CN116149045A - 一种双轴mems反射镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双轴MEMS反射镜，所述双轴MEMS反射镜包括：第一悬臂梁；第二悬臂梁，与所述第一悬臂梁呈中心对称；以及反射镜，包裹于所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁之间，所述反射镜的一端与所述第一悬臂梁连接，所述反射镜的另一端与所述第二悬臂梁连接；其中，所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁均是由两个互相连通的同心圆弧梁组成。本发明提供一种双轴MEMS反射镜，该双轴MEMS反射镜可实现双轴偏转，且极大提高了芯片的面积利用率，降低了芯片的平均成本。

Description

一种双轴MEMS反射镜

技术领域

本发明涉及微机械技术领域，尤其涉及一种双轴MEMS反射镜。

背景技术

微反射镜的驱动方式包括静电式、压电式、电磁式、热电式等，其中，电磁式和热电式微反射镜通常具有较大的体积，且制造过程难以与半导体工艺兼容。静电式和压电式微反射镜，可以通过微纳工艺实现平面化的设计和制造。然而，为了使微反射镜达到更大的偏转角度，压电式微反射镜不得不增大驱动结构的面积，或设置多级压电放大机构(CN106646857A、CN112782845A)，使得微反射镜的平面尺寸急剧增大；而静电式微反射镜则需要设置大量的梳齿驱动结构(CN111204701A、CN106914619B)，由于静电式微反射镜利用固定梳齿和可动梳齿的静电力实现偏转，因此只能在单一偏转轴上实现较大角度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种双轴MEMS反射镜，该双轴MEMS反射镜有利于器件的进一步小型化，且可以实现双轴偏转。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种双轴MEMS反射镜，所述双轴MEMS反射镜包括：

第一悬臂梁；

第二悬臂梁，与所述第一悬臂梁呈中心对称；以及

反射镜，包裹于所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁之间，所述反射镜的一端与所述第一悬臂梁连接，所述反射镜的另一端与所述第二悬臂梁连接；

其中，所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁均是由两个互相连通的同心圆弧梁组成。

在本发明的一个实施例中，所述双轴MEMS反射镜还包括基板，所述基板用于承载所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁以及所述反射镜。

在本发明的一个实施例中，所述双轴MEMS反射镜还包括走线层，所述走线层设置于所述基板上，且所述走线层覆盖所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁。

在本发明的一个实施例中，所述走线层包括：

下电极层，设置于所述基板上；

压电层，设置于所述下电极层上且覆盖所述下电极层；以及

上电极层，设置于所述压电层上。

在本发明的一个实施例中，所述上电极层包括第一电极片，所述第一电极片设置于所述压电层上且与所述第一悬臂梁的位置相对应。

在本发明的一个实施例中，所述上电极层还包括第二电极片，所述第二电极片设置于所述压电层上且与所述第二悬臂梁的位置相对应。

在本发明的一个实施例中，所述双轴MEMS反射镜还包括缝隙，所述缝隙位于所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁和所述反射镜之间，用于分隔所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁和所述反射镜。

综上所述，本发明提供一种双轴MEMS反射镜，该双轴MEMS反射镜由第一悬臂梁和第二悬臂梁包裹住反射镜，第一悬臂梁和第二悬臂梁上分别设置有四块可独立控制的电极片，通过给电极片施加不同的激励信号，可以使驱动电极片带动反射镜，绕X轴偏转或者绕Y轴偏转，从而实现双轴偏转，且由第一悬臂梁和第二悬臂梁包裹住反射镜，充分利用了反射镜周围的空间，极大提高了芯片的面积利用率，有利于器件的进一步小型化，同时使得一片晶圆上可以容纳更多的芯片，降低了芯片的平均成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一个实施例的整体结构示意图；

图2是本发明另一个实施例的整体结构示意图；

图3是本发明一个实施例中单层走线时的结构示意图；

图4是本发明另一个实施例中单层走线时的结构示意图；

图5是本发明图3的爆炸结构示意图；

图6是本发明图4的爆炸结构示意图；

图7是本发明一个实施例中双层走线时的结构示意图；

图8是本发明另一个实施例中双层走线时的结构示意图；

图9是本发明图7的爆炸结构示意图；

图10是本发明图8的爆炸结构示意图；

图11是本发明一个实施例中反射镜绕Y轴偏转的激励图；

图12是本发明另一个实施例中反射镜绕Y轴偏转的激励图；

图13是本发明一个实施例中反射镜绕Y轴偏转的状态示意图；

图14是本发明另一个实施例中反射镜绕Y轴偏转的状态示意图；

图15是本发明一个实施例中反射镜X轴偏转的激励图；

图16是本发明另一个实施例中反射镜绕X轴偏转的激励图；

图17是本发明一个实施例中反射镜绕X轴偏转的状态示意图；

图18是本发明另一个实施例中反射镜绕X轴偏转的状态示意图。

图中标号说明：1-极板、2-第四间隙、3-第二间隙、4-第一间隙、5-第三间隙、6-缝隙、7-通孔、8-第二悬臂梁、9-第一悬臂梁、10-反射镜、11-第二电极片、12-第二焊盘、13-第一电极片、14-第一焊盘、15-第二金属片、16-第一金属片、17-隔离层、18-压电层、19-下电极层。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

