专利名称：在随热启动梁移动的加热器上包括该梁的微电子机械系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子机械系统，具体地说，涉及微电子机械系统。
目前已开发出微电子机械系统(MEMS)作为诸如继电器、启动器、阀门和传感器之类的通常机电装置的替代品。由于使用了微电子制造技术，故MEMS装置可能是低成本的装置。还可以提供新的功能，因为MEMS装置可以远小于通常的机电装置。
授予Wood等人(Wood)题为“热拱形梁微电子机械启动器”的US专利第5,909,078号说明了MEMS装置中的主要突破，本文引用了该专利的内容。Wood公开了热拱形梁微电子机械启动器系列，这些启动器包括一拱形梁，它在微电子基片上的相间隔的支承件之间延伸。所述拱形梁在向其加热时会膨胀。例如，如Wood所述，电流穿过拱形梁，从而使其热膨胀。另外，如Wood所述，通过跨越气隙的外部加热器来对热拱形梁进行加热。
在被用作微电子机械启动器时，拱形梁的热膨胀会产生较大的位移以及较大的力，同时会消耗适度的能量。热拱形梁可用于提供继电器、传感器、微阀门和其它MEMS装置。例如在授于Dhuler等人题为“热拱形梁微电子机械装置及相关制造方法”的US专利第5,994,816号说明了其它热拱形梁微电子机械装置及相关制造方法，本文引用了该专利的内容。尽管如上所述，但还是继续需要对MEMS装置作进一步的改进。
本发明可提供热启动的微电子机械结构，该结构包括位于加热器上的热启动拱形梁，其中，所述拱形梁在位移时保留在加热器上。因此，本发明可提供改进了的瞬时热响应以及改进了的热效率。具体地说，在拱形梁移动时，加热器上的拱形梁与加热器一道移动。所以，可将热量直接加于拱形梁上，从而减少因加热器与拱形梁之间的气隙所导致的热损失。
相反，通常的系统可包括加热器与梁之间的气隙。不幸的是，该气隙会增加热阻抗，从而会减少热通量。所述气隙还会使系统的瞬间热响应变差。
依照本发明，不需要随拱形梁对加热器与拱形梁之间的气隙进行加热，从而有改进了的瞬间热响应。在拱形梁位移时使加热器位移会通过减少拱形梁位移时的加热器与拱形梁之间的间隔而进一步减少热损失和瞬时热响应。
具体地说，本发明的微电子机械结构可包括位于一微电子基片上的相间隔的支承件以及一梁，最好是拱形梁，该梁在上述相间隔的支承件之间延伸并在将热量加于该梁时膨胀，从而使所说的梁产生位移。所说的梁位于加热器上，而加热器则将热量加于该梁上并在该梁移动时随其位移。
在本发明的一个实施例中，一第二梁在相间隔的支承件之间延伸。所述第一和第二梁均与加热器上的一连接器相连，其中，所述加热器随连接器一道位移。所述连接器可按机械的方式加强第一与第二梁之间的连接。在另一个实施例中，所述第一和第二梁与连接器分开并位于其上。
在本发明的又一个实施例中，一种可伸缩的(scalable)微电子机械结构包括位于一微电子基片上的可移动的相间隔的支承件以及一横肋梁，它在上述可移动的相间隔的支承件之间延伸。一第一拱形梁沿第一预定方向拱起并在有热量加于其上时沿该第一预定方向膨胀，从而使第一拱形梁相对上述可移动的相间隔的支承件位移。一第一拱形梁位于第一加热器上，该加热器将热量加于第一拱形梁上并在第一拱形梁位移时随该梁位移。一第二拱形梁沿第二预定方向拱起并在有热量加于其上时沿该第二预定方向膨胀，从而使第二拱形梁相对上述可移动的相间隔的支承件位移。所述第二拱形梁位于第二加热器上，该加热器将热量加于第二拱形梁并在第二拱形梁位移时随该梁位移。
在本发明的再一实施例中，所述相间隔的支承件位于加热器上，其中，所述加热器可随上述可移动的相间隔的支承件一道移动。
图1A是本发明热拱形梁微电子机械启动器的第一实施例的平面图；图1B是沿图1A中线1B-1B′的放大剖面图；图1C是本发明热拱形梁微电子机械启动器的第二实施例的平面图；图2是本发明热拱形梁微电子机械启动器的第三实施例的加热器一侧的第一视图；图3是本发明热拱形梁微电子机械启动器的第四实施例的放大平面图；图4A是本发明热拱形梁微电子机械启动器的第五实施例的连接器一侧的放大平面图；图4B是图4A所示的实施例的加热器一侧的放大平面图；图5是本发明可伸缩单元的放大平面图；图6是本发明包括三个可伸缩单元的可伸缩单元阵列的放大平面图。
以下参照附图更完全地说明本发明，在附图中示出了本发明的最佳实施例。但是，可用不同的方式实施本发明，并且本发明并不局限于本文所述的实施例，相反，提供这些实施例是为了使得本公开全面和完整并且将本发明的范围完全地传给本领域的普通技术人员。在附图中，为清楚起见，扩大了层和区域的厚度。在所有的图中，相同的标号表示相同的部件。
应该认识到，当诸如层、区域或基片之类的部件被称为“位于另一部件上”时，它可直接位于另一部件上，或者存在有中间部件。相反，当一个部件被称为“直接位于另一部件上”时，就不存在有中间部件。
图1A是本发明热拱形梁微电子机械启动器的第一实施例的放大图。如图1A所示，本发明的微电子机械启动器包括第一至第四相间隔的支承件102a-d，它们与微电子基片100相连。第一拱形梁110a在上述第一与第二相间隔的支承件102a-b之间延伸，第二拱形梁110b在上述第三与第四相间隔的支承件102c-d之间延伸。第一和第二拱形梁110a-b沿预定的方向104拱起，所述预定方向最好以平行于微电子基片100的方式延伸。拱形梁110还沿不与微电子基片100的平面平行的方向拱起。例如，拱形梁110可沿与微电子基片100的平面相垂直的方向拱起。
尽管图1A示出了连在一对相应的相间隔支承件102a-d之间的各个拱形梁110a-b，但拱形梁110a-d也可连在单对相间隔支承件102a-b之间。所述微电子基片可以是诸如玻璃、硅、其它半导体或其它材料之类的任何适当的材料。
在没有热启动的情况下，所述拱形梁沿预定方向104拱起。此外，所述拱形梁还可响应加热而沿上述预定方向进一步拱起。拱形梁110位于加热器120上，该加热器对拱形梁110进行加热。另外，加热器120也可位于拱形梁110上。在拱形梁110受热而进一步拱起时，该拱形梁就会位移。换句话说，拱形梁110响应加热而沿所述预定方向进一步位移。一旦撤去了热启动，拱形梁就沿与预定方向104相反的方向位移，从而返回至初始的未被启动的拱形位置。
正如本文所使用的那样，术语位移包括拱形梁110的中间部分在位置上的改变。例如，在拱形梁110受热时，拱形梁110的中间部分会相对拱形梁110的端部部分改变位置。位移还可包括拱形梁110的端部部分在位置上的改变。例如，在拱形梁110受热时，该拱形梁的端部部分会在相对拱形梁110的中间部分位移时产生位移。
图1B是图1A中沿线1B-1B′的放大剖面图。依照图1B，第一和第二拱形梁110a-b位于加热器120上。加热器120响应第一和第二拱形梁110a-b所传导的电流i对这些拱形梁进行加热。可通过将电压加在位于第一至第四相间隔支承件102a-d上的相应电触点上而提供电流。也可用比全部拱形梁少的拱形梁来传导所述电流。例如，在一个实施例中，用两个拱形梁来传导电流，而其余的拱形梁则用于传导其它信号。另外，可通过诸如本文所述的挠性线路(flexible tether)之类手段向加热器120提供电流。
可通过将电压V+和V-加在位于相间隔支承件102a-d上的电触点而提供电流。具体地说，可将电压V+和V-加在102a和102c、102a和102d、102b和102c或102b和102d上。电流由加热器120来传导，其中，加热器120对电流的电阻会使加热器120生热。可通过用诸如多晶硅之类的对流过其中的电流有电阻的材料来构成加热器从而控制加热器120的电阻。还可通过将加热器的形状加工成能提高对电流的电阻形状诸如通过使加热器的一部分具有狭窄的形状而控制加热器120的电阻。
