CN103048784B - 一种无源驱动mems光开关及加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无源驱动MEMS光开关及加工工艺，其中无源驱动MEMS光开关包括镜体（1）、镜体边框（2）和还包括磁性件（3），镜体（1）通过弹性连接件（4）与镜体边框（2）相连接，磁性件（3）设置在镜体（1）的背面；本发明设计的无源驱动MEMS光开关结构简单、易于实现，取消了通电驱动的方式，具有很高的安全性；本发明针对无源驱动MEMS光开关的加工工艺采用了MEMS加工工艺，保证了产品的成品率，而且实现了批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种无源驱动MEMS光开关及加工工艺。
背景技术
微机电系统（MEMS）技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米。采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用集成电路（IC）生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。
现如今，微型化，高性能，低成本，大批量是当今器件制造的追求目标，微机电系统被广大设备制造商广泛应用。MEMS器件借助于成熟的半导体生产技术，使用硅等材料作为载体，促进了各式各样的新型微型化传感器与驱动器的蓬勃发展。
光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的光学器件。传统光开关器件，利用继电器，反射镜，机械对准装置等组装在一起。通过电压控制继电器的吸合带动高反射镜偏转移动。为了保证光路对准达到设计性能指标，传统机械式光开关在生产过程必须经过精密的调试安装，以确保反射状态下光开关的性能。传统结构的机械光开关不仅对其生产工艺的要求较高、不利于批量生产。
同时由于为了驱动镜面，需要通过对电路控制装置施加电流或电压，这就限制了其在某些特殊场合的应用，如矿井，油田，易燃易爆环境等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、应用方便、且安全性高，具有广泛应用领域的无源驱动MEMS光开关。
与此相应，本发明所要解决的技术问题是提供一种应用MEMS工艺技术，实现批量生产，用于加工本发明中设计的无源驱动MEMS光开关的加工工艺。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种无源驱动MEMS光开关，包括镜体、镜体边框和磁性件，镜体通过弹性连接件与镜体边框相连接；磁性件设置在镜体的背面。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括透光盖，透光盖以其内表面面向所述镜体的方向、设置在镜体边框的上方。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括底盖，底盖以其内表面面向所述磁性件的方向、设置在镜体边框的下方。
作为本发明的一种优选技术方案：所述底盖的内表面设置有凹槽。
作为本发明的一种优选技术方案：所述镜体其中的一边通过弹性连接件与镜体边框其中的一边相连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述镜体上与弹性连接件所在边、相对的另一边上设置有无磁性限位边。
作为本发明的一种优选技术方案：所述镜体上相对的两边分别通过弹性连接件与镜体边框上相对的两边相连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述镜体上与设置在相对两边上弹性连接件之间的连线、相垂直的另外两边上分别设置有无磁性限位边。
本发明所述一种无源驱动MEMS光开关采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明设计的无源驱动MEMS光开关结构简单、易于实现，取消了通电驱动的方式，具有很高的安全性；
（2）本发明设计的无源驱动MEMS光开关中在镜体边框的上方和下方设置有透光盖和底盖，在不影响光开关工作的同时，对镜体起到了保护效果，而且底盖对镜体的位移起到了限位作用；
（3）本发明设计的无源驱动MEMS光开关中，底盖的内表面设置凹槽，保证了镜体拥有更大的位移空间；
（4）本发明设计的无源驱动MEMS光开关中，在镜体的边缘设置有无磁性限位边，在底盖对镜体位移进行限位的过程中，避免了镜体直接与限位结构相接触，对镜体起到了保护作用；
（5）本发明设计的无源驱动MEMS光开关中，针对镜体的位移方向，对镜体与镜体边框之间的连接关系设计了两种技术方案，提供了多样化的工作模式。
与此相应，本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种无源驱动MEMS光开关的加工工艺，包括所述镜体和镜体边框的加工工艺，镜体和镜体边框的材料为SOI硅片，SOI硅片包含两层硅，且两层硅之间为掩埋二氧化硅层，该加工工艺包括如下步骤：
