CN101279711A - 从二维元件制造微机械结构的方法和微机械器件 - Google Patents

Abstract

一种制造微机械结构的方法，首先在基片内形成被可偏转支撑的二维结构，接着将所述被可偏转支撑二维结构布置在封装内，由此集成微操纵器布置在所述封装和所述二维结构之间，从而实现所述二维结构偏转出所述基片的平面。

Description

从二维元件制造微机械结构的方法和微机械器件

技术领域

本发明涉及一种通过将二维结构机械预偏转出晶片平面或基片平面外和之后可以将其固定在偏转状态来制造微机械三维(3D)结构的方法。

背景技术

这些三维结构应用在例如微技术和微系统技术中并且用于制造静电三维驱动器结构。这些驱动器与很多微系统相关，并尤其用于图像投影的微扫描仪。这些3D结构可以例如用来实现一种能在晶片平面之外在很大的平移和/或旋转范围内产生力和力矩的静电驱动器。

已知多种将结构偏转出晶片平面外的方法。已知的方法利用基片材料或基片组合层的材料应力，用于在限定位置弯曲基片。该弯曲然后可以用于将结构倾斜或旋转出基片。材料应力在材料对中是固有的或通过所谓的作用器外加的。然而由材料应力可获得的基片曲率很小。此外，为了积聚材料应力并实现结构相对于基片的大的作用角，在基片上需要很大的空间。这些会被基片的局部向下变薄(local down-thinning)放大，然而，基片的局部向下变薄会削弱将被偏转的结构的机械可压性(stressability)且可能产生低频振动模式。

发明内容

本发明的目的是提供一种构成微机械结构的方法和一种微机械器件，所述构成微机械结构的方法和所述微机械器件可减少或消除已知技术的上述缺点。

本发明的目的通过根据本发明的方法和通过根据本发明的微机械器件实现。

根据实施例，本发明提出了一种制造微机械结构的方法，所述制造微机械结构的方法包括步骤：在基片内形成被可偏转支撑二维结构；以及将所述被可偏转支撑二维结构布置在封装内，使得集成微操纵器布置在所述封装和所述二维结构之间，从而实现所述二维结构偏转出所述基片的平面。

本发明的实施例提出了一种微机械器件，所述微机械器件：包括封装；基片；布置在所述基片内的二维结构；以及布置在所述封装和所述二维结构之间的微操纵器，从而所述二维结构实现偏转出所述基片的平面。

本发明实施例描述了微操纵器可以实施为器件封装的永久构件。在封装微机械器件的过程中，被可偏转支撑的二维结构的预偏转或偏转以及由此形成三维结构可以借助微操纵器来完成。在形成三维结构后微操纵器可以保留在微机械器件中，从而所述结构的三维偏转可以通过几何结构以及构造和力与微操纵器闭合(closure)来永久限定。

在通过微操纵器施加力和/或力矩的过程中，所述器件可以依照自身的支撑而旋转、倾斜或移出晶片平面。偏转的部件或三维结构此时可以被固定。所述固定可以通过构造配合、力配合(force fit)或者材料配合的方法实现。作为构造配合固定方法，例如可以使用机械钩或闩锁将二维结构阻止和/或制动在偏转状态。作为材料配合固定方法，例如，可以执行粘附、粘结、软焊或通过形成合金连接。例如，通过粘附力、夹紧力和摩擦力可以力配合的方式固定偏转二维元件。此后，形成结构的晶片平面的二维元件形成三维元件。