加热器120加给第一和第二拱形梁110a-b的热量会因这些梁的热膨胀而导致进一步的拱起。最好沿预定的方向104出现上述拱起，从而使第一和第二拱形梁110a-b位移。而且，在第一和第二拱形梁110a-b响应加热器120所加的热量而位移时，加热器120会随这些拱形梁位移。第一和第二拱形梁110a-b可直接位于加热器120上，或者可存在有诸如本文所述的连接器之类的其它中间部件。
本发明可提供改进的瞬时热响应以及改进的热效率。具体地说，所述加热器位于拱形梁上并且在拱形梁位移时随其位移。因此，可将热量直接加于拱形梁，从而会减少加热器与拱形梁之间的气隙所导致的热损失。而且，在拱形梁位移时使加热器位移会通过减少拱形梁位移时加热器与拱形梁之间的间隔而进一步减少热损失。
相反，诸如Wood所述之类的通常的微电子机械系统可使用位于微电子基片上的加热器。因此，通常的系统包括位于微电子基片上的加热器与加热器所加热的拱形梁之间的气隙。因此，通常的系统会有因上述气隙所导致的热损失。此外，通常的系统还具有减少的瞬时热响应，因为，微电子基片上的加热器会加热所述气隙和拱形梁，从而会增加加热所述拱形梁所需的时间。所述气隙会增加热电阻从而减少热通量。所述气隙还能使系统的瞬时热响应变差。
本领域的普通技术人员将会理解，可用通常称之为“LIGA”的高纵横比电镀技术或其它微电子技术来制造拱形梁110。可用释放层和湿蚀刻或其它通常技术使拱形梁110与微电子基片相分离。如图所示，拱形梁110固定在支承件102a和102b上，因此，拱形梁朝向预定运动方向104拱起。拱形梁最好由诸如通过响应加热而膨胀的能改变形状的材料构成。尽管可用随温度升高而收缩的具有负热膨胀系数的材料来形成拱形梁，但拱形梁最好是用诸如镍之类具有大的正热膨胀系数的材料构成。因此，拱形梁最好由随温的升高而膨胀的材料构成，所以，拱形梁在受热时会进一步拱起。热拱形梁启动器的热拱形梁和/或诸如固定器之类的其它组件可由诸如硅之类的单晶体材料构成。可利用诸如表面微加工之类的已有的微工程技术用诸如硅之类的单晶体材料来构成拱形梁和固定器。应该认识到，热拱形梁启动器的热拱形梁、固定器和其它组件可由不同的材料构成。
本发明的热拱梁微电子机械启动器就给定量的热膨胀而言会产生大量的偏差。例如，长度为1mm被加热至20℃的镍梁在长度上会膨胀约0.25μm。这可能比某些微电子机械启动器应用所需的位移少十倍。相反，当将同样的梁制成热拱形梁时，同样的加热会导致2.5μm的位移。可通过诸如LIGA之类的高纵横比制造技术将这种偏差限于所述装置的平面内。
图1C是本发明热拱梁微电子机械启动器的第二实施例的放大剖面图。依照图1C，第一绝缘层140形成在加热器120上。接触孔形成在第一绝缘层140上，以便提供与加热器120的电接触。第一绝缘层140可例如由氮化硅制成。第二绝缘层(未示出)在与第一绝缘层140相反的位置处形成在加热器120上。
第一和第二连接器部分130a-b可形成在第一绝缘层140上以及接触孔内，以便形成与加热器120的相应的第一和第二电接触。第一拱形梁110a可与第一连接器部分130a相连，第二拱形梁110b可与第二连接器部分130b相连。在本发明的最佳实施例中，第一和第二梁110a、b以及第一和第二连接器部分130a-b可以是同一层的一部分。例如，依照图1C，第一拱形梁110a和第一连接器部分130a可以是单一的组件。第二拱形梁110b和第二连接器部分130b也可以是单一的组件。另外，拱形梁110a-b可与连接器部分130a-b相分离。
第一连接器部分130a与第二连接器部分130b分离一定的间隙135。在一个实施例中，间隙135可消除第一和第二连接器部分130a-b之间的直流电流(除经过加热器120的电流以外)。所述连接器可按机械的方式加强第一与第二拱形梁之间的连接。间隙135使第一连接器部分130a电绝缘于第二连接器部分130b，因此，经由拱形梁提供的电流会被传导经过加热器120。应该认识到，尽管图1C所示的实施例说明了第一与第二连接部分之间的间隙，但也可以使用没有间隙的连接器，其中，第一与第二连接器部分例如通过间隙135内的中间绝缘层彼此电绝缘。
