一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片制造技术

本发明专利技术公开一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片，其位于衬底层上方的接地层的中部开设有十字形空腔，活动支架嵌设在十字形空腔内，中部固定有微镜的活动平台嵌设在活动支架内；活动支架通过Y轴柔性铰链与接地层连接；活动支架通过X轴柔性铰链与活动平台连接；X轴梳齿状静电制动器设置在活动支架外侧的X轴方向上；Y轴梳齿状静电制动器设置在活动支架内侧的Y轴方向上；X轴梳齿状静电制动器和Y轴梳齿状静电制动器的底面均固贴于衬底层的上表面；X轴移动梳齿与X轴梳齿状静电制动器上带有的X轴固定梳齿相嵌套；Y轴移动梳齿与Y轴梳齿状静电制动器上带有的Y轴固定梳齿相嵌套；本发明专利技术具有结构简单、控制方便、稳定性和集成度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片，其位于衬底层上方的接地层的中部开设有十字形空腔，活动支架嵌设在十字形空腔内，中部固定有微镜的活动平台嵌设在活动支架内；活动支架通过Y轴柔性铰链与接地层连接；活动支架通过X轴柔性铰链与活动平台连接；X轴梳齿状静电制动器设置在活动支架外侧的X轴方向上；Y轴梳齿状静电制动器设置在活动支架内侧的Y轴方向上；X轴梳齿状静电制动器和Y轴梳齿状静电制动器的底面均固贴于衬底层的上表面；X轴移动梳齿与X轴梳齿状静电制动器上带有的X轴固定梳齿相嵌套；Y轴移动梳齿与Y轴梳齿状静电制动器上带有的Y轴固定梳齿相嵌套；本专利技术具有结构简单、控制方便、稳定性和集成度高的特点。【专利说明】—种可双轴旋转的MEMS微镜芯片
本专利技术属于微机电
,具体涉及一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片。
技术介绍
MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systerms)是由半导体材料和其他适用于微加工的材料，构成可控的微机电系统结构，通常情况下可将电、机械、光(热或压电等)的传感器，执行器和信号取样与IC集成为一块芯片系统。与传统机械系统相比,MEMS系统具备以下优势:(I)微型化和集成化:几何尺寸小，易于集成，最终器件尺寸一般为毫米级。(2)低能耗和低成本:采用一体化技术，能耗大大降低；并由于采用硅微加工技术和半导体集成电路工艺，易于实现规模化生产，成本低。(3)高精度和长寿命:由于采用集成化形式，传感器性能均匀，各元件间配置协调，匹配良好，不需校正调整，提高了可靠性。(4)动态性好:微型化、质量小、响应速度快、固有频率高，具有优异动态特性。MEMS微镜主要依靠微驱动器来推动可活动微镜镜面产生转动或平动，从而改变入射光的传播方向，可广泛用于光通讯中的光交换、光谱分析仪器、光投影成像、天文学和视觉科学中的波前相差矫正等领域。MEMS光开关是微机械技术在光学领域的一个新应用领域。MEMS技术制作的光开关是将机械结构、微触动器和微光兀件在同一衬底上集成,结构紧凑、重量轻，易于扩展成大规模光交叉连接开关矩阵。MEMS光开关被认为是下一代光通信网络的重要产品，而如何能够让MEMS光开关的结构更紧凑、重量更轻、光路切换效果更好，则需要依赖结构更为简单、集成度更高、以及性能更为稳定的MEMS微镜来实现。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片，其具有结构简单、控制方便、稳定性和集成度高的特点。