TW502003B - Combination horizontal and vertical thermal actuator - Google Patents

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502003 A7 B7 五、發明説明（1 Ο 發明背景 本發明大致上有關微機械裝置，及更特別有關一種能夠 將微米尺寸設計裝置可重複及快速地移離基板表面之微米 尺寸設計、水平及垂直熱致動器。 製造複雜之微機電系統（Micro-Electro-Mechanical System，下文簡稱MEMS)及微光學機電系統（Micro-Optical-Electro-Mechanical System，下文簡稱 MOEMS)裝 置代表微機械裝置技術之重大進步。目前已製成很多大尺 寸裝置之微米尺寸設計類似物體，諸如樞轴、快門光閘、 透鏡、鏡片、開關、極化裝置、及致動器。譬如可使用多 使用者MEMS處理方法（MUMPs)製造這些裝置，該MUMPs 可用來自位在北卡羅來那州研究三角公園（Research Triangle Park)市之克羅納斯（Cronos)積體微系統公司者。 MEMS及MOEMS裝置之應用包含譬如資料儲藏裝置、雷射 掃描器、印表機列印頭、磁頭、微分光計、加速計、掃描 探測顯微鏡、近場光學微透鏡、光學掃描器、光學調變 器、微透鏡、光學開關、及微機械人。 形成MEMS或MOEMS裝置之一方法涉及在基板上之適當 位置設計該裝置之圖案。當佈圖時，該裝置平坦地放置在 該基板頂部。譬如，一樞轴結構或一反射器裝置之樞軸板 係使用該MUMPs製程大致上皆與該基板之表面形成在同一 平面。應用該裝置之一項挑戰係將他們移出該基板之平 面。 與微機械裝置耦合之致動器允許該裝置移出該基板之平 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 502003 A7 B7 ___ 五、發明説日月（2 ·) 面。包含靜電式、壓電式、熱量式及磁性之各種致動器已 用於此目的。 考門（Cowan)等人於1*997年SPIE 3226期刊第137-46頁之 “微光學機電系統用垂直熱致動器”中敘述一種此致動器。 圖1所說明考門（Cowan)等人之致動器使用電阻加熱以造成 熱膨脹。該熱支臂22係高於該懸臂24，以致熱膨脹驅使該 致動器、頂端26朝向該基板28之表面。在充分高之電流下， 藉著與該基板28之接觸停止該致動器頂端26之往下偏向， 及使該,熱支臂22向上弓起。當移除致動電流時，該熱支臂 22於該弓起形狀中迅速“固定”及收縮、向上拉該致動器頂 端26,如圖2所說明。 該熱支臂22之變形係永久的，且該致動器頂端26未供應 電力地保持向上偏斜，形成一向後彎之致動器32。進一步 施加致動電流造成該向後彎致動器32在朝向該基板表面28 之方向30中旋轉。圖2之向後彎致動器32典型係用於裝配 或單次定位之應用。考門（Cowan)等人所述之致動器係受 限於他們不能在單一致動步驟中將樞軸板旋轉或實質上舉 出該平面超過45度。 賀許（Harsh)等人在1999年電機電子工程師學會微波理論 及技術協會之第十二屆電機電子工程師學會微機電系統國 際會議之技術文摘第273-278頁“用於矽基Rf MEMS之倒裝 晶片組件’’；贺許（Harsh)等人於（2000年）80感測器及致動 器108-1 18頁之“倒裝晶片積體MEMS可調電容器之實現及 設計考量’’；及費（Feng)等人在2000年南方卡羅來那州希爾 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公愛） 五 發明説明（ 頓海德島（Hilton Head Island)固態感測器及致動器研討會第 255-258頁之“用於毫米波應用之MEMS基可變電容器，，揭示 各種基於倒裝晶片設計之垂直致動器。