CN111750900A - 具可调整弹簧的微机电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具可调整弹簧的微机电装置，其包含一中央部、一外围部及至少一弹簧。外围部环绕中央部，且与中央部相间隔。弹簧包括一外围段、一外延伸段及一中央段。外围段连接外延伸段。外延伸段的单位温度热膨胀量大于外围段的单位温度热膨胀量或大于中央段的单位温度热膨胀量。

Description

具可调整弹簧的微机电装置

技术领域

本发明涉及一种具可调整弹簧的微机电装置，特别是涉及一种减低热应力的影响的具可调整弹簧的微机电装置。

背景技术

在利用微机电传感器进行感测时，为了准确测量待测物的特性(例如特定气体的浓度)，会使用可将微机电传感器加热至特定操作温度的技术。

然而，当微机电传感器受热而升温时，微机电传感器会受热膨胀，因而导致微机电传感器的感测区产生非预期的变形或翘曲。

当微机电传感器产生非预期地变形时，会降低微机电传感器的感测准确度。若微机电传感器产生过度的变形，会导致微机电传感器的结构产生破坏，而使微机电传感器的可靠度降低。

发明内容

有鉴于以上的问题，本发明提出一种具可调整弹簧的微机电装置，通过减低热应力的影响，以避免过度变形，进而提升具可调整弹簧的微机电装置的可靠度与测量准确度。

本发明的一实施例提出一种具可调整弹簧的微机电装置，其包含一中央部、一加热器、一外围部及至少一弹簧。中央部包含一质心。加热器设置于中央部。外围部环绕中央部，且与中央部相间隔。弹簧包括一中央段、一外围段、一外延伸段及一内连接元件。中央段沿通过质心的一轴线延伸。中央段具有一内端及一外端，且中央段的内端连接中央部。外围段沿平行于轴线的方向延伸。外围段具有一内端及一外端，且外围段的外端连接外围部。外延伸段具有一内端及一外端。内连接元件分别连接外围段的内端及外延伸段的内端。外延伸段的单位温度热膨胀量大于外围段的单位温度热膨胀量或大于中央段的单位温度热膨胀量。

根据本发明的一实施例的具可调整弹簧的微机电装置，在具可调整弹簧的微机电装置因升温而热膨胀时，弹簧挤压中央部的热膨胀量可表示成：外围段的长轴热膨胀量－外延伸段的长轴热膨胀量+中央段的长轴热膨胀量。由于外延伸段的单位温度热膨胀量大于外围段的单位温度热膨胀量或大于中央段的单位温度热膨胀量，故外延伸段的长轴热膨胀量会大于外围段的长轴热膨胀量，或大于中央段的长轴热膨胀量。因此，可减小弹簧挤压中央部的热膨胀量，减缓弹簧挤压中央部的情形，使中央部不易在热膨胀时受弹簧的挤压而过度变形，进而提升具可调整弹簧的微机电装置的可靠度与测量准确度。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。

