TW508415B - Microelectromechanical actuators including driven arched beams for mechanical advantage - Google Patents

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508415 A7 B7 -_ 五、發明說明（1 ) 發明領域 本發明有關微機電系統（MEMS)，特別有關MEMS致動器。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 發明背景 已經發展出微機電系統（MEMS)以作爲譬如繼電器、致動 器、閥及感測器等習知機電裝置之替代方式。MEMS裝置由 於採用微電子製造技術而可能爲具有低成本的裝置。因爲 MEMS裝置可遠比習知的機電裝置更小所以亦可提供新的功 能。 MEMS技術的許多應用係使用MEMS致動器，這些致動器 可使用固定在一或兩端之一或多 '個樑，可利用靜電能、磁 能、熱能、及/或其他型式能量來作動這些致動器。 MEMS致動器的一項重要突破係描述於本發明人等人名爲 "熱拱形樑微機電致動器M之美國專利5,909,078號，其中的 揭示以提及方式併入本文中。揭露了 一系列的熱拱形樑微 機電致動器，其包括在微電子基材上的相分隔支撑部之間 延伸之一拱形樑，拱形樑可在施熱時膨漲。設有用以將熱 量施加至拱形樑之裝置使得樑因爲熱膨漲而進一步拱起， 藉以使得拱形樑產生位移。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 意外發現，當作爲微機電致動器時，拱形樑的熱膨漲可 在消耗合理動力情形下產生較大的位移及較大力量。可利 用一耦接器將多個拱形樑予以機械性耦合，亦可包括在與 多個拱形樑相對之一第二方向拱起之至少一個補償拱形樑 ，該補償拱形樑係機械性耦合至耦接器。補償拱形樑可補 償環境溫度或其他效應以產生自行補償的致動器及感測器 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508415 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2 ) 。可使用熱拱形樑來提供致動器、繼電器、感測器、微閥 及其他MEMS裝置。熱拱形樑微機電裝置及相關製造方法亦 描述於杜勒等人名爲，，熱拱形樑微機電開關陣列”之美國專 利5,955,817號；杜勒等人名爲”微機電定位裝置"之美國專 利5,962,949號；杜勒等人名爲”熱拱形樑微機電裝置及相關 製造方法·1之美國專利5,994,816號；杜勒等人名爲，，熱拱形 樑微機電結構”之美國專利6,〇23,121號「各案的揭示係整體 以提及方式併入本文中。 由於仍不斷產生多種MEMS致動器並使用在更多應用及環 境中，故需要可在更廣大範圍中控制MEMS致動器的位移及 /或力量。不幸地，因爲MEMS致動器的大小，所以僅能獲 得有限範圍的位移及/或力量。 魁等人在IEEE MEMS，99會議記錄pp.31-36名爲”高施力 用之彎形樑電熱致動器”的公告中描述藉由最高可產生約1 先牛頓力f之標準微感測器材料及方法所製成之平面中微 致動…，其可利用局邵熱應力所產生的變形而運作，亦顯 不級聯式裝置可對於位移提供四倍的改良。 雖然具有這些改良，仍需要可對於各種致動器應用提供 更廣知圍的位移及/或力量之MEms致動器。 發明概論 根據本發明的實施例之微機電致動器包括：一美材·相 =么撑部，其位於基材上；以及_熱棋形樑，：在相隔 的支撑邵〈間延伸且加熱時將進一步棋起以沿基材移動。 複數個被驅動拱形樑係轉合至熱拱形樑。各別被驅動拱形 卜紙張尺度綱㈣目 X 297公釐 -----------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— . -5- A7 .^¾告智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明 棣的端部相對彼此移動，以回應於熱拱形樑的進一步拱起 2改變各別被驅純形樑的拱形，使得被驅動拱形揉產生 :動。-各別的被驅動拱形樑亦在端部之間的—中介部處 :有—各別的受致動元件，其中-各別的受致動元件係機 *性轉合至相關的被驅動拱形樑隨以移動、並從其餘的被 T動拱形樑機械性退耦而獨立地移動。藉由受致動元件的 萄互移動，可提供需以同方向或不同方向來致動多個元件 <多種致動器應用。 〇 ^第貝犯例中，複數個被驅動拱形樑係包括可互 =平行狀延伸之第-及第二被驅動拱形樑，所以可藉由叙 姐形揉進一步棋起而使得機械性稱合至第-及第二被驅動 二形m動元件在同方向中移動。其他實施例中，第 —:罘—拱形樑彼此拱起遠離’所以可藉由熱拱形樑的進 :拱起而讓搞合至第一及第二被驅動拱形樑之受致動元 开向中移動。其他實施例中，第—及第二被驅動棋 機n 轉的進—步接起而讓 :’二馬w至弟-及第二被驅動拱形樑之受致動元件在反 万向中移動。 士山^械二她例中’藉由熱换形樣的進—步棋起而將各別的 :m一起’藉以，加被驅動拱形樑的拱起。其他實 少被驅動拱形樑的^\的進步棋起將端邵拉開，藉以減 4 ^只她例巾’熱拱形樑包括位於端部之間的一個中介 邵’而被驅動拱形樑則包括位於各別端部之間的中介部。 _ IW--------I ---I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -χ=σ· I I · 蜂

