驱动物体运动的方法与流程

本发明涉及半导体领域，尤其是涉及半导体领域中一种驱动物体运动的方法。

背景技术：

半导体是现代工业的基础，随着信息化、数字化时代的来临，电子产品的普及率已经达到了很高的水平，作为电子产品的基本元器件，半导体起到了举足轻重的地位。在半导体器件进行工作中，有一定的功能需要控制驱动半导体器件进行朝一方向运动，现有技术中往往采用电磁控制或者MEMS的方式控制，在控制精度方面有待提高，此外现有的驱动控制方式需要较大的机械装置，这与电子集成度需求更高的发展方向是不一致的，因此，在半导体领域如何提供一种驱动物体运动的方法为业内的需求之一。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种驱动物体运动的方法，提供至少一个弹性结构、定子、动子；所述弹性结构部分固定于定子上，所述定子、动子均能向所述弹性结构提供静电力；施加静电力于弹性结构上，在一定时间内，静电力向所述弹性结构做功，所述弹性结构积累机械能；

通过控制定子、动子向该弹性结构施加的静电力的大小、方向、时间，弹性结构的部分机械能转换为驱动动子向指定方向运动的能量；同时，动子的部分静电力通过弹性结构转换为驱动动子向指定方向运动的力。

可选的，所述弹性结构设置有镂空部。

可选的，所述镂空部使弹性结构的静电作用面积减小，刚度减小；其中刚度减小的比例大于静电作用面积减小的比例。

可选的，所述镂空部在弹性结构上为不均匀分布，以提高弹性结构驱动动子运动的能力。

可选的，所述镂空部在接触或靠近动子和定子的区域分布较少或不设置，在未接触或远离动子和定子的区域分布较多。

可选的，所述镂空部的形状为长条形、圆形、椭圆形、多边形的一种或几种组合。

可选的，提供所述动子向定子方向的对弹性结构的压力，通过所述压力保证动子与定子的位置稳定；

所述压力由外部系统提供、或定子动子之间的静电吸引装置提供、或所述动子和弹性结构的静电吸引提供。

可选的，当所述压力由所述动子和弹性结构的静电吸引提供时，通过控制定子、动子向该弹性结构施加的静电力的大小、方向、时间，使用部分的弹性结构通过静电力压靠于动子，保证动子与定子的位置稳定。

可选的，所述弹性结构的顶部区域接触动子后，动子的部分静电力或弹性结构的部分机械能致使弹性结构发生形变，弹性结构于指定方向的长度增加。

可选的，提供限位结构，通过限位结构以限位定子和动子的相对距离。

可选的，设置多组多个方向的弹性结构进行驱动，以驱动动子沿水平多个方向运动。

可选的，启动时，

动子吸引弹性结构发生上下振动，释放弹性结构使其靠近定子；

定子控制多个弹性结构，使不参与驱动工作的一部分弹性结构吸引至定子，减小这一部分的弹性结构与动子之间的摩擦力；使参与驱动工作的另一部分弹性结构在定子、动子的轮转吸引作用下驱动动子运动。

可选的，定子释放弹性结构，动子吸引弹性结构的顶部区域，使更多的顶部区域靠近并接触动子，弹性结构的顶部区域接触动子产生压力，弹性结构发生形变驱动动子运动；在驱动动子运动一定阶段后，定子吸引所述弹性结构，弹性结构的顶部区域逐渐离开动子；重复定子、动子的轮转吸引，实现驱动动子向指定方向运动。

可选的，提供反馈测量模块，测量动子相对定子的相对位置。

可选的，所述反馈测量模块为传感器单元，动子上设置有电容；定子发出信号，耦合传输至动子上的电容，所述传感器单元通过检测所述电容上对应的信号，检测出动子上的所述电容与传感器单元的位置关系，得出动子相对定子的相对位置。

