一种电磁MEMS微镜及制备方法技术

本发明专利技术涉及微机电系统技术领域，具体涉及一种电磁MEMS微镜及制备方法；由MEMS结构部与线圈部组成，电磁MEMS微镜在工作时被安置在底座上，且与底座粘接，并设置在固定磁场中，MEMS结构部包括至少一层由单晶硅制成的器件结构层，器件结构层包括可动镜面、第一扭转轴、第二扭转轴、可动框架、固定框架和金属层，线圈部在通入交变电流后驱动可动镜面和可动框架分别以第一扭转轴和第二扭转轴为轴产生扭转，可动镜面相对固定框架进行二维运动，改进振镜的结构，通过设置多层线圈堆叠，显著增大线圈匝数，有效增大驱动力，单位长度的线圈线径大，整体电阻小，也即使得工作时的热功耗小。也即使得工作时的热功耗小。也即使得工作时的热功耗小。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁MEMS微镜及制备方法


[0001]本专利技术涉及微机电系统
，尤其涉及一种电磁MEMS微镜及制备方法。

技术介绍

[0002]MEMS(MicroElectroMechanical Systems，微机电系统)振镜是基于MEMS工艺制造出来的光学扫描反射镜，在光通信、激光微投影、激光雷达、医学成像等领域有广泛的应用。MEMS振镜的主要驱动方式包括：静电驱动、电磁驱动、电热驱动、压电驱动等原理，静电驱动的MEMS振镜一般结构紧凑，但驱动力较小，需要很高的驱动电压或真空封装等方式，才能实现较大的光学扫描角度，电热驱动是基于材料热变形的一种驱动方式，具有驱动力大的优点，但响应速度慢，不适合高速扫描的应用场景，压电驱动是基于材料的逆压电效应的一种驱动方式，具有驱动力大，且响应速度快的特点，但是，压电材料薄膜的制备难度较大，劣质的压电薄膜将极大的限制压电驱动微镜的性能，相比较而言，电磁驱动振镜的驱动力和驱动行程更大，且响应速度快，更加符合激光雷达对大镜面、大扫描角度振镜的需求。
[0003]影响电磁驱动力的主要因素包括：磁场强度、电流幅值和驱动线圈匝数，在实际设计中，受限于材料性质以及器件尺寸要求，磁场强度往往难以提高，提升驱动电流的幅值可增大电磁驱动力，但也会增大器件的功耗，同时，驱动线圈发热累积的热量也会减少器件的使用寿命，因此，在保持单位长度的线圈电阻基本不变的条件下，尽量实现更高密度的线圈排布，是提升电磁驱动振镜的驱动性能的关键。
[0004]现有的专利技术：
[0005]专利CN110456500A揭示了一种机械式扫描镜和激光雷达。其扫描镜结构采用机械加工的金属零部件组装而成，驱动线圈采用多匝漆包线圈绕制而成，这种技术方案增多了驱动线圈的匝数，但是扫描部件的加工工序较多，且装配复杂，金属扭转梁在长时间工作后也面临着疲劳断裂，寿命不长的问题。
[0006]专利CN102967934B揭示了一种基于多层线圈堆叠的电磁驱动振镜，其振镜结构采用硅基MEMS工艺制备而成，而线圈采用电镀工艺制得，通过在线圈层之间设置聚亚酰胺介质层，可以实现两层线圈的堆叠，增大了单位面积内的线圈密度，但是该技术方案如果试图实现多层(大于3层)线圈的堆叠，将会极大的增加制备方法难度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种电磁MEMS微镜及制备方法，以解决现有技术中存在的器件的可靠性不足以及制备方法难度较大的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种电磁MEMS微镜，由MEMS结构部与线圈部组成，电磁MEMS微镜在工作时被安置在底座上，且与底座粘接，并设置在固定磁场中，
[0009]所述MEMS结构部包括至少一层由单晶硅制成的器件结构层，所述器件结构层包括可动镜面、第一扭转轴、第二扭转轴、可动框架、固定框架和金属层，所述第一扭转轴连接所述可动镜面和所述可动框架，所述第二扭转轴连接所述可动框架和所述固定框架，且所述
第一扭转轴与所述第二扭转轴正交排布，所述金属层设置在所述可动镜面表面，且所述金属层采用高反射率材料制成，例如金等材料；
[0010]所述线圈部由漆包线圈在模具的辅助下绕制而成，前述漆包线圈通过热风或化学试剂实现自定型后，与所述MEMS结构部通过有机胶粘实现粘接。
[0011]工作时，将振镜装置被放置在整机壳体的底座上，并通过有机胶粘固定。整机壳体内设置固定磁场中，向金属线圈层通入交变电流，产生驱动力，即使得所述可动镜面和所述可动框架分别以所述第一扭转轴和所述第二扭转轴为轴产生扭转，且由于所述第一扭转轴和所述第二扭转轴正交排布，所述可动镜面相对于所述固定框架进行二维运动。
[0012]在本申请中，所述线圈部可实现多层线圈堆叠，且层数较现有技术方案有明显的提升，也即可显著增大线圈匝数，增大驱动力。
[0013]其中，所述可动框架的形状为长方形、正方形、圆形、椭圆形或多边形，所述第一扭转轴和所述第二扭转轴为直梁结构、环形梁和折叠梁中的至少一种，所述镜面的形状为正方形、圆形、椭圆形、长方形或多边形。
[0014]其中，所述可动框架还设有若干刻蚀槽，若干所述刻蚀槽开设于所述可动框架的正面或背部，且通过有机胶与所述线圈部粘接。
[0015]设置所述刻蚀槽，可有效减轻质量，根据式中J为转动惯量，f为谐振频率，k为劲度系数，在质量减轻后，转动惯量J随之减小，若保持谐振频率f不变，则劲度系数k等比例缩小，实现相同偏转角度所需的驱动力也随之减小，在相同驱动条件下，可实现更大的光学扫描角度，同时，由于谐振频率f保持不变，器件的机械可靠性并不会因扭转轴的劲度系数减小而劣化。若保持劲度系数k不变，则谐振频率f升高，提升了器件的机械可靠性，在面对振动、冲击等常见机械问题时的表现更好，所述刻蚀槽设置在所述可动框架正面时，所述线圈部可粘接在所述可动框架上，在进行有机胶粘时，部分粘结剂会流入并填充所述刻蚀槽，以提升所述线圈部的粘连强度，当所述线圈部粘接在所述可动框架背部时，所述MEMS结构部正面的非金属区可进行额外的刻蚀处理，形成黑硅，减少反射率，避免器件应用时由硅表面反射引起的杂散光。
[0016]本专利技术还提出一种电磁MEMS微镜的制备方法，应用于制作如上述所述的电磁MEMS微镜，所述电磁MEMS微镜的制备方法包括如下步骤：
[0017]S1：准备第一圆片，并进行常规预处理，所述常规预处理包括清洗和干燥，所述第一圆片为单晶硅圆片或SOI圆片；
[0018]S2：通过蒸发或溅射工艺，在所述第一圆片表面形成金属层，所述金属层包括镜面反射层；
[0019]S3：完成正面保护后，通过干法刻蚀工艺，刻蚀所述第一圆片，形成器件结构层，利用所述器件结构层制备MEMS结构部；
[0020]S4：通过有机胶粘，将预先制备的线圈部与所述MEMS结构部粘合成整体，即可完成电磁驱动振镜的制备。
[0021]所述第一圆片可以为单晶硅圆片，也可以为包括单层SOI圆片在内的其他类型的圆片
[0022]本专利技术的一种电磁MEMS微镜及制备方法，在现有技术的基础上，改进振镜的结构，
通过设置多层线圈堆叠，显著增大线圈匝数，有效增大驱动力，单位长度的线圈线径大，整体电阻小，也即使得工作时的热功耗小，并提出制作工艺，对制作工艺进行改进，以自粘型漆包线圈绕制的方式制备，有效减少制备方法难度，工艺过程中的温度变化也不会由于材料的热膨胀系数差异而引起器件的可靠性问题。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本专利技术提供的一种电磁MEMS微镜的MEMS结构部和线圈部的轴测结构示意图。
[0025]图2是本专利技术提供的一种电磁MEMS微镜的器件结构层的剖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁MEMS微镜，由MEMS结构部与线圈部组成，电磁MEMS微镜在工作时被安置在底座上，且与底座粘接，并设置在固定磁场中，其特征在于，所述MEMS结构部包括至少一层由单晶硅制成的器件结构层，所述器件结构层包括可动镜面、第一扭转轴、第二扭转轴、可动框架、固定框架和金属层，所述第一扭转轴连接所述可动镜面和所述可动框架，所述第二扭转轴连接所述可动框架和所述固定框架，且所述第一扭转轴与所述第二扭转轴正交排布，所述金属层设置在所述可动镜面表面，且所述金属层采用高反射率材料制成；所述线圈部由漆包线圈在模具的辅助下绕制而成，前述漆包线圈通过热风或化学试剂实现自定型后，与所述MEMS结构部通过有机胶粘实现粘接，所述线圈部在通入交变电流后驱动所述可动镜面和所述可动框架分别以所述第一扭转轴和所述第二扭转轴为轴产生扭转，所述可动镜面相对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊笔锋，马宏，
申请(专利权)人：觉芯电子无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：