CN107082406B

CN107082406B - 特别是用于微型投影仪的、包括使用mems技术制造的微镜面的镜面组件

Info

Publication number: CN107082406B
Application number: CN201610875917.5A
Authority: CN
Inventors: R·布廖斯基
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: EP3206071B1; ITUB20160719A1; US20170235128A1; EP3206071A1; CN107082406A; CN206441727U; US10338378B2

Abstract

由沿着弯曲线(C)弯曲并且包括分别承载了第一和第二芯片的第一和第二支撑部分(32，33)的整体框架(31)形成镜面组件(30),形成使用MEMS技术制造的两个微镜面。第一和第二支撑部分(32，33)设置在框架的弯曲线(C)的相对侧边上，相对于相互成角度倾斜。通过分离承载了多个框架、具有柔性电连接元件的成型金属卷带而获得镜面组件。在附接芯片之后，预切割框架，沿着弯曲线弯曲，并且分离。

Description

特别是用于微型投影仪的、包括使用MEMS技术制造的微镜面的镜面组件

技术领域

本发明涉及特别是用于微型投影仪的包括使用MEMS技术获得的微镜面的镜面组件。

背景技术

如已知的那样，微型投影仪(picoprojector)是能够在墙壁或其他表面上投影图像、视频片段、和存储在小型便携式电子设备诸如电话、平板电脑、膝上型电脑等中的其他视觉文件的小尺寸装置。此外，已经提出将这些微型投影仪集成在机动车辆的仪表板上，例如用于将关于卫星导航功能的信息以及其他路线或通信信息投影至挡风玻璃上。

为了减小尺寸，微型投影仪使用MEMS微镜面系统，其能够围绕两个轴线转动以便执行对二维区域的扫描移动。特别地，在一些解决方案中，微镜面系统包括被驱动用于围绕两个相互垂直旋转轴线而转动的MEMS镜面配对。

例如，图1是微型投影仪的示意图，其中通常是激光源的光源1产生光束2(通常由三个单色光束形成，每个基本颜色对应一个光束)，光束2穿过仅示意性示出的光学系统3而由MEMS镜面5、6的配对偏转。第一MEMS镜面5可以例如是水平微镜面，围绕第一轴线A旋转并且产生快速水平扫描，并且第二MEMS镜面6可以例如是垂直微镜面，围绕横向于特别是垂直于第一轴线A的第二轴线B旋转，并且产生通常锯齿类型的缓慢垂直扫描。两个MEMS镜面5、6的移动的组合使得光束2执行完整二维扫描移动，并且一旦被投影至投影显示器7上，用于在其上产生二维图像。该系统例如描述在WO2010/067354中。

MEMS镜面5、6可以如图2中所示而形成。在此，芯片10包括镜面元件11，具有反射表面9并且悬挂在半导体衬底8之上。镜面元件11由臂部12的配对支撑，其从镜面元件11的相对侧面延伸并且限定了镜面元件11的旋转轴线(例如，垂直微镜面6的旋转轴线B)。臂部12连接至芯片10的固定的外围部分13，其经由使能臂部12围绕轴线B旋转的扭力弹簧14而相对于衬底8固定。臂部12进一步耦合至由静电类型的传动单元18所形成的驱动结构。每个传动单元18包括面向固定电极20的移动电极19。

详细地，移动电极19相对于臂部12固定并且相对于固定电极20成梳齿状以用于产生电容性耦合。固定电极20由支撑区域21承载，其通常相对于芯片10的衬底8而固定。凭借电极19、20的排列设置，驱动结构也定义为“梳齿驱动结构”。

通过在移动电极19和固定电极20之间施加合适的电压，能够在它们之间产生吸引/推斥力并且使得移动电极19相对于固定电极20旋转，使得臂部12围绕轴线B旋转，并且因此使得镜面元件11的对应的受控旋转。

当前，MEMS镜面5、6手动安装在微型投影仪中，每个已经固定至相应的支座。例如，图3示出了镜面组件24，其中由10再次标注的芯片固定地耦合至通常是金属的支座25。承载了电子连接线27的电连接结构26、例如柔性印刷电路(FPC)也固定地耦合至支座25。电连接线27经由电引线28以本质上已知的方式连接至芯片10。

在便携式电子设备中组装期间，操作员拾起两个镜面组件，一个用于水平MEMS镜面而另一个用于垂直MEMS镜面，并且使用在特定设备中的夹具和微型传动器，定位两个单元以使得它们匹配，直至使得它们如所希望的对准。接着，操作员使用紫外光施加可固化胶体，并且两个镜面组件固定在可操作位置中。

