一种芯片级密封的电磁驱动振镜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种芯片级密封的电磁驱动振镜，自下而上依次由基板、背腔板、绝缘层、结构层，以及前腔板连接而成；其中基板的上下表面均为平面；背腔板为具有贯通腔的上下表面为平面的平板，背腔板下表面与基板上表面连接；绝缘层为环状薄层，其下表面与背腔板上表面贯通腔以外的区域连接；结构层下表面与绝缘层上表面连接。振镜可动部分位于真空环境，相对于非真空密封的振镜，本发明专利技术的振镜可动部分振动时不会与空气作用，从而消除了可动部件与空气作用的噪声。大幅降低空气阻尼造成的能量损失，振镜功耗显著降低，相同驱动电压下可获得更大转角；相同转角时所需驱动电压低，进一步扩大了振镜的应用领域，降低了驱动要求。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片级密封的电磁驱动振镜及其制备方法
技术介绍
基于MEMS技术的振镜在投影、3D成像、汽车导航等领域广泛使用，是这些领域的核心器件之一。目前的MEMS振镜本身均为开放式结构，即振镜的反射面、可动结构等在流片完成之后均暴露在环境中，使用时通过后续的模组封装，将振镜封装在密封组件中，实现对振镜的保护。当前振镜的封装多为非真空封装，振镜在工作中由于反射镜面等可动部分在气体中的高频振动，产生不可忽视的噪声。这种噪声在部分应用场合影响较小，例如工业3D成像，但在消费电子领域，这样的噪声严重影响设备的使用体验，如不能有效消除噪声，这样的振镜无法在消费电子产品中真正规模化应用。如采用真空封装，则会造成密封难度增大，模组体积增大，成本升高问题；同时，目前对于振镜的真空封装主要采用胶粘剂等方式，难以长期保持真空，在较短期限内封装真空度下降，噪声水平显著上升，振镜模组在低噪声要求场景中无法继续使用。
技术实现思路
：为解决现有振镜存在的噪声问题，本专利技术提出一种芯片级密封的电磁驱动振镜，制作完成的电磁驱动振镜，可动结构均位于芯片内部的真空密封空腔内，即振镜可动结构在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：/n自下而上依次由基板(100)、背腔板(200)、绝缘层(300)、结构层(400)，以及前腔板(500)连接而成；/n其中基板(100)的上下表面均为平面；/n背腔板(200)为具有贯通腔(201)的上下表面为平面的平板，背腔板(200)下表面与基板(100)上表面连接；/n绝缘层(300)为环状薄层，其下表面与背腔板(100)上表面贯通腔以外的区域连接；/n结构层(400)下表面与绝缘层(300)上表面连接；结构层(400)中具有可动结构，该可动结构位于由基板(100)、背腔板(200)、绝缘层(300)、结构层(400)以及前腔板(500)...

【技术特征摘要】
1.一种芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：
自下而上依次由基板(100)、背腔板(200)、绝缘层(300)、结构层(400)，以及前腔板(500)连接而成；
其中基板(100)的上下表面均为平面；
背腔板(200)为具有贯通腔(201)的上下表面为平面的平板，背腔板(200)下表面与基板(100)上表面连接；
绝缘层(300)为环状薄层，其下表面与背腔板(100)上表面贯通腔以外的区域连接；
结构层(400)下表面与绝缘层(300)上表面连接；结构层(400)中具有可动结构，该可动结构位于由基板(100)、背腔板(200)、绝缘层(300)、结构层(400)以及前腔板(500)连接而形成的真空密封腔体内部。


2.如权利要求1所述芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：
所述的结构层(400)具有两种构型；
第一种构型的结构层(400)包含反射镜(401)、第一转轴(402A)、第二转轴(402B)、外框(403)以及驱动器(404)；驱动器(404)上表面设置平坦化层(406)；平坦化层(406)上表面设置增反层(407)；对于第一种构型的结构层(400)，所述的反射镜(401)两侧分别通过第一转轴(402A)和第二转轴(402B)与外框连接；
第二种构型的结构层包含第一转轴(402C)、第二转轴(402D)、第三转轴(402E)、第四转轴(402F)、动框(410)、外框(403)、驱动器(404)；驱动器(404)上表面设置平坦化层(406)；平坦化层(406)上表面设置增反层(407)；
对于第二种构型的结构层(400)，所述的反射镜(401)两侧分别通过第一转轴(402C)和第二转轴(402D)与动框(410)的内侧连接；动框(410)的两端外侧通过第三转轴(402E)和第四转轴(402F)与外框(403)连接。


