用于基于MEMS的致动器的叉合垂直阻尼器制造技术

本公开涉及用于基于MEMS的致动器的叉合垂直阻尼器。一种微机电系统(MEMS)镜组件包括限定腔的基底基板和从腔的底部向上延伸的多个第一特征。MEMS镜组件包括耦接到基底基板并限定MEMS致动器和MEMS镜平台的镜基板。MEMS致动器的致动将MEMS镜平台从第一位置状态移动到第二位置状态。MEMS镜平台在MEMS镜平台的面向基底基板的一侧上限定多个第二特征，所述多个第二特征的尺寸、形状和位置使得当镜平台处于第二位置状态时，多个第二特征延伸到分隔多个第一特征的空间中。MEMS镜组件包括设置在MEMS镜平台的远离基底基板的一侧上的反射材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
用于基于MEMS的致动器的叉合垂直阻尼器
[0001]分案说明
[0002]本申请属于申请日为2018年3月29日的中国专利技术专利申请201810272481.X的分案申请。


[0003]本申请涉及用于基于MEMS的致动器的叉合垂直阻尼器。

技术介绍

[0004]微机电系统(MEMS)镜在光束转向装置中具有广泛的应用。电压和/或电流的施加可以控制MEMS镜的位置，并且因此使光束在期望的方向上转向。然而，当镜子重新定位时，它可能会在其新位置安顿下来之前“振铃”一段时间。

