一種多指型微夾持器的製作方法

2023-10-08 06:14:04

專利名稱：一種多指型微夾持器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微操作作業工具，尤其是涉及一種多指型的MEMS微夾持器。
背景技術：
近年來，自然科學與工程技術發展的一個重要趨勢是朝微型化邁進，尤其是隨著 微納米技術和超大規模集成電路的迅猛發展，微型化的器件和產品受到了廣泛關注。對於 微小物體來說，對其加以操作要比直接觀察它們複雜得多。由於尺度效應和表面效應，微觀 粘著力起主導作用，使得操作過程變得十分複雜，尤其是對釋放操作影響最大，往往造成最 終操作失敗。
微機電系統(全文均簡稱MEMS)是指可批量製作、集微型機構、微型傳感器、微型執 行器、信號處理和控制電路以及接口、通信和電源等於一體的微系統。MEMS不僅可以降低系 統成本，而且還可以完成許多傳統的大尺寸機電系統所無法完成的任務，如微觀對象靈活 操作。微夾持器是MEMS的關鍵組成部分，是溝通宏觀與微觀世界的基本工具，在微機電系 統的研究及微型產品的研製開發中發揮著重要的作用。
集成化的微操作作業系統，是人們深入探索微觀世界不可缺少的重要工具，其中 微操作手是微作業系統末端直接與操作對象作用的部件，要求其在操作過程中不能對操作 對象造成損害，而且還必須具有克服微觀粘著等因素影響的功能。
因此，針對上述技術問題，有必要提供一種新型結構的多指型微夾持器，以解決現 有技術中存在的問題。發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種集成度高、結構緊湊、並且具有輔助釋放功 能的多指型微夾持器。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案
—種多指型微夾持器，設於一娃基體上，所述多指型微夾持器包括靜電驅動結構、 末端夾持結構，所述多指型微夾持器還包括輔助指結構，所述靜電驅動結構包括平面梳齒 靜電驅動結構及驅動輔助指結構動作的豎直交錯梳齒結構，所述平面梳齒靜電驅動結構包 括第一靜電驅動器及在第一靜電驅動器的作用下做夾持或鬆開微小對象的兩個夾持臂，所 述豎直交錯梳齒結構包括與輔助指結構連接的連接部及驅動輔助指結構擺動的第二靜電 驅動器。
優選的，在上述多指型微夾持器中，所述平面梳齒靜電驅動結構包括均由第一靜 電驅動器控制的平面靜齒及平面動齒，所述夾持臂位於平面動齒的末端。
優選的，在上述多指型微夾持器中，所述第一靜電驅動器為兩組分別控制兩個夾 持臂運動的平面電容。
優選的，在上述多指型微夾持器中，所述連接部為一槓桿結構，所述槓桿結構的末 端設有所述的輔助指結構。
優選的，在上述多指型微夾持器中，所述輔助指結構與槓桿結構為一體式結構。
優選的，在上述多指型微夾持器中，所述槓桿結構支撐於矽基體上的一支撐梁結 構上。
優選的，在上述多指型微夾持器中，所述豎直交錯梳齒結構包括豎直靜齒及豎直 動齒，所述槓桿結構為豎直動齒的一部分或全部。
優選的，在上述多指型微夾持器中，所述第二靜電驅動器為兩組通過槓桿結構間 接驅動輔助指結構運動的豎直交錯電容。
從上述技術方案可以看出，本發明實施例的多指型微夾持器加工在一片單晶矽 上，集成化程度高，整體結構緊湊，將夾持和釋放製作在一套機構上，可實現多種環境下的 微小對象操作，尤其是微小對象的釋放操作，拓寬了應用範圍，此種結構的微夾持器在微尺 度的對象操作應用中會越來越廣泛。
與現有技術相比，本發明的有益效果是
(I)集成化程度高。
(2)多指型微夾持器加工在一片單晶矽上，整體結構緊湊。
(3)可實現微小對象的釋放操作。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關本發明的 附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的 前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明多指型微夾持器的立體示意圖。
