TWI680097B - 具可調整彈簧的微機電裝置 - Google Patents

Abstract

一種具可調整彈簧的微機電裝置，其包含一中央部、一外圍部及至少一彈簧。外圍部環繞中央部，且與中央部相間隔。彈簧包括一外圍段、一外延伸段及一中央段。外圍段連接外延伸段。外延伸段之單位溫度熱膨脹量大於外圍段之單位溫度熱膨脹量或大於中央段之單位溫度熱膨脹量。

Description

具可調整彈簧的微機電裝置

本發明係關於一種具可調整彈簧的微機電裝置，特別是關於一種減低熱應力之影響的具可調整彈簧的微機電裝置。

在利用微機電感測器進行感測時，為了準確量測待測物的特性（例如特定氣體的濃度），會使用可將微機電感測器加熱至特定操作溫度的技術。

然而，當微機電感測器受熱而升溫時，微機電感測器會受熱膨脹，因而導致微機電感測器之感測區產生非預期的變形或翹曲。

當微機電感測器產生非預期地變形時，會降低微機電感測器之感測準確度。若微機電感測器產生過度的變形，會導致微機電感測器的結構產生破壞，而使微機電感測器的可靠度降低。

有鑑於以上的問題，本發明提出一種具可調整彈簧的微機電裝置，藉由減低熱應力之影響，以避免過度變形，進而提升具可調整彈簧的微機電裝置的可靠度與量測準確度。

本發明之一實施例提出一種具可調整彈簧的微機電裝置，其包含一中央部、一加熱器、一外圍部及至少一彈簧。中央部包含一質心。加熱器設置於中央部。外圍部環繞中央部，且與中央部相間隔。彈簧包括一中央段、一外圍段、一外延伸段及一內連接元件。中央段沿通過質心的一軸線延伸。中央段具有一內端及一外端，且中央段的內端連接中央部。外圍段沿平行於軸線的方向延伸。外圍段具有一內端及一外端，且外圍段的外端連接外圍部。外延伸段具有一內端及一外端。內連接元件分別連接外圍段的內端及外延伸段的內端。外延伸段之單位溫度熱膨脹量大於外圍段之單位溫度熱膨脹量或大於中央段之單位溫度熱膨脹量。

根據本發明之一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置，在具可調整彈簧的微機電裝置因升溫而熱膨脹時，彈簧擠壓中央部的熱膨脹量可表示成：外圍段的長軸熱膨脹量－外延伸段的長軸熱膨脹量＋中央段的長軸熱膨脹量。由於外延伸段之單位溫度熱膨脹量大於外圍段之單位溫度熱膨脹量或大於中央段之單位溫度熱膨脹量，故外延伸段的長軸熱膨脹量會大於外圍段的長軸熱膨脹量，或大於中央段的長軸熱膨脹量。因此，可減小彈簧擠壓中央部的熱膨脹量，減緩彈簧擠壓中央部的情形，使中央部不易在熱膨脹時受彈簧的擠壓而過度變形，進而提升具可調整彈簧的微機電裝置的可靠度與量測準確度。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之實施例之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領域中具通常知識者了解本發明之實施例之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何本領域中具通常知識者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

於本說明書之所謂的示意圖中，由於用以說明而可有其尺寸、比例及角度等較為誇張的情形，但並非用以限定本發明。於未違背本發明要旨的情況下能夠有各種變更。實施例及圖式之描述中所提及之上下前後方位為用以說明，而並非用以限定本發明。

請參照圖1、圖2及圖3。圖1繪示依照本發明之一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置之立體示意圖。圖2繪示依照圖1之具可調整彈簧的微機電裝置之俯視示意圖。圖3繪示依照圖2之沿I－I’剖面之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。

如圖1所示，於本實施例中，具可調整彈簧的微機電裝置1包含中央部11、外圍部12、第一彈簧131、第二彈簧132及底座14。具可調整彈簧的微機電裝置1可為氣體感測器或其他具有加熱器的感測器，本發明在此不加以限制。具可調整彈簧的微機電裝置1的底座14可以是矽基底、絕緣體上矽（SOI）基底、藍寶石上矽（SOS）基底或玻璃上矽（SOG）基底。在一實施例中，底座14包含矽基底。

