TWI745154B - 製造光感測裝置和具有平面內及出平面運動的裝置的方法 - Google Patents

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TWI745154B
TWI745154B TW109138926A TW109138926A TWI745154B TW I745154 B TWI745154 B TW I745154B TW 109138926 A TW109138926 A TW 109138926A TW 109138926 A TW109138926 A TW 109138926A TW I745154 B TWI745154 B TW I745154B
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Abstract

本發明提供一種製造具有平面內及出平面運動的一裝置的方法，該方法包括：提供一平面內運動驅動器，用於相對於一參考平面以三個自由度移動安裝於其上的一應用元件；以及提供一出平面運動驅動器，於其上承載該平面內運動驅動器，且該出平面運動驅動器具有一底部板以及設置於該底部板上的一單軸致動器，其中該單軸致動器具有一致動端，以及該致動端賦能該應用元件相對於該參考平面以不同於該三個自由度的第四個自由度移動。

Description

製造光感測裝置和具有平面內及出平面運動的裝置的方法
本揭露涉及一種製造光感測裝置的方法。更具體地，本揭露涉及一種製造具有平面內及出平面運動的裝置的方法。
微機電系統(MEMS，Microelectromechanical System)致動器具有許多優點，例如小尺寸，低成本，精確的運動控制和低功率消耗，這使其適用於小巧型電子設備或系統中的應用。然而，對於MEMS致動器而言，實現具有6個自由度(DOF)的運動是非常困難的，特別是當需要具有行程精度變得更小於約0.5mm的自動對焦裝置時。因此，本發明揭露了一種使用MEMS致動器的裝置及其組裝方法以利用來實現具有6自由度的長行程運動的矽驅動器的解決方案及 其在光感測裝置中的應用。
另外，照相機中的光學影像穩定(OIS)的設計僅提供了二維的減振，即垂直(或z-)方向(上下)和水平(或x-)方向(左右)。問題是，無法提供照相機中鏡頭在軸向(或y-)(向前和向後)的減振效果，更不用說在傾斜(包含偏航(yaw)、俯仰(pitch)和滾轉(roll))方向上的減振。
此外，諸如具有光學影像穩定、自動對焦和高解析度功能的照相機的光感測裝置需要大的空間來容納大的光學和機械系統。這樣給用戶帶來攜帶和操作這種大相機的不便。
因此，本申請人已經揭露了一種光感測裝置及用於製造光感測裝置的方法，以改善上述現有技術的問題，並且提供了一種具有一體且小巧的設計的光感測裝置，該光感測裝置適合於全方向減振、自動對焦、和高解析度應用。
本案之一目的在於提供一種光感測裝置的製造方法，該方法包括：提供一平面內運動驅動器，包括以下子步驟：提供一感測器，其配置以感測一光；提供一電路板，其具有包含一中央空腔及一第一底部基部、及設置於該第一底部基部上的一電路板框，其中該第一底部基部具有一第一底部表面；設置一引線框於該中央空腔內，該引線框具有一 第二底部表面及四個軟性彈簧；以及於該引線框上安裝一平面內運動致動器，該平面內運動致動器具有一可動內框及一固定外框；以及提供一出平面運動驅動器，包含以下子步驟：提供一基部板，其具有一基部板表面及設置於該基部板表面的一周圍上的一基部板框，該基部板平面具有一法線方向；以及於該基部板平面上設置四個單軸致動器驅動器，該四個單軸致動器驅動器的每一個具有一單軸致動器，各該單軸致動器具有一致動端，且該每一個單軸致動器沿平行於該法線方向的一方向移動該分別的致動端，以及將該第一底部表面附著於該基部板框，且將該第二底部表面設置於該四個致動端之上。
本案之另一目的在於提供一種製造具有平面內及出平面運動的一裝置的方法，該方法包括：提供一平面內運動驅動器，用於相對於一參考平面以三個自由度移動安裝於其上的一應用元件：提供一出平面運動驅動器，於其上承載該平面內運動驅動器，且該出平面運動驅動器具有一底部板以及設置於該底部板上的一第一單軸致動器，其中：該第一單軸致動器具有一第一致動端，以及該第一致動端賦能該應用元件相對於該參考平面以不同於該三個自由度的第四個自由度移動。
1:基板
10:打線墊
11:第一空腔
12:第二空腔
100:支撐體
100’:支撐面
100”:支撐凸起
2:錨體
2’:限制錨體
3:彈性元件
30:解耦點
31:限制絞鏈
32:解耦絞鏈
4:動件、第一框體
40:打線墊
41:間隔塊
5:微機電致動器組
5a:第一梳指
5a’:第一相對梳指
5b:感應梳指
5b+x:正X向感應梳指
5b-x:負X向感應梳指
5b+y:正Y向感應梳指
5b-y:負Y向感應梳指
50:打線墊
501:第一梳指
502:第二梳指
503:第三梳指
504:第四梳指
505:第五梳指
506:第六梳指
507:第七梳指
508:第八梳指
6:第二框體
60:打線墊
61:緩衝空間
62:緩衝墊
7:軟性電連接元件
700:打線
8:電子元件
80:打線墊
RA:轉動中心
100:基板
110:電子元件
120:前表面
130:後表面
200:空腔
210:第一面積
260:水平投影面積
300:第一固定電極結構
320:第一複數梳指
350:第二投影面積
400:彈性元件
450:第一中心點
500:可動電極結構
510:龍骨
520:第二複數梳指
600:位置感測電容器
610:第二固定電極結構
650:水平投影面積
700:支點彈簧
801:第一錨
802:第二錨
803:第三錨
900:限制彈簧
1100:T柱
1200:支撐臂
5000:承載物
10000:直線致動器
20000:致動器晶圓
20100:保護材料
20500:第三空腔
30000:載體晶圓
160:參考平面
851:基部板
852:基部板表面
853:基部板框
854:單軸致動器
855:致動端
1521:第一底部表面
1551:第二底部表面
1552:軟性彈簧
1553、1574、1575:打線墊
1571:可移動內框
1572:固定外框
1573:連接元件
6000:單軸驅動器模組
6001:單軸驅動器
6002:單軸致動器
6003:基部板
6004:夾具
6005:基部板表面
6006:接觸墊
6007:金屬墊
6008:控制晶片
6009:PCB
6101:平面表面
6102:側面表面
7000:影像感測裝置
7010:應用元件
7020:功能元件
7030:平面內運動驅動器
7031:平面內運動致動器
7032:引線框
7033:第一電路板
7034:第一底部基部
7035:中央空腔
7036:缺口
7037:第一電路板框
7040:出平面運動驅動器
7041:附加板
7045:出平面單軸驅動器
X、Y、X1、Y1:方向
S1910-S1950、S1911-S1914、S1921-S1922、S1950a-1960、S2311-S2315、S2410-S2450:步驟
本發明的上述目的及優點在參閱以下詳細說明及附隨圖式之後對那些所屬技術領域中具有通常知識者將變得更立即地顯而易見。