技术实现思路

[0005]至少一个方面涉及微机电系统(MEMS)镜组件。该MEMS镜组件包括限定腔的基底基板和从该腔的底部向上延伸的多个第一特征。MEMS镜组件包括耦接到基底基板并限定MEMS致动器和MEMS镜平台的镜基板。MEMS致动器的致动将MEMS镜平台从第一位置状态移动到第二位置状态。MEMS镜平台在MEMS镜平台的面向基底基板的一侧上限定多个第二特征，所述多个第二特征的尺寸、形状和位置被设定为使得当镜平台处于第二位置状态时，所述多个第二特征延伸到分隔多个第一特征的空间中。MEMS镜组件包括设置在MEMS镜平台的远离基底基板的一侧上的反射材料。
[0006]至少一个方面涉及一种制造微机电系统(MEMS)镜阵列的方法。该方法包括提供限定腔阵列的基底基板，每个腔具有从腔的底部向上延伸的多个第一特征。该方法包括提供限定MEMS致动器阵列和MEMS镜平台的镜基板。每个MEMS镜平台限定MEMS镜平台的第一侧上的多个第二特征，所述多个第二特征的尺寸、形状和位置被设定为使得所述多个第二特征可以纳入分隔所述多个第一特征的空间中，所述多个第一特征在基底基板中从对应的腔延伸。该方法包括将镜基板耦接到基底基板，使得每个MEMS镜平台的第一侧面对基底基板中的对应腔，并且每个MEMS致动器的激活使对应的MEMS镜平台从第一位置状态移动到第二位置状态。所述多个第二特征延伸到在第二位置状态分隔多个第一特征的空间中。该方法包括提供设置在每个MEMS镜平台的与MEMS镜平台的第一侧相对的第二侧上的反射材料。
[0007]下面详细讨论这些和其他方面和实现。前述信息和以下详细描述包括各个方面和实现的说明性示例，并且提供用于理解所要求保护的方面和实施方式的性质和特征的概述或框架。附图提供了说明和对各个方面和实现的进一步理解，并且被合并在本说明书中并构成其一部分。
附图说明
[0008]附图不旨在按比例绘制。在各个附图中相同的附图标记和标识表示相同的元件。
为了清楚起见，并非每个部件都会在每个附图中标注。在附图中：
[0009]图1是根据说明性实施方式的光电路交换(OCS)的框图；
[0010]图2A是根据说明性实施方式的微机电系统(MEMS)镜的图；
[0011]图2B是根据说明性实施方式的MEMS镜阵列的图；
[0012]图3是根据说明性实施方式的MEMS镜的横截面图；
[0013]图4是根据说明性实施方式的具有镜平台特征和基底基板特征的MEMS镜的横截面的示意图，其中镜平台特征和基底基板特征在镜平台静止时交错；
[0014]图5是根据说明性实施方式的具有基底基板特征的MEMS镜的截面图，其中基底基板特征相对于限定在基底基板中的腔的底部具有不同的高度；
[0015]图6A至6C是根据说明性实施方式的示例镜平台特征和基底基板特征的图；
[0016]图7A至图7D是根据说明性实施方式的制造MEMS镜阵列的示例方法的流程图；和
[0017]图8A至8I示出了根据说明性实施方式的用于制造MEMS镜阵列的示例过程的步骤。
具体实施方式
[0018]本公开大体上涉及用于光束转向的微机电系统(MEMS)镜的阻尼器。MEMS镜面光束转向在例如光学电路开关(OCS)中是有用的。在一些实施方式中，OCS是全光学3D切换矩阵可通过改变二维MEMS镜阵列中的镜的位置而将来自任何输入光纤N的光定向至任何输出光纤M。OCS允许在光域中切换而不将光信号转换为电信号并再次转换回。这减少了延迟、保持了业务更安全并使得关于编码和数据速率方面的开关不可知。
[0019]OCS中的MEMS镜可以通过在施加到耦接至镜的致动器的模拟电压的控制下旋转来路由光信号。然而，镜的位置并不是二元的，镜会在驱动一段时间后倾向于“振铃”，这取决于镜的共振频率及其支撑，以及致动器和镜周围的机械和流体阻尼量。在振铃期间，镜可能无法将光信号定向至其预定目的地。振铃因此导致开关延迟，在此期间开关不能在振铃镜上传输光信号。振铃的数量取决于装置的品质因数(Q)，高Q与振铃更多相关联。目前在OCS中使用的MEMS镜典型为Q大于10。通过包括根据本公开的阻尼器，在一些实施方式中，Q可以显著减小。在一些情况下，Q可以减小一个数量级。在一些情况下，Q应低于10。
[0020]MEMS镜可以包括在基底上的镜平台。阻尼器可以分别采取在镜平台底部和基底顶部的互补特征的形式。这些互补特征可以彼此交错(interleave)，使得流体(例如干燥空气)在一个表面的间隙中被压缩，而相反表面上的尖齿或柱移动到间隙中。当流体穿过特征以逃离间隙时，其沿着特征的边缘产生与预期致动方向不同相(phase)的剪切力，由此产生大的阻尼力。
[0021]根据所需的阻尼量，互补特征可以采取各种形状。某些形状可以提供附加的好处。例如，蚀刻到镜平台下侧的插座或腔状特征的紧密堆积的结构(close
‑
packed structure)可以减小镜的质量。减小的镜平台质量可以增加共振频率以及已经存在的流体阻尼机构的影响。