外圍部12環繞中央部11，且與中央部11相間隔。外圍部12的形狀為環形。中央部11可包含用以進行感測的感測材料層。加熱器（圖未繪示）可設置於中央部11。加熱器可埋設於中央部11之內，但不以此為限。加熱器亦可設置於中央部11之表面上。第一彈簧131連接中央部11及外圍部12，第二彈簧132亦連接中央部11及外圍部12。第一彈簧131與第二彈簧132是以中央部11的質心C1為對稱中心，點對稱地連接中央部11及外圍部12。外圍部12固設於底座14。底座14具有腔孔140。中央部11經由第一彈簧131及第二彈簧132連接而懸掛於腔孔140之上。

如圖2所示，中央部11之形狀可為圓形，但本揭露不以此為限。於其他實施例中，中央部11之形狀亦可為矩形或其他形狀。

此外，如圖1及圖2所示，於本實施例中，第一彈簧131包含外圍段131a、外延伸段1311、中央段131b、外連接元件13101及內連接元件13102。第二彈簧132與第一彈簧131相似。以下主要以描述第一彈簧131的細節為主，第二彈簧132具有與第一彈簧131相似的配置與特性，故不贅述第二彈簧132的細節。

外圍段131a具有一外端131a1與一內端131a2。外圍段131a自外圍部12沿第一軸向X1（平行於自點P2往質心C1的方向）延伸。外圍段131a的外端131a1與外圍部12相連於點P1。外延伸段1311具有一外端13111與一內端13112。內連接元件13102連接外圍段131a的內端131a2及外延伸段1311的內端13112。中央段131b具有一外端131b1與一內端131b2。中央段131b自中央部11沿第二軸向X2（由質心C1往點P2的方向）延伸。中央段131b的內端131b2與中央部11相連於點P2。外連接元件13101連接中央段131b的外端131b1及外延伸段1311的外端13111。穿過點P2與中央部11之質心C1的軸線LC1實質上平行於第一軸向X1及第二軸向X2。第一軸向X1及第二軸向X2彼此平行且方向相反。穿過點P1與點P2的直線LP1與軸線LC1的夾角θ1呈銳角。

外延伸段1311之單位溫度熱膨脹量大於外圍段131a之單位溫度熱膨脹量或大於中央段131b之單位溫度熱膨脹量。在其他實施例中，為了更降低中央部11承受的熱應力，可使外延伸段1311之單位溫度熱膨脹量大於外圍段131a之單位溫度熱膨脹量且大於中央段131b之單位溫度熱膨脹量。

在本揭露中，長軸熱膨脹量可定義為：元件在長邊方向上，因溫度上升而產生的伸長量，其與溫度上升的溫差呈正相關。單位溫度熱膨脹量可定義為：元件在長邊方向上，因溫度上升一單位溫度產生的伸長量，其與元件在長邊方向上的長度呈正相關，且與元件在長邊方向上的等效熱膨脹係數呈正相關。

在本揭露中，等效熱膨脹係數可定義為：在溫度上升一單位溫度時，元件在一軸向上所產生的整體變形量與元件在一軸向上之長度的比值。若元件由多種材料形成，則等效熱膨脹係數通常可藉由加權各種材料之熱膨脹係數來求得。若元件由單一材料形成時，則等效熱膨脹係數為此單一材料的熱膨脹係數。

於本實施例中，外延伸段1311之等效熱膨脹係數α2大於外圍段131a之等效熱膨脹係數α1或大於中央段131b之等效熱膨脹係數α3。在其他實施例中，為了更降低中央部11承受的熱應力，可使外延伸段1311之等效熱膨脹係數α2大於外圍段131a之等效熱膨脹係數α1且大於中央段131b之等效熱膨脹係數α3。

具可調整彈簧的微機電裝置1因加熱器加熱而膨脹時，第一彈簧131沿第一軸向X1方向擠壓中央部11的熱膨脹量（ΔL）可表示成：「外圍段131a的長軸熱膨脹量」減去「外延伸段1311的長軸熱膨脹量」加上「中央段131b的長軸熱膨脹量」。換言之，ΔL＝（L1×α1×ΔT）－（L2×α2×ΔT）＋（L3×α3×ΔT），其中L1表示外圍段131a在第一軸向X1方向上的長度，L2表示外延伸段1311在第一軸向X1方向上的長度，L3表示中央段131b在第一軸向X1方向上的長度。ΔT表示升溫的溫差。

