KR20030067665A - 제어된 절곡을 갖는 지향식 작동 수직 열 액츄에이터 - Google Patents

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KR20030067665A
KR20030067665A KR10-2003-7003551A KR20037003551A KR20030067665A KR 20030067665 A KR20030067665 A KR 20030067665A KR 20037003551 A KR20037003551 A KR 20037003551A KR 20030067665 A KR20030067665 A KR 20030067665A
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위버빌리엘.
고에츠더글라스피.
하겐캐씨엘.
하멀리마이클이.
스미스로버트지.
쎄이스실바케이.
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

기판의 표면으로부터 이탈하여 마이크로미터 크기의 광학 장치가 반복적이고 신속한 이동할 수 있는 제어된 절곡을 갖는 마이크로미터 크기의, 1단 수직 열 액츄에이터이다. 수직 열 액츄에이터는 기판의 표면 상에 구성된다. 적어도 하나의 고온 아암이 상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 가진다. 저온 아암은 자유 단부 및 상기 표면에 고착된 제1 단부를 가진다. 저온 아암은 상기 표면에 대하여 고온 아암의 상방에 위치된다. 저온 아암은 그 제1 단부 근방에서 제어된 절곡을 제공하기 위해 구성된다. 부재가 고온 아암 및 저온 아암의 자유 단부를 기계적 및 전기적으로 결합하여서 전류가 적어도 고온 아암에 인가될 때 부재가 기판으로부터 이격되게 이동하도록 휨부에서 액츄에이터가 전체적으로 절곡하게 한다.

Description

제어된 절곡을 갖는 지향식 작동 수직 열 액츄에이터{DIRECT ACTING VERTICAL THERMAL ACTUATOR WITH CONTROLLED BENDING}
복합 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 및 마이크로 광학 전자 기계 시스템(MOEMS) 장치를 제조하는 것은 마이크로 기계 장치 기술분야의 현저한 진보를 나타낸다. 최근, 예컨대, 힌지, 셔터, 렌즈, 미러, 스위치, 분극 장치 및 액츄에이터와 같은 많은 대규모 장치의 마이크로미터 크기의 유사물이 만들어져왔다. 이러한 장치들은, 예컨대, 노쓰 캐롤라이너, 리서치 트라이앵글 파크에 위치한 크로노스 인테그레이티드 마이크로 시스템즈(Cronos Integrated Microsystems)로부터 상용화된 다중 사용자 MEMS 프로세싱(MEMSp)을 사용하여 제조될 수 있다. MEMS 또는 MOEMS 장치의 적용에는, 예컨대, 데이터 저장 장치, 레이저 스캐너, 프린터 헤드, 자기 헤드, 마이크로 분광계, 가속계, 스캐닝 프로브 현미경, 근거리 광학 현미경, 광학 스캐너, 광학 조절기, 마이크로 렌즈, 광학 스위치, 및 마이크로 로보틱스 분야가 포함된다.
MEMS 또는 MOEMS 장치를 형성하는 방법에는 기판 상의 적절한 위치에 장치를 패턴화하는 단계를 포함한다. 패턴화되면서, 장치는 기판의 상단부 상에 평평하게 놓인다. 예컨대, 힌지 구조체의 힌지 판 또는 편향기 장치는 모두 MUMPs 프로세스를 사용한 기반의 표면과 전체적으로 동일 평면으로 형성된다. 이러한 장치의 사용에 대한 시도 중에는 그들을 기판의 평면을 벗어나게 이동시키는 것이 있다.
마이크로 기계 장치를 구비한 커플링 액츄에이터는 이러한 장치를 기판의 평면을 벗어나도록 이동시키는 것을 고려한다. 정전기식, 압전기식, 열 및 자기식을 포함하는 다양한 형태의 액츄에이터가 상기 목적을 위해 사용되었다.
그러한 액츄에이터 중 하나는 코완(Cowan) 등에 의해 "마이크로-광-전자-기계적 시스템용 수직 열 액츄에이터(Vertical Thermal Actuator for Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems)"(v. 3226, SPIE, pp. 137 - 46, 1997년도)에서 설명된다. 도1에 도시된 코완 등의 액츄에이터(20)는 열팽창을 유도하기 위해 저항열을 사용한다. 고온 아암(hot arm; 22)은 캔틸레버식 아암(24)보다 높아서, 열팽창은 액츄에이터 팁(26)을 기판(28)의 표면을 향하여 구동한다. 충분하게 높은 전류에서, 액츄에이터 팁(26)의 하향 편향은 기판과의 접촉에 의해 정지되고, 고온 아암(22)은 상향으로 구부러진다. 구동 전류의 제거할 때 고온 아암(22)은 도2에 도시된 바와 같이 액츄에이터 팁(26)을 상향으로 당기면서 굽은 형상으로 신속하게 "동결(freez)"되고 수축한다.
고온 아암(22)의 변형은 영구적이며 액츄에이터 팁(26)은 후방으로 절곡된 액츄에이터(32)를 형성하면서 가해지는 힘이 없이도 상향으로 편향된 채로 유지한다. 구동 전류의 또 다른 인가는 후방으로 절곡된 액츄에이터(32)가 기판(28)의 표면을 향하는 방향(30)으로 회전하도록 야기시킨다. 도2의 후방으로 절곡된 액츄에이터(32)는 통상적으로 준비 또는 일회성 위치 설정 응용 분야에 사용된다. 코완 등에 설명된 액츄에이터에는 단일 액츄에이터 스텝에서 힌지된 판을 실질적으로 평면으로부터 45도 이상으로 회전 또는 상승시킬 수 없다는 한계가 있다.
하쉬(Harsh) 등에 의한 "Si 기반 RfMEMS용 플립칩 조립체(Flip Chip Assembly for Si-Based RfMEMS)"(마이크로 전자 기계 시스템에 관한 제12회 IEEE 국제 컨퍼런스의 기술 요약집, IEEE 마이크로파 이론 및 기술 협회 1999년, 273 내지 278), 하쉬 등에 의한 "플립 칩 일체형 MEMS 조정식 콘덴서에 대한 고려의 실현 및 설계(The Realization and Design Considerations of a Flip-Chip Integrated MEMS Tunable Capacitor)"(80 센서 및 액츄에이터, 108 내지 118, 2000년), 및 펭(Feng) 등에 의한 "밀리미터파 응용을 위한 MEMS 기반 가변 콘덴서(MEMS-Based Variable Capacitor for Millimeter-Wave Applications)"(고체 상태 센서 및 액츄에이터 워크샵, 힐튼 헤드 아일랜드, 사우쓰 캐롤라이너, 2000년, 255 내지 258)는 플립 칩 설계를 기반으로 한 다양한 수직 액츄에이터를 개시한다. 정상 해제 에칭 단계 동안, 기부 산화층은 부분적으로 용해되고 잔류 MEMS 성분이 해제된다. 그후, 세라믹 기판이 MEMS 장치의 노출된 표면에 접합되고 기부 산화층의 에칭을 완료하는 단계(즉, 플립 칩 프로세스)에 의해 기부 폴리실리콘층이 제거된다. 폴리실리콘 기판이 전혀 없는 결과 장치는 그 내부에서 콘덴서의 상단판이 세라믹 기판 상의 대향판을 향하는 식으로 하향으로 제어가능하게 이동되는 콘덴서이다. 폴리실리콘층의 표유 용량 효과(stray capacitance effects)가 장치의 작동과 최소한으로 간섭할 것이기 때문에 상기 장치는 폴리실리콘 기판으로부터 제거된다.