本紙張尺度適财_ ⑵〇xf97公髮) A7 B7 五、發明說明（4 樑的中介部純合至被驅動拱形樑之—個端部。第 她例中’一第二熱拱形樑的中介部係耦合至被驅動拱 中木々另個响邵。藉以構成一種Η型微機電致動器，其 Η的各腳包括一個熱致動式拱形樑，而Η的交又構件則包 機械致動式被驅動拱形樑。第二實施例中，提供可將被 驅動拱形樑的其他端部銘固至基材之一種致動器。因此被 ㈣”樑只有—端受到-熱棋形樑致'動器所驅動。因此 =施例形成具有Τ型之微機電致動器，其中，的交又構 樑，—熱致動式拱形樑，而Τ的腳包括機械致動式拱形 樑 加 根據本發明的微機電致動器之其他實 沿著基材上的第-方向在相隔的支撑部之間延伸：並在 訂 熱時進-步拱起，以沿著基材在與第—方向呈正交之第二 万：：：,。被驅動拱形樑係在第二方向中沿著基材延伸 拱 猎j拱形樑的進一步拱起而改變被驅動棋形揉的 >，以在第一方向沿一基材移動。 其他貝施例中，第—相P三 並 步 至 的 τ +-相h的支撑邵係設置於基材上， =、-個在弟二相隔的支撑部之間延伸且在加熱時進一 — ”、、尤、形k。被驅動拱形樑係耦合 進牛：走广形祆’所以可藉由第-及第二熱拱形樑的 進-步棋起而改變被驅動接形樑的棋起。更佳，第一教拼 =樑的中介部係_合至各別的被驅動拱形樑之—端部y而 第一熱拱形樑的中介部則耦 一端部。 土'各別的被驅動拱形樑之另 本纸張尺度刺> Θ㈣鮮（CNS)A4娜(210^Γ^ 508415

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其他實施例中，第-及第二熱拱形樑係、沿著基材上的— 第-方向在各別的第一及第二相隔的支撑部之間延伸，並 在施熱時進一步拱起，以在與第一方向呈正交之第二方向 中沿著基材移動。被驅動拱形樑係在第二方向中沿著基材 延伸，藉由至少-個熱拱形樑的進一步棋起而改變被ς動 棋形樑的拱起，以在第-方向中沿著—基材移動。其他實 施例中：第-及第二熱拱形樑沿著基材上的一第一方向 各別的第-及第二相隔的支撑部之間延伸，並在施散時 -步拱起，以在與第一方向呈正交之各別的反方向中沿者 基材移動。被驅動拱形樑係沿著-第二反方向在基材上延伸 ，可藉由熱拱形樑的進-步拱起而在第—方向中改變被驅 動拱形樑的拱起以在第一方向中沿著基材移動。 本發明其他替代性實施例中，可藉由將複數個被驅動棋 形樑輕合至其他被驅動拱形樑而形成級聯式裝置，以提供 額外的機械利益。特定實施射，在基材上設置一第二 拱形樑，其在第二相隔的支撑部之間延伸並在加散時： 步棋起以沿著基材移動。—第—被驅動拱轉絲合至弟 :熱拱㈣，其中第—被驅動拱形樑的端部係相對彼此移 動’以回應於第-熱拱形樑的進一步拱起而 一广 起使侍弟一被驅動拱形樑沿著基材移動。 1 一被驅動拱形樑係耦合至第二熱拱形樑 =形=端部係相對彼此移動，以回應於第二= ^的進—步拱起而改變第二被驅動拱形樑的拱起，使得 —被驅動拱形樑沿著基材移動。複數個被驅動拱形樑係 在 進 著 散 第 第 耦 8-

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-n n I n n n , ^^0^+1 J Α7 B7 五、發明說明（6 泛土弟一及第二被驅動接形揲。 所有上述實施例中，亦可使用除 的-種致動器，致動哭包括乂形祆致動咨以外 <驅動樑，研可使用複數個致動器。 夕動 訂 人本發明的其他實施例採用至少_個被驅動棋形樑，並轉 白至至少-個熱拱轉且在不與基材平行之_方向中ς 。被驅動梹形樑包括相對彼此移動之端部，以回應於_ 形樑的進-步拱起而在不與基材平行的方向中改變抖起:、 而$被驅動拱形樑移向基材或遠離基材。如上述，可將端 邵杈壓士一起或拉開。其他實施，中，被驅動拱形樑在與 基材正交的一方向中拱起，並藉由熱拱形樑的進一步拱起 =在與基材呈正交的方向中改變拱形，以與基材呈正交狀 考夕動，故可提供平面外的致動器。其他實施例可提供Η型 /動°。 τ型致動器、級聯式致動器、及/或在不與基材平 行的方向拱起之多重被驅動拱形樑。所有這些實施例中， 亦可使用具有致動時可與基材平行移動之一驅動樑之熱棋 形樑致動器以外之致動器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明的其他實施例中，熱拱形樑的中介部係耦合 至被驅動拱形樑的中介部。亦可將第一及第二固定支撑部 設置於基材上，以回應於熱拱形樑的進一步拱起而使得被 驅動棋形樑的端部驅抵住各別的固定支撑部且沿著固定支 撑部移動。故可在較大力量情形下具有減少的位移。 