[發(fā)明專(zhuān)利]一種混合驅(qū)動(dòng)的二維MEMS微鏡及其制作方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011385042.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112363314A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳巧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州知芯傳感技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02B26/08
• 分類(lèi)號(hào): G02B26/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發(fā)明涉及一種混合驅(qū)動(dòng)的二維MEMS微鏡及其制作方法，采用全新驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和靜電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了混合驅(qū)動(dòng)操作，其中設(shè)計(jì)基于環(huán)形外襯底（1），應(yīng)用靜電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)形內(nèi)襯底（2）的驅(qū)動(dòng)，并進(jìn)一步應(yīng)用環(huán)形內(nèi)襯底（2）與鏡面支撐（3）之間的壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，獲得對(duì)鏡面支撐（3）的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電極通過(guò)轉(zhuǎn)軸引出，如此實(shí)現(xiàn)了混合驅(qū)動(dòng)操作，整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠有效提高驅(qū)動(dòng)效率，并使的驅(qū)動(dòng)角度變大；同時(shí)本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)計(jì)了針對(duì)此二維MEMS微鏡的制作方法，采用制作工藝，僅需要SOI圓片作為基底層，便可以加工獲得所設(shè)計(jì)的二維MEMS微鏡，整個(gè)制作過(guò)程工藝簡(jiǎn)單，成品率高，同時(shí)整體結(jié)構(gòu)尺寸也會(huì)降低，成本得到降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混合驅(qū)動(dòng)的二維MEMS微鏡及其制作方法，屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))是一個(gè)制造微小器件，可同時(shí)集成多種物理場(chǎng)作用的新興領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械，MEMS器件的尺寸更小，一般在微米到毫米量級(jí)。它基于半導(dǎo)體集成電路(IC)制作工藝，可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術(shù)、工藝，進(jìn)行大批量、低成本生產(chǎn)，使性?xún)r(jià)比相 對(duì)于傳統(tǒng)“機(jī)械”制造技術(shù)大幅度提高。梳齒結(jié)構(gòu)在MEMS器件中廣泛應(yīng)用，比如各種電容式傳感器包括加速度計(jì)、 陀螺儀等以及各種微驅(qū)動(dòng)器。一般的MEMS梳齒結(jié)構(gòu)都是平的，即梳齒的動(dòng)齒和固齒在同一個(gè)平面。這種梳齒在做驅(qū)動(dòng)時(shí)只能產(chǎn)生平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要產(chǎn)生平面外運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們就需要高低梳齒，或叫垂直梳齒，即動(dòng)齒和固齒一高一低不在一個(gè)平面。高低梳齒結(jié)構(gòu)可以用來(lái)制作掃描微鏡，也是實(shí)現(xiàn)三軸加速度計(jì)、三軸MEMS電容式陀螺儀必不可少的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的高低梳齒設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的MEMES制造工藝?yán)面I合工藝分別刻蝕高低梳齒，或者利用多次光刻分別刻蝕高低梳齒，都需要高精度對(duì)準(zhǔn)，對(duì)工藝要求 高且成品率低；SOI技術(shù)可以解決梳齒自對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題，但是同樣存在多次刻蝕，加工復(fù)雜的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)二維掃描，靜電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)需要分塊布置驅(qū)動(dòng)電極，采用gimbal結(jié)構(gòu)，具有內(nèi)圈和外圈兩層結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)雙軸驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部與外部均布置有驅(qū)動(dòng)電極，驅(qū)動(dòng)電極有固定梳齒和活動(dòng)梳齒，固定梳齒的電引線很難連出，導(dǎo)致工藝復(fù)雜，也使得封裝變得更為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種混合驅(qū)動(dòng)的二維MEMS微鏡，采用全新驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用壓電驅(qū)動(dòng)和靜電驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動(dòng)操作，能夠有效提高微鏡的工作效率。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種混合驅(qū)動(dòng)的二維MEMS微鏡，包括環(huán)形外襯底、環(huán)形內(nèi)襯底、鏡面支撐；其中，環(huán)形內(nèi)襯底的外徑小于環(huán)形外襯底的內(nèi)徑，環(huán)形內(nèi)襯底位于環(huán)形外襯底內(nèi)，環(huán)形內(nèi)襯底外周上彼此相對(duì)兩側(cè)的位置分別通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸對(duì)接環(huán)形外襯底內(nèi)側(cè)邊，環(huán)形內(nèi)襯底外周側(cè)邊兩連接第一轉(zhuǎn)軸的位置之間呈對(duì)稱(chēng)分布；

環(huán)形內(nèi)襯底外周上彼此相對(duì)的兩側(cè)邊上分別設(shè)置梳齒組，該兩側(cè)邊上分別所設(shè)梳齒組相對(duì)環(huán)形內(nèi)襯底外周側(cè)邊連接兩第一轉(zhuǎn)軸的位置連線呈軸對(duì)稱(chēng)分布；環(huán)形外襯底內(nèi)側(cè)邊上分別對(duì)應(yīng)環(huán)形內(nèi)襯底外周上兩梳齒組的位置分別設(shè)置梳齒組，環(huán)形外襯底內(nèi)側(cè)邊上各梳齒組中各根齒條的投影、分別與環(huán)形內(nèi)襯底外周上對(duì)應(yīng)位置梳齒組中各根齒條的投影彼此平行、且彼此相互交錯(cuò)；

鏡面支撐的邊緣對(duì)接于環(huán)形內(nèi)襯底的內(nèi)側(cè)邊，鏡面支撐的上表面設(shè)置鏡面反射層；環(huán)形外襯底上表面設(shè)置各個(gè)焊盤(pán)；通過(guò)向各個(gè)焊盤(pán)供電，在環(huán)形外襯底內(nèi)側(cè)邊梳齒組中各根齒條與環(huán)形內(nèi)襯底外周對(duì)應(yīng)位置梳齒組中各根齒條之間的相互作用力下，實(shí)現(xiàn)環(huán)形內(nèi)襯底相對(duì)其外周側(cè)邊所連第一轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而獲得鏡面反射層隨鏡面支撐的轉(zhuǎn)動(dòng)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：還包括至少兩個(gè)壓電復(fù)合驅(qū)動(dòng)裝置，所述鏡面支撐的邊緣通過(guò)各壓電復(fù)合驅(qū)動(dòng)裝置分別對(duì)接所述環(huán)形內(nèi)襯底的內(nèi)側(cè)邊，通過(guò)向所述各個(gè)焊盤(pán)供電，在各壓電復(fù)合驅(qū)動(dòng)裝置的通電驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)鏡面支撐與環(huán)形內(nèi)襯底的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而獲得鏡面反射層隨鏡面支撐的轉(zhuǎn)動(dòng)。