KR101074993B1

KR101074993B1 - assembly apparatus of electrostatic vertical micro actuator using MEMS actuator, electrostatic vertical micro actuator having the same and manufacturing method thereof

Info

Publication number: KR101074993B1
Application number: KR1020090015659A
Authority: KR
Inventors: 김종백; 은영기
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2011-10-18
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: KR20100096666A

Abstract

본 발명은 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치, 이를 구비한 수직형 마이크로 구동기 및 그 제조방법에 관한 것으로, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)구동기(210); 마이크로 구동기의 토션바(torsion bar)(140)의 수직방향 일측부에 편중되게 연결되는 토션바연결빔(240); 및 상기 MEMS구동기(210)에 연결형성되는 구동기연결부(221)와, 상기 토션바연결빔(240)에 연결형성되고 조립에 의해 상기 구동기연결부(221)와 체결되는 빔연결부(222)가 구비되며, 상기 MEMS구동기(210)의 작동에 의해 결정되는 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 상대위치에 따라 상기 토션바연결빔(240)을 당기거나 밀어내며 상기 토션바(140)의 각도를 조정하게 되는 조립연결장치(220);를 포함하여 구성되는 것을 기술적 요지로 하여, 마이크로 가공공정을 거쳐 소자를 제작한 후 간단한 조립에 의해 제작, 완성가능하여, 복잡하고 번거로운 화학적, 열적 처리공정을 추가로 거치지 않고, 보다 간단하게 제작가능하여 높은 제작 수율을 기대할 수 있는 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치, 이를 구비한 수직형 마이크로 구동기 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for assembling a vertical micro driver using a MEMS driver, a vertical micro driver having the same, and a method for manufacturing the same, including a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) driver 210; A torsion bar connecting beam 240 connected to one side of the torsion bar 140 of the micro driver in a vertical direction; And a driver connector 221 connected to the MEMS driver 210 and a beam connector 222 connected to the torsion bar connecting beam 240 and fastened to the driver connector 221 by assembly. According to the relative position between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 determined by the operation of the MEMS driver 210, the torsion bar connecting beam 240 is pulled or pushed out of the torsion bar 140 Assembly connection device 220 to adjust the angle; as a technical gist of the configuration, including a microfabrication process after the device is manufactured and completed by a simple assembly, and complicated, cumbersome chemical and thermal treatment Assembly apparatus of a vertical micro driver using a MEMS driver that can be manufactured more simply without further processing and can expect a high production yield, a vertical micro driver having the same, and its It relates to crude methods.

마이크로 구동기, MEMS구동기, 토션바, 래치 Micro Actuator, MEMS Driver, Torsion Bar, Latch

Description

Assembly apparatus of vertical micro actuator using MEMS actuator, vertical micro actuator having same and method for manufacturing the same {assembly apparatus of electrostatic vertical micro actuator using MEMS actuator, electrostatic vertical micro actuator having the same and manufacturing method

본 발명은 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치, 이를 구비한 수직형 마이크로 구동기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 위 조립에 의해 AVC(Angular Vertical Comb-drive) 정전용량형 구동기를 제조가능하도록 하는 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치, 이를 구비한 수직형 마이크로 구동기 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for assembling a vertical micro driver using a MEMS driver, a vertical micro driver having the same, and a method for manufacturing the same. More specifically, an Angular Vertical Comb-drive (AVC) type is fabricated by assembling on a substrate. An apparatus for assembling a vertical micro driver using a MEMS driver for manufacturing a driver, a vertical micro driver having the same, and a method of manufacturing the same.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)는 초소형 전자기계 시스템이라 번역되며, 센서, 밸브, 기어, 반사경, 액츄에이터, 전자 회로 등을 하나의 실리콘 기판 위에 집적화한 장치, 또는 반도체 칩에 내장되는 상기와 같은 마이크로 사이즈 의 극소 기계장치를 컴퓨터와 결합하는 기술을 의미한다.MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is translated as a microelectromechanical system, and a micro size as described above in which a sensor, a valve, a gear, a reflector, an actuator, an electronic circuit, or the like is integrated on a silicon substrate or a semiconductor chip. Technology that combines micro-mechanisms with computers.

MEMS 기술은 반도체 칩을 만드는 실리콘 가공기술에서 시작되었으며, 실리콘 기판에 밸브, 모터, 펌프, 기어 등의 미세 기계요소 부품을 3차원 구조로 만들기 위해서, 표면 가공 기술(surface micromachining) 뿐만 아니라, 깊은 식각을 하는 벌크 마이크로머시닝 기술(bulk micromachining)과 LIGA 기술(Lithographie, Galvanoformung, Abformung) 등이 개발되었다.MEMS technology started with silicon processing technology to make semiconductor chips, and deep etching as well as surface micromachining to make three-dimensional structures of micromechanical components such as valves, motors, pumps and gears on silicon substrates. Bulk micromachining and LIGA technologies (Lithographie, Galvanoformung, Abformung) have been developed.

본 발명의 대상이 되는 정전용량형 마이크로 구동기(electrostatic actuator)는, 이러한 MEMS 기술을 적용하여, 일정한 거리를 떨어져있는 두 전극 사이에 전압차를 발생시켜 전극간에 전하가 모임으로 인해 발생하는 인력을 이용하여 구동하도록 고안된 마이크로 사이즈의 디바이스를 말하며, 고정자(stator)와 구동자(rotor) 전극의 구조에 따라 크게 평행평판형 구동기(parallel plate actuator)와 콤드라이브 구동기(comb-drive actuator)로 구분할 수 있다.The electrostatic actuator, which is the subject of the present invention, employs such a MEMS technique to generate a voltage difference between two electrodes separated by a certain distance, thereby utilizing an attraction force caused by the collection of charges between the electrodes. It refers to a micro-sized device designed to be driven by a motor, and can be classified into a parallel plate actuator and a comb-drive actuator according to the structure of a stator and a rotor electrode. .

평행평판형 구동기는 전압이 인가된 두 평판 사이의 인력을 이용하여 마이크로 거울을 작동시키는 방식으로, 일반적으로 거울과, 거울 하측에 소정의 거리를 둔 기판에 전위차를 인가하여 작동되며, 콤드라이브 구동기는 콤(comb)형태의 구동자 전극과 고정자 전극이 교대로 엇갈려 있는 구조를 가지며, 양 전극에 전위차를 인가하여 둘 사이의 인력으로 인해 구동자를 고정자측으로 이동시키는 작동을 구현하게 된다.The parallel plate type driver operates a micromirror by using an attraction force between two plates to which voltage is applied, and is generally operated by applying a potential difference to the mirror and a substrate at a distance below the mirror. Has a structure in which a comb-shaped driver electrode and a stator electrode are alternately alternately arranged, and an electric potential difference is applied to both electrodes to move the driver to the stator side due to the attraction force between the two electrodes.

콤드라이브 구동기는 평행형 콤드라이브 타입과, SVC(Staggered Vertical Comb-drive), AVC(Angular Vertical Comb-drive)의 수직형 콤드라이브 타입으로 구분할 수 있으며, 평행형 콤드라이브 타입의 구동기는 한 평면상에 구동자 전극과 고정자 전극이 설치되어 전위차에 의해 구동자 전극이 고정자 방향으로 이동되는 평면내 직선운동을 발생시키게 된다.The comdrive driver can be classified into a parallel comdrive type and a staggered vertical comb-drive (SVC) and vertical comb-drive type (AVC). The driver electrode and the stator electrode are provided at the side to generate an in-plane linear motion in which the driver electrode is moved in the stator direction by the potential difference.

SVC(Staggered Vertical Comb-drive) 타입의 수직 정전용량형 마이크로 구동기는 고정자와 구동자가 맞물린 형태에서 수직방향으로 일정한 높이차를 가지도록 제작되어, 두 전극 사이에 전위차가 인가될 시, 구동자는 고정자 방향으로 인력을 받게 되고, 토션바에 의해 구속된 상태로 토션바를 기준으로 회전운동을 발생시키게 된다.Staggered Vertical Comb-drive (SVC) type vertical capacitive micro-drivers are manufactured to have a constant height difference in the vertical direction when the stator and the driver are engaged, so that when the potential difference is applied between the two electrodes, the driver moves in the stator direction. As a result of the attraction, the torsion bar is constrained by the torsion bar to generate rotational motion.