실질적으로 45도보다 큰 상승각은 2단 액츄에이터 시스템으로써 달성될 수 있다. 2단 액츄에이터 시스템은 통상적으로 수직 액츄에이터와 모터로 구성된다. 수직 액츄에이터는 실질적으로 45도보다 크지 않은 최대각으로 힌지식 마이크로 기계 장치를 기판에서 이탈하도록 상승시킨다. 마이크로 기계 장치의 상승 아암에 연결된 구동 아암을 갖는 모터는 상승을 완료한다. 이러한 2단 조립체 시스템 중 하나가 레이드(Reid) 등에 의해 "플립업 마이크로 미러의 자동식 조립체(Automated Assembly of Flip-up Micromirrors)"(변환기 '97, 국제 컨퍼런스 고체 상태 센서 및 액츄에이터, pp. 347 - 50, 1997년)에서 설명된다. 이러한 2단 액츄에이터는 통상적으로 준비 또는 일회성 위치 설정 응용 분야에 사용된다. 2단 액츄에이터 시스템은 복잡하기 때문에, 신뢰성을 감소시키고 MEMS 및 MOEMS 장치를 내장하는 칩의 비용을 증가시킨다. 그렇기 때문에, 기판의 표면을 이탈하는 마이크로미터 크기의 장치의 반복적이고 신속한 이동이 가능한 제어된 절곡을 갖는 마이크로미터 크기의 수직 열 액츄에이터가 필요하다.
본 발명은 전체적으로 마이크로 기계 장치에 관한 것이며, 특히, 기판의 표면을 이탈하여 마이크로미터 크기의 장치가 반복적이고 신속하게 이동할 수 있는, 제어된 절곡을 갖는 마이크로미터 크기의 수직 열 액츄에이터에 관한 것이다.
도1은 수직 열 액츄에이터의 후방 절곡 이전의 상태를 도시한 측면도이다.
도2는 도1의 수직 열 액츄에이터의 후방 절곡 이후의 상태를 도시한 측면도이다.
도3은 본 발명에 따른 제어된 절곡을 갖는 수직 열 액츄에이터를 도시한 평면도이다.
도4는 도3의 수직 열 액츄에이터를 도시한 측면도이다.
도5는 도3의 수직 열 액츄에이터를 도시한 단면도이다.
도6은 도3의 수직 열 액츄에이터를 도시한 단면도이다.
도7은 도4의 수직 열 액츄에이터의 가동된 위치를 도시한 측면도이다.
도8은 본 발명에 따른 수직 열 액츄에이터를 위한 대체 휨부를 도시한 평면도이다.
도9는 본 발명에 따른 수직 열 액츄에이터를 위한 대체 휨부를 도시한 단면도이다.
도10은 본 발명에 따른 수직 열 액츄에이터를 위한 또 다른 대체 휨부를 도시한 단면도이다.
도11은 본 발명에 따른 수직 열 액츄에이터를 위한 대체 휨부를 도시한 평면도이다.
도12는 본 발명에 따른 2 비임 수직 열 액츄에이터를 도시한 평면도이다.
도13은 도12의 수직 열 액츄에이터를 도시한 측면도이다.
도14는 도12의 수직 열 액츄에이터를 도시한 단면도이다.
도15는 본 발명에 따른 2-비임 열 액츄에이터를 도시한 측면도이다.
도16은 본 발명에 따른 다중 보강 부재를 구비한 수직 열 액츄에이터를 도시한 평면도이다.
도17은 도16의 수직 열 액츄에이터를 도시한 단면도이다.
도18은 본 발명에 따른 대체 수직 열 액츄에이터를 도시한 평면도이다.
도19는 본 발명에 따른 대체 수직 열 액츄에이터를 도시한 평면도이다.
도20은 본 발명에 따른 대체 수직 열 액츄에이터를 도시한 평면도이다.
도21은 본 발명에 따른 광학 스위치를 도시한 개략도이다.
본 발명은 기판의 표면을 이탈하여 미이크로미터 크기의 광학 장치가 반복적이고 신속하게 이동할 수 있는 제어된 절곡을 갖는 마이크로미터 크기의 수직 열 액츄에이터를 이끌어낸다. 제어된 절곡은 본 수직 열 액츄에이터의 변위를 최대화한다.
수직 열 액츄에이터는 기판의 표면 상에 구성된다. 하나 이상의 고온 아암이 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면 상방에 위치된 자유 단부를 가진다. 저온 아암(cold arm)은 상기 표면 및 자유 단부에 고착된 제1 단부를 가진다. 저온 아암은 상기 표면에 대하여 고온 아암의 상방에 걸쳐 위치된다. 제어된 절곡을 제공하도록 구성된 저온 아암의 제1 단부 근방에서 휨부가 형성된다. 부재가 고온 아암 및 저온 아암의 자유 단부를 기계적으로 또는 전기적으로 결합하여서 전류가 적어도 고온 아암에 인가될 때 부재가 기판으로부터 이격되게 이동하도록 전체적으로 휨부에서 액츄에이터가 절곡한다.
휨부는 상기 위치에서의 절곡에 대한 저항을 감소시키는 리세스, 함몰부, 절결부, 구멍, 좁아지는 부분, 얇아지거나 취약해지는 재료, 대체 재료 또는 다른 구조적 특징 또는 재료 변화 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 고온 아암 및 저온 아암은 전류가 흐르는 회로를 포함한다. 다른 실시예에서, 접지 탭이 고온 아암을 기판에 전기적으로 결합한다. 접지 탭을 구비한 실시예에서, 저온 아암은 선택적으로 고온 아암으로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
일 실시예에서, 보강 부재가 저온 아암 내에 형성된다. 보강 부재는 통상적으로 휨부 근방으로부터 그 자유 단부까지 연장한다. 보강 부재는 저온 아암 내에 일체형으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 보강 부재는 저온 아암을 따라서 길이 방향으로 연장하며, 즉, 하나 이상의 리지(ridge)가 저온 아암을 따라서 길이 방향으로 연장한다.
일 실시예에서, 보강 부재는 고온 아암의 직접 상방에 위치된다. 저온 아암은 고온 아암의 직접 상방에 위치될 수 있다. 고온 아암의 제1 단부는 저온 아암의 제1 단부에 인접하게 기판에 부착되거나 저온 아암의 제1 단부로부터 오프셋 될 수 있다. 금속층이 선택적으로 저온 아암을 따라 연장한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 고온 아암이 표면에 고착된 제1 단부와 표면 상방에 위치된 자유 단부를 각각 갖는 2개의 고온 아암을 포함한다.
