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一种转轴结构及MEMS双轴转镜发明专利

更新时间:2024-07-01
一种转轴结构及MEMS双轴转镜发明专利 专利申请类型:发明专利;
地区:安徽-蚌埠;
源自:蚌埠高价值专利检索信息库;

专利名称:一种转轴结构及MEMS双轴转镜

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202010403516.6

专利申请(专利权)人:安徽中科米微电子技术有限公司
权利人地址:安徽省蚌埠市禹会区冠宜大厦2号楼三层

专利发明(设计)人:徐静,李伟

专利摘要:本发明提供一种转轴结构及MEMS双轴转镜,所述转轴结构包括:导电辅梁,设于所述导电辅梁上方或下方的导电主梁,及隔开所述导电辅梁和所述导电主梁的空气间隙。通过本发明解决了现有三明治结构的外转轴存在断裂等可靠性问题及影响器件温度稳定性的问题。

主权利要求:
1.一种MEMS双轴转镜,其特征在于,所述MEMS双轴转镜包括:具有转动空间的框架,所述框架包括内框架及外框架;
转轴结构,设于所述内框架和所述外框架之间,包括:导电辅梁,设于所述导电辅梁上方或下方的导电主梁,及隔开所述导电辅梁和所述导电主梁的空气间隙,其中,所述导电主梁的扭转刚度大于所述导电辅梁的扭转刚度;
转动镜体,设于所述转动空间中;
内转轴,设于所述转动镜体和所述内框架之间且与所述转轴结构垂直设置;
第一内固齿,设于所述内框架与所述内转轴平行的一侧内边缘;
第二内固齿,设于所述内框架与所述内转轴平行的另一侧内边缘;
第一内动齿,设于所述转动镜体一侧且与所述第一内固齿对应设置;
第二内动齿,设于所述转动镜体另一侧且与所述第二内固齿对应设置;
第一转动方向正引线焊盘,设于所述外框架上,所述第一内固齿通过所述转轴结构的一侧导电辅梁与所述第一转动方向正引线焊盘电连接;
第一转动方向负引线焊盘,设于所述外框架上,所述第二内固齿通过所述转轴结构的另一侧导电辅梁与所述第一转动方向负引线焊盘电连接;
接地焊盘,设于所述外框架上,所述第一内动齿、所述第二内动齿及所述转动镜体均通过所述转轴结构的导电主梁与所述接地焊盘电连接。
2.根据权利要求1所述的MEMS双轴转镜,其特征在于,所述导电主梁和/或所述导电辅梁通过梁长、梁宽、梁厚三者中的至少一个来调整扭转刚度;其中,所述梁长与所述扭转刚度呈负相关,所述梁宽与所述扭转刚度呈正相关,所述梁厚与所述扭转刚度呈正相关。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS双轴转镜,其特征在于,所述转轴结构还包括:设于所述空气间隙中的至少一个绝缘固接点,所述绝缘固接点连接所述导电辅梁和所述导电主梁。
4.根据权利要求3所述的MEMS双轴转镜,其特征在于,所述导电辅梁在绝缘固接点区域的梁宽大于其在非绝缘固接点区域的梁宽。
5.根据权利要求1所述的MEMS双轴转镜,其特征在于,所述导电辅梁为直梁、变截面梁、分支梁或蛇形弯曲梁,所述导电主梁为直梁、变截面梁、分支梁或蛇形弯曲梁。
6.根据权利要求1所述的MEMS双轴转镜,其特征在于,所述MEMS双轴转镜还包括:第一外固齿,设于所述外框架与所述转轴结构平行的一侧内边缘;
第二外固齿,设于所述外框架与所述转轴结构平行的另一侧内边缘;
第一外动齿,设于所述内框架的一侧外边缘且与所述第一外固齿对应设置;
第二外动齿,设于所述内框架的另一侧外边缘且与所述第二外固齿对应设置;
第二转动方向正引线焊盘,设于所述外框架上且与所述第一外固齿直接电连接;
第二转动方向负引线焊盘,设于所述外框架上且与所述第二外固齿直接电连接;
其中,所述第一外动齿及所述第二外动齿均通过所述转轴结构的导电主梁与所述接地焊盘电连接。
7.根据权利要求1所述的MEMS双轴转镜,其特征在于,所述MEMS双轴转镜还包括:贯穿槽,设于所述框架的底部且与所述转动空间连通。 说明书 : 一种转轴结构及MEMS双轴转镜技术领域[0001] 本发明涉及MEMS转镜,特别是涉及一种转轴结构及MEMS双轴转镜。背景技术[0002] 近年来,MEMS转镜广泛地应用于数字显示、光通信和激光扫描。按照MEMS转镜的结构复杂程度,MEMS转镜可分为单轴转镜、双轴转镜和转镜阵列。MEMS双轴转镜因为具有平面内两个维度四个方向的转动,应用更为广泛。[0003] 双框架结构是目前MEMS双轴转镜的典型结构,其工作原理是:在第一内动齿和第一内固齿之间施加电压时,转动镜体绕内转轴沿Y+方向转动;在第二内动齿和第二内固齿之间施加电压时,转动镜体绕内转轴沿Y‑方向转动;在第一外动齿和第一外固齿之间施加电压时,转动镜体绕外转轴沿X+方向转动;在第二外动齿和第二外固齿之间施加电压时,转动镜体绕外转轴沿X‑方向转动。