在操作中，电流通过第一触点从第一拱形梁110a经由第一连接器部分130a流至加热器120。属于第二连接器130b的加热器120部分通过第二触点将电流传导至第二拱形梁110b。加热器120散发的热量会使得加热器120加热第一和第二连接器部分130a、b以及第一和第二拱形梁110a-b。在将热量加于拱形梁时，拱形梁会进一步地拱起，这就会导致第一与第二连接器部分130a-b沿预定方向位移。而且，在拱形梁响应加热器120所提供的热量而位移时，加热器120会随这些拱形梁移动。
图2是本发明第三实施例的加热器一侧的图。如图2所示，U形加热器120上设置有连接器130，它将第一至第三拱形梁110a-c、110a′-c′连到一起。加热器120包括第一和第二电触点215a-b。通过第一和第二电触点215a-b将电流提供给加热器120，这就使加热器120产生通过连接器130施加给第一至第三拱形梁110a-c、110a′-c′的热量。加热第一至第三拱形梁110a-c、110a′-c′会使第一至第三拱形梁110a-c沿一预定方向105位移。在拱形梁110a-c、110a′-c′响应加热器120所提供的热量而位移时，加热器120会随拱形梁110a-c、110a′-c′移动。可以使用或多或少的拱形梁。拱形梁110a-c、110a′-c′以及连接器130可以是独立的单元，也可以是如以上参照图1c所述那样是一个组合单元。
通过配置出多个拱形梁，可以获得力的增加，因此能提供大的力和大位移的启动器。而且，连接器130可对整个启动器提供加固的效果。因此，可通过相连的拱形梁来提供较大的力。
加热器120可配置成其它形状。例如，加热器120可在连接器130上加工成板状形状，因为板状形状在需要加热的部分处有狭窄的形状，或者加热器120可以为弯曲的形状，以便将热量分配给预定的部分。也可以使用其它形状。
在与加热器120上的电触点215a-b电耦合的相应第一和第二挠性线路(或挠性导体)上，经过微电子基片100上的第一和第二电极210a-b将电流提供给加热器120或由加热器120提供电流。在操作中，可将电压加到第一和第二电触点210a-b上，以提供电流流过加热器120。在拱形梁110a-c、110a′-c′和连接器130沿预定方向105位移时，挠性线路205a-b会保持第一和第二电触点215a-b与第一和第二电极210a-b之间的电连接。
图3是本发明第四实施例的放大平面图。如图3所示，第一至第三拱形梁110a-c、110a′-c′在第一和第二相间隔的支承件102a-b之间延伸并与它们相连。另外，第一至第三拱形梁110a-c、110a′-c′均可与一独立的间隔支承件102相连。第一和第二相间隔的支承件102a-b包括第一对电极103a、b。可以使用或多或少的拱形梁。
第四和第五拱形梁110d-e、110d′-e′在第三和第四相间隔的支承件102c-d之间延伸并与它们相连。第四和第五拱梁110d-e、110d′-e′可与一共用支承件相连，如图所示，或者每个梁均与一独立的相间隔的支承件102相连。第三和第四相间隔的支承件102c-d包括第二对电极103c、d。可以使用或多或少的拱形梁。
第一连接器部分130a位于第一至第三拱形梁110a-c、110a′-c′上并包括一位于该部分内的凹陷部305。第二连接器部分130b位于第四和第五拱形梁110d-e、110d′-e′上并包括一相对该部分延伸的延伸部310。延伸部310按非接触的关系插进凹陷部305。将延伸部310插进凹陷部305可在第一至第五拱梁110a-e、110d′-e′之间提供改进的坚固性。