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片，其主要由衬底层、接地层、十字形空腔、活动支架、活动平台、Y轴柔性铰链、X轴柔性铰链、微镜、Y轴梳齿状静电制动器、Y轴固定梳齿、X轴梳齿状静电制动器、X轴固定梳齿、Y轴移动梳齿、X轴移动梳齿、X+轴焊盘、X-轴焊盘、Y+轴焊盘、Y-轴焊盘和GND焊盘组成；接地层叠置于衬底层的上方；接地层的中部开设有上下贯通的十字形空腔，类椭圆形的活动支架嵌设在十字形空腔内，活动平台嵌设在活动支架内；微镜固定在活动平台的中部，且微镜的中心与活动支架的中心重叠；活动支架长轴两端各向外延伸地接有Y轴柔性铰链，Y轴柔性铰链的另一端与接地层连接；活动支架通过这2个Y轴柔性铰链活动地悬置于十字形空腔内；活动支架短轴两端各向内延伸地接有X轴柔性铰链，X轴柔性铰链的另一端与活动平台连接；活动平台通过这2个X轴柔性铰链活动地悬置于活动支架内；X轴梳齿状静电制动器设置在活动支架外侧的X轴正负方向上，X轴梳齿状静电制动器上带有X轴固定梳齿；Y轴梳齿状静电制动器设置在活动支架内侧的Y轴正负方向上，Y轴梳齿状静电制动器上带有Y轴固定梳齿；x轴梳齿状静电制动器和Y轴梳齿状静电制动器的底面均固贴于衬底层的上表面；X轴移动梳齿设置在活动支架外侧的X轴正负方向上，且该X轴移动梳齿与X轴梳齿状静电制动器上带有的X轴固定梳齿相互配合并活动嵌套；Y轴移动梳齿开设在活动平台两端的Y轴正负方向上，且该Y轴移动梳齿与Y轴梳齿状静电制动器上带有的Y轴固定梳齿相互配合并活动嵌套；X+轴焊盘固定在位于X轴正方向上的X轴梳齿状静电制动器上，X-轴焊盘固定在位于X轴负方向上的X轴梳齿状静电制动器上，Y+轴焊盘固定在位于Y轴正方向上的Y轴梳齿状静电制动器上，Y-轴焊盘固定在位于Y轴负方向上的Y轴梳齿状静电制动器上，GND焊盘固定在接地层上。上述方案中，2个X轴移动梳齿的中轴线均与活动支架的长轴重叠，2个Y轴移动梳齿的中轴线均与活动支架的短轴延长线重叠。上述方案中，X轴移动梳齿的上表面及其与之配合的X轴固定梳齿的上表面处于同一水平高度上；Υ轴移动梳齿的上表面及其与之配合的Y轴固定梳齿的上表面处于同一水平高度上。上述方案中，2个X轴移动梳齿均为外梳齿结构，与之相相配合的2个X轴固定梳齿为内梳齿结构；2个Y轴移动梳齿为内梳齿结构,与之相相配合的2个Y轴固定梳齿为外梳齿结构。上述方案中，X轴固定梳的梳齿厚度大于X轴移动梳齿的梳齿厚度；Υ轴固定梳的梳齿厚度大于Y轴移动梳齿的梳齿厚度。上述方案中，2个X轴柔性铰链和2个Y轴柔性铰链均呈双锥型，即呈两端厚度逐渐往中间缩减的结构。上述方案中，所述接地层均呈正方形片状，此时活动支架长轴和短轴分别与接地层的2条对角线重叠。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点:I)静电驱动的梳齿状致动结构保证器件的稳定驱动。2)双旋转轴位于芯片对角线上，减少芯片面积，集成度更高。3)Υ轴固定梳齿结构位于微镜可动部分投影范围之内，可减少芯片的层次，降低加工难度和减少工艺流程的步骤。4)双轴的柔性铰链呈双锥形结构，有两边向中间逐渐递减厚度，可强化固定部分和微镜的活动部分之间的连接，又不影响转动的角度。5)采用MEMS加工工艺，保证加工的成品率，能实现批量生产。【专利附图】【附图说明】图1为一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片的结构示意图。图2为去掉固定梳齿结构后的一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片的结构示意图。图3为去掉GND面和可旋转微镜后的一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片的结构不意图。图4为一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片加电旋转一定角度的剖视图。