於正常之釋放蝕刻 步驟期間，該基底氧化物層係局部溶解及釋放該剩餘之 MEMS零組件。然後一陶瓷基板係結合至該MEMS裝置之 暴露表面’且藉著完成該基底氧化物層之蝕刻移除該基底 多晶石夕層（亦即倒裝晶片方法）。完全無該多晶矽基板之最終 裝置係一電容器，其中該電容器之頂板係以往下方式可控 制地移，向該陶瓷基板上之一相向平板。需由該多晶矽基板 移去該裝置，因為最小量之多晶矽層之雜散電容效應將對 該裝置之操作造成干擾。 以雙級致動器系統可達成實質上大於四十五度之舉升角 度。雙級致動器系統典型由一垂直致動器及一馬達所組 成。該垂直致動器將該樞軸微機械裝置舉離該基板至實質 上未大於四十五度之最大角度。具有連接至該微機械裝置 舉升臂之驅動臂之馬達完成該舉起操作。利德（Reid)等人 於（ 1997年）固態感測器及致動器之能量轉換器，97年國際會 議第347-5 0頁之‘‘向上彈跳微鏡片之自動化組件，，中揭示一 種此雙級組件系統。該雙級致動器典型係用於裝配或單次 之定位應用。 該雙級致動器系統係複雜的，且降低可靠性及增加含有 MEMS及MOEMS裝置之晶片成本。如此，吾人需要一種微 米尺寸設計之水平及垂直熱致動器，其能夠可重複及快速 地將微米尺寸設計之裝置移離該基板之表面。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 502003 A7 B7 五、發明説@ U ♦) 發明概要 本發明係針對一種微米尺寸設計之水平及垂直熱致動 器，其能夠可重複及快逮地將微米尺寸設計之光學裝置移 離該基板之表面。 在一基板之表面上製成該水平及垂直熱致動器。至少一 熱支臂具有扣牢至該表面之第一端點及位於該表面上方之 一自由、端。一冷支臂具有扣牢至該表面之第一端點及一自 由端。該冷支臂係相對該表面位於該熱支臂上方及由該熱 支臂松，側偏離。一構件機械及電耦合該熱及冷支臂之自由 端，以致當電流施加至該至少一熱支臂時，該致動器呈現 垂直位移及水平位移。 該褶曲部分包含壁凹、凹部、切口、孔洞、狹窄、薄或 減弱材料、替代材料或其他結構特色或材料改變之位置之 至少一種，該結構特色或材料改變將減少該位置中之彎曲 阻抗。於一具體實施例中，該熱支臂及該冷支臂包含一電 流通過之電路。於另一具體實施例中，一接地翼片電耦合 該熱支臂至該基板。於具有該接地翼片之具體實施例中， 該冷支臂可視需要由該熱支臂電絕緣。 於-具體實施例中…強化構件係形成在該冷支臂中。 該強化構件典型由緊接該褶曲部分延仲至緊接其自由端。 該強化構件可一體成形於該冷支臂中。於一實施例中，該 強化構件沿著該冷支臂縱向地延伸，諸如沿著該冷支臂縱 向延伸之一或多背脊。 於-具體實施例中’至少一熱支臂包含二或更多熱支 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公嫠) 502003 A7 B7 五、發明説明（5 * ) 臂，每一熱支臂具有扣牢至該表面之第一端點及位於在該 ， 表面上方之自由端。該複數熱支臂可視需要安排橫側地偏 離該冷支臂及與該冷支臂對稱。 於另一具體實施例中，製成在一表面上之水平及垂直熱 致動包含第一橫桿，其具有扣牢至該表面之第一端點及 位於該表面上方之自由端。第二橫桿具有扣牢至該表面之 第一端、點及位於該表面上方之自由端。一構件電及機械编 合該第一橫桿之自由端至該第二橫桿之自由端。第三橫桿 具有扣，牢至該表面之第一端點及機械耦合至該構件之一自 由端。該第三橫桿係相對該表面位於該第一及第二横桿上 方及由第一及第二橫桿橫侧地偏離。第一及第二電接點係 为別電||合至該第一及第二横桿之第一端點。當電流施加 至該第一及第二横桿時，該致動器呈現垂直位移及水平位 移。 複數水平及垂直熱致動器可形成在單一基板上。至少_ · 光學裝置可機械式耦合至該水平及垂直熱致動器。該光學 裝置包含反射器、透鏡、偏光鏡、波導管、快門光閘、或 阻斷結構之一。該光學裝置可為光通訊系統之一部份。 圖面簡述 圖1係垂直熱致動器向後彎之前之側視圖。 圖2係圖1垂直熱致動器在向後彎之後之侧視圖。 圖3係按照本發明之水平及垂直熱致動器之上視圖。 圖4係圖3之水平及垂直熱致動器之側視圖。 圖5係圖3之水平及垂直熱致動器之剖面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐） 裝 訂