所有上述實施例中，描述單樑時亦包括多個樑。並且， 所有上述貝施例中，微機電致動器實施例因而可與下列元 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公爱） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 508415 五、發明說明（7 ) 件合併：一、繼電器接腳、—光學衰減器、—可變電路元件 、一闊、-電路斷路器及/或其他致動用元件。孽如，歸 =樑可在以微機電致動器周遭環境㈣境熱量加孰時進；; 二：起，精以提供一種調溫器。亦可提供可變光學衰減器 =犯=’其中文致動7^件係回應於—或多個熱拱形樑的致 動而將沿著基材行進及通過基材的光纖端點之間的光學， 射加以選擇性衰減。所有上述實施例中.，亦可在至少一個田 被驅動拱形樑下方的基材中設有一 丁又仴個4迢，以降低至少一 個被驅動拱形樑與基材之間的靜摩擦力。 圖式簡單説明 ' /1Α-9Β*11Α·11Β爲根據本發明料機械上利益之且有 被驅動拱形樑之微機電致動器的其他實施例之俯- 圖1〇八-10(3爲沿線10-1〇，所取乏^1〇八^ W取心圖9Α的微機電致動哭 其他實施例之剖視圖。 較佳實施例的詳細描沭 現在於下文參照圖式詳細描述本 ^ ^ &月 圖中顯示本發明 的較佳貫施例。可以多種不同形式來實施

限於本文所述的實施例；提供這此余、 向不I ^ Λ 二男她例係爲了徹底完+ 瞭解本揭示以使熟悉本技藝者瞭解本發 低凡^ 了清楚起見而加大層及區域的厚产 巳圍。圖中馬 的开株,,風 子度。相似的編號代表相似 的兀件，已知备譬如一層、區域或 於…上”、"連接至"、或•，耦合至，.另件描述爲”位 位於另-元件上、直接連接至或直 其係直接 可包含中介元件。相反地，當—元件 ^ 件袪述馬，，直接位於... -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297i^· -I* --Αν --------^ ---------· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5⑽ 413 A7

上 或"直接轉合至"另一元件時，則不具 有中介兀件。 下文所“ h的口午夕貝施例係採用熱接形T致哭， TAB致動器的設計及操作係描述於上述美时利5，— =Λ949 : 5’994’816、5,955,817、6，°23，121號，各案的揭示 係整體以提及方式併入本文中… 奉又中而不需一砰細描述。但熟悉本 μ者瞭解：可由_合至ΤΑΒ及/或基材之内部及/或外部加 h來加熱TAB。並且’可將—或多個ταβ樑耦合在—起或 可由—或多對支撑部加以支撑。因此，對於TAB致動器的 致動之所有描述均應涵蓋任何的-熱致動技術，對於熱接形 樑的所有描&應涵蓋—或多個熱拱形#，對於一支撑部的 所有描述則應涵蓋可支撑一或多個熱拱形樑之一或多 撑部。 最後，圖中以交叉影線代表固定支撑部，以實心黑色表 示可移式結構。亦利用細箭頭代表較小位移，纟用粗箭頭 代表車又大位私’以顯不相對位移的範圍。亦瞭解：微機電 致動器的這些實施例係整合在—下方基材（較佳爲譬如石夕半 導體基材等微電子基材）上。 現在參照圖1A，顯示根據本發明的微機電致動器實施例 :這些微機電致動器由於具有Η型體部且使用熱拱形樑所 以可稱爲’’ Η _ ΤΑΒ”致動器。如圖i Α所示，Η型體部包裝一 對相對的腳以及-交叉構件，其中各腳包括―或^固熱棋 形樑110及120，而交叉構件含有複數個獨立活動的機械啓 動式拱形樑150a及150b。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------~_裝 C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I ϋ ϋ ^^、a n ϋ ·ϋ ϋ ·ϋ n - -. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印划衣 508415 A7

具fa而5，參照圖1 A，微機電致動器的這些實施例包括 :一基材1〇〇 ; 一第一對相隔的支撑部130a及130b，其位於 基材100上；至少一個第一熱拱形樑110,其在相隔的支撑 部130a及130b之間延伸並在施熱時於位移箭頭以⑽所示的第 一方向中進一步拱起沿基材移動。提供一第二對相隔的支 撑部MOaKUOb，且至少一個第二熱拱形樑12〇係在第二相 隔的支撑部14如及140b之間延伸並在施熱時於位移箭頭 180b所示與第-方向相反的一第二方向中進一步棋起沿基 材100移動。複數個被驅動拱形樑（此處爲兩個被驅動拱形 樑150a及150b)係耦合至第一及第-二熱拱形樑i職12〇。特 別是，譬如利用各別的耦接器16如及16讥將被驅動拱形樑 150a及15Qb的各別端部槁合至一各別的熱拱形樑11◦及12〇之 各別中y| 4。一各別的被驅動拱形樑15如及15〇b亦包括 位於端部之間的一中介部處之一各別的受致動元件170a及 170b。纟別的$致動凡件⑺认分別機械性柄合 至相關的被驅動拱形樑15〇a&15〇b以隨之移動。一各別的 又致動兀件17Ga及17Gb係從其餘的被驅動拱形樑機械性退 秦写以獨立地移動。 因此，如圖1A所示，當加熱一或兩個熱棋形操ιι〇及12〇 時，被驅動拱形樑15〇3及1501?的端部擠壓在—起，藉以增 =被驅動拱形樑的拱起。第一或第二反方向中分別:位^ 箭頭180a及/或職所*之較少量的位移將可造成受致動元 在第三反方向中具有與位移箭頭廳及 1_所π的第一或第二方向呈正交之位移箭頭⑽认隱 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -n n - 12 -