其中标号:1、衬底层；2、接地层；3、十字形空腔；4、活动支架；5、活动平台；6、Y轴柔性铰链；7、X轴柔性铰链；8、微镜；9、Y轴梳齿状静电制动器；10、Y轴固定梳齿；11、X轴梳齿状静电制动器；12、X轴固定梳齿；13、Y轴移动梳齿；14、Χ轴移动梳齿；15、Χ+轴焊盘；16、X-轴焊盘；17、Y+轴焊盘；18、Y-轴焊盘；19、GND焊盘。【具体实施方式】一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片，如图1-3所示，主要由衬底层1、接地层2、十字形空腔3、活动支架4、活动平台5、Υ轴柔性铰链6、Χ轴柔性铰链7、微镜8、Υ轴梳齿状静电制动器9、Y轴固定梳齿10、X轴梳齿状静电制动器11、X轴固定梳齿12、Y轴移动梳齿13、X轴移动梳齿14、Χ+轴焊盘15、Χ-轴焊盘16、Υ+轴焊盘17、Υ-轴焊盘18和GND焊盘19组成。接地层2叠置于衬底层I的上方。接地层2的中部开设有上下贯通的十字形空腔3。类椭圆形的活动支架4嵌设在十字形空腔3内，活动平台5嵌设在活动支架4内。微镜8固定在活动平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片，其特征在于：主要由衬底层（1）、接地层（2）、十字形空腔（3）、活动支架（4）、活动平台（5）、Y轴柔性铰链（6）、X轴柔性铰链（7）、微镜（8）、Y轴梳齿状静电制动器（9）、Y轴固定梳齿（10）、X轴梳齿状静电制动器（11）、X轴固定梳齿（12）、Y轴移动梳齿（13）、X轴移动梳齿（14）、X+轴焊盘（15）、X?轴焊盘（16）、Y+轴焊盘（17）、Y?轴焊盘（18）和GND焊盘（19）组成；接地层（2）叠置于衬底层（1）的上方；接地层（2）的中部开设有上下贯通的十字形空腔（3），类椭圆形的活动支架（4）嵌设在十字形空腔（3）内，活动平台（5）嵌设在活动支架（4）内；微镜（8）固定在活动平台（5）的中部，且微镜（8）的中心与活动支架（4）的中心重叠；活动支架（4）长轴两端各向外延伸地接有Y轴柔性铰链（6），Y轴柔性铰链（6）的另一端与接地层（2）连接；活动支架（4）通过这2个Y轴柔性铰链（6）活动地悬置于十字形空腔（3）内；活动支架（4）短轴两端各向内延伸地接有X轴柔性铰链（7），X轴柔性铰链（7）的另一端与活动平台（5）连接；活动平台（5）通过这2个X轴柔性铰链（7）活动地悬置于活动支架（4）内；X轴梳齿状静电制动器（11）设置在活动支架（4）外侧的X轴正负方向上，X轴梳齿状静电制动器（11）上带有X轴固定梳齿（12）；Y轴梳齿状静电制动器（9）设置在活动支架（4）内侧的Y轴正负方向上，Y轴梳齿状静电制动器（9）上带有Y轴固定梳齿（10）；X轴梳齿状静电制动器（11）和Y轴梳齿状静电制动器（9）的底面均固贴于衬底层（1）的上表面；X轴移动梳齿（14）设置在活动支架（4）外侧的X轴正负方向上，且该X轴移动梳齿（14）与X轴梳齿状静电制动器（11）上带有的X轴固定梳齿（12）相互配合并活动嵌套；Y轴移动梳齿（13）开设在活动平台（5）两端的Y轴正负方向上，且该Y轴移动梳齿（13）与Y轴梳齿状静电制动器（9）上带有的Y轴固定梳齿（10）相互配合并活动嵌套；X+轴焊盘（15）固定在位于X轴正方向上的X轴梳齿状静电制动器（11）上，X?轴焊盘（16）固定在位于X轴负方向上的X轴梳齿状静电制动器（11）上，Y+轴焊盘（17）固定在位于Y轴正方向上的Y轴梳齿状静电制动器（9）上，Y?轴焊盘（18）固定在位于Y轴负方向上的Y轴梳齿状静电制动器（9）上，GND焊盘（19）固定在接地层（2）上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春明，彭晖，
申请(专利权)人：桂林市光隆光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：