic part 500
Bimorph Drive 130
Frame 140
Spring 160
Support 115
Elastic groove 112, 113

Claims (12)

캐비티를 가지는 고정기판,
상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 고정기판으로부터 부유하는 구동부,
상기 고정기판과 상기 구동부를 물리적으로 연결하며, 제어전류에 따라 상기 구동부의 높이를 가변하는 탄성부를 포함하고,
상기 탄성부는
상기 고정기판과 연결되어 제어전류에 따라 휘어지는 바이모프부,
상기 구동부와 연결되어 있는 스프링, 그리고
상기 바이모프부와 상기 스프링을 연결하는 프레임을 포함하고,
상기 프레임은
상기 바이모프부의 끝단으로부터 확장되며 호를 이루는 제1 확장부, 및
상기 제1 확장부의 양 끝단을 서로 연결하는 제2 확장부를 포함하는 멤스 소자.Fixed substrate with cavity,
A driving part disposed in the cavity and floating from the fixed substrate,
And an elastic part that physically connects the fixed substrate to the driving part and changes the height of the driving part according to a control current.
The elastic portion
Bimorph part connected to the fixed substrate and bent according to the control current,
A spring connected to the driving unit, and
It includes a frame connecting the bimorph portion and the spring,
The frame
A first extension portion extending from the end of the bimorph portion and forming an arc, and
A MEMS device including a second extension portion connecting both ends of the first extension portion to each other. 제1항에 있어서,
상기 고정기판은 상기 탄성부와 연결되는 영역에 돌출되어 있는 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 양 측면으로 상기 고정기판과 이격되도록 홈이 형성된
멤스 소자.According to claim 1,
The fixed substrate includes a support portion protruding from an area connected to the elastic portion, and the support portion is formed with grooves spaced apart from the fixed substrate on both sides.
MEMS device. 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.According to claim 1,
The bimorph portion
The first material layer,
A heat release layer over the first material layer, and
A second material layer over the heat dissipation layer
It includes,
The first material layer and the second material layer have different thermal expansion coefficients.
MEMS device. 제3항에 있어서,
상기 탄성부는
상기 열방출층과 상기 제2 물질층 사이에 절연층을 더 포함하는 멤스 소자.According to claim 3,
The elastic portion
A MEMS device further comprising an insulating layer between the heat release layer and the second material layer. 제4항에 있어서,
상기 열방출층은 상기 제어전류에 따라 열을 방출하는 멤스 소자.According to claim 4,
The heat dissipation layer is a MEMS device that emits heat according to the control current. 제5항에 있어서,
상기 제1 물질층은 상기 제2 물질층보다 열팽창계수가 작은 멤스 소자.The method of claim 5,
The first material layer is a MEMS device having a lower coefficient of thermal expansion than the second material layer. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 확장부는 상기 제1 확장부의 끝단을 서로 연결하는 직선형인 멤스 소자.According to claim 1,
The second extension portion is a straight MEMS device connecting the ends of the first extension portion to each other. 제8항에 있어서,
상기 제1 확장부는 상기 바이모프부로부터 멀어질수록 폭이 감소하는 멤스 소자.The method of claim 8,
The first expansion unit is a MEMS device that decreases in width as it moves away from the bimorph portion. 제2항에 있어서,
상기 지지부의 폭은 상기 바이모프부의 폭과 동일한 멤스 소자.According to claim 2,
The width of the support portion is the same MEMS device as the width of the bimorph portion. 제10항에 있어서,
상기 홈의 폭은 상기 멤스 소자의 측면으로부터 인가되는 충격량에 대한 완충 거리인 멤스 소자.The method of claim 10,
The width of the groove is a MEMS element, which is a buffer distance to an impact amount applied from the side surface of the MEMS element. 제1항에 있어서,
상기 구동부는 내부에 렌즈를 수용하는 개구부를 포함하는 멤스 소자.
According to claim 1,
The driving unit is a MEMS device including an opening for accommodating a lens therein.
KR1020130103407A 2013-08-29 2013-08-29 Micro electro mechanical systems device KR102107584B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130103407A KR102107584B1 (en) 2013-08-29 2013-08-29 Micro electro mechanical systems device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130103407A KR102107584B1 (en) 2013-08-29 2013-08-29 Micro electro mechanical systems device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150025619A KR20150025619A (en) 2015-03-11
KR102107584B1 true KR102107584B1 (en) 2020-05-07

Family

ID=53021810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130103407A KR102107584B1 (en) 2013-08-29 2013-08-29 Micro electro mechanical systems device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102107584B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000309000A (en) * 1999-02-23 2000-11-07 Matsushita Electric Works Ltd Semiconductor device, and semiconductor micro-actuator, semiconductor micro-valve and semiconductor micro- relay which all use same device, and manufacture of semiconductor device and manufacture of semiconductor micro-actuator
JP2011042029A (en) * 2007-01-25 2011-03-03 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd Mems device and method for manufacturing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2772512B1 (en) * 1997-12-16 2004-04-16 Commissariat Energie Atomique MICROSYSTEM WITH DEFORMABLE ELEMENT UNDER THE EFFECT OF A THERMAL ACTUATOR
KR101309795B1 (en) * 2007-10-15 2013-09-23 삼성전자주식회사 varifocal optical device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000309000A (en) * 1999-02-23 2000-11-07 Matsushita Electric Works Ltd Semiconductor device, and semiconductor micro-actuator, semiconductor micro-valve and semiconductor micro- relay which all use same device, and manufacture of semiconductor device and manufacture of semiconductor micro-actuator
JP2011042029A (en) * 2007-01-25 2011-03-03 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd Mems device and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150025619A (en) 2015-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102019098B1 (en) Micro electro mechanical systems device
JP5329629B2 (en) The camera module
KR101012720B1 (en) Camera module
EP1688775B1 (en) Varifocal mirror and camera module comprising the same
US8248497B2 (en) Image sensor device with movable sensor
US8564896B2 (en) Compact imaging device
KR101940478B1 (en) Camera Module
US20120002102A1 (en) Camera module
KR101158200B1 (en) Optical Image Stabilizer and Method of manufacturing the same
US7800651B2 (en) Image-stabilization driving device
KR20110127921A (en) Camera module having mems actuator
US20170254978A1 (en) MEMS Device for Lens Barrel Positioning
US8921146B2 (en) Method for manufacturing optical image stabilizer employing scratch drive actuator
US20150002726A1 (en) Integrated lens barrel, actuator, and mems snubber systems and methods
KR102085803B1 (en) MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS DEVICE and CAMERA MODULE HAVING THE SAME
KR100919117B1 (en) Auto-focusing lens assembly for mobile device
JP2015114484A (en) Camera module
KR20110007951A (en) Driver
US20060209427A1 (en) Electrostatic actuator and image pickup apparatus using the same
US8692932B2 (en) Compact imaging device having a laminated component
KR102107584B1 (en) Micro electro mechanical systems device
KR20130124673A (en) Camera module
KR102204647B1 (en) Micro electro mechanical systems device and camera module having the same
KR102029783B1 (en) Micro electro mechanical systems device and apparatus for compensating tremble
KR20110118690A (en) Compact imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant