KR20030071297A

KR20030071297A - 정전형 미세 구동기

Info

Publication number: KR20030071297A
Application number: KR1020020010946A
Authority: KR
Inventors: 황규호
Original assignee: (주)엠투엔
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-03
Also published as: KR100439908B1; WO2003073597A1; AU2002334440A1

Abstract

본 발명은 높은 분해능을 갖는 미세 구동기를 개시한 것으로, 기판 위에 고정되는 빗살 형상의 고정전극과, 고정 전극과 전기적인 상호작용을 통하여 기판 위에서 이동할 수 있는 빗살 형상의 이동전극과, 서로 다른 탄성계수(spring stiffness)를 갖는 다수의 탄성 빔으로 이루어져 상기 이동전극에 연결되는 탄성부재를 포함하여, 고정전극과 이동전극 사이에 인가되는 구동전압에 따라 이동전극의 변위 변화가 낮은 탄성계수를 갖는 탄성 빔으로부터 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 정전형 빗살 구동기의 가동전극에 연결되는 탄성부재를 탄성계수가 다른 다층 구조로 설계하여 낮은 구동전압에서도 민감하게 반응할 수 있을 뿐만 아니라 높은 구동전압에서도 안정적으로 동작할 수 있으며, 정전기력 빗살 구동기를 온-오프 스위칭장치뿐만 아니라 높은 분해능으로 정밀하게 위치제어를 하는데 이용할 수 있다.

Description

정전형 미세 구동기{ELECTROSTATIC MICRO ACTUATOR}

본 발명은 미세 구동기(micro actuator)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄성부재를 탄성계수가 다른 다층 구조로 설계한 높은 분해능을 갖는 미세 구동기에 관한 것이다.

기록 장치나 광학 시스템의 헤드(head)나 탐침, 렌즈(lens) 등의 위치를 정밀하게 제어할 필요가 있으며 이를 위하여 외부의 서보 시스템(servo system)을 도입하기도 한다. 그러나 외부의 시스템을 도입하는 경우에는 시스템의 부피가 증가할 뿐 아니라 높은 정밀도를 구현하기 위해서는 많은 비용이 요구된다.

최근에는 반도체 마이크로 머시닝(micro machining)을 이용한 미세 구동기에 대한 연구가 진행되고 있다. 마이크로 머시닝을 이용한 미세 정밀 구동기는 구동 방식에 따라 정전력, 전자력, 압전 및 열 구동력 구동 방식으로 나눌 수 있으며 이중에서 정전력을 이용한 구동 방식이 대표적이다.

정전력 구동 방식은 시스템의 축전기(capacitor)에 저장되는 정전 에너지(electrostatic energy)의 변화를 이용한 것으로 그 대표적인 예로는 빗살 구동기(comb drive actuator)를 들 수 있다. 빗살 구동기에 관한 연구로는 P.-F.Indermuehle, C. Linder, J. Brugger, V.P. Jaecklin and N.F. de Rooij의 논문 "표면 프로파일 스캐닝을 위한 집적 탐침을 가지는 뜬 x y - 미세 구동기의 설계 및 제조" ("Design and fabrication of an overhanging xy-microactuator withintegrated tip for scanning surface profiling", Sensors and Actuators A,No. 43, 1994, pp. 346-350)와 P.-F.Indermuehle, and N. F. de Rooij의 논문 "AFM 투영을 위한 XY-미세 스테이지 위에 고 형상비를 가지는 대형 탐침의 집적"("INTEGRATION OF A LARGE TIP WITH HIGH ASPECT RATIO ON AN XY-MICRO STAGE FOR AFM IMAGING", Transducers '95·Eurosensors IX, June 1995, pp. 652-654)을 들 수 있다. 이 구동기는 AFM(atomic force microscopy)에 적용할 목적으로 두 쌍의 빗살 구동기를 수직으로 결합시켜 2차원적인 위치 제어를 할 수 있고 구동기 중앙에 원자 간 인력을 검출할 수 있도록 미세한 탐침을 탑재한 것이다. 그러나 이 구동기는 빠른 응답 특성을 가지고 있는 반면 제작 과정이 복잡하며 최대 이동 거리가 짧은 문제가 있다.

