CN114527565A

CN114527565A - 一种可变焦的反射镜及其制造方法

Info

Publication number: CN114527565A
Application number: CN202210068283.8A
Authority: CN
Inventors: 桂珞
Original assignee: Ningbo Semiconductor International Corp
Current assignee: Ningbo Semiconductor International Corp
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2022-05-24

Abstract

本发明提供了一种可变焦的反射镜及其制造方法，其中可变焦的反射镜包括：衬底，所述衬底上表面形成有第一电磁线圈；盖板，覆盖所述衬底，并与所述衬底之间形成空腔；所述盖板具有柔性，且所述盖板背离所述衬底的一侧表面能够反射光；所述盖板下表面形成有第二电磁线圈，且所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈在所述空腔围成的区域内相对设置；当所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈产生的磁场相吸，所述盖板向靠近所述衬底方向弯曲，当所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈产生的磁场相斥，所述盖板向远离所述衬底方向弯曲。本发明能够通过改变反射镜的曲率，达到改变反射镜焦距的效果。

Description

一种可变焦的反射镜及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种可变焦的反射镜及其制造方法。

背景技术

红外光学系统广泛应用于军事、医疗、安防、电力、遥感以及工业等各个领域中，随着红外光学系统的应用越来越多，对红外成像系统的设计也提出了更高的要求。

为了使远近距离不同的物体清晰成像，光学系统需要具有对焦、变焦功能。同时，为使光学系统体积小和重量轻，光学系统结构形式一般选择折反射式光学系统。折反射光学系统，利用反射镜折叠光路，缩小了镜头的体积和减轻了质量。现有反射镜的镜面为平面，反射镜的曲率不能改变，光学系统的变焦/对焦通过镜片组内部镜片相对位置改变或镜片组整体位置平移实现，这种方式结构复杂，体积庞大，驱动困难。

因此，期待一种可变焦的反射镜，通过改变反射镜的曲率，达到改变反射镜焦距的效果；可以承担/分担镜片组的对焦/变焦的任务，消除/简化可动镜片组。

发明内容

本发明揭示了一种可变焦的反射镜及其制造方法，能够通过改变反射镜的曲率，达到改变反射镜焦距的效果。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可变焦的反射镜，包括：

衬底，所述衬底的上表面形成有第一电磁线圈；

盖板，覆盖所述衬底，并与所述衬底之间形成空腔；所述盖板具有柔性，且所述盖板背离所述衬底的一侧表面能够反射光；

所述盖板的下表面形成有第二电磁线圈，且所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈在所述空腔围成的区域内相对设置；

当所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈产生的磁场相吸，所述盖板向靠近所述衬底方向弯曲，当所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈产生的磁场相斥，所述盖板向远离所述衬底方向弯曲。

本发明还提供了一种可变焦的反射镜的制造方法，包括：

提供衬底，所述衬底的上表面形成有第一电磁线圈；

在所述衬底上形成盖板，并使所述盖板与所述衬底之间形成空腔；所述盖板具有柔性，且所述盖板背离所述衬底的一侧表面能够反射光；

当所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈的产生的磁场相吸，所述盖板向靠近所述衬底方向弯曲，当所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈产生的磁场相斥，所述盖板向远离所述衬底方向弯曲。

本发明的有益效果在于：

本发明的可变焦反射镜的制造工艺与CMOS工艺兼容，对第一电磁线圈和第二电磁线圈分别通入电流产生各自的磁场，当两个磁场相斥，使得盖板远离衬底，形成凸镜；当两个磁场相吸，使得盖板靠近衬底，形成凹镜；通过控制电流的大小，可以控制磁场的大小，进而可以控制顶盖的弯曲程度，控制反射面的面型。通过改变反射镜的曲率，达到改变反射镜焦距的效果。

进一步地，第一电磁线圈和/或所述第二电磁线圈为单层线圈或多层线圈，多层线圈有更强的电磁性能。

进一步地，在反光层和所述电磁层之间设置支撑层，能够加强顶盖的结构强度。

进一步地，根据需要的顶盖弯曲程度，合理设置空腔的高度和形状。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明一实施例的可变焦的反射镜的示意图。

图2示出了根据本发明一实施例的盖板向远离衬底方向弯曲的示意图。

图3示出了根据本发明一实施例的盖板向靠近衬底方向弯曲的示意图。

图4示出了根据本发明一实施例的第一/第二电磁线圈的结构示意图。

图5至图9示出了本发明一实施例的可变焦的反射镜的制造方法中不同步骤中对应的结构示意图。

图10至图14示出了本发明另一实施例的可变焦的反射镜的制造方法中不同步骤中对应的结构示意图。

附图标记说明：

1-第一端；2-第二端；101-基板；102-第一介质层；10-衬底；201-环形墙体；202-电磁层；203-反光层；20-盖板；11-第一电磁线圈；21-第二电磁线圈；22-空腔；23-牺牲层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