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 508415 A7 五、發明說明（10 ) 所示的較大移動。因此可獲得機械利益，且可提供更廣的 位移範圍。 、 疋如圖1 A所示，-溝道1G5可選擇性設置於至少—個被 驅動拱形樑⑽及⑽下方的基材⑽中，溝道可降低至少 ^個被驅動拱形樑與基材之間的靜摩擦力。亦可將—溝道 設置於熱拱形樑18Ga&/或·下方以降低靜摩擦力及/或可 用以隔熱。選擇性溝道105亦顯示於圖16中。雖然亦可包括 在下述的其他實施例中，圖中爲簡單起見並未顯示。 、再參照圖1Α，在Η-ΤΑΒ的幾何構造中，可朝向彼此致動 (側TAB致動器11〇及12〇可在加.熱時提供足夠力量來壓縮 中心拱形樑150，並造成附接至中心樑的受致動元件17〇產 生顯著撓曲。因此該裝置可描述爲一種改變機械利益之機 構。特別可將側致動器11〇/12〇之較大力量及小的位移致動 轉換成中心樑150之較低力量及較大的位移致動。可在這些 致動器的石夕基版本中施加〇.5瓦特功率來達成1〇〇微米的位 移。 礞 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 圖1 B顯示各別的被驅動拱形樑中僅有一個端部受到一熱 拱形樑所驅動4其他實施例。因此提供τ _ tab幾何構造， 其中Τ型體部的腳包括複數個機械啓動式拱形樑15如及15讥 ，型體部的交又構件包括至少一個熱拱形樑u〇。具體 而。，煞拱形樑1 10係在相隔的支撑部13〇3及13〇b之間於一 基材100上延伸，以在熱致動時沿著位移箭頭i 8〇a所示之方 向私動。熱拱形樑11 〇之中介部譬如利用一個耦接器i 6 〇 a 耦合至被驅動拱形樑150a&15〇b的一端部，被驅動拱形樑 本紙張尺度適財關家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公髮 -13- 508415 A7

五、發明說明（”） 150a及150b的另一端則由至少一個錨固部14〇所固定錨接。 多重被驅動拱形樑150a及150b分別包括受致動元件17如及 170b。如圖所不，當熱拱形樑11〇的中介部在箭頭18如所示 的一位移方向移動時，受致動元件1 7〇 a及丨7〇b分別如箭頭 190a及190b所示在一位移方向移動。可如位移箭頭19如及 190b所示獲得一種機械利益。 圖1 B的實施例可視爲圖1 a所示的η - T AB致動器之一種單 側版本並可稱爲T-TAB。T-TAB可如同H-TAB般地運作， 但可能具有不同的動力/位移效能特徵。該裝置亦可具有比 圖1 A的Η - TAB更小的足跡。圖1 A及1 B的一種應用可造成 耦合至各別的被驅動樑15〇a及i5〇b之兩個受致動元件17〇a& 170b朝向彼此致動並互相接觸，藉以提供一種開關。亦可 預見多種其他的應用。 圖2 A顯示微機電致動器之其他實施例，其中第一及第二 被驅動拱形樑250a及250b進一步拱起在反方向290a& 29〇b中 互相遠離，所以回應於在一基材2〇〇上於相隔的支撑部23〇a 、23〇b與240a、240b之間延伸之第一及第二熱拱形樑21〇及 220而使得受致動元件270a及270b移動彼此遠離。熱拱形樑 210及220係在位移箭頭280a及280b所示的方向中朝向彼此致 動。 - 圖2 B顯示類似的實施例，其中利用至少一個熱棋形樣 210來编合至被驅動棋形揉250a及250b的一端，被驅動梹形 樑250a及250b的另一端由一固定錨固部240所固定。 圖3 A顯示其他實施例，其中第一及第二被驅動拱形樑 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -1 --裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508415 A7 B7 五、發明說明（12) 350a及350b係在一基材300上成對的相隔的支撑部330a、 33Ob與340a、340b之間所延伸的第一熱拱形樑310與第二熱 拱形樑320之間互相平行延伸。因此回應於第一及第二熱拱 形樑310與320在位移箭頭38〇a及380b所示的第一及第二反方 向中之致動，而在位移箭頭390a及390b所示的同方向中致 動第一及第二被驅動拱形樑。