一种弹性支撑的微镜单元和微镜阵列制造技术

本实用新型专利技术公开了一种弹性支撑的微镜单元和微镜阵列，微镜单元包括：设于衬底上的微桥结构，所述微桥结构设有微桥桥面，所述微桥桥面通过至少三个弹性支撑体弹性支撑于所述衬底上，所述微桥桥面上设有微镜镜面，所述微镜镜面与所述支撑体相隔离；所述衬底上设有施力机构，通过所述施力机构对各所述支撑体中的至少一个施加作用力，使其对应发生高度上的弹性伸张或压缩，带动使所述微桥桥面以及所述微镜镜面作对应方向和角度的偏转

【技术实现步骤摘要】
一种弹性支撑的微镜单元和微镜阵列


[0001]本技术涉及微机电系统
(MEMS)
及半导体工艺
，尤其涉及一种弹性支撑的微镜单元和微镜阵列
。

技术介绍

[0002]MEMS
微镜是
MEMS
产品中的一个热点产品，其应用广泛，包括光通讯
、3D
相机
、
投影仪等
。
尤其在近些年，
MEMS
微镜已成为车载车载激光雷达中的重要部件，且随着自动驾驶技术的发展，对
MEMS
微镜的市场需求越来越大，对其技术也提出了更高的要求
。
[0003]现有
MEMS
微镜产品一般使用静电力
、
热应力
、
电磁力等方案，来控制微镜的旋转，并通过
MEMS
工艺形成对应的控制结构
。
然而，业界常用的微镜结构在制造时，由于很难与标准
CMOS
工艺兼容，无法有效利用
CMOS
工艺先进的设备和工艺技术，因而尺寸相对较大
。
同时，传统单个大尺寸微镜结构，其旋转角度要求有较大的空腔结构与之相配，所以一般会将整个微镜下面的衬底完全去除，以满足产品要求
。
然而，这会极大地增加产品的工艺复杂性
。
[0004]并且，现有
MEMS
微镜产品通常采用双端固定支撑的扭臂来支撑微镜镜面，且常采用静电驱动模式，通过驱动微镜围绕扭臂进行旋转，实现对微镜旋转角度的控制
。
由于扭臂的两端是固定支撑在锚点上的，在采用静电驱动微镜镜面旋转的时候，需要克服扭臂结构的刚度，这导致驱动微镜时所需的吸合电压较高
。
并且，采用双端固定支撑的扭臂来支撑微镜镜面，使得微镜只能朝着一个方向旋转
(
即绕扭臂旋转
)
，故功能也显得较为单一
。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种弹性支撑的微镜单元和微镜阵列
。
[0006]为实现上述目的，本技术的技术方案如下：
[0007]本技术提供一种弹性支撑的微镜单元，包括：
[0008]设于衬底上的微桥结构，所述微桥结构设有微桥桥面，所述微桥桥面通过至少三个弹性支撑体弹性支撑于所述衬底上，所述微桥桥面上设有微镜镜面，所述微镜镜面与所述支撑体相隔离；
[0009]其中，所述衬底上设有施力机构，通过所述施力机构对各所述支撑体中的至少一个施加作用力，使其对应发生高度上的弹性伸张或压缩，带动使所述微桥桥面以及所述微镜镜面作对应方向和角度的偏转
。
[0010]进一步地，所述施力机构包括静电力施力机构，用于对各所述支撑体中的至少一个施加静电作用力
。
[0011]进一步地，所述静电力施力机构包括设于所述衬底表面上并围绕所述支撑体的第一电极，和设于所述微桥桥面上并连接所述支撑体的第二电极，所述第一电极与所述第二电极形成对所述支撑体施加静电作用力的电容结构，所述微镜镜面与所述第二电极相电性
隔离
。
[0012]进一步地，所述第一电极连接设于所述衬底中的控制电路，所述第二电极通过导电的所述支撑体连接所述控制电路，所述控制电路用于通过所述第一电极和所述第二电极，对各所述支撑体中的至少一个施加静电作用力
。
[0013]进一步地，所述支撑体的下端通过设于所述衬底表面上的着陆金属结构连接所述控制电路，所述第一电极围绕所述着陆金属结构设置，并与所述着陆金属结构相电性隔离，所述支撑体通过上端连接在所述第二电极的底面中部上
。
[0014]进一步地，所述微桥桥面包括四边形，四个所述支撑体分设于所述微桥桥面的四边形的四个角部上，每个所述支撑体的上端上连接有一个设于所述微桥桥面上的所述第二电极，每个所述支撑体的下端对应连接在一个设于所述衬底表面上的所述着陆金属结构上，每个所述着陆金属结构的周围设有一个位于所述衬底表面上且与上方一个所述第二电极对应的环状的所述第一电极，所述微镜镜面位于各所述第二电极以外的所述微桥桥面上，并与各所述第二电极和所述支撑体相电性隔离