间隙135使第一连接器部分130a电绝缘于第二连接器部分130b，以使经由拱形梁提供的电流会被传导经过加热器120。应该认识到，尽管图3所示的实施例说明了第一与第二连接器部分之间有间隙，但也可以使用没有间隙的连接器，其中第一与第二连接器部分例如通过间隙135内的中间绝缘层彼此电绝缘。
在操作中，电压可被加到第一和第二对电极上，从而使拱形梁110将电流传导至加热器120或者自加热器120传导电流。例如，可将第一电压V+加于第三和第四相间隔的支承件102c-d上，并将第二电压V-加于第一和第二相间隔的支承件102a-b上。可分别通过第四和第五拱形梁110d-e和第一至第三拱形梁110a-c将最终的电流i传导至加热器120并自加热器120传导最终的电流i。另外，拱形梁可位于第一和第二连接器部分130a-b上，并可利用第一和第二连接器部分130a-b将电流提供给加热器120并自加热器120提供电流。
加热器120所传导的电流会使加热器120加热沿预定方向105位移的第一至第五拱形梁110a-e、110a′-e′。而且，在上述拱形梁响应加热器120所提供的热量而位移时，加热器120会随这些拱形梁位移。如图3所示，可通过拱形梁及第一和第二连接器部分130a-b将电流提供给加热器120并自加热器120提供电流。另外，可通过比全部拱形梁110少的拱形梁或通过挠性线路将电流提供给加热器120。
图4A是本发明第五实施例的连接器一侧的放大图。如图4A所示，与第一至第三拱形梁110a-c、110a′-c′相连的第一连接器部分405a包括多个相对该部分延伸的延伸部425。与第一至第三拱形梁110a-c相连的第二连接器部分405b包括多个位于该部分内的凹陷部420。多个延伸部425按非接触的关系插进多个相应的凹陷部420中，以限定其间的间隙135。将多个延伸部425插进多个相应的凹陷部420可在第一至第三拱梁110a-c、110a′-c′之间提供改进的坚固性。所述多个延伸部425和凹陷部420可包括诸如三角形、圆形或其它形状之类的其它形状。在又一个实施例中，每个拱形梁110a-c均与相应的拱形梁110a′-c′相连，以在连接器405a、b上提供独立的拱形梁。此外，所述拱形梁以及相应的连接器可以是独立的单元，也可以是如参照图1C所述那样是一个组合单元。
图4B是图4A所示实施例的加热器一侧的放大图。依照图4B，加热器120位于第一和第二连接器部分405a-b上。加热器120可如以上参照图2所述那样呈U形形状或配置成其它形状。第一和第二电触点430a-b将电流提供给加热器120并自加热器120提供电流。使电流经过加热器120会使得加热器120加热第一和第二连接器部分405a-b和第一至第三拱形梁110a-c、110a′-c′，从而使拱形梁沿预定方向105位移。拱形梁的膨胀会使拱形梁110a-c、110a′-c′沿预定方向105位移。在所述拱形梁响应加热器120所提供的热量而位移时，加热器120会随这些拱形梁移动。
在本发明的一个实施例中，第一和第二连接器部分405a-b绝缘于加热器120。在操作中，可将电压加在第一和第二电触点430a-b上，从而使电流流过加热器120。流过加热器120的电流会使拱形梁110a-c、110a′-c′受热并沿预定方向105位移。在所述拱形梁响应加热器120所提供的热量而位移时，加热器120会随这些拱形梁移动。
在本发明的另一个实施例中，第一和第二连接器部分405a-b并不绝缘于加热器120。在操作中，可通过将一电位差加在第一和第二相间隔的支承件102a-b上而提供电流。
按照另一方面，本发明可提供热启动的微电子机械启动器结构和可伸缩的阵列，从而以多维方式提供显著量的位移。正如本发明中所使用的那样，“可伸缩”是指能按阵列的方式互连从而能响应热启动而将其中各结构或单元的位移组合起来的微电子机械启动器结构或单元。例如，如果单个单元响应加热而提供位移距离X，那么连在一起的单元阵列可提供位移距离2X。本发明的所有热启动结构和阵列实施例均可设置在微电子基片100上，最好设置在该基片的通常为平面的表面上。微电子基片100可是诸如玻璃、硅、其它半导体或其它材料之类的任何适当的材料。