〔圖1〕是顯示根據本發明的一個實施例的光感測裝置的示意性分解圖。
〔圖2〕是顯示根據本發明的一個實施例的平面內運動驅動器的示意圖。
〔圖3〕是顯示根據本發明的一個實施例的平面內運動致動器的示意圖。
〔圖4〕是根據本發明的實施例的微機電致動器的俯視圖。
〔圖5〕是圖4的沿虛線A-A的截面圖。
〔圖6A和圖6B〕顯示了本發明的組裝狀態。
〔圖7〕是圖4的局部放大圖。
〔圖8〕是根據本發明的另一個實施例的微機電致動器的俯視圖。
〔圖9A〕是顯示根據本發明的一個實施例的出平面運動驅動器的示意圖。
〔圖9B〕是顯示根據本發明的一個實施例的圖9A所示的出平面運動驅動器的截面的示意圖。
〔圖10〕顯示了本發明的單軸致動器的實施例的示意性俯視圖。
〔圖11〕為圖10的直線致動器中沿A-A’方向的剖面示意圖。
〔圖12A〕為第一面積與第二投影面積的關係範例。
〔圖12B〕為第一面積與第二投影面積的另一關係範例。
〔圖12C〕為第二空腔的位置範例。
〔圖13A〕為承載物的重心在沒有T柱及支點彈簧下對準直線致動器的重心的範例。
〔圖13B〕為承載物的重心在沒有T柱及支點彈簧下未對準直線致動器的重心的範例。
〔圖13C〕為本發明含有T柱及支點彈簧的實施例。
〔圖14A及14B〕為支點彈簧的另外兩個實施例的俯視示意圖。
〔圖15A〕為排列在致動器晶圓上的晶片的示意圖。
〔圖15B〕為圖15A中沿B-B’方向的剖面示意圖。
〔圖15C〕為塗佈在致動器晶圓上以在切割晶圓時固定可動結構的保護材料的示意圖。
圖〔16〕是顯示根據本發明的一個實施例的組裝有PCB的單軸驅動器模組的示意性分解圖。
〔圖17A和圖17B〕是各自顯示了根據本發明的一個實施例的組裝有基部板的單軸驅動器模組的組裝的示意圖。
〔圖18〕是顯示根據本發明的一個實施例的用於製造具有平面內和出平面運動的裝置的方法的方塊圖。
〔圖19〕是顯示圖18中的步驟S1920的過程的方塊圖用於提供根據本發明的一個實施例的平面內運動驅動器。
〔圖20〕是顯示圖18中的步驟S1930的處理的方塊圖用於提供根據本發明的一個實施例的出平面運動驅動器。
〔圖21〕是顯示根據本發明的另一實施例的用於將平面內運動驅動器與出平面運動驅動器組裝的方法的方塊圖。
〔圖22〕是顯示根據如圖1至圖3所示的本發明的一個實施例用於電連接引線框至電路板和功能元件、電連接引線框至電路板、電連接平面內運動致動器至引線框、以及電連接感測器到平面內運動致動器的可移動內框的打線過程的方塊圖。
〔圖23〕是顯示根據本發明的另一實施例的用於製造具有平面內和出平面運動的裝置的方法的方塊圖。
本案所提出的發明將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得所屬技術領域中具有通常知識者可以據以完成，然而本案的實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態，所屬技術領域中具有通常知識者仍可依據除既揭露的實施例的精神推演出其他實施例，該等實施例皆當屬於本發明的範圍。
具有平面內和出平面運動的裝置
圖1是顯示根據本發明的一個實施例的光感測裝置的示意性分解圖。如圖1所示，影像感測裝置7000包含平面內運動驅動器7030和出平面運動驅動器7040。平面內運動驅動器7030提供了能夠使功能元件7020在其所在的參考平面內漸進地移動的功能。出平面運動驅動器7040提供了能夠藉由至少一個出平面單軸驅動器7045在垂直於功能元件7020所在的參考平面的方向上移動功能元件7020的功能。功能元件7020可以是配置用於感測功能的感測器、配置用於掃描功能的反射鏡、或配置用於濾光功能的附加濾光片。在功能元件7020是被配置為感測光或影像的感測器的情況下，該感測器可以是例如在相機中使用的CMOS感測器或影像感測器。在功能元件7020被應用於影像感測裝置7000並且藉由兩個或三個單軸運動驅動器7045移動的情況下，功能元件7020所在的平面可以被傾斜。在功能元件7020由四個單軸運動驅動器7045移動的情況下，功能元件7020所在的平面可以另外垂直地移動、俯仰和/或滾轉。需要引線框7032以通過第一組導線(未顯示)容納並電連接至平面內運動致動器7031。影像感測裝置7000可以進一步包含應用元件7010，該應用元件7010是用於允許具有預定範圍內的波長的光通過的濾光片或透鏡。功能元件7020是取決於用於應用元件7010所需的應用功能來選擇。
圖2是顯示根據本發明的一個實施例的平面內運 動驅動器的示意圖。圖3是顯示根據本發明的一個實施例的平面內運動致動器的示意圖。如圖2和圖3所示，平面內運動驅動器7030包含：第一電路板7033，其具有包含中央空腔7035的第一底部基部1521和設置在其上的第一電路板框7037；引線框7032，其設置在中央空腔7035內部；以及平面內運動致動器7031，其具有可移動內框1571和固定外框1572。可移動內框1571和固定外框1752兩者的表面均分配在參考平面160中，其中可移動內框1571在參考平面160中沿彼此垂直的兩個方向X1和Y1中的至少一個方向、並且平行於第一底部基部7034的第一底部表面1521移動。平面內運動致動器7031設置在引線框7032的內部，且功能元件7020設置在平面內運動致動器7031上。如果將平面內運動驅動器7030組裝在本發明的一實施方式的光傳感裝置7000中，則第一電路板7033的結構與出平面運動驅動器7040的結構協同及配合。
如圖1-3所示，四組連接元件1573安裝在可移動內框1571的周圍、以及位於可移動內框1571和固定外框1572之間。四組連接元件1573中的每一個都可以是一組軟性電連接裝置(soft electrical linkage，SEL)其將可移動內框1571機械連接到固定外框1572、並將可移動內框1571上的打線墊1574直接或間接電連接到固定外框1572上的打線墊1575。在根據本發明的另一實施例中，四組連接元件1773中的每一個都可以被整合到軟性電路板中，該軟性電路板將可移動內框 1571機械地連接到固定外框1572、並且電連接及熱連接打線墊。可移動內框1571上的焊點1574直接或間接連接到固定外框1572上的打線墊1575。在這種情況下，除了導電的目的之外，軟性電路板還可以將從功能元件7020產生的熱通過軟性電路板和電路(未顯示)傳遞和消散到設置在基部板851上的散熱器(heat sink)、和設置在功能元件7020和基部板851之間的導線連接(未顯示)，以防止功能元件7020在操作期間過熱。