其中1、矽基體；2、豎直交錯電容；3、支撐梁結構；4、平面電容；5、釋放 平面；6、玻璃基底；7、微小對象；8、輔助指結構；9、夾持臂。
具體實施方式
本發明公開了一種集成度高、結構緊湊、並且具有輔助釋放功能的多指型微夾持 器。
該多指型微夾持器，設於一娃基體上，所述多指型微夾持器包括靜電驅動結構、末 端夾持結構，所述多指型微夾持器還包括輔助指結構，所述靜電驅動結構包括平面梳齒靜 電驅動結構及驅動輔助指結構動作的豎直交錯梳齒結構，所述平面梳齒靜電驅動結構包括 第一靜電驅動器及在第一靜電驅動器的作用下做夾持或鬆開微小對象的兩個夾持臂，所述 豎直交錯梳齒結構包括與輔助指結構連接的連接部及驅動輔助指結構擺動的第二靜電驅 動器。
進一步的，所述平面梳齒靜電驅動結構包括均由第一靜電驅動器控制的平面靜齒 及平面動齒，所述夾持臂位於平面動齒的末端。
進一步的，所述第一靜電驅動器為兩組分別控制兩個夾持臂運動的平面電容。
進一步的，所述連接部為一槓桿結構，所述槓桿結構的末端設有所述的輔助指結 構。
進一步的，所述輔助指結構與槓桿結構為一體式結構。
進一步的，所述槓桿結構支撐於矽基體上的一支撐梁結構上。
進一步的，所述豎直交錯梳齒結構包括豎直靜齒及豎直動齒，所述槓桿結構為豎 直動齒的一部分或全部。
進一步的，所述第二靜電驅動器為兩組通過槓桿結構間接驅動輔助指結構運動的 豎直交錯電容。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行詳細的描 述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖1所示，本發明公開的多指型微夾持器設於一矽基體I上。該多指型微夾持 器包括靜電驅動結構、末端夾持結構、輔助指結構8。其中，靜電驅動結構包括平面梳齒靜 電驅動結構及驅動輔助指結構8動作的豎直交錯梳齒結構。平面梳齒靜電驅動結構包括平 面靜齒和平面動齒，在平面靜齒和平面動齒上加載電壓，在靜電力作用下完成夾持。豎直交 錯梳齒結構實現釋放輔助指結構的動作，在靜電力作用下，通過一槓桿機構驅動輔助指結 構擺動，完成輔助釋放功能。該多指型微夾持器為一種集成化的MEMS微夾持器，可用於微 小對象的夾持操作，在該多指型微夾持器本體上集成輔助指結構8，實現微小對象的主動釋 放，可有效克服微觀粘著力的束縛。
繼續如圖1所示，釋放平面5是釋放微小對象的目標平面，玻璃基底6實現矽基體 I的支撐，同時起到動靜梳齒的絕緣。本發明整體結構緊湊，加工在一片單晶矽上，通過矽玻 璃鍵合，實現矽結構的支撐和絕緣。
繼續如圖1所示，平面梳齒靜電驅動結構包括第一靜電驅動器及在第一靜電驅動 器的作用下做夾持或鬆開微小對象的兩個夾持臂，平面靜齒及平面動齒均由第一靜電驅動 器控制，夾持臂位於平面動齒的末端。
在本發明實施例中，第一靜電驅動器為兩組分別控制兩個夾持臂運動的平面電容 4，平面電容4實現夾持臂9的張合動作，當然在其他實施方式中，可以替換成能達成同等功 能的其他器件，在此，不再一一羅列。
豎直交錯梳齒結構包括與輔助指結構連接的連接部及驅動輔助指結構擺動的第 二靜電驅動器。連接部即為上述的槓桿結構，槓桿結構的末端設有所述的輔助指結構。從 本發明的圖1中可以看出，輔助指結構8與槓桿結構為一體式結構，在其他的實施例中，可 以將輔助指結構8獨立設計，然後通過後續加工，安裝到槓桿結構上。
豎直交錯梳齒結構包括豎直靜齒及豎直動齒。槓桿結構為豎直動齒的一部分或全 部。
第二靜電驅動器為兩組通過槓桿結構間接驅動輔助指結構8運動的豎直交錯電容。
如圖1所示，矽基體I上設有一個支撐梁結構3，槓桿結構支撐於支撐梁結構3上。 豎直交錯電容2與支撐梁結構3兩者結合，實現輔助指結構8沿著微小對象7釋放方向擺 動。
本發明矽基體I上通過MEMS體工藝及表面工藝加工出豎直交錯電容2、平面電容4、夾持臂9、輔助指結構8、支撐梁結構3等，並與玻璃基底6鍵合。