可选的，通过静电力的控制，使定子和/或动子驱动弹性结构运动的频率与弹性结构的固有机械频率接近或相同，提高弹性结构驱动动子的能力。

可选的，所述弹性结构为两段梁结构，所述两段梁结构包括：位于底部区域的支点，中部区域的触点和顶部区域的顶点；所述两段梁结构即为：顶点至触点为一段，触点至支点为另一段。

可选的，所述定子上设置有：至少两个独立的第一电极、第二电极；所述第一电极、第二电极分别吸引或释放弹性结构。

可选的，当顶点接触动子时，所述两段梁结构中顶点与触点之间的一段的弹性势能大，顶点的速度低；所述两段梁结构中触点与支点之间的另一段的动能大，弹性势能小。

可选的，当顶点接触动子之后，所述两段梁结构一方面提供顶点向动子的压力，产生顶点与动子之间的摩擦力；所述两段梁结构另一方面释放弹力驱动动子向前运动。

可选的，所述动子设置有图像传感器芯片。

本发明通过提供设置于定子的弹性结构，并设置电极，施加静电将电能转化为弹性结构的机械能，机械能包括弹性势能和动能。再将机械能转换为推动动子运动的动能，多个弹性结构的往复运动带动动子朝多个水平方向运动或旋转。本发明的驱动方法适应于微型化的半导体器件，并能提高驱动物体运动的精度。

附图说明

图1至图6为本发明第一实施例中驱动物体运动方法的各步骤对应的结构示意图；

图7为本发明涉及限位结构的示意图；

图8至图13为本发明第二实施例中驱动物体运动方法的各步骤对应的结构示意图；

图14为本发明涉及驱动物体运动的系统的示意图；

图15为本发明涉及的驱动物体运动的步骤示意图。

具体实施方式

本发明提供一种驱动物体运动的方法，提供至少一个弹性结构、定子、动子；所述弹性结构部分固定于定子上；所述定子上有至少一个电极，所述电极施加静电力于弹性结构，通过控制电极施加的电压极性和时间，静电力在弹性结构进行往复运动时，在一定时间区间内，所做的正功大于负功，静电力所做的功积累为弹性结构的弹性势能和动能，弹性结构的顶部接触动子，将弹性结构的部分弹性势能和动能转换为驱动动子运动的能量，驱动动子向某一方向运动。

下面结合具体实施方式对本发明内容进行说明，请参考图1至图6，图1至图6为本发明第一实施例中驱动物体运动的方法的各步骤对应的结构示意图。

参考图1所示，图1中为驱动物体运动的系统的部分区域，该区域设置有一个弹性结构400、定子200、动子100，弹性结构400为具有一定厚度的电极性物体，在本实施例中采用2微米至5微米的厚度，弹性结构设置有镂空部，镂空部使弹性结构的静电作用面积减小，刚度减小；其中刚度减小的比例大于静电作用面积减小的比例。镂空部在弹性结构上为不均匀分布，以提高弹性结构驱动动子运动的能力。镂空部在接触或靠近动子和定子的区域分布较少或不设置，在未接触或远离动子和定子的区域分布较多。镂空部的形状为长条形、圆形、椭圆形、多边形的一种或几种组合。弹性结构400部分固定于定子200上；弹性结构400为两段梁结构，两段梁结构包括：位于底部区域的支点410，中部区域的触点420和顶部区域的顶点430。图1中弹性结构400为初始状态，该初始状态的弹性结构400的触点420悬空于定子200的上方，支点410固定于定子200上，顶点430及顶点430延伸的顶部区域悬空于定子200上方或与动子100接触，定子与动子之间的距离在15微米至50微米之间。

参考图2中，驱动物体运动的系统启动弹性结构400时，通过控制动子100、定子200、弹性结构400施加的电压极性和时间，例如，定子200上施加20V~30V的电压，而弹性结构400、定子200为0V的电压，使得动子100吸引弹性结构400，弹性结构400顶部区域与动子100接触的范围变大，可选的，在一实施例中弹性结构400发生上下振动；在另一实施例中弹性结构400未发生上下振动。所述弹性结构400的顶部区域接触动子100后，动子100的部分静电力或弹性结构400的部分机械能致使弹性结构400发生形变，弹性结构400于指定方向的长度增加。