另外，如圖1-3所示，引線框7032具有四個軟性彈簧(flexible hinge)1552，每個軟性彈簧1552分別位於四個角落其中之一，並且藉由諸如焊接的過程將被固定到安排在第一電路板7033的底部基部7034的中央空腔7035中的四個角落上分別的四個缺口7036上。四個軟性彈簧1552中的每一個都提供了使引線框7032垂直於功能元件7020所在的平面移動的可行性，使得引線框7032在由四個單軸運動驅動器7045中的至少一個致動時，其可脫離於第一電路板7033的第一底部表面1521而移動。功能元件7020固定在平面內運動驅動器7030的可移動內框1571上。功能元件7020的信號裝置的信號I/O墊(未顯示)與可移動內框1571上的打線墊1574佈線並電連接。藉由在其間打線第一組導線(未顯示)使平面內運動致動器7031的固定外框1572上的打線墊1575佈線並電連接至引線框7032上的打線墊1553。藉由在其間打線第二組線而使引線框7032上的打線墊1553佈線並電連接到第一電路板7033 上的打線墊(未顯示)。固定外框1572上的打線墊1575、可移動內框1571上的打線墊1574、引線框7032上的打線墊1553和第一電路板7033上的打線墊(未顯示)依需要而設計。不同打線墊之間的導線連接(未顯示)，諸如在功能元件7020與可移動內框1571之間、以及在固定外框1572與引線框155之間的導線連接，是為了控制需求而提供的信號和偏壓。可以借助適當設計的治具或工具藉由打線過程完成導線連接。
平面內運動驅動器，其包含具有內建的單軸致動器的平面內運動致動器(類型1)
請同時參閱圖4與圖5。其中圖4是本發明的實施例俯視圖；圖3是本發明圖4中A-A的剖面圖。其中可見一基板1，其上形成有一第二框體6圍繞著第一框體4。第一框體4作為動件並通過彈性件3連接至固定部2，固定部可以是一錨體，再連接至基板1。於圖4中清楚可見本發明是採用中心固定部(錨體)結構，而各彈性件3則是連接到第一框體4的四個角落內，因此當有彈性元件3受到壓縮力時，其回復力會施力在第一框體4的角落內，進而達到將第一框體4撐開以維持第一空體4的邊的原狀，通常是筆直狀。本發明還包括微機電致動器組5，具有一第一梳指5a固定於錨體2上，即間接的固定於基板1上，微機電致動器組5還包括一第一相對梳指5a’固定於第一框體4，亦即第一梳指5a與第一相對梳指5a’之間是成對設 置，且兩者的梳指正對著對方的指縫，當產生靜電力時，兩者相吸使得各自的梳指交錯。以下方的微機電致動器組5而言，當通電產生靜電力時，第一梳指5a與第一相對梳指5a’相吸即使得第一框體4向上移動。且由於靜電力通過轉動中心RA，故而第一框體4不會旋轉。同理，當上方的微機電致動器組通電產生靜電力時，即使得第一框體4向下移動；而當左方的微機電致動器組通電產生靜電力時，即使得第一框體4向右移動；而當右方的微機電致動器組通電產生靜電力時，即使得第一框體4向左移動。又，微機電致動器組5還包括一感應梳指5b，位於第一相對梳指5a’的對面，用以在第一框體4移動時感應第一相對梳指5a’與感應梳指5b自身之間的電容值，進而再被換算成兩者的距離，進而確認第一框體4所移動的距離。此外，第一框體4通常作為一載台，上面會固定一電子元件(圖中未揭示)，故為了電連接，第一框體4上還設置了複數個打線墊40，同理，在基板1上也具有複數個打線墊10、而第二框體6亦具有打線墊60。各打線墊的用途將在圖6A與6B說明。再者，為了將第一框體4與第二框體6電連接，但又要使第一框體4可以自由自在地在第二框體6內運動，兩者之間以一軟性電連接元件7電連接。軟性電連接元件7是與第一框體4、第二框體6一起成形，通常主要以矽構成，中間夾有一導電用的金屬層，俯視觀之則大致上呈左右來回曲折狀，但厚度大致上則與第一框體4相同，透過較大的厚度已達到Z軸方 向免疫的效果。另外，請參見圖4第一框體4、第二框體6與基板1的左下角處。本發明為了避免第一框體4與第二框體6兩者因為意外晃動、過多的位移距離等不確定狀況的相撞而導致損壞，故在第一框體4設置間隔塊41，通常是一凸出物以免第一框體4與第二框體6過於接近而使軟性電連接元件7受到過度擠壓，透過間隔塊41可以讓第一框體4與第二框體6之間保留空隙。且為了吸收衝擊力，在第二框體6上對應於間隔塊41的位置更設置一緩衝墊62，是透過在第二框體6上緩衝空間61而形成，緩衝空間61是一貫通孔，使得緩衝墊62得以成形，故而當間隔塊41撞擊到緩衝墊62時，緩衝墊62位置的材料可以朝向緩衝空間61做適度的變形以吸收衝擊力。
請參閱圖5，是本發明圖4中A-A的剖面圖。其中基板1具有貫穿空腔，其位置可位於微機電致動器組的下方、或是位於第一框體4與軟性電連接元件7兩者的下方、或是這兩個位置的下方均具有貫穿空腔。為了便於說明，位於微機電致動器組下方的稱為第一空腔11、位於第一框體4與軟性電連接元件7兩者下方的稱為第二空腔12。再者，為了達到能夠排除蝕刻廢棄物、殘渣的功效，以第一空腔11而言，其朝上、即朝向第一框體4方向的投影面積至少部份的涵蓋到微機電致動器組5，且此投影面積的各邊可以與致動器組5的全部梳指所占面積的各邊重合、或者空腔投影區域的周長略大於或小於全部梳指所占區域的周長。同理，第二空腔12朝上、即 朝向第一框體4方向的投影面積至少部份的涵蓋到軟性電連接元件7與第一框體4，且此投影面積的各邊可以與第一框體4的某一邊的全部軟性電連接元件7所占面積的各邊重合、或者空腔投影區域的周長略大於或小於全部軟性電連接元件7所占區域的周長。一如前述，由於各梳指本身尺寸小型化、梳指之間的指縫寬度很小，且當第一梳指與第一相對梳指交錯時，則更顯指縫部位的空間狹窄，因未被對面的梳指所占去了一大部分的空間。而由於第一空腔11的存在，故而蝕刻梳指之後的廢棄物、殘渣就會掉入第一空腔11內，進而被排出，或至少停留在空腔內而遠離梳指，使得廢棄物、殘渣停留在指縫之間或梳指與基板之間的概率大大的縮小，故使得生產良率得以大大的提升。同理，由於軟性電連接元件7必須做到相當的柔軟，亦即非常容易被拉伸、被擠壓，且其彈性回復力極低以免影響第一框體4的運動，因此軟性電連接元件7的結構也是會極其的細小，所以其來回曲折狀的結構之間所具有的間隙也十分狹小，若有蝕刻後的殘渣、廢棄物殘留必定會導致其柔軟度大幅的下降，故藉由本發明第二空腔12的設置，軟性電連接元件蝕刻後的廢棄物、殘渣就會掉入第二空腔12內，進而被排出，或至少停留在空腔內而遠離軟性電連接元件，使得廢棄物、殘渣停留在曲折結構內或軟性電連接元件與基板之間的概率大大的縮小，故使得生產良率得以大大的提升。此外，在基板1、第一框體4、以及第二框體6上分 別具有打線墊10、打線墊40、打線墊60，各打線墊的用途將在圖6A與6B說明。
請參閱圖6A與圖6B。其中，圖6A係本發明組裝狀態示意圖；而圖6B係本發明的組裝狀態示意圖。微機電致動器組5(請參考圖4)的第一梳指5a均透過錨體2固定於基板1上。為了避免在組裝電子元件8，以及在打線70時第一框體4的晃動而導致組裝失敗、甚至是結構破損，故而利用一支撐體100做為治具，支撐體100的支撐凸起100”穿過第二空腔12以支撐第一框體4，而基板1即直接放置在支撐面100’上。如此即可確保組裝電子元件8以及打線70時整體結構的穩定，透過打線70將打線墊80與第一框體4的打線墊40相互電連接，如此即可將電子元件8的信號傳出、或是將外部的指令傳入電子元件8。此外，打線墊40與打線墊60之間的電子傳輸則是透過軟性電連接原件7來達成電連接，而打線墊60再透過打線製程電連接至打線墊10，爾後再由打線墊10與外界電連接。為了圖面的簡潔，在圖6A與6B就不繪製圖5的第一空腔11了。