當被驅動拱形樑具有相同尺 寸及範圍時，受致動元件370a及370b可與基材相對移動， 但並未相對彼此移動。圖3 A的實施例可用於並聯的接腳（譬 如微繼電器或其他應用中之並聯的電流墊）。可預見其他多 種應用，多重受致動元件可具有光學遮板及/或電性繼電器 技術之多種應用。 圖3 B顯示類似圖3 A的實施例，差異在於第一及第二被驅 動拱形樑350a及350b僅在一端受到驅動，並以一固定錯固 部340將另一端保持固定。 現在參照圖4 A，其中顯示根據本發明之微機電致動器的 其他替代性實施例，圖4 A可與圖1 A - 3 A相對照’因爲藉由 熱拱形樑的進一步拱起而將被驅動拱形樑的端部拉開，藉 以使得被驅動拱形樑減少拱起。特別如圖4A所示，第一及 第二熱拱形樑410及420分別在位移箭頭480a及480b所示的反 方向中拱起並在一基材400上於第一及第二對相隔的支撑部 430a、43 0及440a、440b之間延伸。因此，熱拱形樑410及 420的啓動可使得熱拱形樑在位移箭頭480a及480b所示的反 方向中進一步拱起互相遠離，而造成被驅動樑450a及450b 減少拱起，藉以使得受致動元件470a及470b在位移箭頭490a -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公髮） I V----------裝---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------#. A7 B7 1、發明說明（ 及490b所示方向中產生位移。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 已知圖4 A係頌示兩個被驅動棋形樑45〇&及450b以類似圖 J A方式互相平行延伸之實施例。但是，被驅動拱形樑45如 及450b亦可以類似圖1 A的方式朝向彼此拱起、或以類似圖 2 A的方式遠離彼此拱起。 圖4B顯示類似的T-TAB致動器，差異在於：被驅動拱形 板450a及450b在一 ^受到驅動’並以一雜固部440在另一端 保持固定。已知與圖4A相類似，亦提供可與圖ib_3b相對 照之被驅動拱形樑的實施例。 圖5顯示本發明致動器之其他實施例，其中配置有兩側 TAB致動器以在同方向中加以致動。因此，至少一個第一 熱拱形樑510係在一基材500上於相隔的支撑部53〇a&53〇b之 間延伸，並在施熱時如圖5左方所示在第一方向58〇a中進一 步拱起。至少一個第二熱拱形樑520係在基材500上於第二 相隔的支撑部540a及540b之間延伸，且亦如圖5左方位移箭 頭5 80b所示在第一方向中進一步拱起。第一及第二被驅動 拱形樑550a及550b係在第一及第二熱拱形樑51〇及52〇之間延 伸。如圖5所示，可藉由單一的受致動元件570將被驅動拱 形樣輕合在一起。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 圖5的實施例可具有多種應用，譬如可獨立使用第一（左 侧）熱拱形樑510以在圖5往下位移箭頭590b所示方向中將被 驅動樑加以致動。並且，可使用第二（右側）熱拱形樑52〇在 圖5往上反向590b的位移方向590a中將第一及第二被驅動樑 加以獨立地致動。因此可提供一種雙向致動器。其他應用 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508415 A7 --- ^ ________B7 -__ 五、發明說明（14 ) 可利用下列事實：當第一及第二熱拱形樑510及520均受到 啓動時，中心樑在方向590a及590b中並未顯著致動（雖然可 能在方向580a具有部份平移）。這描述了一種，，排他性或者 (EXCLUSIVE OR)”型的邏輯表現，其中當受到第一熱拱形 樑51〇或第二熱拱形樑52〇(但並非兩者）所致動時，受致動 元件570僅將在致動方向中移動。藉以提供一種基於拱形樑 陣列的機電邏輯閘技術，此等邏輯機構可具有優於傳統邏 輯電路之優點，已知圖！/^、2A、3A、4八的實施例中可能 僅有一個熱拱形樑受到驅動，或其他樑可同時受到驅動。 圖5的其他實施例可如同早先實-施例所描述般地提供互相 耦合、朝向彼此延伸及/或遠離彼此延伸之第一及第二被驅 動拱形樑550a及550b。被驅動拱形樑的這些構造可提供更 複雜的邏輯功能或其他應用。 圖6A及6B顯示其他實施例，其中第一及第二相隔的熱拱 形樑致動器之被驅動拱形樑本身係由另一拱形樑耦合在一 起。可利用這些級聯式構造來獲得極大的位移或獲得改良 的效能性質（譬如較低的使用功率）。 特別請參照圖6A，一第一被驅動拱形樑65〇係在其端點受 到在一基材600上之相隔的支撑部63〇a、63〇13與64〇a、64沘 心間延伸的第一及第二，拱形樑610及620所驅動。第一及 第一熱棋开》棣610及620在位移箭頭68〇&及68仙所示方向中的 拱起將會擠壓被驅動拱形樑650a及65〇b的端點，導致受致 動元件675a及675b在位移箭頭690a及690b所示方向中產生位 移。