接着，请一并参考图3、图4，定子200上有一个电极300，改变动子100和定子200上的电极300电压，例如，动子100、弹性结构400上为0V的电压，定子200上施加20V~30V的电压，使得动子100释放弹性结构400，弹性结构400尽可能的靠近定子的电极300。图3中电极300施加静电力于弹性结构400，此时弹性结构400的触点420及部分区域（顶部区域）由于静电吸附力吸附至定子200的表面。

请一并参考图5、图6所示，通过控制电极300施加的电压极性和时间，使得电极300释放弹性结构400，例如，动子100上施加20V~30V的电压，而弹性结构400、定子200为0V的电压，弹性结构400的顶部区域向动子100运动，弹性结构400的触点420离开定子200，顶部区域逐渐吸引至动子100，并使得更多的顶部区域靠近并接触动子100，弹性结构400的顶部区域接触动子100产生压力，弹性结构400发生形变，产生的弹性力驱动动子100运动。具体的，当顶点430接触动子100时，所述两段梁结构中顶点与触点之间的一段梁的弹性势能较大，顶点的速度较低，所述两段梁结构中触点420与支点410之间的另一段梁的动能较大，弹性势能较小。当顶点430接触动子100之后，所述两段梁结构一方面提供顶点430和顶点430周围的顶部区域向动子100的压力，顶点430和顶点430周围的顶部区域与动子100之间产生摩擦力，所述两段梁结构另一方面释放弹力驱动动子100向前（A方向）运动。

接着，弹性结构驱动动子100运动一定阶段后，顶部区域逐渐离开动子100。本发明中，重复启动弹性结构400和定子释放弹性结构400的步骤，即：启动时，释放弹性结构使其靠近定子；定子控制多个弹性结构，使不参与驱动工作的一部分弹性结构吸引至定子，减小这一部分的弹性结构与动子之间的摩擦力；使参与驱动工作的另一部分弹性结构的部分区域吸引至定子；释放弹性结构，动子吸引弹性结构的顶部区域，使更多的顶部区域靠近并接触动子，弹性结构的顶部区域接触动子产生压力，弹性结构发生形变驱动动子运动；在驱动动子运动一定阶段后，定子吸引所述弹性结构，弹性结构的顶部区域逐渐离开动子；重复定子、动子的轮转吸引，实现驱动动子向指定方向运动使得弹性结构400做图1至图6的往复运动，实现驱动动子100向指定方向运动。动子100和定子200施加静电力于弹性结构400，使得弹性结构在定子和动子之间往复运动，在一定时间区间内，所做的正功大于负功，静电力所做的功积累为弹性结构400的弹性势能和动能，弹性结构400的顶点430接触动子100，将弹性结构400的部分弹性势能和动能转换为驱动动子100运动的能量，驱动动子100向驱动方向A运动。此外，动子100的部分静电力通过弹性结构400转换为驱动动子100向指定方向运动的力。

此外，定子200和动子200之间具有多组多个弹性结构400，以驱动动子沿水平多个方向运动。通过控制定子200和动子100上电压的极性和时间控制多个弹性结构400，将不参与驱动工作的一部分弹性结构400吸引至定子200，减小这一部分不参与驱动工作的若干弹性结构400与动子100的接触，避免这一部分不参与驱动工作的弹性结构对动子100的运动产生影响，而参与驱动工作的另一部分弹性结构400在定子200、动子100的轮转吸引作用下驱动动子100运动。

在一实施例中，在定子200设置提供反馈测量模块（未标注），测量动子100相对定子200的相对位置。

在一实施例中，所述反馈测量模块为传感器单元，动子100上设置有电容；定子200发出信号，耦合传输至动子上的电容，所述传感器单元通过检测所述电容上对应的信号，检测出动子上的所述电容与传感器单元的位置关系，得出动子相对定子的相对位置。

