KR100485592B1 - Actuator with large displacement - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대변위 작동형 구동기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 구동기의 양 전극간 간격을 최소한의 선폭을 갖도록 줄임으로서 서브 마이크로 간격이 형성된 영역에서 변위를 최대한으로 증대시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a large displacement actuated actuator. More specifically, the present invention relates to a technique capable of increasing the displacement to the maximum in an area where a sub-micro gap is formed by reducing the gap between both electrodes of the driver to have a minimum line width.
본 발명은 대변위 작동형 구동기에 있어서, 고정된 상태에서 자세를 유지하여 변위를 발생시키는 고정전극(100)과; 가동전극 구동빔(210)이 선단에 돌출되어 형성되며, 구동기가 구동될 때 상기 고정전극(100) 방향으로 근접하여 변위를 발생시키는 지지빔(200)을 구비하며; 상기 고정전극(100)과 가동전극 구동빔(210)이 결합될 때, 상기 가동전극 구동빔(210)의 지지빔(200)이 결합된 부위의 전극간 초기에는 공정 가능한 최소 선폭 만큼의 전극 간격(300)을 유지하여 최소한의 구동력을 얻으며, 동작시에는 고정전극(100)과 가동전극 구동빔(210) 간의 간격이 적어도 1㎛ 이하의 서브마이크로 간격(400)을 갖도록 유지하여 대변위의 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 대변위 작동형 구동기가 제시된다.The present invention provides a large displacement actuated actuator comprising: a fixed electrode (100) for generating displacement by maintaining a posture in a fixed state; A movable electrode driving beam 210 is formed to protrude at the tip and has a supporting beam 200 which generates a displacement in the direction of the fixed electrode 100 when the driver is driven; When the fixed electrode 100 and the movable electrode driving beam 210 are coupled to each other, an electrode gap as much as the minimum line width can be initially processed between the electrodes of the region where the support beam 200 of the movable electrode driving beam 210 is coupled. Maintaining (300) to obtain the minimum driving force, and during operation, the distance between the fixed electrode 100 and the movable electrode driving beam 210 is maintained to have a submicro interval 400 of at least 1㎛ less large driving force A large displacement actuated actuator is provided, which generates
따라서, 본 발명은 대변위 작동형 구동기를 구현함으로서 전기도금 공정을 이용하여 고 형상비를 갖는 구조물을 제작할 경우 광스위치, 광 셔터(shutter), x-y 스테이지 등에 적용할 수 있다.Therefore, the present invention can be applied to an optical switch, an optical shutter, an x-y stage, or the like when a structure having a high aspect ratio by using the electroplating process by implementing a large displacement operation type driver.
Description
본 발명은 대변위 작동형 구동기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 구동기의 양 전극간 간격을 최소한의 선폭을 갖도록 줄임으로서 서브 마이크로 간격이 형성된 영역에서 변위를 최대한으로 증대시킬 수 있는 대변위 작동형 구동기에 관한 것이다.The present invention relates to a large displacement actuated actuator. More particularly, the present invention relates to a large displacement actuated driver capable of maximally increasing displacement in an area where sub-micro gaps are formed by reducing the distance between both electrodes of the driver to have a minimum line width.
반도체 기술을 기반으로 하는 미소기전소자(Micro Electro Mechanical System; MEMS) 기술의 발전에 힘입어 초소형 구동기를 제작할 수 있게 되었다.Thanks to the development of Micro Electro Mechanical System (MEMS) technology based on semiconductor technology, it is possible to manufacture micro actuators.
이러한 초소형 구동기는 정전력에 의해 구동되며, 구동회로에 사용되는 CMOS 회로와 함께 집적하기가 용이하다.Such micro drivers are driven by constant power and are easy to integrate with CMOS circuits used in the drive circuit.
또한, 주위 환경 변화에 민감하게 반응하지 않으며, 한 장의 마스크로 제작 가능하다. 이는 다양한 응용에 정전형 구동기가 활용되었다.In addition, it does not react sensitively to changes in the surrounding environment, and can be manufactured with a single mask. This has been used for capacitive actuators in a variety of applications.
한편, 대부분 정전구동기는 DC로 구동할 경우 수 ㎛ 가동 변위를 갖게됨에 따라 수십 ㎛의 변위를 가질 수 있는 구동기가 요구되었다.On the other hand, since most electrostatic actuators have a few μm movable displacement when driven by DC, a driver capable of having a displacement of several tens of μm is required.
이러한 구동기의 변위를 증대시키기 위해서는 지지빔의 길이를 늘이거나, 전극의 수를 확장 시키거나, 구동 전극 사이의 간격을 줄이는 방법이 활용되었다.In order to increase the displacement of the driver, a method of increasing the length of the support beam, extending the number of electrodes, or reducing the distance between the driving electrodes has been utilized.
그러나, 지지빔의 길이를 늘임에 따라 빔의 잔유응력이 증대되어 구동기가 이상 동작을 할 수 있다. 또한, 전극의 수를 확장할 경우는 소자의 크기를 증대시켜 집적 효율을 감소시키게 된다.However, as the length of the support beam increases, the residual stress of the beam increases, so that the driver may malfunction. In addition, when the number of electrodes is extended, the size of the device is increased to reduce the integration efficiency.
