[发明专利]一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片

说明书

技术领域

本发明属于微机电技术领域，具体涉及一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-Mechanical-Systerms）是由半导体材料和其他适用于微加工的材料，构成可控的微机电系统结构，通常情况下可将电、机械、光（热或压电等）的传感器，执行器和信号取样与IC集成为一块芯片系统。与传统机械系统相比，MEMS系统具备以下优势：（1）微型化和集成化：几何尺寸小，易于集成，最终器件尺寸一般为毫米级。（2）低能耗和低成本：采用一体化技术，能耗大大降低；并由于采用硅微加工技术和半导体集成电路工艺，易于实现规模化生产，成本低。（3）高精度和长寿命：由于采用集成化形式，传感器性能均匀，各元件间配置协调，匹配良好，不需校正调整，提高了可靠性。（4）动态性好：微型化、质量小、响应速度快、固有频率高，具有优异动态特性。

MEMS微镜主要依靠微驱动器来推动可活动微镜镜面产生转动或平动，从而改变入射光的传播方向，可广泛用于光通讯中的光交换、光谱分析仪器、光投影成像、天文学和视觉科学中的波前相差矫正等领域。MEMS光开关是微机械技术在光学领域的一个新应用领域。MEMS技术制作的光开关是将机械结构、微触动器和微光元件在同一衬底上集成，结构紧凑、重量轻，易于扩展成大规模光交叉连接开关矩阵。MEMS光开关被认为是下一代光通信网络的重要产品，而如何能够让MEMS光开关的结构更紧凑、重量更轻、光路切换效果更好，则需要依赖结构更为简单、集成度更高、以及性能更为稳定的MEMS微镜来实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片，其具有结构简单、控制方便、稳定性和集成度高的特点。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种可双轴旋转的MEMS微镜芯片，其主要由衬底层、接地层、十字形空腔、活动支架、活动平台、Y轴柔性铰链、X轴柔性铰链、微镜、Y轴梳齿状静电制动器、Y轴固定梳齿、X轴梳齿状静电制动器、X轴固定梳齿、Y轴移动梳齿、X轴移动梳齿、X+轴焊盘、X-轴焊盘、Y+轴焊盘、Y-轴焊盘和GND焊盘组成；

接地层叠置于衬底层的上方；接地层的中部开设有上下贯通的十字形空腔，类椭圆形的活动支架嵌设在十字形空腔内，活动平台嵌设在活动支架内；微镜固定在活动平台的中部，且微镜的中心与活动支架的中心重叠；

活动支架长轴两端各向外延伸地接有Y轴柔性铰链，Y轴柔性铰链的另一端与接地层连接；活动支架通过这2个Y轴柔性铰链活动地悬置于十字形空腔内；活动支架短轴两端各向内延伸地接有X轴柔性铰链，X轴柔性铰链的另一端与活动平台连接；活动平台通过这2个X轴柔性铰链活动地悬置于活动支架内；

X轴梳齿状静电制动器设置在活动支架外侧的X轴正负方向上，X轴梳齿状静电制动器上带有X轴固定梳齿；Y轴梳齿状静电制动器设置在活动支架内侧的Y轴正负方向上，Y轴梳齿状静电制动器上带有Y轴固定梳齿；X轴梳齿状静电制动器和Y轴梳齿状静电制动器的底面均固贴于衬底层的上表面；

X轴移动梳齿设置在活动支架外侧的X轴正负方向上，且该X轴移动梳齿与X轴梳齿状静电制动器上带有的X轴固定梳齿相互配合并活动嵌套；Y轴移动梳齿开设在活动平台两端的Y轴正负方向上，且该Y轴移动梳齿与Y轴梳齿状静电制动器上带有的Y轴固定梳齿相互配合并活动嵌套；

X+轴焊盘固定在位于X轴正方向上的X轴梳齿状静电制动器上，X-轴焊盘固定在位于X轴负方向上的X轴梳齿状静电制动器上，Y+轴焊盘固定在位于Y轴正方向上的Y轴梳齿状静电制动器上，Y-轴焊盘固定在位于Y轴负方向上的Y轴梳齿状静电制动器上，GND焊盘固定在接地层上。

上述方案中，2个X轴移动梳齿的中轴线均与活动支架的长轴重叠，2个Y轴移动梳齿的中轴线均与活动支架的短轴延长线重叠。

上述方案中，X轴移动梳齿的上表面及其与之配合的X轴固定梳齿的上表面处于同一水平高度上；Y轴移动梳齿的上表面及其与之配合的Y轴固定梳齿的上表面处于同一水平高度上。

上述方案中，2个X轴移动梳齿均为外梳齿结构，与之相相配合的2个X轴固定梳齿为内梳齿结构；2个Y轴移动梳齿为内梳齿结构，与之相相配合的2个Y轴固定梳齿为外梳齿结构。

上述方案中，X轴固定梳的梳齿厚度大于X轴移动梳齿的梳齿厚度；Y轴固定梳的梳齿厚度大于Y轴移动梳齿的梳齿厚度。

上述方案中，2个X轴柔性铰链和2个Y轴柔性铰链均呈双锥型，即呈两端厚度逐渐往中间缩减的结构。