다른 실시예에서, 수직 열 액츄에이터는 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면 상방에 위치된 자유 단부를 구비한 적어도 하나의 고온 아암을 포함한다. 저온 아암은 표면에 고착된 제1 단부와 자유 단부를 가진다. 저온 아암은 표면에 대하여 고온 아암의 상방에 걸쳐 위치된다. 보강 부재가 저온 아암의 제1 부분 내에 형성된다. 보강 부재가 없는 저온 비임의 제2 부분이 수직 열 액츄에이터의 제어된 절곡을 제공하기 위해 구성된다. 전류가 적어도 고온 아암에 인가될 때 부재가 기판으로부터 이격되게 이동하도록 부재가 고온 및 저온 아암의 자유 단부를 기계적 및 전기적으로 결합한다.
다른 실시예에서, 수직 열 액츄에이터는 표면에 고착된 제1 단부와 표면 상방에 위치된 자유 단부를 구비한 제1 비임을 가진다. 제2 비임은 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면 상방에 위치된 자유 단부를 가진다. 부재가 제1 비임의 자유 단부를 제2 비임의 자유 단부에 전기적 및 기계적으로 결합한다. 제3 비임은 상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 부재에 기계적으로 결합된 자유 단부를 가진다. 제3 비임은 상기 표면에 대하여 제1 및 제2 비임의 상방에 위치된다. 휨부는 제어된 절곡을 제공하기 위해 구성된 제3 비임의 제1 단부 근방에 위치된다. 제1및 제2 접점에 공급된 전류가 제1 및 제2 비임이 열팽창하는 것과 상기 부재가 기판으로부터 이격되어 아치형으로 이동하는 것을 야기시키도록 제1 및 제2 전기 접점은 각각 제1 및 제2 비임의 제1 단부에 결합된다.
일 실시예에서, 제3 비임은 전체적으로 제1 및 제2 비임의 상방에 위치된다. 제3 비임은 선택적으로 금속층을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 비임은 전체적으로 비작동 형상의 제1 표면과 평행하다. 제1 및 제2 비임이 기판의 표면으로부터 상향으로 이격되게 만곡되도록 전류가 작동 형상의 제1 및 제2 전기 접점에 인가된다.
일 실시예에서, 제3 비임의 제1 단부는 기판과 전기적으로 절연된다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 비임 내의 전류의 적어도 일부는 제3 비임을 통해 지나간다. 제1 및 제2 비임은 선택적으로 접지 탭에 의해 기판에 전기적으로 결합될 수 있다.
다른 실시예에서, 수직 열 액츄에이터는 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 구비한 제1 비임을 가진다. 제2 비임은 상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 가진다. 부재가 제1 비임의 자유 단부를 제2 비임의 자유 단부에 전기적 및 기계적으로 결합한다. 제3 비임은 상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 부재에 기계적으로 결합된 자유 단부를 가진다. 제3 비임은 표면에 대하여 제1 및 제2 비임의 위에 위치된다. 보강 부재가 제3 비임의 제1 부분을 따라 형성된다. 보강 부재가 없는 제3 비임의 제2 부분이 수직 열 액츄에이터의 제어된 절곡을 제공하기 위해 구성된다. 제1 및제2 접점로 공급되는 전류가 제1 및 제2 비임이 열팽창하는 것과 상기 부재가 기판으로부터 이격되게 아치형으로 이동되는 것을 야기시키도록 제1 및 제2 전기 접점은 각각 제1 및 제2 비임의 제1 단부에 전기적으로 결합된다.
복수개의 수직 열 액츄에이터가 단일 기판 상에 형성될 수 있다. 적어도 하나의 광학 장치가 수직 열 액츄에이터에 기계적으로 결합될 수 있다. 광학 장치는 편향기, 렌즈, 편광기, 도파관, 셔터 또는 폐색 구조체 중 하나를 포함한다. 광학 장치는 광통신 시스템의 일부가 될 수 있다.
본 발명은 마이크로 기계 장치를 위한 제어된 절곡을 갖는 1단 수직 열 액츄에이터에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "제어된 절곡(controlled bending)"은 수직 열 액츄에이터의 비임을 따라서 분포된 것이 아니라 이산된 위치에 최초로 발생하는 절곡을 말한다. 마이크로미터 크기의 수직 열 액츄에이터는 평면의 외부로 반복적이고 신속한 이동이 가능하다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이. "마이크로 기계 장치(micro mechanical device)"는 마이크로미터 크기의 기계, 광 기계, 전자 기계 또는 광 전자 기계 장치를 말한다. 마이크로 기계 장치를 제조하기 위한 다양한 기술이 노쓰 캐롤라이너, 리서치 트라이앵글 파크에 위치한 크로노스 인테그레이티드 마이크로시스템즈(Cronos Integrated Microsystems)로부터의 다중 사용자 MEMS 프로세스(MEMSPs)를 사용하여 상용화된다. 조립 공정 중 하나의 설명이 크로노스 인테그레이티드 마이크로 시스템즈로부터 상용화된 "MUMPs 설계 핸드북(MUMPs Design handbook)"(개정판 5.0, 2000년)에서 설명된다.
폴리실리콘 표면 마이크로 가공은 마이크로 전자 기계 또는 마이크로 기계 장치를 제조하기 위한 통합 회로(IC) 산업에 알려진 평면 제조 프로세스 단계를 개조한다. 폴리실리콘 표면 마이크로 가공을 위한 표준 빌딩 블록 프로세스는 저응력 다중 결정체 실리콘(또한 폴리실리콘으로 언급됨) 및 희생 재료(예컨대 이산화 실리콘 또는 규산염 유리)의 대체층의 증착 및 사진 석판 패터닝이다. 소정 위치에서 희생층을 통해 에칭된 경유부(via)는 기판 및 폴리실리콘층 사이의 기계적 및 전기적 상호 연결부에 고착점을 제공한다. 장치의 기능적 요소는 일련의 증착 및 패터닝 프로세스 단계를 사용하는 층에 의한 축적층이다. 장치 구조체는 완료된 후에 실질적으로 폴리실리콘 층을 침식하지 않는 불화수소산(HF)과 같은 선택적인 에칭제를 사용하여 희생 재료를 제거함으로써 이동을 위해 해제될 수 있다.
결과물은 전체적으로 전기적 상호 연결 및/또는 전압 기준면을 제공하는 폴리실리콘의 제1 층과, 단순 캔틸레버 비임으로부터 복합 전자 기계 시스템까지 분포하는 기능적 요소를 형성하기 위해 사용될 수 있는 기계적 폴리실리콘의 부가층으로 구성된 구조 시스템이다. 전체 구조체는 기판과 평면을 이루며 위치된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "평면을 이룸(in-plane)"이라는 용어는 기판의 표면과 전체적으로 평행인 구성을 말하며 "평면을 벗어남(out-of-plane)"이라는 용어는 기판의 표면에 대하여 0도보다 크고 대략 90도까지인 구성을 말한다.
층 두께가 통상적으로 대략 1 내지 2 마이크로미터인 반면에, 통상적인 기능적 요소의 평면을 이루는 측방향 치수는 1 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 전체 프로세스가 표준 IC 제조 기술에 기반을 두기 때문에, 어떤 부품 조립의 필요없이 많은 수의 완전 조립된 장치가 실리콘 기판 상에 일괄 제조될 수 있다.