AVC(Angular Vertical Comb-drive) 타입의 수직 정전용량형 마이크로 구동기는, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 구동자가 토션바를 기준으로 초기 회전각을 가지도록 제작되며, 두 전극 사이에 작동 전압이 가해질 경우, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 구동자 전극이 고정자 방향으로 끌어당겨지면서 회전하여 고정자와 구동자 전극이 완전히 겹칠 때까지 회전 운동이 발생하게 된다.An Angular Vertical Comb-drive (AVC) type vertical capacitive micro-driver, as shown in FIG. 1 (a), is designed so that the driver has an initial rotational angle with respect to the torsion bar and is operated between two electrodes. When a voltage is applied, as shown in (b) of FIG. 1, as the driver electrode is pulled in the direction of the stator and rotates, rotational motion occurs until the stator and the driver electrode completely overlap.

AVC 타입의 수직 정전용량형 마이크로 구동기를 제작함에 있어서는, 일반적으로 먼저 간단한 마이크로 가공 공정을 통하여 구동자 전극과 고정자 전극을 같은 평면 내에서 서로 맞물려 있는 형태로 제작하고, 후 공정을 통해서 구동자 전극이 일정한 초기 회전각을 가지도록 가공하여 완성시키게 된다.In manufacturing AVC type vertical capacitive micro actuator, generally, first, the driver electrode and stator electrode are manufactured to be engaged with each other in the same plane through a simple micro machining process, and then the driver electrode is Finished by processing to have a constant initial rotation angle.

이하에서는 이러한 수직 정전용량형 마이크로 구동기를 제작하기 위해 고안된 종래기술에 대해 간단히 설명하기로 한다.Hereinafter, a brief description will be made of a conventional technology designed to manufacture such a vertical capacitance micro driver.

J. Kim, D. Christensen, and L. W. Lin, "Micro vertical comb actuators by selective stiction process," Sensors and Actuators a-Physical, vol. 127, pp. 248-254, Mar 13 2006. 에서는, 수직형 콤드라이브 구동기를 제작하기 위해서 선택적인 교착 처리(sticktion process)를 적용하고 있다.J. Kim, D. Christensen, and L. W. Lin, "Micro vertical comb actuators by selective stiction process," Sensors and Actuators a-Physical, vol. 127, pp. 248-254, Mar 13 2006. A selective sticktion process is applied to fabricate vertical comdrive actuators.

해당 연구에서는, SOI(SILicon-On-Insulator) 웨이퍼(wafer)의 소자 실리콘(sILicon)층 아래에 있는 산화 실리콘(sILicon)층을 식각할 때, 선택적으로 교착(sticktion) 현상이 발생하도록 함으로서, 고정자와 구동자간에 초기 수직 높이 차이를 발생시켜 수직형 콤드라이브 구동기를 제작하는 방식을 개시하고 있다.In this study, stator phenomena were selectively generated by etching the silicon oxide layer under the element silicon layer of a silicon-on-insulator wafer. Disclosed is a method of manufacturing a vertical comdrive driver by generating an initial vertical height difference between a driver and a driver.

D. Lee, U. Krishnamoorthy, K. Yu, and O. Solgaard, "Single-crystalline sILicon micromirrors actuated by self-aligned vertical electrostatic combdrives with piston-motion and rotation capabILity," Sensors and Actuators A: Physical, vol. 114, pp. 423-428, 2004. 는, 수직형 콤드라이브 구동기를 제작하기 위한 다른 방식을 개시하고 있다.D. Lee, U. Krishnamoorthy, K. Yu, and O. Solgaard, "Single-crystalline sILicon micromirrors actuated by self-aligned vertical electrostatic combdrives with piston-motion and rotation capabILity," Sensors and Actuators A: Physical, vol. 114, pp. 423-428, 2004. discloses another approach to fabricating a vertical comdrive driver.

해당 연구에서는, SOI 웨이퍼에 추가적으로 실리콘 웨이퍼를 접합시킨 후, 다수의 실리콘층과 절연층을 선택적으로 식각하는 과정을 거쳐, 전기적으로 상호 절연된 상부 실리콘층과 하부 실리콘층에 고정자와 구동자에 해당되는 구조물이 각각 형성된 구조로 수직형 콤드라이브 구동기를 제작하였다.In this work, additional silicon wafers were bonded to SOI wafers, followed by selective etching of multiple silicon and insulating layers, corresponding to stators and drivers on electrically insulated top and bottom silicon layers. A vertical comdrive driver was fabricated with the structures in which the structures were formed.

J. Kim, H. Choo, L. W. Lin, and R. S. Muller, "Microfabricated torsional actuators using self-aligned plastic deformation of sILicon," Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 15, pp. 553-562, Jun 2006. 는, 수직 형 콤드라이브 구동기를 제작하기 위한 또 다른 방식을 제시하고 있다.J. Kim, H. Choo, L. W. Lin, and R. S. Muller, "Microfabricated torsional actuators using self-aligned plastic deformation of sILicon," Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 15, pp. 553-562, Jun 2006. presents another way to build a vertical comdrive driver.

해당 연구에서는, 마이크로 가공공정을 통해서 콤 구조물을 제작한 후에, 추가적으로 제작된 지그(jig) 구조물을 이용하여 실리콘 토션바(torsion bar)에 응력(stress)을 가하고, 온도를 높여서 실리콘 토션바를 영구변형시킴으로써, 고정자와 구동자의 초기 수직 위치 차이를 발생시켜 수직형 콤드라이브 구동기를 제작하였다.In this study, after fabricating the comb structure through the micro-machining process, an additionally fabricated jig structure was used to apply stress to the silicon torsion bar and to raise the temperature to permanently deform the silicon torsion bar. In this way, an initial vertical position difference between the stator and the driver was generated to manufacture a vertical comdrive driver.

종래에 수직 정전용량 형 마이크로 구동기를 제작함에 있어서는, 마이크로 가공공정 이외에, 상기와 같이 선택적으로 교착(sticktion) 현상이 발생하도록 식각하거나, 추가적으로 실리콘 웨이퍼를 접합시킨 후 다수의 실리콘층과 절연층을 선택적으로 식각하거나, 실리콘 토션바를 영구변형시키는 열처리를 거치는 것과 같은 추가적인 공정을 거치고 있다.Conventionally, in manufacturing a vertical capacitance micro driver, in addition to the micromachining process, a plurality of silicon layers and insulating layers may be selectively etched to selectively stick as described above, or additionally bonded to a silicon wafer. It is subjected to additional processes such as etching or by heat treatment to permanently deform the silicon torsion bar.

수직 정전용량 형 마이크로 구동기는 광통신, 의공학, 영상주사장치 등 다양한 분야에 광범위하게 응용되고 있으나, 이와 같이 복잡한 가공공정을 거쳐야 함에 따라 제작수율을 저하시켜 제작단가를 낮추는데 어려움으로 작용하고 있으며, 특히, 수직 정전용량형 구동기 중 AVC 타입은 소자를 제작하기 위한 마이크로 가공공정이 복잡하여 높은 수율로 제작하는 것이 더욱 어렵다는 문제점이 있었다.The vertical capacitive micro driver has been widely applied in various fields such as optical communication, medical engineering, image scanning device, etc., but it is difficult to reduce the manufacturing cost by reducing the production yield, as it has to go through such complicated processing process. The AVC type of the vertical capacitive actuator has a problem in that it is more difficult to manufacture a high yield because the micro-machining process for manufacturing the device is complicated.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 마이크로 가공공정을 거쳐 소자를 제작한 후 간단한 조립에 의해 제작, 완성가능하여, 복잡하고 번거로운 화학적, 열적 처리공정을 추가로 거치지 않고, 보다 간단하게 제작가능하여 높은 제작 수율을 기대할 수 있는 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치, 이를 구비한 수직형 마이크로 구동기 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention devised to solve the problems as described above, the device can be manufactured and completed by a simple assembly after manufacturing the device through a micro-machining process, without further undergoing a complicated and cumbersome chemical and thermal treatment process, It is an object of the present invention to provide a device for assembling a vertical micro driver using a MEMS driver, which can be easily manufactured and a high production yield, a vertical micro driver having the same, and a method of manufacturing the same.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)구동기(210); 마이크로 구동기의 토션바(torsion bar)(140)의 수직방향 일측부에 편중되게 연결되는 토션바연결빔(240); 및 상기 MEMS구동기(210)에 연결형성되는 구동기연결부(221)와, 상기 토션바연결빔(240)에 연결형성되고 조립에 의해 상기 구동기연결부(221)와 체결되는 빔연결부(222)가 구비되며, 상기 MEMS구동기(210)의 작동에 의해 결정되는 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 상대위치에 따라 상기 토션바연결빔(240)을 당기거나 밀어내며 상기 토션바(140)의 각도를 조정하게 되는 조립연결장치(220);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치를 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the object as described above, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) driver 210; A torsion bar connecting beam 240 connected to one side of the torsion bar 140 of the micro driver in a vertical direction; And a driver connector 221 connected to the MEMS driver 210 and a beam connector 222 connected to the torsion bar connecting beam 240 and fastened to the driver connector 221 by assembly. According to the relative position between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 determined by the operation of the MEMS driver 210, the torsion bar connecting beam 240 is pulled or pushed out of the torsion bar 140 Assembling device of a vertical micro-driver using a MEMS driver, characterized in that it comprises a; assembly assembly device 220 to adjust the angle.