在一实施例中，参考图7所示，提供限位结构500，限位结构500设置于动子100与定子200之间，通过限位结构500以限位定子200和动子100之间的相对距离，防止弹性结构400靠近定子200时，动子100向定子200移动，使得动子100和定子200垂直于A方向上保持相对距离，不会对弹性结构400产生挤压。

在另一实施例中，不采用限位结构，而是提供动子100向定子200方向的对弹性结构400的压力，通过所述压力保证动子100与定子200的位置稳定；所述压力由外部系统提供、或定子200、动子100之间的电极吸引提供、或所述动子100和弹性结构400的静电吸引提供。

在一实施例中，通过控制定子、动子施加于弹性结构的静电力的大小、方向、时间，控制弹性结构400的运动频率，使定子和/或动子驱动弹性结构运动的频率与弹性结构400的固有机械频率接近或形同，提高弹性结构驱动动子的能力。

在一实施例中，动子100上设置有图像传感器芯片。

下面结合具体实施方式对本发明内容进行说明，请参考图8至图13，图8至图13为本发明第二实施例中驱动物体运动的方法的各步骤对应的结构示意图。

请参考图8，图8中为驱动物体运动的系统的部分区域，该区域设置有一个弹性结构400’、定子200’、动子100’；弹性结构设置有镂空部，镂空部使弹性结构的静电作用面积减小，刚度减小；其中刚度减小的比例大于静电作用面积减小的比例。镂空部在弹性结构上为不均匀分布，以提高弹性结构驱动动子运动的能力。镂空部在接触或靠近动子和定子的区域分布较少或不设置，在未接触或远离动子和定子的区域分布较多。镂空部的形状为长条形、圆形、椭圆形、多边形的一种或几种组合。弹性结构400’部分固定于定子200’上；弹性结构400为两段梁结构，两段梁结构包括：位于底部区域的支点410’，中部区域的触点420’和顶部区域的顶点430’。参考图8中所示，弹性结构400’为初始状态，该状态的弹性结构400’的触点420’悬空于定子200’的上方。

参考图9所示，驱动物体运动的系统启动弹性结构400’时，动子100’上施加电压，例如，定子200’上施加20V~30V的电压，而弹性结构400’、定子200’为0V的电压，使得动子100’吸引弹性结构400’，使得弹性结构400’可发生上下振动，在另一实施例中弹性结构400’未发生振动。所述弹性结构400’的顶部区域接触动子100’后，动子100’的部分静电力或弹性结构400’的部分机械能致使弹性结构400’发生形变，弹性结构400’于指定方向的长度增加。

定子200’上设置有两个独立的第一电极310’、第二电极320’， 第一电极310’、第二电极320’分别用于吸引弹性结构。本实施例中，第一电极310’和第二电极320’优选的分别位于触点420’的两侧，分别用于吸引或释放两段梁结构，然而，本发明中的第一电极和第二电极的位置并不限于分别设置于触点的两端，还可以为：第一电极分布于触点的两侧，而第二电极完全位于触点的一侧；第一电极完全位于触点的一侧，而第二电极分布于触点的两侧。参考图10，定子200’、弹性结构400’上施加0V的电压，而第一电极310’为20V~30V的电压，第二电极320’为0V的电压，弹性结构400’的触点420’及部分中部区域由于第一电极310’的静电吸附力吸附至定子200’的表面。参考图11中所示，控制施加于第二电极320’的静电力，第二电极320’施加为20V~30V的电压，使得第二电极320’吸引触点420’至顶点430’之间的梁结构，弹性结构400的两段梁结构均被吸引在定子200’的第一电极310’和第二电极320’上。在另一实施例中，第二电极320’先吸附弹性结构400’的部分区域，第一电极310’再吸附弹性结构400’的另一部分区域。