도3 내지 도6은 본 발명에 따른 제어된 절곡을 갖는 수직 열 액츄에이터(50)의 제1 실시예를 도시한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "수직 열 액츄에이터(vertical thermal actuator)"는 평면을 이루는 위치와 평면을 벗어나는 위치 사이에서 광학 장치를 반복적으로 이동시킬 수 있는 마이크로 기계 장치를 말한다. 수직 열 액츄에이터(50)는 통상적으로 그 위에 증착된 질화 실리콘(56)의 층을 구비한 실리콘 웨이퍼(54)를 포함하는 기판(52)의 표면 상에 평면을 이루며 배치된다. 액츄에이터(50)는 질화 실리콘(56)의 층 상에 위치된 폴리실리콘의 제1 층(60)을 포함한다. 도6에서 가장 잘 나타난 바와 같이, 제1 층(60)은 저온비임(84) 내에 보강 부재(85)를 형성하는 범프(bump)를 포함한다. 폴리실리콘(62)의 제2 층은 제1 및 제2 고착점(64, 66) 및 고착점(64, 66)으로부터 각각 캔틸레버형으로 배열된 한 쌍의 비임(68, 70)을 가지도록 구성된다.
도3에 도시된 실시예에서, 고착점(64, 66)은 전류를 비임(68, 70)으로 운반하기 위해 구성된 기판(52) 상에 형성된 전기 접점(76, 78)을 포함한다. 자취부(76, 78)는 통상적으로 기판(52)의 에지로 연장한다. 변경예로서, 전기 접촉 장치 및/또는 볼 그리드 배열체(BGA), 랜드 그리드 배열체(LGA), 소성 납 칩 운반체(PLCC), 핀 그리드 배열체(PGA), 에지 카드, 소형 윤곽 일체형 회로(SOIC), 이중 인라인 패키지(DIP), 무연 칩 운반체(LCC), 칩 스케일 패키지(CSP)와 같은 광범위하고 다양한 패키지 방법이 전류를 비임(68, 70)에 이송하기 위해 사용될 수 있다.
비임(68, 70)은 전기 회로를 형성하기 위해 전기적 및 기계적으로 그 각각의 자유 단부(71, 73)가 부재(72)에 의해 결합된다. 변경예에서, 비임(68, 70)은 전기적으로 접지 탭(77)과 결합된다. 비작동 형상(도4 참조) 및 작동 형상(도7 참조) 모두에 있어서 접지 탭(77)은 전기적으로 비임(68, 70)을 기판(52) 상의 접점(79)으로 결합한다. 접지 탭(77)은 접점(79)과 접촉을 유지하도록 구성된 가요성 부재 또는 스프링 부재일 수 있다. 접지 탭은 본 명세서에서 개시된 실시예 중 어느 것을 사용할 수도 있다.
비임(68, 70)은 부재(72)가 기판(52) 위에 위치되도록 제1 층(60)으로부터 물리적으로 분리된다. 비임(68, 70)을 기판(52) 상에 지지하기 위해 하나 이상의오목부(74)가 선택적으로 부재(72) 내에 형성될 수 있다. 변경예에서, 오목부 또는 범프(74)는 기판(52) 상에 형성될 수 있다. 도4에 도시된 비작동 형상에서, 비임(68, 70)은 전체적으로 기판(52)의 표면과 평행하다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "비작동 형상"이란 비임(68), 부재(72) 및 비임(70)에 의해 형성된 회로를 통해 실질적으로 전혀 전류가 통과해 지나가지 않는 상태를 말한다.
폴리실리콘의 제3 층(80)은 고착부(64, 66) 근방의 기판(52)에 부착된 고착점(82)으로 구성된다. 제3 층(80)은 비임(68, 70)의 위에 부재(72)에 기계적으로 결합된 자유 단부(83)를 구비한 고착점(82)으로부터 캔틸레버식으로 된 상부 비임(84)을 형성한다. 도시된 실시예에서, 보강 부재(85)는 적어도 그 길이의 일부를 따라서 상부 비임(84) 내에 형성되며, 휨부(87)가 고착점(82) 근방의 상부 비임(84) 내에 형성된다. 일 실시예에서, 금속층은 선택적으로 상부 비임(84)에 가해진다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "보강 부재"는 굽힘에 대한 저항을 증가시키는 하나 이상의 리지, 범프, 홈, 또는 다른 구조적 특징을 말한다. 보강 부재는 상부 비임(84)과 일체형으로 형성되도록 MUMPs 프로세스 동안 형성되는 것이 바람직하다. 비록 장방형, 정방형, 삼각형 또는 다양한 다른 형상일 수 있지만, 도시된 실시예에서, 보강 부재(85)는 상부 비임(84)의 일부를 따라서 연장되는 곡선형 리지이다(도6 참조). 또한, 보강 부재(85)는 상부 비임(84)의 중앙 또는 그 에지를 따라서 위치될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "휨부(flexure)"은 특정 위치에서 제어된절곡을 제공하는 리세스, 함몰부, 구멍, 슬롯, 절결부, 좁아지는 부분, 얇아지거나 취약해지는 재료, 대체 재료 또는 다른 구조적 특징 또는 재료 변화 중 적어도 하나를 포함한다. 휨부로서 사용하기에 적절한 대체 재료에는 폴리실리콘, 금속 또는 폴리머 재료가 포함된다. 도3 및 도5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 휨부(87)는 리세스(89)이다. 리세스(89)는 상부 비임(84)의 가장 취약한 섹션이고 따라서 수직 열 액츄에이터(50)의 작동 동안에 가장 잘 절곡되는 위치를 포함한다. 휨부(87)에 대한 대체 단면이 도9 및 도10에 도시된다.
휨부(87)의 강도에 상대적인 상부 비임(84)의 강도는 수직 열 액츄에이터(50)의 제어된 절곡의 넓게 확장된 크기(위치 및 방향)를 결정한다. 일 실시예에서, 보강 부재(85)가 휨부(87)와 조합되어 사용된다. 또 다른 실시예에서, 보강 부재(85)는 상부 비임(84)의 일부를 따라 연장하지만, 휨부가 사용되지는 않는다. 보강 부재(85)가 없는 상부 비임(84)의 부분이 제어된 절곡의 위치이다. 또 다른 실시예에서, 휨부(87)가 제어된 절곡의 위치이도록 보강 부재(85)가 없는 비임(84) 내에 휨부(87)가 형성된다.
경유부(88)가 상부 비임(84)의 자유 단부(83)를 부재(72)에 기계적으로 결합하기 위해 부재(72) 및/또는 자유 단부(83)에서 형성된다. 상부 비임(84)을 부재(72)에 기계적으로 결합하기 위해 다른 구조체가 사용될 수 있다. 상부 비임(84)은 비작동 형상에서 기판(52)의 표면과 전체적으로 평행하다.
