具有用于旋转元件的折叠弹簧的微机电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有旋转元件微机电装置，特别是涉及一种具有可供旋转元件转动的折叠弹簧的微机电装置。
【背景技术】
[0002]近年来由于智能型手机、平板电脑、互动游戏机等消费性电子商品开始采用微机电惯性感测元件(如微机电加速度计与微机电陀螺仪)，微机电惯性感测元件的市场需求呈现快速地成长。在微机电加速度计的技术与产品已相对成熟下，微机电陀螺仪已经成了微机电惯性感测元件市场中，下一个重要的竞争产品。举例来说，微机电陀螺仪可运用于智能型手机，使智能型手机具有互动游戏或个人导航装置的功能。
[0003]传统微机电陀螺仪主要包含了一质量块、一扭转梁、一框架、一折叠弹簧及一固定座。质量块通过扭转梁而连接于框架，框架通过折叠弹簧而固定于固定座。并且，定义X轴向垂直扭转梁的延伸方向，而定义Y轴向平行于扭转梁的延伸方向。微机电陀螺仪的原理大致如下，当框架沿着X轴来回的振荡时，质量块也一并沿着X轴向而来回振荡；当Y轴向产生角速度时，质量块将以扭转梁为旋转轴产生反复的旋转运动。此时，侦测微机电陀螺仪的质量块与感应电极间的电容值改变，即可计算出角速度。
[0004]在设计上，微机电陀螺仪的质量块与框架的共振频率会尽可能相等，才可以确保微机电陀螺仪的灵敏度。但由于传统微机电陀螺仪的扭转梁的刚性与扭转梁本身的宽度的一次方成正比，而折叠弹簧的刚性与折叠弹簧本身的宽度的三次方成正比。因此在扭转梁与折叠弹簧于相同的制作工艺变异下，框架的共振频率的偏移量将大于质量块的共振频率的偏移量。如此，会使传统微机电陀螺仪在相同的制作工艺变异下，无法使质量块与框架在振动时有相近的共振频率，进而使质量块在感测到角速度时，无法同时达到最大振幅。如此一来，将使得微机电陀螺仪的灵敏度降低。
[0005]此外，传统微机电多轴加速度计、微机电磁力计、微机电镜面等具有可旋转质量块(即旋转元件)的微机电装置常采用旋转梁(tors1n beam)来连接旋转元件，以供旋转元件进行转动。当这些微机电装置的尺寸不断缩小时，旋转梁的长度却必需增加，才能使旋转元件依然能在特定的频率上来回转动。因此，这些具有旋转元件的微机电装置若继续使用旋转梁，将使这些具有旋转元件的微机电装置的尺寸无法有效缩小。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种微机电装置，其利用折叠弹簧连接旋转元件，使旋转元件能依一轴线转动。
[0007]为达上述目的，本发明所公开的微机电装置，包含一旋转元件、至少一限制元件以及至少二折叠弹簧。旋转元件可依一轴线进行转动。二折叠弹簧以轴线为中心线而对称配置，每一折叠弹簧具有一移动端及一固定端。移动端连接旋转元件，固定端连接限制元件。借着使移动端及固定端都不位于轴线上，本发明所公开的微机电装置都能利用折叠弹簧而使旋转元件能依一轴线进行转动。
[0008]本发明所公开的微机电装置，包含一旋转元件、至少一限制元件以及至少二折叠弹簧。旋转元件可依一轴线进行转动。二折叠弹簧以轴线为中心线而对称配置，每一折叠弹簧具有一移动端及一固定端。移动端连接旋转元件，固定端连接限制元件。其中，移动端及固定端都不位于轴线上，定义移动端至轴线的距离为一移动距离，定义固定端至轴线的距离为一固定距离，定义移动端至固定端的距离为一弹簧长度，弹簧长度因旋转元件的转动而改变。本发明所公开的折叠弹簧的实施型态包含:(I)固定距离小于或等于移动距离且弹簧长度小于或等于移动距离。(2)固定距离小于或等于移动距离且弹簧长度大于移动距离。(3)固定距离大于移动距离且弹簧长度小于或等于固定距离。(4)固定距离大于移动距离且弹簧长度大于固定距离。
[0009]本发明所公开的微机电装置，包含一旋转元件、至少一限制元件以及至少二折叠弹簧。旋转元件可依一轴线进行转动。二折叠弹簧以轴线为中心线而对称配置，每一折叠弹簧具有一移动端及一固定端。移动端连接旋转元件，固定端连接限制元件。其中，移动端及固定端都不位于轴线上，定义移动端至轴线的距离为一移动距离，定义固定端至轴线的距离为一固定距离，定义移动端至固定端的距离为一弹簧长度，弹簧长度因旋转元件的转动而改变。每一折叠弹簧包含依序相连的多个延展部，这些延展部的延伸方向平行于轴线，限制元件为一支架且支架的宽度大于至少一延展部的宽度。
[0010]本发明所公开的微机电装置，包含一旋转元件、至少一限制元件以及至少二折叠弹簧。旋转元件可依一轴线进行转动。二折叠弹簧以轴线为中心线而对称配置，每一折叠弹簧具有一移动端及一固定端。移动端连接旋转元件，固定端连接限制元件。其中，移动端及固定端都不位于轴线上，弹簧长度因旋转元件的转动而改变。每一折叠弹簧包含依序相连的多个延展部，这些延展部的延伸方向平行于轴线，至少二延展部的长度不相同。
[0011]本发明所公开的微机电装置，包含一质量块、至少一限制元件及多个折叠弹簧。质量块可依一轴线进行转动。多个折叠弹簧以轴线为中心线而对称配置，每一折叠弹簧具有一移动端及一固定端。移动端连接质量块，固定端连接至少一限制元件。其中，移动端及固定端都不位于轴线上，弹簧长度因质量块的转动而改变。本发明所公开的微机电装置，可利用折叠弹簧连接旋转元件，使旋转元件能依一轴线转动。因此，本发明所公开的微机电装置可依据不同的用途而进行适当修改，而适用于机电多轴加速度计、微机电磁力计、微机电镜面等具有旋转元件的微机电装置。
[0012]有关本发明的特征、实作与功效，兹配合附图作最佳实施例详细说明如下。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的微机电装置的部分结构示意图。
[0014]图2为根据图1的侧视图。
[0015]图3为本发明的微机电装置的作动原理的第一型态示意图。
[0016]图4为本发明的微机电装置的作动原理的第二型态示意图。
[0017]图5为本发明的微机电装置的作动原理的第三型态示意图。
[0018]图6为本发明的微机电装置的作动原理的第四型态示意图。
[0019]图7为本发明的微机电装置的作动原理的第五型态示意图。