外圍段131a之單位溫度熱膨脹量是（L1×α1）。外延伸段1311之單位溫度熱膨脹量是（L2×α2）。中央段131b之單位溫度熱膨脹量是（L3×α3）。

由於外延伸段1311之單位溫度熱膨脹量大於外圍段131a或大於中央段131b之單位溫度熱膨脹量，故（L2×α2×ΔT）＞（L1×α1×ΔT）或（L2×α2×ΔT）＞（L3×α3×ΔT）。由於外延伸段1311受熱後，會在第二軸向X2方向上產生熱膨脹量，因而可減小第一彈簧131沿第一軸向X1方向擠壓中央部11的熱膨脹量（ΔL）。相同地，第二彈簧132亦可降低中央部11的熱膨脹量（ΔL）。中央部11的熱膨脹量（ΔL）降低後，可防止中央部11產生過度的變形或過度的翹曲因而可提升具可調整彈簧的微機電裝置1的可靠度與量測準確度。

如圖3所示，第一彈簧131包括基礎層100及調整層101、102、103。基礎層100可為半導體材料，包括矽。調整層設置在基礎層上。在一些實施例中，調整層可包括二氧化矽、氮化矽、氮氧化物、碳化矽、氮化鉿、氧化鋯。第一彈簧131的中央段131b包含基礎層100及調整層103。第一彈簧131的外延伸段1311包含基礎層100及調整層102。第一彈簧131的外圍段131a包含基礎層100及調整層101。在本實施例中，調整層102的熱膨脹係數大於調整層101的熱膨脹係數或大於調整層103的熱膨脹係數。在其他實施例中，為了更降低中央部11承受的熱應力，可使調整層102的熱膨脹係數大於調整層101的熱膨脹係數且大於調整層103的熱膨脹係數。

外圍段131a的調整層101相對於外圍段131a的基礎層100之體積比為第一體積比（V1）。外延伸段1311的調整層102相對於外延伸段1311的基礎層100之體積比為第二體積比（V2）。中央段131b的調整層103相對於中央段131b的基礎層100之體積比為第三體積比（V3）。

本實施例中，第二體積比（V2）等於第一體積比（V1）且第二體積比（V2）等於第三體積比（V3）。因此，外延伸段1311之等效熱膨脹係數大於外圍段131a之等效熱膨脹係數，或外延伸段1311之等效熱膨脹係數大於中央段131b之等效熱膨脹係數。當彈簧131受熱膨脹時，外延伸段1311在第二軸向X2方向上的熱膨脹量大於外圍段131a在第一軸向X1方向上的熱膨脹量，或外延伸段1311在第二軸向X2方向上的熱膨脹量大於中央段131b在第一軸向X1方向上的熱膨脹量。第一彈簧131沿第一軸向X1方向的熱膨脹量（ΔL）因而會下降，進而降低了中央部11的變形量及翹曲量。

在一些實施例中，調整層102的熱膨脹係數等於調整層101的熱膨脹係數且等於調整層103的熱膨脹係數。在這些調整層101、調整層102及調整層103都是相同的材料的實施例中，可使第二體積比（V2）不等於第一體積比（V1）且使第二體積比（V2）不等於第三體積比（V3）。如此，便能適當調整外延伸段1311之等效熱膨脹係數，使得外延伸段1311之等效熱膨脹係數大於外圍段131a之等效熱膨脹係數或大於中央段131b之等效熱膨脹係數。

請參照圖4，繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。於本實施例之具可調整彈簧的微機電裝置1’中，第一彈簧131’包括外圍段131a’、外延伸段1311’及中央段131b’。中央段131b’包含基礎層100及調整層104。外延伸段1311’包含基礎層100及調整層104。外圍段131a’包含基礎層100及調整層104。在本實施例中，調整層104的熱膨脹係數小於基礎層100的熱膨脹係數。