여기서, 상기 MEMS구동기(210)는, 저항 발열에 의해 길이가 신장변형되는 소재로 구성되며, 종방향으로의 연장길이를 가지는 다수의 전열선이 횡방향으로 연속하여 배치되고 종방향의 양단부가 고정 설치된 구조에 의해, 상기 전열선의 신장 변화량에 비례하여 상기 전열선의 중간부에서 횡방향으로의 선형 이동변위를 생성하게 되는 쉐브론 전열 구동기(Chevron thermal actuator)인 것이 바람직하다.Here, the MEMS driver 210 is composed of a material which is deformed in length by resistance heating, and a plurality of heating wires having an extension length in the longitudinal direction are continuously disposed in the transverse direction and both ends in the longitudinal direction are fixed. The structure is preferably a Chevron thermal actuator which generates a linear displacement in the transverse direction in the middle of the heating wire in proportion to the amount of change in the heating wire.

그리고, 상기 조립연결장치(220)는, 걸고리부(221b)와 걸림고리부(222b)간의 체결에 의해 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)를 상호 연결, 고정시키는 래치(latch)구조를 가지는 것이 바람직하다.In addition, the assembly connecting device 220 has a latch structure for connecting and fixing the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 by fastening between the hook portion 221b and the catching ring portion 222b. It is preferable to have.

또한, 상기 조립연결장치의 구동기연결부(221)는, 상기 MEMS구동기(210)에서 상기 토션바(140)측으로 연장형성되는 수연장부(221a); 및 상기 수연장부(221a)에서 측방향으로 돌출형성되며, 상기 수연장부(221a)의 길이방향을 따라 다수가 이격간격을 두고 연속하여 배치되는 걸고리부(221b);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the driver connecting portion 221 of the assembly connecting device, the water extending portion (221a) extending from the MEMS driver 210 to the torsion bar 140 side; And hook parts 221b protruding laterally from the water extension part 221a, and a plurality of hook parts 221b continuously disposed at a spacing interval along the length direction of the water extension part 221a. .

그리고, 상기 걸고리부(221b)는, 상기 MEMS구동기(210)에 인접한 일단부가 인접한 상기 걸림고리부(222b)측으로 돌출되거나 평탄한 형상을 가지고 상기 걸림고리부(222b)에 가압 접속되며 체결되고, 상기 토션바(140)에 인접한 타단부는 가장자리가 완만하게 라운딩된 형상을 가지는 것이 바람직하다.In addition, the hook portion 221b has one end portion adjacent to the MEMS driver 210 protruded toward the hook ring portion 222b or has a flat shape and is pressed and connected to the hook ring portion 222b. The other end adjacent to the torsion bar 140 preferably has a shape with rounded edges.

또한, 상기 조립연결장치의 빔연결부(222)는, 상기 구동기연결부(221)의 자유단부가 삽입된 상태로 진퇴 이동가능한 슬릿을 제공하는 암연장부(222a); 및 상기 암연장부(222a)에서 슬릿 내측으로 돌출형성되며, 상기 구동기연결부(221)의 자 유단부가 상기 암연장부(222a)의 길이방향을 따라 임의의 지점에서 선택적으로 체결가능하도록 다수가 이격간격을 두고 연속하여 배치되는 걸림고리부(222b);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the beam connecting portion 222 of the assembly connecting device, the arm extension portion 222a for providing a slit movable forward and backward with the free end of the driver connecting portion 221 is inserted; And protruding into the slit from the female extension part 222a, and a plurality of spaced intervals are provided so that the free end of the driver connecting part 221 can be selectively fastened at any point along the longitudinal direction of the female extension part 222a. It is preferably configured to include; hook ring portion 222b which is disposed in succession.

그리고, 상기 걸고리부(221b)는, 상기 MEMS구동기(210)에 인접한 일단부는 가장자리가 완만하게 라운딩된 형상을 가지며, 상기 토션바(140)에 인접한 타단부는 인접한 상기 걸고리부(221b)측으로 돌출되거나 평탄한 형상을 가지고 상기 걸고리부(221b)에 가압 접속되며 체결되는 것이 바람직하다.The hook portion 221b has a shape in which one end adjacent to the MEMS driver 210 has a rounded edge, and the other end adjacent to the torsion bar 140 protrudes toward the hook portion 221b adjacent to the MEMS driver 210. Or have a flat shape and are pressed and connected to the hook portion 221b.

또한, 본 발명은, 콤(comb) 형태를 가지는 고정자(stator)(111)와 구동자(rotor)(112)가 수직방향으로 서로 다른 위상을 가지고 맞물린 구조를 가지는 수직형 콤드라이브 구동기(comb-drive actuator)(110); 상기 콤드라이브 구동기(110)의 구동자(112)에 연결형성되어 상기 구동자(112)에 연동하여 회전, 진동되는 주사거울(120); 일측으로의 연장길이를 가지는 선형의 형상으로, 일단부가 상기 주사거울(120)에 연결되고 타단부가 정위치 고정되는 토션바(torsion bar)(140); 선형 이동변위를 생성가능한 구조를 가지고 상기 콤드라이브 구동기(110)와 별도로 구비되는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)구동기(210); 상기 토션바(torsion bar)(140)의 수직방향 일측부에 편중되게 연결되는 토션바연결빔(240); 및 상기 MEMS구동기(210)에 연결형성되는 구동기연결부(221)와, 상기 토션바연결빔(240)에 연결형성되고 조립에 의해 상기 구동기연결부(221)와 체결되는 빔연결부(222)가 구비되며, 상기 MEMS구동기(210)의 작동에 의해 결정되는 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 상대위치에 따라 상기 토션바연결빔(240)을 당기거나 밀어내며 상기 토션바(140)의 각도를 조정하게 되는 조립연결장치(220);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 마이크로 구동기를 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention is a vertical comdrive driver (comb-) having a structure in which a stator (111) having a comb shape and a rotor (112) have different phases in the vertical direction and are engaged with each other. drive actuator 110; A scan mirror 120 connected to the driver 112 of the comdrive driver 110 to rotate and vibrate in conjunction with the driver 112; A torsion bar 140 having a linear shape having an extension length to one side, one end of which is connected to the scanning mirror 120 and the other end of which is fixed in position; A micro electro mechanical systems (MEMS) driver 210 having a structure capable of generating a linear displacement and provided separately from the comdrive driver 110; A torsion bar connecting beam 240 connected to one side of the torsion bar 140 in a vertical direction; And a driver connector 221 connected to the MEMS driver 210 and a beam connector 222 connected to the torsion bar connecting beam 240 and fastened to the driver connector 221 by assembly. According to the relative position between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 determined by the operation of the MEMS driver 210, the torsion bar connecting beam 240 is pulled or pushed out of the torsion bar 140 Assembling the connecting device 220 to adjust the angle; Vertical micro-drivers, characterized in that it comprises a different technical gist.

여기서, 상기 토션바(140)는, 상기 주사거울(120)의 좌, 우측단부에 각각 연결되는 한쌍이 구비되고, 상기 토션바연결빔(240)은, 상기 한쌍의 토션바(140) 각각에 결합되고 상호 평행한 한쌍이 구비되며, 상기 한쌍의 토션바연결빔(240)의 단부를 일체로 연결가능한 연장길이를 가지며, 상기 조립연결장치의 빔연결부(222)가 길이방향의 중간부에 연결되는 연결지지구(230);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.Here, the torsion bar 140 is provided with a pair connected to the left and right ends of the scanning mirror 120, respectively, the torsion bar connection beam 240, each of the pair of torsion bar 140 A pair of coupled and parallel to each other is provided, has an extension length capable of integrally connecting the ends of the pair of torsion bar connecting beam 240, the beam connecting portion 222 of the assembly connecting device is connected to the middle portion in the longitudinal direction It is preferable that the connection support 230 is further configured to include.