도7은 평면을 벗어난 또는 작동 형상인 도3 내지 도6의 수직 열 액츄에이터(50)의 측단면도이다. "작동 형상"은 하나 이상의 비임에 전류를 인가하는 것을 말한다. 도시된 실시예에서, 전류가 비임(68), 부재(72) 및 비임(70)으로 형성된 회로에 인가된다(도3 참조). 비임(68, 70)은 "고온 아암"이며 비임(84)은 저온 아암이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "고온 아암" 또는 "고온 아암들"은 전압이 인가될 때 저온 아암(들)보다 높은 전류 밀도를 갖는 비임 또는 부재를 말한다. "저온 아암" 또는 "저온 아암들"은 전압이 인가될 때 고온 아암(들)보다 낮은 전류 밀도를 갖는 비임 또는 부재를 말한다. 몇몇 실시예에서, 저온 아암(들)은 영(zero)의 전류 밀도를 가진다. 따라서, 고온 아암은 저온 아암보다 큰 열팽창을 가진다.
전류는 고온 아암(68, 70)을 가열하고 그들이 방향(90)으로 길이가 증가하게 한다. 비임(68, 70)의 팽창은 수직 열 액츄에이터(50)의 자유 단부(71, 73)가, 상승력(94) 및 변위(95)를 발생시키면서, 상향 아치형(92)으로 이동되는 것을 야기한다. 그렇지만, 저온 아암(84)은 고착점(82)에 고정되고 전류가 전체적으로 또는 실질적으로 고온 아암(68, 70) 및 부재(72)에 의해 형성된 회로를 통해 지나가도록 전기적으로 절연된다.
저온 아암(84)과 고온 아암(68, 70)사이의 높이 차이로 인하여, 고착점(82) 근방에서 저온 아암(84) 상에 모멘트가 작용한다. 저온 아암(84)은 자유 단부(83) 근방에서 휨부(87)가 없을 때 발생하는 것보다 큰 변위를 초래하면서, 휨부(87) 근방에서 절곡한다. 고온 아암(68, 70) 또한 저온 아암(84)의 운동(92)에 미미한 저항을 일으키면서 용이하게 절곡된다. 보강 부재(85)는 하중이 자유 단부(83)에 발생할 때 부재(72) 근방에서 정상적으로 발생할 저온 아암(84)에 따르는 절곡에 저항한다. 도시된 실시예에서, 변위(95)는 0.5 마이크로미터 내지 4 마이크로미터가 될 수 있다. 전류가 종결될 때, 수직 열 액츄에이터(50)는 원상태, 즉, 도4에 도시된 비작동 형상으로 복귀한다.
변경예에서, 고착점(82) 및 저온 아암(84)은 부재(72)에 전기적으로 결합된다. 고온 아암(68, 70)을 통해 흐르는 전류의 적어도 일부가 저온 아암(84)을 따라 고착점(82)으로 흐른다. 또한, 고온 아암(68, 70)을 통해 흐르는 모든 전류가 저온 아암(84)을 통해 수직 열 액츄에이터(50)에 존재하는 것이 가능하다. 저온 아암의 재료 및/또는 기하학적 형상은 동일한 전압이 인가될 때라 하더라도, 고온 아암(68, 70)보다 낮은 전류 밀도를 가지도록 구성된다. 일 실시예에서, 저온 아암(84)은 고온 아암(68, 70)의 선형 열팽창 계수보다 작은 선형 열팽창 계수를 갖는 재료로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 저온 아암(84)에는 보다 큰 단면적을 가짐으로써 보다 낮은 전기적 저항이 제공된다. 또 다른 실시예에서, 도전성 층이 저온 아암(84) 상에 제공된다. 적절한 도전성 재료에는 알루미늄, 구리, 텅스텐, 금, 또는 은, 반도체와 같은 금속 및 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리EDOT 및 그 유도체 또는 합성물과 같은 도전성 폴리머가 포함된다. 따라서, 고온 아암(68, 70)의 순수 팽창은 저온 아암(84)의 팽창 보다 크다.
또 다른 실시예에서, 고온 아암(68, 70)을 통해 흐르는 전류의 전부 또는 일부가 접지 탭(77)을 통해 기판 상의 접점(79)으로 흐른다. 접지 탭(77)은 수직 열 액츄에이터(50)가 비작동 위치로부터 도7에 도시된 작동 위치로 이동할 때 접점(79)과 전기적 및 물리적 접촉을 유지한다.
도8은 본 발명에 따른 대체 휨부(102)를 구비한 수직 열 액츄에이터(100)의 평면도이다. 휨부(102)는 보강 부재(108)와 고착점(110, 112) 사이의 영역에서 저온 아암 또는 비임(106)을 좁아지게 하는 절결부(104A, 104B)를 포함한다. 절결부(104A, 104B)는 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 또한, 절결부(104A, 104B)는 본 명세서에 개시된 절곡에 대한 저항을 감소시키는 다른 구조적 특징 또는 재료 변화 중 어느 것과 조합될 수 있다.
도9는 그 내부에서 리세스(89)가 저온 아암 또는 상부 비임(84)을 통해 완전히 연장되는 도3의 수직 열 액츄에이터(50)의 대체 단면이다. 리세스(89)의 길이, 폭 및 대칭은 적용에 따라 변화할 수 있다.
도10은 리세스(89)가 만곡된 도3의 수직 열 액츄에이터(50)의 또 다른 대체 단면이다. 만곡부는 대칭 또는 비대칭, 규칙적 또는 불규칙적일 수 있다.
도11은 본 발명에 따른 대체 휨부(122)를 구비한 수직 열 액츄에이터(120)의 평면도이다. 휨부(122)는 보강 부재(128)와 고착점(130, 132) 사이의 영역에 저온 아암 또는 비임(126) 내에 2개의 평행한 절결부(124A, 124B)를 포함한다. 절결부(124A, 124B)의 길이, 폭, 간격 및 다른 특징은 적용에 따라 변화할 수 있다. 또한, 절결부(124A, 124B)는 예컨대 리세스, 구멍, 슬롯, 함몰부, 절결부, 좁아지는 부분, 얇아지거나 취약해지는 재료를 포함하는 절곡에 대한 저항을 감소시키는 본 명세서에서 개시된 다른 구조적 특징 또는 재료 변화 중 하나와 조합될 수 있다.
도12 내지 도14는 본 발명에 따른 2개의 비임을 구비한 수직 열액츄에이터(150)를 도시한다. 저온 아암 또는 비임(152)은 고온 아암(154) 및 기판(158) 위에 캔틸레버식으로 고착점(152)으로부터 연장한다. 고온 아암(154)은 선택적으로 고착점(156) 또는 별개의 고착점으로부터 연장한다(도15 참조). 비임(152, 154)의 자유 단부(160, 162)는 각각 부재(164)에서 기계적 및 전기적으로 결합된다. 보강 부재(166)는 말단부(168)로부터 휨부(170)까지 저온 아암(152)을 따라 연장한다. 본 명세서에서 개시된 휨부들 및 보강 부재들 중 어느 것도 수직 열 액츄에이터(150)에 사용될 수 있다. 도14에 가장 잘 나타난 바와 같이, 저온 아암(152)의 강성을 증가시키기 위해 고온 아암(154)이 저온 아암(152)의 하방에 위치된다.