在本實施例中，外圍段131a’的調整層104相對於外圍段131a’的基礎層100之體積比為第一體積比（V1’）。外延伸段1311’的調整層104相對於外延伸段1311’的基礎層100之體積比為第二體積比（V2’）。中央段131b’的調整層104相對於中央段131b’的基礎層100之體積比為第三體積比（V3’）。如圖4所示，第二體積比（V2’）小於第一體積比（V1’）或小於第三體積比（V3’）。這使得外延伸段1311’之等效熱膨脹係數大於外圍段131a’之等效熱膨脹係數或大於中央段131b’之等效熱膨脹係數。如此，第一彈簧131’沿第一軸向X1方向的熱膨脹量（ΔL）會減小，進而降低了中央部的變形量及翹曲量。

在其他實施例中，為了更降低中央部承受的熱應力，可使第二體積比（V2’）小於第一體積比（V1’）且小於第三體積比（V3’）。這使得外延伸段1311’之等效熱膨脹係數大於外圍段131a’之等效熱膨脹係數且大於中央段131b’之等效熱膨脹係數。

請參照圖5，繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。於本實施例之具可調整彈簧的微機電裝置1’’中，調整層104的熱膨脹係數小於基礎層100的熱膨脹係數。第一彈簧131’’的外延伸段1311’’包含基礎層100而不包含調整層104。因此，在本實施例中，外延伸段1311’’的調整層104相對於外延伸段1311’’的基礎層100之第二體積比（V2’’）為零。因此，在本實施例中，第二體積比（V2’’）小於第一體積比（V1’’）且小於第三體積比（V3’’）。如此，第一彈簧131’’沿第一軸向X1方向的熱膨脹量（ΔL）會減小，進而降低了中央部的變形量及翹曲量。

在另一些實施例中，第一彈簧包含基礎層及調整層且調整層的熱膨脹係數大於基礎層的熱膨脹係數。此外，在這些實施例中，第二體積比大於第一體積比或大於第三體積比。在其他實施例中，為了更降低中央部承受的熱應力，可使第二體積比大於第一體積比且大於第三體積比。

請參照圖6，繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。於本實施例之具可調整彈簧的微機電裝置1’’’中，第一彈簧131’’’包括外圍段131a’’’、外延伸段1311’’’及中央段131b’’’。中央段131b’’’包含基礎層100及調整層105。外延伸段1311’’’包含基礎層100及調整層105。外圍段131a’’’包含基礎層100及調整層105。在本實施例中，調整層105的熱膨脹係數大於基礎層100的熱膨脹係數。

在本實施例中，外圍段131a’’’的調整層105相對於外圍段131a’’’的基礎層100之體積比為第一體積比（V1’’’）。外延伸段1311’’’的調整層105相對於外延伸段1311’’’的基礎層100之體積比為第二體積比（V2’’’）。中央段131b’’’的調整層105相對於中央段131b’’’的基礎層100之體積比為第三體積比（V3’’’）。如圖6所示，第二體積比（V2’’’）大於第一體積比（V1’’’）或大於第三體積比（V3’’’）。這使得外延伸段1311’’’之等效熱膨脹係數大於外圍段131a’’’之等效熱膨脹係數或大於中央段131b’’’之等效熱膨脹係數。如此，第一彈簧131’’’沿第一軸向X1方向的整體熱膨脹量（ΔL）會減小，進而降低了中央部的變形量及翹曲量。

在其他實施例中，為了更降低中央部承受的熱應力，可使第二體積比（V2’’’）大於第一體積比（V1’’’）且大於第三體積比（V3’’’）。這使得外延伸段1311’’’之等效熱膨脹係數大於外圍段131a’’’之等效熱膨脹係數且大於中央段131b’’’之等效熱膨脹係數。