接着，第一电极310’、第二电极320’施加静电力分时分别释放两段梁结构。参考图12所示，控制施加于第二电极320’的静电力，例如，定子200’、弹性结构400’、第一电极310’上施加0V的电压，而第二电极320’为20V~30V的电压，使得第二电极320’释放中部区域的触点420’和顶部区域的顶点430’之间的梁结构。图12中，释放中部区域的触点420’和顶部区域的顶点430’之间的梁结构到动能较小，弹性势能较大时，控制第一电极310’释放底部区域的支点410’和中部区域的触点420’之间的梁结构，例如，定子200’上施加0V的电压，而弹性结构400’、第一电极310’、第二电极320’为20V~30V的电压，参考图13所示，使得弹性结构的两段梁结构均释放。通过控制第一电极310’、第二电极320’施加的静电力的极性和时间，静电力在弹性结构400’进行往复运动时，在一定时间区间内，所做的正功大于负功，静电力所做的功积累为弹性结构400’的弹性势能和动能，弹性结构400’的顶点430’接触动子100’，将弹性结构400’的部分弹性势能和动能转换为驱动动子100’运动的能量。

继续参考图13所示，当顶点430’及顶部区域接触动子100’时，所述两段梁结构靠近顶点430’的一段推动动子100’向驱动方向（A方向）运动的弹性势能较大。

当顶点430’及顶部区域接触动子100’之后，所述两段梁结构靠近顶点430’的一段释放弹力驱动动子100’向前运动；所述动子100’所述顶点430’及顶点430’周围的顶部区域提供压力，防止两段梁结构的顶点430’及顶点430’周围的顶部区域滑动。

在一实施例中，在弹性结构400’进行往复运动的过程中，弹性结构400’对动子100’产生非均匀的驱动力，在驱动方向A所做的功大于回复方向B所做的功，从而驱动动子100’向某一方向运动。

在一实施例中，在定子200’上设置提供反馈测量模块（未标注），测量动子100’相对定子200’的相对位置。

在一实施例中，所述反馈测量模块为传感器单元，动子100’上设置有电容；定子200’发出信号，耦合传输至动子上的电容，所述传感器单元通过检测所述电容上对应的信号，检测出动子上的所述电容与传感器单元的位置关系，得出动子相对定子的相对位置。

在一实施例中，提供限位结构，通过限位结构以限位定子200’和动子100’之间的相对距离，防止弹性结构400’靠近定子200’时，动子100’向定子200’移动，使得动子100’和定子200’垂直于A方向上保持相对距离，不会对弹性结构400’产生挤压。

于所述定子200’和动子100’之间设置至少一个第一电极310’、第二320’，于第一电极310’、第二电极320’充电提供静电力调节定子200’与动子100’之间的压力，进而调节定子200’与动子100’之间的摩擦力。

在一实施例中，动子100’上设置有图像传感器芯片。

图14为本发明涉及驱动物体运动的系统的示意图。图示中在定子200’对应的四边上设置有若干如第一实施例、第二实施例中的单向移动弹性结构，通过控制定子和动子上静电力的极性和时间控制多个弹性结构，将不参与驱动工作的一部分弹性结构朝定子方向吸引至定子，减小该部分不参与驱动工作的若干弹性结构与动子的接触，减少或避免其对动子的运动产生影响，而参与驱动工作的另一部分弹性结构在定子、动子的轮转吸引作用下驱动动子运动。图14中箭头方向分别为对应的弹性结构带动动子移动的方向，通过控制多个弹性结构能实现动子沿水平方向的运动或旋转。

请继续参考图15，图15为本发明涉及的驱动物体运动的步骤示意图

S100：提供至少一个弹性结构、定子、动子；所述弹性结构部分固定于定子上；

S200：所述定子上有至少一个电极，所述电极施加静电力于弹性结构，通过控制电极施加的电压极性和时间，静电力在弹性结构进行往复运动时，在一定时间区间内，所做的正功大于负功，静电力所做的功积累为弹性结构的弹性势能和动能，弹性结构的顶部接触动子，将弹性结构的部分弹性势能和动能转换为驱动动子运动的能量，驱动动子向某一方向运动。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。