具体操作时,转动镜体、第一内动齿、第二内动齿、第一外动齿及第二外动齿均电连接到接地焊盘,第一内固齿电连接到Y+焊盘,第二内固齿电连接到Y‑焊盘,第一外固齿电连接到X+焊盘,第二外固齿电连接到X‑焊盘,以此分别对X+焊盘、X‑焊盘、Y+焊盘、Y‑焊盘对地施加电压,从而控制转动镜体沿不同方向转动。[0004] 上述结构中,第一外固齿及第二外固齿可直接电连接至外框架上的对应焊盘,但第一内固齿、第二内固齿、第一内动齿、第二内动齿、第一外动齿、第二外动齿及转动镜体则无法直接电连接至外框架上的对应焊盘,需要进行电引出。现有的主要实现方式是:将外转轴设置为三明治结构,即上层导电层、中间绝缘层、下层导电层,以通过一侧的上层导电层将第一内固齿与Y+焊盘电连接,通过另一侧的上层导电层将第二内固齿与Y‑焊盘电连接,通过下层导电层将第一内动齿、第二内动齿、第一外动齿、第二外动齿及转动镜体与接地焊盘电连接。现有实现方式虽然可以实现电引出,但此种三明治结构的外转轴却也存在如下问题:在长期交变剪切应力的作用下,因不同材料界面处(即上层导电层与中间绝缘层的界面处、中间绝缘层与下层导电层的界面处)易出现应力集中,从而导致外转轴断裂等可靠性问题;此外不同材料的热膨胀系数失配也易导致转角温度敏感,从而影响器件的温度稳定性。发明内容[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种转轴结构及MEMS双轴转镜,用于解决现有三明治结构的外转轴存在断裂等可靠性问题及影响器件温度稳定性的问题。[0006] 为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种转轴结构,所述转轴结构包括:导电辅梁,设于所述导电辅梁上方或下方的导电主梁,及隔开所述导电辅梁和所述导电主梁的空气间隙。[0007] 可选地,所述导电主梁的扭转刚度大于所述导电辅梁的扭转刚度。[0008] 可选地,所述导电主梁和/或所述导电辅梁通过梁长、梁宽、梁厚三者中的至少一个来调整扭转刚度;其中,所述梁长与所述扭转刚度呈负相关,所述梁宽与所述扭转刚度呈正相关,所述梁厚与所述扭转刚度呈正相关。[0009] 可选地,所述转轴结构还包括:设于所述空气间隙中的至少一个绝缘固接点,所述绝缘固接点连接所述导电辅梁和所述导电主梁。[0010] 可选地,所述导电辅梁在绝缘固接点区域的梁宽大于其在非绝缘固接点区域的梁宽。[0011] 可选地,所述导电辅梁为直梁、变截面梁、分支梁、蛇形弯曲梁或双直梁,所述导电主梁为直梁、变截面梁、分支梁、蛇形弯曲梁或双直梁。[0012] 本发明还提供了一种MEMS双轴转镜,所述MEMS双轴转镜包括:[0013] 具有转动空间的框架,所述框架包括内框架及外框架;[0014] 如上所述的转轴结构,设于所述内框架和所述外框架之间。[0015] 可选地,所述MEMS双轴转镜还包括:[0016] 转动镜体;[0017] 内转轴,设于所述转动镜体和所述内框架之间且与所述转轴结构垂直设置;[0018] 第一内固齿,设于所述内框架与所述内转轴平行的一侧内边缘;[0019] 第二内固齿,设于所述内框架与所述内转轴平行的另一侧内边缘;[0020] 第一内动齿,设于所述转动镜体一侧且与所述第一内固齿对应设置;[0021] 第二内动齿,设于所述转动镜体另一侧且与所述第二内固齿对应设置;[0022] 第一转动方向正引线焊盘,设于所述外框架上,所述第一内固齿通过所述转轴结构的一侧导电辅梁与所述第一转动方向正引线焊盘电连接;[0023] 第一转动方向负引线焊盘,设于所述外框架上,所述第二内固齿通过所述转轴结构的另一侧导电辅梁与所述第一转动方向负引线焊盘电连接;[0024] 接地焊盘,设于所述外框架上,所述第一内动齿、所述第二内动齿及所述转动镜体均通过所述转轴结构的导电主梁与所述接地焊盘电连接。[0025] 可选地,所述MEMS双轴转镜还包括:[0026] 第一外固齿,设于所述外框架与所述转轴结构平行的一侧内边缘;[0027] 第二外固齿,设于所述外框架与所述转轴结构平行的另一侧内边缘;[0028] 第一外动齿,设于所述内框架的一侧外边缘且与所述第一外固齿对应设置;[0029] 第二外动齿,设于所述内框架的另一侧外边缘且与所述第二外固齿对应设置;[0030] 第二转动方向正引线焊盘,设于所述外框架上且与所述第一外固齿直接电连接;[0031] 第二转动方向负引线焊盘,设于所述外框架上且与所述第二外固齿直接电连接;[0032] 其中,所述第一外动齿及所述第二外动齿均通过所述转轴结构的导电主梁与所述接地焊盘电连接。[0033] 可选地,所述MEMS双轴转镜还包括:贯穿槽,设于所述框架的底部且与所述转动空间连通。[0034] 如上所述,本发明的一种转轴结构及MEMS双轴转镜,采用全新设计的转轴结构,利用所述空气间隙隔开所述导电辅梁和所述导电主梁,在通过所述导电辅梁及所述导电主梁实现电引出的同时,更避免了因中间绝缘层的存在而导致的转轴可靠性问题及器件温度稳定性问题。附图说明[0035] 图1显示为本发明实施例一所述转轴结构的一种俯视图,其中该转轴结构的导电辅梁和导电主梁均为直梁、且具有不同的梁宽。