此種結構具有一種鏡像，其中包括第三及第四熱拱形 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） »I--------—裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508415 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（15 ) 樑610’及620’，及一第二被驅動拱形樑650，，其相對應之元 件係另以” 1 "號表示，至少一第三被驅動拱形樑675係耦合 在第一及第二被驅動拱形樑650與650,之間。具體而言，第 三被驅動拱形樑675的端點係耦合在第一及第二熱拱形樑 650與650,的中介部之間。在第一、第二、第三及第四熱拱 形樑610、620、610'及6201致動時，第三被驅動拱形樑650a 及650b的端點可能因爲第一及第二被驅動拱形樑650及650, 提供的位移幅度而受到大幅擠壓，藉以使得接腳670在箭頭 695所示方向產生大的位移。已知可利用任何上述實施例來 實施圖6 A的各個致動器，亦可利用任何上述實施例來實施 第三被驅動拱形樑675a及675b。亦知並不需要同時致動所 有的熱拱形樑610、620、610•及620·。 圖6B類似圖6A ’差異在於描述一種在一端受到一 H-T AB 致動器所驅動之第三被驅動拱形樑，第三被驅動拱形樑675 的另一端則由一錨固部640所固定。 圖7A顯示可形成一可變光學衰減器（VO A)及/或一光學開 關（二元光學衰減器）之本發明的實施例。圖7 A顯示一種Η -TAB VOA，其包括位於一基材700上的第一相隔的支撑部 730a與730b之間的至少一個第一熱拱形樑710，以及位於一 基材7 0 0上的弟—相隔的支撑部7 4 0 a與74 0b之間的至少一個 第二熱拱形樑720。譬如利用耦接器760a及760b將至少一個 被驅動拱形樑750耦合在第一及第二熱拱形樑710與720之間 。當第一及第二熱拱形棣710及72〇如位移箭頭780a及780b所 示朝向彼此位移時，至少一個被驅動拱形樑750將在方向 790中移動。 -18 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 裝 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508415 16 A7 B7 五、發明說明（ 圖7A中，顯示以一個耦接器770將兩個熱拱形樑750耦合 在一起。一個葉片775係附接至耦接器770，已知葉片775及 耦接器770可形成一種整體結構。葉片775的方向可選擇性 覆蓋住一光纖778中通過基材700而譬如與基材面呈正交或 呈歪斜角度之一端。在方向790中位移時，可提供通過光纖 778的光學輻射之可變或二元光學衰減。因此可提供具有高 精確度、低功率及/或小足跡之VO A，亦知葉片775與耦接 器770在方向790的反方向位移時可提供衰減作用。 圖7B顯示類似的T - TAB VOA的實施例，其中採用一固定 支撑部740而非第二熱拱形樑。— 圖8 A及8B分別顯示H-TAB VOA及T-TAB VOA的其他實施 例，這些實施例中，光纖的兩端878a及878b沿著基材800延 伸，且整合的葉片/耦接器770可將通過光纖端點878a及878b 的光學輻射予以選擇性衰減。亦知可利用本文揭示的所有 其他實施例來對於一或多個光纖提供VOA。 現在參照圖9 A及9 B，其中顯示根據本發明之Η - TAB及 T_TAB致動器的其他實施例。這些致動器與早先白勺實施例 不同，可提供"平面外π致動，其中被驅動樑在不與基材平 行的方向中棋起。被驅動樑包括相對彼此移動之端部，以 回應於熱拱形樑的進一步拱起而讓被驅動樑在不與基材平 行的方向中拱起，以將被驅動樑移向基材或遠離基材。 具體而言，如圖9 Α所示，第一及第二熱拱形樑910及920 係包括在一基材900上、並由第一及第二對的相隔的支撑部 930a、930b與940a、940b所支撑以在位移箭頭980a及980b所 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項縐 ί裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印？衣 JV/C31 丄 J A7 B7 五、發明說明（17 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ 勺位私方向中致動。譬如利用耦接器妁⑽及外卟—=(譬如被驅動棋形樣-她第-及第二熱棋形: 2〇如圖9八所不，從上方觀看時，被驅動樑950較佳 ji、形；k 910及920更寬，所以不會促進沿著基材的接起 —^且如了述’被驅動樑95〇較佳爲細剖㊆狀，而如位 UG所不促使其拱起至基材平面外。圖顯示一種類 似的Τ-ΤΑΒ構造，其使用_種固定的支撑部94〇而非妖 拱形樑920。 