请参阅图1和图2，本发明提供本发明提供一种双轴MEMS反射镜，该双轴MEMS反射镜由第一悬臂梁9和第二悬臂梁8包裹住反射镜10，第一悬臂梁9和第二悬臂梁8上都设置有四块可独立控制的电极片，通过给不同位置的电极片施加不同的激励信号，可以驱动电极片带动反射镜10绕X轴偏转或者绕Y轴偏转，从而实现双轴偏转。具体的，该双轴MEMS反射镜包括第一悬臂梁9和第二悬臂梁8，且第二悬臂梁8与第一悬臂梁9呈中心对称。第一悬臂梁9和第二悬臂梁8均是由两个互相连通的同心圆弧梁组成。

请参阅图1和图2，在本发明的一个实施例中，该双轴MEMS反射镜还包括反射镜10、基板1和缝隙6，反射镜10包裹于第一悬臂梁9和第二悬臂梁8之间，反射镜10的一端与第一悬臂梁9连接，反射镜10的另一端与第二悬臂梁8连接。充分利用了反射镜10周围的空间，极大提高了芯片的面积利用率。基板1用于承载第一悬臂梁9、第二悬臂梁8以及反射镜10。缝隙6位于第一悬臂梁9、第二悬臂梁8和反射镜10之间，用于分隔第一悬臂梁9、第二悬臂梁8和反射镜10。缝隙6包括第一间隙4、第二间隙3、第三间隙5和第四间隙2。本申请对第一间隙4、第二间隙3、第三间隙5和第四间隙2之间的具体连接关系不加以限定，如图1所示，在本发明的一个实施例中，第二间隙3设置于第一间隙4的一侧且与第一间隙4相连通，第三间隙5设置于第一间隙4的一端且也与第一间隙4相连通，第四间隙2设置于第三间隙5的一端且与第三间隙5相连通。在该实施例中，第一间隙4为直线形，第二间隙3由一直线形和一圆弧形组成，且圆弧形的一端与第一间隙4连接，第三间隙5为圆弧形，第四间隙2由一直线形和一圆弧形组成，且直线形的一端与第三间隙5连接。如图2所示，在本发明的另一个实施例中，第二间隙3设置于第一间隙4的一侧且与第一间隙4相连通，第三间隙5设置于第一间隙4的另一侧且与第一间隙4相连通，第四间隙2设置于第一间隙4的一端且与第一间隙4相连通。在该实施例中，第一间隙4为直线形，第二间隙3和第四间隙2为弧形，第三间隙4由一直线形和一圆弧形组成，且圆弧形的一端与第一间隙4连接。

请参阅图3至图10，在本发明的一个实施例中，该双轴MEMS反射镜还包括走线层，走线层设置于基板1上，且走线层覆盖第一悬臂梁9和第二悬臂梁8。在本发明的一个实施例中，走线层可以为单层走线，当走线层为单层走线时，工艺简单。在本发明的另一个实施例中，走线层还可以为双层走线，双层走线可以增大第一电极片13和第二电极片11的面积，避免因为在第一悬臂梁9和第二悬臂梁8上走线而占用第一电极片13和第二电极片11的面积，提高双轴MEMS反射镜的性能。具体的，走线层包括下电极层19、压电层18和上电极层，下电极层19设置于基板1上。压电层18设置于下电极层19上且覆盖下电极层19。下电极层19和压电层18上的图形与第一悬臂梁9和第二悬臂梁8的形状相同。上电极层设置于压电层18上。本申请对上电极层的具体结构不加以限定，如图3至图6所示，在本发明的一个实施例中，当走线层为单层走线时，上电极层包括四块第一电极片13和四块第二电极片11，第一电极片13设置于压电层18上且与第一悬臂梁9相对应的位置。第二电极片11设置于压电层18上且与第二悬臂梁8相对应的位置。且四块第一电极片13和四块第二电极片11可独立控制。第一电极片13和第二电极片11的形状可以为圆弧型，然不限于此。上电极层还包括第一焊盘14和第二焊盘12，第一焊盘14的数量与第一电极片13的数量相同，第二焊盘12的数量与第二电极片11的数量相同。第一焊盘14与第一电极片13电性连接，且一个第一焊盘14与一个第一电极片13电性连接。第二焊盘12与第二电极片11电性连接，且一个第二焊盘12与一个第二电极片11电性连接。