图5是本发明的可伸缩单元的放大平面图。依照图5，第一连接器部分130a固定在微电子基片100上。第二连接器部分130b位于第一和第二拱形梁110a-b、110a′-b′上并与它们相连。所述第一和第二拱形梁沿第一预定方向530拱起。
第一和第二拱形梁110a-b与第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b相连并在它们之间延伸。第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b并不固定于微电子基片100上，并可沿第二预定方向525移动。
第一和第二连接器部分130a-b位于第一加热器120a上并在第一和第二拱形梁110a-b响应第一加热器120a的加热而进一步拱起时保持在第一加热器120a上。当第一和第二拱形梁110a-b沿第一预定方向530拱起时，第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b就沿第二预定方向525位移。具体地说，第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b沿第二预定方向525位移，因为第一连接器部分130a被固定在微电子基片100上，而且第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b并不固定在微电子基片100上。
在本发明的一个实施例中，可移动的相间隔的支承件502a-b位于相应的加热器510a-b上。加热器510a-b可向拱形梁110提供额外的加热。
横梁505a与第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b相连并在它们之间延伸。在拱形梁位移时，横梁505a可减少第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b沿第三预定方向520的运动。具体地说，横梁505a可以是热膨胀系数小于与拱形梁相关的热膨胀系数的材料。
横梁505a可为互连的成对拱形梁110提供额外的机械稳定性和可移动的支承。横梁502可比拱形梁110膨胀得少。所述横梁最好比各热启动微电子机械结构中的相应成对的热拱形梁加热得更少，以便节约能量并限制横梁的膨胀。同样，所述横梁可限制拱形梁的相反端沿预定方向520的向外运动，以致于拱形梁的进一步拱起会导致拱形梁的中部有明显的位移。
第三和第四拱形梁110c-d与第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b相连并在它们之间延伸。第三和第四拱形梁110c-d沿第二预定方向525拱起。第三连接器部分130c位于第三和第四拱形梁110c-d上并与它们相连接。第二加热器120b位于第三连接器部分103c上并在第三和第四拱形梁110c-d响应第二加热器120b的加热而位移时随这些拱形梁移动。当第三和第四拱形梁110c-d进一步拱起时，第三和第四拱形梁110c-d会沿第二预定方向525位移。
在操作中，电流可经过加热器120以便对相应的相连拱形梁进行加热，从而使拱形梁110沿相应的预定方向位移。具体地说，在加热第一和第二拱形梁110a-b时，第一和第二相间隔的可移动的支承件502a-b会沿第一预定方向525位移。在加热第三和第四拱形梁110c-d时，第三连接器部分130c会沿第二预定方向525位移。依照图5，附加第一至第四拱形梁110a-d的相应位移，以便提供有所增加的位移。