한편, 최대 이동 거리를 늘이기 위하여 Rob Legtenberg, A W Groeneveld and Elwenspoek는 논문 "대변위용 빗형 구동기" ("Comb-drive actuators for large displacements", J. Micromech. Microeng. 6, 1996, pp. 320-329)에서 접힌 빔 스프링(folded beam spring) 구조를 채용하여 20 V의 전압에서 30 μm의 변위를 가질 수 있는 단방향 빗 모양 구동기를 제안하였다.

그러나 이 방법 역시 제작 과정이 복잡하며 이동 방향이 한정되어 있는 문제점이 있다.

이와 같이 정전력을 이용한 삼차원 빗살 구조물은 평판면에 대하여 수직으로 돌출되고 서로 끼워진 구조로 된 한 쌍의 빗살(Comb)에 전압을 가하여 두 빗살 사이에 발생하는 전기력(Electrostatic Force)이 빗살 사이의 상대적인 움직임에 대하여 일정하게 힘을 낼 수 있다.

도 1은 마이크로 구조물을 움직이기 위한 정전기력 빗살 구동기 (Electrostatic Comb Drive)의 일예를 도시한 것이다.

이 정전기력 빗살 구동기 (Electrostatic Comb Drive)는 이동 도체판 및 고정 도체판이 각각 반복 구조로 연결된 빗살 구조를 지닌다.

한 쌍의 빗살(1,2)이 간극 s를 두고 서로 맞물려 있고, 각 빗살(1,2)에 전원(3)이 도선(4,5)을 이용하여 연결되어 있을 때 한쪽의 빗살(2)의 한 핑거(finger)에 작용하는 수평방향의 정전기력(6, Electrostatic Force)은 다음 수학식 1과 같이 나타난다.

여기서 ε₀, g, h, V 는 각각 진공의 유전율, 지면에 수직인 방향으로 빗살의 높이, 빗살의 사이의 간격, 빗살 사이에 인가되는 전압이다.

이와 같은 정전 방식의 감지/구동 방식은 전류의 소모가 극히 적어서, 다른 감지/구동방식을 갖는 센서나 액츄에이터보다 전력 소모가 낮다.

또한, 정전 용량은 압전(piezoelectric) 방식이나 압저항(piezoresitive) 방식에 비해 월등하게 온도 의존성이 낮고, 빠른 응답 특성, 주변 집적 회로(peripheral integrated circuit)와의 집적화에 용이하다.

이와 같은 정전기력 빗살 구동기(Electrostatic Comb Drive)는 실리콘을 근간으로 한 반도체 공정(semiconductor process)을 이용할 수 있기 때문에 구동의안정성(reliability) 및 집적회로(integrated circuit)화에 있어서도 유리하다.

이러한 정전기력 빗살 구동기는 다수의 이동빗살(2, movable comb)를 가지는 가동전극(8)과, 이 가동전극(8)에 접속이 된 하나 이상의 탄성부재(10)와 지지부(9)를 통하여 기판(미도시됨)에 지지되어 있으며, 전술한 이동빗살(2)과 마주보는 위치에 위치하며 이동빗살(2)과 교대로 삽입되는 다수의 고정빗살(1, fixed comb)을 가지는 고정전극(7)을 통하여 기판에 지지되어 있다. 고정빗살(1)과 이동빗살(2)에 전원공급수단(도시하지 않음)을 통하여 전압을 인가하면 수학식 1에 의하여 발생하는 정전력에 의하여 가동전극(8)은 기판에 대하여 수평한 방향으로 직선운동을 한다.

한편, 인가된 전압을 끊으면 가동전극(8)과 연결된 탄성부재(10)의 복원력에 의해 원위치로 복귀된다. 이와 같은, 종래의 대부분의 탄성부재(10)는 하나의 판 스프링 또는 같은 탄성계수를 다층(multiple) 스프링으로 설계되어 일정한 탄성계수를 갖는다. 가동전극(8)을 구동하기 위해서는 먼저 탄성부재(10)를 구동할 수 있는 소정의 임계 힘보다 더 높은 구동전압을 인가해야 하며, 탄성부재(10)의 구동전압을 낮추기 위해서는 임계 힘이 낮아야 한다.