本發明多指型微夾持器的工作原理是夾持部分通過在平面梳齒靜電驅動結構上 加載電壓，在靜電力作用下夾持臂9向中心夾持，完成對微小對象7的操作；輔助釋放部分 通過豎直交錯梳齒結構實現釋放輔助指結構8的動作，在靜電力作用下，通過槓桿機構驅 動輔助指結構8擺動，完成輔助釋放功能。支撐梁結構3將豎直動齒懸空，並起到支撐作用， 在靜電力消失後利用自身彈性將豎直動齒恢復到初始位置。
本發明實施例的多指型微夾持器加工在一片單晶矽上，集成化程度高，整體結構 緊湊，將夾持和釋放製作在一套機構上，可實現多種環境下的微小對象操作，尤其是微小對 象的釋放操作，拓寬了應用範圍，此種結構的微夾持器在微尺度的對象操作應用中會越來 越廣泛。
與現有技術相比，本發明的有益效果是
(I)集成化程度高。
(2)多指型微夾持器加工在一片單晶矽上，整體結構緊湊。
(3)可實現微小對象的釋放操作。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在 不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論 從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有 變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包 含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當 將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員 可以理解的其他實施方式。
權利要求
1.一種多指型微夾持器,設於一娃基體上，所述多指型微夾持器包括靜電驅動結構、末端夾持結構，其特徵在於所述多指型微夾持器還包括輔助指結構，所述靜電驅動結構包括平面梳齒靜電驅動結構及驅動輔助指結構動作的豎直交錯梳齒結構，所述平面梳齒靜電驅動結構包括第一靜電驅動器及在第一靜電驅動器的作用下做夾持或鬆開微小對象的兩個夾持臂，所述豎直交錯梳齒結構包括與輔助指結構連接的連接部及驅動輔助指結構擺動的第二靜電驅動器。
2.根據權利要求1所述的多指型微夾持器，其特徵在於所述平面梳齒靜電驅動結構包括均由第一靜電驅動器控制的平面靜齒及平面動齒，所述夾持臂位於平面動齒的末端。
3.根據權利要求1或2所述的多指型微夾持器，其特徵在於所述第一靜電驅動器為兩組分別控制兩個夾持臂運動的平面電容。
4.根據權利要求1所述的多指型微夾持器，其特徵在於所述連接部為一槓桿結構，所述槓桿結構的末端設有所述的輔助指結構。
5.根據權利要求4所述的多指型微夾持器，其特徵在於所述輔助指結構與槓桿結構為一體式結構。
6.根據權利要求4所述的多指型微夾持器，其特徵在於所述槓桿結構支撐於矽基體上的一支撐梁結構上。
7.根據權利要求4所述的多指型微夾持器，其特徵在於所述豎直交錯梳齒結構包括豎直靜齒及豎直動齒，所述槓桿結構為豎直動齒的一部分或全部。
8.根據權利要求4至7任一所述的多指型微夾持器，其特徵在於所述第二靜電驅動器為兩組通過槓桿結構間接驅動輔助指結構運動的豎直交錯電容。
全文摘要
一種多指型微夾持器，其包括平面梳齒靜電驅動結構、豎直交錯梳齒結構、末端夾持結構、輔助指結構，平面梳齒靜電驅動結構包括平面靜齒和平面動齒，在平面靜齒和平面動齒上加載電壓，在靜電力作用下完成夾持；豎直交錯梳齒結構實現釋放輔助指結構的動作，在靜電力作用下，通過一槓桿機構驅動輔助指結構擺動，完成輔助釋放功能。本發明的多指型微夾持器加工在一片單晶矽上，集成化程度高，整體結構緊湊，將夾持和釋放製作在一套機構上，可實現多種環境下的微小對象操作，尤其是微小對象的釋放操作，拓寬了應用範圍。
文檔編號B81B7/00GK103056887SQ20131001749
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者陳濤, 劉吉柱, 潘明強, 王陽俊, 汝長海, 陳立國, 孫立寧, 範立成, 孫榮川, 鬱樹梅, 劉楠 申請人:蘇州大學