一…、 圖1〇A_1〇C爲沿著線1〇-1〇'所取之圖9Α的剖視圖 顯示被驅動樑950拱起到基材9〇〇乎面外。 現在參照圖1〇A，基材900包裝一光學溝道9〇5,以降低靜 摩擦力且可對於平面外拱形樑95G提供間隙。如圖1〇A所示 ，被驅動拱形樑950相對於熱拱形樑91()及92()具有細剖面， 故可如圖示在位移方向99〇中產生位移。 圖10A顯示可由-連續的被驅動拱形操95〇所產生的棋起 。相反地’ ϋΙΟΒ顯示可能由—階狀拱形樑所產生的棋起， 階狀拱形樑包括-對端段95〇a及9通、以及與端段95〇a及 950b呈偏移之—中，讀9价。若中讀9他在端段咖及 95〇b下方偏移，則可產生朝向基材9〇〇的拱起。 圖1〇顯示另-項實施例，其中㈣器96〇與—直線樣情 的組合可藉由將樑偏壓而在圖示位移方向99〇拱起，以提供 一種拱形樑的相等物。 亦知可提供多重的被驅動拱形樑95〇，其在上述圖所 述的同方向或反方向中拱起。並亦可提供圖7及8所揭露之 其中 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝 訂 #· 20-

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 五、發明說明（18， 類似的平面外可變来與 示拱起時係盘基材呈:咸器。最後請注意：雖然圖中顯 角度提供梹起。又狀，但可以對於基材的任何歪斜 jllA描述根據本發明之微機電致動器的其他實施例，這 ^ 〗中知種較大位移及較小力量的TAB致動器轉 f至少—個被驅動拱形樑中之較大力量及較小位移口。因 較於圖i·10，可將被驅動拱形樑的機制益予以轉換。 特別參圖11A，至少一個熱拱形樑J J 1〇係在一基材i⑽ 上〈相隔的支撑邵⑴如及⑴⑽之間延伸。熱拱形樑⑴〇的 致動和造成中介邵在位移箭頭i刚所示之第一方向中移動 。譬如利用一耦接器116〇將熱拱形樑111〇耦合至一被驅動 八》板1150的中介郅。因此在致動時，被驅動拱形樑 1150的端邵係驅抵住一對的固定支撑部ii92a、119沘並在位 私前頭1190a及1190b所示方向中沿著固定的支撑部U92a、 1192b滑動。 圖11A的微機電致動器可實施爲一種”短路桿"微繼電器。 這些應用中，可利用熱拱形樑111〇在一被驅動拱形樑n5〇 端點處將接腳1170a及/或1170b驅入一對固定接腳i192a及 1192b，可在訊號墊1194a、1194b處將訊號施加至該對固定 接腳1192a及1192b。位於被驅動拱形樑π50端點處之接腳 1170a及1170b係受到驅動而抵住剛性接腳1192a及1192b，然 後沿著各別方向1190a及1190b在剛性接腳1192a及1192b滑動 。故可將熱拱形樑1110的較大位移轉換成接腳1170a及1170b 與固定接腳1192a及1192b之間的兩個接觸點處之較大力量。 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 -----訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508415 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（19 ) 可採用一機械制動器1196來防止被驅動拱形樑產生貫穿趣 曲（snap-through buckling) 〇 圖1 1 B顯示其他實施例，其中熱拱形樑j丨〗〇的進一步拱 起將導致被驅動拱形樑1150的端點在方向1190a，與〗丨90b， 中移向彼此。相似的元件以，表示，可預見具有多種其他的 實施例。 根據本發明的微機電致動器實施例可具有多種使用方式 。可預見具有光學應用，譬如使用H-TAB致動器來驅動可 變光學衰減器及/或光學交互連接開關裝置。亦可提供電性 及/或射頻應用，譬如使用H-TAB致動器來驅動微繼電器或 可變電容器/電感器。可提供一種調溫器，其中熱拱形樑可 在加熱時因爲微機電致動器周遭環境的環境熱量而進一步 拱起。可提供其他應用，譬如在微流體性控制或微氣力性 控制中使用這些致動器陣列。因此，可將一或多個被驅動 樑耦合至其他元件，譬如繼電器接腳、光學衰減器、可變 電路元件（如電阻器及電容器）、閥及電路斷路器。亦可= 供使用級聯式熱及機械性拱形樑之許多其他構造及應用來 改變機械利益。 “ 圖式及説明書中，已經揭露本發明之典型的較佳實施例 ，雖然採用特定的名稱，但其僅爲一般描述性質而非限制 性質，本發明的範圍係由申請專利範圍所界定。 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（21G X 297公£" ^9 Μ--------^---------. (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) -22-