線 502003 A7 B7 五、發明説明（6 -) 圖6係圖3之水平及垂直熱致動器於該致動位置中之剖 面圖。 圖7係圖3之水平及垂直熱致動器於一致動位置中之侧 視圖。 圖8係按照本發明之二橫桿水平及垂直熱致動器之上視 圖。 圖9係圖8之水平及垂直熱致動器之侧視圖。 圖ίο係圖8之水平及垂直熱致動器之剖面圖。 圖11,係按照本發明之二横桿水平及垂直熱致動器之侧視 圖。 圖1 2係按照本發明具有多數熱支臂之水平及垂直熱致動 器之上視圖。 圖1 3係圖1 2之水平及垂直熱致動器之侧視圖。 圖14係圖12之水平及垂直熱致動器之端視圖。 圖15係按照本發明一光學開關之概要圖。 發明之詳細敘述 本發明有關一種用於微機械裝置之水平及垂直熱致動 器。該微米尺寸設計之水平及垂直熱致動器能夠可重複及 快速地移出該平面。 如在此所使用者，“微機械裝置，，意指微米尺寸設計機 械、光學機械、電機、或光學機電裝置。用於製造微機械 裝置之各種技術係可用來自位在北卡羅來那州研究三角公 園（Research Triangle Park)市之克羅納斯（Cronos)積體微系 統公司之多使用者MEMS處理法（MUMPs)。該組合程序之

裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 502003 A7 B7_.7發明説^! Γι~Ο ^ 一類型係可用來自克羅納斯（Cronos)積體微系統公司敘述於 (2000年）5 ·0修訂本之“MUMPs設計手冊”中。 多晶碎表面微機械加工改造該積體電路（1C)工業所習知 之平面式裝配製程步驟，以製造微光學械電或微機械裝 置。用於多晶矽表面微機械加工之標準構成要素方法係低 應力複晶矽（亦稱做多晶矽）及奉獻材料（譬如，二氧化矽或 矽酸鹽破璃）之交替層之沉積及微影佈圖。在預定位置經過 該奉獻層所蝕刻之通孔對一基板及各多晶矽層間之機械及 電互連楫供錨扣點。該裝置之功能元件係使用一系列沉積 及佈圖處理步驟逐層建立。在完成該裝置結構之後，其可 藉著使用諸如氫氟酸之選擇性蝕刻劑移去該奉獻材料以釋 放供移動，該蝕刻劑實質上不會侵蝕該多晶矽層。 其結果係一種結構系統，而大致上包括提供電互連及/ 或電壓基準面之第一層多晶矽、及可用於形成功能元件之 額外機械多晶矽層，該功能元件之分佈範圍係由簡單之懸 #知、桿至複雜之電機系統。整個結構係與該基板位於同平 面中。如在此所使用者，‘‘同平面，，一詞意指大致平行於該 基板表面之架構，及“非同平面，，一詞意指相對該基板表面 大於零度至約九十度之架構。 該功能70件之典型同平面橫側尺寸可由一微米分佈至數 百微米，而該層厚度典型係約2微米。因為全部製程係 基於標準1C裝配技術，可在一矽基板上批次地製造大量完 全組合之裝置’而不需局部組合件。 圖3至5說明按照本發明之水平及垂直熱致動器5〇之第 --- - 1〇 · 本紙張尺度適用中目國家鮮(CNS) A视格(_21〇 X 297公€---

