CN101618849A - 调整扭转式微机电元件共振频率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调整扭转式微机电元件共振频率的方法。首先提供一扭转式微机电元件，接着对该扭转式微机电元件进行一共振频率检测，以获知该扭转式微机电元件的一实际共振频率，若该扭转式微机电元件的该实际共振频率高于一标准共振频率时，则固定至少一质量块于该扭转式微机电元件，得以增加该扭转式微机电元件的质量，以便降低该实际共振频率至接近该标准共振频率，而达到调整该调整扭转式微机电元件共振频率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种调整扭转式微机电元件共振频率的方法，特别是一种固定至少一质量块至该扭转式微机电元件，以调整该扭转式微机电元件共振频率的方法。
背景技术
近年来，微机电(MEMS)领域的主要发展为各种机械元件的缩小化(miniaturization)，利用集成电路的工艺技术来制造微机电元件，典型的微机电元件有微齿轮、微杠杆或微阀门，在运作时常配合相关的控制电路来操作，例如加速传感器(accelerometer)、压力与化学传感器(pressure and chemicalsensors)与致动器(actuator)等。
微机电产品常以硅为材料，透过多道半导体工艺将硅材加工为特定的机械结构使用，例如，扭转式微机电元件便常以扭转轴(hinge)作为致动结构。然而，扭转轴的几何形状为影响扭转式微机电元件的共振频率(resonantfrequency，RF)的主要因素之一，同时，共振频率也是此类扭转式微机电元件设计上最常影响产品动态操作的参数，因此，在制作扭转式微机电元件时，需要通过不同的工艺方法，来制造或调整符合共振频率范围要求的扭转轴。可预见的是，当产品规格的共振频率范围要求更为精细严苛时，单纯通过现行的黄光工艺或蚀刻工艺来决定扭转轴的几何形状并不容易。因此，发明人特提出一种共振频率可调的扭转式微机电元件，来改善现有扭转式微机电元件工艺的限制，并在扭转式微机电元件制造流程完成后，进一步对扭转式微机电元件的共振频率进行调整的动作，以符合产品共振频率范围的要求。
发明内容
为满足上述需求，本发明提供一种调整扭转式微机电元件共振频率的方法，在扭转式微机电元件初步的结构完成后，透过附加质量块的方式来调整其共振频率，以符合产品规格的需求。
为达上述目的，本发明提供一种调整扭转式微机电元件共振频率的方法。首先，提供一扭转式微机电元件，其包含一支持结构、一平板主体，以及连接该平板主体与该支持结构的至少二扭转轴。接着对该扭转式微机电元件进行一共振频率检测，以获知该扭转式微机电元件的一实际共振频率，当该扭转式微机电元件的该实际共振频率高于一标准共振频率时，则固定至少一质量块于该平板主体，增加该扭转式微机电元件的质量，以使该实际共振频率降低至接近该标准共振频率。
附图说明
图1与图2a、2b为依据本发明的一优选实施例所绘示的一调整扭转式微机电元件共振频率的方法的示意图。
图3为依据本发明的调整扭转式微机电元件共振频率的方法所绘示的流程示意图。
图4与图5a、5b为依据本发明的另一优选实施例所绘示的一调整扭转式微机电元件共振频率的方法的示意图。
附图标记说明
10 扭转式微机电元件 12 平板主体
14 扭转轴 16 支持结构
18 容纳空间 20 有源区域
21 非有源区域 24 正面
26 镜面 28 质量块
29 背面 30 接合材料
31 扭转式微机电元件 32 平板主体
34 扭转轴 36 背面
38 磁铁 40 支持结构
42 容纳空间 44 正面
48 接合材料 50 质量块
100、102、104、106、108
调整扭转式微机电元件共振频率的方法的流程步骤
具体实施方式