微操纵器可以实施为微机械或精密机械制造的结构，并且可以是封装所器件的永久构件。微操纵器可以与预偏转的二维结构永久接合。

附图说明

下面参照附图详细描述根据本发明的几个优选实施例，其中：

图1是图示根据本发明实施例的微机械结构的制造方法的流程图；

图2是在封装之前的微机械一维扫描仪反射镜的俯视图；

图3是根据本发明实施例的封装的一维扫描仪反射镜的剖面图；

图4是根据本发明另一实施例的封装的器件的剖面图，所述封装的器件具有通过微操纵器结构向下偏转的二维结构；

图5是根据本发明另一实施例的封装的微机械器件的剖面图；

图6是封装的微机械器件的剖面图，所述封装的微机械器件的顶边由光学盖玻璃密封；

图7是剖面图，其中封装的微机械器件在其顶边由光学盖玻璃密封，其中所述光学窗以倾斜的方式布置在封装的微机械器件上；

图8是根据本发明另一个实施例的微机械器件的剖面图，所述微机械器件在芯片级作为单个器件封装；

图9是在芯片级作为单个器件封装的微机械器件的剖面图，所述微机械器件包括相对于微机械器件倾斜的光学窗；

图10是二维结构向上偏转或倾斜的根据本发明的另一个实施例的剖面图；

图11是通过微操纵器结构向上偏转的二维结构的剖面图；

图12是二维结构交替向上和向下偏转或者倾斜的根据本发明的另一个实施例的剖面图；

图13是二维结构交替向上和向下偏转或者倾斜的根据本发明的另一个实施例的剖面图；

图14是已倾斜的二维结构交替向上和向下偏转的根据本发明的另一个实施例的剖面图，其中所述微操纵器结构作用于器件的背侧；

图15是根据本发明的另一实施例的、封装的微器件的示意性实施例的剖面图，所述封装的微器件具有通过微操纵器偏转的二维结构，所述微操纵器包括自对准装配结构；

图16是包括通过微操纵器偏转的二维结构的微机械器件的剖面图，要被偏转的二维结构通过平行连接件支撑并且以相对于基片平面倾斜的方式将所述二维结构布置在偏转的最终状态；

图17是微机械器件的剖面图，其中将被偏转的二维结构包括平行连接件并且向上倾斜，其中偏转微操纵器结构从器件背侧作用；

图18是微机械器件的剖面图，其中包括平行连接件的将被偏转的二维结构刚性连接到用于施加力的接触片，从而二维结构将在偏转最终状态平行对准；

图19是微机械器件的剖面图，其中相关二维结构类似于图18以平行于初始基片的方式，然而在此情况中，是在封装底部的方向上被偏转；

图20是多重封装的微器件的剖面图，所述多重封装的微器件粘附在没有光学窗盖基片(optical window cover substrate)的支撑箔(foil)或支撑基片上，并且具有从背侧作用的微致动器结构；

图21是具有光学窗盖基片的封装的微器件的剖面图，所述封装的微器件具有从器件前侧作用的微致动器结构和偏转的二维结构，其中晶片矩阵粘附在支撑箔上；

图22是本发明的另一个实施例的微器件的剖面图，在封装所述微器件的过程中所述微器件相对于基片和光学窗基片通过相应的微致动器被永久倾斜地偏转；和

图23是用于根据图22的封装的微机械二维扫描仪反射镜的俯视图。

具体实施方式

参照图1，通过流程图讨论从二维元件制造三维微机械器件的方法。此方法包括：在基片内形成被可偏转支撑的二维结构的步骤100；和将所述被可偏转支撑的二维结构布置在封装内或布置在封装结构的部分内(封装)的步骤102。所述封装包括集成的微操纵器，由此，借助微操纵器在二维结构上的力的作用，二维结构被偏转出基片平面从而形成三维结构。微操纵器可以是封装例如封装盖的一部分，从而微操纵器在配合盖时接触二维结构并使得二维结构偏转。可选地，微操纵器也可以是二维结构的部分，从而例如在密封所述封装时，盖与操纵器接触并且实现二维结构的偏转。微操纵器也可以是分开的部件，其在二维结构插入到封装中后还布置在封装中，从而在配合盖时二维结构被微操纵器偏转。

在基片内形成被可偏转支撑的二维结构可以例如在晶片中完成。即三维元件或结构在基片平面内首先微机械地构造为二维结构。这考虑到结构良好的可制造性(或加工成型性能)。二维结构制造成它们是可偏转的但通过例如专用的固定轴承可以保留在基片平面内。固定轴承决定了结构偏转出平面的自由度。此结构可以在适当的位置设置有机械接触片，通过此机械接触片借助例如心轴，销，针，台面结构的机械结构或其它任何手段以限定的方法将力或力矩引入进二维设备中。接下来这些结构称作为微操纵器或微致动器。台面结构可以是抬高的、类似高原的半导体结构，其周围已经被蚀刻掉。通过此方法，2D结构可以预偏转出基片平面，从而生成3D结构。

微操纵器可以集成为器件封装的永久部分或与封装的部分集成，因此在封装微机械器件中微操纵器用来以限定的方法在二维设备上施加力或力矩从而偏转二维结构而形成三维结构。在三维结构通过可以是封装的永久部分的微操纵器形成后，微操纵器可以在微机械器件中保持永久使用，从而结构的三维偏转已经通过几何结构以及构造和力与微操纵器闭合而被永久限定。还可以设想的是，偏转的二维结构通过其它手段固定在偏转的位置。所述固定可以构造配合、力配合、或材料配合的方式实现。

可以在晶片级实现微机械器件的封装，藉此被同时封装的微机械器件的数目可以增加；或者以单独的步骤进行。也可以设想，微机械器件先被切割，随后被安装在由例如金属、塑料、玻璃或陶瓷制造的外部封装中。