그러나 이와 같은 종래의 정전기력 빗살 구동기의 탄성부재는 응답속도에 대한 설계는 쉬운 반면 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 전압의 변화에 제곱으로 증가하는 힘에는 둔감하게 된다. 즉, 낮은 구동전압에서는 상대적으로 탄성부재(10)가 너무 강건해서 가동전극(8)의 구동이 안되고, 높은 구동전압에서는 상대적으로 탄성부재(10)가 너무 약해서 급격히 움직이게 되어 입력전압으로 제어하기가 어려운 단점이 있다. 이와 같은 단점은 정전기력 빗살 구동기를 온-오프 스위칭 장치뿐만 아니라 연속적인 수치 변화로 정밀하게 위치 제어되는 높은 분해능을 갖는 구동장치에 적용하는데 기술적인 한계로 다가왔다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 정전형 빗살 구동기의 가동전극에 연결되는 탄성부재를 탄성계수가 다른 다층 구조로 설계하여 낮은 구동전압에서도 민감하게 반응할 수 있을 뿐만 아니라 높은 구동전압에서도 안정적으로 동작할 수 있는 미세 구동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 정전기력 빗살 구동기를 온-오프 스위칭장치뿐만 아니라 높은 분해능으로 정밀하게 위치제어를 할 수 있는 미세 구동기를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 높은 분해능을 갖는 미세 구동기에 있어서, 기판 위에 고정되는 빗살 형상의 고정전극과, 상기 고정 전극과 전기적인 상호작용을 통하여 기판 위에서 이동할 수 있는 빗살 형상의 이동전극과, 서로 다른 탄성계수(spring stiffness)를 갖는 다수의 탄성 빔으로 이루어져 상기 이동전극에 연결되는 탄성부재와, 상기 탄성 빔의 일단에 스티킹 방지를 위해 형성되는 스티킹 방지 턱을 포함하여, 상기 고정전극과 상기 이동전극 사이에 인가되는 구동전압에 따라 상기 이동전극의 변위 변화가 낮은 탄성계수를 갖는 상기 탄성 빔으로부터 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 특징은 탄성부재의 탄성계수를 다르게 하기 위해 탄성 빔의두께가 얇게 설계된 것과 두껍게 설계된 것을 복수개 연속적으로 지그재그로 연결하여 형성한 것이다.

또 다른 구조의 탄성부재는 탄성계수를 다르게 하기 위해 지그재그로 연결된 탄성 빔의 길이가 길게 설계된 것과 짧게 설계된 것을 복수개 연결하여 형성한 것이다.

또 다른 구조의 탄성부재는 탄성계수가 다른 복수의 탄성빔이 순차적으로 배열되되, 그 일단이 고정부에 연결되어 분리 형성되며, 상기 탄성빔 중 탄성계수가 가장 낮은 탄성빔의 타단이 상기 지지부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은 종래의 마이크로 구조물을 움직이기 위한 정전기력 빗살 구동기 (Electrostatic Comb Drive)의 일예를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 높은 분해능을 갖는 정전형 미세 구동기의 실시예를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 사시도(평면도),

도 5는 본 발명에 따른 탄성부재의 거동을 나타낸 평면도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄성부재의 거동을 나타낸 평면도,

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄성부재의 거동을 나타낸 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 고정전극

12 : 이동전극

13 : 탄성부재

14,14' : 탄성빔

20,20' : 스티킹 방지턱

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 높은 분해능을 갖는 정전형 미세 구동기의 제 1 실시예이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 높은 분해능을 갖는 미세 구동기는 기판 위에 고정되는 고정전극(11), 고정전극(11)과 전기적인 상호작용을 통하여 기판 위에서 이동할 수 있는 이동전극(12), 서로 다른 탄성계수를 갖는 다수의 탄성빔 즉, 가장 낮은 탄성계수를 갖는 제 1 탄성빔(14a)으로부터 점차적으로 더 높은 탄성계수를 갖는 제 2, 3 탄성빔(14b, 14c)이 지그재그로 연속적으로이동전극(12)에 연결되는 탄성부재(13)로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따른 탄성부재(13)는 이동전극(12)의 중심으로부터 연장된 지지부(16)를 기준으로 양측에 대칭되는 구조로 형성되어 있다. 된다. 각 탄성빔(14)은 그 평면 형상이 "⊂" 또는 "⊃" 모양으로 서로 대면하는 한 쌍의 탄성편으로 이루어지며, 탄성계수를 다르게 하기 위해 제 1 탄성빔(14a)의 두께를 가장 얇게 설계하고 점차적으로 더 높은 탄성계수를 갖도록 더 두껍게 설계된 제 2, 3 탄성빔(14b, 14c)으로 이루어져 있다.