附图说明

图1为本发明的一实施例的具可调整弹簧的微机电装置的立体示意图；

图2为图1的具可调整弹簧的微机电装置的俯视示意图；

图3为图2的沿I－I’剖面的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图；

图4为本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图；

图5为本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图；

图6为本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图；

图7为本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图；

图8A为本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置的俯视示意图；

图8B为图8A的具可调整弹簧的微机电装置的放大俯视示意图；

图9为图8A的沿II－II’剖面的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图；

图10为本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图。

符号说明

1、1’、1”、1”’、1””、2、2’ 具可调整弹簧的微机电装置

100、200 基础层

101、102、103、104、105、201、

202、204、205、207 调整层

11、21 中央部

12、22 外围部

131、131’、131”、131”’、131””、

132、231、231’、232、233、234 弹簧

13101、23101、23103 外连接元件

13102、23102、23104 内连接元件

1311、1311’、1311”、1311”’、1311””、

2311、2311’、2313、2313’ 外延伸段

13111、131a1、131b1、23111、

23121、23131、231a1、231b1 外端

13112、131a2、131b2、23112、

23122、23132、231a2、231b2 内端

131a、131a’、131a”、131a”’、

131a””、231a、231a’ 外围段

131b、131b’、131b”、131b”’、

131b””、231b、231b’ 中央段

14 底座

140、240 腔孔

2312、2312’ 内延伸段

C1、C2 质心

L1、L2、L3 长度

LC1、LC2 轴线

LP1、LP2 直线

P1、P2、P3、P4 点

X1 第一轴向

X2 第二轴向

θ1、θ2 夹角

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的实施例的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域中具通常知识者了解本发明的实施例的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何本领域中具通常知识者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

在本说明书的所谓的示意图中，由于用以说明而可有其尺寸、比例及角度等较为夸张的情形，但并非用以限定本发明。在未违背本发明要旨的情况下能够有各种变更。实施例及图式的描述中所提及的上下前后方位为用以说明，而并非用以限定本发明。

请参照图1、图2及图3。图1绘示依照本发明的一实施例的具可调整弹簧的微机电装置的立体示意图。图2绘示依照图1的具可调整弹簧的微机电装置的俯视示意图。图3绘示依照图2的沿I－I’剖面的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图。

如图1所示，在本实施例中，具可调整弹簧的微机电装置1包含中央部11、外围部12、第一弹簧131、第二弹簧132及底座14。具可调整弹簧的微机电装置1可为气体传感器或其他具有加热器的传感器，本发明在此不加以限制。具可调整弹簧的微机电装置1的底座14可以是硅基底、绝缘体上硅(SOI)基底、蓝宝石上硅(SOS)基底或玻璃上硅(SOG)基底。在一实施例中，底座14包含硅基底。

外围部12环绕中央部11，且与中央部11相间隔。外围部12的形状为环形。中央部11可包含用以进行感测的感测材料层。加热器(图未绘示)可设置于中央部11。加热器可埋设于中央部11之内，但不以此为限。加热器也可设置于中央部11的表面上。第一弹簧131连接中央部11及外围部12，第二弹簧132也连接中央部11及外围部12。第一弹簧131与第二弹簧132是以中央部11的质心C1为对称中心，点对称地连接中央部11及外围部12。外围部12固设于底座14。底座14具有腔孔140。中央部11经由第一弹簧131及第二弹簧132连接而悬挂于腔孔140之上。

如图2所示，中央部11的形状可为圆形，但本发明不以此为限。在其他实施例中，中央部11的形状也可为矩形或其他形状。

此外，如图1及图2所示，在本实施例中，第一弹簧131包含外围段131a、外延伸段1311、中央段131b、外连接元件13101及内连接元件13102。第二弹簧132与第一弹簧131相似。以下主要以描述第一弹簧131的细节为主，第二弹簧132具有与第一弹簧131相似的配置与特性，故不赘述第二弹簧132的细节。

外围段131a具有一外端131a1与一内端131a2。外围段131a自外围部12沿第一轴向X1(平行于自点P2往质心C1的方向)延伸。外围段131a的外端131a1与外围部12相连于点P1。外延伸段1311具有一外端13111与一内端13112。内连接元件13102连接外围段131a的内端131a2及外延伸段1311的内端13112。中央段131b具有一外端131b1与一内端131b2。中央段131b自中央部11沿第二轴向X2(由质心C1往点P2的方向)延伸。中央段131b的内端131b2与中央部11相连于点P2。外连接元件13101连接中央段131b的外端131b1及外延伸段1311的外端13111。穿过点P2与中央部11的质心C1的轴线LC1实质上平行于第一轴向X1及第二轴向X2。第一轴向X1及第二轴向X2彼此平行且方向相反。穿过点P1与点P2的直线LP1与轴线LC1的夹角θ1呈锐角。