[0036] 图2显示为图1所述转轴结构的正视图。[0037] 图3显示为图1所述转轴结构沿AA’方向的截面图。[0038] 图4显示为本发明实施例一所述转轴结构的第二种俯视图,其中该转轴结构设有绝缘固接点,同时其导电辅梁和导电主梁均为直梁、且具有不同的梁长和梁宽。[0039] 图5显示为图4所述转轴结构的正视图。[0040] 图6显示为图4所述转轴结构沿AA’方向的截面图。[0041] 图7显示为图4所述转轴结构沿BB’方向的截面图。[0042] 图8显示为本发明实施例一所述转轴结构的第三种俯视图,其中该转轴结构的导电辅梁为直梁、导电主梁为变截面梁,同时导电辅梁和导电主梁具有不同的梁长和梁宽。[0043] 图9显示为本发明实施例一所述转轴结构的第四种俯视图,其中该转轴结构的导电辅梁为直梁、导电主梁为一种分支梁,同时导电辅梁和导电主梁具有不同的梁长和梁宽。[0044] 图10显示为本发明实施例一所述转轴结构的第五种俯视图,其中该转轴结构的导电辅梁为直梁、导电主梁为另一种分支梁,同时导电辅梁和导电主梁具有不同的梁长和梁宽。[0045] 图11显示为本发明实施例一所述转轴结构的第六种俯视图,其中该转轴结构的导电辅梁为直梁、导电主梁为双直梁,同时导电辅梁和导电主梁具有不同的梁长和梁宽。[0046] 图12显示为本发明实施例一所述转轴结构的第七种俯视图,其中该转轴结构的导电辅梁为直梁、导电主梁为带有倾斜角度的双直梁,同时导电辅梁和导电主梁具有不同的梁长和梁宽。[0047] 图13显示为本发明实施例一所述转轴结构的第八种俯视图,其中该转轴结构的导电辅梁为直梁、导电主梁为一种蛇形弯曲梁,同时导电辅梁和导电主梁具有不同的梁长和梁宽。[0048] 图14显示为本发明实施例一所述转轴结构的第九种俯视图,其中该转轴结构的导电辅梁为直梁、导电主梁为另一种蛇形弯曲梁,同时导电辅梁和导电主梁具有不同的梁长和梁宽。[0049] 图15显示为本发明实施例二中所述MEMS双轴转镜的一种结构俯视图,其中未包括反射镜面。[0050] 图16至图23显示为图15所述MEMS双轴转镜的制作流程图;图16为于双层SOI结构的下表面形成氧化硅保护层的结构示意图,图17为形成带有隔离槽的初始外框架、初始内框架、导电辅梁、第一内固齿、第二内固齿、第一外固齿及第二外固齿的结构示意图,图18为于双抛硅片的表面形成转动空间、上氧化硅层及下氧化硅层的结构示意图,图19为两结构键合后的结构示意图,图20为去除氧化硅保护层、衬底层及第一埋氧层的结构示意图,图21为形成框架、导电主梁、转动镜体、内转轴、第一内动齿、第二内动齿、第一外动齿及第二外动齿的结构示意图,图22为形成空气间隙及引线孔的结构示意图,图23为形成第一转动方向正引线焊盘、第一转动方向负引线焊盘、接地焊盘、第二转动方向正引线焊盘、第二转动方向负引线焊盘及反射镜面的结构示意图;其中,图23为图15所述MEMS双轴转镜包括反射镜面时沿AA’方向的截面图。[0051] 图24显示为本发明实施例二中所述MEMS双轴转镜的另一种结构俯视图,其中未包括反射镜面。[0052] 图25至图32显示为图24所述MEMS双轴转镜的制作流程图;图25为于双层SOI结构的下表面形成氧化硅保护层的结构示意图,图26为形成初始外框架、初始内框架、转动镜体、内转轴、第一内动齿、第二内动齿、第一外动齿、第二外动齿及导电主梁的结构示意图,图27为于双抛硅片的表面形成转动空间、上氧化硅层及下氧化硅层的结构示意图,图28为两结构键合后的结构示意图,图29为去除氧化硅保护层、衬底层及第一埋氧层的结构示意图,图30为形成框架、第一内固齿、第二内固齿、第一外固齿、第二外固齿及导电辅梁的结构示意图,图31为形成空气间隙及引线孔的结构示意图,图32为形成第一转动方向正引线焊盘、第一转动方向负引线焊盘、接地焊盘、第二转动方向正引线焊盘、第二转动方向负引线焊盘及反射镜面的结构示意图;其中,图32为图24所述MEMS双轴转镜包括反射镜面时沿AA’方向的截面图。[0053] 元件标号说明[0054] 100转轴结构[0055] 101导电辅梁102导电主梁[0056] 103空气间隙104绝缘固接点[0057] 200MEMS双轴转镜[0058] 201双层SOI结构201a衬底层[0059] 201b第一埋氧层201c第一器件层[0060] 201d第二埋氧层201e第二器件层[0061] 202氧化硅保护层203隔离槽[0062] 204a初始外框架204b初始内框架[0063] 205导电辅梁206第一内固齿[0064] 207第二内固齿208第一外固齿[0065] 209第二外固齿210双抛硅片[0066] 211转动空间212上氧化硅层[0067] 213下氧化硅层214框架[0068] 214a外框架214b内框架[0069] 215导电主梁216转动镜体[0070] 217内转轴218第一内动齿[0071] 