以下的实施例说明在晶片或已经切割的芯片上的显微技术(或微技术)二维制造并且被可旋转支撑的电极结构，以及借助在封装过程中永久连接在封装或已封装的微机械器件上的微操纵器通过立起该二维结构而制造例如三维驱动器电极的三维结构。此方法表现为其中在封装过程中这些二维结构可以通过机械结构(微操纵器或微致动器)被偏转出平面并且永久固定在那里。需注意的是，偏转和固定二维结构的不同方法可以通过很多不同的方式彼此组合，这是在此没有说明所有的方法的原因。因此示出的实施例决不是对本发明方法的限制和对具有集成微操纵器并通过本发明方法制造的微机械器件的限制。

图2是在封装之前的微机械一维扫描仪反射镜11的俯视图，其中可移动驱动器或梳状电极10和静态驱动器或梳状电极12在微机械制造后位于具有二维结构的晶片的同一晶片平面14中。可移动驱动器电极10同扫描仪反射镜15一起安装到被旋转支撑的扭转轴20上。静态驱动器电极12通过扭簧16也安装到被旋转支撑的扭转轴20上。通过由微操纵器施加力在接触片18上，静态电极12可以被偏转出晶片平面14，由此形成三维结构。例如，二维结构可以通过所谓的绝缘体上硅结构(SOI)技术制造并可以通过固定轴承19支撑，此固定轴承19在蚀刻硅基片14后保留在下面的氧化层22上。

图3通过图2已封装的一维扫描仪反射镜的剖面图显示根据本发明实施例。此剖面图垂直于扫描仪反射镜扭转轴20。二维结构通过机械结构微操纵器24倾斜出晶片平面，此微操纵器24作用在被可倾斜支撑的静态电极结构12的接触片18(见图1)上。此处，用于三维偏转并且之后称为致动结构或微致动器结构的微操纵器结构24永久地连接在器件封装22上。微操纵器24可以连接在器件封装22的盖结构26上。在对准光学盖玻璃26之后，静态驱动器电极12通过向下压反电极12的平面连接肋18而偏转。也就是，在密闭地密封该封装之后，光学盖玻璃26也可以用作用于微操纵器的支撑件。静态电极12的旋转通过扭簧12在旋转轴上的力作用实现。

在压下盖玻璃后，盖玻璃可以通过框架结构30a以直接的或立即的方式连接在要封装的微器件上，此框架结构30a用作分隔件(spacer)并能用于实现空腔结构。此处，在微机械器件14、分隔件30、玻璃盖26和底基片28间的连接可以通过例如粘附、晶片粘结、阳极或硅直接粘结、软焊、通过形成合金连接、通过固液间扩散(SLID)或其它构造配合连接来实现。二维结构的偏转可通过微操纵器的几何结构、布置以及制造和对准公差固定地限定。

因此相对于微器件以及通过用于密闭地密封该封装和用于偏转2D结构的集成微操纵器而下压盖玻璃，封装也可以例如视为盖玻璃的对准。然而可以设想的是，封装不是密闭地密封，并且微操纵器仅永久连接到封装结构的部分上，此封装结构的部分例如包括框架结构、盖结构和底结构。

在此微镜的实施例中，微机械器件的封装以及同时预偏转二维结构用于实现三维结构优选在晶片矩阵中完成，从而在器件封装中得到高平行性(parallelism)并由此降低制造成本。然而前后所述所有的实施例同等地应用在封装和同时偏转单个微机械器件上。

可以设想的是，在偏转二维结构的过程中直接机械接触的接触片被涂上另外的抗磨或可延展(ductile)材料来减少应力及避免颗粒的形成。此处，将被偏转的二维结构的接触片和微操纵器接触片可以涂上另外的非磨损材料。例如，这些材料可以是氧化物、氮化物、氮化硅、碳化物层、钻石层和/或可延展层(例如金、铝、铝合金、镍的金属和其它金属)。然而，这些材料也可以是例如感光性树脂(photoresist)、聚酰胺、特氟纶的聚合物或其它聚合物材料。

此外，用于偏转二维结构的微操纵器的接触片可以在几何结构上设计为成对于将被偏转的二维结构的将要实现的偏转角，它们具有平行于偏转的二维结构对准的最大的接触片。

将被偏转的二维结构的接触片可以构造成：通过由另外的弹簧元件支撑微操纵器的力作用表面，偏转的二维结构的接触片可以自己平行于作用的微操纵器的接触片对准。这用于在偏转二维结构和作用的微操纵器之间获得尽可能大的接触片。