步骤a1.对SOI硅片进行双面标准清洗；
步骤a2.对SOI硅片正面图形化并电镀磁性材料；
步骤a3.对SOI硅片正面图形化，并刻蚀Si一直到所述掩埋二氧化硅层；
步骤a4.对SOI硅片背面图形化，并刻蚀Si一直到所述掩埋二氧化硅层；
步骤a5.湿法或干法刻蚀所述掩埋二氧化硅层；
步骤a6.对SOI硅片背面淀积一层金，构成镜体。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括底盖的加工工艺，底盖的材料为SOI硅片，SOI硅片包含两层硅，且两层硅之间为掩埋二氧化硅层，该加工工艺包括如下步骤：
步骤b1.对SOI硅片进行双面标准清洗；
步骤b2.对SOI硅片正面进行氧化或氧化层淀积，并图形化；
步骤b3.对SOI硅片的正面进行甩胶光刻；
步骤b4.利用步骤b3的光刻胶作为阻挡掩膜，对SOI硅片的正面干法刻蚀Si直至所述掩埋二氧化硅层；
步骤b5.利用步骤b2的氧化层作为阻挡掩膜，再一次对SOI硅片正面第2次干法刻蚀Si。
本发明所述一种无源驱动MEMS光开关的加工工艺采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明设计的无源驱动MEMS光开关的加工工艺，采用MEMS加工工艺，保证了产品的成品率，而且实现了批量生产。
附图说明
图1是本发明设计的无源驱动MEMS光开关的第一实施例的正面结构示意图；
图2是本发明设计的无源驱动MEMS光开关的第一实施例的反面结构示意图；
图3是本发明设计的无源驱动MEMS光开关的第一实施例中镜体边框和镜体的结构示意图；图4是本发明设计的无源驱动MEMS光开关的第一实施例中镜体边框和镜体的活动效果示意图；
图5是本发明设计的无源驱动MEMS光开关的第二实施例中镜体边框和镜体的结构示意图；图6是本发明设计的无源驱动MEMS光开关的第二实施例中镜体边框和镜体的截面结构示意图。
其中，1.镜体，2.镜体边框，3.磁性件，4.弹性连接件，5.无磁性限位边，6.底盖，7.凹槽，8.透光盖。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1至图4所示，本发明设计了一种无源驱动MEMS光开关，包括镜体1、镜体边框2和磁性件3，镜体1通过弹性连接件4与镜体边框2相连接；磁性件3设置在镜体1的背面。
本发明设计的无源驱动MEMS光开关结构简单、易于实现，取消了通电驱动的方式，具有很高的安全性。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括透光盖8，透光盖8以其内表面面向所述镜体1的方向、设置在镜体边框2的上方。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括底盖6，底盖6以其内表面面向所述磁性件3的方向、设置在镜体边框2的下方。
本发明设计的无源驱动MEMS光开关中在镜体边框2的上方和下方设置有透光盖8和底盖6，在不影响光开关工作的同时，对镜体1起到了保护效果，而且底盖6对镜体1的位移起到了限位作用。
作为本发明的一种优选技术方案：所述底盖6的内表面设置有凹槽7。
本发明设计的无源驱动MEMS光开关中，底盖6的内表面设置凹槽7，保证了镜体1拥有更大的位移空间
作为本发明的一种优选技术方案：所述镜体1其中的一边通过弹性连接件4与镜体边框2其中的一边相连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述镜体1上与弹性连接件4所在边、相对的另一边上设置有无磁性限位边5。
如图5和图6所示，作为本发明的一种优选技术方案：所述镜体1上相对的两边分别通过弹性连接件4与镜体边框2上相对的两边相连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述镜体1上与设置在相对两边上弹性连接件4之间的连线、相垂直的另外两边上分别设置有无磁性限位边5。
本发明设计的无源驱动MEMS光开关中，针对镜体1的位移方向，对镜体1与镜体边框2之间的连接关系设计了两种技术方案，提供了多样化的工作模式。
本发明设计的无源驱动MEMS光开关中，在镜体1的边缘设置有无磁性限位边5，在底盖6对镜体1位移进行限位的过程中，避免了镜体1直接与限位结构相接触，对镜体1起到了保护作用。
如图4所示，图中镜体1的最大位移为d，此时针对这个最大位移d，可以将底盖6内表面的凹槽7的深度设置d，这样加上无磁性限位边5的作用，就可以在对镜体1位移进行限位，保护镜体1本身的同时，使得镜体1拥有更大的位移空间，使本发明设计的无源驱动MEMS光开关获得更好的工作效果。
本发明设计了一种无源驱动MEMS光开关的加工工艺，包括所述镜体1和镜体边框2的加工工艺，镜体1和镜体边框2的材料为SOI硅片，SOI硅片包含两层硅，且两层硅之间为掩埋二氧化硅层，该加工工艺包括如下步骤：