219第二内动齿220第一外动齿[0072] 221第二外动齿222空气间隙[0073] 223引线孔224转轴结构[0074] 225a第一转动方向正引线焊盘225b第一转动方向负引线焊盘[0075] 225c接地焊盘225d第二转动方向正引线焊盘[0076] 225e第二转动方向负引线焊盘226反射镜面[0077] 300MEMS双轴转镜[0078] 301双层SOI结构301a衬底层[0079] 301b第一埋氧层301c第一器件层[0080] 301d第二埋氧层301e第二器件层[0081] 302氧化硅保护层303a初始外框架[0082] 303b初始内框架304转动镜体[0083] 305内转轴306第一内动齿[0084] 307第二内动齿308第一外动齿[0085] 309第二外动齿310导电主梁[0086] 311双抛硅片312转动空间[0087] 313上氧化硅层314下氧化硅层[0088] 315框架315a外框架[0089] 315b内框架316第一内固齿[0090] 317第二内固齿318第一外固齿[0091] 319第二外固齿320导电辅梁[0092] 321空气间隙322引线孔[0093] 323转轴结构 324a第一转动方向正引线焊盘[0094] 324b第一转动方向负引线焊盘324c接地焊盘[0095] 324d第二转动方向正引线焊盘 324e第二转动方向负引线焊盘[0096] 325反射镜面具体实施方式[0097] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。[0098] 请参阅图1至图32。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局形态也可能更为复杂。[0099] 实施例一[0100] 如图1至3所示,本实施例提供一种转轴结构,所述转轴结构100包括:导电辅梁101,设于所述导电辅梁101上方或下方的导电主梁102,及隔开所述导电辅梁101和所述导电主梁102的空气间隙103。本示例中,所述导电辅梁101及所述导电主梁102的材质相同,均为导电材料,如硅;本示例通过所述空气间隙103隔开所述导电辅梁101和所述导电主梁102,在通过所述导电辅梁101及所述导电主梁102实现电引出的同时,更避免了因中间绝缘层的存在而导致的转轴可靠性问题及器件温度稳定性问题。需要注意的是,实际应用中,在MEMS双轴转镜的转动镜体、第一内动齿、第二内动齿、第一外动齿及第二外动齿均位于上层硅时,所述转轴结构100中的所述导电主梁102设于所述导电辅梁101的上方;在MEMS双轴转镜的转动镜体、第一内动齿、第二内动齿、第一外动齿及第二外动齿均位于下层硅时,所述转轴结构100中的所述导电主梁102设于所述导电辅梁101的下方。[0101] 作为示例,所述导电主梁102的扭转刚度大于所述导电辅梁101的扭转刚度,以使所述导电主梁102决定本示例所述转轴结构100的刚度,同时所述导电辅梁101仅起到电连接的作用。实际应用中,在保证机械扭转性能的情况下,所述导电辅梁101的扭转刚度越小越好,以避免其承受应力。[0102] 具体的,所述导电主梁102和/或所述导电辅梁101通过梁长、梁宽、梁厚三者中的至少一个来调整扭转刚度;其中,所述梁长与所述扭转刚度呈负相关,所述梁宽与所述扭转刚度呈正相关,所述梁厚与所述扭转刚度呈正相关。本示例中,可通过梁长、梁宽、梁厚三者中的至少一个仅对所述导电主梁102的扭转刚度进行调节,以使其扭转刚度大于所述导电辅梁101的扭转刚度;也可通过梁长、梁宽、梁厚三者中的至少一个仅对所述导电辅梁102的扭转刚度进行调节,以使其扭转刚度小于所述导电主梁102的扭转刚度;还可通过梁长、梁宽、梁厚三者中的至少一个同时对所述导电辅梁101的扭转刚度及所述导电主梁102的扭转刚度进行调节,以使所述导电主梁102的扭转刚度大于所述导电辅梁101的扭转刚度。具体调节过程中,在通过梁长、梁宽、梁厚三者中的至少一个对所述导电主梁102的扭转刚度进行调节时,可通过缩短梁长来增大所述导电主梁102的扭转刚度,也可通过增加梁宽来增大所述导电主梁102的扭转刚度,还可通过增加梁厚来增大所述导电主梁102的扭转刚度,还可通过缩短梁长及增加梁宽同时来增大所述导电主梁102的扭转刚度,还可通过缩短梁长及增加梁厚同时来增大所述导电主梁102的扭转刚度,还可通过增加梁宽及增加梁厚同时来增大所述导电主梁102的扭转刚度,更可通过缩短梁长、增加梁宽及增加梁厚同时来增大所述导电主梁102的扭转刚度;当然,在通过两个及以上参数对所述导电主梁102的扭转刚度进行调整时,两个及以上参数可实现反向调整(即通过其中一个或两个参数增大扭转刚度,通过另外一个或两个参数减小扭转刚度),只要实现最终调整后的所述导电主梁102的扭转刚度大于所述导电辅梁101的扭转刚度即可。