此外，在通过微操纵器偏转二维结构完成之后，它们的共同接触可以通过使用材料配合(例如粘附、粘结、软焊、SLID、通过形成合金连接)、或构造配合(例如机械闩锁)、或力配合连接永久固定。力配合连接可以通过例如粘附力、摩擦力和夹紧力实现。将被微操纵器偏转的二维结构可以通过扭转支撑件可移动地支撑、通过平行导向器由相应连接件(例如四个铰链的连接件)可移动地支撑、或借助弯曲弹簧可移动地支撑。

在图3中图示了通过扭转轴20倾斜的可移动电极10和通过二个微操纵器24(有角垂直梳(angular vertical comb)(AVC)致动结构)和扭簧16偏转的静态电极12(AVC反电极)。具有集成的器件的框架结构14利用相关的分隔件30b布置在盖结构26、框架结构30a和底基片结构28之间。

在图4中图示了具有通过微操纵器结构向下预偏转的倾斜的二维结构的封装的微机械器件。此处，微操纵器结构24永久地连接到光学盖基片26，光学盖基片26在与扫描仪反射镜15相互作用的电磁辐射的相关波长范围内具有很高的透射度。盖玻璃26可以在封装后永久地连接在微机械器件上。此处，盖玻璃可以通过框架或分隔件结构30a直接地或者间接地被连接，框架或分隔件结构30a又可以包括多个独立的构件。可选地，微机械器件可以通过底基片28和框架结构30b在其背侧永久密封。

图5显示了封装的微机械器件9的实施例，微机械器件9具有通过微操纵器结构24向下预偏转的倾斜的二维结构。所述结构仍然可以例如是上述具有相应电极12和相应扭转轴20和/或扭簧16的扫描仪反射镜。微操纵器结构24可以永久地或者整体地(monolithically)与支撑结构32连接。支撑结构32自身不需要具有例如任何光学功能，因此不需要是透明的，但它可以在微机械器件9的光学有效表面的区域内具有孔34，用于不妨碍光耦合及光去耦。对于没有任何光学功能的微机械器件，在支撑结构32内不需要孔34。

在封装后，支撑结构永久地连接在微机械器件上。支撑结构通过框架分隔件结构30a直接或间接地被连接。可选地，微机械器件可以再次通过底基片28和框架结构30b在其背侧被密闭地密封。

作为另一个实施例，图6再次显示了类似图5中实施例构造的微机械器件9的剖面图，其中封装的微机械器件通过光学盖玻璃26在其顶侧和/或前侧被密封，从而能密闭密封并保护该器件。光学盖玻璃26平行于微机械器件对准并永久连接在微操纵器结构24的支撑结构32上。在封装的微器件的光学有效范围内，支撑结构具有用于不妨碍光耦合和光去耦的自由孔。

在本发明的另一个实施例中，在图7中示出了类似图5的器件，但是封装的微机械器件9通过光学盖玻璃36在其顶侧被密封，其中光学窗以相对于封装的微机械器件9和支撑结构32倾斜的方式取向。此处，光学盖玻璃36的倾斜可以通过对应地形成窗安装件38实现，其中窗安装件38可以永久地连接在支撑结构32上。

图8显示了本发明的另一个实施例。微机械器件9图示为在芯片级封装的单个器件40的形式，所述单个器件40具有向下偏转的倾斜的电极结构12。微机械器件芯片40位于封装42的空腔41内并永久地连接在封装42上，封装42可以由例如陶瓷或金属(例如金属罐头封装)，塑料或玻璃组成。微机械器件芯片40可以通过例如粘附44、粘结或软焊或其它连接手段连接在外部封装42上。微致动器结构24的支撑结构32可以通过例如粘附、粘结、软焊或其它连接手段连接在外部封装42上。包括微操纵器结构或微致动器结构的支撑结构相对于微机械器件40对准。然后在连接支撑结构32和外部封装42的过程中实现二维结构的偏转或倾斜。如果所述器件是光学器件(例如在此实施例中)，支撑结构可以在微器件的光学有效范围的区域内具有自由光学孔34，用于不妨碍光耦合及光去耦。为了密闭地密封该封装，整个封装42可以通过平行于支撑结构32对准并永久地连接其上的盖玻璃26来密封。

可选地，如图9中实施例所示，在芯片级作为单个器件40封装的微机械器件9可以包括相对于微机械器件9倾斜的光学窗36，此单个器件40的倾斜的结构12通过微操纵器结构24向下偏转。光学窗36的倾斜可以通过相应地形成窗安装件38实现，其中窗安装件38可以永久地连接在支撑结构32上。还可以设想的是：支撑结构32本身用作窗安装件并为此目而对应地形成例如楔形的三维结构，从而光学窗36相对于微器件40倾斜。此制造三维支撑基片可以通过机械微精密加工、微成形、微注射模制、或通过所谓的LIGA(平版电镀成形(lithographic galvanic forming))技术实现。