通过在与第一加热器120a电连接的第一电极和与最后的加热器120电连接的线路之间施加电压，可以提供电流，从而使拱形梁将此电流传导至相应的加热器，例如如图6所示。
可伸缩单元可以连在一起，以便形成一可伸缩单元阵列。可伸缩单元阵列可用于增加本文所述的热启动微电子机械系统的位移。例如在1999年5月3日提交的题为“能够多维可伸缩位移的微电子机械启动器结构和阵列”的US专利申请No.09/303,996中进一步说明了可伸缩单元阵列，其公开全部在此引用作为参考。
因此，本发明的一个实施例提供一种热启动微电子机械阵列，它适于在与微电子基片限定的平面相平行的平面内沿一维和/或两维运动路线移动。可通过将本文所述的任何类型热启动微电子机械结构中的至少两种互连起来，最好是将同种类型的热启动微电子机械结构中的至少两个互连起来而形成所述热启动微电子机械阵列。由于热启动微电子机械阵列是可伸缩的，故可通过将这些结构配置成阵列而提供较大量的位移。
每个热启动微电子机械单元均包括一对拱形梁，它们如前所述以可操作的方式在相反端连接起来。第一热启动微电子机械单元诸如通过拱形梁中的一个的中间部分与至少一个固定器相连并相对该固定器延伸。所述阵列中的其余热启动微电子机械单元则与另一个固定器相连，以致于每个单元均以可操作的方式与第一热启动微电子机械单元相连。同样，所述多个微电子机械单元在与微电子基片相重叠的悬臂状结构中相对至少一个固定器延伸，以便提供所需要的位移。
图6是本发明包括三个可伸缩单元的可伸缩单元阵列的放大平面图。依照图6，一可伸缩单元阵列包括第一至第四加热器120a-d，它在微电子基片100上的固定器600与微电子基片100上的电极605之间以电学的方式与第一至第六拱形梁110a-f相串联。在本发明的另一个实施例中，可移动的相间隔的支承件502可位于相应的加热器510上。加热器510可对拱形梁提供额外的加热。
在操作中，第一至第四加热器120a-d所传导的电流可使第一至第六拱形梁110a-f进一步拱起，以使可伸缩单元阵列相对固定器600沿第一预定方向525位移。而且，在相应的拱形梁响应加热器120a-d所提供的热量而位移时，加热器120a-d会随相应的拱形梁移动。挠性线路205允许第四加热器120d在保持与电极605电连接的同时进行位移。
依照本发明，加热器位于包括在热启动微电子机械结构内的拱形梁上。而且，在所述拱形梁因加热而位移时，所述加热器会保持在该拱形梁上。因此，本发明可提供改进的瞬时热响应以及改进的热效率。具体地说，所述加热器位于拱形梁上并在拱形梁位移时随之移动。可将热量直接加在拱形梁上，从而会减少因加热器与拱形梁之间的间隙所导致的热损失。而且，在拱形梁位移时使加热器位移，还能通过减少拱形梁位移时加热器与拱形梁之间的间隔而进一步减少热损失。
在附图和说明书中，业已公开了本发明的典型最佳实施例，尽管使用了具体的术语，但是，仅仅是在一般和说明性的意义上使用这些术语，而不是要进行限制，所附权利要求书中说明了本发明的范围。
权利要求
1.一种微电子机械结构，它包括位于一微电子基片(100)上的第一和第二相间隔的支承件(102a、102b)以及一拱形梁(110a)，该梁在上述第一和第二相间隔的支承件(102a、102b)之间延伸并在将热量加载于该梁时进一步拱起，从而使所说的拱形梁(110a)产生位移，所述微电子机械结构的特征在于一位于拱形梁(110a)上的加热器(120)，该加热器将热量加载于拱形梁(110a)并在拱形梁(110a)位移时随拱形梁(110a)位移。
2.如权利要求1的微电子机械结构，其进一步的特征在于一第二拱形梁(110b)，它在上述第一和第二相间隔的支承件之间延伸；以及一位于上述第一和第二拱形梁上的连接器(130)，其中，所述加热器位于连接器(130)上并随连接器(130)一道位移。
3.如权利要求2的微电子机械结构，其进一步的特征在于一位于加热器上第一触点(215a)，它将上述第一拱形梁与加热器电连接起来；一位于加热器上第二触点(215b)，它将上述第二拱形梁与加热器电连接起来，以便限定一从第一触点(215a)经由加热器到第二触点(215b)的导电通路。