裝 訂 線 502003 A7 B7 五、發明説日月（8…) 一具體實施例。如在此所使用者，“水平及垂直熱致動器，， 意指一種能夠在同平面位置及非同平面位置之間可重複移 動之微機械裝置’其包含一水平及一垂直零組件兩者。該 水平及垂直熱致動器50係同平面地配置在基板52之表面 上’該基板52典型包括一矽晶圓54，而在矽晶圓54上面沉 積一層氮化矽56。該致動器50包含位在氮化矽層56上之第 一多晶、石夕層60。架構第二多晶矽層62，以具有第一及第二 錨釘64，66及一對分別由該錨釘64，66呈懸臂方式配置之 橫桿68，70。 於圖3所示具體實施例中，該錨釘64，66包含形成在該 基板52上之電接點76 ’ 78，而適於承載電流至該橫桿68， 70。該跡線76, 78典型係延伸至該基板52之邊緣。另一選 擇為可使用極多種電接點裝置及/或封裝方法，諸如滾珠 栅極列陣（BGA)、路面柵極列陣（LGA)、塑膠導引式晶片載 具（PLCC)、銷枝栅極列陣（PGA)、邊緣插卡、小輪廓積體 電路（SOIC)、雙線上封裝（DIP)、方塊平坦封裝（QFp)、無 引線式晶片載具（LCC)、晶片比例封裝（CSP),以運送電流 至該橫桿68,70。 該橫桿68，70係藉著構件72在其個別之自由端71，73電 及機械耦合，以形成一電路。該橫桿68，7〇實質上係由第 一層60分開，以致該構件72位於該基板52上方。於圖4所 說明之未致動架構中，該橫桿68，7〇大致上係平行於該基 板52之表面。如在此所使用者，該“未致動架構，，意指一種 狀況，其中實質上無任何電流通過由該橫桿68、該構件72 ___ - 11 . I紙張尺度適财g S家標準(CNS) A4^格(21C)X297公董） —----— 502003 五、發明説明 A7 B7

及該橫桿70所形成之電路。 第三多晶矽層80係架構成接近該錨釘64，66具有一附著 至該基板52之錨釘82。該第三層80形成由該錨釘82懸掛出 之上干84 ’使仔自由端83在該横桿68，70上方機械式輕 合至該構件72。 如圖5所最佳說明者，該橫桿6 8，7 0係位於該横桿§ 4下 方及相、對該基板5 2橫侧地偏離該橫桿8 4。圖5說明一延伸 垂直於該基板52及經過該橫桿84中心之轴81。未沿著节輛 8 1定位該横桿68，70之質量中心。 通孔8 8係形成在該構件7 2及/或自由端8 3，以機械式耦 合該上橫桿8 4之自由端8 3至該構件72。可用其他結構以機 械式耦合該上橫桿84至該構件72。該上橫桿84於該未致動 架構中大致上係平行於基板5 2之表面。 圖6及7說明圖3-5於非同平面或致動架構中之水平及垂直 熱致動為5 0。該致動架構”意指施加電流至一或多横桿。 於所示具體實施例中，該致動架構包含施加電流至由該横 桿68、該構件72、及該橫桿70所形成之電路（看圖3)。該横 桿68，70係“熱支臂”及該橫桿84係‘‘冷支臂，，。如在此所使 用者，當施加一電壓時，“熱支臂，，或“各熱支臂，，意指比該 冷支臂具有較高電流密度之橫桿或構件。“冷支臂，，或“各冷 支臂”意指當施加一電壓時比該熱支臂具有較低電流密度之 橫桿或構件。於一些具體實施例中，該冷支臂之電流密度 為零。因此，該熱支臂比該冷支臂具有較大之熱膨脹。 該電流加熱該熱支臂68，70及造成他們在方向9〇中之長 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

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線 502003 A7 __ B7 五、發明説日月（10 _ ) 度增加。既然該熱支臂6 8，7 0係橫側地偏離該冷支臂8 4及 在該冷支臂84之下，於該方向9〇中之膨脹造成該冷支臂“ (及該構件7 2 )沿著軸9 1之水平及垂直位移，該軸9丨大致上 通過該68，70，84支臂之質量中心。如在此所使用者， 水平及垂直位移”意指以一零組件平行於該基板及一零組 件垂直至該基板之位移。 關於水平位移，該熱支臂68，70之膨脹造成冷支臂84平 行於該基板52水平位移93達一段距離79，如圖6所示。