外延伸段1311的单位温度热膨胀量大于外围段131a的单位温度热膨胀量或大于中央段131b的单位温度热膨胀量。在其他实施例中，为了更降低中央部11承受的热应力，可使外延伸段1311的单位温度热膨胀量大于外围段131a的单位温度热膨胀量且大于中央段131b的单位温度热膨胀量。

在本发明中，长轴热膨胀量可定义为：元件在长边方向上，因温度上升而产生的伸长量，其与温度上升的温差呈正相关。单位温度热膨胀量可定义为：元件在长边方向上，因温度上升一单位温度产生的伸长量，其与元件在长边方向上的长度呈正相关，且与元件在长边方向上的等效热膨胀系数呈正相关。

在本发明中，等效热膨胀系数可定义为：在温度上升一单位温度时，元件在一轴向上所产生的整体变形量与元件在该轴向上的长度的比值。若元件由多种材料形成，则等效热膨胀系数通常可通过加权各种材料的热膨胀系数来求得。若元件由单一材料形成时，则等效热膨胀系数为此单一材料的热膨胀系数。

在本实施例中，外延伸段1311的等效热膨胀系数α2大于外围段131a的等效热膨胀系数α1或大于中央段131b的等效热膨胀系数α3。在其他实施例中，为了更降低中央部11承受的热应力，可使外延伸段1311的等效热膨胀系数α2大于外围段131a的等效热膨胀系数α1且大于中央段131b的等效热膨胀系数α3。

具可调整弹簧的微机电装置1因加热器加热而膨胀时，第一弹簧131沿第一轴向X1方向挤压中央部11的热膨胀量(ΔL)可表示成：「外围段131a的长轴热膨胀量」减去「外延伸段1311的长轴热膨胀量」加上「中央段131b的长轴热膨胀量」。换言之，ΔL＝(L1×α1×ΔT)－(L2×α2×ΔT)+(L3×α3×ΔT)，其中L1表示外围段131a在第一轴向X1方向上的长度，L2表示外延伸段1311在第一轴向X1方向上的长度，L3表示中央段131b在第一轴向X1方向上的长度。ΔT表示升温的温差。

外围段131a的单位温度热膨胀量是(L1×α1)。外延伸段1311的单位温度热膨胀量是(L2×α2)。中央段131b的单位温度热膨胀量是(L3×α3)。

由于外延伸段1311的单位温度热膨胀量大于外围段131a或大于中央段131b的单位温度热膨胀量，故(L2×α2×ΔT)＞(L1×α1×ΔT)或(L2×α2×ΔT)＞(L3×α3×ΔT)。由于外延伸段1311受热后，会在第二轴向X2方向上产生热膨胀量，因而可减小第一弹簧131沿第一轴向X1方向挤压中央部11的热膨胀量(ΔL)。相同地，第二弹簧132也可降低中央部11的热膨胀量(ΔL)。中央部11的热膨胀量(ΔL)降低后，可防止中央部11产生过度的变形或过度的翘曲因而可提升具可调整弹簧的微机电装置1的可靠度与测量准确度。

如图3所示，第一弹簧131包括基础层100及调整层101、102、103。基础层100可为半导体材料，包括硅。调整层设置在基础层上。在一些实施例中，调整层可包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化物、碳化硅、氮化铪、氧化锆。第一弹簧131的中央段131b包含基础层100及调整层103。第一弹簧131的外延伸段1311包含基础层100及调整层102。第一弹簧131的外围段131a包含基础层100及调整层101。在本实施例中，调整层102的热膨胀系数大于调整层101的热膨胀系数或大于调整层103的热膨胀系数。在其他实施例中，为了更降低中央部11承受的热应力，可使调整层102的热膨胀系数大于调整层101的热膨胀系数且大于调整层103的热膨胀系数。

外围段131a的调整层101相对于外围段131a的基础层100的体积比为第一体积比(V1)。外延伸段1311的调整层102相对于外延伸段1311的基础层100的体积比为第二体积比(V2)。中央段131b的调整层103相对于中央段131b的基础层100的体积比为第三体积比(V3)。