[0020]图8A为本发明一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0021]图8B为本发明一实施例的微机电装置的局部结构侧视图。
[0022]图9A为本发明另一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0023]图9B为本发明另一实施例的微机电装置的折叠弹簧与限制元件的结构侧视图。
[0024]图9C为本发明另一实施例的微机电装置的折叠弹簧与限制元件的结构立体图。
[0025]图9D为本发明另一实施例的弹簧宽度的制作工艺变异对应于框架与旋转元件的共振频率关系图。
[0026]图1OA为本发明另一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0027]图1OB为本发明另一实施例的微机电装置的折叠弹簧与限制元件的结构侧视图。
[0028]图1lA为本发明另一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0029]图1lB为本发明另一实施例的微机电装置的折叠弹簧与限制元件的结构侧视图。
[0030]图1lC为本发明另一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0031]图1lD为本发明另一实施例的微机电装置的折叠弹簧与限制元件的结构侧视图。
[0032]图1lE为本发明另一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0033]图1lF为本发明另一实施例的微机电装置的折叠弹簧与限制元件的结构侧视图。
[0034]图12为本发明另一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0035]图13为本发明另一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0036]图14A为本发明另一实施例的微机电装置的结构上视图。
[0037]图14B为本发明另一实施例的微机电装置的折叠弹簧与限制元件的结构侧视图。
[0038]符号说明
[0039]10a、10b、10c、10d、10d’、10d”、10e、10f、10g 微机电装置
[0040]A旋转元件
[0041]100a、100b、100c、10cU 100e、100f、100g 质量块
[0042]1lg 开孔
[0043]B、110a、110b、110c、110d、110e、110f、110g 折叠弹簧
[0044]110d’、110d” 折叠弹簧
[0045]1101a、1101b、1101c、1101d、1101e、1101f、1101g 延展部
[0046]1102a、1102b、1102c、1102d、1102e、1102f、1102g 延展部
[0047]1103a、1103b、1103c、1103d、1103e、1103f、1103g 延展部
[0048]1100c、I 10cU I 10f 延展部
[0049]1104a、1104b、1104e、1104g 延展部
[0050]1100d，、1101d，、1102d，、1103d，、延展部
[0051]1100d，，、1101d，，、1102d，，、1103d，，、延展部
[0052]M、112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g 移动端
[0053]112d’、112d” 移动端
[0054]R、114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g 固定端
[0055]114d’、114d” 固定端
[0056]120a、120b、120c、120d、120d，、120d，，、120e、120f 支架
[0057]120g 固定座
[0058]1201e、1201f 主支架
[0059]1202e、1202f 延伸部
[0060]122b中央连杆
[0061]124b W 型支架
[0062]1241b 第一端
[0063]1242b 第二端
[0064]130a、130b、130c、130d、130e、130f 框架
[0065]140a、140b、140c、140d 弹簧
[0066]150aU50bU50cU50d 固定座
[0067]160a 基板
[0068]L、L1、L2 轴线
[0069]L，中心线
[0070]C 圆心
[0071]P 交点
[0072]ffr>ffs 宽度
[0073]df固定距离
[0074]dm移动距离
[0075]ds弹簧长度
【具体实施方式】
[0076]请参照图1与图2，图1为本发明的微机电装置的部分结构示意图，图2为根据图1的侧视图。
[0077]本发明的微机电装置的一旋转元件A可依一轴线L进行转动。折叠弹簧(serpentine spring or folded spring)B具有一移动端M与一固定端R。折叠弹簧B的移动端M连接于旋转元件A，而折叠弹簧B的固定端R连接至一限制元件(未绘示)。旋转元件A依轴线L进行旋转运动时，移动端M会沿一圆周O旋动(如图2虚线所示)。此外，轴线L与圆周O所在的平面相交于一圆心C。
[0078]如图1所示，可定义移动端M至轴线L的垂直距离为一移动距离dm及可定义固定端R至轴线L的垂直距离为一固定距离df。移动端M至固定端R的距离也可被定义为一弹簧长度ds。
[0079]本发明的微机电装置其移动端与固定端都不位于轴线上，因此会有数种不同的作动型态。以下说明本发明的微机电装置的各种作动型态。
[0080]如图3所示，为本发明的微机电装置的作动原理的第一型态示意图。在第一型态，折叠弹簧B的固定端R是位于旋转圆周O内且弹簧长度ds小于圆周的半径。换言之，固定距离df小于移动距离dm，且弹簧长度ds小于移动距离dm。当旋转元件A旋转Θ角后，折叠弹簧B的移动端M会以C为圆心而由M点旋转至M’点。此时，折叠弹簧B的移动端M至固定端R的长度将由LO (即MR的距