如 在此所使用者’“水平位移，，意指平行於該基板平面之位 移。圖6之剖面係取自接近該構件72處及近似於其總橫侧位 移？ 關於垂直位移，該熱支臂68，70之膨脹造成該冷支臂84 在一向上弧形92中移動達一段距離95 ,如圖7所示。垂直位 移97係垂直於該基板52之平面。 結合水平及垂直位移產生舉升力94。由於該冷支臂84及 該熱支臂68 ’ 70間之高度差，一力矩係接近該錨釘64，66 施加在該冷支臂84上。該熱支臂68，70輕易地彎曲，並對 該冷支臂84之運動92提供極小之阻抗。然而該冷支臂84係 固定在該錨釘82及電絕緣，以致該電流完全或實質上通過 該熱支臂68，70及該構件72所形成之電路。於所示具體實 施例中，該位移95可由1微米至5微米。當該電流中斷時， 該水平及垂直熱致動器50返回至圖4所說明之原始、未致動 架構。 於另一具體實施例中，該錨釘8 2及該冷支臂8 4係電耦合 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐） 502003 Α7 Β7 五、發明説0月（11 Ο 至該構件72。流經該熱支臂68，7〇之至少一部份電流沿著 該冷支臂84流至該錨釘82。所有流經該熱支臂68，7〇之電 "丨l亦可月b經過該冷支臂8 4流出該水平及垂直熱致動器5 〇 〇 該冷支臂8 4之材料及/或幾何形狀係適於具有比該熱支臂 6 8，7 0較低之電流密度，即使當施加相同之電壓時。於一 具體實施例中，該冷支臂8 4係由線性熱膨脹係數少於該熱 支臂6 8，7 0之線性熱膨脹係數之材料所形成。於又另一具 體實施例中，該冷支臂84係因具有一較大之橫截面積而具 有較低，之電阻係數。於另一具體實施例中，一導電層係設 在該冷支臂84上。合適之導電材料包含諸如鋁、銅、鎢、 黃金、或銀之金屬、半導體、及摻雜之有機導電聚合物， 諸如聚乙炔、聚苯胺、聚比咯、聚一硫二烯伍圜、聚Ed〇t 及其複合物或化合物。因此，該熱支臂6 8 , 7 0之淨膨脹係 大於該冷支臂8 4之膨脹。 於另一替代具體實施例中，流經該熱支臂68，70之全部‘ 或一部份電流流經接地翼片（看圖9)至該基板52。當該熱致 動器50由該未致動位置移至致動位置時，該接地翼片維持 與該基板5 2之接觸墊片電接觸。 圖8至10說明按照本發明具有二橫桿152，154之水平及 垂直熱致動器1 5 0。該冷支臂或橫桿1 5 2由錨釘1 5 6以懸臂 方式延伸在該熱支臂或横桿1 5 4及該基板1 5 8上方及至其側 邊。該熱支臂154視需要由該錨釘156或由一分開之錨釘（看 圖1 1)延伸。橫桿1 5 2，1 5 4之自由端1 6 0，1 6 2係分別機械 及電耦合在構件1 64。強化構件1 66視需要沿著該冷支臂 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 502003 A7 — —_ B7 五、發明説明（12 A ) 1 5 2之一部份延伸。褶曲部分丨7〇視需要接近該錨釘丨5 6形 成在該冷支臂152中。 當電流施加至由該橫桿152，154、及該構件164所形成 之電路時，該熱致動器150沿著延伸穿過該橫桿152，154 質量中心之位移向量177移動。該位移向量177包含一垂直 分量174及一水平分量173。藉著相對該冷支臂152改變該 熱支臂、1·54之位置即可調整各個分量173 , 174之量值。該 糟曲部分170亦將局部決定該分量173，174之量值。於一 具體實施例中，該褶曲部分提供不對稱之彎曲阻抗，藉此 增加該分量173，174之一之量值。 如在此所使用者，‘‘強化構件，，意指一或多背脊、凸塊、 溝槽或其他增加彎曲阻抗之結構特色。該強化構件較佳地 係與該冷支臂1 5 2 —體成形。於所示具體實施例中，該強化 構件1 6 6係一沿著部份冷支臂1 5 2延伸之曲線形背脊（看圖 1〇)，雖然其可為長方形、正方形、三角形或各種其他形 狀。