請參閱圖7，係本發明圖4實施例的局部放大圖。其中是以圖4整個裝置的左半邊的微機電致動器組5及其週邊環境為主。微機電致動器組5的第一梳指5a固定於錨體2上，而第一相對梳指5a’固定於第一框體4，並對應於第一梳指5a。至於感應梳指5b則位於第一相對梳指5a’的對面。以上各梳指的功效於此不再贅述。由於本實施例的第一框體4可以上下左 右移動，因此就有可能發生第一相對梳指5a’與第一梳指5a、感應梳指5b相撞導致毀損，為了避免此現象發生，本發明在各微機電致動器組5的附近設置了一限制錨體2’以及一限制絞鏈31，並且在第一框體4與第一相對梳指5a’之間設置了一解耦絞鏈32，解耦絞鏈32則通過解耦點30與限制絞鏈31固定。以圖7的局部放大圖為例，第一相對梳指5a’僅被允許左右移動，即平行於X軸的正反方向移動，即順著梳指指向做正反方向的移動，並且第一相對梳指5a’必須免疫於平行於Y軸方向的移動，亦即在第一相對梳指5a’的排列方向上不會移動，同理，以圖4整體裝置的右半邊的微機電致動器組5也是如此，即控制第一框體4左右移動的致動器組5必需在上下方向，即Y軸方向上免疫，而控制第一框體4上下移動者即圖4上下兩個致動器組5必需在X軸方向上免疫。由此可見，限制絞鏈31必須在第一相對梳指5a’的排列方向上免疫，但由於第一相對梳指5a’要能順著梳指指向平移，以圖7左邊的微機電致動器組5而言就是左右移動，即X軸方向移動，故而限制絞鏈31必須要能順著梳指指向產生彈性變形，因此，限制錨體2’必須盡可能地遠離解耦點30，而以圖7的第一相對梳指5a’的上下兩個解耦點30而言，兩者的中點即設置限制錨體2’的位置，而三者則大致上位於平行於梳指排列方向(Y軸向)的同一直線上，故而限制絞鏈31在梳指指向方向(X軸向)的長度極短導致在平行於梳指排列方向(Y軸向)上剛性極高，因此當第一框體4向上或向下 移動時，限制絞鏈31可以拉住解耦點30不動，而在第一框體4的帶動下僅有解耦絞鏈32彎曲。但又由於上下兩個解耦點30在Y軸方向上距離限制錨體2’有相當的距離，因此在X方向上具有相當的彈性，故當第一相對梳指5a’順著梳指方向移動時，限制絞鏈31可以被解耦點30拉著彎曲。同理，以解耦絞鏈32而言，由於需在平行於梳指排列方向上彎曲，因此解耦絞鏈32在平行於梳指指向須有較長的特徵長度，以加大彈性，相對的，解耦絞鏈32在平行於梳指指向上又不能彎曲，因此其在平行於梳指排列方向上的特徵長度則必需甚短，意即解耦絞鏈32在第一框體4上的連接處與解耦點30必需大致上在同一條平行於梳指指向的直線上。故而當第一相對梳指5a’被向右拉扯時，解耦絞鏈32可以被其向右拉扯而不變形，使得拉力的傳輸不會有延遲、或是拉力因絞鏈變形而被吸收的狀況發生。
請繼續參閱圖7。為了適當增加限制絞鏈31在平行於梳指指向的彎曲能力，即柔性，限制絞鏈31更具折疊結構，但折疊後材料仍以平行於梳指排列的方向與限制錨體2’及解耦點30固定。同理，為了適當增加解耦絞鏈32在平行於梳指排列方向的彎曲能力，即柔性，解耦絞鏈32更具折疊結構，但折疊後材料仍以平行以梳指指向的方向與解耦點30及第一框體4固定。
請參閱圖8，係本發明另一實施例俯視圖。其中 具有複數個微機電致動器組5，各具有複數個梳指結構。首先以X方向而言，連接於錨體2的有第一梳指501、第二梳指502、第三梳指503、以及第四梳指504，且在第一梳指501與第二梳指502之間是正X向感應梳指5b+x，而在第三梳指503與第四梳指504之間是負X向感應梳指5b-x，各梳指均透過錨體2固定於一基板上(請參考圖5)。在圖8中可以看出第一梳指501、第二梳指502、第三梳指503、以及第四梳指504的靜電力方向均不通過轉動中心RA(轉動軸心)，但由於第一二梳指(501、502)成對稱設置，而第三四梳指(503、504)亦然，因此第一二梳指(501、502)各自的靜電力的合力通過轉動中心RA，且第三四梳指(503、504)亦然。因此，當欲使第一框體4向X軸的正向方向移動時，第一二梳指(501、502)同時產生靜電力吸引第一相對梳指5a’，同時正X向感應梳指5b+x與第一相對梳指5a’之間產生感應電容，由此回推第一框體4的移動距離。同理，當欲使第一框體4向X軸的負向方向移動時，第三四梳指(503、504)同時產生靜電力吸引第一相對梳指5a’，同時負X向感應梳指5b-x與第一相對梳指5a’之間產生感應電容，由此回推第一框體4的移動距離。
請繼續參閱圖8，承上，以Y方向而言，連接於錨體2的有第五梳指505、第六梳指506、第七梳指507、以及第八梳指508，且在第七梳指507與第八梳指508之間是正Y向感應梳指5b+y，而在第五梳指505與第六梳指506之間是負Y 向感應梳指5b-y，各梳指均透過錨體2固定於一基板上(請參考圖5)。在圖8中可以看出第五梳指505、第六梳指506、第七梳指507、以及第八梳指508的靜電力方向均不通過轉動中心RA(轉動軸心)，但由於第五六梳指(505、506)成對稱設置，而第七八梳指(507、508)亦然，因此第五六梳指(505、506)各自的靜電力的合力通過轉動中心RA，且第七八梳指(507、508)亦然。因此，當欲使第一框體4向Y軸的正向方向移動時，第七八梳指(507、508)同時產生靜電力吸引第一相對梳指5a’，同時正Y向感應梳指5b+y與第一相對梳指5a’之間產生感應電容，由此回推第一框體4的移動距離。同理，當欲使第一框體4向Y軸的負向方向移動時，第五六梳指(505、506)同時產生靜電力吸引第一相對梳指5a’，同時負Y向感應梳指5b-y與第一相對梳指5a’之間產生感應電容，由此回推第一框體4的移動距離。此外，由於感應梳指與致動梳指均是感應電容的應用，因此其實可以透過軟件將感應梳指與致動梳指的功效予以相互替換，以增加使用的靈活性。
請繼續參閱圖8。由於第一至第八梳指(501~508)各自的靜電力均不通過轉動中心RA，因此若要讓第一框體4旋轉，原則上僅需其中一梳指產生靜電力即可讓第一框體4旋轉，例如若以第一、第三、第五、第七梳指(501、503、505、507)而言，其中之一產生靜電力時即可讓第一框體4順時針旋轉。當然，為了施力的平均，通常以對角線方向的梳指施力 較為妥當，即第一、第三梳指(501、503)，或第五、第七梳指(505、507)產生靜電力，若為了更快速、增加驅動力，則可以令第一、第三、第五、第七梳指(501、503、505、507)均產生靜電力以達上述之功效。同理，若以第二、第四、第六、第八梳指(502、504、506、508)而言，其中之一產生靜電力時即可讓第一框體4逆時針旋轉。當然，為了施力的平均，通常以對角線方向的梳指施力較為妥當，即第二、第四梳指(502、504)，或第六、第八梳指(506、508)產生靜電力，若為了更快速、增加驅動力，則可以令第二、第四、第六、第八梳指(502、504、506、508)均產生靜電力以達上述之功效。此外，圖8的實施例的各微機電致動器組5的下方均可具有如圖4、圖5所揭露的空腔，以利蝕刻後的殘渣、廢棄物得以排出，空腔的具體與各梳指、各軟性電連接元件的關係一如圖5及其說明所述，於此不再贅述。
請繼續參閱圖8。本實施例還可以令第一框體4在XY平面上進行斜向的移動，例如以向右上方向的移動而言，可以藉由第一梳指501與第八梳指508成對產生的吸力來達成，或是藉由第二梳指502與第七梳指507成對產生的吸力來達成，當然亦可同時藉由此二對、即四個梳指同時產生靜電力的吸力來達成。同理，朝左下方向的移動而言則藉由第三、第四、第五、及第六梳指來達成斜向移動之目的。至於朝左上方向與右下方向的移動也是以此類推，於此不再贅述。