일 실시예에서, 저온 아암(152), 부재(164) 및 고온 아암(154)은 회로를 형성한다. 저온 아암(152)의 재료 및/또는 기하학적 형상은 상기 논의된 바와 같이, 전압이 회로에 인가될 때 고온 아암(154)보다 낮은 전류 밀도를 나타내도록 제어된다. 일 실시예에서, 저온 아암(152)은 고온 아암(154)의 선형 열팽창 계수보다 작은 선형 열팽창 계수를 갖는 재료로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 저온 아암(152)에는 큰 단면적 및/또는 도전성 층을 가짐으로써 낮은 전기적 저항이 제공된다. 따라서, 고온 아암(154)의 순수 팽창은 저온 아암(152)의 팽창 보다 크다. 전류가 비임(152, 154) 및 부재(164)로 형성된 회로에 인가될 때, 수직 열 액츄에이터(150)는 방향(172)으로 상향 만곡되고 상승력(174)을 발생시킨다.
또 다른 실시예에서, 접지 탭(163)은 고온 아암(154)을 기판(158) 상의 접점(155)에 전기적으로 결합한다. 접지 탭(163)은 작동 상태에서 기판(158)과의전기적 결합이 유지되도록 가요성 또는 스프링 부재인 것이 양호하다. 따라서, 미미한 전류가 저온 아암(152)을 통해 흘러서(또는 아무 전류도 흐르지 않아서), 수직 열 액츄에이터(150)의 총 변위가 증가된다.
도15는 도14에 도시된 바와 같이 고온 아암 또는 비임(184) 상방에 전체적으로 위치된 저온 아암 또는 비임(182)을 구비한 수직 열 액츄에이터(180)의 측면도이다. 저온 아암(182)은 고착점(188)에 의해 기판(186)에 부착된다. 보강 부재(192)는 저온 아암(182) 상에 위치된다. 휨부(194)는 고착점(188) 근방에서 저온 아암(182) 상에 위치된다. 본 명세서에 개시된 보강 구조체 또는 휨부 중 어느 것이 도15의 실시예에 사용될 수 있다.
고온 아암(184)이 고착점(190)에 의해 기판(186)에 부착된다. 일 실시예에서, 비임(182, 184)은 부재(193)에서 전기적 및 기계적으로 결합된다. 고착점(188)을 부재(193)로부터 고착점(190)보다 멀리 위치시킴으로써, 도15의 수직 열 액츄에이터(180)는 방향(194)으로 보다 큰 변위가 가능하지만, 보다 낮은 상승력이 발생된다. 변경예에서, 고온 아암(184)은 도13과 관련되어 논의된 바와 같이 접지 탭에 의해 기판 상의 접점에 전기적으로 결합될 수 있다.
도16 및 도17은 본 발명에 따른 저온 아암 또는 비임(202) 및 2개의 고온 아암 또는 비임(204, 206)을 구비한 수직 열 액츄에이터(200)를 도시한다. 저온 아암(202)은 고온 아암(204, 206) 및 기판(210) 위로 캔틸레버식으로 고착점(208)으로부터 연장한다(도17 참조). 고온 아암(204, 206)은 고착점(205, 207)으로부터 연장한다. 변경예로서, 선택적으로 고온 아암(204, 206)은 고착점(208)으로부터연장할 수 있다. 고온 아암(2040, 206)의 자유 단부(212, 214)는 각각 부재(216)에서 기계적 및 전기적으로 결합된다.
한 쌍의 보강 부재(218, 220)가 말단부(222)로부터 휨부(224)까지 저온 아암(202)을 따라 연장한다. 도시된 실시예에서, 비록 고온 아암(204, 206)의 위치가 저온 아암(202)에 상대적으로 변화할 수 있더라도, 고온 아암(204, 206)은 보강 부재(218, 220)의 바로 아래에 위치된다. 본 명세서에 개시된 휨부 및 보강 부재 중 어느 것이 수직 열 액츄에이터(200)에서 사용될 수 있다. 비임(204, 206) 및 부재(216)는 회로를 형성한다. 일 실시예에서, 저온 아암(202)은 부재(216)로부터 전기적으로 절연된다. 변경예로서, 고온 아암(204, 206)을 통해 지나가는 전류의 일부 또는 전부가 본 명세서에서 논의된 바와 같이 저온 아암(202) 또는 접지 탭을 통해서 수직 열 액츄에이터에 존재한다.
도18은 저온 아암 또는 비임(244)을 위한 고착점(242)보다 부재(240)에 더 근접하게 위치된 고온 아암 또는 비임(236, 238)을 위한 제1 및 제2 고착점(232, 234)을 갖는 대체 수직 열 액츄에이터(230)를 도시한다. 휨부(246)는 부재(240)에 대하여 고착점(232, 234)의 전방, 후방 또는 사이에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 보강 부재(248)는 부재(240)에 대하여 고착점(232, 234)의 사이 또는 후방에 연장될 수 있다. 도18의 수직 열 액츄에이터(230)는 총 상승력의 감소와 함께 보다 큰 변위를 제공한다.
도19는 저온 아암 또는 비임(264)을 위한 고착점(262)보다 부재(260)로부터 더 멀리 위치된 고온 아암 또는 비임(256, 258)을 위한 제1 및 제2 고착점(252,254)을 갖는 대체 수직 열 액츄에이터(250)를 도시한다. 휨부(266)는 부재(260)에 대하여 고착점(252, 254)의 사이 또는 전방에 위치될 수 있다. 보강 부재(268)는 통상적으로 자유 단부(270)로부터 휨부(266)까지 연장한다. 도19의 실시예에서, 자유 단부(270)는 부재(260)를 지나서 연장하지 않는다. 이러한 구성은 팁부에서의 절곡을 최소화하고, 수직 열 액츄에이터(250)가 보다 무거운 하중을 상승시킬 수 있게 한다.
도20은 저온 아암 또는 비임(300)을 위한 고착점(298)보다 부재(296)로부터 더 멀리 위치된 고온 아암 또는 비임(294)을 위한 제1 고착점(292)을 갖는 대체 수직 열 액츄에이터(290)를 도시한다. 고온 아암 또는 비임(304)을 위한 제2 고착점(302)은 고착점(298) 보다 부재(296)에 근접하게 위치된다. 휨부(306)는 고착점(292, 302)의 전방, 후방 또는 사이에 위치될 수 있다. 보강 부재(308)가 고착점(302)의 상방으로 또는 지나서 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 보강 부재(308)는 고착점(292)까지 연장할 수 있다. 전류가 고온 아암(294, 304)에 인가될 때 순수 상승력이 발생되도록 고온 아암(294, 304)의 열팽창은 저온 아암(300)의 어떤 팽창 보다 더욱 크다. 단위 길이당 팽창이 고온 아암(294)에 대하여 동일하다면, 고온 아암(294)의 순수 팽창은 고온 아암(304)의 팽창 보다 크게 될 것이다. 따라서, 수직 열 액츄에이터(290)는 방향(310)으로 부재(296)의 측방향 변위를 야기시키면서, 비틀림 운동으로써 기판으로부터 상승할 것이다. 비틀림의 정도는 고온 아암(294, 304)의 상대 길이를 변화하는 것 및/또는 휨부(306)의 강도를 조절함으로써 조절될 수 있다.