[0022]明显欠阻尼(高Q值)MEMS镜可以在足够稳定以允许光学信号传输之前振铃许多周期(10s至100s)。在一些实施方式中，根据本公开的添加阻尼器可以将振铃减少到仅几个周期，从而允许更快的切换。此外，阻尼器可以减小镜对外部激发事件(如冲击或振动)引起的运动敏感度。
[0023]图1是根据说明性实施方式的光电路交换(OCS)100的框图。在一些实施方式中，OCS 100可以将来自任何输入光纤N的光信号路由到任何输出光纤M。OCS 100包括准直器105a和105b(统称为“准直器105”)，镜阵列110a和110b(统称为“镜阵列110”)，镜115a
‑
115c(统称为“镜115”)，发射器120a和120b(统称为“发射器120”)以及相机130a和130b(统称为“相机130”)。OCS 100可以接收光纤电缆125a和125b(统称为“光纤电缆125”)。OCS 100的功能可以由控制器140控制。
[0024]OCS 100可以是无方向开关，意味着它可以在电缆125a和125b之间沿任一方向路由光信号，包括光信号在光纤中在两个方向上行进的双向链路。包括诸如“输入”、“输出”、“进入”或“退出”之类的方向性语言的OCS 100操作的描述仅用于说明目的，而不旨在限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统(MEMS)镜组件，包括：基底基板，所述基底基板限定多个腔和从所述腔的底部向上延伸的多个第一特征；镜基板，所述镜基板耦接到所述基底基板并限定MEMS镜平台和MEMS致动器，所述MEMS致动器耦接到所述MEMS镜平台的外围并将所述MEMS镜平台悬挂在所述基底基板上；在所述MEMS镜平台的面向所述基底基板的一侧上的多个第二特征，所述多个第二特征的尺寸、形状和位置被设定为使得所述多个第二特征延伸到分隔所述多个第一特征的空间中，其中所述第二特征包括以紧密堆积的结构形式围绕所述腔的阵列的多个壁，其中所述紧密堆积的结构留下保持所述MEMS镜平台的结构完整性的壁格；以及设置在所述MEMS镜平台的面向远离所述基底基板的一侧上的反射材料。2.根据权利要求1所述的MEMS镜组件，其中：所述MEMS致动器围绕轴线旋转所述MEMS镜平台以实现第一位置状态和第二位置状态。3.根据权利要求2所述的MEMS镜组件，其中：所述多个第二特征形成限定开口的所述多个壁，当所述MEMS镜平台处于所述第二位置状态时，少于全部所述多个第一特征延伸到所述开口中。4.根据权利要求3所述的MEMS镜组件，其中：所述MEMS镜平台通过围绕轴线旋转而从所述第一位置状态移动到所述第二位置状态，所述多个第一特征包括位于距所述轴线第一距离处的第一子集的特征和位于距所述轴线大于所述第一距离的第二距离处的第二子集的特征，以及所述第一子集的特征比所述第二子集的特征从所述腔的所述底部延伸得更远。5.根据权利要求1所述的MEMS镜组件，其中：所述多个第一特征延伸到一个高度，所述高度大于所述腔的深度。6.根据权利要求2所述的MEMS镜组件，其中：当所述MEMS镜平台处于所述第一位置状态时，所述第一多个特征的第一子集延伸到分隔所述第二多个特征的第一子集的空间中；以及当所述MEMS镜平台处于所述第二位置状态时，所述第一多个特征的第二子集延伸到分隔所述第二多个特征的第二子集的空间中。7.根据权利要求1所述的MEMS镜组件，包括：围绕所述MEMS镜平台、所述多个第一特征以及所述多个第二特征的流体，其中：当所述MEMS镜平台处于静止状态时，所述多个第一特征与所述多个第二特征之间的间隙在平行于所述基底基板的顶表面的方向上测量为在5至10μm之间。8.根据权利要求1所述的MEMS镜组件，其中：所述腔是三角形、圆柱形、圆形或矩形。9.根据权利要求1所述的MEMS镜组件，其中：所述MEMS致动器具有第一部分和第二部分，穿过所述MEMS致动器的所述第一部分施加的第一电压使所述MEMS镜平台沿第一方向移动，穿过所述MEMS致动器的所述第二部分施加的第二电压沿与所述第一方向相反的第二方向移动所述MEMS镜平台。10.根据权利要求1所述的MEMS镜组件，其中：
所述镜基板限定位于所述腔上方的万向节，所述万向节限定第二MEMS致动器和包含所述MEMS镜平台的切口；所述MEMS致动器的致动使所述MEMS镜平台围绕第一轴线旋转；以及所述第二MEMS致动器的致动使所述万向节和所述MEMS镜平台围绕基本上垂直于所述第一轴线的第二轴线旋转。11.一种制造微机电系统(MEMS)镜阵列的方法，包括：提供限定腔阵列的基底基板，每个腔具有从所述腔的底部向上延伸的多个第一特征；提供限定MEMS镜平台阵列和M...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：