綜上所述，本發明藉由圖8所示的實施例可以達到在平面上具有多個移動自由度的微機電致動裝置，即XY平面上的平移(即包含X軸方向的平移、Y軸方向的平移、以及斜向平移)，以及Z軸方向的轉動，藉由錨定在中央而朝向各側成對設置的微機電致動器梳指，雖然個別的靜電力方向均不通過轉動中心，但只要同側的兩個梳指以相同的力量同時作用，即可使承載結構(第一框體、內框、移動框體)產生平移運動，若僅令單一梳指產生靜電力，則由於其靜電力方向不通過轉動中心，因此靜電力會與轉動中心之間形成一力臂，進而產生偏轉力矩。而且透過在基板上設置空腔，使得製造致動器時所產生的廢棄物、殘渣可以更容易的自致動器的梳指的指縫內排出，也更容易的從梳指與基板之間排出，或至少令廢棄物、殘渣遠離致動器的梳指以免影響致動器的運作，從而使致動器梳指可以做得更小、更密集，以致令電-機轉換效率能有所提升，進而使得靜電力的驅動力大幅增加，且良率得以上升。此外，更利用了打線用治具，在打線期間對本發明致動器中的活動部份從下方予以支撐，以提升打線的良率、可靠度、信賴度。由此可見，本發明對於本技術領域具有卓越的貢獻。
出平面運動驅動器
圖9A是顯示根據本發明的一個實施例的出平面 運動驅動器的示意圖，並且圖9B是顯示出平面運動的截面A-A的示意圖。如圖9A所示，出平面運動驅動器7040包含：基部板851及四個單軸驅動器7045，該基部板851具有基部板表面852和設置在該基部板表面852的周圍上的基部板框853。四個單軸驅動器7045的每一個具有沿平行於基部板表面852的法線方向的方向移動的單軸致動器854和致動端855。致動端855，取決於其形狀，可為如圖10所示的T柱1100。因此，致動端855可在彼此平行的方向上單獨地或協同地移動。還參照圖1、2、9A和9B，第一電路板7033的第一底部表面1521附著到出平面運動驅動器7040的基部板框851，並且引線框7032的第二底部表面1551是直接或間接地附著至、並由其支撐的四個單軸驅動器7045的四個致動端855。四個單軸驅動器7045的每一個還可以包含如圖10所示的支點彈簧700。四個單軸驅動器7045可以獨立地控制致動端855的運動位移，並且因此引線框7032的第二底部表面1551可以沿著垂直於功能元件7020所在平面的方向移動、和/或在俯仰或滾轉的方向旋轉。可選地，根據本發明的另一實施例，作為平台的具有上表面7042的附加板7041還設置在四個致動端855上，以支撐引線框7032的第二底部表面1551。引線框7032的第二底部表面1551可以藉由施加膠層或黏結劑而黏附到附加板7041的上表面7042，使得引線框7032的第二底部表面1551是藉由四個致動端855通過附加板7041而移動。
圖17A和圖17B是各自顯示根據本發明的一個實施例的組裝有基部板的單軸驅動器的示意圖。如圖17A和17B所示，四個單軸致動器6002是從藉由半導體製程生產的基板切下的。四個單軸致動器6002的每一個被組裝以形成如圖17A和17B所示的單軸驅動器6001。然後藉由將四個單軸驅動器6001上的接觸墊6006焊接到基部板表面上的6003金屬墊或是焊接到基部板6003的基部板表面6005上的金屬墊6007，使單軸驅動器6001向上翻轉90度並固定在底部板6003的底部板表面6005上。四個單軸驅動器6001的每一個通過固定在基部板表面6003上的兩個夾具6004而被夾持，以增強四個單軸驅動器7045中的每一個的固定強度。如圖9A所示，基部板表面852上的金屬墊(未顯示)(其金屬墊類似於圖17A和17B中所示的金屬墊6007)，以及如圖9A所示的四個單軸驅動器7045上的接觸墊(未顯示)(這些接觸墊類似於如圖17A和17B所示的接觸墊6006)是依需要設計的。基部板表面852上的金屬墊6007與四個單軸驅動器6001上的接觸墊6006之間、或基部板6003的基部板表面6005上的金屬墊6007與四個單軸驅動器6001上的接觸墊6006之間的連接，還提供用於控制需求的信號和偏壓。
單軸致動器(或稱線性致動器)
請參閱圖10-11，其中圖10為本發明的致動器的實施例的俯視示意圖，也就是直線致動器10000，且直線致動 器10000為一種單軸直線運動致動器。圖1為圖10的直線致動器中沿A-A’方向的剖面示意圖。直線致動器10000包括具有空腔200及電子元件110的基板100。基板100具有前表面120及後表面130，且空腔200通過前表面120及後表面130以z-方向延伸，如圖10所示。直線致動器10000還包括形成於基板100上的第一固定電極結構300，使第一固定電極結構300固定在基板100上。直線致動器10000還包括通過彈性元件400連接到該基板100的可動電極結構500，其可以是彈性懸掛裝置。第一固定電極結構300與可動電極結構500形成電容器。在圖10的實施例中，第一固定電極結構300與可動電極結構500皆是梳子結構。因此，第一固定電極結構300具有第一複數梳指320，且可動電極結構500具有第二複數梳指520。第一複數梳指320及第二複數梳指520中的每個梳指彼此平行。當沒有電壓施加在第一固定電極結構300與可動電極結構500之間，第一固定電極結構300的第一複數梳指320與可動電極結構500的第二複數梳指520不會交叉。電容器是通過第一複數梳指320與第二複數梳指520而形成。第一複數梳指320與第二複數梳指520設置在空腔200上方，以確保製程時的殘留物會通過空腔200而完全移除。因此，空腔200的大小必須夠大以完全移除殘留物，側邊微大於10微米的方形是夠大的。從另一方面來看，如果從空腔200的後表面130向上看並可看到任何梳指，則空腔200夠大。在本發明中，空腔200的水平投影面積定義為第 一面積210，而第一固定電極結構300與可動電極結構500至少其中之一在基板100上的水平投影面積定義為第二投影面積350。圖12A顯示第二投影面積350在基板上的範例，其中第二投影面積350是第一固定電極結構300與可動電極結構500的投影面積。第二投影面積可以是只有第一固定電極結構300或可動電極結構500的投影面積。第一面積210與第二投影面積350部分重疊。「部分重疊」指的是第一面積210與第二投影面積350以一定的百分比重疊，可以是第二投影面積350的至少1%，使空腔200有足夠的大小以完全移除殘留物，如圖12B所示，其中第二投影面積350是可動電極結構500的投影面積。在沒有空腔200的情況下，第一複數梳指320與第二複數梳指520必須稀疏的排列以移除殘留物。但是當第一複數梳指320與第二複數梳指520排列稀疏，機械能量轉換效率是低的。換句話說，施加在第一固定電極結構300與可動電極結構500之間的電壓必須是高的。因此，空腔200可移除殘留的製程汙染物，並提高機械能量轉換效率。
設置於基板100上的電子元件110指的是基板100上的所有運動控制電子元件及電路的總稱。直線致動器10000還包括由可動電極結構500與第二固定電極結構610在基板100上形成的至少一位置感測電容器600。至少一位置感測電容器600不是設置在基板100的空腔200上方，就是設置在基板100的第二空腔上方。若空腔200也可移除至少一位置感測電 容器600的殘留的製程汙染物，則不需要第二空腔。舉例來說，圖10所示的實施例中，空腔200是夠大來移除兩個位置感測電容器600的殘留的製程汙染物，且沒有第二空腔。當需要時，第二空腔會設置在基板100中以特定地移除至少一位置感測電容器600的殘留的製程汙染物。例如，圖12C所示的實施例中，位置感測電容器600的第二固定電極結構610具有水平投影面積650，第二空腔具有水平投影面積260，且位置感測電容器600設置於基板的第二空腔的上方。至少一位置感測電容器600用於偵測可動電極結構500的位移。