3.如权利要求1所述芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：
所述的驱动器(404)使得反射镜(401)产生绕着平行于结构层的轴的转动；驱动器(404)位于反射镜(401)上表面，并通过引线与位于外框(403)上表面的第一转换焊盘(405A)和第二转换焊盘(405B)连接。


4.如权利要求1所述芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：
所述前腔板(500)下表面具有凹槽(501)，前腔板(500)与结构层(400)之间设置有平坦化层(406)；前腔板(500)下表面的凹槽(501)以外的区域与结构层(400)中的外框(403)的上表面通过平坦化层(406)连接；前腔板(500)上表面设置有引线焊盘(502)，该引线焊盘(502)与位于结构层(400)上表面的转换焊盘电气连通，该电气连通的方式是低电阻率前腔板(500)或者通孔引线技术；驱动信号首先施加在引线焊盘(502)，并依次通过低电阻率前腔板或者通孔引线、转换焊盘(405B)以及引线最终施加在驱动器(404)上，实现对反射镜(401)的驱动。


5.如权利要求1所述芯片级密封的电磁驱动振镜，其特征在于：
所述基板(100)下表面设置有第一引线焊盘(101A)和第二引线焊盘(101B)，通孔引线依次穿过结构层(400)、绝缘层(300)、背腔板(200)以及基板(100)，第一引线焊盘(101A)与第一转换焊盘(405A)通过通孔引线实现电气连通；第二引线焊盘(101B)与第二转换焊盘(405B)通过通孔引线实现电气连通。


6.芯片级真空密封的电磁式振镜制作方法，其特征在于，按照如下步骤：
(1)准备绝缘层上硅(SOI)晶圆；SOI晶圆是由底硅、绝缘层以及顶硅构成的三层结构晶圆，其中顶硅厚度为5um-150um，绝缘层厚度为0.2um-5um，底硅厚度为50um-1mm；
(2)掺杂引线制作；在SOI顶硅上表面进行第一次光刻，然后进行第一次离子注入，深度范围是SOI顶硅上表面下方10nm-2um；第一次离子注入后的区域实现了掺杂，电阻率降低到0.1Ω·㎝以下，但该区域上方保留有一层未掺杂薄层，该薄层电阻率为SOI顶硅初始电阻率；然后进行第二次光刻，随后在第一次离子注入区域的两端进行第二次离子注入，使得从SOI顶硅上表面开始到第一次注入的最深处均被掺杂，电阻率降低到0.1Ω·㎝以下；两次离子注入后形成掺杂引线，其作用是驱动器一端的引线；该引线主体部分位于SOI顶硅表面之下，不与驱动器接触，只有第二次离子注入形成的其中一个小块低电阻区域与驱动器一端接触；第二次离子注入形成的另一个小块低电阻区域与一个转换焊盘接触，从而实现驱动器一端到一个驱动焊盘的电气连通；
(3)电气功能金属制备；在SOI顶硅表面制备图形化的金属层，分别构成驱动器、引线以及转换焊盘；制备图形化金属的方法包括沉积金属-光刻-金属刻蚀，以及光刻-沉积金属-剥离两种；其中沉积金属的方法包括溅射、蒸发、电镀；
(4)正面介质层制备：在SOI正面沉积介质层，沉积厚度为200nm-5um；然后对所沉积介质层进行平坦化处理；平坦化的一种优选方式是化学机械抛光；
(5)介质层开窗；在第4步完成的介质层表面进行光刻、刻蚀，去除部分介质层，包括转换焊盘表面的介质层以及后续顶硅待刻蚀区域的介质层；
(6)增反层制备；在第5步完成的SOI顶硅上表面制作第二层图形化的金属，构成增反层；该增反层位于反射镜区域内，附着在介质层上表面，作用是增加入射光的反射率；
(7)SOI背腔制作；在SOI底硅制作空腔，即为背腔；该空腔由底硅表面延伸至绝缘层；
(8)基板键合；在SOI底硅表面键合基板；
(9)SOI顶硅层刻蚀；对键合基板后的SOI正...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭磊，白民宇，林淦，马力，刘青峰，刘超，周翔，杨涛，王芳，
申请(专利权)人：西安知象光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61