步骤a1.对SOI硅片进行双面标准清洗；
步骤a2.对SOI硅片正面图形化并电镀磁性材料，如镍铁；
步骤a3.对SOI硅片正面图形化，并刻蚀Si一直到所述掩埋二氧化硅层；
步骤a4.对SOI硅片背面图形化，并刻蚀Si一直到所述掩埋二氧化硅层；
步骤a5.湿法或干法刻蚀所述掩埋二氧化硅层；
步骤a6.对SOI硅片背面淀积一层金，构成镜体1。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括底盖6的加工工艺，底盖6的材料为SOI硅片，SOI硅片包含两层硅，且两层硅之间为掩埋二氧化硅层，该加工工艺包括如下步骤：
步骤b1.对SOI硅片进行双面标准清洗；
步骤b2.对SOI硅片正面进行氧化或氧化层淀积，并图形化；
步骤b3.对SOI硅片的正面进行甩胶光刻；
步骤b4.利用步骤b3的光刻胶作为阻挡掩膜，对SOI硅片的正面干法刻蚀Si直至所述掩埋二氧化硅层；
步骤b5.利用步骤b2的氧化层作为阻挡掩膜，再一次对SOI硅片正面第2次干法刻蚀Si。
本发明设计的无源驱动MEMS光开关的加工工艺，采用MEMS加工工艺，并且无需通电控制，保证了产品的成品率，而且实现了批量生产。
本发明设计的无源驱动MEMS光开关在实际应用过程当中，由于磁性件3设置在镜体1的背面，该MEMS光开关在外部可变磁场的作用下实现了镜面偏转，进而实现了光开关得工作效果，其中，外部可变磁场可通过磁块，以及人工对磁块位置的调整去实现，不仅如此，外部可变磁场还可以通过设置在该MEMS光开关外部的通电磁线圈去实现；加之底盖6以及其内表面的凹槽7，在保证镜体1最大位移的同时，对镜体1的位移起到了限位；设置的无磁性限位边5，使得底盖6对镜体1限位的同时，对镜体1本身起到了保护作用。
本发明设计的无源驱动MEMS光开关包括两种实施例，第一实施例中，镜体1以设置在其一边上的弹性连接件4为圆点进行偏转，且设置在镜体1上与弹性连接件4所在边、相对的另一边上的无磁性限位边5，与底盖6相结合，在镜体1位移过程中，对镜体1本身起到了保护的效果。
第二实施例中，镜体1上相对的两边分别通过弹性连接件4与镜体边框2上相对的两边相连接，则镜体1以两个弹性连接件4之间的连线为轴进行偏转，且设置在镜体1上与设置在相对两边上弹性连接件4之间的连线、相垂直的另外两边上的无磁性限位边5，与底盖6相结合，在镜体1位移过程中，对镜体1本身起到了保护的效果。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (2)
1.一种无源驱动MEMS光开关的加工工艺，其特征在于：无源驱动MEMS光开关包括镜体（1）、镜体边框（2）、磁性件（3）、底盖（6）和透光盖（8），其中，镜体（1）与镜体边框（2）之间的位置关系为如下两种结构中任意一种：
其一，镜体（1）其中的一边通过弹性连接件（4）与镜体边框（2）其中的一边相连接，并且镜体（1）上与弹性连接件（4）所在边、相对的另一边上设置有无磁性限位边（5）；
其二，镜体（1）上相对的两边分别通过弹性连接件（4）与镜体边框（2）上相对的两边相连接，并且镜体（1）上与设置在相对两边上弹性连接件（4）之间的连线、相垂直的另外两边上分别设置有无磁性限位边（5）；
另外，磁性件（3）设置在镜体（1）的背面，底盖（6）以其内表面面向所述磁性件（3）的方向、设置在镜体边框（2）的下方，并且底盖（6）的内表面设置有凹槽（7），透光盖（8）以其内表面面向所述镜体（1）的方向、设置在镜体边框（2）的上方；所述加工工艺包括所述镜体（1）和镜体边框（2）的加工工艺，镜体（1）和镜体边框（2）的材料为SOI硅片，SOI硅片包含两层硅，且两层硅之间为掩埋二氧化硅层，其特征在于：该镜体（1）和镜体边框（2）的加工工艺包括如下步骤：
步骤a1. 对SOI硅片进行双面标准清洗；
步骤a2. 对SOI硅片正面图形化并电镀磁性材料；
步骤a3. 对SOI硅片正面图形化，并刻蚀Si一直到所述掩埋二氧化硅层；
步骤a4. 对SOI硅片背面图形化，并刻蚀Si一直到所述掩埋二氧化硅层；
步骤a5. 湿法或干法刻蚀所述掩埋二氧化硅层；
步骤a6. 对SOI硅片背面淀积一层金，构成镜体（1）。
2.根据权利要求1所述一种无源驱动MEMS光开关的加工工艺，其特征在于：还包括底盖（6）的加工工艺，底盖（6）的材料为SOI硅片，SOI硅片包含两层硅，且两层硅之间为掩埋二氧化硅层，其特征在于：该底盖（6）的加工工艺包括如下步骤：
步骤b1. 对SOI硅片进行双面标准清洗；
步骤b2. 对SOI硅片正面进行氧化或氧化层淀积，并图形化；
步骤b3. 对SOI硅片的正面进行甩胶光刻；
步骤b4. 利用步骤b3的光刻胶作为阻挡掩膜，对SOI硅片的正面干法刻蚀Si直至所述掩埋二氧化硅层；
步骤b5. 利用步骤b2的氧化层作为阻挡掩膜，再一次对SOI硅片正面第2次干法刻蚀Si。
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