为使更近一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的细说明与附图。然而，所附图示仅供参考与辅助说明之用，并非对本发明加以限制。
请参考图1与图2a、2b，图1与图2a、2b为依据本发明的一优选实施例所绘示的一调整扭转式微机电元件共振频率的方法的示意图。如图1所示，提供一扭转式微机电元件10，其包含有一平板主体12以及二扭转轴14。扭转式微机电元件10的扭转轴14沿通过平板主体12的质量中心的一第一方向排列，连接平板主体14于一支持结构16，并将平板主体12设置在支持结构16的一容纳空间18内，且平板主体12在容纳空间18内以扭转轴14为扭转中心轴(torsinal axis)而自由摆动。此外，平板主体12的一正面24定义有一有源区域20以及一非有源区域21，在有源区域20中可利用一金属沉积工艺沉积钛/金(Ti/Au)、铜/金(Cu/Au)或铝(Al)等金属作为光反射层，来当作微镜面使用，例如本优选实施例所示的一镜面26，亦可依产品的规格需求在有源区域20中设置各种不同的装置或元件，而不以此为限，亦可装置其他微机电动件或电子电路系统。
在扭转式微机电元件10初步的结构完成后，提供一驱动力使扭转式微机电元件10产生共振，并对扭转式微机电元件10进行一共振频率检测，以得知扭转式微机电元件10的一实际共振频率。驱动扭转式微机电元件10的驱动力可包含电磁力、静电力、热驱动力或是压电等来源，本发明的扭转式微机电元件可配合相关的元件装置，因应不同驱动力来源而共振。举例来说，若本发明的扭转式微机电元件利用电磁力驱动，在制作该扭转式微机电元件时，即可将一磁铁或一电磁线圈设置在该扭转式微机电元件的一背面，待该扭转式微机电元件的结构制作完成后，另将一对应的一外部电磁线圈或一磁铁设置在该扭转式微机电元件的下方，以提供该扭转式微机电元件共振所需的驱动力，然而该磁铁或该电磁线圈的装设并不限于在该扭转式微机电元件的制作过程中，亦可在完成该扭转式微机电元件的制作步骤后，再另行加设至该扭转式微机电元件上。
在得知扭转式微机电元件10的该实际共振频率后，则比对该实际共振频率与一标准共振频率，其中，该标准共振频率依照扭转式微机电元件10欲应用的产品而定，同时确认该实际共振频率是否符合产品所需的该标准共振频率的范围内。倘若比对后发现扭转式微机电元件10的该实际共振频率落在该标准共振频率的范围外，例如该实际共振频率高于该标准共振频率，则可固定至少一质量块，如图2a及图2b所示，其中图2a为扭转式微机电元件10的剖面示意图，图2b为扭转式微机电元件10的底面示意图，以本优选实施例为例，固定多个包含非导磁材料的质量块28至扭转式微机电元件10的平板主体12上，且考虑扭转式微机电元件10的有源区域20设于扭转式微机电元件10的正面24，为不影响有源区域20内的元件运作，优选的方式是将质量块28固定在平板主体12的一背面29，其中，本优选实施例利用一接合材料30，例如一紫外线胶带或其他具有良好固着能力的材料，将欲固定的质量块28的数量可视该实际共振频率与该标准共振频率的误差而定，且在质量块28被固定到扭转式微机电元件10的平板主体12后，整体而言，扭转式微机电元件10的质量增加，使得扭转式微机电元件10的该实际共振频率下降，以与产品规格所需的该标准共振频率相符；另外，如图2b所示，本优选实施例中固定长条状的质量块28至平板主体28背面，然其形状及数量并不受图2b的示意图所限制。
请参考图3，图3为依据本发明的调整扭转式微机电元件共振频率的方法所绘示的流程示意图，以概略归纳本发明中调整扭转式微机电元件共振频率的方法的操作步骤。本发明的调整扭转式微机电元件共振频率的方法包含以下步骤：
步骤100：提供一扭转式微机电元件；
步骤102：对该扭转式微机电元件进行一共振频率检测，以得知该扭转式微机电元件的一实际共振频率；
