微机电装置技术领域
本发明涉及一种微机电装置，特别为一种质量块内部具有中间锚点区与一多维弹簧的微机电装置。
背景技术
微机电装置已普遍应用日常生活中，运动感测为微机电装置中常见的应用。图1显示现有技术(美国专利号码US6,892,576)的一微机电装置10(微机电装置10为一对称结构，图1显示微机电装置10左下四分之一的部分视图)，其质量块11通过多个弹簧12、多个连杆13、以及多个锚点14连接于基板(图式未显示)。该案中各连杆13需通过多个锚点14连接于基板，以避免其变形或扭曲，又质量块11的质心需与一四方锚点15接近。在这些限制下，整体结构的布局设计与制造均较为复杂。
图2显示另一现有技术(美国专利号码US8,333,113)的一微机电装置20，其包含三个不同方向的弹簧21、22、23，分别连接于不同的质量块。微机电装置20具有一锚点24与基板25相接。该案中各弹簧与质量块皆具有独立的结构，因此整体结构的布局设计与制造同样十分复杂。
图3显示另一现有技术(美国专利号码US8,610,222)的一微机电装置30，其包含质量块31以及固定件32(图中以空白部分来表示)，其中位于外围的质量块31通过弹簧件37和位于内侧的质量块31连接，而位于内侧的质量块31和固定件32又连接成为一体。为避免质量块31和固定件32之间短路，位于内侧的质量块31和固定件32间需要设置一绝缘结构38。质量块31通过锚点34以连接至基板35，而固定件32通过锚点33、36以连接至基板35。该现有技术的布局设计目的是使锚点33、34、36位于接近质量块31的中央区域，以降低变形所造成的偏移，但质量块31与固定件32间需要设置绝缘结构，大幅增加制程的复杂性并减少结构的刚性。一般而言，微机电装置的质量块、固定件和弹簧件等都是以金属制成，而这些结构周围的牺牲层是以绝缘材料例如氧化物来制作。制程中，通过蚀刻去除氧化物，而释放质量块和弹簧件等使其可以活动。若是微机电装置的结构中需要包含绝缘结构，将使制程大幅复杂化。
有鉴于以上现有技术的缺点，本发明提出一种微机电装置，其锚点的位置布局可以降低变形所造成的偏移，但却不需要复杂的制作工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种微机电装置，其质量块内部具有中间锚点区与一多维弹簧，其中锚点的位置布局可以降低变形所造成的偏移，但却不需要复杂的制作工艺。
为达上述目的，就其中一个观点，本发明提供一种微机电装置，其包含：一基板；一质量块，具有不同的感测方向的一第一活动电极与一第二活动电极，该质量块的内部具有一中空部分；一弹簧、一弹簧锚点、一第一电极锚点与一第二电极锚点，位于该中空部分内，该质量块通过该弹簧与该弹簧锚点连接于该基板；以及一第一固定电极与一第二固定电极，分别通过该第一电极锚点与该第二电极锚点与该基板相连，该第一固定电极与该第一活动电极形成一第一电容，该第二固定电极与该第二活动电极形成一第二电容，该第一电容与该第二电容用以感测该质量块的一运动状态；其中，且在该弹簧与弹簧锚点之间不包含该质量块或是任何固定电极的一部分。
一实施例中，第一活动电极与第二活动电极位于弹簧锚点的两侧或同一侧，第一活动电极与第二活动电极彼此不直接相连。又一实施例中，第一电容与第二电容为差分电容。
一实施例中，质量块又包含一第三活动电极，第三活动电极具有与第一活动电极以及第二活动电极的相互垂直的另一感测方向，微机电装置又包含一第三固定电极，第三固定电极与第三活动电极形成一第三电容。
一实施例中，运动状态具有一偏心运动。
一实施例中，该弹簧锚点位于该弹簧的中间，该弹簧包含至少两区段，各区段的一端连接于该弹簧锚点、另一端与该质量块相连接，由此，该弹簧使该质量块可相对于该弹簧锚点进行入平面与出平面的旋转。
一实施例中，该中空部分内具有单一中间锚点区，该第一电极锚点、该第二电极锚点与该弹簧锚点皆位于此中间锚点区内，此中间锚点区的面积占质量块外围所定义的面积的5％以下。
一实施例中，该第一电极锚点连接于该第一固定电极最靠近该弹簧锚点的部分、及/或该第二电极锚点连接于该第二固定电极最靠近该弹簧锚点的部分。
一实施例中，该质量块位于弹簧锚点两侧的质量分布不均。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1、2、3显示现有技术的三种微机电装置；
图4显示根据本发明一实施例的微机电装置的示意图；
图5A、5B、5C显示根据本发明的多维弹簧的运动剖面示意图；
图6显示本发明另一实施例的微机电装置的示意图。
图中符号说明
10微机电装置
11质量块
12弹簧
13连杆
14锚点
15四方锚点
20微机电装置
21、22、23弹簧
24锚点
25基板
30微机电装置
31质量块
32固定件
33、34锚点
35基板
36锚点
37弹簧件
40微机电装置
401中间锚点区
41基板
42质量块
421第一活动电极
422第二活动电极