圖10所示的實施例中，彈性元件400(或彈性懸掛裝置)稱為主彈簧。主彈簧具有第一端、第一中心點450與一第二端，且第一端與第二端固定在基板100上。第一端與第二端皆透過第一錨801固定在基板100上。可動電極結構500具有與第一中心點450連接的龍骨510。直線致動器10000還包括與第一中心點450連接的支點彈簧700，且T柱1100與支點彈簧700連接。採用T柱1100是為了容易地將所支承的承載物保持在其上。在其他應用中，此單軸直線運動致動器是被設計為翻轉90度以驅動乘載物沿出平面方向運動。支點彈簧700的目的是解決當剪切力被施加在支點彈簧700與T柱1100之間的連接點時，承載物從T柱1100上脫離的問題。請見圖13A-13C，圖13A為承載物5000的重心在沒有T柱及支點彈簧下對準直線致動器的重心的範例，相比之下，圖13B為承載物5000的重心 在沒有T柱及支點彈簧下未對準直線致動器的重心的範例。在圖13B中，應力會集中在圓圈區，也因此會產生扭力。圖13B為本發明含有支點彈簧700及T柱1100的實施例，可避免圖13B中引起的問題。支點彈簧700在x方向上具有低剛度，但在y方向及z方向上具有高剛度。也就是說，y方向的剛度ky遠大於x方向的剛度kx，即ky>>kx，且z方向的剛度kz亦遠大於x方向的剛度kx，即kz>>kx。y方向的高剛度對於避免y方向位移的減小是必要的。所屬技術領域人員可以將支點彈簧設計成多種形式以符合需求。圖14A及14B顯示除了圖10或圖13C所示的支點彈簧700外，支點彈簧的另外兩個實施例的俯視示意圖。對於沒有支點彈簧700的情況，施加到承載物的外部x方向的力可在承載物與T柱1100之間的連接面產生剪切力及力矩。大的剪切力及/或力矩會造成承載物從T柱1100的表面上脫離。對於有支點彈簧700的情況，施加到承載物的外部x方向的力會導致T柱1100的變形，以減小承載物與T柱1100之間的連接面產生剪切力及力矩。在某些情況下，如果剪切力可以忽略，則可以省略支點彈簧700。
直線致動器10000還包括至少一對限制彈簧900，其中至少一對限制彈簧900中的每一限制彈簧具有第三端及第四端，第三端連接至龍骨510或第二複數梳指520的最外側梳指，且第四端藉由第二錨802固定在基板100上。在圖10所示的實施例中，有兩對限制彈簧900。通過模擬可以看 出，當向T柱1100施加0.05N的y方向的力時，y方向的運動達到500微米，且主彈簧的變形仍未達到斷裂強度。換句話說，本發明可用於在出平面方向上提供大於500微米的大運動行程。當y方向與x方向的力皆為0.5N時，限制彈簧900有效的限制可動電極結構500的離軸運動。同時，支點彈簧700可有效的變形以防止承載物從T柱1100的表面上脫離。當承載物的質量為5毫克時，0.5N的力等於1,020g(g表示一個重力)。因此，本發明的直線致動器可以克服衝擊的穩定性問題。
直線致動器10000還包括支撐臂1200，第一固定電極結構300從支撐臂1200延伸出，其中支撐臂1200具有第五端及第六端，且第五端及第六端皆藉由第三錨803固定在基板100上。
致動器晶圓在此階段具有帶有可動結構的多個晶片。如何保護這些在晶片中的可動結構直到晶片因致動器晶圓被切割而分離是一個非常重要的問題。圖15A-15C顯示如何在切割晶圓時保護直線致動器10000的可動結構的保護材料的示意圖。如圖15A所示，在晶圓切割程序前，基板中在T柱1100的位置有第三空腔20500。第三空腔20500會為T柱1100的運動行程而保留。如圖15B所示，致動器晶圓20000附著在載體晶圓30000上。如圖15C所示，如光阻劑或蠟的保護材料20100會塗覆在致動器晶圓20000上，以在切割晶圓時固定可動結構。在晶圓切割後，載體晶圓30000會從致動器晶圓20000 上分離，且會移除保護材料20100以得到晶片，每一個晶片皆包括一個直線致動器10000。晶圓的分離及保護材料20100的移除皆可藉由施加化學試劑而輕易實現。
單軸驅動器模組
顯示根據本發明的一個實施例的組裝有PCB的單軸驅動器的示意性分解圖。如圖16所示，單軸驅動器6001包含單軸致動器6002，其上具有金屬電路佈線(未顯示)的剛性印刷電路板(PCB)6003和至少一定數量的金屬墊6006、以及與單軸致動器6002相鄰的控制晶片6008。控制晶片6008可以是專用積體電路(ASIC)晶片，並且可以與單軸致動器6002一起在半導體製造過程中經遺由微影蝕刻過程製造單軸致動器6002的時候在基板6009上形成。控制晶片6008電連接至單軸致動器6002以控制單軸致動器6002的致動端的致動。單軸致動器6002對準於並安裝在剛性PCB 6003上。如果控制晶片6008與單軸致動器6002的製造分開來生產，控制晶片6008放置在單軸致動器6002附近並安裝在PCB 6003上。打線過程被應用以電連接單軸致動器6002、控制晶片6008和PCB 6009。導線打線過程可以是焊接過程，並且例如是焊錫膏過程。類似於圖17A和圖17B所示的那些夾具6004的兩個夾具(未顯示)可以隨選地固定在基板表面6005上以夾持第一軸致動器6002的兩端，並增強單軸致動器6002的固定強度。
圖17A和圖17B是各自顯示單軸驅動器模組6000的組裝的示意圖。單軸驅動器模組6000包含一個單軸致動器6002和基部板6003。單軸致動器6002具有一平面表面6101及一側面表面6102。如果單軸驅動器模組6000被用於根據本申請的一個實施例的具有一個出平面運動的裝置，則如圖17A和圖17B所示，單軸驅動器6001焊接至出單軸驅動器模組6000的基部板6003的基部板表面6005，並且單軸驅動器模組6000是可供出售的單元裝置。如果根據本申請的一個實施例，如果單軸驅動器模組6000或單軸驅動器6001用於具有多個出平面運動且具有或不具有平面內運動的裝置，則圖16、17A和圖17B所示的單軸驅動器模組6000或單軸驅動器6001被焊接到如圖1所示的出平面運動驅動器7040的基部板851的基部板表面852上。如果單軸驅動器模組6000為單一出售的裝置的情況下，單軸驅動器模組6000的PCB 6009上的接觸墊6006焊接到基部板6003上的金屬墊6007。導線打線過程被應用以電連接單軸致動器6002、控制晶片6008和基部板6003。導線打線過程可以是例如焊接過程、焊錫膏過程或其組合。固定在基部板表面6005上的兩個夾具6004用於夾持單軸驅動器6001並增強單軸驅動器6001的固定強度。
具有平面內和出平面運動的裝置的組裝