本实施例中，第二体积比(V2)等于第一体积比(V1)且第二体积比(V2)等于第三体积比(V3)。因此，外延伸段1311的等效热膨胀系数大于外围段131a的等效热膨胀系数，或外延伸段1311的等效热膨胀系数大于中央段131b的等效热膨胀系数。当弹簧131受热膨胀时，外延伸段1311在第二轴向X2方向上的热膨胀量大于外围段131a在第一轴向X1方向上的热膨胀量，或外延伸段1311在第二轴向X2方向上的热膨胀量大于中央段131b在第一轴向X1方向上的热膨胀量。第一弹簧131沿第一轴向X1方向的热膨胀量(ΔL)因而会下降，进而降低了中央部11的变形量及翘曲量。

在一些实施例中，调整层102的热膨胀系数等于调整层101的热膨胀系数且等于调整层103的热膨胀系数。在这些调整层101、调整层102及调整层103都是相同的材料的实施例中，可使第二体积比(V2)不等于第一体积比(V1)且使第二体积比(V2)不等于第三体积比(V3)。如此，便能适当调整外延伸段1311的等效热膨胀系数，使得外延伸段1311的等效热膨胀系数大于外围段131a的等效热膨胀系数或大于中央段131b的等效热膨胀系数。

请参照图4，绘示依照本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图。在本实施例的具可调整弹簧的微机电装置1’中，第一弹簧131’包括外围段131a’、外延伸段1311’及中央段131b’。中央段131b’包含基础层100及调整层104。外延伸段1311’包含基础层100及调整层104。外围段131a’包含基础层100及调整层104。在本实施例中，调整层104的热膨胀系数小于基础层100的热膨胀系数。

在本实施例中，外围段131a’的调整层104相对于外围段131a’的基础层100的体积比为第一体积比(V1’)。外延伸段1311’的调整层104相对于外延伸段1311’的基础层100的体积比为第二体积比(V2’)。中央段131b’的调整层104相对于中央段131b’的基础层100的体积比为第三体积比(V3’)。如图4所示，第二体积比(V2’)小于第一体积比(V1’)或小于第三体积比(V3’)。这使得外延伸段1311’的等效热膨胀系数大于外围段131a’的等效热膨胀系数或大于中央段131b’的等效热膨胀系数。如此，第一弹簧131’沿第一轴向X1方向的热膨胀量(ΔL)会减小，进而降低了中央部的变形量及翘曲量。

在其他实施例中，为了更降低中央部承受的热应力，可使第二体积比(V2’)小于第一体积比(V1’)且小于第三体积比(V3’)。这使得外延伸段1311’的等效热膨胀系数大于外围段131a’的等效热膨胀系数且大于中央段131b’的等效热膨胀系数。

请参照图5，绘示依照本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图。在本实施例的具可调整弹簧的微机电装置1”中，调整层104的热膨胀系数小于基础层100的热膨胀系数。第一弹簧131”的外延伸段1311”包含基础层100而不包含调整层104。因此，在本实施例中，外延伸段1311”的调整层104相对于外延伸段1311”的基础层100的第二体积比(V2”)为零。因此，在本实施例中，第二体积比(V2”)小于第一体积比(V1”)且小于第三体积比(V3”)。如此，第一弹簧131”沿第一轴向X1方向的热膨胀量(ΔL)会减小，进而降低了中央部的变形量及翘曲量。

在另一些实施例中，第一弹簧包含基础层及调整层且调整层的热膨胀系数大于基础层的热膨胀系数。此外，在这些实施例中，第二体积比大于第一体积比或大于第三体积比。在其他实施例中，为了更降低中央部承受的热应力，可使第二体积比大于第一体积比且大于第三体积比。