또한, 모든 반도체 공정에서는 공정 가능한 최소 선폭이 존재함에 따라 구동기 제작에 있어서 최소 선폭에 의해 구동 전극의 간격을 줄이는데 한계가 있었다.In addition, in all semiconductor processes, there is a limit in reducing the distance between the driving electrodes by the minimum line width in manufacturing a driver as there is a minimum line width that can be processed.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 MEMS 기술을 이용하여 DC 구동하에서 요구되는 수십 ㎛ 변위를 충족시킬 수 있는 대변위 작동형 구동기를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a large displacement actuated actuator capable of satisfying several tens of micrometer displacements required under DC driving using MEMS technology.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은대변위 작동형 구동기에 있어서,고정된 상태에서 자세를 유지하여 변위를 발생시키는 고정전극(100)과;가동전극 구동빔(210)이 선단에 돌출되어 형성되며, 구동기가 구동될 때 상기 고정전극(100) 방향으로 근접하여 변위를 발생시키는 지지빔(200)을 구비하며;상기 고정전극(100)과 가동전극 구동빔(210)이 결합될 때,상기 가동전극 구동빔(210)의 지지빔(200)이 결합된 부위의 전극간 초기에는 공정 가능한 최소 선폭 만큼의 전극 간격(300)을 유지하여 최소한의 구동력을 얻으며, 동작시에는 고정전극(100)과 가동전극 구동빔(210) 간의 간격이 적어도 1㎛ 이하의 서브마이크로 간격(400)을 갖도록 유지하여 대변위의 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 대변위 작동형 구동기가 제공된다.As a technical concept for achieving the above object of the present invention, the present invention provides a large displacement actuated actuator, the fixed electrode 100 for generating displacement by maintaining a posture in a fixed state; and a movable electrode driving beam 210. And a support beam 200 protruding from the tip and generating a displacement in the direction of the fixed electrode 100 when the driver is driven; the fixed electrode 100 and the movable electrode driving beam 210. When this is combined, at the initial stage between electrodes of the portion where the support beam 200 of the movable electrode driving beam 210 is coupled, the electrode gap 300 is maintained by the minimum line width that can be processed to obtain the minimum driving force. There is provided a large displacement actuating driver, characterized in that to maintain the distance between the fixed electrode 100 and the movable electrode driving beam 210 to have a submicro interval 400 of at least 1㎛ or less to generate a large displacement driving force do.
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이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 대변위 작동형 구동기의 구동 전(前)의 구동전극 상태를 나타낸 도면이며, 도 2는 대변위 작동형 구동기의 구동 후(後)의 구동전극 상태를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the state of the drive electrode before the drive of the large displacement actuator according to the present invention, Figure 2 is a view showing the state of the drive electrode after the drive of the large displacement actuator.
도 1,2에 도시된 구동기의 구동 전후의 구조를 살펴보면, 크게 고정된 상태에서 자세를 유지하여 변위를 발생시키는 고정전극(100)과, 구동기가 가동됨에 따라 상기 고정전극(100)과 가동전극 구동빔(210)이 근접하게 되며 가동전극(220)을 움직일 수 있도록 지지하며 바닥과 연결되는 지지빔(200)으로 이루어져 있다.Looking at the structure before and after the driving of the driver shown in Figures 1 and 2, the fixed electrode 100 for generating displacement by maintaining the posture in a large fixed state, and the fixed electrode 100 and the movable electrode as the driver is operated The driving beam 210 is close to each other and supports the movable electrode 220 so as to be movable, and includes a support beam 200 connected to the floor.
이 때, 고정된 상태에서 자세를 유지하여 변위를 발생시키는 고정전극(100)과, 가동전극 구동빔(210)이 선단에 돌출되어 형성된다.At this time, the fixed electrode 100 and the movable electrode driving beam 210 for generating displacement by maintaining a posture in a fixed state are formed to protrude at the tip.
또한, 상기 고정전극(100)의 내부는 "ㄷ" 형상이며, 구동기가 구동되어 가동전극 구동빔(210)과 근접하면서, 상기 가동전극 구동빔(210)이 "ㄷ" 형상을 지날 때 전극간에는 적어도 1㎛ 이하의 서브 마이크로 간격(Sub micro; 400)이 형성되도록 설계되어 안정되게 큰 정전력을 발생시키게 된다.In addition, the inside of the fixed electrode 100 has a "c" shape, and when the driver is driven to approach the movable electrode driving beam 210, the movable electrode driving beam 210 passes through the "c" shape. A sub micro 400 of at least 1 μm or less is designed to generate a stable large electrostatic force.
또한, 상기 고정전극(100)과 가동전극(200)이 결합되어 구동될 때 양 전극간의 결합 측면에는 공정가능한 최소 선폭 만큼의 전극 간격(300)이 형성되도록 설계되어 있다.In addition, when the fixed electrode 100 and the movable electrode 200 are coupled and driven, the electrode gap 300 is formed on the coupling side between the two electrodes as much as the minimum line width that can be processed.
