一种热驱动MEMS微镜阵列器件及其制造方法技术

一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、衬底2和电引线3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1‑1、驱动臂1‑2，衬底2包括TSV通孔2‑1、底部PAD2‑2、顶部PAD2‑3和硅墙2‑4，TSV通孔2‑1穿过硅墙2‑4分别与顶部PAD2‑3和底部PAD2‑2相连接，电引线3依次与底部PAD2‑2、TSV通孔2‑1、顶部PAD2‑3和驱动臂1‑2电连接，镜面1‑1通过驱动臂1‑2连接在衬底2上。优点：本发明专利技术创造直接采用单圆片实现带背面引线的电热微镜及微镜阵列，减少了键合等工序，降低了成本，其中的微镜阵列可用于光交叉互联。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种热驱动MEMS微镜及阵列器件及其制造方法，属于微机电

技术介绍
现有热式MEMS微镜具有扫描角度大、驱动电压低、镜面填充率高等巨大优势。现有热式MEMS微镜阵列器件（如CN 104020561 B）是采用1×N阵列结构，该阵列结构将所有引线都从芯片正面引到芯片边沿，当需要采用M×N阵列结构时，仍然只能将引线从芯片正面引导到芯片的边沿；当M和N都较大时，比如大于10，从芯片中心往边沿引线较为困难，且会造成引线电阻分布不均和散热困难的技术问题。例如美国专利申请号20140055767，名称MIRROR ARRAY，包含微镜阵列和TSV穿孔。利用键合技术（Bonding）实现阵列微镜。例如申请号：201310511778.4“一种TSV-MEMS组合”专利，分别制作TSV裸片和MEMS裸片，然后通过粘结剂进行粘合。需要在TSV裸片上面制作粘合材料（0009），在MEMS裸片上制作凹槽（0010），完成后需要进行粘合工艺。键合工艺过程中需要进行圆片对准，存在对准误差及成品率的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：电热微镜阵列工序复杂、加工成本高、成品率低以及引线和散热方面的技术问题。本专利技术的技术方案：一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、衬底2和电引线3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2，衬底2包括TSV通孔2-1、底部PAD2-2、顶部PAD2-3和硅墙2-4，TSV通孔2-1穿过硅墙2-4分别与顶部PAD2-3和底部PAD2-2相连接，电引线3依次与底部PAD2-2、TSV通孔2-1、顶部PAD2-3和驱动臂1-2电连接，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在衬底2上。本专利技术的优点和技术效果：本申请直接采用单圆片实现了带背面引线的电热微镜阵列，背面引线不仅解决了引线电阻大的问题，同时通过背面将每一个焊点直接与封装载体接触，大大增加了散热速率和散热均匀性，同时整个工艺流程无需键合，大大降低了成本，提高了成品率，其中的微镜阵列可用于光交叉互联（OXC）。附图说明图1是实施例1的一种热驱动MEMS微镜阵列器件。图2是热驱动MEMS微镜单元1。图3是实施例2选择SOI圆片作为基底4的步骤。图4是实施例2在基底4上制作TSV通孔2-1、底部PAD2-2和顶部PAD2-3的步骤。图5是实施例2在基底4正面淀积并图形化形成镜面1-1反射层、驱动臂1-2和电引线3的步骤。图6是实施例2在基底4的背面，图形化基底4的底硅层4-1，形成镂空结构，并露出掩埋层4-2的步骤。图7是实施例2去除掩埋层4-2，露出顶硅层4-3的步骤。图8是实施例2在基底4正面，图形化顶硅层4-3，释放驱动臂1-2和镜面1-1，形成硅墙2-4的步骤。图9是实施例3选择圆片作为基底4的步骤。图10是实施例3在基底4上制作TSV通孔2-1、底部PAD2-2和顶部PAD2-3的步骤。图11是实施例3在基底4正面淀积并图形化形成镜面1-1、驱动臂1-2和电引线3的步骤。图12是实施例3在基底4的背面，图形化基底4的底部至设定厚度，形成镂空结构的步骤。图13是实施例3在基底4正面，图形化基底4的顶部，释放驱动臂1-2和镜面1-1，形成硅墙2-4的步骤。图中，1是热驱动MEMS微镜单元，1-1是镜面，1-1-1是支撑层，1-1-2是高反射薄膜层，1-2是驱动臂，2是衬底，2-1是TSV通孔，2-2是底部PAD，2-3是顶部PAD，2-4是硅墙，3是电引线，4是基底，4-1是底硅层，4-2是掩埋层，4-3是顶硅层。具体实施方式一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、衬底2和电引线3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2，衬底2包括TSV通孔2-1、底部PAD2-2、顶部PAD2-3和硅墙2-4，TSV通孔2-1穿过硅墙2-4分别与顶部PAD2-3和底部PAD2-2相连接，电引线3依次与底部PAD2-2、TSV通孔2-1、顶部PAD2-3和驱动臂1-2电连接，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在衬底2上。优选的，该镜面1-1包括支撑层1-1-1和高反射薄膜层1-1-2，高反射薄膜层1-1-2在支撑层1-1-1的表面。优选的，该镜面1-1的下方镂空。优选的，该镜面1-1为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂1-2在所述镜面1-1的4个边支撑。优选的，该驱动臂1-2包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述电引线3电连接。优选的，该驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是连续的。优选的，该驱动臂1-2中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂1-2的每一层可以是不连续的。优选的，所述M和N均等于1，即该器件为单镜面微镜芯片。一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：1）选择SOI圆片作为基底4，该SOI圆片包括底硅层4-1、氧埋层4-2和顶硅层4-3；2）在基底4上制作TSV通孔2-1、底部PAD2-2和顶部PAD2-3；3）在基底4正面淀积并图形化形成镜面1-1、驱动臂1-2和电引线3；4）在基底4的背面，图形化基底4的底硅层4-1，形成镂空结构，并露出掩埋层4-2；5）去除掩埋层4-2，露出顶硅层4-3；6）在基底4正面，图形化顶硅层4-3，释放驱动臂1-2和镜面1-1，形成硅墙2-4，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：1）选择圆片作为基底4；2）在基底4上制作TSV通孔2-1、底部PAD2-2和顶部PAD2-3；3）在基底4正面淀积并图形化形成镜面1-1、驱动臂1-2和电引线3；4）在基底4的背面，图形化基底4的底部至设定厚度，形成镂空结构；5）在基底4正面，图形化基底4的顶部，释放驱动臂1-2和镜面1-1，形成硅墙2-4，最终形成所述热驱动MEMS微镜阵列器件。优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-二氧化硅-铝-二氧化硅构成。优选的，该驱动臂1-2中的一段依次由二氧化硅-钛-铜-钛-二氧化硅-钨-二氧化硅构成。实施例1如图1、图2所示，一种热驱动MEMS微镜阵列器件，包括M×N个热驱动MEMS微镜单元1、衬底2和电引线3，其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元1包括镜面1-1、驱动臂1-2，衬底2包括TSV通孔2-1、底部PAD2-2、顶部PAD2-3和硅墙2-4，TSV通孔2-1穿过硅墙2-4分别与顶部PAD2-3和底部PAD2-2相连接，电引线3依次与底部PAD2-2、TSV通孔2-1、顶部PAD2-3和驱动臂1-2电连接，镜面1-1通过驱动臂1-2连接在衬底2上。该镜面1-1包括支撑层1-1-1和高反射薄膜层1-1-2，高反射薄膜层1-1-2在支撑层1-1-1的表面。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于包括M×N个热驱动MEMS微镜单元（1）、衬底（2）和电引线（3），其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元（1）包括镜面（1‑1）、驱动臂（1‑2），衬底（2）包括TSV通孔（2‑1）、底部PAD（2‑2）、顶部PAD（2‑3）和硅墙（2‑4），TSV通孔（2‑1）穿过硅墙（2‑4）分别与顶部PAD（2‑3）和底部PAD（2‑2）相连接，电引线（3）依次与底部PAD（2‑2）、TSV通孔（2‑1）、顶部PAD（2‑3）和驱动臂（1‑2）电连接，镜面（1‑1）通过驱动臂（1‑2）连接在衬底（2）上。