도 3은 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한 것으로, 탄성부재(13)를 복수의 탄성빔(14')으로 지그재그로 연결하되 길이가 짧은 탄성빔(14')일수록 탄성계수가 크기 때문에 제 1' 탄성빔(14'a)의 길이를 가장 길게 설계하고 점차적으로 더 높은 탄성계수를 갖도록 제 2', 3' 탄성빔(14'b, 14'c)의 길이를 짧게 형성하는 구조로 형성한 것이다.

또한, 본 발명에 따르면 각 탄성빔(14,14')의 일단에 각 탄성빔(14, 14')의 면과 면이 닿을 경우 스티킹(sticing)이 발생할 수 있기 때문에 스티킹 방지를 위한 스티킹 방지턱(15, 15')이 형성된다. 이와 같은 스티킹 방지턱(15, 15')은 탄성빔(14,14')의 탄성 변위에 대한 기구학적 제한을 주어 이동범위에 제한을 주는 것이다.

한편, 탄성부재(13)의 일단은 지지부(16)에 연결되며, 타단은 고정부(17)에 연결되어 있다.

도 2 및 도 3에서 본 발명에 따른 제 1 스티킹 방지턱(15a, 15'a)은 제 1 탄성빔(14a, 14'a)의 시단에 수직방향으로 돌출되어 형성되며, 탄성 변형 시 대면하는 제 1 탄성빔(14a, 14'a)의 말단에 닿을 때까지의 범위 내에서 변형되며, 제 1 스티킹 방지턱(15a, 15'a)은 제 1 탄성빔(14a, 14'a)이 변형되는 탄성 변위의 크기를 기구학적으로 제한한다. 한편, 제 2 스티킹 방지턱(15b, 15'b)은 제 2 탄성빔(14b, 14'b)의 시단에 수직으로 돌출되어 형성되며, 제 2 탄성빔(14b, 14'b)이 변형되는 탄성 변위의 크기를 제한한다. 이와 같이, 제 3 스티킹 방지턱(15c, 15'c)도 제 3 탄성빔(14c, 14'c)의 시단에 형성되어 제 3 탄성빔(14c, 14'c)이 탄성되는 탄성 변위의 크기를 제한한다.

예시도면에서 스티킹 방지턱(15, 15')이 각 탄성빔(14, 14')의 시단에 설치되는 것을 보이고 있으나, 반대로 대향하는 위치에 있는 탄성빔(14, 14')의 말단에 설치하는 것도 가능하다. 예를 들어 제 1 스티킹 방지턱(15a, 15'a)이 제 1 탄성빔(14a, 14'a)의 말단에 수직방향으로 돌출되어 형성되더라도 동일한 작용을 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 제 3 실시예를 나타낸 평면도로서, 탄성부재(23)의 탄성빔(24)을 서로 분리시켜 형성한 구조에 특징이 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 탄성빔(24a)을 제외하고, 제 2 탄성빔(24b) 및 제 3 탄성빔(24c)은 서로 분리된 구조이며 그 일단이 각각 고정부재(17)에 독립적으로 고정되어 있다. 한편, 제 1 탄성빔(24a)의 일단은 지지부(16)에 연결되며, 타단은 고정부(17)에 연결되어 있다.

제 1 탄성빔(24a)은 앞서 설명한 평면 형상이 "⊂" 또는 "⊃" 모양으로 서로 대면하는 한 쌍의 탄성편으로 이루어지는 구조로 이루어져 있으며, 제 2탄성빔(24b) 보다 더 낮은 탄성계수를 갖도록 설계되어 있다. 제 2 탄성빔(24b) 및 제 3 탄성빔(24c)은 제 1 탄성빔(24a)보다 더 높은 탄성계수를 갖도록 설계되며, 각 탄성빔 사이의 간격은 탄성 변위를 고려하여 적절한 간격을 유지하도록 설계되어, 탄성 부재(23)은 이동전극(12)의 구동은 1차적으로 제 1 탄성빔(24a)에서 탄성 변형이 이루어지고 그에 의해 제 1 탄성빔(24a)의 일단이 제 2 탄성빔(24b)의 일단에 닿은 이후에는 제 1 탄성빔(24a)와 제 2 탄성빔(24b)에 의해 탄성 변형이 이루어지며, 그에 의해 제 2 탄성빔(24b)의 일단이 제 3 탄성빔(24c)의 일단에 닿은 이후에는 제 1, 2, 3 탄성빔(24a,24b,24c)에 의해 탄성 변형이 이루어지게 된다.