图10显示了通过包括上述结构的微机械器件9的本发明的另一个实施例的剖面图。然而，在此实施例中，偏转的倾斜的二维结构(其可以是扫描仪反射镜的梳状电极)，在盖结构或光学盖玻璃26的方向上偏转。与此相关，用于偏转二维结构必需的微致动器结构24可以位于微器件9的背侧和/或下侧或在底基片上，并永久连接在微器件9的背侧和/或下侧或在底基片上。底部基片28可以相对于微机械器件基片14对准并通过例如粘附、晶片粘结、软焊或通过SLID方法永久地连接其上。二维结构的偏转可以通过在连接或封装底基片28和器件基片14的过程中通过微致动器结构24实现。在微机械器件9的顶侧再次可以可选地具有光学盖玻璃26，其可用作窗。框架或框架结构30a、30b可以用作对光学窗的分隔件并在微器件的光学有效区域之上形成空腔41。

图11显示了本发明的另一个实施例，其中，二维结构向器件顶侧方向，即向盖玻璃26的方向偏转。为此需要的微致动器结构作用在可倾斜的电极12的顶侧。此微致动器结构24永久地连接在可选支撑基片26上或直接连接在光学盖玻璃上。在此实施例中向微机械器件9的顶侧方向倾斜或偏转二维结构通过将力作用在或将扭矩施加在作用杠杆臂的短侧而实现，所述作用杠杆臂的短侧形成在扭簧16和作用在电极12上的力的位置之间。盖玻璃26和/或支撑结构可以再次通过分隔件30a永久地连接在微器件基片14上。在此实施例中，仅图示了盖玻璃26，没有图示可选的支撑结构32。

图12显示了一实施例，其中倾斜的二维结构交替向上和向下偏转。再次涉及前述已经提到的一维扫描仪反射镜的可倾斜的静态梳状电极12。用于偏转二维结构的微致动器结构24既位于微机械器件的顶侧又位于微机械器件的下侧。微致动器结构24或者连接到底基片28和/或前侧支撑结构上，或者直接连接到窗玻璃26上。通过微致动器结构，在利用底基片28、盖和/或窗基片26和相应的框架结构30a和30b连接或封装微机械器件基片14的过程中偏转二维结构。

在图13的实施例中，倾斜的二维结构交替向上和向下偏转，微致动器结构24作用在结构12的顶侧和/或前侧上，即从器件9的顶侧作用。微致动器结构24永久地连接到可选支撑基片上或直接地连接到光学盖玻璃26上。盖玻璃和/或支撑结构再次通过框架结构30a和/或30b的分隔件永久地连接在微器件上。在此示出的实施例中，再次只图示了盖玻璃，没有图示可选的支撑结构。

布置用于施加微操纵器结构的力的可偏转二维结构12的接触片18的位置，使得微致动器交替向下和向上并交替地偏转或倾斜二维结构。图示实施例的实质优点在于：由于对准公差还影响结构的倾斜，对微致动器结构和将被偏转的二维结构的横向对准公差的高鲁棒性(robustness)使设备的对称性没有被打乱。

图14显示了与图13类似的一实施例，其中，二维结构交替向微机械器件顶侧和下侧偏转。微致动器结构24在器件的下侧作用，其在框架14内实现。此微致动器结构可以永久地连接在底基片上，此底基片永久地连接在微器件上。与图13类似，图示的此实施例具有优点——由于偏转的二维结构还可以横向对准公差形成，对微致动器结构和将被偏转的二维结构的横向对准公差的高鲁棒性使设备的对称性没有被打乱。

图15示意性地显示了封装的微机械器件9的实施例，微机械器件9具有通过微致动器结构24预偏转的二维结构，其中，为了降低装配公差，自对准偏转微致动器结构24和将被倾斜的二维结构12可以通过自对准装配结构50实现。自对准结构50既存在于微机械器件40中，又存在于具有微致动器结构24的支撑基片26，30a中，微致动器结构24将被连接到支撑基片26，30a。