【技术特征摘要】
1.一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于包括M×N个热驱动MEMS微镜单元（1）、衬底（2）和电引线（3），其中M、N为大于等于1的整数，热驱动MEMS微镜单元（1）包括镜面（1-1）、驱动臂（1-2），衬底（2）包括TSV通孔（2-1）、底部PAD（2-2）、顶部PAD（2-3）和硅墙（2-4），TSV通孔（2-1）穿过硅墙（2-4）分别与顶部PAD（2-3）和底部PAD（2-2）相连接，电引线（3）依次与底部PAD（2-2）、TSV通孔（2-1）、顶部PAD（2-3）和驱动臂（1-2）电连接，镜面（1-1）通过驱动臂（1-2）连接在衬底（2）上。2.根据权利要求1所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述镜面（1-1）包括支撑层（1-1-1）和高反射薄膜层（1-1-2），高反射薄膜层（1-1-2）在支撑层（1-1-1）的表面。3.根据权利要求1所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述镜面（1-1）的下方镂空。4.根据权利要求1所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述镜面（1-1）为正方形、长方形、圆形、椭圆形或多边形中的一种，并由4组驱动臂（1-2）在所述镜面（1-1）的4个边支撑。5.根据权利要求1所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂（1-2）包括至少两层热膨胀系数不同的材料，其中至少一层材料为加热电阻材料层，该加热电阻材料层与所述电引线（3）电连接。6.根据权利要求5所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂（1-2）中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂（1-2）的每一层可以是连续的。7.根据权利要求5所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述驱动臂（1-2）中一种材料可以用一次或多次，并且所述驱动臂（1-2）的每一层可以是不连续的。8.根据权利要求1所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件，其特征在于所述M和N均等于1，即该器件为单镜面微镜芯片。9.根据权利要求1所述的一种热驱动MEMS微镜阵列器件的制造方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巧，王伟，丁金玲，谢会开，
申请(专利权)人：无锡微奥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32