在通过梁长、梁宽、梁厚三者中的至少一个对所述导电辅梁101的扭转刚度进行调节时,可通过增长梁长来减小所述导电辅梁101的扭转刚度,也可通过减小梁宽来减小所述导电辅梁101的扭转刚度,还可通过减小梁厚来减小所述导电辅梁101的扭转刚度,还可通过增长梁长及减小梁宽同时来减小所述导电辅梁101的扭转刚度,还可通过增长梁长及减小梁厚同时来减小所述导电辅梁101的扭转刚度,还可通过减小梁宽及减小梁厚同时来减小所述导电辅梁101的扭转刚度,更可通过增长梁长、减小梁宽及减小梁厚同时来减小所述导电辅梁101的扭转刚度;当然,在通过两个及以上参数对所述导电辅梁101的扭转刚度进行调整时,两个及以上参数可实现反向调整(即通过其中一个或两个参数减小扭转刚度,通过另外一个或两个参数增大扭转刚度),只要实现最终调整后的所述导电辅梁101的扭转刚度小于所述导电主梁102的扭转刚度即可。需要注意的是,实际应用中,在通过缩短梁长来增大所述导电主梁102的扭转刚度或通过增长梁长来减小所述导电辅梁101的扭转刚度时,还需对应调整MEMS双轴转镜的外框架,以保证缩短的所述导电主梁102或增长的所述导电辅梁101的一端与所述外框架连接;即在通过缩短梁长来增大所述导电主梁102的扭转刚度时,需对外框架对应位置进行加宽处理,在通过增长梁长来减小所述导电辅梁101的扭转刚度时,需对外框架对应位置进行减宽处理,具体可通过调整刻蚀去除尺寸来实现外框架对应位置的加宽处理或减宽处理。[0103] 作为示例,如图4至7所示,所述转轴结构100还包括:设于所述空气间隙103中的至少一个绝缘固接点104,所述绝缘固接点104连接所述导电辅梁101和所述导电主梁102,以起到连接固定作用,减少所述导电辅梁101和所述导电主梁102之间的相对运动,提高本示例所述转轴结构100的结构稳定性。[0104] 具体的,可根据所述导电辅梁101和所述导电主梁102的交叠长度(此处所述交叠长度即为图4所示导电辅梁101的虚线部分长度)来设定所述绝缘固接点104的数量,通常情况下,两者的交叠长度越长,设定的所述绝缘固接点104的数量越多;实际应用中,该设定数量可以为1个也可以为多个,本示例对此不做限定。但由于所述绝缘固接点104的材质与所述导电辅梁101及所述导电主梁102的材质不同(所述绝缘固接点104为绝缘材料,如氧化硅或氮化硅;所述所述导电辅梁101及所述导电主梁102为导电材料,如硅),故在实际应用中,可综合考虑本示例所述转轴结构100的可靠性及结构稳定性,以此来设定合适数量的所述绝缘固接点104。[0105] 具体的,如图4所示,所述导电辅梁101在绝缘固接点区域的梁宽大于其在非绝缘固接点区域的梁宽。本示例中,采用各向同性腐蚀工艺形成所述绝缘固接点104;而为了满足工艺需求,形成所述导电辅梁101时,其在绝缘固接点区域的梁宽需大于其在非绝缘固接点区域的梁宽,以保证后续采用各向同性腐蚀工艺形成所述绝缘固接点104时,梁宽较小位置处的绝缘材料被完全去除的同时梁宽较大位置处的绝缘材料因面积较大而有所剩余,从而在所述导电辅梁101及所述导电主梁102之间的所述空气间隙103中形成所述绝缘固接点104。实际应用中,所述导电辅梁101在非绝缘固接点区域的梁宽具有相同的均匀宽度,而所述导电辅梁101在绝缘固接点区域的梁宽相较于其在非绝缘固接点区域的梁宽,该梁宽可具有相同的均匀宽度(此时所述导电辅梁101在绝缘固接点区域的形状可看作矩形),也可具有非均匀宽度(此时所述导电辅梁101在绝缘固接点区域的形状可看作菱形、圆形或椭圆形等),本示例对此不做限定。需要注意的是,此处所述绝缘固接点区域(如图4所示的位于绝缘固接点104外围的圆形虚线区域)并非仅指绝缘固接点的位置,其实际尺寸要大于绝缘固接点的尺寸。[0106] 作为示例,所述导电辅梁101为直梁、变截面梁、分支梁、蛇形弯曲梁或双直梁,所述导电主梁102为直梁、变截面梁、分支梁、蛇形弯曲梁或双直梁。本示例中,以所述导电辅梁101为直梁时为例来对所述导电主梁102的形状进行图示说明;其中,所述导电主梁102为变截面梁(即梁宽变化的导电主梁),如图8所示;所述导电主梁102还可为分支梁(即至少有两个分支的导电主梁),如图9或10所示;所述导电主梁102还可为双直梁,本示例所述双直梁不仅包括传统意义上的双直梁(如图11所示结构),其还包括具有倾斜角度的双梁结构(如图12所示结构);所述导电主梁102还可为蛇形弯曲梁,本示例所述蛇形弯曲梁不仅包括传统意义上的蛇形弯曲结构(如图13所示结构),其还包括蛇形弯曲结构的变形结构(如图14所示结构),但由于蛇形弯曲结构的变形结构有多种,本示例在此不再一一举例。当然,本示例仅是列举了导电辅梁101及导电主梁102的几种形状,本领域技术人员应该了解,其它可行形状的导电辅梁101及导电主梁102同样适用于本示例。