또한, 본 발명은, 하나의 웨이퍼(wafer)상에, 상기 콤드라이브 구동기(110), 주사거울(120), 토션바(140), MEMS구동기(210), 토션바연결빔(240), 조립연결장치의 구동기연결부(221), 빔연결부(222)를 함께 형성하는 기판제작단계; 상기 MEMS구동기(210)를 작동시켜 상기 조립연결장치의 구동기연결부(221)를 이동시키며 상기 조립연결장치의 빔연결부(222)와의 상대위치를 조정하고, 상기 MEMS구동기(210)의 작동에 의해 결정되는 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 상대위치에 따라 상기 토션바연결빔(240)을 당기거나 밀어내며 상기 토션바(140)의 각도를 조정하는 각도조정단계; 및 상기 토션바(140)의 각도 조정이 완료된 상태에서 상기 MEMS구동기(210)의 작동을 정지시켜 상기 조립연결장치의 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 체결에 의해 최종 조정상태를 고정, 유지시키는 조립완료단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 마이크로 구동기의 제조방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention, on the one wafer (wafer), the comdrive driver 110, the scanning mirror 120, the torsion bar 140, MEMS driver 210, torsion bar connection beam 240, assembly A substrate manufacturing step of forming the driver connection part 221 and the beam connection part 222 of the connection device together; Operate the MEMS driver 210 to move the driver connector 221 of the assembly connector, adjust the relative position with the beam connector 222 of the assembly connector, and determine by operation of the MEMS driver 210. An angle adjusting step of pulling or pushing the torsion bar connecting beam 240 and adjusting the angle of the torsion bar 140 according to the relative position between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222; And stopping the operation of the MEMS driver 210 in the state where the angle adjustment of the torsion bar 140 is completed, thereby fixing the final adjustment state by coupling between the driver connection part 221 and the beam connection part 222 of the assembly connection device. The manufacturing method of the vertical micro-driver, characterized in that it comprises a; complete assembly step to maintain;

여기서, 상기 조립연결장치(220)는, 상호 이격되는 방향으로 가압력을 받는 걸고리부(221b)와 걸림고리부(222b)간의 체결에 의해 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)를 상호 연결, 고정시키는 래치(latch)구조를 가지는 것이 바람직하다.Here, the assembly connecting device 220, the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 by the coupling between the hook portion 221b and the catching ring portion 222b receiving the pressing force in the direction spaced apart from each other. It is desirable to have a latch structure for fixing.

그리고, 상기 조립연결장치의 구동기연결부(221)는, 상기 MEMS구동기(210)에서 상기 토션바(140)측으로 연장형성되는 수연장부(221a)와, 상기 수연장부(221a)에서 측방향으로 돌출형성되고 상기 수연장부(221a)의 길이방향을 따라 다수가 이격간격을 두고 연속하여 배치되는 걸고리부(221b)를 구비하며, 상기 조립연결장치의 빔연결부(222)는, 상기 구동기연결부(221)의 자유단부가 삽입된 상태로 진퇴 이동가능한 슬릿을 제공하는 암연장부(222a)와, 상기 암연장부(222a)에서 슬릿 내측으로 돌출형성되고 상기 구동기연결부(221)의 자유단부가 상기 암연장부(222a)의 길이방향을 따라 임의의 지점에서 선택적으로 체결가능하도록 다수가 이격간격을 두고 연속하여 배치되는 걸림고리부(222b)를 구비하여, 상기 각도조정단계에서는, 상기 다수의 걸고리부(221b)와 걸림고리부(222b)에 의해 각각의 배치 간격에 대응되는 거리만큼 단계별로 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 상대변위를 이동, 조정하도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the driver connecting portion 221 of the assembly connecting device, a water extending portion 221a extending from the MEMS driver 210 toward the torsion bar 140 and protruding laterally from the water extending portion 221a. And a hook portion 221b arranged in series along the longitudinal direction of the water extension portion 221a at a spaced interval, and the beam connecting portion 222 of the assembly connecting device is formed of the driver connecting portion 221. A female extension part 222a which provides a slit movable forward and backward with a free end inserted therein, and protrudes into the slit from the female extension part 222a and a free end of the driver connecting part 221 is the female extension part 222a. A plurality of hooking portions 222b are continuously disposed at a predetermined interval along the longitudinal direction of the hooking portion 222b so as to be able to be selectively fastened at a predetermined point. In the angle adjusting step, the hooking portions 221b and the plurality of hooking portions 221b are engaged. Ring part It is preferable to move and adjust the relative displacement between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 step by step a distance corresponding to each arrangement interval by 222b.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명은, MEMS구동기의 작동에 의해 MEMS구동기에 연결된 구동기연결부의 위상이 연속적으로 변화되며 토션바연결빔에 연결된 빔연결부와의 조립, 체결 위치가 조정되고, 토션바에 편중되게 연결된 토션바연결빔이 이동, 변형되면서 토션바 및 구동자의 각도를 연속적으로 변화, 조정할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, the phase of the driver connecting portion connected to the MEMS driver is continuously changed by the operation of the MEMS driver, and the assembly with the beam connecting portion connected to the torsion bar connecting beam is adjusted, and the torsion bar is biased. As the torsion bar connecting beam is moved and deformed, the torsion bar and the driver's angle can be continuously changed and adjusted.

또한, MEMS구동기를 작동시키는 간단한 조작에 의해 토션바 및 구동자의 각도를 연속적으로 변화, 조정할 수 있을 뿐 아니라, 적정한 각도로 조정한 후에는 MEMS구동기의 작동을 정지시키는 것에 의해 추가적인 이동, 변형 없이 구동기연결부와 빔연결부를 상호 체결, 고정시킴으로써 토션바를 적정 각도로 안정되게 고정, 유지할 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, the angle of the torsion bar and the driver can be continuously changed and adjusted by a simple operation of operating the MEMS driver, and after adjusting the proper angle, the driver can be stopped without additional movement or deformation by stopping the operation of the MEMS driver. There is another effect that the torsion bar can be stably fixed and maintained at an appropriate angle by fastening and fixing the connecting portion and the beam connecting portion.

그리고, 조립연결장치의 구동기연결부와 빔연결부를 다단 래치(latch) 구조로 형성하여, 구동기연결부와 빔연결부간의 조립, 체결 위치를 순차적으로 조정가능하면서도, MEMS구동기에 의한 작용력이 해제되면 자동으로 상호 체결되며 최종 조립상태를 유지, 고정할 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, the driver connecting portion and the beam connecting portion of the assembly connecting device is formed in a multi-stage latch (latch) structure, so that the assembly and fastening positions of the driver connecting portion and the beam connecting portion can be adjusted in sequence, and mutually automatically when the action force by the MEMS driver is released. There is another effect of being fastened and maintaining and fixing the final assembled state.

또한, 마이크로 가공공정에 의해 기판제작을 완료한 후, 조립 공정에서 MEMS구동기를 이용하여 조립연결장치의 구동기연결부와 빔연결부간의 조립, 체결 위치를 선택적으로 적용하는 간단한 조작에 의해, 토션바의 각도 및 구동자의 수직위치 또한 세밀하게 조절가능하며, 적용 목적 등에 따라 토션바 각도를 달리하는 다양한 실시예를 용이하게 구현가능하다는 다른 효과가 있다.In addition, after the substrate fabrication is completed by the micro-machining process, the angle of the torsion bar is selectively operated by a simple operation of selectively applying the assembly and fastening positions between the driver connection part and the beam connection part of the assembly connection device using the MEMS driver in the assembly process. And the vertical position of the driver is also finely adjustable, there is another effect that can easily implement various embodiments of varying the torsion bar angle according to the application purpose.

그리고, 마이크로 가공공정을 거쳐 마이크로 구동기를 구성하는 구조물을 기판에 형성한 후, MEMS구동기를 이용한 간단한 조립에 의해 제작, 완성가능하여, 복잡하고 번거로운 화학적, 열적 처리공정을 추가로 거치지 않고, 보다 간단하게 제작가능하여 높은 제작 수율을 기대할 수 있으며, 이에 따라 제작 단가를 낮추어 수직형 마이크로 구동기의 실용화 및 관련 산업의 활성화에 기여한다는 다른 효과가 있다.After forming the structure constituting the micro driver on the substrate through a micro machining process, it can be manufactured and completed by simple assembly using a MEMS driver, and is simpler without additional complicated and cumbersome chemical and thermal treatment processes. It is possible to manufacture a high production yield can be expected, and accordingly there is another effect that the production cost is lowered to contribute to the practical use of the vertical micro-driver and the activation of related industries.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치, 이를 구비한 수직형 마이크로 구동기 및 그 제조방법을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.An assembly apparatus of a vertical micro driver using the MEMS driver according to the present invention having the above configuration, a vertical micro driver having the same, and a method of manufacturing the same will be described in more detail with reference to the following drawings.