。
[0015]进一步地，所述支撑体包括沿其高度方向具有弹性的弹簧结构
。
[0016]进一步地，所述弹簧结构包括多个导电的垂直支撑段和水平支撑段，所述垂直支撑段和所述水平支撑段交替相连，在所述支撑体的高度方向上形成具有弹性的转折结构
。
[0017]本技术还提供一种微镜阵列，包括上述的弹性支撑的微镜单元，各所述微镜单元在同一衬底上按行列方式依次排列形成弹性支撑的微镜阵列
。
[0018]进一步地，所述衬底中设有专用集成电路，所述专用集成电路中设有控制电路，用于通过各所述微镜单元上设有的施力机构，对各所述微镜单元上的至少一个支撑体施加作用力，使其对应发生高度上的弹性伸张或压缩，带动使各所述微镜单元的微桥桥面以及微镜镜面独立作对应方向和角度的偏转，所述微镜阵列在所述衬底上具有与所述专用集成电路对应的占用面积
。
[0019]由上述技术方案可以看出，本技术通过在微桥结构上，采用至少三个具有弹性的支撑体将设有微镜镜面的微桥桥面弹性支撑于衬底上，并通过施力机构对各支撑体中的至少一个施加作用力
(
例如静电力
)
，使其对应发生高度上的弹性伸张或压缩，带动使微桥桥面以及微镜镜面作对应方向和角度的偏转
(
旋转
)
，不仅可以利用施加在各弹性支撑体上的作用力，使微镜镜面处于稳定状态，并可朝向任意方向进行不同角度的偏转，还可在调节微镜镜面偏转时，利用支撑体具有的弹力，减小驱动微镜时所需的吸合电压，从而能显著改善现有采用双端固定支撑的扭臂来支撑微镜的方式所带来的驱动微镜所需的吸合电压较高的问题；并且，本技术微镜单元的结构简单，可采用与
CMOS
工艺完全兼容的技术实现微缩化，且在相同偏转角度下所需的空腔高度有限，不仅能显著降低产品的工艺复杂性，而且能使得由微镜单元组成的微镜阵列可以直接在具有
ASIC
电路
(
专用集成电路
)
的衬底
(
例如硅片
)
上实现，并能够与
ASIC
电路共享面积，从而能够大幅度提升产品的性能并降低成本
。
附图说明
[0020]图1为本技术一较佳实施例的一种弹性支撑的微镜单元的结构示意图；
[0021]图2为本技术一较佳实施例的一种微桥桥面的俯视结构示意图；
[0022]图3为本技术一较佳实施例的一种第一电极的结构示意图；
[0023]图4‑
图
11
为本技术一较佳实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种弹性支撑的微镜单元，其特征在于，包括：设于衬底上的微桥结构，所述微桥结构设有微桥桥面，所述微桥桥面通过至少三个弹性支撑体弹性支撑于所述衬底上，所述微桥桥面上设有微镜镜面，所述微镜镜面与所述支撑体相隔离；其中，所述衬底上设有施力机构，通过所述施力机构对各所述支撑体中的至少一个施加作用力，使其对应发生高度上的弹性伸张或压缩，带动使所述微桥桥面以及所述微镜镜面作对应方向和角度的偏转
。2.
根据权利要求1所述的弹性支撑的微镜单元，其特征在于，所述施力机构包括静电力施力机构，用于对各所述支撑体中的至少一个施加静电作用力
。3.
根据权利要求2所述的弹性支撑的微镜单元，其特征在于，所述静电力施力机构包括设于所述衬底表面上并围绕所述支撑体的第一电极，和设于所述微桥桥面上并连接所述支撑体的第二电极，所述第一电极与所述第二电极形成对所述支撑体施加静电作用力的电容结构，所述微镜镜面与所述第二电极相电性隔离
。4.
根据权利要求3所述的弹性支撑的微镜单元，其特征在于，所述第一电极连接设于所述衬底中的控制电路，所述第二电极通过导电的所述支撑体连接所述控制电路，所述控制电路用于通过所述第一电极和所述第二电极，对各所述支撑体中的至少一个施加静电作用力
。5.
根据权利要求4所述的弹性支撑的微镜单元，其特征在于，所述支撑体的下端通过设于所述衬底表面上的着陆金属结构连接所述控制电路，所述第一电极围绕所述着陆金属结构设置，并与所述着陆金属结构相电性隔离，所述支撑体通过上端连接在所述第二电极的底面中部上
。6.

【专利技术属性】
技术研发人员：程正喜，徐鹤靓，陈永平，马斌，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：