如果本文的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。

实施例1

本实施例提供了一种可变焦的反射镜，图1示出了根据本实施例的一种可变焦的反射镜的示意图，请参考图1，所述可变焦的反射镜包括：

衬底10，所述衬底10的上表面形成有第一电磁线圈11；

盖板20，覆盖所述衬底10，并与所述衬底10之间形成空腔22；所述盖板20具有柔性，且所述盖板20背离所述衬底10的一侧表面能够反射光；

所述盖板20的下表面形成有第二电磁线圈21，且所述第一电磁线圈11和所述第二电磁线圈21在所述空腔22围成的区域内相对设置；

当所述第一电磁线圈11和所述第二电磁线圈21产生的磁场相吸，所述盖板20向靠近所述衬底10方向弯曲(参考图2)，当所述第一电磁线圈11和所述第二电磁线圈21产生的磁场相斥，所述盖板20向远离所述衬底10方向弯曲(参考图3)。

具体地，本实施例中，衬底10包括基板101和形成在基板101上表面的第一介质层102，第一电磁线圈11位于第一介质层102内部。基板101的材料可以为半导体材料，如硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。第一介质层的材料可以是任意适合的介电材料，包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅等材料中的至少一种。第一电磁线圈11的数量可以是一个也可以是多个。本实施例中，第一电磁线圈11嵌入于衬底10中，在其他实施例中，第一电磁线圈11也可以凸出于衬底10的上表面，即第一电磁线圈11没有嵌入在衬底10中。

盖板20覆盖衬底10，并与所述衬底10之间形成空腔22。本实施例中，盖板20包括形成所述空腔22侧壁的环形墙体201和，键合于所述环形墙体201上的顶盖。所述顶盖包括上下叠置的反光层230和介质层202，其中所述反光层230设置于背离所述衬底10的一侧，所述第二电磁线圈21设置于所述介质层202中。反光层230的材料包括铝，铜等，反光层230可以是金属材料也可以是非金属材料，只要能反射光线即可。在其他实施例中，第二电磁线圈21也可以暴露于所述介质层202的下表面，即第二电磁线圈21没有嵌入在盖板20中。

本发明的可变焦反射镜的制造工艺与CMOS工艺兼容，对第一电磁线圈11和第二电磁线圈21分别通入电流产生各自的磁场，当两个磁场方向相反，同性相斥，电磁排斥力使得顶盖远离衬底10，形成凸镜；当两个磁场方向相同，异性相吸，电磁吸引力使得顶盖靠近衬底10，形成凹镜；通过控制电流的大小，可以控制磁场的大小，进而可以控制顶盖的弯曲程度。通过改变反射镜的曲率，达到改变反射镜焦距的效果。

本实施例中，空腔22的高度为1um～1000um，空腔22为圆形，直径为100um～10000um。可以根据需要的顶盖弯曲程度，合理设置空腔22的高度和形状。空腔22可以是封闭的空腔也可以是非封闭的空腔。第一电磁线圈11和第二电磁线圈21的数量可以是一个也可以是多个，多个电磁线圈可以灵活的控制每一个线圈产生的磁场方向和磁场强度，提高盖板20弯曲位置及弯曲程度的灵活性。

参考图4，所述第一电磁线圈和/或所述第二电磁线圈，可以为单层线圈也可以为多层线圈，其中所述多层线圈包括分布于不同水平面的相互连接的多个单层线圈。多层线圈通过多层布线工艺形成，多层线圈能够增强电磁强度，提高顶盖的形变能力。图4中，点A为两个相邻的单层线圈的连接点，其为纵向的孔，孔中填充金属材料，多层线圈的两个引出端分别为第一端1和第二端2。

在一个实施例中，所述反光层230和所述介质层202之间还设有支撑层(图中未示出)。支撑层的材料包括超薄玻璃(氧化硅)、氮化硅、氮化铝、氧化铝、碳化硅或多晶硅。所述支撑层的厚度为1微米到100微米。支撑层能够加强顶盖的结构强度。

实施例2

本实施例提供了一种可变焦的反射镜的制造方法，包括以下步骤：

提供衬底，所述衬底上表面形成有第一电磁线圈；

在所述衬底上形成盖板，并使所述盖板与所述衬底之间形成空腔；所述盖板具有柔性，且所述盖板背离所述衬底的一侧表面能够反射光；所述盖板下表面形成有第二线圈，且所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈在所述空腔围成的区域内相对设置；

图5至图9示出了根据本发明实施例的一种可变焦的反射镜的制造方法不同步骤对应的结构示意图，请参考图5至图9，详细说明各步骤。

参考图5，提供基板101，在所述基板101的上表面形成第一电磁线圈11和包裹所述第一电磁线圈11的第一介质层102，所述衬底10包括所述基板101和所述第一介质层102(此时第一电磁线圈11嵌入于衬底10中)。在另一个实施例中，提供衬底10，直接在所述衬底10的上表面形成第一电磁线圈11(此时第一电磁线圈11凸出于衬底10的上表面，没有嵌入于衬底10中。)第一电磁线圈11的材料为金属，第一电磁线圈11可以为单层线圈也可以为多层线圈，结构形式可参照图4。