步骤104：比对该扭转式微机电元件的该实际共振频率与一标准共振频率是否相符，以确认该实际共振频率是否符合产品所需的该标准共振频率的范围内；经比对后，若该微机电元件的该实际共振频率落在该标准共振频率的范围之外，例如该微机电元件的实际共振频率高于该标准共振频率时，则进行步骤106；经比对后，若该微机电元件的共振频率落在该标准共振频率的范围内，则进行步骤108；
步骤106：固定至少一质量块至该扭转式微机电元件，以调整该实际共振频率，使该扭转式微机电元件的扭转频率下降至接近该标准共振频率；
步骤108：将符合产品标准的该微机电元件送交至其他后续的工艺步骤，例如封装或与其他相关的元件结合，以制作成可供使用的电子产品。
因应扭转式微机电元件产品设计与驱动方法的不同，本发明另提供一优选实施例，请参考图4与图5a、5b。图4为一以电磁力量驱动以产生共振的提供一扭转式微机电元件31的结构示意图，其包含有一平板主体32、二扭转轴34以及一设于平板主体32的一背面36的一磁铁38，与前一实施例相比，因扭转式微机电元件31利用以电磁力量驱动以产生共振，因而扭转式微机电元件31的背面36设有磁铁38。如同前一优选实施例，扭转式微机电元件31的扭转轴34沿通过平板主体32的质量中心的一第一方向排列，连接平板主体32于一支持结构40，并将平板主体32设置在支持结构40的一容纳空间42内，且平板主体32在容纳空间42内以扭转轴34为扭转中心轴而自由摆动。扭转式微机电元件31的一正面44设有一有源区域46，配合产品设计用于装置各种不同的元件，例如：一微镜面，可应用于激光印表机、数字光源处理器(digital light processing device)或其他需透过本发明的扭转式微机电元件31改变光线路径的产品。
如同前一优选实施例所述，扭转式微机电元件31在初步的制作完成后，会进行一共振频率的检测，以得知扭转式微机电元件31的一实际共振频率，并与一标准共振频率比对，以确认该实际共振频率是否符合产品所需的该标准共振频率的范围内，若扭转式微机电元件31的该实际共振频率落在该标准共振频率的范围之外，例如该扭转式微机电元件的实际共振频率高于该标准共振频率时，则可固定至少一质量块至扭转式微机电元件31。请参考图5a及图5b，其中图5a为扭转式微机电元件31的剖面示意图，图5b为扭转式微机电元件31的底面示意图，以本优选实施例为例，利用一接合材料48将多个质量块50固定在扭转式微机电元件31的背面36，例如固定在磁铁38的表面，增加扭转式微机电元件31整体的质量，使扭转式微机电元件31的该实际扭转频率下降至接近该标准共振频率，其中，固定该些质量块时，优选的方式是沿着扭转轴34排列的第一方向固定，以避免在固定质量块50后，该些质量块50产生额外的力矩，去影响本发明调整扭转式微机电元件31共振频率的成效，而固定至扭转式微机电元件31的该些质量块50不限于图5b所示的圆形，可配合扭转式微机电元件31的结构而决定其样式，且考虑扭转式微机电元件31以电磁力量驱动，该些质量块50的材料需选用不具磁性的物质，以免影响扭转式微机电31的正常运作。
一般来说，本发明的扭转式微机电元件可通过一连串的半导体工艺，例如光刻工艺、蚀刻工艺、沉积工艺、化学机械抛光工艺，并透过光掩模图案的设计，即可利用同一道光掩模，在硅晶片上同时定义出本发明的扭转式微机电元件的平板主体、扭转轴、支持结构以及微镜面。