根據本申請的一個實施例的光感測裝置的組裝 描述如下。再次參照圖1和圖2，在附加板7041的上表面7042上和出平面運動驅動器7040的基部板851的基部板框853上施加或塗佈薄的膠層。在治具或工具的幫助下，藉由將電路板7033附著到基部板框853，並且同時迫使引線框7032的第二底部表面1551與附加板7041的上表面7042接觸，使平面內運動驅動器7030附著到出平面運動驅動器7040。組裝的順序可以取決於組裝過程的優化而變化。之後，需要高溫固化過程以永久地固定平面內運動驅動器7030和出平面運動驅動器7040。然後，將諸如允許在預定範圍內的波長的光通過的濾光片之類的應用元件7010放置在第一電路板7033上。如果應用元件7010是可見光濾光片，則具有可見光範圍內的波長的入射光透射通過應用元件7010。對於照相機應用，可見光濾光片被選擇。對於不同的應用，如果應用元件7010是紅外線濾光片，則具有在IR範圍內的波長的入射光透射通過紅外線濾光片。
控制器(未在圖1中顯示)被提供以電連接出平面運動驅動器和平面內運動驅動器、並控制每個單軸驅動器6002和平面內運動致動器7031的運動。
組裝後，根據本申請的一個實施例，具有光學影像穩定、自動對焦和超解析度功能的具有6自由度(DOF)移動能力的光感測裝置7000被構成。藉由在功能元件7020所處的平面內的平面內運動驅動器7030提供的補償以及由出平面 運動驅動器7040中的四個單軸驅動器7045在垂直於功能元件7020(諸如CMOS影像感測器)所在的平面和/或沿俯仰或滾轉方向旋轉的方向上的補償來實現光學影像穩定。自動對焦功能是藉由在出平面運動驅動器7040中的四個單軸驅動器7045沿垂直於功能元件7020所在平面的方向上的位移來實現。超解析度功能是由藉由平面內運動驅動器7030在影像感測裝置所處的平面內漸進移動的運動來實現。當光感測裝置7000用於照相機應用時，以從次微米級至微米級的增量的移動拍攝的影像的疊加及合成可以形成具有超解析度的影像。如果還包含光學防振和自動對焦功能，則具有光學防振，自動對焦和超解析度等多功能的照相機被完成。本發明提供的這種使用具有6個自由度運動的MEMS致動器的照相機具有小巧尺寸、低成本、精確的運動控制和低功率消耗的優點，而這是現有技術是無法達成的。
除了四個單軸驅動器7045被利用之外，根據本發明的另一實施例，一個、兩個、三個或更多個單軸驅動器7045可以利用於出平面運動驅動器7040中。例如，當單軸運動驅動器7045中僅使用一個單軸驅動器7045時，僅能夠實現在垂直於功能元件7020所處的平面的一個方向上的移動。當使用兩個或三個單軸驅動器7045時，可以實現垂直運動和傾斜運動。
因此，根據本發明的另一實施例，當使用三個單 軸驅動器7045時，具有平面內和出平面運動的裝置7000也可以被提供。仍然可以參考圖1-3和10A-10B，其區別在於使用三個單軸驅動器7045而不是四個。裝置7000包含平面內運動驅動器，該平面內運動驅動器能夠相對於參考平面160沿第一組三個自由度移動物體，即，沿兩個橫向方向和一個偏航旋轉方向運動；以及出平面運動驅動器7040包含三個單軸驅動器7045並支撐位於其上的平面內運動驅動器7030。三個單軸驅動器7045中的每一個均具有致動端855。所述三個致動端協力賦能該參考平面在第二組三個自由度中移動，亦即在垂直方向和兩個傾斜方向上移動。可以進一步包含在裝置7000中的物體可以是被配置用於應用功能的應用元件7010。應用元件7010安裝在平面內運動驅動器上。被配置為具有應用功能的應用元件7010可以是濾光片或透鏡，並且應用功能是允許具有預定範圍內的波長的光通過。
平面內運動驅動器7030包含功能元件7020(諸如被配置為感測光的感測器)、具有第一底部基部7034的第一電路板7033(該第一底部基部具有中央空腔7035和設置在其上的第一電路板框7037，第一底部基部7034還具有第一底部表面1521)、設置在中央空腔7035內部並具有第二底部表面1551和四個軟性彈簧1552的引線框7032、以及具有可移動內框1571和固定外框1572的平面內運動致動器7031。可移動內框1571沿彼此垂直並且平行於第一底部表面1521的兩個方向中 的至少一個而移動。應用元件7010可設置於第一電路板7033上。
出平面運動驅動器7040包含具有基部板表面852的基部板851和設置在基部板表面852的周圍上的基部板框853。三個單軸驅動器7045設置在基上板表面852上，每個單軸驅動器7045沿著彼此平行且平行於基部板表面852的法線方向的特定方向移動。第一底部表面1521附著到基部板框853。第二底部表面1551是附著到三個致動端855。還可以在第二底部表面1551和三個致動端855之間插入一個附加板7041。因此，裝置7000的三個單軸驅動器7045上的三個致動端855可以協同地賦能參考平面160在另外的三個自由度中移動。
圖18是顯示根據本發明的一個實施例的用於製造具有平面內和出平面運動的裝置的方法的方塊圖。如圖1-3和圖18所示，該方法包含以下步驟：步驟S1920：提供平面內運動驅動器7030，該平面內運動驅動器7030能夠相對於參考平面160以三個自由度運動，以在其上安裝用於執行應用功能的功能元件7020；步驟S1930：提供出平面運動驅動器7040，當僅一個單軸驅動器7045被設置在出平面運動驅動器7040中時，該出平面運動驅動器7040能夠至少以另一個自由度運動，或者當在出平面運動驅動器7040中設置四個單軸驅動器7045時，則平面運動驅動器7030具有四個自由度。步驟 S1940：將平面內運動驅動器7030的電路板7033的第一底部表面1521附著在出平面運動驅動器7040的基部板框853上；以及步驟S1950：將引線框7032的第二底部表面1551配置在出平面運動驅動器7030的單軸驅動器7045的致動端的上方。因此，平面內運動驅動器7030和出平面運動驅動器7040附著。該方法可以進一步包含以下步驟：步驟S1910：在步驟S1920之前，提供被配置成用於諸如濾光片的應用功能的應用元件7010，該濾光片用於允許具有預定範圍內的波長的光通過。
圖19是顯示根據本發明的一個實施例的用於提供平面內運動驅動器的圖18中的步驟S1920的過程的方塊圖。如圖1-3和圖18-19所示，圖18中的步驟S1920的過程包含以下子步驟：步驟S1911：提供被配置用於感測光的功能元件(例如感測器)7020；步驟S1912：提供電路板7033，其具有含有中央空腔7035和第一底部表面1521的第一底部基部7034，以及設置在第一底部基部7034上的電路板框7037；步驟S1913：在中央空腔7035內設置引線框7032，該引線框7032具有第二底部表面1551和四個第一彈簧1552；以及步驟S1914：在引線框7032上安裝平面內運動致動器7031，該平面內運動致動器7031具有可移動內框1571和固定外框1572。又如圖2所示，四個軟性彈簧1552分別設置在引線框7032的四個角落，以及電路板7033的第一底部基部7034具有分別從中央空腔7035的四個角落延伸的四個缺口7036，且四個軟性彈簧 1552相應地配合於並焊接至四個缺口7036。
圖20是顯示根據本發明的一個實施例的用於提供出平面運動驅動器的圖18中的步驟S1930的過程的方塊圖。如圖9A、9B和20所示，步驟S1930包含以下子步驟：步驟S1921：提供具有基部板表面852的基部板851、和設置在基部板表面852的周圍上的基部板框853；以及步驟S1922：在具有法線方向的基部板表面852上設置至少一個單軸致動器854，該單軸致動器854具有沿與基板表面852的法線方向平行的方向移動的致動端855。單軸致動器854的數量可以是一個、兩個、三個或四個，這取決於出平面運動驅動器需要提供的運動。