請參照圖7，繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。於本實施例之具可調整彈簧的微機電裝置1’’’’中，為了使外延伸段1311’’’’之等效熱膨脹係數更大於外圍段131a’’’’之等效熱膨脹係數，可使外圍段131a’’’’包含基礎層100，但在基礎層100上不設置調整層105。相同地，為了使外延伸段1311’’’’之等效熱膨脹係數更大於中央段131b’’’’之等效熱膨脹係數，可使中央段131b’’’’包含基礎層100，但在中央段131b’’’’的基礎層100上不設置調整層105。換言之，外圍段131a’’’’的調整層105相對於外圍段131a’’’’的基礎層100之第一體積比（V1’’’’）為零。中央段131b’’’’的調整層105相對於中央段131b’’’’的基礎層100之第三體積比（V3’’’’）為零。因此，在本實施例中，第二體積比（V2’’’’）大於第一體積比（V1’’’’）且大於第三體積比（V3’’’’）。如此，第一彈簧131’’’’沿第一軸向X1方向的熱膨脹量（ΔL）會減小，進而降低了中央部的變形量及翹曲量。

請參照圖8A、圖8B及圖9。圖8A繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置之俯視示意圖。圖8B繪示依照圖8A之具可調整彈簧的微機電裝置之放大俯視示意圖。圖9繪示依照圖8A之沿II－II’剖面之具可調整彈簧的微機電裝置之側視剖面示意圖。如圖8A及圖8B所示，在本實施例中，具可調整彈簧的微機電裝置2包含中央部21、外圍部22、第一彈簧231、第二彈簧232、第三彈簧233及第四彈簧234。

第一彈簧231、第二彈簧232、第三彈簧233及第四彈簧234依序沿順時針方向等間距排列，且分別連接中央部21及外圍部22。外圍部22設置於具有一腔孔240的底座上。中央部21經由第一彈簧231、第二彈簧232、第三彈簧233及第四彈簧234連接而懸掛於腔孔240之上。中央部21之形狀可為圓形，但不以此為限，於其他實施例中亦可為矩形或其他形狀。

於本實施例中，第一彈簧231、第二彈簧232、第三彈簧233及第四彈簧234為實質上以質心C2為對稱中心，點對稱地連接中央部21及外圍部。由於第二彈簧232、第三彈簧233及第四彈簧234的結構及特性與第一彈簧231相似，因此以下的說明，僅描述第一彈簧231的細節，而不再贅述第二彈簧232、第三彈簧233及第四彈簧234的細節。

於本實施例中，第一彈簧231包含外圍段231a、外延伸段2311、內延伸段2312、另一外延伸段2313、中央段231b、外連接元件23101、23103及內連接元件23102、23104。

外圍段231a具有一外端231a1與一內端231a2。外圍段231a自外圍部22沿第一軸向X1（平行於自點P4往質心C2的方向）延伸。外圍段231a的外端231a1與外圍部22相連於點P3。外延伸段2311具有一外端23111與一內端23112。內連接元件23102連接外圍段231a的內端231a2及外延伸段2311的內端23112。

內延伸段2312具有一外端23121與一內端23122。外連接元件23101連接外延伸段2311的外端23111及內延伸段2312的外端23121。

另一外延伸段2313具有一外端23131與一內端23132。內連接元件23104連接內延伸段2312的內端23122及外延伸段2313的內端23132。

中央段231b具有一外端231b1與一內端231b2。中央段231b自中央部21沿第二軸向X2（由質心C2往點P4的方向）延伸。中央段231b的內端231b2與中央部21相連於點P4。外連接元件23103連接外延伸段2313的外端23131及中央段231b的外端231b1。穿過點P4與中央部21之質心C2的軸線LC2實質上平行於第一軸向X1及第二軸向X2。第一軸向X1及第二軸向X2彼此平行且方向相反。穿過點P3與點P4的直線LP2與軸線LC2的夾角θ2呈銳角。

為了減少第一彈簧231沿第一軸向X1方向的熱膨脹量（ΔL），可使外延伸段2311、2313之單位溫度熱膨脹量大於外圍段231a之單位溫度熱膨脹量，且使外延伸段2311、2313之單位溫度熱膨脹量亦大於中央段231b之單位溫度熱膨脹量。此外，為了更降低中央部21的變形量及翹曲量，可使外延伸段2311、2313之單位溫度熱膨脹量大於內延伸段2312之單位溫度熱膨脹量。