도 2는 본 발명에 따른 수직형 마이크로 구동기의 제1실시예를 도시한 요부사시도이고, 도 3은 도 2의 평면도이며, 도 4는 래치구조를 가지는 조립연결장치의 조립, 사용 과정을 설명하고자 도시한 요부평면도이고, 도 5는 토션바 및 구동자의 각도 조정과정을 설명하고자 도시한 요부측단면도이며, 도 6, 7은 각각 본 발명에 따른 수직형 마이크로 구동기의 제조방법에 의해 제작된 마이크로 구동기의 완성사진과, 광간섭 현미경 사진이다.2 is a perspective view illustrating a first embodiment of a vertical micro driver according to the present invention, FIG. 3 is a plan view of FIG. 2, and FIG. 4 is a view illustrating an assembly and use process of an assembly connection device having a latch structure. 5 is a main sectional side view showing the torsion bar and the driver's angle adjustment process, and FIGS. 6 and 7 are micro drivers manufactured by the method of manufacturing a vertical micro driver according to the present invention, respectively. It is a complete photograph and an optical interference micrograph.

먼저, 본 발명에 따른 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치와, 이를 구비한 수직형 마이크로 구동기에 대해 설명하기로 한다.First, an assembly apparatus of a vertical micro driver using a MEMS driver according to the present invention, and a vertical micro driver having the same will be described.

도 2, 3에 도시된 수직형 마이크로 구동기는, 영상 처리에 적용하기 적합한 수직형 콤드라이브 구동기(comb-drive actuator)(110)를 구비한 스캐너(micro-scanner)에, 본 발명에 따른 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치를 적용시킨 구조를 가진다.The vertical micro driver shown in Figs. 2 and 3 is a MEMS driver according to the invention in a scanner with a vertical comb-drive actuator 110 suitable for application to image processing. It has a structure to which the assembling apparatus of the vertical type micro driver using is applied.

상기 스캐너는, 수직형 콤드라이브 구동기(100), 주사거울(micro-mirror)(120), 구동자 고정구(rotor anchor)(130), 토션바(torsion bar)(140)로 구성되며, 상기 콤드라이브 구동기(110)는 콤(comb) 형태를 가지는 고정자(stator)(111)와 구동자(rotor)(112)가 수직방향으로 서로 다른 위상을 가지고 맞물린 구조를 가지는 AVC(Angular Vertical Comb-drive) 타입의 구조를 가진다.The scanner includes a vertical comdrive driver 100, a micro-mirror 120, a rotor anchor 130, a torsion bar 140, and the comb The drive driver 110 includes an Angular Vertical Comb-drive (AVC) having a structure in which a stator 111 and a rotor 112 having a comb shape are engaged with each other in a vertical direction. It has a structure of type.

상기 콤드라이브 구동기의 고정자(111)와 구동자(112)에 전위차가 인가되면, 상기 구동자(112)가 상기 고정자(111)방향으로 인력을 받아 이동하게 되며, 상기 구동자(112)에 연결된 상기 주사거울(120)이 상기 토션바(140)를 중심으로 상기 구동자(112)에 연동하여 회전, 진동하는 작동구조를 구현하게 된다.When a potential difference is applied to the stator 111 and the driver 112 of the comdrive driver, the driver 112 is moved by the attraction in the direction of the stator 111 and is connected to the driver 112. The scanning mirror 120 implements an operating structure that rotates and vibrates in association with the driver 112 about the torsion bar 140.

상기 토션바(140)는, 선형의 형상으로, 일단부가 상기 주사거울(120)에 연결되고 타단부가 상기 구동자 고정구(130)에 의해 정위치 고정되어, 상기 주사거울(120) 및 구동자(112)의 회전 중심축을 제공하게 되며, 상기 토션스프링(140)의 각도에 따라 상기 주사거울(120) 및 구동자(112)의 각도 및 수직위치에 해당되는 위상이 달라지게 된다.The torsion bar 140 has a linear shape, one end of which is connected to the scan mirror 120 and the other end of which is fixed in position by the driver fixture 130, and thus the scan mirror 120 and the driver. The center of rotation 112 is provided, and the phase corresponding to the angle and vertical position of the scan mirror 120 and the driver 112 is changed according to the angle of the torsion spring 140.

본 발명에 따른 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치는, 크게 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)구동기(210), 토션바연결빔(240), 상기 MEMS구동기(210)에 연결형성되는 구동기연결부(221)와 상기 토션바연결빔(240)에 연결형성되는 빔연결부(222)를 구비한 조립연결장치(220)로 이루어진 구성을 가진다.The assembly apparatus of the vertical micro driver using the MEMS driver according to the present invention is largely connected to the MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) driver 210, the torsion bar connection beam 240, the MEMS driver 210, the driver connection portion 221 and the assembly connection device 220 having a beam connecting portion 222 is formed to be connected to the torsion bar connecting beam 240.

상기 MEMS구동기(210)는, 상기 조립연결장치(220), 토션바연결빔(240)의 변위를 명확하게 조정가능한 선형 또는 회전형 이동변위를 생성한다면, 전열 방식, 정전기 방식, 압전 방식, 형상 기억 합금 방식, 유압 방식, 자기력을 응용한 방식 등을 포함한 다양한 실시예 중 보다 적합한 것을 선택 적용하는 것이 바람직하므로, 특정한 구조와 형상, 소재로 한정되지 않는다.The MEMS driver 210 generates a linear or rotational movement displacement that can clearly adjust the displacement of the assembly connecting device 220 and the torsion bar connecting beam 240, and is an electrothermal method, an electrostatic method, a piezoelectric method, and a shape. It is preferable to selectively apply a more suitable one among various embodiments including a memory alloy method, a hydraulic method, a magnetic force method, and the like, and is not limited to a specific structure, shape, and material.

본 발명의 제1실시예에서, 상기 MEMS구동기(210)는 전열 방식의 쉐브론 전열 구동기(Chevron thermal actuator)를 적용한 구조를 가지며, 쉐브론 전열 구동기는, 저항 발열에 의해 길이가 신장변형되는 소재로 구성되는 다수의 전열선을 횡방향으로 연속하여 배치시켜 한 세트를 구성하고, 두 세트를 종방향으로 상호 대칭되게 배치하여, 전원이 공급되면 상기 전열선간의 연결부에서 상기 전열선의 신장 변화량에 비례하여 횡방향으로의 선형 이동변위를 생성하게 된다.In the first embodiment of the present invention, the MEMS driver 210 has a structure in which a chevron thermal actuator of a heat transfer method is applied, and the chevron heat actuator is made of a material whose length is elongated by resistance heating. A plurality of heating wires are arranged consecutively in the transverse direction to constitute a set, and the two sets are arranged symmetrically in the longitudinal direction, and when the power is supplied, the connection between the heating wires is in the horizontal direction in proportion to the elongation change of the heating wire. Will produce a linear displacement of.

상기 MEMS구동기(210)와 토션바연결빔(240) 사이에 연결형성되는 상기 조립연결장치(220)는, 상기 구동기연결부(221)가 상기 MEMS구동기(210)에 연동하여 상기 토션바연결빔(240)에 근접 또는 이격되는 방향으로 이동되면서, 상기 빔연결부(222)와의 상대위치를 연속적으로 조정가능하며, 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)가 조립에 의해 상호 접속, 체결되거나 이격되는 구조를 가진다.The assembly connection device 220 is formed between the MEMS driver 210 and the torsion bar connection beam 240, the driver connection portion 221 is linked to the MEMS driver 210, the torsion bar connection beam ( Moving relative to or spaced apart from the 240, the relative position with the beam connector 222 is continuously adjustable, the driver connector 221 and the beam connector 222 are interconnected, fastened or spaced by assembly It has a structure.

상기 구동기연결부(221)의 위상이 상기 MEMS구동기(210)의 작동에 의해 결정됨에 따라, 상기 MEMS구동기(210)의 작동상태를 제어하며 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 상대위치 내지 조립위치를 조정할 수 있으며, 이와 동시에 상기 토션바(140)의 수직방향 일측부에 편중되게 연결된 상기 토션바연결빔(240)을 당기거나 밀어내며 상기 토션바(140) 및 주사거울(120)의 각도, 구동자(112)의 수직 위상을 조정할 수 있다.As the phase of the driver connector 221 is determined by the operation of the MEMS driver 210, the operation position of the MEMS driver 210 is controlled and the relative position between the driver connector 221 and the beam connector 222 is controlled. The assembly position may be adjusted, and at the same time, the torsion bar connecting beam 240 connected to the one side of the torsion bar 140 biased in a vertical direction may be pulled out or pushed to the torsion bar 140 and the scanning mirror 120. Angle, the vertical phase of the driver 112 can be adjusted.