该类型组装是缓慢、困难和感知地易错的。接着，采用该方法，正确安装的块件的生产量和产率并非最优。

发明内容

本发明的目的因此在于改进镜面组件以用于简化在电子设备中的组装操作。

根据本发明，提供了一种镜面组件、一种卷带、以及一种用于组装镜面组件的方法。

镜面组件包括：半导体材料的第一芯片，形成第一微镜面；半导体材料的第二芯片，形成第二微镜面；以及整体的框架，沿着弯曲线弯曲并且包括分别承载所述第一芯片和所述第二芯片的第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分设置在所述框架的弯曲线的相对侧边上并且相对于彼此成角度倾斜设置。

用于组装集成微镜面的薄片金属卷带包括：纵向条带的配对，以一距离彼此平行延伸；多个框架，在所述纵向条带之间相互并排延伸；以及外围链接元件，设置在所述纵向条带和所述框架之间，其中所述多个框架的每个框架与所述纵向条带和所述外围链接元件整体成型，并且具有用于相应的集成微镜面芯片的第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分设置在所述框架的弯曲线的相对侧面上。

组装镜面组件的方法包括：将集成第一微镜面的半导体材料的第一芯片固定至框架的第一支撑部分；将集成第二微镜面的半导体材料的第二芯片固定至所述框架的第二支撑部分；以及沿着弯曲线弯曲所述框架以使得所述第一支撑部分和所述第二支撑部分相对于彼此成角度地倾斜设置。

在一个实施例中，在相同金属框架上组装水平和垂直的两个微镜面，并且两个微镜面经由引线电耦合至相应的已经固定至框架的电连接元件(柔性印刷电路)。接着，弯曲框架以便采用所希望的互角设置(mutual angular arrangement)而定位两个微镜面。弯曲可以自动的执行，而无需人类干预，使用类似于半导体工业中所使用那些的成型弯压机以用于在标准集成电路的封装中定性连接导体。框架可以与多个类似框架一起由卷带承载，并且单独的框架可以在单个弯曲步骤之后分离。

附图说明

为了更好理解本发明，现在参照附图、纯粹借由非限定性示例的方式描述其优选实施例，其中：

-图1是微型投影仪的示意性透视图；

-图2是图1的微镜面的实施例的示意图；

-图3是在电子设备中组装之前安装在支座上的微镜面的顶部平视图；

-图4是本发明的镜面组件的透视图；

-图5是图4的镜面组件的侧视图；以及

-图6-图10在透视图中示出了包括用于在后续组装步骤中制造微镜面组件的多个框架的卷带。

具体实施方式

图4和图5示出了设计用于安装在便携式电子设备(未示出)中的镜面组件30。

镜面组件30包括弯曲为V型的刚性材料的框架31，用于形成承载第一芯片35的第一支撑部分32以及承载第二芯片36的第二支撑部分33。

框架31总体是薄层金属(通常是铝)，例如具有约0.5mm的厚度以便使其在故意设计的机器(如下文中详细所述)中弯曲，但是与此同时具有足够的刚硬程度以防止在操作处理期间的任何形变，以及具有支撑部分32、33的充足平面度以用于精确定位芯片35、36。

第一芯片35在此例如是垂直MEMS镜面，并且第二芯片36在此例如是水平MEMS镜面。芯片35、36经由胶体(例如半导体工业中标准的双粘附层(所谓裸片附接薄膜))固定至相应的支撑部分32、33。

此外，框架31承载了两个电连接结构37、38，其中一个用于每个芯片35、36，例如形成作为粘性印刷电路，所谓的已知类型的FPC，嵌入了类似于图3的电连接线27的电连接线(在此不可见)。电连接结构37、38经由引线60耦合至芯片35、36。

第一支撑部分32经由具有S型弯曲部分52的连接臂部39而连接至第二支撑部分33，如以下参照图8详细所述。

经由平面金属薄片的剪切和弯曲而获得框架31，如下文中参照图6-图10所述。特别地，框架31在图5中围绕由C标注的中间虚线而弯曲，以便获得在两个支撑部分32、33之间例如60°的预设角度α，以及在相对于弯曲线C远离的第二芯片36的边缘与第一芯片35的上表面之间例如2.6mm的预设高度H。实际上，弯曲确定比弯曲线更宽的形变区域。简言之，在下文中，如上所示的中间虚线将被限定为弯曲线C，并且形变区域将被称作弯曲区域。

