MEMS致动器以及包括该MEMS致动器的器件的制作方法

本公开涉及一种mems(“微机电系统”)致动器。详细地，本公开涉及一种mems致动器，该mems致动器包括可应变结构，该可应变结构限定了内部空间，当流体被泵送到内部空间中时，该内部空间膨胀，从而生成可应变结构的应变，该应变允许致动力被施加到存在于可应变结构上的外部主体上。

背景技术：

1、众所周知，mems致动器是将能量从一种形式转换成另一种形式，即在彼此不同的物理变量之间转换的器件。mems致动器的示例是线性或旋转类型的阀、开关、泵、微型马达，并且允许例如将电参数(例如电压)转换成机械参数(例如位移，伸长或扭转)。

2、特别地，压电型mems致动器(微致动器)是已知的，其在由施加到其上的电场引起的应变之后由应变生成位移。

3、然而，已知的压电微致动器能够生成减小的力，通常在大约10mn和大约100mn之间，这对于一些应用是不够的。

4、在本领域中需要提供克服现有技术的缺点的mems致动器，mems致动器的控制方法和制造工艺。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种mems致动器，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

2、本公开的一方面提供了一种mems致动器，包括：半导体材料的半导体主体，具有沿着第一轴线彼此相对的第一表面和第二表面，并且所述半导体主体限定了壳体腔，所述壳体腔面向所述半导体主体的所述第一表面并且具有沿着所述第一轴线与所述半导体主体的所述第一表面相对的底表面，以及一个或多个侧向表面，所述一个或多个侧向表面将所述壳体腔的所述底表面接合到所述半导体主体的所述第一表面，所述半导体主体还限定了延伸到所述半导体主体中的流体通道并且具有延伸穿过所述壳体腔的所述底表面的第一端；以及可应变结构，延伸到所述壳体腔中，所述可应变结构：在所述壳体腔的所述底表面处耦合到所述半导体主体、在距所述壳体腔的所述一个或多个侧向表面一定距离处延伸、具有相对于所述可应变结构与所述壳体腔的所述底表面相对的顶表面，并且限定内部空间，所述内部空间面向所述流体通道的第一端并且包括至少一个第一内部子空间和第二内部子空间，所述第一内部子空间和所述第二内部子空间沿着所述第一轴线彼此叠置并且彼此气动连接并且气动连接到所述流体通道；其中所述第一内部子空间和所述第二内部衬底被配置成响应于泵送穿过所述流体通道的流体而膨胀以在所述可应变结构的所述顶表面处生成致动力。

3、根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间。

4、根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构与所述半导体主体是单片的。

5、根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构包括：第一连接部，将所述可应变结构接合至所述壳体腔的所述底表面并且限定所述可应变结构的开口，所述开口面向所述流体通道的第一端并且使所述流体通道与所述内部空间流体连通；第一应变部，接合到所述第一连接部并且限定所述第一内部子空间，所述第一连接部沿着所述第一轴线插入在所述半导体主体和所述第一应变部之间；第二连接部，接合到所述第一应变部上并且限定了将所述第一内部子空间连接到所述第二内部子空间的流体连通孔，所述第一应变部沿着所述第一轴线插入在所述第一连接部和所述第二连接部之间；以及第二应变部，接合到所述第二连接部并且限定所述第二内部子空间，所述第二连接部沿着所述第一轴线插入在所述第一应变部和所述第二应变部之间；其中，当所述流体被泵送穿过所述流体通道进入所述内部空间时，所述第一应变部和所述第二应变部沿所述第一轴线应变。

6、根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；其中所述第一连接部和所述第二连接部各自具有平行于所述第一平面的环形形状，所述环形形状由第一最大内部尺寸和大于所述第一最大内部尺寸的第一最大外部尺寸限定，所述第一最大内部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的内表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一连接部或所述第二连接部的内表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述内部空间，并且所述第一最大外部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的外表面之间正交于所述第一轴线而测量的，并且所述第一连接部或所述第二连接部的外表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述壳体腔；其中所述第一应变部和所述第二应变部各自具有在相应的所述第一内部子空间和所述第二内部子空间处、并且与所述第一平面平行的环形形状，所述环形形状由第二最大内部尺寸和大于所述第二最大内部尺寸的第二最大外部尺寸限定，所述第二最大内部尺寸是在所述第一应变部或所述第二应变部的第一内表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一应变部或所述第二应变部的所述第一内表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述内部空间，并且所述第二最大外部尺寸是在所述第一应变部或所述第二应变部的第一外表面之间正交于所述第一轴线而测量的，所述第一应变部或所述第二应变部的第一外表面彼此相对地正交于所述第一轴线并且面向所述壳体腔；以及其中所述第一最大外部尺寸小于所述第二最大内部尺寸。