请参阅图7至图10所示，在本发明的一个实施例中，当走线层为双层走线时，上电极层包括四块第一电极片13和四块第二电极片11，第一电极片13设置于压电层18上且与第一悬臂梁9的位置相对应，第二电极片11设置于压电层18上且与第二悬臂梁8的位置相对应。且四块第一电极片13和四块第二电极片11也可独立控制。在该实施例中，上电极层上还设置有隔离层17，隔离层覆盖第一电极片13和第二电极片11，且隔离层17上的图形与第一悬臂梁9和第二悬臂梁8的形状一致。隔离层17上还设置有通孔7，每个通孔的位置与第一电极片13和第二电极片11的位置相对应，且通孔7的数量与第一电极片13和第二电极片11数量的总和一致。本申请对通孔7的形状不加以限定，在本发明的一个实施例中，通孔7可以为圆形的，也可以为方形的。在该实施例中，隔离层17上还设置有四个第一金属片16和四个第二金属片15，且第一金属片16和第二金属片15位于通孔7处。第一金属片16与第一电极片13电性连通，第二金属片15与第二电极片11电性连通。在该实施例中，隔离层17上还设置有四个第一焊盘14和四个第二焊盘12，第一焊盘14与第一金属片16电性连接，且一个第一焊盘14与一个第一金属片16电性连接。第二焊盘12与第二金属片15电性连接，且一个第二焊盘12与一个第二金属片15电性连接。由于第一焊盘14与第一金属片16电性连接，第一金属片16与第一电极片13电性连接，从而实现第一焊盘14与第一电极片13电性连接。由于第二焊盘12与第二金属片15电性连接，第二金属片15与第二电极片11电性连接，从而实现第二焊盘15与第二电极片11电性连接。

请参阅图11至图18，在本发明的一个实施例中，在其中两个第一电极片13上施加正极激励，在另外两个第一电极片13上施加负极激励，在其中两个第二电极片11上施加负极激励，在另外两个第二电极片11上施加正极激励，形成如图11和图12所示的激励方式，驱动反射镜绕Y轴偏转，如图13和图14所示。在本发明的另一个实施例中，在其中三个第一电极片13上施加正极激励，在另外一个第一电极片13上施加负极激励，在其中三个第二电极片11上施加负极激励，在另外一个第二电极片11上施加正极激励，形成如图15和图16所示的激励方式，驱动反射镜绕X轴偏转，如图17和图18所示，实现双轴偏转。

综上所述，本发明提供一种双轴MEMS反射镜，该微双轴MEMS反射镜由第一悬臂梁和第二悬臂梁包裹住反射镜，第一悬臂梁和第二悬臂梁上分别设置有四块可独立控制的电极片，通过给的电极片施加不同的激励信号，可以使驱动电极片带动反射镜，绕X轴偏转或者绕Y轴偏转，从而实现双轴偏转，且由第一悬臂梁和第二悬臂梁包裹住反射镜，充分利用了反射镜周围的空间，极大提高了芯片的面积利用率，有利于器件的进一步小型化，同时使得一片晶圆上可以容纳更多的芯片，降低了芯片的平均成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种双轴MEMS反射镜，其特征在于,所述双轴MEMS反射镜包括：

第一悬臂梁；

第二悬臂梁，与所述第一悬臂梁呈中心对称；以及

反射镜，包裹于所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁之间，所述反射镜的一端与所述第一悬臂梁连接，所述反射镜的另一端与所述第二悬臂梁连接；

其中，所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁均是由两个互相连通的同心圆弧梁组成。

2.根据权利要求1所述的双轴MEMS反射镜，其特征在于，所述双轴MEMS反射镜还包括基板，所述基板用于承载所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁以及所述反射镜。

3.根据权利要求2所述的双轴MEMS反射镜，其特征在于，所述双轴MEMS反射镜还包括走线层，所述走线层设置于所述基板上，且所述走线层覆盖所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁。

4.根据权利要求3所述的双轴MEMS反射镜，其特征在于，所述走线层包括：

下电极层，设置于所述基板上；

压电层，设置于所述下电极层上且覆盖所述下电极层；以及

上电极层，设置于所述压电层上。

5.根据权利要求4所述的双轴MEMS反射镜，其特征在于，所述上电极层包括第一电极片，所述第一电极片设置于所述压电层上且与所述第一悬臂梁的位置相对应。

6.根据权利要求4所述的双轴MEMS反射镜，其特征在于，所述上电极层还包括第二电极片，所述第二电极片设置于所述压电层上且与所述第二悬臂梁的位置相对应。

7.根据权利要求1所述的双轴MEMS反射镜，其特征在于，所述双轴MEMS反射镜还包括缝隙，所述缝隙位于所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁和所述反射镜之间，用于分隔所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁和所述反射镜。

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