另外’該強化構件1 6 6可位於該冷支臂1 5 2之中心或沿 著其邊緣。亦可使用多數強化構件。 如在此所使用者，“褶曲部分，，意指壁凹、凹部、孔洞、 凹槽、切口、狹窄、薄或減弱材料、替代材料或其他結構 特色或材料改變之位置，該結構特色或材料改變將於該特 別位置中提供受控制之彎曲作用。如在此所使用者，“受控 制之彎曲作用’’意指彎曲作用主要發生在一個別位置，而非 沿著該水平及垂直熱致動器之橫桿分佈。適合用作一褶曲 部分之替代材料包含多晶矽、金屬或聚合材料。如圖3及5 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公董) 502003 A7B7 五、發明説日月（13…) 所最佳說明’該稽曲部分8 7係一壁凹8 9。該稽曲部分1 7 〇 包含該冷支臂152之最弱部分，及因此該位置最可能於該水 平及垂直熱致動器150之-致動期間彎曲。 該冷支臂1 5 2之硬度相對該褶曲部分1 7 0之硬度決定該水 平及垂直熱致動器150之受控制彎曲作用之大延伸量值（位 置及方向）。於一具體實施例中，該強化構件166係用於結 合該稽、西部分1 7 0。於另一實施例中，該強化構件1 6 6沿著 該冷支臂1 5 2之一部份延伸，但未使用褶曲部分。無該強化 構件1 6 6之冷支臂1 5 2部份係受控制彎曲作用之位置。於又 另一具體實施例中，該褶曲部分170係無該強化構件166地 形成於該冷支臂1 5 2中，以致該褶曲部分丨7〇係受控制彎曲 作用之位置。 於一具體實施例中，該冷支臂152、該構件164及該熱支 臂154形成一電路。控制該冷支臂152之材料及/或幾何形 狀，以致當一電壓施加至該電路時，其比該熱支臂154經歷 一較低之電流密度，如上文所討論者。 於另一具體實施例中，接地翼片163電耦合該熱支臂154 至該基板158上之接觸墊片165。該接地翼片163較佳地係 有彈性或為一彈簧構件，以致其與該基板1 5 8之電耦合係維 持在該致動狀態中（大致看圖9 )。因此，更少之電流（或無 電流）流經該冷支臂1 5 2，籍此增加該水平及垂直熱致動器 150之總位移。 圖1 1係一水平及垂直熱致動器1 8 0之側視圖，其具有大致 上位於該熱支臂或橫桿1 8 4上方及其側邊之冷支臂或橫桿 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝

線 A7 B7 五、發明説明（14 ‘） 182，諸如圖1〇所示。該冷支臂182係藉著錨釘188附著至 基板186。強化構件192視需要位於該冷支臂182上。褶曲 部分1 94係視需要接近該-錨釘188位於該冷支臂182上。 該熱支臂184係藉著錨釘190附著至基板186。於一具體 實施例中，該橫桿182，184係電及機械耦合在構件丨93。 糟著使該錨釘1 8 8比該錯釘1 9 0更進一步定位遠離該構件 193，圖11之水平及垂直熱致動器ι8〇可在該方向194中有 較大之位移，但產生一較低之舉升力。於另一具體實施例 中，該,熱支臂184可藉著諸如關於圖9所討論之接地翼片電 耦合至該基板。 圖12至14說明按照本發明之水平及垂直熱致動器2〇〇之 另一具體實施例。冷支臂2 0 2係由錨釘2 0 6懸臂式伸出在基 板204上方》第一對熱支臂208，2 10係分別由錨釘2 12， 214沿著該冷支臂202之第一側面懸臂式伸出。第二對熱支 臂2 16，218係分別由錨釘220，222沿著該冷支臂202之第 二侧面懸臂式伸出該基板204上方。藉著構件224機械式耦 合該支臂202，208，210，216及218之遠側端。 如圖14所最佳說明，該熱支臂208，210係位於該冷支臂 202下方及相對該基板204定位於該冷支臂202之侧邊（或由 該冷支臂202橫側地偏離）。