图16显示了微机械器件9的另一个实施例，其中可以在器件封装过程中通过微操纵器结构24偏转二维结构。与上述所有具有通过扭簧16旋转支撑的将被偏转的二维结构的实施例相比，图16中将被偏转的二维结构通过平行连接件52支撑。通过支撑可偏转二维结构，例如电极梳12，作为平行连接件，在施加力的同时被引导的接触片18的平行位移借助于微致动器结构24在该结构偏转中实现。在图16图示的此实施例中，例如静态驱动器电极12的将被偏转的结构刚性地连接到平行连接件52的被旋转支撑的连杆，从而倾斜相关的二维结构12。二维结构的绝对倾斜角大体上只取决于在封装过程中由微操纵器24的降低产生的接触片18的平行移动的高度。与此相对，在接触片18内施加力的横向位置不重要，从而产生的二维结构的倾斜角独立于其它的临界横向对准公差。因此，对于将被同时偏转的多个二维结构，可以实现具有大的再现性以及器件的更佳对称性的相同倾斜角。

在图16描述的实施例中，将被偏转的二维结构12都向下倾斜，其中永久地连接在窗基片26和/或可选支撑基片上的微致动器结构24从顶侧作用于接触片18并且以限定且平行的方式向底基片28的方向移动接触片18，从而例如静态驱动器电极结构12的二维结构对称地倾斜。

图17图示了与图16类似的实施例，其中向盖结构26的方向倾斜将被偏转的二维结构12。为此目的，偏转微操纵器结构24从器件后侧和/或底基片28作用，从而由于借助平行连接件52a-c的支撑，产生接触片18的平行移动以及二维结构向盖结构26方向的对称倾斜。微致动器结构24可以永久地连接在底基片28上。

图18显示了与图17类似的另一个实施例。与图16对比，将被偏转的二维结构12永久地、即刚性地连接到用于传递力的接触片18。因此，在降低微致动器结构即封装的过程中，将被偏转的二维结构12以与接触片18同时的方式平行向上移动，从而在其偏转最终状态的二维结构12以通过微操纵器的几何结构和/或高度限定的间距平行对齐并且位于器件基片14之上。

与图16类似，图19显示了封装的微机械器件的另一个实施例，其中相关的二维结构12平行于器件框架基片14偏转。对比图18，通过作用在接触片18顶侧的微致动器结构24，与图16类似，二维结构12向下并在向底基片28的方向上偏转。

图20显示了切割封装的微器件9的剖面图，微器件9不包括任何光学窗盖基片。二维偏转结构12通过从底基片28在背侧作用的微致动器结构24被偏转。图20图示了在通过锯切割晶片矩阵中的器件后的状态。分隔件框架结构30a粘附到支撑箔(foil)54，即所谓的“蓝带(blue tape)”，或在例如锯晶片的切割过程中的其它任何辅助的支撑结构，并且分隔件框架结构30a位于器件前侧并永久地连接在器件前侧上。

图21的实施例再次显示了切割没有光学窗盖基片的封装微器件9，然而此微器件9包括通过从前侧、即从支撑基片32作用的微致动器结构24被偏转的二维结构12。图21图示了在通过锯切割晶片矩阵中的器件后的状态。在设备的前侧和/或顶侧，存在永久连接到器件上的分隔件框架结构30a，以及微致动器结构24的支撑结构32，其中微致动器结构24永久地连接在支撑基片32上。在例如锯晶片的切割中，晶片矩阵利用前侧支撑基片32粘附到支撑箔54上，例如所谓的“蓝带”或任何其它辅助支撑基片上。

作为微机械器件9的实施例，图22显示了形成在器件基片14中的扫描仪反射镜56。扫描仪器件56通过另外的扭簧58被可旋转支撑在外部固定框架60中，所述扭簧58相对于现有的扭簧20同轴布置。整个微机械器件56因此在封装过程中同器件基片14一起倾斜。

扫描仪反射镜56包括镜面15和尤其用于偏转静态电极12的扭簧16，此静态电极12包括接触片18。

图23显示了与图22相同的倾斜的微器件基片56的实施例，此倾斜微器件基片56通过相应的微致动器结构24在器件封装过程中被永久地偏转。在器件密封过程中，即封装过程中，整个微机械器件56例如二维微镜通过微操纵器结构24与基片14一起倾斜，为此，如上所述，此基片14通过扭簧58被可旋转支撑在外部固定框架60中。曲折弹簧(meandering spring)58具有同二维扫描仪56镜面15相同的扭转轴20或者与扭转轴20同轴或围绕扭转轴20旋转的扭转轴。外部固定框架60可以永久地连接在底基片28上并且分隔件和窗基片26平行于底基片28对准。包括二维扫描仪反射镜56的微器件基片14因此可以相对于盖结构26倾斜的方法布置。