以此方式，芯片35、36的反射表面55、56正确地彼此面对，并且处于正确的位置以便能够偏转光射线，如在图1的微型投影仪中。

参照图6，压印例如铝的薄片金属的卷带40以便形成两个条带41，从而形成卷带40的两个纵向边缘，以及多个框架31，在条带41之间沿着卷带40的纵向方向相互并排设置。每个框架31具有大致矩形的形状并且在多个外围链接42处由条带41支撑，该多个外围链接在此针对每个框架31为四个，设置在大致矩形形状的角部处，并且由支撑臂部43支撑。每个支撑臂部43与条带41横切地延伸，具有连接至两个条带41的端部并且设置在两个相邻框架31之间。此外，每个支撑臂部43连接至两个相邻框架31，设置在其两个侧边处，经由在支撑臂部43的中间部分与框架31的中间部分之间延伸的中间链接44。

具体而言，中间链接44由金属薄片的S型伸展而形成，相对于弯曲轴线C而对称地成对设置以便在它们之间限定切口(slit)47，切口具有与弯曲轴线C对准的纵向伸展。

在每个框架31中，支撑部分32、33相对于弯曲轴线C设置在相对侧边上并且由开口48而相互分离，开口48在沿弯曲的轴线C的卷带40的纵向方向上延伸。

每个框架31的支撑部分32、32具有通常矩形的形状并且经由相对于卷带40横切地并且跨越弯曲轴线C延伸的连接部分而相互连接。在所示的实施例中，每个连接部分包括连接臂部49，具有在该第一支撑部分32的相应外角部附近、靠近与其相邻的条带41而连接至第一支撑部分32的第一端部，以及在第二支撑部分33的相应内角部附近、靠近弯曲轴线C的连接至第二支撑部分33的第二端部。中间链接44在连接臂部49处连接至框架31。

以此方式，每个连接臂部49形成弯曲区域49A，如下文中所述，并且具有在弯曲区域49A与第一支撑部分32的相邻外角部之间的、沿着相应第一支撑部分32的横向侧边而延伸的臂部部分49B。

卷带40进一步承载电连接元件37、38，电连接元件37、38以已知的方式固定至相应的支撑部分32、33。电连接元件在此为U型。

第一对准孔洞50沿着条带41形成，并且每个框架31具有第二对准孔洞51，例如在用于耦合至第一支撑部分32的连接臂部49的端部附近。

在图7中，第一芯片35和第二芯片36以已知方式例如经由裸片附接薄膜附接至相应支撑部分32、33，以便暴露相应反射表面55、56。接着，以已知的方式，焊接电连接引线60以用于将芯片35、36电连接至相应电连接元件37、38。

接着，在图8中，预切割卷带40，用于移除外围链接42，使用在封装集成电路中所使用的标准类型的修整工具(未示出)，例如用于修整引线框架的管脚。以此方式，每个框架31仅通过支撑臂部43和中间链接44而由条带41支撑。

随后，在图9中，所有连接臂部49的伸展49B使用例如用于弯曲引线框架的管脚的在封装集成电路中所使用标准类型的工具(未示出)经受成形步骤，用于在每个连接臂部49中形成相应S型弯曲部分52并且沿着臂部部分49B设置，也即因此不再是平面的。

特别地，以此方式，获得连接至弯曲区域49A的第一臂部伸展49B1以及连接至第一支撑部分32的第二臂部伸展49B2(也参见图4)。此外，第二臂部伸展49B2和与其连接的第一支撑部分32不再与卷带40的剩余部分共平面，特别是与第二支撑部分33，并且第一芯片35抬起并且接近框架31的第二芯片。

接着，在图10中，框架31沿着弯曲线C弯曲。为此，成型挤压机用于弯曲单独的框架31，单独的框架31仍然通过支撑臂部43和中间链接44固定至条带41，以便使得两个芯片35、36形成所希望的相互角度和空间位置。在该步骤中，由如此的事实简化了弯曲，由于开口48和切口47的存在，仅由连接臂部49形成框架31的弯曲区域，具有比相应框架31较小的宽度(沿卷带40的纵向方向)。在该步骤中，由于它们小的剖面，中间链接44通过扭曲而经受形变。以此方式，容易获得沿着弯曲线C弯曲，并未具有在框架31的其他部分中不正确弯曲的任何风险。

最终，通过在连接臂部49附近切割中间链接44，分离单独的框架31以获得多个镜面组件30，如图4和图5中所示。这些随后可以调度用于它们的最终组装并且容易地和自动地安装，也由于第二对准孔洞51的存在，无需人工组装的复杂和微妙操作。

在此所述的镜面组件具有数个优点。

特别地，可以提供它们已经包括以所希望互角和空间位置设置的水平微镜面和垂直微镜面以用于组装在电子设备中。以此方式，可以由拾取和放置机器自动地执行组装，从而减小组装成本和错误定位的风险，并且因此增大了合格率。

可以使用自动机器执行在电子设备中镜面组件的组装，无需任何人类干预，因此减小了成本并且提高了生产率。

由于连接臂部49的S型弯曲部分52，可以使得第一芯片35空间地非常靠近第二芯片36，对于相同的弯曲角度α，因此减小了对应的第一支撑部分32的尺寸。以此方式，卷带40具有较小的宽度(沿横向方向)，使能减少材料并且节省存储空间，以及因此减小相关成本。