同理，該熱支臂216，2 18係位 於該冷支臂202下方及定位於該冷支臂202之另一邊。於所 示具體實施例中，該熱支臂208, 210, 216, 218之質量 中心係集中在該冷支臂202之下方。亦即該複數熱支臂 20 8，210，2 16，2 18係相對該冷支臂2 02橫侧地偏離、但 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 502003 A7 B7 五、發明説明（15…) 對稱地排列。 藉著選擇性施加電流至該熱支臂208，210，216， 218，可使該致動g§20 0-於各種方向移出該平面。於一目體 實施例中，該熱支臂208，210形成一電路，造成該冷支臂 202於該方向226中之水平及垂直位移。於另一具體實施例 中，該熱支臂2 16,2 18形成一電路，造成該冷支臂2〇2於該 方向228中之水平及垂直位移。另一選擇為電流可施加至所 有熱支臂208，210 , 216，218，以將該冷支臂202垂直地 移離該基板204。該冷支臂202亦可為該電路之一部份，如 上面所討論者。 圖15係利用4x4光學裝置352列陣之光學開關350之概要 圖。如在此所使用者，“光學裝置”意指反射器、透鏡、極 化裝置、波導管、快門光閘、或閉塞裝置。每一光學裝置 352係機械耦合至一或多在此所說明之水平及垂直熱致動 器。於該同平面位置中，該光學裝置352不會伸入輸入光纖 354a-354d之光徑。於該非同平面架構中，該光學裝置352 伸入該輸入光纖354&-354(1之光徑。安排該垂直鏡片3 52之 列陣，以允許來自任何輸入光纖354a-354d之光學信號可經 由該水平及垂直熱致動器之選擇性致動與任何輸出光纖 356a-356d光學耦合。圖15所示光學開亂350係只用於說明 之目的。本水平及垂直熱致動器可用於各種光學開關構 造，諸如啟/閉開關（光學閘門）、2x2開關，1 Χϋ開關、或 各種其他構造。該光學開關可為光通訊系統之一部份。 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 502003

   一種建構在基板表面上之水平及垂直熱致動器，盆包 括： 至少-熱支臂，其具有扣牢至該表面之第一端點及位 於該表面上方之一自由端，· 一冷支臂，其具有扣牢至該表面之第一端點及一自由 端，該冷支臂係相對該表面位於該熱支臂上方且由該熱 支臂#向地偏離；及 一構件，其以機械及電的方式耦合該熱及冷支臂之自 由知”使彳于當電流施加至該至少一熱支臂時，該致動器 呈現垂直位移及水平位移。 2·如申請專利範圍第丨項之水平及垂直熱致動器，包括一形 成在該冷支臂並接近其第一端點之褶曲部分，其適於提 供受控制之彎曲作用。 3.如申請專利範圍第2項之水平及垂直熱致動器，其中該褶 曲部分包含壁凹、凹部、切口、孔洞、狹窄、薄或減弱 材料、替代材料或其他結構特色或材料改變之位置之至 少一種’該結構特色或材料改變將減少該位置中之彎曲 阻抗。 4·如申請專利範圍第1項之水平及垂直熱致動器，其包括電 搞合該熱支臂至該基板之接地翼片。 5·如申請專利範圍第4項之水平及垂直熱致動器，其中該冷 支臂與該熱支臂電絕緣。 6·如申請專利範圍第1項之水平及垂直熱致動器，其中該熱 支臂及該冷支臂包含一使電流通過之電路。 -19 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Μ規格_ X 297公釐）