请参照图6，绘示依照本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图。在本实施例的具可调整弹簧的微机电装置1”’中，第一弹簧131”’包括外围段131a”’、外延伸段1311”’及中央段131b”’。中央段131b”’包含基础层100及调整层105。外延伸段1311”’包含基础层100及调整层105。外围段131a”’包含基础层100及调整层105。在本实施例中，调整层105的热膨胀系数大于基础层100的热膨胀系数。

在本实施例中，外围段131a”’的调整层105相对于外围段131a”’的基础层100的体积比为第一体积比(V1”’)。外延伸段1311”’的调整层105相对于外延伸段1311”’的基础层100的体积比为第二体积比(V2”’)。中央段131b”’的调整层105相对于中央段131b”’的基础层100的体积比为第三体积比(V3”’)。如图6所示，第二体积比(V2”’)大于第一体积比(V1”’)或大于第三体积比(V3”’)。这使得外延伸段1311”’的等效热膨胀系数大于外围段131a”’的等效热膨胀系数或大于中央段131b”’的等效热膨胀系数。如此，第一弹簧131”’沿第一轴向X1方向的整体热膨胀量(ΔL)会减小，进而降低了中央部的变形量及翘曲量。

在其他实施例中，为了更降低中央部承受的热应力，可使第二体积比(V2”’)大于第一体积比(V1”’)且大于第三体积比(V3”’)。这使得外延伸段1311”’的等效热膨胀系数大于外围段131a”’的等效热膨胀系数且大于中央段131b”’的等效热膨胀系数。

请参照图7，绘示依照本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图。在本实施例的具可调整弹簧的微机电装置1””中，为了使外延伸段1311””的等效热膨胀系数更大于外围段131a””的等效热膨胀系数，可使外围段131a””包含基础层100，但在基础层100上不设置调整层105。相同地，为了使外延伸段1311””的等效热膨胀系数更大于中央段131b””的等效热膨胀系数，可使中央段131b””包含基础层100，但在中央段131b””的基础层100上不设置调整层105。换言之，外围段131a””的调整层105相对于外围段131a””的基础层100的第一体积比(V1””)为零。中央段131b””的调整层105相对于中央段131b””的基础层100的第三体积比(V3””)为零。因此，在本实施例中，第二体积比(V2””)大于第一体积比(V1””)且大于第三体积比(V3””)。如此，第一弹簧131””沿第一轴向X1方向的热膨胀量(ΔL)会减小，进而降低了中央部的变形量及翘曲量。

请参照图8A、图8B及图9。图8A绘示依照本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置的俯视示意图。图8B绘示依照图8A的具可调整弹簧的微机电装置的放大俯视示意图。图9绘示依照图8A的沿II－II’剖面的具可调整弹簧的微机电装置的侧视剖面示意图。如图8A及图8B所示，在本实施例中，具可调整弹簧的微机电装置2包含中央部21、外围部22、第一弹簧231、第二弹簧232、第三弹簧233及第四弹簧234。

第一弹簧231、第二弹簧232、第三弹簧233及第四弹簧234依序沿顺时针方向等间距排列，且分别连接中央部21及外围部22。外围部22设置于具有一腔孔240的底座上。中央部21经由第一弹簧231、第二弹簧232、第三弹簧233及第四弹簧234连接而悬挂于腔孔240之上。中央部21的形状可为圆形，但不以此为限，在其他实施例中也可为矩形或其他形状。

在本实施例中，第一弹簧231、第二弹簧232、第三弹簧233及第四弹簧234为实质上以质心C2为对称中心，点对称地连接中央部21及外围部。由于第二弹簧232、第三弹簧233及第四弹簧234的结构及特性与第一弹簧231相似，因此以下的说明，仅描述第一弹簧231的细节，而不再赘述第二弹簧232、第三弹簧233及第四弹簧234的细节。

在本实施例中，第一弹簧231包含外围段231a、外延伸段2311、内延伸段2312、另一外延伸段2313、中央段231b、外连接元件23101、23103及内连接元件23102、23104。