圖21是顯示根據本發明的另一實施例的用於將平面內運動驅動器與出平面運動驅動器組裝的方法的方塊圖。在此示例中，將圖18-20中所示的方法中未使用的附加板7041設置在單軸驅動器7045的四個致動端855與引線框7032的第二底部表面1551之間。如圖1-3和22所示，在與圖18所示的相同的步驟S1940之後，該方法包含以下步驟：步驟S1950a：將附加板7041附著到單軸驅動器7045的四個致動端855；以及步驟S1960：將引線框7032的第二底部表面1551附著至附加板7041。因此，平面內運動驅動器7030和出平面運動驅動器7040被。
圖22是顯示根據如圖1至圖3所示的本發明的一 個實施例用於電連接引線框至電路板和功能元件、電連接引線框至電路板、電連接平面內運動致動器至引線框、以及電連接感測器到平面內運動致動器的可移動內框的打線過程的方塊圖。如圖1-3和22所示，打線過程包含以下子步驟：步驟S2311：提供治具；步驟S2312：將電路板7033、引線框7032和功能元件(例如感測器)7020放置在治具上；步驟S2313：將引線框7032電連接至電路板7033；步驟S2314：將平面內運動致動器7031電連接至引線框7032；以及步驟S2315：將功能元件7020電連接至平面內運動致動器7031的可移動內框1571。因此，將上述所有組件電連接。打線過程可以是導線打線過程，其可以是焊接過程，焊錫膏過程及其組合其中一種。
圖23是顯示根據本發明的另一個實施例的用於製造具有平面內和出平面運動的裝置的方法的方塊圖。如圖1-3、9A、9B和圖23所示，該方法包含以下步驟：步驟S2420：提供平面內運動驅動器7030以在其上安裝應用元件7010，該平面內運動驅動器7030能夠使其相對於參考平面160以第一組三個自由度運動；步驟S2430：提供出平面運動驅動器7040，該出平面運動驅動器7040具有四個單軸驅動器70451、基板表面852並且在其上支撐平面內運動驅動器7030、並且能夠以第二組三個自由度中移動；步驟S2440a：將具有上表面7042的附加板7041附著到四個致動端855；以及步驟S2450： 將應用元件7010附著到電路板框7037。該方法還可以包含步驟S2410：在步驟S2420之前，提供配置用於應用功能的應用元件7010。如果應用元件7010是用於在預定範圍內的波長的光通過的濾光片或透鏡，則該裝置可以是具有平面內和出平面運動的光感測裝置。
因此，本發明還提供了一種通過簡單地組裝應用元件、功能元件，平面內運動驅動器和出平面運動驅動器，來製造具有平面內和出平面運動的裝置的方法。平面內運動驅動器，並配有適當的夾具。平面內運動提供第一組三個自由度，出平面運動提供與第一組三個自由度不同的第二組三個自由度。
儘管已經根據當前被認為是最實際和優選的實施例描述了本發明，但是應當理解，本發明並不限於所公開的實施例。相反地，其意旨是涵蓋包括在所附申請專利範圍的精神和範圍內的各種修改和類似配置，這些修改和類似被置應與最廣泛的解釋相一致，以涵蓋所有此等的修改和類似結構。
853:基部板框
1521:第一底部表面
1551:第二底部表面
7010:應用元件
7030:平面內運動驅動器
7032:引線框
7033:第一電路板
7040:出平面運動驅動器
7045:出平面單軸驅動器
S1910、S1920、S1930、S1940、S1950

Claims (10)

  1. 一種光感測裝置的製造方法，該方法包括：提供一平面內運動驅動器，包括以下子步驟：提供一感測器，其配置以感測一光；提供一電路板，其具有包含一中央空腔及一第一底部基部、及設置於該第一底部基部上的一電路板框，其中該第一底部基部具有一第一底部表面；設置一引線框於該中央空腔內，該引線框具有一第二底部表面及四個軟性彈簧；以及於該引線框上安裝一平面內運動致動器，該平面內運動致動器具有一可動內框及一固定外框；以及提供一出平面運動驅動器，包含以下子步驟：提供一基部板，其具有一基部板表面及設置於該基部板表面的一周圍上的一基部板框，該基部板平面具有一法線方向；以及於該基部板平面上設置四個單軸致動器驅動器，該四個單軸致動器驅動器的每一個具有一單軸致動器，各該單軸致動器具有一致動端，且該每一個單軸致動器沿平行於該法線方向的一方向移動該分別的致動端，以及將該第一底部表面附著於該基部板框，且將該第二底部表面設置於該四個致動端之上。
  2. 如請求項1所述的方法，還包括將一另外的板附著於該四個致動端，以及將該第二底部表面附著於該另外的板，其中將該第一底部表面附著於該基部板框的步驟包含施加一第一膠層介於該第一底部表面及該基部板框之間；以及將該第二底部表面附著於該另外的板的步驟包含施加一第二膠層介於該第二底部表面及該令外的板之間。
  3. 如請求項1所述的方法，還包括一打線程序，該打線程序包含以下子步驟：提供一治具：於該治具上設置該電路板、該引線框及該感測器；將該引線框電連接至該電路板；將該平面內運動驅動器電連接至該引線框；以及將該感測器電連接至該平面內運動驅動器的該可動內框。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該四個軟性彈簧分別設置於該引線框的四個角落，且該第一底部基部具有從其四個角部分別向外延伸的四個缺口，且該四個軟性彈簧對應地配合於且焊接於該四個缺口。
  5. 如請求項1所述的方法，還包括將、一控制器電連接於該出平面運動驅動器及該平面內運動驅動器之間、將一第一組導線打線於該平面內運動致動器與該引線框之間， 以及將一第二組導線打線於該引線框與該電路板之間的步驟。
  6. 如請求項1所述的方法，還包括於該電路板框上設置一濾光片，該濾光片允許一預定範圍內波長的該光通過，且該預定範圍為一可見光範圍。
  7. 一種製造具有平面內及出平面運動的一裝置的方法，該方法包括：提供一平面內運動驅動器，用於相對於一參考平面以三個自由度移動安裝於其上的一功能元件；提供一出平面運動驅動器，於其上承載該平面內運動驅動器，且該出平面運動驅動器具有一底部板以及設置於該底部板上的一第一單軸致動器，其中：該第一單軸致動器具有一第一致動端，以及該第一致動端賦能該功能元件相對於該參考平面以不同於該三個自由度的第四個自由度移動。
  8. 如請求項7所述的方法，其中該平面內運動驅動器具有一電路板框，該方法還包括將配置用於一應用功能的一應用元件附著至該電路板框上的步驟。
  9. 如請求項7所述的方法，其中該出平面運動驅動器具有一基部板表面，該方法還包括將該第一單軸致動器以兩個夾持器固定於該基部板表面上的步驟。
  10. 如請求項7所述的方法，還包括於該出平面運動驅動器的該底部板上設置具有一第二致動端的一第二單軸致動器、具有一第三致動端的一第三單軸致動器及具有一第四致動端的一第四單軸致動器至少其中之一的步驟，其中該第一致動端、該第二致動端、該第三致動端及/或該第四致動端協力地賦能該應用元件相對於該參考平面以該第四個自由度及/或不同於該三個自由度的該第四、一第五及/或一第六個自由度移動。
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