[发明专利]具有旋转性增强的MEMS铰链

权利要求书

1.一种机械设备，包括：

由给定长度与横向尺寸的刚性的弹性材料制成的窄长元件；

刚性框架，所述刚性框架被配置为锚定所述元件的与所述框架附接的至少一个端部，并被配置为限定在所述元件和所述框架之间沿所述元件纵向延伸的间隙，使得所述元件被构造为铰链以便相对于所述框架围绕所述元件的纵向轴线旋转并且在所述间隙内自由地移动，初始扭转弹簧常数K_φ由所述元件的长度和横向尺寸确定；和

比所述刚性的弹性材料柔软的固体填充材料，所述固体填充材料填充位于所述元件和所述框架之间的所述间隙的至少一部分，以便允许所述元件围绕所述纵向轴线在所述间隙内的旋转运动模式，而抑制所述元件的横向变形，其中所述固体填充材料被应用以使扭转弹簧常数相对于所述初始扭转弹簧常数K_φ增大不超过20％。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述窄长元件包括梁。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述梁包括比所述铰链宽的锚定件，所述锚定件将所述铰链连接到所述框架。

4.根据权利要求2所述的设备，并且包括镜，其中所述梁的第一端部附接到所述框架，而所述梁的第二端部附接到所述镜，使得所述镜相对于所述框架在所述铰链上旋转。

5.根据权利要求2所述的设备，并且包括传感器，所述传感器被配置为感测所述框架和所述铰链之间的相对旋转。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述传感器被配置为响应于所述相对旋转来感测所述设备的加速度。

7.根据权利要求2所述的设备，并且包括能量获取组件，所述能量获取组件被耦接以获取由所述框架和所述铰链之间的相对旋转生成的能量。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述窄长元件被构造为螺旋弹簧。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述框架和所述窄长元件包括半导体晶片的部分，其中在所述框架和所述窄长元件之间蚀刻所述间隙。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述填充材料具有比所述窄长元件高至少50％的泊松比，以及比所述窄长元件低至少50％的杨氏模量。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述填充材料选自由聚合物和粘合剂组成的材料组。

12.一种用于制造机械设备的方法，所述方法包括：

由给定长度与横向尺寸的刚性的弹性材料形成窄长元件，所述窄长元件具有附接到刚性框架的至少一个端部，在所述元件和所述框架之间具有沿所述元件纵向延伸的间隙，使得所述元件被构造为铰链以便相对于所述框架围绕所述元件的纵向轴线旋转并且在所述间隙内自由地移动，初始扭转弹簧常数K_φ由所述元件的长度和横向尺寸确定；和

用比所述刚性的弹性材料柔软的固体填充材料来填充所述间隙的至少一部分，以便允许所述元件围绕所述纵向轴线在所述间隙内的旋转运动模式，而抑制所述元件的横向变形，其中所述固体填充材料被应用以使扭转弹簧常数相对于所述初始扭转弹簧常数K_φ增大不超过20％。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述窄长元件包括梁。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述梁的第一端部附接到所述框架，并且其中所述方法包括将镜附接到所述梁的第二端部，使得所述镜相对于所述框架在所述铰链上旋转。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述填充材料具有比所述窄长元件高至少50％的泊松比，以及比所述窄长元件低至少50％的杨氏模量。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述填充材料选自由聚合物和粘合剂组成的材料组。

17.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述刚性的弹性材料包括半导体晶片，并且其中形成所述窄长元件包括蚀刻所述半导体晶片以限定所述框架和所述窄长元件两者，在所述框架和所述窄长元件之间具有所述间隙。

18.根据权利要求17所述的方法，其中填充所述间隙的至少一部分包括在蚀刻所述间隙之后用所述填充材料涂覆所述晶片，使得所述填充材料填充所述间隙，然后移除所述间隙之外的多余的所述填充材料。