[0107] 实施例二[0108] 如图15和24所示,本实施例提供了一种MEMS双轴转镜,所述MEMS双轴转镜200(300)包括:[0109] 具有转动空间211(312)的框架214(315),所述框架214(315)包括内框架214b(315b)及外框架214a(315a);[0110] 如实施例一所述的转轴结构224(323),设于所述内框架214b(315b)和所述外框架214a(315a)之间。[0111] 需要注意的是,由于本示例所述转轴结构224(323)与实施例一所述转轴结构相同,故此处不再赘述。[0112] 作为示例,如图15和24所示,所述MEMS双轴转镜200(300)还包括:[0113] 转动镜体216(304);[0114] 内转轴217(305),设于所述转动镜体216(304)和所述内框架214b(315b)之间且与所述转轴结构224(323)垂直设置;[0115] 第一内固齿206(316),设于所述内框架214b(315b)与所述内转轴217(305)平行的一侧内边缘;[0116] 第二内固齿207(317),设于所述内框架214b(315b)与所述内转轴217(305)平行的另一侧内边缘;[0117] 第一内动齿218(306),设于所述转动镜体216(304)一侧且与所述第一内固齿206(316)对应设置;[0118] 第二内动齿219(307),设于所述转动镜体216(304)另一侧且与所述第二内固齿207(317)对应设置;[0119] 第一转动方向正引线焊盘225a(324a),设于所述外框架214a(315a)上,所述第一内固齿206(316)通过所述转轴结构224(323)的一侧导电辅梁205(320)与所述第一转动方向正引线焊盘225a(324a)电连接;[0120] 第一转动方向负引线焊盘225b(324b),设于所述外框架214a(315a)上,所述第二内固齿207(317)通过所述转轴结构224(323)的另一侧导电辅梁205(320)与所述第一转动方向负引线焊盘225b(324b)电连接;[0121] 接地焊盘225c(324c),设于所述外框架214a(315a)上,所述第一内动齿218(306)、所述第二内动齿219(307)及所述转动镜体216(304)均通过所述转轴结构224(323)的导电主梁215(310)与所述接地焊盘225c(324c)电连接。[0122] 作为示例,如图15和24所示,所述MEMS双轴转镜200(300)还包括:[0123] 第一外固齿208(318),设于所述外框架214a(315a)与所述转轴结构224(323)平行的一侧内边缘;[0124] 第二外固齿209(319),设于所述外框架214a(315a)与所述转轴结构224(323)平行的另一侧内边缘;[0125] 第一外动齿220(308),设于所述内框架214b(315b)的一侧外边缘且与所述第一外固齿208(318)对应设置;[0126] 第二外动齿221(309),设于所述内框架214b(315b)的另一侧外边缘且与所述第二外固齿209(319)对应设置;[0127] 第二转动方向正引线焊盘225d(324d),设于所述外框架214a(315a)上且与所述第一外固齿208(318)直接电连接;[0128] 第二转动方向负引线焊盘225e(324e),设于所述外框架214a(315a)上且与所述第二外固齿209(319)直接电连接;[0129] 其中,所述第一外动齿220(308)及所述第二外动齿221(309)均通过所述转轴结构224(323)的导电主梁215(310)与所述接地焊盘225c(324e)电连接。[0130] 具体的,本示例中,所述第一转动方向正引线焊盘225a(324a)为Y+焊盘,所述第一转动方向负引线焊盘225b(324b)为Y‑焊盘,所述第二转动方向正引线焊盘225d(324d)为X+焊盘,所述第二转动方向负引线焊盘225e(324e)为X‑焊盘;当然,在其他示例中,也可以设置所述第一转动方向正引线焊盘225a(324a)为X+焊盘,所述第一转动方向负引线焊盘225b(324b)为X‑焊盘,所述第二转动方向正引线焊盘225d(324d)为Y+焊盘,所述第二转动方向负引线焊盘225e(324e)为Y‑焊盘。需要注意的是,本示例所述Y+和Y‑是指器件沿Y轴转动时的两个相反的转动方向,X+和X‑是指器件沿X轴转动时的两个相反的转动方向。[0131] 具体的,在各动齿(即第一内动齿218(306)、第二内动齿219(307)、第一外动齿220(308)及第二外动齿221(309))及转动镜体216(304)通过所述导电主梁215(310)与所述接地焊盘225c(324e)电连接时,各动齿及转动镜体216(304)可均通过所述转轴结构224(323)的一侧导电主梁215(310)与所述接地焊盘225c(324e)电连接,也可均通过所述转轴结构224(323)的另一侧导电主梁215(310)与所述接地焊盘225c(324e)电连接,还可部分通过所述转轴结构224(323)的一侧导电主梁215(310)与所述接地焊盘225c(324e)电连接、剩余部分通过所述转轴结构224(323)的另一侧导电主梁215(310)与所述接地焊盘225c(324e)电连接,本示例对其具体电连接方式不做限定。