본 발명의 제1실시예에서, 상기 조립연결장치(220)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 걸고리부(221b)와 걸림고리부(222b)간의 체결에 의해 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)를 상호 연결, 고정시키는 래치 메커니즘(latch mechanism) 구조를 적용하고, 상기 구동기연결부(221)를 수연장부(221a)와 걸고리부(221b)로 구성하고, 상기 빔연결부(222)를 암연장부(222a)와 걸림고리부(222b)로 구성한 구조를 가진다.In the first embodiment of the present invention, the assembly connecting device 220, as shown in Figure 4, by the coupling between the hook portion 221b and the hook portion 222b by the driver connecting portion 221 and the beam Applying a latch mechanism structure for interconnecting and fixing the connecting portion 222, the driver connecting portion 221 is composed of a water extension portion 221a and the hook portion 221b, the beam connecting portion 222 It has a structure composed of a female extension portion (222a) and the hook portion (222b).

상기 구동기연결부의 수연장부(221a)는 상기 MEMS구동기(210)에서 상기 토션바(140)측으로 연장형성되며, 상기 걸고리부(221b)는 상기 수연장부(221a)에서 측방향으로 돌출형성되고 상기 수연장부(221a)의 길이방향을 따라 다수가 이격간격을 두고 연속하여 배치된다.The actuator extension part 221a of the driver connection part extends from the MEMS driver 210 toward the torsion bar 140, and the hook part 221b protrudes laterally from the water extension part 221a and the water lead. Along the longitudinal direction of the tenon 221a, a plurality is continuously arranged at intervals.

상기 걸고리부(221b)는, 상기 걸림고리부(222b)에 명확하게 가압 접속되며 체결될 수 있도록 상기 MEMS구동기(210)에 인접한 일단부는 인접한 상기 걸림고리부(222b)측으로 돌출되거나 평탄한 형상을 가지도록 형성하고, 상기 토션바(140)에 인접한 타단부는 상기 걸림고리부(222b)와의 접촉에 의해 상기 걸림고리부(222b)에 쉽게 구속되지 않고 미끄럼 이동될 수 있도록 가장자리가 완만하게 라운딩된 형상을 가진다.The hook portion 221b has a flat shape or protrudes toward the hook portion 222b adjacent to one end of the MEMS driver 210 so that the hook portion 221b can be clearly pressed and connected to the hook portion 222b. And the other end adjacent to the torsion bar 140 has a smoothly rounded edge so that the other end thereof is not easily constrained to the catching ring portion 222b by sliding in contact with the catching ring portion 222b. Has

상기 빔연결부의 암연장부(222a)는 상기 구동기연결부(221)의 자유단부가 삽입된 상태로 진퇴 이동가능한 슬릿을 제공하며, 상기 걸림고리부(222b)는 상기 암연장부(222a)에서 슬릿 내측으로 돌출형성되고 상기 구동기연결부(221)의 자유단부가 상기 암연장부(222a)의 길이방향을 따라 임의의 지점에서 선택적으로 체결가능하도록 다수가 이격간격을 두고 연속하여 배치된다.The arm extension part 222a of the beam connection part provides a slit capable of moving forward and backward with the free end of the driver connection part 221 inserted, and the hooking part 222b is inwardly slit from the arm extension part 222a. Protrudingly formed, a plurality of the end of the driver connecting portion 221 is arranged in succession with a spaced interval so that the fastening selectively at any point along the longitudinal direction of the female extension portion (222a).

상기 걸림고리부(222b)는, 상기 MEMS구동기(210)에 인접한 일단부는 상기 걸고리부(221b)와의 접촉에 의해 상기 걸고리부(221b)를 쉽게 구속하지 않도록 가장자리가 완만하게 라운딩된 형상을 가지며, 상기 토션바(140)에 인접한 타단부는 상기 걸고리부(221b)에 명확하게 가압 접속되며 체결될 수 있도록 인접한 상기 걸고리부(221b)측으로 돌출되거나 평탄한 형상을 가진다.The hook portion 222b has a shape in which one end portion adjacent to the MEMS driver 210 has a rounded edge so as not to easily constrain the hook portion 221b by contact with the hook portion 221b. The other end adjacent to the torsion bar 140 has a flat shape or protrudes toward the hook portion 221b adjacent to the hook portion 221b so as to be clearly pressed.

도 4의 (a)는 상기와 같은 래치 메커니즘 구조를 가지는 조립연결장치(220)의 조립 전 초기 상태를 도시한 것으로, 상기 빔연결부의 암연장부(222a)에 상기 구동기연결부의 수연장부(221a)의 자유단부가 삽입되고, 상기 구동기연결부의 다수의 걸고리부(222b)와 빔연결부의 다수의 걸림고리부(222b)가 상호 이격된 구조를 가진다.Figure 4 (a) shows the initial state before assembly of the assembly connecting device 220 having the latch mechanism structure as described above, the extension portion 221a of the driver connecting portion to the female extending portion 222a of the beam connecting portion The free end of the insertion portion is inserted, the plurality of hook portion (222b) and the plurality of hook portion 222b of the beam connecting portion has a structure spaced apart from each other.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같은 초기 상태에서, 상기 MEMS구동기(210)를 작동시켜 상기 구동기연결부(221)를 상기 빔연결부(222)측으로 밀어내면, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 걸고리부(221b)가 상기 걸림고리부(222b)에 접촉되더라 도, 상기 걸고리부(221b)와 걸림고리부(222b)의 라운딩형상에 의해 상기 걸고리부(221b)가 걸림고리부(222b)에 걸려 구속되지 않고, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 토션바연결빔(240)측으로 연속하여 이동될 수 있다.In the initial state as shown in (a) of FIG. 4, when the MEMS driver 210 is operated to push the driver connector 221 toward the beam connector 222, the driver connector 221 is shown in FIG. As described above, even when the hook portion 221b is in contact with the hook portion 222b, the hook portion 221b is caught by the rounding shape of the hook portion 221b and the hook portion 222b. 222b is not caught and restrained, and as shown in FIG. 4C, the torsion bar connection beam 240 may be continuously moved.

상기 MEMS구동기(210)의 생성 변위를 연속적으로 증가시키면, 상기 구동기연결부(221)가 도 4의 (b), (c)에 도시된 바와 같은 과정을 반복하면서 상기 토션바연결빔(240)측으로 연속하여 이동하게 되며, 상기 구동기연결부(221)를 적정 위치까지 이동시킨 상태에서 상기 MEMS구동기(210)에 의한 작용력을 해제하면, 상기 구동기연결부(221)의 복원력에 의해, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 걸고리부(221b)와 걸림고리부(222b)가 명확하게 가압 접속되며 상호 체결되게 된다.If the generation displacement of the MEMS driver 210 is continuously increased, the driver connecting part 221 is repeated toward the torsion bar connecting beam 240 while repeating the process as shown in FIGS. 4B and 4C. In order to move continuously, and release the action force by the MEMS driver 210 in the state in which the driver connecting portion 221 is moved to a proper position, by the restoring force of the driver connecting portion 221, (d) of FIG. As shown in, the hook portion 221b and the hook portion 222b are clearly pressed and connected to each other.

이에 따라, 상기 MEMS구동기(210)를 이용하여, 상기 다수의 걸림고리부(222b)간의 이격간격에 대응되는 미세 거리만큼, 상기 토션바연결빔(240)을 순차적으로 이동시키면서, 상기 토션바(140) 및 주사거울(120)의 각도, 구동자(112)의 수직 위치를 실시간으로 확인하며 연속적, 순차적으로 조정할 수 있으며, 상기 MEMS구동기(210)의 작동을 해제함으로써 최종 조정상태를 견고하게 유지, 고정할 수 있다.Accordingly, by using the MEMS driver 210, while moving the torsion bar connecting beam 240 in sequence by a fine distance corresponding to the spacing interval between the plurality of engaging ring portion 222b, the torsion bar ( 140) and the angle of the scanning mirror 120, the vertical position of the driver 112 can be checked in real time and can be adjusted continuously and sequentially, and by maintaining the final adjustment state by releasing the operation of the MEMS driver 210 Can be fixed.

본 발명의 제1실시예에서, 상기 토션바(140)는 상기 주사거울(120)의 좌, 우측단부에 각각 연결되는 한쌍이 구비되고, 상기 토션바연결빔(240) 또한 상기 한쌍의 토션바(140) 각각에 상호 평행하게 결합되는 한쌍이 구비되는데, 상기 조립연결장치의 빔연결부(222)와 상기 한쌍의 토션바연결빔(240) 사이에, 상기 한쌍의 토션바연결빔(240)의 단부를 일체로 연결가능한 연장길이를 가지며 중간부가 상기 빔연 결부(222)에 연결되는 연결빔지지구(230)를 연결형성하면, 하나의 상기 조립연결장치(220)를 이용해 한쌍의 상기 토션바(140)를 안정적으로 조정할 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the torsion bar 140 is provided with a pair connected to the left and right ends of the scanning mirror 120, respectively, the torsion bar connection beam 240 is also a pair of torsion bar Each of the pair of torsion bar connecting beams 240 is provided between the pairs of parallel couplings to each other, between the beam connecting portion 222 of the assembly connecting device and the pair of torsion bar connecting beams 240. When the connecting unit has an extension length capable of connecting the end integrally and forms a connection beam support 230 connected to the beam connecting portion 222, a pair of the torsion bar 140 using one assembly connecting device 220. ) Can be adjusted stably.