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 g ------- D8 _ 、中請專利範圍 ~ ^- 1* —種微機電致動器，其包含： 一基材（100);及 致動器’其k於該基材上且包括在該致動器作動時 將沿著該基材移動之一個驅動樑（i〗0); 其特徵爲： 複數個被驅動拱形樑（150)係耦合至驅動樑，一各別的 被驅動拱形樑包括相對彼此移動之端部，以回應於該驅 動樑沿著該基材的移動而改變各別的被驅動拱形樑的拱 起’一各別的被驅動拱形樑亦包括位於端部之間的一中 介部上之一各別的受致動元件_(170),其中一各別的受致 動元件係機械性耦合至相關的被驅動拱形樑以隨之移動 ，並從其餘的被驅動拱形樑機械性退耦以獨立地移動。 2 .如申請專利範圍第1項之微機電致動器，其進一步特徵 爲：複數個被驅動拱形樑係包括互相平行延伸之第一及 第二被驅動拱形樑（350a，35〇b)，故藉由該驅動樑的移動 而使得機械性耦合至該等第一及第二被驅動拱形樑之受致 動元件（370a，370b)在相同方向（390a，390b)中移動。 J .如申請專利範圍第1項之微機電致動器，其進一步特徵 爲：複數個被驅動拱形樑係包括互相拱起離開之第一及 第二被驅動拱形樑（250a，250b)，故藉由該驅動樑的移動 而使得機械性耦合至該等第一及第二被驅動拱形樑之受 致動元件（270a，270b)在相反方向（290a，290b)中移動。 4 .如申請專利範圍第1項之微機電致動器，其進一步特徵 爲：複數個被驅動拱形樑係包括朝向彼此拱起之第一及 -23- 本纸張尺度適用巾關家鮮(CNS)A4 (210 x 297 ) --------訂—.—線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印别衣 §88 C8 ~' "—--~ -21^____ 六、申請專利範圍 第二被驅動拱形樑（15〇a，l5〇b)，故藉由該驅動樑的移 動而使得機械性耦合至該等第一及第二被驅動拱形樑之受 動元件（170a’ 170b)在相反方向（i90a，190b)中移動。 如申μ專利範圍第i、2、3或4項之微機電致動器，其 進步特徵爲：位於至少一個複數個被驅動拱形樑下方 勺土材中之個溝道（105)，藉以降低該至少一個被驅動 拱形樑與該基材之間的靜摩擦力。 如申叫專利範圍第1、2、3或4項之微機電致動器，其 進步特欲爲：該至少一個被驅動拱形樑在不與該基材 平行之一方向中拱起。 - 7 · 一微機電致動器，其包括： 一基材（1100);及 致動咨’其位於該基材上且包括在該致動器作動時 沿著該基材移動之一個驅動樑G丨10); 其特徵爲·· 一個被驅動拱形樑（1150)係包括位於端部之間之一中 J 4 ’该中介邵搞合至該驅動樑，該被驅動拱形樑的端 部係相對彼此移動，以回應於該驅動樑沿著該基材的移 動而改變該被驅動拱形樑的拱起。 8 ·如申請專利範圍第7項之微機電致動器，其進一步特徵 爲··第一及第二固定支撑部（1192a，1192b)係位於該基材 上，且其中該被驅動拱形樑的端部係驅抵住各別的固定 支撑邵並回應於該驅動樑的移動而沿著該等固定支撑呷 滑動。 -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂---------^91. B8

   508415 /、、申睛專利範圍 y · 一微機電致動器，其包括： 一基材（700);及 一致動器，其位於該基材上且包括在該致動器作動時 沿著該基材移動之一個驅動樑（71 〇); 其特徵爲： 一被驅動樑（750)係耦合至該驅動樑，該被驅動樑包括 相對彼此移動且回應於該驅動樑的移動而沿著該基材移 動該被驅動樑之端部；及 一光學衰減器（775)，其镇合至該被驅動樑且回應於該 被驅動樑沿著該基材的移動而移入該基材上之一光徑 (778)中，使得該光學衰減器阻擋住該光徑中之至少一部 份的光學輕射。 1 0 .如申請專利範圍第9項之微機電致動器，其中該致動器 爲一第一致動器，其中該驅動樑爲一第一驅動樑，該微 機電致動器的進一步特徵爲： 一第二致動器，其位於該基材上且包括在該第二致動 咨作動時將沿著該基材移動之一第二驅動樑； 一第二被驅動樑，其耦合至該第二驅動樑且在該第二 致動器作動時將沿著該基材移動；及 一第三被驅動樑，其耦合至該等第一及第二被驅動樑 ’该第三被驅動樑包括端部，該等端部係相對彼此移動 以回應於該等第一及第二被驅動樑的移動而改變該第三 被驅動樑的棋起； 其中孩光學衰減器係耦合至該第三被驅動樑，且回應 -25- 本紙張尺度刺巾關家鮮（CNS)A4祕⑵0^7公爱） --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508415 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 於該第三被驅動拱形樑沿著該基材的移動而移入該基材 上之一光徑中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局t工消費合作社印制衣 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）