若用于制作本发明的扭转式微机电元件系为一正常厚度的晶片，可利用工艺设计与实现，将本扭转式微机电元件下方掏空，使其能够不受拘限而具有自由扭转运动的空间，并在同一片晶片上制作出多个扭转式微机电元件后，此时晶片上每一个扭转式微机电元件皆能自由扭转运动，即可进行一晶片级的共振频率检测，用以检测该些扭转式微机电元件的共振频率，再依个别的需求分别调整，以符合产品规格的需求；反之，若用于制作本发明的该些扭转式微机电元件为一薄晶片，考虑薄晶片本身可为扭转式微机电元件的结构体材料，在薄晶片厚度方向并无足够的空间可进行掏空，因而可能无足够空间提供该扭转式微机电元件自由扭转运动，则可在分割该些扭转式微机电元件为独立的元件后，再一一进行测试，以调整各个独立的扭转式微机电的共振频率。此外，若在固定质量块至扭转式微机电元件后发现该扭转式微机电元件的共振频率下降幅度过大，低于该标准共振频率时，可取下部分的质量块，使调整后的实际共振频率落在该标准共振频率的范围内。
由此可知，本发明提供了一种调整扭转式微机电元件共振频率的方法，在完成扭转式微机电元件的初步结构制作后，先测量该扭转式微机电元件的一实际共振频率，并与产品规格的一标准共振频率比较，若本发明的扭转式微机电元件实际的共振频率高于产品规格所需的标准共振频率时，则可在扭转式微机电元件上固定至少一质量块，固定时需考虑该些质量块的位置及对称性，选择适当数量的质量块，并通过适当的接合材料，例如一紫外线胶带，将质量块固定于扭转式微机电元件，用以增加整体微扭转元件的质量，以便降低其共振频率。因此，原本不合规格的扭转式微机电元件在增加一定数量的质量块后，即可免于报废一途，而提高其产品良率。再者，本发明的该些质量块固定的位置不限于前述优选实施例所示的设于平板主体的背面，亦可设于平板主体正面上有源区域以外的地方，例如非有源区域21，其数量、位置、形状、大小皆可视情况调整，只要不影响有源区域上的元件操作即可，且有源区域内可设置的元件不限于本发明的优选实施例所示的镜面，其他的机械动件、感测元件或是电子电路等，端视产品的用途而选择所需的元件设于有源区域中。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (14)
1.一种调整扭转式微机电元件共振频率的方法，其包含有：
提供一扭转式微机电元件，其包含一支持结构、一平板主体，以及连接该平板主体与该支持结构的至少二扭转轴；
对该扭转式微机电元件进行一共振频率检测，以获知该扭转式微机电元件的一实际共振频率；以及
当该扭转式微机电元件的该实际共振频率高于一标准共振频率时，则固定至少一质量块于该平板主体，增加该扭转式微机电元件的质量以使该实际共振频率降低至接近该标准共振频率。
2.如权利要求1所述的方法，其中该平板主体以这些扭转轴为共振中心轴而扭转振动。
3.如权利要求1所述的方法，其中该平板主体包含一正面与一背面。
4.如权利要求3所述的方法，其中该质量块固定于该平板主体的该正面。
5.如权利要求3所述的方法，其中该质量块固定于该平板主体的该背面。
6.如权利要求5所述的方法，其中该平板主体包含一有源区域以及一非有源区域，设于该正面。
7.如权利要求6所述的方法，其中该平板主体包含一镜面，设于该平板主体的该有源区域。
8.如权利要求1所述的方法，其中该非有源区域设于该有源区域的外围。
9.如权利要求1所述的方法，其中该质量块的材料包含硅。
10.如权利要求1所述的方法，其中该质量块沿这些扭转轴设置。
11.如权利要求1所述的方法，其中该扭转式微机电元件包含一磁铁。
12.如权利要求11所述的方法，其中该质量块固定于该磁铁的相对于接合该磁铁与该平板主体的另一表面。
13.如权利要求1所述的方法，其中该质量块包含非导磁材料。
14.如权利要求第13所述的方法，其中该质量块利用一接合材料，粘着并固定于该平板主体。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120926 Termination date: 20140703 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |