专利名称：微机电元件及微机电弹簧元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微机电元件，特别是涉及一种中空的微机电元件及微机电弹簧元 件。
背景技术：
微机电系统(MicroElectromechanical System，MEMS)技术的发展开辟了一个全 新的技术领域和产业，其应用领域广阔，例如常常用于加速计或陀螺仪等微机电惯性感测 器中。在这些感测器中，通常需要一个微机电弹簧元件来将其移动结构的一端连接固定在 基底上，以使此移动结构可在某方向上往复运动。而习知的微机电弹簧元件一般是硅材料 或金属层与氧化层交替堆迭所构成。然而，由于金属层与氧化层的热膨胀系数不同，因此在后续进行高温制程时，金属 层与氧化层会发生不同程度的热膨胀，导致微机电弹簧元件弯曲变形，从而影响其工作性 能。因此，如何避免微机电弹簧元件在其所处的环境发生温度变化时弯曲变形，以确 保微机电弹簧元件的工作性能，实为相关领域的人员所重视的议题之一。由此可见，上述现有的微机电弹簧元件在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺 陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决 之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决 上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的微机电元件及 微机电弹簧元件，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的微机电弹簧元件存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计 制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一 种新型的微机电元件及微机电弹簧元件，能够改进一般现有的微机电弹簧元件，使其更具 有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价 值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的微机电弹簧元件存在的缺陷，而提供一种新 型的微机电弹簧元件，所要解决的技术问题是使其可在所处的环境产生温度变化时，仍维 持原有的外形轮廓，并因而具有良好的工作性能，非常适于实用。本发明的另一目的在于，提供一种新型的微机电元件，所要解决的技术问题是使 其避免发生因元件产生热形变而影响其工作性能的情况，从而更加适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提 出的一种微机电弹簧元件，配置于一基底上，其包括一固定部，固定于该基底上，该固定部 包括一绝缘层，配置于该基底上；多层金属固定层，配置于该绝缘层上方；多层支撑固定 层，连接于该些金属固定层之间；以及一可动部，具有一第一端与一第二端，该第一端连接于该固定部，而该第二端悬浮于该基底上方，该可动部包括多层金属层；以及至少一支撑 层，连接于相邻的该些金属层之间，且该至少一支撑层与其所连接的该些金属层之间具有 至少一中空区域。本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的微机电弹簧元件，其中所述的金属层至少其中的一具有至少一开口，暴露 出该中空区域。前述的微机电弹簧元件，其中所述的至少一支撑层包括多个支撑单元，彼此间隔 地分布在相邻的该些金属层之间；以及多个连接单元，分别连接至该些支撑单元的两端，以 串连该些支撑单元。前述的微机电弹簧元件，其中所述的支撑单元至少其中的一具有至少一开口，暴 露出该中空区域。前述的微机电弹簧元件，其中所述的至少一支撑层呈环状而环绕在该些金属层之 间，且该支撑层具有至少一开口，暴露出该中空区域。前述的微机电弹簧元件，其中所述的固定部更包括多层氧化层，分别位于相邻的 该些金属固定层之间，并分别由该些支撑固定层环绕。前述的微机电弹簧元件，其中所述的金属层分别与该些金属固定层其中之一相连 接。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的 一种微机电元件，配置于一基底上，其包括一绝缘层，配置于该基底上；多层金属层，配置 于该绝缘层上；以及至少一支撑层，连接于相邻的该些金属层之间，且该至少一支撑层与其 所连接的该些金属层之间具有至少一中空区域。本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的微机电元件，其中所述的金属层至少其中的一具有至少一开口，暴露出该 中空区域。前述的微机电元件，其中所述的至少一支撑层包括多个支撑单元，彼此间隔地分 布在相邻的该些金属层之间；以及多个连接单元，分别连接至该些支撑单元的两端，以串连 该些支撑单元。前述的微机电元件，其中所述的支撑层单元至少其中的一具有至少一开口，暴露 出该中空区域。前述的微机电元件，其中所述的至少一支撑层呈环状而环绕在该些金属层之间， 且该支撑层具有至少一开口，暴露出该中空区域。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由以上可知，为了达到上 述目的，本发明提供了一种微机电弹簧元件，其可在所处的环境产生温度变化时，仍维持原 有的外形轮廓，并因而具有而良好的工作性能。本发明还提出一种微机电元件，以避免发生 因元件产生热形变而影响其工作性能的情况。本发明提出一种微机电弹簧元件，其配置于基底上，并包括固定部以及可动部。其 中，固定部固定于基底上。可动部具有第一端与第二端，第一端连接于固定部，而第二端悬 浮于基底上方。可动部包括多层金属层以及连接于相邻的这些金属层之间的支撑层，且支 撑层与其所连接的这些金属层之间具有中空区域。
本发明还提出一种微机电元件，其配置于基底上，并包括绝缘层、多层金属层以及 支撑层，其中绝缘层配置于基底上，这些金属层配置于绝缘层上，支撑层则连接于相邻的这 些金属层之间。而且，支撑层与其所连接的这些金属层之间具有中空区域。借由上述技术方案，本发明微机电元件及微机电弹簧元件至少具有下列优点及有 益效果在本发明的微机电元件中，由于支撑层与金属层之间围成中空区域，即其中无填充 其他材料，因此可避免在微机电元件所处的环境产生温度变化时，因金属层与其间的膜层 的热膨胀系数不同而导致可动部弯曲变形的情况，从而确保微机电元件具有良好的工作性 能。综上所述，本发明是有关于一种微机电元件及微机电弹簧元件，其中该微机电弹 簧元件，包括基底、固定部以及可动部。其中，固定部固定在基底上。可动部具有连接于固 定部的第一端与悬浮于基底上方的第二端，并且包括多层金属层以及连接于相邻的金属层 之间的支撑层，而支撑层与其所连接的这些金属层之间具有中空区域。由于上述微机电弹 簧元件采用中空结构，因此可避免在微机电弹簧元件受环境或封装温度变化时，因金属层 与其间的膜层的热膨胀系数不同而导致可动部弯曲变形，从而确保微机电弹簧元件具有良 好的工作性能。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、 实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1为本发明的一实施例中微机电弹簧元件的俯视示意图。图2为图1所示的微机电弹簧元件沿11-11’线的剖面示意图。图3为图2的可动部的局部立体示意图。图4为本发明另一实施例中微机电弹簧元件的剖面示意图。图5为图4的可动部的局部立体示意图。图6为本发明另一实施例中微机电弹簧元件的剖面示意图。图7为图6的可动部的局部立体示意图。图8为本发明另一实施例中微机电弹簧元件的剖面示意图。图9为图8的可动部的局部立体示意图。图10为本发明的另一实施例中微机电加速计的俯视示意图。图IlA为本发明的一实施例中微机电共振器的部分结构示意图。图IlB为图IlA的微机电共振器沿1-1’线的剖面示意图。图12为本发明的另一实施例中微机电共振器的移动结构的剖面示意图。10、20、30、40 微机电弹簧元件12,51 基底14:固定部142、522 绝缘层144:金属固定层
146 支撑固定层148 氧化层16、26、36、46 可动部160 第一端161 第二端162、262、362、462、524、624 金属层1622、2622、4643、5262 开口164、264、364、464、526 支撑层1642,2642,5262 支撑单元2644 连接单元166J66、366、528、628 中空区域50 微机电共振器52、62 移动结构54:固定结构80:微机电加速计82 质量块
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的微机电元件及微机电弹簧元件其具体实施方式
、 结构、特征及其功效，详细说明如后。以下将举实例说明本发明的微机电元件，但其并非用以限定本发明的微机电元件 的型态。熟习此技艺者可知悉，本发明的微机电元件可以是任何会因受到外力作用而产生 运动的微机电元件。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同 的编号表示。图1绘示为本发明的一实施例中微机电弹簧元件的俯视示意图。图2绘示为图1 所示的微机电弹簧元件沿Π-ΙΙ’线的剖面示意图。请参阅图1与图2，微机电弹簧元件10 配置于基底12上，并包括固定部14以及可动部16。其中，固定部14固定于基底12上。详 细来说，固定部14包括绝缘层142、多层金属固定层144以及多层支撑固定层146。其中， 绝缘层142配置于基底12上，金属固定层144配置于绝缘层142上方，而支撑固定层146 则是连接于金属固定层144之间。此外，固定部14还包括多层氧化层148，分别位于相邻的 金属固定层144之间，而支撑固定层146更环绕在氧化层148旁，而将氧化层148密封于金 属固定层144之间。请继续参阅图1，可动部16具有第一端160与第二端161，第一端160连接于固定 部14，而第二端161则悬浮于基底12上。可动部16包括多层金属层162与至少一层支撑 层164，支撑层164连接于相邻的金属层162之间，且支撑层164与其所连接的金属层162 之间围成中空区域166。
值得注意的是，本实施例的可动部16是由三层金属层162与两层支撑层164所构 成，但其并非用以限定本发明。熟习此技艺者可知悉，微机电弹簧元件10的可动部16也可 以是由两层金属层162与一层支撑层164所构成。或者，由三层以上的金属层162与两层 以上的支撑层164所构成。具体来说，固定部14的金属固定层144与可动部16的金属层在同一工艺中完成， 固定部14的支撑固定层146则与可动部16的支撑层164在同一工艺中完成。由此可知， 金属层162连接至金属固定层144，且金属固定层144与支撑固定层164的材质可以分别与 金属层162及支撑层146的材质相同或相似，其例如分别为铝与钨。而且在本实施例中，各 金属层162为连续的结构，而各支撑层164则包括彼此间隔地排列在相邻的金属层162之 间的多个支撑单元1642。举例来说，这些支撑单元1642的两端例如是分别连接至连接单 元1644，因而组成梳状的支撑层164，如图3所示。特别的是，虽然本实施例的这些支撑单 元164分别具有暴露出中空区域166的开口 1645，但本发明并不限定开口 1645的数量。承上所述，由于可动部16的金属层162与支撑层164之间所围成的是中空区域 166，即其中无填充其他材料，因此可避免可动部16所处的环境(如封装过程中)在温度变 化时导致可动部16发生弯曲变形的情况，从而确保微机电弹簧元件10具有良好的工作性 能。需要指出的是，本发明的微机电弹簧元件的金属层或支撑层的结构并不以上述为 限，其还可为其他结构。例如，请参阅图4与图5，金属层262还可以具有开口 2622，其暴露 出中空区域沈6，且位于不同层的中空区域266更可透过开口沈22相连通。如此一来，在 微机电弹簧元件20的工艺中，即可透过各支撑单元沈42之间的间隙与开口沈22通入蚀刻 气体而同时将各金属层262之间的膜层(通常为氧化层)移除，以形成不同层的中空区域 2660而且，具有开口沈22的金属层262与图2中呈连续结构的金属层162相较之下，由于 其刚性较小，因而使得微机电弹簧元件20具有较佳的挠性。换言之，熟习此技艺者可自行 依据实务上所需要的挠性程度来决定开口 2622的数量、尺寸、形状及分布位置等，本发明 不在此做任何限定。虽然在前述实施例中，各支撑层164至少包括多个支撑单元1642，但本发明并不 限于此。在另一实施例中，如图6及图7所示，支撑层364为环状结构，且围绕在金属层362 之间的边缘，并可以具有至少一开口 3643。在此实施例中，微机电弹簧元件30于工艺中即 是透过开口 3643通入蚀刻气体以移除各金属层362之间的膜层，进而形成中空区域366。值得一提的是，本发明的微机电元件中的各层金属层的形状可以相同也可以不 同。图8绘示为本发明的另一实施例中微机电弹簧元件的剖面示意图，图9则绘示为图8 的微机电弹簧元件的部分立体分解图。请参照图8及图9，微机电弹簧元件40的可动部46 包括多层金属层462a、金属层462b与支撑层464，其中金属层462b与支撑层464交错配置 于这些金属层46 之间。而且，金属层462b与支撑层464的形状相似。详细来说，金属 层462b与支撑层464均围绕于金属层46 之间的边缘，且各支撑层464具有至少一开口 4643。当然，若支撑层464为图3所示的梳状支撑层，则金属层462b也可以对应支撑层464 而呈梳状结构，此处不再赘述。承上所述，在微机电弹簧元件40的工艺中，开口 4643可作为通入气体以移除金属 层46 与金属层462b间的膜层(通常为氧化层)的蚀刻通道。
图10绘示为微机电加速计的示意图。请参照图10，特别的是，前述各实施例的微 机电弹簧元件的可动部的结构，还可以应用在微机电加速计80的质量块82，其详细结构请 参照前文，此处不再赘述。换言之，在本发明的微机电加速计80中，质量块82具有至少一 中空区域，因此可避免在工作温度改变时，质量块82内部产生应力不均的问题，以便于改 善微机电加速计80的敏感度。图IlA绘示为本发明的一实施例中微机电共振器的部分示意图。请参照图11A， 微机电共振器50配置于基底51上，且其主要是由移动结构52及多个固定结构M所构成。 其中，固定结构讨是位于移动结构52的两侧。当施加电压至固定结构M上而在移动结构 52两侧产生电场时，移动结构52会受到电场的电力作用而在两侧的固定结构M之间产生 往复的震荡运动。图IlB为图IlA的微机电共振器沿1_1’线的剖面示意图。请参照图11B，移动结 构52包括绝缘层522、多层金属层5M及支撑层526。