43多维弹簧
431接点
44弹簧锚点
45第一固定电极
46第二固定电极
47第一电极锚点
48第二电极锚点
49第三活动电极
51质量块
511第一活动电极
512第二活动电极
MR、MR’、MY、MY’、MZ、MZ’摆动
X、Y、Z方向
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。本发明中的图式均属示意，主要意在表示各装置以及各元件之间的功能作用关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。
参照图4，本发明提供一种微机电装置40，其中包含：一基板41；一质量块42，具有不同的感测方向(例如X、Y方向，但不限于X、Y方向)的一第一活动电极421与一第二活动电极422，质量块42的内部具有一中空部分，质量块42通过位于该中空部分内的一多维弹簧43与一弹簧锚点44而连接于基板41，且在该多维弹簧43与弹簧锚点44之间不包含质量块41或是任何固定电极的一部分；以及一第一固定电极45与一第二固定电极46，分别通过一第一电极锚点47与一第二电极锚点48与基板41相连，第一电极锚点47与第二电极锚点48与弹簧锚点44皆位于质量块42中空部分的内部，且第一固定电极45与第一活动电极421形成一第一电容，第二固定电极46与第二活动电极422形成一第二电容，第一电容与第二电容用以感测质量块42的一运动状态。于一较佳实施例中，第一电容与第二电容例如但不限于为差分电容(亦可不为差分电容)。其中，第一固定电极45与一第二固定电极46的“第一”与“第二”未代表固定电极间的位置顺序或大小排序，仅代表不同的固定电极，而第一活动电极421与一第二活动电极422的“第一”与“第二”亦仅代表不同的活动电极。
于一较佳实施例中，质量块42中空部分内具有单一中间锚点区401，第一电极锚点47与第二电极锚点48与弹簧锚点44皆位于此中间锚点区401内，中间锚点区401的面积占质量块42外围所定义的面积(亦即包含实体与中空部分面积)的5％以下。
于一较佳实施例中，第一电极锚点47连接于第一固定电极45最靠近弹簧锚点44的部分、及/或第二电极锚点48连接于第二固定电极46最靠近弹簧锚点44的部分。
一实施例中，第一活动电极421与第二活动电极422位于弹簧锚点44的同一侧，而第一活动电极421与第二活动电极422彼此不直接相连。参照图6，另一实施例中，第一活动电极511与第二活动电极512也可位于弹簧锚点44的两侧，而第一活动电极511与第二活动电极512彼此不直接相连。
在一较佳实施方式中，图1质量块42或图6质量块51位于弹簧锚点44上下两侧的质量分布不均，由此使质量块42、51可进行偏心运动，此偏心运动可包含入平面(in-plane)X、Y方向的转动(MR、MR’，图5B)、入平面一维方向(例如Y方向)的移动(MY、MY’，图5C)以及相对于X、Y平面的出平面(out-of-plane)Z方向的转动(例如绕多维弹簧的旋转摆动MZ、MZ’，用以感测Z方向的运动状态，图5A)。
一实施例中，质量块42可又包含一第三活动电极49，第三活动电极具有与第一活动电极421以及第二活动电极422的相互垂直的另一感测方向(例如垂直于方向X、Y的方向Z)，且微机电装置40又包含至少一第三固定电极(位于对应49的上方及/或下方位置)，第三固定电极与第三活动电极而形成一第三电容，以感测质量块42的运动状态。第三电容例如但不限于为差分电容(亦可不为差分电容)。
一实施例中，多维弹簧43例如但不限于为具有直线外型的一多维弹簧。弹簧锚点44位于多维弹簧43的中间，或可视为多维弹簧43包含两区段，分别连接于弹簧锚点44、又分别通过两接点431与质量块42相连接。多维弹簧43较佳为一具有多维方向弹性运动能力的弹簧件，参照图5A、5B、5C，多维弹簧43可分别产生入平面转动MR、MR’、移动MY、MY’、以及垂直于X、Y的Z方向的出平面转动MZ、MZ’。相较于现有技术，本发明的多维弹簧43虽为直线外型，也具有多维的弹性运动能力，此结构可节省现有技术中多个弹簧所需的空间。另一实施例中，多维弹簧也可通过多于两接点与质量块42相连接，使质量块42具有X、Y方向弹性移动，其连接方式端视需求而定。
本发明的布局设计可以减少变形所造成的偏移，且结构复杂性低、制程较为简单，优于现有技术。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人员，当可在本发明精神内，立即思及各种等效变化。举例而言，本发明不限于必须应用于三维运动感测，而可仅运用于一维或二维运动感测；不需要感测的方向，其对应的活动电极和固定电极可以省略。对应地，“多维弹簧”也可以仅提供一维或二维的弹簧功能，而不限于必须是“多维弹簧”。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。