外围段231a具有一外端231a1与一内端231a2。外围段231a自外围部22沿第一轴向X1(平行于自点P4往质心C2的方向)延伸。外围段231a的外端231a1与外围部22相连于点P3。外延伸段2311具有一外端23111与一内端23112。内连接元件23102连接外围段231a的内端231a2及外延伸段2311的内端23112。

内延伸段2312具有一外端23121与一内端23122。外连接元件23101连接外延伸段2311的外端23111及内延伸段2312的外端23121。

另一外延伸段2313具有一外端23131与一内端23132。内连接元件23104连接内延伸段2312的内端23122及外延伸段2313的内端23132。

中央段231b具有一外端231b1与一内端231b2。中央段231b自中央部21沿第二轴向X2(由质心C2往点P4的方向)延伸。中央段231b的内端231b2与中央部21相连于点P4。外连接元件23103连接外延伸段2313的外端23131及中央段231b的外端231b1。穿过点P4与中央部21的质心C2的轴线LC2实质上平行于第一轴向X1及第二轴向X2。第一轴向X1及第二轴向X2彼此平行且方向相反。穿过点P3与点P4的直线LP2与轴线LC2的夹角θ2呈锐角。

为了减少第一弹簧231沿第一轴向X1方向的热膨胀量(ΔL)，可使外延伸段2311、2313的单位温度热膨胀量大于外围段231a的单位温度热膨胀量，且使外延伸段2311、2313的单位温度热膨胀量也大于中央段231b的单位温度热膨胀量。此外，为了更降低中央部21的变形量及翘曲量，可使外延伸段2311、2313的单位温度热膨胀量大于内延伸段2312的单位温度热膨胀量。

在一实施例中，第一弹簧231的材质为一种单一材料，例如硅。为了使外延伸段2311、2313的单位温度热膨胀量大于外围段231a的单位温度热膨胀量，可使外延伸段2311、2313沿第二轴向X2的长度大于外围段231a沿第二轴向X2的长度。相同地，也可使外延伸段2311、2313沿第二轴向X2的长度大于中央段231b沿第二轴向X2的长度，进而使外延伸段2311、2313的单位温度热膨胀量也大于中央段231b的单位温度热膨胀量。此外，为了更降低中央部21的变形量及翘曲量，可使外延伸段2311、2313沿第二轴向X2的长度大于内延伸段2312沿第二轴向X2的长度。

在另一实施例中，第一弹簧231包含一基础层与一调整层。基础层的热膨胀系数与调整层的热膨胀系数不同。为了降低中央部21的变形量及翘曲量，可使外延伸段2311、2313的等效热膨胀系数大于外围段231a的等效热膨胀系数且大于中央段231b的等效热膨胀系数。此外，为了更降低中央部21的变形量及翘曲量，可使外延伸段2311、2313的等效热膨胀系数大于内延伸段2312的等效热膨胀系数。以下具体说明外延伸段2311、2313具有较大等效热膨胀系数的内容。

如图9所示，第一弹簧231包括基础层200及调整层201、202、204、205。基础层200可为半导体材料，包括硅。在一些实施例中，调整层可以设置在基础层上，调整层可包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化物、碳化硅、氮化铪、氧化锆。第一弹簧231的中央段231b包含基础层200及调整层202。第一弹簧231的外延伸段2311、2313包含基础层200及调整层205。第一弹簧231的内延伸段2312包含基础层200及调整层204。第一弹簧231的外围段231a包含基础层200及调整层201。在本实施例中，调整层205的热膨胀系数大于调整层201的热膨胀系数及大于调整层202的热膨胀系数。此外，调整层205的热膨胀系数也大于调整层204的热膨胀系数。在图9中，因为调整层201、202、204、205相对于基础层200的体积比都相同，因此外延伸段2311、2313的等效热膨胀系数大于外围段231a的等效热膨胀系数且大于中央段231b的等效热膨胀系数。此外，外延伸段2311、2313的等效热膨胀系数也大于内延伸段2312的等效热膨胀系数。