4.如权利要求3的微电子机械结构，其特征在于，所述连接器的特征在于相间隔的第一和第二连接器部分(130a、130b)。
5.如权利要求3或4的微电子机械结构，其进一步的特征在于一第一固定器(210a)，它位于上述微电子基片上并与该基片相连；一第二固定器(210b)，它位于上述微电子基片上并与该基片相连；一第一挠性导体(205a)，它以可移动的方式将第一固定器(210a)与第一触点连接起来，以便限定一在上述第一固定器(210a)与第一触点之间的第二导电通路；以及一第二挠性导体(205b)，它以可移动的方式将第二固定器(210b)与第二触点连接起来，以便限定一在上述第二固定器(210b)与第二触点之间的第三导电通路。
6.一种微电子机械结构，它包括一与微电子基片(100)相连的固定器(600)以及一对位于微电子基片(100)上的相间隔的可移动的支承件(502a、502b)，所述微电子机械结构的特征在于一横肋梁(505a)，它在上述一对相间隔的可移动的支承件(502a、502b)之间延伸；一沿一第一预定方向拱起的第一拱形梁(110a)，它在上述一对相间隔的可移动的支承件(502a、502b)之间延伸并在将热量加载其上时膨胀，从而使第一拱形梁(110a)相对上述一对相间隔的可移动的支承件(502a、502b)沿所述第一预定方向产生位移；一位于第一拱形梁(110a)上并与固定件(600)相连的第一加热器(120a)，它将热量加载于第一拱形梁(110a)并在第一拱形梁(110a)位移时随第一拱形梁(110a)位移；以及一沿一第二预定方向拱起的第二拱形梁(110b)，它在上述一对相间隔的可移动的支承件(502a、502b)之间延伸并在将热量加载其上时膨胀，从而使第二拱形梁(110b)相对上述一对相间隔的可移动的支承件(502a、502b)沿所述第二预定方向产生位移。
7.如权利要求6的微电子机械结构，其进一步的特征在于一位于所述第二拱形梁上的第二加热器(120b)，它将热量加载于第二拱形梁并在第二拱形梁位移时随第二拱形梁位移。
8.如权利要求6或7的微电子机械结构，其特征在于，所述微电子机械结构包括一干电池，所述微电子机械结构还包括一与上述第一干电池相邻的第二干电池，所述微电子机械结构的特征在于一第二对位于上述微电子基片上的相间隔的可移动的支承件(502c,502d)；一沿上述第一预定方向拱起的第三拱形梁(110c)，它在上述第二对相间隔的可移动的支承件(502c、502d)之间延伸并在将热量加载其上时膨胀，从而使第三拱形梁(110c)相对上述第二对相间隔的可移动的支承件(502c、502d)沿所述第一预定方向产生位移，其中所述第二加热器位于上述第三拱形梁(110c)上。
9.如权利要求6的微电子机械结构，其进一步的特征在于一位于上述第一加热器上的连接器(130a)。
10.如权利要求8的微电子机械结构，其进一步的特征在于一位于上述第二加热器上的连接器(130b)。
全文摘要
改进的结构,包括位于微电子基片上的相间隔的支承件以及一在该支承件间延伸并在将热量加于其上时膨胀的梁,从而使该梁在支承件之间位移。位于该梁上的加热器将热量加于该梁并在其位移时随其位移。故可将热量直接加于拱形梁上,从而减少其与加热器间的热损失。此外,不需加热加热器与拱形梁之间的间隙,从而有改进的瞬时热响应。而且,在拱形梁位移时使加热器位移还能通过减少其间的间隔而进一步减少热损失和瞬时热响应。
文档编号F03G7/06GK1319558SQ0111201
公开日2001年10月31日 申请日期2001年3月27日 优先权日2000年3月28日
发明者拉马斯瓦米·马哈德范, 爱德华·阿瑟·希尔, 罗伯特·L·伍德, 艾伦·布鲁斯·考恩 申请人:克罗诺斯集成微系统公司