좀 더 구체적으로 살펴보면, 도 1에서와 같이 상기 가동전극 구동빔(210)의 지지빔(200)이 결합된 부위의 전극간 초기에는 공정 가능한 최소 선폭 만큼의 전극 간격(300)을 유지하여 최소한의 구동력을 얻으며, 동작시에는 도 2에서와 같이 고정전극(100)과 가동전극 구동빔(210) 간의 간격이 적어도 1㎛ 이하의 서브마이크로 간격(400)을 갖도록 유지하여 대변위의 구동력을 발생시키게 된다.여기서, 초기 상태의 공정가능한 최소 선폭 만큼의 전극 간격(300)이란 MEMS 기술을 이용하여 DC 구동하에서 요구되는 수십 ㎛ 변위를 충족시킬 수 있는 공정 기술을 나타낸다.또한, 서브 마이크로 간격(400)은 공정이 어려우므로 본 발명에서는 구동 후 서브 마이크로의 간격을 활용하는 구조로서 대변위의 구동이 가능하게 된다.따라서, 본 발명은 DC 구동하에서 요구되는 수십 ㎛ 변위를 충족시킬 수 있는 대변위 작동형 구동기를 구현할 수 있게 된다.In more detail, as shown in FIG. 1, the electrode interval 300 is maintained by the minimum line width at the initial stage between electrodes of the portion where the support beam 200 of the movable electrode driving beam 210 is coupled. Driving force is obtained, and during operation, as shown in FIG. 2, the gap between the fixed electrode 100 and the movable electrode driving beam 210 is maintained to have a submicro-gap 400 of at least 1 μm or less to generate a large displacement driving force. Here, the electrode spacing 300 by the minimum processable line width in the initial state refers to a process technology capable of satisfying the required tens of micrometer displacement under DC driving using MEMS technology. Since the process is difficult, in the present invention, a large displacement can be driven as a structure that utilizes the spacing of sub-micros after driving. It is possible to implement a large displacement actuated driver capable of satisfying the micrometer displacement.
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상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 초기에는 최소 선폭 만큼의 간격(300)과 최소 구동을 위한 간격(310)을 갖지만, 동작시에는 전극간 간격이 서브 마이크로 간격(400)으로 줄어들게 됨으로서 기존의 정전 구동기 경우와 달리 초기 구동력을 증대시키기 위해 최소 선폭 만큼의 전극 간격을 갖게 된다.As described above, according to the present invention, although initially having an interval 300 for the minimum line width and an interval 310 for the minimum driving, in operation, the inter-electrode interval is reduced to the sub-micro interval 400 so that the existing power failure Unlike the case of the actuator, to increase the initial driving force has the electrode spacing by the minimum line width.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 대변위 작동형 구동기에 따르면, 서브 마이크로 간격을 갖는 영역에서 동작할 수 있는 구동기를 제공함으로서 대변위를 얻을 수 있다.As described above, according to the large displacement operation type driver according to the present invention, a large displacement can be obtained by providing a driver that can operate in an area having a sub-micro gap.
또한, 대변위 작동형 구동기를 구현함으로서 전기도금 공정을 이용하여 고 형상비를 갖는 구조물을 제작할 경우 광스위치, 광 셔터(shutter), x-y 스테이지 등에 적용할 수 있다.In addition, by implementing a large displacement actuated actuator can be applied to an optical switch, optical shutter (shutter), x-y stage, etc. when manufacturing a structure having a high aspect ratio using an electroplating process.
도 1은 본 발명에 따른 대변위 작동형 구동기의 구동 전(前)의 구동전극 상태를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the state of the drive electrode before the drive of the large displacement actuator according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 대변위 작동형 구동기의 구동 후(後)의 구동전극 상태를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a state of the driving electrode after driving the large displacement actuator according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 고정전극 200 : 지지빔100: fixed electrode 200: support beam
210 : 가동전극 구동빔 220 : 가동전극210: movable electrode driving beam 220: movable electrode
300 : 고정가능한 최소 선폭의 간격310 : 고정전극과 가동전극 구동빔 간의 간격 300: spacing of the minimum possible line width 310: spacing between the fixed electrode and the movable electrode driving beam
400 : 서브 마이크로(Sub micro) 간격400: Sub micro interval
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|---|---|---|---|
| KR10-2001-0066261A KR100485592B1 (en) | 2001-10-26 | 2001-10-26 | Actuator with large displacement |
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Publications (2)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101484520B1 (en) | 2008-01-03 | 2015-01-22 | 삼성전자주식회사 | Mems driving unit, mems switch, and fabrication method thereof |
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2001
- 2001-10-26 KR KR10-2001-0066261A patent/KR100485592B1/en not_active IP Right Cessation
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| KR101484520B1 (en) | 2008-01-03 | 2015-01-22 | 삼성전자주식회사 | Mems driving unit, mems switch, and fabrication method thereof |
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| KR20030034609A (en) | 2003-05-09 |
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