在一實施例中，第一彈簧231的材質為一種單一材料，例如矽。為了使外延伸段2311、2313之單位溫度熱膨脹量大於外圍段231a之單位溫度熱膨脹量，可使外延伸段2311、2313沿第二軸向X2之長度大於外圍段231a沿第二軸向X2之長度。相同地，也可使外延伸段2311、2313沿第二軸向X2之長度大於中央段231b沿第二軸向X2之長度，進而使外延伸段2311、2313之單位溫度熱膨脹量亦大於中央段231b之單位溫度熱膨脹量。此外，為了更降低中央部21的變形量及翹曲量，可使外延伸段2311、2313沿第二軸向X2之長度大於內延伸段2312沿第二軸向X2之長度。

在另一實施例中，第一彈簧231包含一基礎層與一調整層。基礎層的熱膨脹係數與調整層的熱膨脹係數不同。為了降低中央部21的變形量及翹曲量，可使外延伸段2311、2313的等效熱膨脹係數大於外圍段231a的等效熱膨脹係數且大於中央段231b的等效熱膨脹係數。此外，為了更降低中央部21的變形量及翹曲量，可使外延伸段2311、2313的等效熱膨脹係數大於內延伸段2312的等效熱膨脹係數。以下具體說明外延伸段2311、2313具有較大等效熱膨脹係數的內容。

如圖9所示，第一彈簧231包括基礎層200及調整層201、202、204、205。基礎層200可為半導體材料，包括矽。在一些實施例中，調整層可以設置在基礎層上，調整層可包括二氧化矽、氮化矽、氮氧化物、碳化矽、氮化鉿、氧化鋯。第一彈簧231的中央段231b包含基礎層200及調整層202。第一彈簧231的外延伸段2311、2313包含基礎層200及調整層205。第一彈簧231的內延伸段2312包含基礎層200及調整層204。第一彈簧231的外圍段231a包含基礎層200及調整層201。在本實施例中，調整層205的熱膨脹係數大於調整層201的熱膨脹係數及大於調整層202的熱膨脹係數。此外，調整層205的熱膨脹係數也大於調整層204的熱膨脹係數。在圖9中，因為調整層201、202、204、205相對於基礎層200的體積比皆相同，因此外延伸段2311、2313的等效熱膨脹係數大於外圍段231a的等效熱膨脹係數且大於中央段231b的等效熱膨脹係數。此外，外延伸段2311、2313的等效熱膨脹係數也大於內延伸段2312的等效熱膨脹係數。

請參照圖10，繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。於本實施例之具可調整彈簧的微機電裝置2’中，第一彈簧231’包含一基礎層200與一調整層207。基礎層200的熱膨脹係數與調整層207的熱膨脹係數不同。在本實施例中，調整層207的熱膨脹係數大於基礎層200的熱膨脹係數。第一彈簧231’的中央段231b’包含基礎層200及調整層207。第一彈簧231’的外延伸段2311’、2313’包含基礎層200及調整層207。第一彈簧231’的內延伸段2312’包含基礎層200及調整層207。第一彈簧231’的外圍段231a’包含基礎層200及調整層207。換言之，第一彈簧231’的中央段231b’、外延伸段2311’、2313’、內延伸段2312’、外圍段231a’皆具有相同熱膨脹係數的調整層207。

為了使外延伸段2311’、2313’的等效熱膨脹係數大於外圍段231a’的等效熱膨脹係數且大於中央段231b’的等效熱膨脹係數。可改變調整層207相對於基礎層200的體積比。舉例而言，請參考圖10，外圍段231a’中，調整層207相對基礎層200的體積比可定義為第一體積比（V1）。外延伸段2311’、2313’中，調整層207相對基礎層200的體積比可定義為第二體積比（V2）。中央段231b’中，調整層207相對基礎層200的體積比可定義為第三體積比（V3）。內延伸段2312’中，調整層207相對基礎層200的體積比可定義為第四體積比（V4）。如圖10所示，因為第二體積比（V2）大於第一體積比（V1）且大於第三體積比（V3），所以外延伸段2311’、2313’的等效熱膨脹係數大於外圍段231a’的等效熱膨脹係數且大於中央段231b’的等效熱膨脹係數。此外，因為第二體積比（V2）大於第四體積比（V4），所以外延伸段2311’、2313’的等效熱膨脹係數大於內延伸段2312’的等效熱膨脹係數。如此一來，更有效降低中央部的變形量及翹曲量。