这意味着此种产生3D结构的方法可以在晶片上执行，从而晶片包括2D结构，此2D结构在晶片矩阵内制造，通过轴承释放并连接到晶片，所述轴承设计用于在晶片平面外部静态锚固。所述2D结构可以移出晶片平面并通过一个或更多微操纵器竖立而形成三维结构。用于实现3D结构的2D结构的偏转或倾斜可以在微机械器件的封装过程中完成。在其偏转出晶片平面之后，2D结构可以被锚固在其位置上，其中微操纵器是器件的永久部件。

在本发明的实施例中，微操纵器也可以是所述二维结构的永久部件。即，二维结构自身可以包括微操纵器。此集成入二维结构的微操纵器因此可以被偏转并布置在封装和二维结构之间使得此二维结构偏转出基片平面。

具有二维结构的微机械器件可以是例如具有驱动器和/或梳状电极的扫描仪反射镜，其可以准静态地，共振地或静态地偏转。在下面，二维结构可以称为微机械功能结构。为了准静态或共振操作根据本发明的另一个实施例的微机械器件，微机械器件可以进一步包括为了提供变化电压的装置。这些装置可以包括适用于用于施加相应电压到梳状电极的导电线路(conductive-trace)引入端(lead-ins)，接触片和电路。这些装置也可以包括控制装置，由此具有对于正常操作微机械功能结构必需频率的周期电压可以在共振情况下施加在梳状电极上。控制装置可以进一步包括用于探测在主轴上震荡的二维微机械结构的零交叉(zero crossing)的装置。此外，微机械器件可以用作传感器并使用上述装置来探测微机械功能结构的移动。

在本发明的另一个实施例中，相比扭簧，优选例如弯曲弹簧(flexionspring)来悬挂扫描仪反射镜的固定梳。

在本发明另一个实施例中，扫描仪反射镜的另外的梳状电极结构可以安置在例如扫描仪盘上的微机械器件。对比以上实施例，微机械功能结构可以旋转地并二维地悬挂，由此微机械功能结构，例如镜面，可以在二个方向上偏转并平动地移动。相似地，此结构可以具有互相以90度旋转的扭转轴。旋转轴可以以任意角度旋转。作为特殊的情况，旋转构造的二维结构可以包括例如共线(collinear)轴，其中通过所述共线轴可以专门获得更大的偏转角。可二维旋转的可偏转结构可以构造成偏转运动之一通过不同的作用原理，例如磁、压电、热或声响作用原理而实现。在二维偏转的二个方式都可以通过准静态或共振方法完成，或一个偏转以准静态方法完成，另一个以共振方法完成。

此外，具有二维旋转可偏转结构的微机械器件可以构造成偏转之一可以通过静电平面内驱动器实现(EP1123526)。

微机械功能结构可以例如在一维或二维可旋转偏转，其中至少一个偏转方向通过在所述实施例中描述的倾斜梳布置实现，并且可以包括在微机械功能结构上或内的另外的衍射元件和/或另外的高反射镜面(reflective mirror plating)。其可以是衍射光学元件(DOE)，光栅(grating)，金属镜面(metallic mirror plating)，电介质镜面(dielectirc mirror plating)，金属涂层镜面(coated metallic mirrorplating)等。

在实施例中，基于微机械器件的设计和构造，扫描仪反射镜的梳状电极(梳)可以通过一个或多个心轴以任何方向偏转出芯片平面或在芯片平面下偏转，所述芯片平面由镜面和框架结构的静止位置决定。梳的偏转可以专门实施成所有梳以通过器件中心的轴线对称，或相对器件中心点对称，或完全不对称地向上、向下偏转。

微机械器件可以包括控制装置或可以由控制装置驱动，从而微机械功能结构的可形成的(creatable)移动跟随具有快速翻转动作的斜面(ramp)。控制装置可以构造成由静电梳驱动器产生线性平移，所述线性平移由函数式z(t)＝C1xt描述，其中偏转z和时间t间的精确线性函数关系由常数C1决定。类似地，静电梳驱动器可以控制成产生具有角偏转φ(t)＝C2xt的线性旋转运动。偏转角φ因此直接与旋转运动的偏转时间t成比例。

二维结构，例如扫描仪反射镜，还可以具有适应于该应用的移动形式，从而在视屏(view screen)上实现由扫描仪反射镜偏转的激光点的线性运动。用于对本发明的倾斜的梳状电极施加相应电压的控制也可以由以下方式完成：以不同的速度或相同的速度完成由扫描仪反射镜偏转的激光点的来回过程(back-and-forth course)，其中来回过程的折返点在屏幕上被取消(blank out)。