다음으로, 본 발명에 따른 수직형 마이크로 구동기의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.Next, a manufacturing method of the vertical micro driver according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 수직형 마이크로 구동기의 제조방법의 제1실시예는, 상부 실리콘층(AL), 하부 실리콘층(BL), 상기 상부 실리콘층(AL)과 하부 실리콘층(BL)을 상호 절연시키며 일체로 연결하는 절연층(IL)을 구비한 하나의 SOI(SILicon-On-Insulator) 웨이퍼(wafer)를 이용하여 구현가능한 제조방법을 제시한 것으로, 크게 기판제작단계, 각도조정단계, 조립완료단계로 이루어진다.A first embodiment of a method of manufacturing a vertical micro driver according to the present invention is to insulate the upper silicon layer AL, the lower silicon layer BL, and the upper silicon layer AL and the lower silicon layer BL from each other. A manufacturing method that can be realized using a single SOI (SILicon-On-Insulator) wafer having an insulating layer IL connected integrally is presented. The substrate manufacturing step, the angle adjustment step, and the assembly completed step Is made of.

상기 기판제작단계에서는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 SOI 웨이퍼에 해당되는 하나의 웨이퍼(wafer)상에, 상기 콤드라이브 구동기(110), 주사거울(120), 토션바(140)로 구성되는 스캐너와, 상기 MEMS구동기(210), 토션바연결빔(240), 조립연결장치(220)로 구성되는 조립장치에 해당되는 구조물을 함께 형성하게 된다.In the substrate fabrication step, as shown in (a) of FIG. 5, the comdrive driver 110, the scanning mirror 120, and the torsion bar (on one wafer) corresponding to the SOI wafer are provided. The scanner is configured with 140, and the structure corresponding to the assembly device consisting of the MEMS driver 210, the torsion bar connection beam 240, the assembly connection device 220 is formed together.

상기 각도조정단계에서는, 상기 MEMS구동기(210)를 작동시켜, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 조립연결장치의 구동기연결부(221)를 이동시키며 상기 조립연결장치의 빔연결부(222)와의 상대위치를 조정하고, 상기 MEMS구동기(210)의 작동에 의해 결정되는 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 상대위치에 따라 상기 토션바연결빔(240)을 당기거나 밀어내며 상기 토션바(140)의 각도를 조정하게 된다.In the angle adjustment step, by operating the MEMS driver 210, as shown in FIG. 5 (b), moving the driver connecting portion 221 of the assembly connecting device and the beam connecting part 222 of the assembly connecting device And adjusts the relative position of the torsion bar, and pulls or pushes the torsion bar connecting beam 240 according to the relative position between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 determined by the operation of the MEMS driver 210. The angle of the torsion bar 140 is adjusted.

상기 각도조정단계에서는, 상기 다수의 걸고리부(221b)와 걸림고리부(222b)에 의해 각각의 배치 간격에 대응되는 거리만큼 단계별로 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 상대변위를 이동, 조정하게 되며, 상기 조립완료단계에서는, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 토션바(140)의 각도 조정이 완료된 상태에서 상기 MEMS구동기(210)의 작동을 정지시켜, 상기 조립연결장치의 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 체결에 의해 최종 조정상태를 고정, 유지시키게 된다.In the angle adjusting step, the relative displacement between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 is stepwise by a distance corresponding to each arrangement interval by the plurality of hook portions 221b and the hooking portions 222b. In the assembly completion step, as shown in (c) of FIG. 5, by stopping the operation of the MEMS driver 210 in a state where the angle adjustment of the torsion bar 140 is completed, the The final adjustment state is fixed and maintained by the fastening between the driver connection part 221 and the beam connection part 222 of the assembly connection device.

도 6은 상기 각도조정단계를 거쳐 조립 완성된 마이크로 구동기의 주사전자현미경 사진으로, 도 6의 (a)에 의해 상기 래치 메커니즘, 도 6의 (b)에 의해 상기 토션바(140)와 토션바연결빔(240)의 연결구조, 도 6의 (c), (d)에 의해 상기 고정자(111)와 구동자(112)간의 수직 위상차를 확인할 수 있으며, 도 7의 (a), (b)는 AVC 구동기의 광 간섭 현미경 사진으로, 상기 구동자(112)의 경사 구조와, 상기 고정자(111)와의 수직 위상차를 명확하게 확인할 수 있다.FIG. 6 is a scanning electron micrograph of the micro-driver assembled through the angle adjusting step, the latch mechanism shown in FIG. 6 (a), and the torsion bar 140 and the torsion bar shown in FIG. 6 (b). The vertical phase difference between the stator 111 and the driver 112 can be confirmed by the connection structure of the connection beam 240 and (c) and (d) of FIG. 6, and (a) and (b) of FIG. Is an optical interference micrograph of the AVC driver, it is possible to clearly check the inclination structure of the driver 112 and the vertical phase difference with the stator 111.

본 발명에 따른 MEMS구동기를 이용한 수직형 마이크로 구동기의 조립장치, 이를 구비한 수직형 마이크로 구동기 및 그 제조방법에 의하면, 상기 MEMS구동기(210)의 작동에 의해 상기 MEMS구동기(210)에 연결된 상기 구동기연결부(221)의 위상이 연속적으로 변화되며 상기 토션바연결빔(240)에 연결된 빔연결부(222)와의 조립, 체결 위치가 조정되고, 상기 토션바(140)에 편중되게 연결된 상기 토션바연결빔(240)이 이동, 변형되면서 상기 토션바(140) 및 구동자(112)의 각도를 연속적으로 변화, 조정하게 된다.According to the assembling apparatus of a vertical micro driver using a MEMS driver according to the present invention, a vertical micro driver having the same and a manufacturing method thereof, the driver connected to the MEMS driver 210 by the operation of the MEMS driver 210. The torsion bar connection beam of which the phase of the connection part 221 is continuously changed and the assembling and fastening position with the beam connection part 222 connected to the torsion bar connection beam 240 are adjusted and is biasedly connected to the torsion bar 140. As the 240 is moved and deformed, the angles of the torsion bar 140 and the driver 112 are continuously changed and adjusted.

상기 MEMS구동기(210)를 작동시키는 간단한 조작에 의해 상기 토션바(140) 및 구동자(112)의 각도를 연속적으로 변화, 조정할 수 있을 뿐 아니라, 적정한 각도로 조정한 후에는 상기 MEMS구동기(210)의 작동을 정지시키는 것에 의해 추가적인 이동, 변형 없이 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)를 상호 체결, 고정시킴으로써 상기 토션바(140)를 적정 각도로 안정되게 고정, 유지할 수 있다.Not only can the angles of the torsion bar 140 and the driver 112 be continuously changed and adjusted by a simple operation of operating the MEMS driver 210, but also the MEMS driver 210 is adjusted after adjusting to an appropriate angle. By stopping the operation of)) by fastening and fixing the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 mutually without additional movement and deformation, the torsion bar 140 can be stably fixed and maintained at an appropriate angle.

그리고, 상기 조립연결장치의 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)를 다단 래치(latch) 구조로 형성하여, 상기 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 조립, 체결 위치를 순차적으로 조정가능하면서도, 상기 MEMS구동기(210)에 의한 작용력이 해제되면 자동으로 상호 체결되며 최종 조립상태를 유지, 고정할 수 있다.In addition, the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 of the assembly connecting device is formed in a multi-stage latch (latch) structure, thereby adjusting the assembly and fastening positions between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 in sequence. Possible, but when the action force is released by the MEMS driver 210 is automatically mutually fastened and can maintain and secure the final assembly state.

이에 따라, 마이크로 가공공정에 의해 기판제작을 완료한 후, 조립 공정에서 MEMS구동기를 이용하여 상기 조립연결장치의 구동기연결부(221)와 빔연결부(222)간의 조립, 체결 위치를 선택적으로 적용하는 간단한 조작에 의해, 상기 토션바(140)의 각도 및 구동자(112)의 수직위치 또한 세밀하게 조절가능하며, 적용 목적 등에 따라 토션바 각도를 달리하는 다양한 실시예를 용이하게 구현할 수 있다.Accordingly, after the substrate manufacturing is completed by the micro-machining process, a simple method of selectively applying the assembly and fastening positions between the driver connector 221 and the beam connector 222 of the assembly connector using a MEMS driver in the assembly process is performed. By manipulation, the angle of the torsion bar 140 and the vertical position of the driver 112 are also finely adjusted, and various embodiments of varying the angle of the torsion bar according to the application purpose can be easily implemented.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.The present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments, and the claims and detailed description of the present invention together with the embodiments in which the above embodiments are simply combined with existing known technologies. In the present invention, it can be seen that the technology that can be modified and used by those skilled in the art are naturally included in the technical scope of the present invention.