綜上所述，本發明之一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置，可調整彈簧相異各段的單位溫度熱膨脹量，以在溫度上升而膨脹時減少彈簧擠壓中央部的熱膨脹量。因此，可使中央部不易產生過度的變形，進而提升具可調整彈簧的微機電裝置的可靠度與量測準確度。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1、1’、1’’、1’’’、1’’’’、2、2’‧‧‧具可調整彈簧的微機電裝置
100、200‧‧‧基礎層
101、102、103、104、105、201、202、204、205、207 ‧‧‧調整層
11、21‧‧‧中央部
12、22‧‧‧外圍部
131、131’、131’’、131’’’、131’’’’、132、231、231’、232、233、234‧‧‧彈簧
13101、23101、23103‧‧‧外連接元件
13102、23102、23104‧‧‧內連接元件
1311、1311’、1311’’、1311’’’、1311’’’’、2311、2311’、2313、2313’‧‧‧外延伸段
13111、131a1、131b1、2311123121、23131、231a1、231b1‧‧‧外端
13112、131a2、131b2、23112、23122、23132、231a2、231b2‧‧‧內端
131a、131a’、131a’’、131a’’’、131a’’’’、231a、231a’‧‧‧外圍段
131b、131b’、131b’’、131b’’’、131b’’’’、231b、231b’‧‧‧中央段
14‧‧‧底座
140、240‧‧‧腔孔
2312、2312’‧‧‧內延伸段
C1、C2‧‧‧質心
L1、L2、L3‧‧‧長度
LC1、LC2‧‧‧軸線
LP1、LP2‧‧‧直線
P1、P2、P3、P4‧‧‧點
X1‧‧‧第一軸向
X2‧‧‧第二軸向
θ1、θ2‧‧‧夾角

圖1繪示依照本發明之一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置之立體示意圖。
圖2繪示依照圖1之具可調整彈簧的微機電裝置之俯視示意圖。
圖3繪示依照圖2之沿I－I’剖面之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。
圖4繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。
圖5繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。
圖6繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。
圖7繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。
圖8A繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置之俯視示意圖。
圖8B繪示依照圖8A之具可調整彈簧的微機電裝置之放大俯視示意圖。
圖9繪示依照圖8A之沿II－II’剖面之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。
圖10繪示依照本發明之另一實施例之具可調整彈簧的微機電裝置中彈簧之側視剖面示意圖。

Claims (24)

