[发明专利]一种制作在半导体芯片上的硅微移动凸轮机构

说明书

本发明公开了一种制作在半导体芯片上的硅微移动凸轮机构，用于实现微尺度下的运动转换和运动规律实现。所述机构由致动器、驱动头、凸轮回程弹簧、从动件、从动件回程弹簧、凸轮和止动器、一个V型微止动器组成，整个装置为多晶硅材料，用MEMS工艺制作。该机构由U型冷热臂电热致动器作为主驱动用来驱动凸轮体向右运动，凸轮体带动从动件实现不同的运动规律，凸轮轮廓形状改变，从动件运动规律随之改变，可实现微尺度下较为复杂的运动，结构简单，效率高，可用在引信等MEMS器件中。

技术领域

本发明属于半导体芯片技术领域，具体涉及一种制作在半导体芯片上的硅微移动凸轮机构。

背景技术

微凸轮机构是MEMS的重要部件，承担着运动转化、运动传递、运动放大和特定运动轨迹的实现等重要作用，按运动方式分为移动从动件和摆动从动件两种凸轮机构。在宏观机械运动中，运动转化、运动轨迹等功能通过凸轮、曲柄连杆、齿轮等的组合较易实现，而在MEMS领域，由于表面力占主导地位，器件之间容易粘附在一起，运动部件之间出现黏着磨损，再加上加工工艺的限制，使得运动转化等功能的实现非常不易。2001年，Jae-Sung利用V型电热硅微致动器在硅芯片上制作了热致动微马达机构的思路，实现了旋转运动，但没有输出功能，不具有实用性。2001年，Long Que等在Bent-beam electrothermal actuators-Part I:Single beam and cascaded devices(Journal of MicroelectromechanicalSystems,Vol.10,NO.2,June 2001)中报道了一种基于多晶硅的V型电热微致动器，通过推拉式结构将V型电热微致动器产生的往复直线运动转变成齿轮的转动，该致动器结构简单，易于控制，能产生往复直线运动，但该机构没有负载输出，不具备实用性。沈雪瑾等在基于凸轮机构的可调输出位移的直线微马达(ZL 201210325630.7)中提出使用是一种基于凸轮机构的可调输出位移的直线微马达，该装置利用右侧和上侧V型电热致动器阵列的交替工作，实现齿条滑槽的往复直线运动，利用凸轮的轮廓曲线，实现调节控制叉子型推杆的输出位移大小，该专利标志着凸轮机构在MEMS构件中可实现特定轮廓曲线。

通过文献资料查阅和已经公开专利检索，现有技术中对于宏观尺度的硅微机构研究较多，而以多晶硅薄膜或单晶硅制作的硅微凸轮机构没有相关报道。

为使得运动转化、运动传递等在微尺度下的实现，提供了一种制作在半导体芯片上的硅微移动凸轮机构，用来实现微尺度下的运动传递和特定运动规律的实现。

发明内容

本发明的目的在于实现微尺度下的运动转化、运动传递、运动放大和特定运动轨迹的实现等作用，发明了一种制作在半导体芯片上的硅微移动凸轮机构，结构简单，可实现多种运动转换。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种制作在半导体芯片上的硅微移动凸轮机构，包括：一个U型冷热臂电热致动器的电极甲和电极乙、一个U型冷热臂电热致动器、一个驱动头、一个凸轮回程弹簧、一个从动件、一个从动件约束副、一个从动件回程弹簧、一个凸轮、一个凸轮约束副、若干个驱动齿、一个V型微止动器、一个V型微止动器电极丙和电极丁，所述驱动头与U型冷热臂电热致动器相连，其上有两个齿与驱动齿相啮合，凸轮回程弹簧与凸轮相连，从动件回程弹簧与从动件相连，从动件置于凸轮附近，V型微止动器与驱动齿相连，所述从动件和凸轮分别由从动件约束副和凸轮约束副进行约束。

所述凸轮的形状可以是弧形，也可以是波浪形和梯形等不同形状。

所述从动件的形状可以是圆弧形从动件，也可以是尖顶形从动件。

所述U型冷热臂电热致动器的数目可阵列2-5个。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：