도21은 광학 장치(352)의 4 × 4 배열체를 사용하는 광학 스위치(350)의 개략도이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "광학 장치"는 편향기, 렌즈, 분극 장치, 도파관, 셔터 또는 폐색 장치를 말한다. 각각의 광학 장치(352)는 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 수직 열 액츄에이터에 기계적으로 결합된다. 평면을 이루는 위치에서, 광학 장치(352)는 입력 광섬유(354a 내지 354d)의 광 경로 내로 연장하지 않는다. 평면을 벗어난 구성에서, 광학 장치(352)는 입력 광섬유(354a 내지 354d)의 광 경로 내로 연장한다. 수직 미러(352)의 배열체는 입력 섬유(354a 내지 354d)중 어느 것으로부터의 광 신호가 수직 열 액츄에이터의 선택적인 작동을 통해 출력 섬유(356a 내지 356d)중 어느 하나와 광학적으로 결합될 수 있게 배열된다. 도21에 도시된 광 스위치(350)는 단지 설명을 위한 것이다. 본 수직 열 액츄에이터는 온/오프 스위치(광 게이트), 2 × 2 스위치, 1 × n 스위치 또는 다양한 다른 구성과 같은 다양한 광 스위치 구성 중 어느 하나에 사용될 수 있다.
예
예1
실질적으로 도3 내지 도6에 도시된 바와 같은 액츄에이터가 "MUMPs 설계 핸드북"(개정판 5.0, 2000년)에 설명된 MUMPs 프로세스를 사용하여 노쓰 캐롤라이너, 리서치 트라이앵글 파크에 위치한 크로노스 인테그레이티드 마이크로시스템즈에 의해 실리콘 웨이퍼 상에 제조되었다.
비임(68, 70)은 대략 161 마이크로미터의 길이와 대략 2 마이크로미터 × 3 마이크로미터의 단면을 가진다. 상부 비임(84)은 대략 175 마이크로미터의 길이와대략 11 마이크로미터 × 2 마이크로미터의 단면을 가진다. 도9에 도시된 바와 같이 휨부(87)는 대략 20 마이크로미터의 길이와 대략 7 마이크로미터의 폭의 장방형 구멍이다. 상부 비임(84)은 휨부(87)를 향하여 대략 155 마이크로미터의 길이를 가진다.
LabView 소프트웨어 및 텍사스주 오스틴의 내셔널 인스트루먼츠사(National Instruments)로부터 상용화된 PCI-6025 다기능 I/O 보드 하드웨어를 장착한 IBM 호환 퍼스널 컴퓨터로부터의 증폭된 신호를 사용하여 작동된 네바다주의 카슨시의 마이크로매니플래이터 컴퍼니로부터 상용화된 모델명 6000 프로브 스테이션을 사용하여 전류가 액츄에이터 아암을 통해 인가될 수 있도록 전기적 리드가 칩에 부착되었다. 전류의 기능으로서 액츄에이터 팁의 수직 편향이 캘리포니아주의 산업 도시의 미쯔또요 아메리카 코포레이션으로부터 상용화된 모델명 FS-60 현미경을 사용하여 결정되었다. 9개의 상이한 작동 전류에 대한 편향이 표1에 설명된다.
예10 내지 예12
내부에 캔틸레버 스프링이 예1에서 설명된 수직 열 액츄에이터 내로 제조된 일련의 액츄에이터 장치를 사용하여 대향력 측정이 수행되었다. 액츄에이터의 편향은 캔틸레버 스프링이 절곡되는 것을 야기하였다. 캔틸레버 스프링의 스프링 상수를 사용하여 대향력 수치가 계산되었다.
샘플10 내지 샘플12의 결과가 표1에 설명된다. 측정 조건하에서, 액츄에이터의 후방 절곡은 관찰되지 않았다. 대략 4.5mA 이상의 전류에서 액츄에이터의 후방 절곡이 관찰되었다.
액츄에이터 팁 편향 대 인가된 전류
예번호 전류(mA) 대향력(μN) 평균 편향(μm) 표준 편차(μm)
1 2.0 0 2.3 1.0
2 2.25 0 3 0.0
3 2.5 0 4.4 0.5
4 2.75 0 5.5 0.7
5 3.0 0 7.0 1.0
6 3.25 0 8.0 0.4
7 3.5 0 11.0 0.7
8 3.75 0 12.0 0.0
9 4.0 0 16.5 0.6
10 3.5 0.17 4.75 0.03
11 3.5 0.87 2.86 0.16
12 3.5 1.33 2.25 0.62

Claims (58)

  1. 기판의 표면 상에 구성된 수직 열 액츄에이터이며,
    상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 갖는 적어도 하나의 고온 아암과,
    상기 표면에 대하여 고온 아암의 상방에 위치되고, 자유 단부 및 상기 표면에 고착된 제1 단부를 갖는 저온 아암과,
    제어된 절곡을 제공하기 위해 구성되며, 저온 아암의 제1 단부 근방에서 저온 아암 내에 형성된 휨부와,
    고온 아암 및 저온 아암의 자유 단부를 기계적 및 전기적으로 결합하여서 전류가 적어도 고온 아암에 인가될 때 부재가 기판으로부터 이격되게 이동하도록 휨부에서 액츄에이터가 전체적으로 절곡하게 하는 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 휨부는 그 위치에서 절곡에 대한 저항을 감소시키는 리세스, 함몰부, 절결부, 구멍, 좁아지는 부분, 얇아지거나 취약해지는 재료, 대체 재료 또는 다른 구조적 특징 또는 재료 변화 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  3. 제1항에 있어서, 고온 아암을 기판에 전기적으로 결합하는 접지 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  4. 제3항에 있어서, 저온 아암은 고온 아암으로부터 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  5. 제1항에 있어서, 고온 아암 및 저온 아암은 전류가 지나가는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  6. 제1항에 있어서, 저온 아암 내에 형성된 보강 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보강 부재는 휨부 인접부로부터 그 자유 단부의 인접부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  8. 제6항에 있어서, 상기 보강 부재는 상기 저온 아암 내에 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  9. 제6항에 있어서, 상기 보강 부재는 상기 저온 아암을 따라서 길이 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  10. 제6항에 있어서, 상기 보강 부재는 상기 저온 아암을 따라서 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  11. 제6항에 있어서, 상기 보강 부재는 상기 고온 아암의 직접 상방에 위치된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  12. 제1항에 있어서, 상기 저온 아암은 상기 고온 아암의 직접 상방에 걸쳐 위치된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 고온 아암의 제1 단부는 상기 저온 아암의 제1 단부에 인접하게 기판에 부착된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  14. 제1항에 있어서, 상기 고온 아암의 제1 단부는 상기 저온 아암의 제1 단부에 오프셋되어 기판에 부착된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  15. 제1항에 있어서, 상기 저온 아암을 따라서 연장되는 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  16. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 고온 아암이 각각 상기 표면에 고착된 제1 단부 및 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 갖는 2개의 고온 아암을 포함하는것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  17. 제1항에 있어서, 기판 상에 복수개의 수직 열 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  18. 제1항에 있어서, 수직 열 액츄에이터에 기계적으로 결합된 적어도 하나의 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  19. 제18항에 있어서, 상기 광학 장치는 편향기, 렌즈, 편광기, 도파관, 셔터 또는 폐색 구조체 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  20. 제18항에 있어서, 적어도 하나의 광학 장치를 포함하는 광통신 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  21. 기판의 표면 상에 구성된 수직 열 액츄에이터이며,
    상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 갖는 적어도 하나의 고온 아암과,
    상기 표면에 대하여 고온 아암의 상방에 위치되고, 자유 단부 및 상기 표면에 고착된 제1 단부를 갖는 저온 아암과,
    상기 저온 아암의 제1 부분을 따라 형성된 보강 부재와,
    고온 아암 및 저온 아암의 자유 단부를 기계적 및 전기적으로 결합하여서 전류가 고온 아암에 인가될 때 부재가 기판으로부터 이격되게 이동하도록 하는 부재를 포함하며,
    상기 보강 부재가 없는 저온 아암의 제2 부분은 제어된 절곡을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  22. 제21항에 있어서, 상기 보강 부재가 없는 저온 비임의 제2 부분에 형성된 휨부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  23. 제21항에 있어서, 고온 아암을 기판에 전기적으로 결합하는 접지 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  24. 제23항에 있어서, 저온 아암은 고온 아암으로부터 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  25. 제21항에 있어서, 고온 아암 및 저온 아암은 전류가 지나가는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  26. 제21항에 있어서, 상기 보강 부재는 상기 저온 아암의 제1 부분을 따라서 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열액츄에이터.