请参照图10，绘示依照本发明的另一实施例的具可调整弹簧的微机电装置中弹簧的侧视剖面示意图。在本实施例的具可调整弹簧的微机电装置2’中，第一弹簧231’包含一基础层200与一调整层207。基础层200的热膨胀系数与调整层207的热膨胀系数不同。在本实施例中，调整层207的热膨胀系数大于基础层200的热膨胀系数。第一弹簧231’的中央段231b’包含基础层200及调整层207。第一弹簧231’的外延伸段2311’、2313’包含基础层200及调整层207。第一弹簧231’的内延伸段2312’包含基础层200及调整层207。第一弹簧231’的外围段231a’包含基础层200及调整层207。换言之，第一弹簧231’的中央段231b’、外延伸段2311’、2313’、内延伸段2312’、外围段231a’都具有相同热膨胀系数的调整层207。

为了使外延伸段2311’、2313’的等效热膨胀系数大于外围段231a’的等效热膨胀系数且大于中央段231b’的等效热膨胀系数。可改变调整层207相对于基础层200的体积比。举例而言，请参考图10，外围段231a’中，调整层207相对基础层200的体积比可定义为第一体积比(V1)。外延伸段2311’、2313’中，调整层207相对基础层200的体积比可定义为第二体积比(V2)。中央段231b’中，调整层207相对基础层200的体积比可定义为第三体积比(V3)。内延伸段2312’中，调整层207相对基础层200的体积比可定义为第四体积比(V4)。如图10所示，因为第二体积比(V2)大于第一体积比(V1)且大于第三体积比(V3)，所以外延伸段2311’、2313’的等效热膨胀系数大于外围段231a’的等效热膨胀系数且大于中央段231b’的等效热膨胀系数。此外，因为第二体积比(V2)大于第四体积比(V4)，所以外延伸段2311’、2313’的等效热膨胀系数大于内延伸段2312’的等效热膨胀系数。如此一来，更有效降低中央部的变形量及翘曲量。

综上所述，本发明的一实施例的具可调整弹簧的微机电装置，可调整弹簧相异各段的单位温度热膨胀量，以在温度上升而膨胀时减少弹簧挤压中央部的热膨胀量。因此，可使中央部不易产生过度的变形，进而提升具可调整弹簧的微机电装置的可靠度与测量准确度。

Claims (24)

1.一种具可调整弹簧的微机电装置，其特征在于，包括：

中央部，包含质心；

加热器，设置于该中央部；

外围部，环绕该中央部，且与该中央部相间隔；以及

至少一弹簧，包括：

中央段，沿通过该质心的一轴线延伸，其中该中央段具有内端及外端且该中央段的该内端连接该中央部；

外围段，沿平行于该轴线的方向延伸，其中该外围段具有内端及外端且该外围段的该外端连接该外围部；

外延伸段，具有内端及外端；以及

内连接元件，分别连接该外围段的该内端及该外延伸段的该内端；

其中该外延伸段的单位温度热膨胀量大于该外围段的单位温度热膨胀量或大于该中央段的单位温度热膨胀量。

2.如权利要求1所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的单位温度热膨胀量大于该外围段的单位温度热膨胀量且大于该中央段的单位温度热膨胀量。

3.如权利要求1所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该至少一弹簧还包括内延伸段及外连接元件，该内延伸段具有内端及外端，该外连接元件分别连接该外延伸段的该外端及该内延伸段的该外端，该外延伸段的单位温度热膨胀量大于该内延伸段的单位温度热膨胀量。

4.如权利要求1所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的等效热膨胀系数大于该外围段的等效热膨胀系数或大于该中央段的等效热膨胀系数。

5.如权利要求4所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的等效热膨胀系数大于该外围段的等效热膨胀系数且大于该中央段的等效热膨胀系数。