最终，明显的是，可以对于在此所述和所示的镜面组件、对于卷带、以及对于组装方法做出修改和改变，并未使得它们脱离本发明的范围。

例如，弯曲线C可以替代于纵向而是横向的，比关切每个框架31的第一和第二支撑部分32、33可以相对于卷带40纵向对准。

Claims

1.一种镜面组件，包括：

半导体材料的第一芯片，形成第一微镜面；

半导体材料的第二芯片，形成第二微镜面；以及

整体的框架，沿着弯曲线弯曲并且包括分别承载所述第一芯片和所述第二芯片的第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分设置在所述框架的弯曲线的相对侧边上并且相对于彼此成角度倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的镜面组件，其中，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分具有多边形形状并且通过具有沿着所述弯曲线的弯曲区域的连接部分的配对而彼此连接。

3.根据权利要求2所述的镜面组件，其中，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分具有总体矩形的形状。

4.根据权利要求2或3所述的镜面组件，其中，所述连接部分均包括连接臂部，所述连接臂部具有固定地耦合至所述第一支撑部分的第一端部以及固定地耦合至所述第二支撑部分的第二端部。

5.根据权利要求4所述的镜面组件，其中，所述连接臂部均具有S型弯曲部分，设置在所述弯曲区域与所述第一端部之间并且限定连接至所述弯曲区域的第一臂部伸展以及连接至所述第一支撑部分的第二臂部伸展，所述第一支撑部分和所述第二臂部伸展相对于所述连接臂部的第一臂部伸展并不共平面。

6.根据权利要求4所述的镜面组件，包括开口，所述开口沿着所述弯曲线延伸在所述第一支撑部分和所述第二支撑部分之间。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的镜面组件，其中，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分均承载分别耦合至所述第一芯片和所述第二芯片的相应柔性电连接元件。

8.一种用于组装集成微镜面的薄片金属卷带，包括：

纵向条带的配对，以一距离彼此平行延伸；

多个框架，在所述纵向条带之间相互并排延伸；以及

外围链接元件，设置在所述纵向条带和所述框架之间，

其中所述多个框架的每个框架与所述纵向条带和所述外围链接元件整体成型，并且具有用于相应的集成微镜面芯片的第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分设置在所述框架的弯曲线的相对侧面上。

9.根据权利要求8所述的薄片金属卷带，进一步包括多个支撑臂部和多个中间链接元件，每个支撑臂部与所述框架整体成型，每个支撑臂部相对于所述纵向条带在横切方向上延伸、具有固定地耦合至所述纵向条带的端部并且设置在所述多个框架中的两个相邻框架之间；并且每个中间链接元件设置在支撑臂部和所述多个框架的相邻框架之间。

10.根据权利要求9所述的薄片金属卷带，其中，所述中间链接元件在每个框架的弯曲线的两个相对侧边上成对设置并且形成与所述弯曲线对准的纵向切口，以及每个框架的所述第一支撑部分和所述第二支撑部分由沿着所述弯曲线在每个框架的所述第一支撑部分和所述第二支撑部分之间延伸的相应开口而相互分离。

11.一种组装镜面组件的方法，包括：

将集成第一微镜面的半导体材料的第一芯片固定至框架的第一支撑部分；

将集成第二微镜面的半导体材料的第二芯片固定至所述框架的第二支撑部分；以及

沿着弯曲线弯曲所述框架以使得所述第一支撑部分和所述第二支撑部分相对于彼此成角度地倾斜设置。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在挤压机中执行所述框架的弯曲的步骤。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述框架具有连接臂部的配对，所述连接臂部的配对具有固定地耦合至所述第一支撑部分的第一端部以及固定地耦合至所述第二支撑部分的第二端部，所述方法包括在设置在所述弯曲线和所述第一端部之间的区域中弯曲所述连接臂部并且形成S型弯曲部分的步骤。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述框架是由相互平行地延伸的纵向条带的配对所承载的多个相邻框架中的框架，所述方法包括沿着相应弯曲线弯曲多个所述框架、以及将所述框架与所述纵向条带并且相对彼此分离的步骤。

15.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述框架承载柔性电连接元件，所述方法包括在弯曲所述框架之前经由电引线将所述第一芯片和所述第二芯片电连接至所述柔性电连接元件的步骤。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，弯曲所述连接臂部的步骤在沿所述弯曲线弯曲所述框架的步骤之前出现。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述第一芯片和所述第二芯片电连接至所述柔性电连接元件的步骤在弯曲所述框架的步骤之前出现。