绝缘层522配置于基底51上，金属 层5M配置于绝缘层522上，支撑层5 则是连接于相邻的金属层5M之间。而且，支撑层 526与其所连接的金属层5M之间具有中空区域528。具体来说，本实施例的支撑层5 例 如是由多个彼此间隔排列的支撑单元5262所构成。而且，金属层524的材质例如是铝，而 支撑层526的材质例如是钨。承上所述，由于微机电元件50的移动结构52在金属层5 与支撑层5 之间具 有中空区域528，因此可避免移动结构52在所处的环境发生温度变化时产生热形变，进而 使其可维持良好的工作效能(如震荡频率)。图12绘示为本发明的另一实施例中微机电共振器的移动结构的剖面示意图。请 参照图12，本实施例的移动结构62的金属层拟4也可以具有暴露出中空区域628的开口 6242,以于移动结构62的工艺中，同时移除各金属层6M之间的膜层(通常为氧化层)，以 形成不同层的中空区域628。而且，具有开口 6242的金属层拟4与图IlB中呈连续结构的 金属层5M相较之下，由于其刚性较小，因而使得移动结构62具有较佳的挠性。如同前文 所述，熟习此技艺者可自行依据实务上所需要的挠性程度来决定开口 6242的数量、尺寸、 形状及分布位置等，本发明不在此做任何限定。综上所述，在本发明的微机电元件中，由于支撑层与金属层之间围成中空区域，即 其中无填充其他材料，因此可避免在微机电元件所处的环境产生温度变化时，因金属层与 其间的膜层的热膨胀数不同而导致可动部弯曲变形，从而使微机电元件能够维持良好的工 作性能。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为 等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种微机电弹簧元件，配置于一基底上，其特征在于其包括 一固定部，固定于该基底上，该固定部包括一绝缘层，配置于该基底上； 多层金属固定层，配置于该绝缘层上方； 多层支撑固定层，连接于该些金属固定层之间； 以及一可动部，具有一第一端与一第二端，该第一端连接于该固定部，而该第二端悬浮于该 基底上方，该可动部包括 多层金属层；以及至少一支撑层，连接于相邻的该些金属层之间，且该至少一支撑层与其所连接的该些 金属层之间具有至少一中空区域。
2.根据权利要求1所述的微机电弹簧元件，其特征在于其中所述的金属层至少其中的 一具有至少一开口，暴露出该中空区域。
3.根据权利要求1所述的微机电弹簧元件，其特征在于其中所述的至少一支撑层包括多个支撑单元，彼此间隔地分布在相邻的该些金属层之间；以及 多个连接单元，分别连接至该些支撑单元的两端，以串连该些支撑单元。
4.根据权利要求3所述的微机电弹簧元件，其特征在于其中所述的支撑单元至少其中 的一具有至少一开口，暴露出该中空区域。
5.根据权利要求1所述的微机电弹簧元件，其特征在于其中所述的至少一支撑层呈环 状而环绕在该些金属层之间，且该支撑层具有至少一开口，暴露出该中空区域。
6.根据权利要求1所述的微机电弹簧元件，其特征在于其中所述的固定部更包括多层 氧化层，分别位于相邻的该些金属固定层之间，并分别由该些支撑固定层环绕。
7.根据权利要求1所述的微机电弹簧元件，其特征在于其中所述的金属层分别与该些 金属固定层其中之一相连接。
8.一种微机电元件，配置于一基底上，其特征在于其包括 一绝缘层，配置于该基底上；多层金属层，配置于该绝缘层上；以及至少一支撑层，连接于相邻的该些金属层之间，且该至少一支撑层与其所连接的该些 金属层之间具有至少一中空区域。
9.根据权利要求8所述的微机电元件，其特征在于其中所述的金属层至少其中的一具 有至少一开口，暴露出该中空区域。
10.根据权利要求8所述的微机电元件，其特征在于其中所述的至少一支撑层包括 多个支撑单元，彼此间隔地分布在相邻的该些金属层之间；以及多个连接单元，分别连接至该些支撑单元的两端，以串连该些支撑单元。
11.根据权利要求10所述的微机电元件，其特征在于其中所述的支撑层单元至少其中 的一具有至少一开口，暴露出该中空区域。
12.根据权利要求8所述的微机电元件，其特征在于其中所述的至少一支撑层呈环状 而环绕在该些金属层之间，且该支撑层具有至少一开口，暴露出该中空区域。
全文摘要
本发明是有关于一种微机电元件及微机电弹簧元件，其中该微机电弹簧元件，包括基底、固定部以及可动部。其中，固定部固定在基底上。可动部具有连接于固定部的第一端与悬浮于基底上方的第二端，并且包括多层金属层以及连接于相邻的金属层之间的支撑层，而支撑层与其所连接的这些金属层之间具有中空区域。由于上述微机电弹簧元件采用中空结构，因此可避免在微机电弹簧元件受环境或封装温度变化时，因金属层与其间的膜层的热膨胀系数不同而导致可动部弯曲变形，从而确保微机电弹簧元件具有良好的工作性能。
文档编号B81B7/00GK102086017SQ200910211938
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者徐新惠, 李昇达, 王传蔚 申请人:原相科技股份有限公司