在另一个实施例中，倾斜的梳状电极和用于平移的方法也可以通过相应的控制装置用于对在光学器具中精确光学路径长度的调制。路径长度调制可以既平动地又转动地完成。通过倾斜梳结构的平动运动也可以用于延长器具的光学路径长度。二维结构也可以例如在一维或二维中平动地移动，其中在至少一个方向的移动通过倾斜的梳布置实现，其中另外的衍射元件布置在微机械器件中。例如DOE，光栅，金属镜面，电介质镜面，金属涂层镜面等。

本发明的微机械器件可以应用于光学路径长度调制，所述光学路径长度调制用于共焦显微镜，傅里叶变换分光计，和/或用于调整激光器中的共振腔长度，以及用于选择和/或改变激光波长。还可以设想：由根据本发明的一维或二维元件，平动元件或旋转元件构建线性阵列或二维阵列。

所述微机械功能结构可以是前侧和后侧都形成反射镜的镜面。

实现利用该倾斜的梳结构的所建议的方法与其它作用原理的组合的微机械装置，也是可能的，所述作用原理是准静态地、共振地、平移或旋转地操作的。

在根据本发明的另一个实施例中，为了输送另外的电势，通过在较少参杂的基片中的弹簧或高度参杂的区域，微机械器件可以包括多弹簧(multi-springs)或金属导电线路。在微机械器件中，梳状电极的齿可以连接到扭簧或比扭簧刚性更大的器件区域上，在其上微机械器件可以旋转。具有自己的齿的固定梳结构和具有自己的齿的可移动梳状电极可以形成在不同的基片内或框架层内。此外，相比扭簧，优选使用具有接触片的弯曲弹簧，此弯曲弹簧可以受到用于偏转固定梳的作用力，和/或可以通过四铰链连接件平行移动。

根据实施例，微机械器件可以应用于图像投影或定位光线或激光束。该微机械器件可以例如用于偏转或定位以连续或脉冲的方式工作的光线或激光束。

所述微机械器件可以形成在各种基片中，例如形成在硅、砷化镓、磷化铟、氮化镓、氮化硅或其它基片中。作用器层可以是多晶的或单晶的。

Claims (17)

1.一种制造微机械结构的方法，包括步骤：

在基片(14)内形成(100)被可偏转支撑的二维结构(11)；

将所述被可偏转支撑的二维结构(11)布置(102)在封装(22)内，使得集成微操纵器(24，26)布置在所述封装和所述二维结构(11)之间，由此实现所述二维结构(11)偏转出所述基片(14)的平面。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：释放在基片(14)中的所述二维结构(11)。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：将所述二维结构(11)固定在偏转状态。

4.如权利要求3所述的方法，其中固定以材料配合、构造配合或力配合的方式实现。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述二维结构(11)在晶片中形成。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述封装(22)包括盖结构(26)、底结构(28)以及框架结构(30a，30b)。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述盖结构(26)、底结构(28)以及框架结构(30a，30b)包括微操纵器(24，26)。

8.如权利要求1所述的方法，其中实施将所述被可偏转支撑的二维结构(11)布置(102)在封装(22)内的步骤，使得集成到二维结构的微操纵器布置在所述封装和所述二维结构(11)之间，从而实现所述二维结构(11)偏转出所述基片(14)的平面。

9.一种微机械器件，包括：

封装(22)；

基片(24)；

布置在所述基片(14)内的二维结构(11)；以及

布置在所述封装(22)和所述二维结构(11)之间的微操纵器(26)，从而所述二维结构(11)偏转出所述基片(14)的平面。

10.如权利要求9所述的微机械器件，其中所述封装(22)包括盖结构(26)、底结构(28)以及框架结构(30a，30b)。

11.如权利要求10所述的微机械器件，其中所述基片(14)、盖结构(26)以及底结构(28)彼此平行布置。

12.如权利要求9所述的微机械器件，其中所述二维结构(11)是一维或二维可移动扫描仪反射镜。

13.如权利要求9所述的微机械器件，其中所述二维结构(11)包括至少一个接触片(18)，所述接触片(18)具有与微操纵器接触的机械抗磨或可延展接触层。

14.如权利要求9所述的微机械器件，其中所述封装(22)包括区域，所述区域具有对于入射电磁辐射具有高透射率并且与所述二维结构(11)相互作用。

15.如权利要求14所述的微机械器件，其中所述区域包括在盖结构(26)内的光学窗结构(36)。

16.如权利要求15所述的微机械器件，其中所述光学窗结构(36)以相对于所述盖结构(32)和所述基片(14)倾斜的方式布置。

17.如权利要求9所述的微机械器件，其中所述微操纵器集成在所述二维结构中。

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