   裝 ❿咸 502003 A B c D 申請專利範圍. 7·如申請專利範圍第丨項之水平及垂直熱致動器，其包括一 形成在該冷支臂中之強化構件。 8·如申請專利範圍第7項-之水平及垂直熱致動器，其中該強 化構件係一體成形在該冷支臂中。 9·如申請專利範圍第1項之水平及垂直熱致動器，其包括一 沿著該冷支臂延伸之金屬層。 10·如申請專利範圍第1項之水平及垂直熱致動器，其中該至 少一熱支臂包含二或更多熱支臂，每一熱支臂具有扣牢 至該表面之第一端點及位於該表面上方之自由端。 11·如申請專利範圍第1項之水平及垂直熱致動器，其中該至 少一熱支臂包含横向安排偏離該冷支臂且與該冷支臂對 稱之複數熱支臂。 12.如申請專利範圍第1項之水平及垂直熱致動器，其包括在 該基板上之複數水平及垂直熱致動器。 13·如申請專利範圍第丨項之水平及垂直熱致動器，其包括至 少一機械式耦合至該水平及垂直熱致動器之光學裝置。 14·如申請專利範圍第13項之水平及垂直熱致動器，其中該 光學裝置包含反射器、透鏡、偏光鏡、波導管、快門光 閘、或阻斷結構之一。 15·如申請專利範圍第13項之水平及垂直熱致動器，其包括 含有至少一光學裝置之光通訊系統。 16. —種建構在基板表面上之水平及垂直熱致動器，其包 括： 第一横桿’其具有扣牢至該表面之第一端點及位於該 -20 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 502003

   表面上方之一自由端； < ： 第二橫桿，其具有扣牢至該表面之第一端點及位於該 j 表面上方之一自由端r ! 一構件，其以電及機械的方式耦合該第一橫桿之自由 | 端至該第二橫桿之自由端； ； 第三橫桿，其具有扣牢至該表面之第一端點及機械耦 i 合至僉構件之-自由端，該第三橫桿係相對該表面位於 •丨 該第一與第二橫桿上方且由第一與第二横桿橫侧地偏 丨 離；及 j 第一及第二電接點，其分別電耦合至該第一及第二橫 f 杯之第一端點，當電流施加至該第一及第二橫桿時，該 j 致動杰呈現垂直位移及水平位移。 丨 17·如申請專利範圍第16項之水平及垂直熱致動器，其包括 ^丁 位於該第三橫桿上緊接著其第一端點之褶曲部分。 ： 18.如申請專利範圍第丨7項之水平及垂直熱致動器，其中該· j 褶曲部分包含壁凹、凹部、切口、孔洞、狹窄、薄或減 4 i 弱材料、替代材料或其他結構特色或材料改變之位置之 : 至少一種’該結構特色或材料改變將減少該位置中之弯 : 曲阻抗。 i 19·如申请專利範圍第項之水平及垂直熱致動器，其包括 ； 電轉合該第一及第二橫桿至該基板之接地翼片α ： 20·如申請專利範圍第16項之水平及垂直熱致動器，其中該 i 第一及第二橫桿包含一使電流通過之電路。 丨 21·如申請專利範圍第I?項之水平及垂直熱致動器，其包括 | -21 - ! 本紙張尺度家鮮(CNS) A4^(21Q χ 297公釐) " -- 圍範 利 專請 ABCD 一形成在該第三橫桿中之強化構件。 22·如申讀專利範圍第1 6項之水平及垂直熱致動器，其包括 一沿著該第三橫桿延伸之金屬層。 23·如申請專利範圍第1 6項之水平及垂直熱致動器，其包括 於致動架構中施加至該第一及第二電接點之電流，以致 該第一及第二橫桿向上彎曲離開該基板之表面。 24·如申·請專利範圍第23項之水平及垂直熱致動器，其中該 第一及第二橫桿中之至少一部份電流通過該第三橫桿。 25·如申請專利範圍第16項之水平及垂直熱致動器，其中該 第三橫桿於未致動架構中大致上係平行於該表面。 26·如申請專利範圍第16項之水平及垂直熱致動器，其包括 建置在該基板上之複數水平及垂直熱致動器。 27·如申請專利範圍第16項之水平及垂直熱致動器，其包括 至少一以機械式耦合至該水平及垂直熱致動器之光學裝 置。 28.如申請專利範圍第27項之水平及垂直熱致動器，其中該 光學裝置包含反射器、透鏡、偏光鏡、波導管、快門光 閘、或阻斷結構之一。 29·如申請專利範圍第27項之水平及垂直熱致動器，其包括 含有至少一光學裝置之光通訊系統。 -22 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 裝 訂