1. 一種具可調整彈簧的微機電裝置，包括：一中央部，包含一質心；一加熱器，設置於該中央部；一外圍部，環繞該中央部，且與該中央部相間隔；以及至少一彈簧，包括：一中央段，沿通過該質心的一軸線延伸，其中該中央段具有一內端及一外端且該中央段的該內端連接該中央部；一外圍段，沿平行於該軸線的方向延伸，其中該外圍段具有一內端及一外端且該外圍段的該外端連接該外圍部；一外延伸段，具有一內端及一外端；以及一內連接元件，分別連接該外圍段的該內端及該外延伸段的該內端；其中該外延伸段之單位溫度熱膨脹量大於該外圍段之單位溫度熱膨脹量或大於該中央段之單位溫度熱膨脹量。
2. 如請求項1所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段之單位溫度熱膨脹量大於該外圍段之單位溫度熱膨脹量且大於該中央段之單位溫度熱膨脹量。
3. 如請求項1所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該至少一彈簧更包括一內延伸段及一外連接元件，該內延伸段具有一內端及一外端，該外連接元件分別連接該外延伸段的該外端及該內延伸段的該外端，該外延伸段之單位溫度熱膨脹量大於該內延伸段之單位溫度熱膨脹量。
4. 如請求項1所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段之等效熱膨脹係數大於該外圍段之等效熱膨脹係數或大於該中央段之等效熱膨脹係數。
5. 如請求項4所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段之等效熱膨脹係數大於該外圍段之等效熱膨脹係數且大於該中央段之等效熱膨脹係數。
6. 如請求項4所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段包括一基礎層及一調整層，該外圍段包括一基礎層及一調整層，該中央段包括一基礎層及一調整層，該外圍段的該調整層相對於該外圍段的該基礎層之體積比定義為第一體積比，該外延伸段的該調整層相對於該外延伸段的該基礎層之體積比定義為第二體積比，該中央段的該調整層相對於該中央段的該基礎層之體積比定義為第三體積比。
7. 如請求項6所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段的該調整層、該外圍段的該調整層及該中央段的該調整層具有相同的一調整層材料，該外延伸段的該基礎層、該外圍段的該基礎層及該中央段的該基礎層具有相同的一基礎層材料。
8. 如請求項6所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段的該調整層之熱膨脹係數大於該外圍段的該調整層之熱膨脹係數或大於該中央段的該調整層之熱膨脹係數，該第一體積比、該第二體積比及該第三體積比皆相等。
9. 如請求項8所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段的該調整層之熱膨脹係數大於該外圍段的該調整層之熱膨脹係數且大於該中央段的該調整層之熱膨脹係數。
10. 如請求項7所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該調整層材料的熱膨脹係數大於該基礎層材料的熱膨脹係數，該第二體積比大於該第一體積比或大於該第三體積比。
11. 如請求項10所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該調整層材料的熱膨脹係數大於該基礎層材料的熱膨脹係數，該第二體積比大於該第一體積比且大於該第三體積比。
12. 如請求項7所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該調整層材料的熱膨脹係數小於該基礎層材料的熱膨脹係數，該第二體積比小於該第一體積比或小於該第三體積比。
13. 如請求項12所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該調整層材料的熱膨脹係數小於該基礎層材料的熱膨脹係數，該第二體積比小於該第一體積比且小於該第三體積比。
14. 如請求項3所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段之等效熱膨脹係數大於該內延伸段之等效熱膨脹係數。
15. 如請求項14所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外圍段包括一基礎層及一調整層，該外延伸段包括一基礎層及一調整層，該中央段包括一基礎層及一調整層，該內延伸段包括一基礎層及一調整層，該外圍段的該調整層相對於該外圍段的該基礎層之體積比定義為第一體積比，該外延伸段的該調整層相對於該外延伸段的該基礎層之體積比定義為第二體積比，該中央段的該調整層相對於該中央段的該基礎層之體積比定義為第三體積比，該內延伸段的該調整層相對於該內延伸段的該基礎層之體積比定義為第四體積比。
16. 如請求項15所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段的該調整層及該內延伸段的該調整層具有相同的一調整層材料，該外延伸段的該基礎層及該內延伸段的該基礎層有相同的一基礎層材料。
17. 如請求項15所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段的該調整層之熱膨脹係數大於該內延伸段的該調整層之熱膨脹係數，該第二體積比等於該第四體積比。
18. 如請求項16所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該調整層材料的熱膨脹係數大於該基礎層材料的熱膨脹係數，該第二體積比大於該第四體積比。
19. 如請求項16所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該調整層材料的熱膨脹係數小於該基礎層材料的熱膨脹係數，該第二體積比小於該第四體積比。
20. 如請求項1所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該至少一彈簧的材質為單一材料，該外延伸段沿平行於該軸線的方向之長度大於該外圍段沿平行於該軸線的方向之長度或大於該中央段沿平行於該軸線的方向之長度。
21. 如請求項20所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該外延伸段沿平行於該軸線的方向之長度大於該外圍段沿平行於該軸線的方向之長度且大於該中央段沿平行於該軸線的方向之長度。
22. 如請求項20所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該至少一彈簧更包括一內延伸段及一外連接元件，該內延伸段具有一內端及一外端，該外連接元件分別連接該外延伸段的該外端及該內延伸段的該外端，該外延伸段沿平行於該軸線的方向之長度大於該內延伸段沿平行於該軸線的方向之長度。
23. 如請求項1所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該至少一彈簧包括一第一彈簧及一第二彈簧，該第一彈簧及該第二彈簧以該質心為對稱中心，點對稱地連接於該中央部。
24. 如請求項23所述之具可調整彈簧的微機電裝置，其中該至少一彈簧更包括一第三彈簧及一第四彈簧，該第三彈簧及該第四彈簧以該質心為對稱中心，點對稱地連接於該中央部。