[0132] 作为示例,所述MEMS双轴转镜200(300)还包括:贯穿槽,设于所述框架214(315)的底部且与所述转动空间211(312)连通,以减小器件阻尼。[0133] 下面请结合图15,参阅图16至23,以转动镜体216、第一内动齿218、第二内动齿219、第一外动齿220及第二外动齿221均位于上层硅时所述转轴结构224中的所述导电主梁215设于所述导电辅梁205的上方为例,对本实施例所述MEMS双轴转镜200的制作方法进行说明。[0134] 步骤1)提供一双层SOI结构201,并于所述双层SOI结构201的下表面形成氧化硅保护层202;其中,所述双层SOI结构201由下至上依次包括衬底层201a、第一埋氧层201b、第一器件层201c、第二埋氧层201d及第二器件层201e,如图16所示。本示例中,通过形成所述氧化硅保护层202,来减小后续键合时的应力,从而对键合结构进行保护。[0135] 步骤2)于所述第二器件层201e的表面形成第一图形掩膜(图中未示出),并基于所述第一图形掩膜对所述第二器件层201e进行刻蚀直至暴露出所述第一器件层201c,以形成带有隔离槽203的初始外框架204a、初始内框架204b、导电辅梁205、第一内固齿206(图中未示出)、第二内固齿207(图中未示出)、第一外固齿208(图中未示出)及第二外固齿209,如图17所示。[0136] 步骤3)提供一双抛硅片210,于所述双抛硅片210的上表面形成第二图形掩膜(图中未示出),并基于所述第二图形掩膜对所述双抛硅片210的上表面进行刻蚀,以形成转动空间211,如图18所示。[0137] 步骤4)于步骤3)所得结构的上表面形成上氧化硅层212,并于步骤3)所得结构的下表面形成下氧化硅层213,如图18所示。本示例中,通过形成所述上氧化硅层212和所述下氧化硅层213,来减小后续键合时的应力,从而对键合结构进行保护。[0138] 步骤5)将步骤2)所得结构和步骤4)所得结构进行键合,其中所述第二器件层201e和所述转动空间211相向设置,如图19所示。[0139] 步骤6)去除所述氧化硅保护层202、所述衬底层201a、所述第一埋氧层201b及所述下氧化硅层213,如图20所示。[0140] 步骤7)于所述第一器件层201c的表面形成第三图形掩膜(图中未示出),并基于所述第三图形掩膜对所述第一器件层201c进行刻蚀直至暴露出所述第二埋氧层201d,以形成由外框架214a和内框架214b构成的框架214、导电主梁215、转动镜体216、内转轴217、第一内动齿218(图中未示出)、第二内动齿219(图中未示出)、第一外动齿220(图中未示出)及第二外动齿221,如图21所示。[0141] 步骤8)对步骤7)所得结构进行干法腐蚀或湿法腐蚀去除氧化硅,以释放第一内固齿206(图中未示出)、第二内固齿207(图中未示出)、第一外固齿208(图中未示出)及第二外固齿209,同时形成空气间隙222及引线孔223;其中,所述导电辅梁205、所述导电主梁215及所述空气间隙222构成转轴结构224,如图22所示。[0142] 步骤9)于所述引线孔223中形成第一转动方向正引线焊盘225a、第一转动方向负引线焊盘225b、接地焊盘225c、第二转动方向正引线焊盘225d及第二转动方向负引线焊盘225e,同时于所述转动镜体216上表面形成反射镜面226,如图23所示。[0143] 本示例中,所述MEMS双轴转镜200的制作方法还可包括:形成贯穿槽的步骤。具体的,可在步骤6)和步骤7)之间增加形成贯穿槽的步骤;如于所述双抛硅片210的底面形成第四图形掩膜(图中未示出),并基于所述第四图形掩膜对所述双抛硅片210进行刻蚀直至暴露出所述转动空间211,以形成贯穿槽。[0144] 本示例中,若要在所述转轴结构224的所述导电辅梁205和所述导电主梁215之间的所述空气间隙222中形成绝缘固接点,需要对上述步骤2)中的第一图形掩膜进行调整,以使基于其刻蚀形成的所述导电辅梁205在绝缘固接点区域的梁宽大于其在非绝缘固接点区域的梁宽,从而在步骤8)采用各向同性腐蚀工艺去除氧化硅时,梁宽较小位置处的氧化硅被完全去除同时梁宽较大位置处的氧化硅因面积较大而有所剩余,最终在所述导电辅梁205和所述导电主梁215之间的所述空气间隙222中形成绝缘固接点。当然,若要形成不同形状的导电辅梁101和/或导电主梁102,则需要对上述步骤2)中形成导电辅梁205的第一图形掩膜进行调整和/或对上述步骤7)中形成导电主梁215的第三图形掩膜进行调整。[0145] 下面请结合图24,参阅图25至32,以转动镜体304、第一内动齿306、第二内动齿307、第一外动齿308及第二外动齿309均位于下层硅时所述转轴结构323中的所述导电主梁310设于所述导电辅梁320的下方为例,对本实施例所述MEMS双轴转镜300的制作方法进行说明。