한편, 앞선 실시예에서 설명한 경우와 마찬가지로 각 탄성빔(24)간의 스티킹 방지를 위해 탄성 변형 시 면 접촉되는 부분에 스티킹 방지턱(25a, 25b, 25c)이 형성됨은 당연하다.

지금까지 설명한 본 발명에 따른 탄성빔(14, 14', 24)의 두께 또는 길이는 이동전극(12)을 정전기력으로 구동할 때 전압의 변화에 제곱으로 증가하는 힘에 대하여 탄성빔(14, 14', 24)의 복원력도 그에 비슷하게 증가할 수 있는 정도로 설계함으로써 미세 구동기의 구동전압에 대한 선형성 및 분해능을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 정전형 미세 구동기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 탄성부재(13)의 거동을 도시한 확대도로서, 이동전극(12)에 가장 낮은 범위의 구동전압 범위 V₁이 인가될 때에는 탄성부재(13) 중 가장 낮은 탄성계수(k₁)로 설계된 제 1 탄성빔(14a)에서 탄성변형이 일어나게 되며, 제 1 탄성빔(14a)의 일단에 형성된 제 1 스티킹 방지핀(15a)이 제 2 탄성빔(14b)의 일단에 닿아 더 이상 제 1 탄성빔(14a)의 탄성변형이 기구학적으로 제한을 받게되는 변위 D₁의 범위 내에서 미세 구동기가 움직인다. 이어서, V₁보다는 높은 범위의 구동전압 V₂가 인가될 때에는 k₁보다는 더 높은 탄성계수(k₂)로 설계된 제 2 탄성빔(14b)에서 탄성변형이 일어나 변위 D₂의 범위 내에서 미세 구동기가 작동된다. 이때, 제 1 탄성빔(14a)은 제 2 탄성빔(14b)에 접촉된 채로 연동되므로 V₂의 구동전압 범위에서는 탄성체가 아닌 단순히 고정된 구조체(structure)로서의 의미밖에 없다. 이와 같은 동작은 더 높은 구동전압 범위 V₃에서 K₃의 탄성계수로 설계된 제 3 탄성빔(14c)에서도 동일하게 동작된다.

한편, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 탄성부재(13)의 거동을 나타낸 확대도로서, 이동전극(12)에 가장 낮은 범위의 구동전압 범위 V'₁이 인가될 때에는 탄성부재(13) 중 가장 낮은 탄성계수(K'₁)로 설계된 제 1' 탄성빔(14'a)에서 탄성변형이 일어나게 되며, 제 1' 스티킹 방지턱(15'a)이 제 2' 탄성빔(14'b)의 일단에 닿아 더 이상 제 1' 탄성빔(14'a)의 탄성변형이 기구학적으로 제한을 받게되는 변위 D'₁의 범위 내에서 미세 구동기가 움직인다. 이어서, V'₁보다는 높은 범위의 구동전압 V'₂가 인가될 때에는 k'₁보다는 더 높은 탄성계수(k'₂)로 설계된 제 2' 탄성빔(14'b)에서 탄성변형이 일어나 변위 D'₂의 범위 내에서 미세 구동기가 작동된다.이때, 제 1' 탄성빔(14'a)은 제 2' 탄성빔(14'b)에 접촉된 채로 연동되므로 V'₂의 구동전압 범위에서는 탄성체가 아닌 단순히 고정된 구조체(structure)로서 움직이게 된다.

이러한 본 발명에 따른 탄성부재(13)에 의한 이동전극(12)의 변위 변화는 낮은 탄성계수로 설계된 탄성빔(14, 14')으로부터 순차적으로 복원력을 발생시켜 이 복원력과 전극 사이의 정전기력이 평형을 이루는 지점에서 이동전극(12)의 이동이 멈추게 되는 것이다.