参考图6，在所述衬底10上形成环形墙体201，所述环形墙体201围成空腔22。形成环形墙体的方法可以为，在衬底10上形成一定厚度的介质材料，通过刻蚀工艺在介质材料中形成空腔22，空腔22外周的介质材料形成环形墙体201。空腔22可以是封闭的空腔也可以是非封闭的空腔。空腔的形状和大小根据需要设定。

参考图7和图8，提供承载基板30，在所述承载基板30上形成顶盖，将所述顶盖键合在所述环形墙体201上，所述顶盖遮盖所述空腔22。本实施例中顶盖包括反光层203和介质层202，所述第二电磁线圈21设置于所述介质层202中。具体地，在所述承载基板30上形成反光层230，反光层203的材料可以为铝、铜等金属材料，通过沉积工艺形成。形成反光层203后，在反光层上形成第二电磁线圈21，本实施例中，第二电磁线圈21的外周还形成有介质层202，即第二电磁线圈21嵌入于顶盖中。在其他实施例中，第二电磁线圈可以和第一电磁线圈一样，凸出于顶盖的下表面。第二电磁线圈21可以是单层线圈或者多层线圈，结构参照图4。

参考图9，去除所述承载基板30，形成所需的结构，可以通过研磨工艺去除承载基板，也可以在形成反光层之前在承载基板上先形成释放层，通过去除释放层去除承载基板。

图10至图14示出了根据本发明实施例的另一种可变焦的反射镜的制造方法不同步骤对应的结构示意图，请参考图10至图14，简要说明各步骤。

参考图10和图11，与上一实施例相同，提供衬底10，所述衬底10的上表面形成有第一电磁线圈11。在衬底10上形成环形围墙201，环形围墙围成空腔22。

参考图12，在空腔22中形成牺牲层23，牺牲层23的上表面与环形围墙201的上表面齐平，牺牲层的材料可以为本领域公知的各种材料。

参考图13，在所述环形围墙201和所述牺牲层23上形成顶盖。顶盖包括反光层203和介质层202，所述第二电磁线圈21设置于所述介质层202中。本实施例中，先在环形围墙201和所述牺牲层23上形成第二电磁线圈21和位于所述第二电磁线圈21外周的介质层202。再在介质层202上形成反光层203。

参考图14，去除牺牲层，形成空腔结构。

本实施例描述了可变焦的反射镜的两种制造方法，该制造方法流程简单，制造工艺成熟，易于控制可变焦的反射镜的顶盖的形变。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种可变焦的反射镜，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底的上表面形成有第一电磁线圈；

2.如权利要求1所述的可变焦的反射镜，其特征在于，所述第一电磁线圈和/或所述第二电磁线圈为单层线圈或多层线圈，其中所述多层线圈包括分布于不同水平面的相互连接的多个单层线圈。

3.如权利要求1所述的可变焦的反射镜，其特征在于，所述盖板包括：形成所述空腔侧壁的环形墙体和，键合于所述环形墙体上的顶盖。

4.如权利要求3所述的可变焦的反射镜，其特征在于，所述顶盖包括上下叠置的反光层和介质层，其中所述反光层设置于背离所述衬底的一侧，所述第二电磁线圈设置于所述介质层中或暴露于所述介质层的下表面。

5.如权利要求4所述的可变焦的反射镜，其特征在于，所述反光层和所述介质层之间还设有支撑层。

6.如权利要求5所述的可变焦的反射镜，其特征在于，所述支撑层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、碳化硅或多晶硅；和/或，所述支撑层的厚度为1微米到100微米。

7.如权利要求1所述的可变焦的反射镜，其特征在于，所述空腔的高度为1um～1000um；和/或，所述空腔为圆形，直径为100um～10000um。

8.一种可变焦的反射镜的制造方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底的上表面形成有第一电磁线圈；

所述盖板下表面形成有第二电磁线圈，且所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈在所述空腔围成的区域内相对设置；

9.如权利要求8所述的可变焦的反射镜的制造方法，其特征在于，带有所述第一电磁线圈的所述衬底的形成方法包括：

提供基板，在所述基板的上表面形成第一电磁线圈和包裹所述第一电磁线圈的第一介质层，所述衬底包括所述基板和所述第一介质层；或者，

提供衬底，在所述衬底的上表面形成第一电磁线圈。

10.如权利要求8所述的可变焦的反射镜的制造方法，其特征在于，在所述衬底上形成所述盖板包括：

在所述衬底上形成环形墙体，所述环形墙体围成空腔；

提供承载基板，在所述承载基板上形成顶盖，将所述顶盖键合在所述环形墙体上，所述顶盖遮盖所述空腔，去除所述承载基板；或者，

在所述衬底上形成环形墙体，所述环形墙体围成空腔，在所述空腔中形成牺牲层，在所述环形围墙和所述牺牲层上形成顶盖，去除所述牺牲层；

所述盖板包括所述环形墙体和所述顶盖，所述第二电磁线圈位于所述顶盖内部或者暴露于所述顶盖的下表面。