7、根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部各自具有第三最大外部尺寸，所述第三最大外部尺寸小于所述第二最大外部尺寸，所述第三最大外部尺寸是在所述第一连接部或所述第二连接部的第二外表面之间沿着所述第一轴线而测量的，所述第一连接部或所述第二连接部的第二外表面沿着所述第一轴线彼此相对并且面向所述壳体腔。

8、根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；其中所述第一连接部和所述第二连接部是彼此同心的并且相对于平行于所述第一轴线的、与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。

9、根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构在沿着与所述第一轴线正交的第一平面的截面中具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一轴线径向地界定所述内部空间；其中所述第一连接部和所述第二连接部是彼此同心的、相对于平行于所述第一轴线的对称轴线是对称的，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心线轴线是偏心的。

10、根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构进一步包括：至少一个第三连接部，接合到所述第二应变部并且限定了将所述第二内部子空间连接到所述可应变结构的第三内部子空间的另一个流体连通孔，所述第二应变部沿着所述第一轴线插入在所述第二连接部和所述至少一个第三连接部之间；以及至少一个第三应变部，接合到所述至少一个第三连接部并且限定所述第三内部子空间，所述第三连接部沿着所述第一轴线插入在所述第二应变部与所述至少一个第三应变部之间；其中，当所述流体被泵送穿过所述流体通道进入所述内部空间中时，所述第一应变部、所述第二应变部以及所述至少一个第三应变部沿着所述第一轴线应变。

11、根据一个或多个实施例，其中所述可应变结构具有在所述可应变结构的所述顶表面与所述壳体腔的所述底表面之间沿着所述第一轴线测量的最大伸长尺寸；其中，当所述流体未被泵送到所述内部空间中时，所述可应变结构处于休止位置，所述内部空间具有第一体积并且所述最大伸长尺寸具有第一值；以及当所述流体被泵送到所述内部空间中时，所述可应变结构处于伸长位置，所述内部空间具有大于所述第一体积的第二体积，并且所述最大伸长尺寸具有大于所述第一值的第二值。

12、根据一个或多个实施例，其中所述流体通道具有与所述第一端相对的第二端，并且其中所述mems致动器还包括泵送组件，所述泵送组件延伸到在所述第一端和所述第二端之间的所述流体通道中，并且被配置成将所述流体泵送到所述可应变结构的所述内部空间中。

13、根据一个或多个实施例，其中所述泵送组件包括第一阀、一个或多个微型泵和第二阀，所述一个或多个微型泵延伸到在所述第一阀与所述第二阀之间的所述流体通道中，并且所述第二阀延伸到在所述一个或多个微型泵与所述可应变结构之间的所述流体通道中；其中所述第一阀和所述第二阀能够被控制为处于打开位置或关闭位置，其中在所述打开位置中所述第一阀和所述第二阀允许所述流体在所述流体通道中流动，或者在所述关闭位置中所述第一阀和所述第二阀阻止所述流体在所述流体通道中流动；以及其中所述一个或多个微型泵能够被控制为处于休止位置或泵送位置，其中在所述休止位置中所述一个或多个微型泵在所述流体通道内部不具有任何偏转，或者在所述泵送位置中所述一个或多个微型泵在所述流体通道内部具有偏转。

14、根据一个或多个实施例，其中所述第一阀、所述一个或多个微型泵和所述第二阀是压电型的。

15、根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心并且相对于平行于所述第一轴线的与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。

16、根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心并且相对于平行于所述第一轴线的与所述可应变结构的中心线轴线重合的对称轴线对称，所述可应变结构也相对于所述中心线轴线对称。

17、根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心，相对于平行于所述第一轴线的对称轴线对称，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心轴线偏心。

18、根据一个或多个实施例，其中所述第一连接部和所述第二连接部彼此同心，相对于平行于所述第一轴线的对称轴线对称，并且相对于平行于所述第一轴线并且不同于所述对称轴线的所述可应变结构的中心轴线偏心。

19、本公开的实施例还提供了一种包括根据一个或多个实施例所述的mems致动器的器件，进一步包括控制电路，所述控制电路被配置成用于：a)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述打开位置；b)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述打开位置；c)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；d)将所述第一阀控制在所述打开位置，将所述微型泵控制在所述泵送位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；e)将所述第一阀控制在所述打开位置，将所述微型泵控制在所述休止位置并且将所述第二阀控制在所述关闭位置；以及f)将所述第一阀控制在所述关闭位置，将所述微型泵控制在所述第二阀控制在所述关闭位置。

20、利用本公开的实施例的mems致动器获得更大的伸长和致动力。