한편, 도 7 본 발명의 제 3 실시예에 따른 탄성부재(23)의 거동을 도시한 확대도로서, 이동전극(12)에 가장 낮은 범위의 구동전압 범위 V₁이 인가될 때에는 탄성부재(23) 중 가장 낮은 탄성계수(k₁)로 설계된 제 1 탄성빔(24a)에서 탄성변형이 일어나게 되며, 제 1 탄성빔(24a)의 일단에 형성된 제 1 스티킹 방지핀(25a)이 제 2 탄성빔(24b)의 일단에 닿아 더 이상 제 1 탄성빔(14a)의 탄성변형이 기구학적으로 제한을 받게된다. 이어서, V₁보다는 높은 범위의 구동전압 V₂가 인가될 때에는 k₁보다는 더 높은 탄성계수(k₂)로 설계된 제 2 탄성빔(24b)까지 탄성변형이 일어나 미세 구동기가 작동된다. 이와 같은 동작은 더 높은 구동전압 범위 V₃에서 K₃의 탄성계수로 설계된 제 3 탄성빔(24c)에서도 동일하게 동작된다.

정전기형 미세 구동기에서 인가 전압(Va)과 이동전극(12)의 이동 변위(Xd)와의 관계는 다음과 같다.

여기에서 g, h, N은 각각 빗 모양 전극의 전극 살 사이의 간격, 전극살의 높이 및 개수이며, k는 탄성부재(13)의 탄성계수이다. 이 식에서 알 수 있듯이 이동전극(12)의 이동 변위(Xd)는 인가 전압의 제곱에 비례하며, 인가전압의 제곱은 또한 정전기력에 비례한다.

식 2에 나타난 바와 같이, 미세 구동기의 이동 변위를 키우기 위해서는 전극 살 간의 간격에 대한 전극살의 높이의 비(h/g)를 크게 하고 전극살의 갯수를 늘리고, 전극 살 간 간격(g)을 줄이거나 전극살의 높이(h)를 높게 하고 전극을 다단으로 배치하여 전극살의 수(N)을 늘리는 것이 바람직하지만 이는 공정 상의 한계 및 미세 구동기의 부피 증가로 인해 제한적인 반면에, 본 발명에서 제시한 바와 같이, 탄성 계수가 작은 탄성빔(14, 14')부터 탄성 계수가 높은 탄성빔(14, 14')이 다단으로 구성된 탄성부재(13)에 의하면 미세 구동기의 낮은 구동전압으로도 이동 변위를 키울 수 있어 공정상의 한계 및 부피 증가의 문제를 극복할 수 있다.

더불어 본 발명에 따른 미세 구동기는 넓은 범위의 구동전압에서 동작할 수 있으며, 구동전압에 대한 미세 구동기의 분해능을 높일 수 있어 미세 구동기의 제어에 유리하다.

한편, 본 발명에 따른 스티킹 방지턱(15, 15', 25)는 탄성빔(14, 14', 24)의 변위에 대한 기구학적 제한을 줌으로써 탄성부재(13)의 동작을 원활하게 함은 물론, 스티킹 방지턱(15, 15', 25)의 높이 조절을 통해 변위 제어를 손쉽게 할 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

Claims

높은 분해능을 갖는 미세 구동기에 있어서,

기판 위에 고정되는 빗살 형상의 고정전극과,

상기 고정 전극과 전기적인 상호작용을 통하여 기판 위에서 이동할 수 있는 빗살 형상의 이동전극과,

서로 다른 탄성계수(spring stiffness)를 갖는 다수의 탄성 빔으로 이루어져 상기 이동전극의 지지부와 고정부 사이에 연결되는 탄성부재와;

상기 탄성 빔의 일단에 스티킹 방지를 위해 형성되는 스티킹 방지 턱을 포함하여,

상기 고정전극과 상기 이동전극 사이에 인가되는 구동전압에 따라 상기 이동전극의 변위 변화가 낮은 탄성계수를 갖는 상기 탄성 빔으로부터 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 구동기.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성부재의 탄성계수를 다르게 하기 위해 상기 탄성 빔의 두께를 다르게 설계하는 것을 특징으로 하는 미세 구동기.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성부재의 탄성계수를 다르게 하기 위해 상기 탄성 빔의 길이를 다르게 설계하는 것을 특징으로 하는 미세 구동기.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성 빔의 일단은 지지부에 연결되며, 상기 탄성 빔의 타단은 고정부에 고정되어 지그재그 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 구동기.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성부재는 탄성계수가 다른 복수의 탄성빔이 순차적으로 배열되되, 그 일단이 고정부에 연결되어 분리 형성되며, 상기 탄성빔 중 탄성계수가 가장 낮은 탄성빔의 타단이 상기 지지부에 연결되는 것을 특징으로 하는 미세 구동기.