  27. 기판의 표면 상에 구성된 수직 열 액츄에이터이며,
    상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 갖는 제1 비임과,
    상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 갖는 제2 비임과,
    제1 비임의 자유 단부를 제2 비임의 자유 단부에 전기적 및 기계적으로 결합하는 부재와,
    상기 표면에 대하여 제1 및 제2 비임의 상방에 위치되고, 상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 부재에 기계적으로 결합된 자유 단부를 갖는 제3 비임과,
    제어된 절곡을 제공하기 위해 구성되며, 제3 비임의 제1 단부 근방에서 제3 비임 내에 형성된 휨부와,
    제1 및 제2 비임의 제1 단부를 각각 전기적으로 결합하여, 제1 및 제2 접점에 공급된 전류로써 제1 및 제2 비임이 열팽창하는 것과 상기 부재가 기판으로부터 이격되게 아치형으로 이동하는 것을 야기하는 제1 및 제2 전기 접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  28. 제27항에 있어서, 상기 휨부는 그 위치에서 절곡에 대한 저항을 감소시키는 리세스, 함몰부, 절결부, 구멍, 좁아지는 부분, 얇아지거나 취약해지는 재료, 대체재료 또는 다른 구조적 특징 또는 재료 변화 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  29. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비임을 기판에 전기적으로 결합하는 접지 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  30. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비임은 전류가 지나가는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  31. 제27항에 있어서, 제3 비임 내에 형성된 보강 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  32. 제28항에 있어서, 상기 보강 부재는 휨부 인접부로부터 그 자유 단부의 인접부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  33. 제28항에 있어서, 상기 보강 부재는 제3 비임 내에 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  34. 제28항에 있어서, 상기 보강 부재는 제3 비임을 따라서 길이 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  35. 제28항에 있어서, 상기 보강 부재는 제3 비임을 따라서 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  36. 제28항에 있어서, 상기 보강 부재는 제1 및 제2 비임의 직접 상방에 위치된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  37. 제27항에 있어서, 제3 비임은 제1 및 제2 비임의 전체적으로 상방에 걸쳐 위치된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  38. 제27항에 있어서, 제2 비임을 따라서 연장되는 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  39. 제27항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 비임의 제1 단부는 인접하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  40. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비임의 제1 단부는 제3 비임의 제1 단부보다 상기 부재에 보다 근접하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  41. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비임의 제1 단부는 제3 비임의 제1 단부보다상기 부재로부터 보다 멀리 있는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  42. 제27항에 있어서, 제1 비임의 제1 단부는 제3 비임의 제1 단부보다 상기 부재에 보다 인접하고 제2 비임의 제1 단부는 제3 비임의 제1 단부보다 상기 부재로부터 멀리 있는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  43. 제27항에 있어서, 제3 비임의 제1 단부는 기판으로부터 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  44. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비임은 비작동 형상에서 제1 표면과 전체적으로 평행한 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  45. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비임이 기판의 표면으로부터 이격되게 상향으로 만곡되도록 작동 형상에서 제1 및 제2 전기 접점에 인가된 전류를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  46. 제45항에 있어서, 제1 및 제2 비임 내의 전류의 적어도 일부가 제3 비임을 통해 지나가는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  47. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비임은 폴리실리콘을 포함하는 것을 특징으로하는 수직 열 액츄에이터.
  48. 제27항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 비임 중 적어도 하나를 따라서 연장되는 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  49. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 비임은 작동 형상에서 표면에 대하여 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  50. 제27항에 있어서, 제3 비임은 비작동 형상에서 표면과 전체적으로 평행한 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  51. 제27항에 있어서, 기판 상에 복수개의 수직 열 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  52. 제27항에 있어서, 수직 열 액츄에이터에 기계적으로 결합된 적어도 하나의 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  53. 제52항에 있어서, 상기 광학 장치는 편향기, 렌즈, 편광기, 도파관, 셔터 또는 폐색 구조체 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  54. 제52항에 있어서, 적어도 하나의 광학 장치를 포함하는 광통신 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  55. 기판의 표면 상에 구성된 수직 열 액츄에이터이며,
    상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 갖는 제1 비임과,
    상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 표면의 상방에 위치된 자유 단부를 갖는 제2 비임과,
    제1 비임의 자유 단부를 제2 비임의 자유 단부에 전기적 및 기계적으로 결합하는 부재와,
    상기 표면에 대하여 제1 및 제2 비임의 상방에 위치되고, 상기 표면에 고착된 제1 단부와 상기 부재에 기계적으로 결합된 자유 단부를 갖는 제3 비임과,
    상기 제3 비임의 제1 부분을 따라 형성된 보강 부재와,
    제1 및 제2 비임의 제1 단부를 각각 전기적으로 결합하여서 제1 및 제2 접점에 공급된 전류로써 제1 및 제2 비임이 열팽창하는 것과 상기 부재가 기판으로부터 이격되게 아치형으로 이동하는 것을 야기시키는 제1 및 제2 전기 접점을 포함하며,
    상기 보강 부재가 없는 제3 비임의 제2 부분은 수직 열 액츄에이터에 제어된 절곡을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  56. 제55항에 있어서, 제3 비임의 제2 부분 내에 형성된 휨부를 포함하는 것을특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  57. 제55항에 있어서, 제1 및 제2 비임을 기판에 전기적으로 결합하는 접지 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
  58. 제55항에 있어서, 상기 보강 부재는 제3 비임의 제1 부분을 따라서 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 열 액츄에이터.
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