[0146] 步骤1)提供一双层SOI结构301,并于所述双层SOI结构301的下表面形成氧化硅保护层302;其中,所述双层SOI结构301由下至上依次包括衬底层301a、第一埋氧层301b、第一器件层301c、第二埋氧层301d及第二器件层301e,如图25所示。本示例中,通过形成所述氧化硅保护层302,来减小后续键合时的应力,从而对键合结构进行保护。[0147] 步骤2)于所述第二器件层301e的表面形成第一图形掩膜(图中未示出),并基于所述第一图形掩膜对所述第二器件层301e进行刻蚀直至暴露出所述第一器件层301c,以形成初始外框架303a、初始内框架303b、转动镜体304、内转轴305、第一内动齿306(图中未示出)、第二内动齿307(图中未示出)、第一外动齿308、第二外动齿309(图中未示出)及导电主梁310,如图26所示。[0148] 步骤3)提供一双抛硅片311,于所述双抛硅片311的上表面形成第二图形掩膜(图中未示出),并基于所述第二图形掩膜对所述双抛硅片311的上表面进行刻蚀,以形成转动空间312,如图27所示。[0149] 步骤4)于步骤3)所得结构的上表面形成上氧化硅层313,并于步骤3)所得结构的下表面形成下氧化硅层314,如图27所示。本示例中,通过形成所述上氧化硅层313和所述下氧化硅层314,来减小后续键合时的应力,从而对键合结构进行保护。[0150] 步骤5)将步骤2)所得结构和步骤4)所得结构进行键合,其中所述第二器件层301e和所述转动空间312相向设置,如图28所示。[0151] 步骤6)去除所述氧化硅保护层302、所述衬底层301a、所述第一埋氧层301b及所述下氧化硅层314,如图29所示。[0152] 步骤7)于所述第一器件层301c的表面形成第三图形掩膜(图中未示出),并基于所述第三图形掩膜对所述第一器件层301c进行刻蚀直至暴露出所述第二埋氧层301d,以形成由外框架315a和内框架315b构成的框架315、第一内固齿316(图中未示出)、第二内固齿317(图中未示出)、第一外固齿318、第二外固齿319(图中未示出)及导电辅梁320,如图30所示。[0153] 步骤8)对步骤7)所得结构进行干法腐蚀或湿法腐蚀去除氧化硅,以释放第一内动齿306(图中未示出)、第二内动齿307(图中未示出)、第一外动齿308、第二外动齿309(图中未示出),同时形成空气间隙321及引线孔322;其中,所述导电辅梁320、所述导电主梁310及所述空气间隙321构成转轴结构323,如图31所示。[0154] 步骤9)于所述引线孔322中形成第一转动方向正引线焊盘324a、第一转动方向负引线焊盘324b、接地焊盘324c、第二转动方向正引线焊盘324d及第二转动方向负引线焊盘324e,同时于所述转动镜体304上表面形成反射镜面325,如图32所示。[0155] 本示例中,所述MEMS双轴转镜300的制作方法还可包括:形成贯穿槽的步骤;具体的,可在步骤6)和步骤7)之间增加形成贯穿槽的步骤;如于所述双抛硅片311的底面形成第四图形掩膜(图中未示出),并基于所述第四图形掩膜对所述双抛硅片311进行刻蚀直至暴露出所述转动空间312,以形成贯穿槽。[0156] 本示例中,若要在所述转轴结构323的所述导电辅梁320和所述导电主梁310之间的所述空气间隙321中形成绝缘固接点,需要对上述步骤7)中的第三图形掩膜进行调整,以使基于其刻蚀形成的所述导电辅梁320在绝缘固接点区域的梁宽大于其在非绝缘固接点区域的梁宽,从而在步骤8)采用各向同性腐蚀工艺去除氧化硅时,梁宽较小位置处的氧化硅被完全去除同时梁宽较大位置处的氧化硅因面积较大而有所剩余,最终在所述导电辅梁320和所述导电主梁310之间的所述空气间隙321中形成绝缘固接点。当然,若要形成不同形状的导电辅梁101和/或导电主梁102,则需要对上述步骤2)中形成导电主梁310的第一图形掩膜进行调整和/或对上述步骤7)中形成导电辅梁320的第三图形掩膜进行调整。[0157] 综上所述,本发明的一种转轴结构及MEMS双轴转镜,采用全新设计的转轴结构,利用所述空气间隙隔开所述导电辅梁和所述导电主梁,在通过所述导电辅梁及所述导电主梁实现电引出的同时,更避免了因中间绝缘层的存在而导致的转轴可靠性问题及器件温度稳定性问题。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。[0158] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

专利地区:安徽

专利申请日期:2020-05-13

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN113671690B

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