6.如权利要求4所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段包括基础层及调整层，该外围段包括基础层及调整层，该中央段包括基础层及调整层，该外围段的该调整层相对于该外围段的该基础层的体积比定义为第一体积比，该外延伸段的该调整层相对于该外延伸段的该基础层的体积比定义为第二体积比，该中央段的该调整层相对于该中央段的该基础层的体积比定义为第三体积比。

7.如权利要求6所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的该调整层、该外围段的该调整层及该中央段的该调整层具有相同的调整层材料，该外延伸段的该基础层、该外围段的该基础层及该中央段的该基础层具有相同的基础层材料。

8.如权利要求6所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的该调整层的热膨胀系数大于该外围段的该调整层的热膨胀系数或大于该中央段的该调整层的热膨胀系数，该第一体积比、该第二体积比及该第三体积比都相等。

9.如权利要求8所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的该调整层的热膨胀系数大于该外围段的该调整层的热膨胀系数且大于该中央段的该调整层的热膨胀系数。

10.如权利要求7所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该调整层材料的热膨胀系数大于该基础层材料的热膨胀系数，该第二体积比大于该第一体积比或大于该第三体积比。

11.如权利要求10所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该调整层材料的热膨胀系数大于该基础层材料的热膨胀系数，该第二体积比大于该第一体积比且大于该第三体积比。

12.如权利要求7所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该调整层材料的热膨胀系数小于该基础层材料的热膨胀系数，该第二体积比小于该第一体积比或小于该第三体积比。

13.如权利要求12所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该调整层材料的热膨胀系数小于该基础层材料的热膨胀系数，该第二体积比小于该第一体积比且小于该第三体积比。

14.如权利要求3所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的等效热膨胀系数大于该内延伸段的等效热膨胀系数。

15.如权利要求14所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外围段包括基础层及调整层，该外延伸段包括基础层及调整层，该中央段包括基础层及调整层，该内延伸段包括基础层及调整层，该外围段的该调整层相对于该外围段的该基础层的体积比定义为第一体积比，该外延伸段的该调整层相对于该外延伸段的该基础层的体积比定义为第二体积比，该中央段的该调整层相对于该中央段的该基础层的体积比定义为第三体积比，该内延伸段的该调整层相对于该内延伸段的该基础层的体积比定义为第四体积比。

16.如权利要求15所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的该调整层及该内延伸段的该调整层具有相同的调整层材料，该外延伸段的该基础层及该内延伸段的该基础层有相同的基础层材料。

17.如权利要求15所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段的该调整层的热膨胀系数大于该内延伸段的该调整层的热膨胀系数，该第二体积比等于该第四体积比。

18.如权利要求16所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该调整层材料的热膨胀系数大于该基础层材料的热膨胀系数，该第二体积比大于该第四体积比。

19.如权利要求16所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该调整层材料的热膨胀系数小于该基础层材料的热膨胀系数，该第二体积比小于该第四体积比。

20.如权利要求1所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该至少一弹簧的材质为单一材料，该外延伸段沿平行于该轴线的方向的长度大于该外围段沿平行于该轴线的方向的长度或大于该中央段沿平行于该轴线的方向的长度。

21.如权利要求20所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该外延伸段沿平行于该轴线的方向的长度大于该外围段沿平行于该轴线的方向的长度且大于该中央段沿平行于该轴线的方向的长度。

22.如权利要求20所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该至少一弹簧还包括内延伸段及外连接元件，该内延伸段具有内端及外端，该外连接元件分别连接该外延伸段的该外端及该内延伸段的该外端，该外延伸段沿平行于该轴线的方向的长度大于该内延伸段沿平行于该轴线的方向的长度。

23.如权利要求1所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该至少一弹簧包括第一弹簧及第二弹簧，该第一弹簧及该第二弹簧以该质心为对称中心，点对称地连接于该中央部。

24.如权利要求23所述的具可调整弹簧的微机电装置，其中该至少一弹簧还包括第三弹簧及第四弹簧，该第三弹簧及该第四弹簧以该质心为对称中心，点对称地连接于该中央部。

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