도 1 - AVC 타입 액츄에이터의 작동 메커니즘을 설명하고자 도시한 모식도Figure 1-Schematic diagram illustrating the operation mechanism of the AVC type actuator

도 2 - 본 발명에 따른 수직형 마이크로 구동기의 제1실시예를 도시한 요부사시도2-a perspective view showing a first embodiment of a vertical micro driver according to the present invention;

도 3 - 도 2의 평면도3-top view of FIG.

도 4 - 래치구조를 가지는 조립연결장치의 조립, 사용 과정을 설명하고자 도시한 요부평면도4 is a plan view of a main portion illustrating the assembly and use process of the assembly connection device having a latch structure;

도 5 - 토션바 및 구동자의 각도 조정과정을 설명하고자 도시한 요부측단면도Fig. 5-A sectional view showing the main part of the torsion bar and the driver for explaining the angle adjustment process;

도 6 - 본 발명에 따른 수직형 마이크로 구동기의 제조방법에 의해 제작된 마이크로 구동기의 완성사진Figure 6-Completion photo of the micro driver manufactured by the method of manufacturing a vertical micro driver according to the present invention

도 7 - 본 발명에 따른 수직형 마이크로 구동기의 제조방법에 의해 제작, 완성된 콤드라이브 구동기의 광간섭 현미경 사진7-Optical coherence photomicrograph of a comdrive driver manufactured and completed by the method of manufacturing a vertical micro driver according to the present invention

<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols Used in Drawings>

110 : 콤드라이브 구동기 111 : 고정자 110: comdrive driver 111: stator

112 : 구동자 120 : 주사거울 112: driver 120: scanning mirror

130 : 구동자 고정구 140 : 토션바 130: driver fixture 140: torsion bar

210 : MEMS구동기 220 : 조립연결장치 210: MEMS driver 220: assembly connection device

221 : 구동기연결부 221a : 수연장부 221: driver connection part 221a: water extension

221b : 걸고리부 222 : 빔연결부 221b: hook part 222: beam connection part

222a : 암연장부 222b : 걸림고리부 222a: extension portion 222b: hook hook

230 : 연결빔지지구 240 : 토션바연결빔 230: connection beam support 240: torsion bar connection beam

AL : 상부 실리콘층 BL : 하부 실리콘층 AL: upper silicon layer BL: lower silicon layer

IL : 절연층 IL: insulation layer

Claims

MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) driver 210;

A torsion bar connecting beam 240 connected to one side of the torsion bar 140 of the micro driver in a vertical direction; And

The driver connector 221 is formed to be connected to the MEMS driver 210 to have a displacement by the operation of the MEMS driver 210, one side is connected to the torsion bar connection beam 240, the other side is hooked It is connected to the driver connecting portion 221 by a latch structure by the fastening between the portion 221b and the hook ring portion 222b, and according to the fastening position between the hook portion 221b and the hook ring portion 222b. An assembly connection device 220 having a beam connection part 222 for interlocking the torsion bar connection beam 240;

Assembly apparatus of a vertical micro-driver using a MEMS driver, characterized in that comprises a.

The method of claim 1, wherein the MEMS driver 210,

It is composed of a material whose length is deformed by resistance heat generation, and a plurality of heating wires having an extension length in the longitudinal direction are continuously arranged in the transverse direction and fixed at both ends in the longitudinal direction, so Assembly apparatus of a vertical micro-driver using a MEMS driver, characterized in that the chevron thermal actuator to generate a linear displacement in the transverse direction in the middle of the heating wire in proportion.

delete

According to claim 1, The driver connecting portion 221 of the assembly connecting device,

A water extension part 221a extending from the MEMS driver 210 toward the torsion bar 140; And

A hook portion 221b which protrudes laterally from the water extension portion 221a and is arranged in succession at a plurality of intervals along the longitudinal direction of the water extension portion 221a;

The method according to claim 1 or 4, wherein the hook portion 221b,

One end portion adjacent to the MEMS driver 210 protrudes or has a flat shape to be adjacent to the hook portion 222b and is pressed and connected to the hook portion 222b, and the other end adjacent to the torsion bar 140 is fastened. Assembly apparatus of a vertical micro driver using a MEMS driver, characterized in that the edge has a rounded shape gently.

The method of claim 1, wherein the beam connecting portion 222 of the assembly connecting device,

A female extension part (222a) providing a slit capable of moving forward and backward with a free end of the driver connection part (221) inserted therein; And

Is formed protruding into the slit from the female extension portion 222a, a plurality of spaced apart so that the free end of the driver connecting portion 221 can be selectively fastened at any point along the longitudinal direction of the female extension portion 222a Hanging hook portion (222b) disposed in succession;

The method of claim 1 or 6, wherein the hook portion 222b,

One end portion adjacent to the MEMS driver 210 has a rounded edge shape, and the other end portion adjacent to the torsion bar 140 protrudes toward the hook portion 221b or has a flat shape and the hook portion 221b. Assembling apparatus of a vertical micro-driven using a MEMS driver, characterized in that the pressure is connected to the).

Vertical comb-drive actuator 110 having a structure in which a stator 111 and a rotor 112 having a comb form are engaged with each other in a vertical direction. ;

A scan mirror 120 connected to the driver 112 of the comdrive driver 110 to rotate and vibrate in conjunction with the driver 112;

A torsion bar 140 having a linear shape having an extension length to one side, one end of which is connected to the scanning mirror 120 and the other end of which is fixed in position;

A micro electro mechanical systems (MEMS) driver 210 having a structure capable of generating a linear displacement and provided separately from the comdrive driver 110;

A torsion bar connecting beam 240 connected to one side of the torsion bar 140 in a vertical direction; And

Vertical micro driver, characterized in that comprises a.

The method of claim 8, wherein the torsion bar 140,

A pair is connected to the left and right ends of the scanning mirror 120, respectively,

The torsion bar connection beam 240,

Coupled to each of the pair of torsion bar 140 and provided with a parallel pair,

A connecting beam support 230 having an extension length capable of integrally connecting the ends of the pair of torsion bar connecting beams 240 and connecting the beam connecting portion 222 of the assembly connecting device to an intermediate portion in a longitudinal direction;

Vertical micro driver, characterized in that further comprises a.

delete

On one wafer, the drive driver of claim 8, the scanning mirror 120, the torsion bar 140, the MEMS driver 210, the torsion bar connection beam 240, the driver of the assembly connection device A substrate manufacturing step of forming the connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 together;

Operate the MEMS driver 210 to move the driver connector 221 of the assembly connector, adjust the relative position with the beam connector 222 of the assembly connector, and determine by operation of the MEMS driver 210. An angle adjusting step of pulling or pushing the torsion bar connecting beam 240 and adjusting the angle of the torsion bar 140 according to the relative position between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222; And

When the angle adjustment of the torsion bar 140 is completed, the operation of the MEMS driver 210 is stopped and the final adjustment state is fixed by fastening between the driver connection part 221 and the beam connection part 222 of the assembly connection device. Assembly completion step to maintain;

Method of manufacturing a vertical micro driver, characterized in that it comprises a.

delete

The method of claim 11, wherein the driver connecting portion 221 of the assembly connecting device,

A water extension portion 221a extending from the MEMS driver 210 toward the torsion bar 140 and protruding laterally from the water extension portion 221a and a plurality of the extension portions 221a along the length direction of the water extension portion 221a. It is provided with a hook portion (221b) that is disposed continuously at intervals,

Beam connection portion 222 of the assembly connection device,

A female extension portion 222a providing a slit movable forward and backward with the free end portion of the driver connecting portion 221 inserted therein, and protruding into the slit from the female extension portion 222a and a free end portion of the driver connecting portion 221. Is provided with a hook portion 222b which is arranged in succession at a plurality of intervals so that the plurality of selectively extendable at any point along the longitudinal direction of the female extension portion (222a),

In the angle adjustment step,

The relative displacement between the driver connecting portion 221 and the beam connecting portion 222 is moved and adjusted by the plurality of hook portions 221b and the hooking portions 222b in steps by a distance corresponding to each arrangement interval. The manufacturing method of the vertical type micro driver.