[发明专利]具有悬置结构的MEMS设备及制造MEMS设备的方法

说明书

本公开涉及具有悬置结构的MEMS设备及制造MEMS设备的方法。例如，一种MEMS设备，包括围绕枢轴枢转的本体、支持件和将本体机械地耦合至支持件的悬置结构。悬置结构包括限定枢轴的扭转元件以及第一和第二弹簧元件，第一和第二弹簧元件在扭转元件的相对侧上以相对于枢轴的角度延伸，使得第一和第二弹簧元件的至少部分之间的距离在枢轴方向上改变。第一和第二弹簧元件在枢轴的方向上的延伸大于扭转元件在枢轴的方向上的延伸。

技术领域

本公开涉及MEMS设备(MEMS＝微机电系统)以及用于制造对 应MEMS设备的方法，其中MEMS设备包括经由悬置结构机械地耦 合至支持件以围绕枢轴枢转的本体。

背景技术

MEMS器件(诸如MEMS扫描镜)被用于不同领域。MEMS设 备可包括围绕至少一个枢轴枢转以实现期望效果的本体(诸如镜体)， 诸如将电磁能、可见光或不可见光反射到不同方向。例如，MEMS扫 描镜可用于将二维图像投影到屏幕上。MEMS扫描镜也可用于LIDAR 应用。LIDAR可以视为表示光成像、检测和测距的缩写，或者是由术 语光和雷达组成的人工词。通常，LIDAR可以被视为测量方法，其通 过利用脉冲激光照射目标并利用传感器测量反射脉冲来测量与目标 的距离。MEMS扫描镜可用于汽车应用中的LIDAR。一般地，用于 LIDAR应用的MEMS扫描镜可包括相对较大的尺寸和较大的扫描角 度来得到高光学性能。此外，这种MEMS扫描镜应具有高鲁棒性， 即应该对振动和热载荷不敏感，并且应产生较低的机械应力。找到满 足这些目标的设计和制造处理存在挑战。

为了使MEMS扫描镜更强得对抗振动，该扫描镜应具有低惯性， 即轻且硬的镜体。此外，除了期望的振荡模式之外，对于镜体的所有 自由度(DOF)，镜的悬置应具有高硬度。为了实现轻且硬的镜体， 镜体可包括相对较薄的镜以及较厚的镜加强结构。镜体可以机械地耦 合至支持件(诸如镜框)，从而可围绕枢轴(即，旋转轴)旋转。枢 轴可延伸到镜体的彼此相对的第一和第二端部。镜可以在第一主面上 具有反射面，并且与第一主面相对的第二主面设置有增强结构。

一种这样的MEMS设备是在围绕枢轴的一个旋转自由度(DOF) 的共振中进行操作。例如，x轴可视为枢轴，即，Rx表示绕x轴的旋 转。这种MEMS设备可用静电梳状驱动来激发。除期望的DOF(例 如，Rx)外，MEMS设备的枢转本体(诸如MEMS扫描仪)可具有 其他机械自由度和相关联的不需要的本征模式：Tx、Ty、Tz、Ry、 Rz，即x、y和z方向的平移以及围绕y和z轴的旋转。对于鲁棒设 计，通常期望抑制这些不需要的模式，这可以被视为等同于通过适当的设计将它们推到高(本征)频率。

发明内容

本公开的示例提供了一种MEMS设备，其包括围绕枢轴枢转的 本体、支持件以及将本体机械地耦合至支持件的悬置结构。悬置结构 包括限定枢轴的扭转元件以及第一和第二弹簧元件，第一和第二弹簧 元件在扭转元件的相对侧上以相对于枢轴的角度延伸，使得第一和第 二弹簧元件的至少部分之间的距离在枢轴的方向上改变。第一和第二 弹簧元件在枢轴方向上的延伸大于扭转元件在枢轴的方向上的延伸。

本公开的示例提供了一种MEMS设备，其包括围绕枢轴枢转的 本体、支持件和将本体机械地耦合至支持件的悬置结构。悬置结构包 括限定枢轴的扭转元件以及第一和第二弹簧元件，第一和第二弹簧元 件在扭转元件的相对侧上以相对于枢轴的角度延伸，使得第一和第二 弹簧元件的至少部分之间的距离在枢轴的方向上改变。悬置结构包括 至少将第一和第二弹簧元件或扭转元件机械地耦合至支持件的减压 连杆，其中减压连杆被配置为允许第一和第二弹簧元件或扭转元件在 其与减压连杆相邻的端部处沿枢轴方向的平移。

本公开的示例提供了一种MEMS设备，其包括围绕枢轴枢转的 本体、支持件以及将本体机械地耦合至支持件的悬置结构。悬置结构 包括限定枢轴的扭转元件以及第一和第二弹簧元件，第一和第二弹簧 元件在扭转元件的相对侧上以相对于枢轴的角度延伸，使得第一和第 二弹簧元件的至少部分之间的距离在枢轴的方向上改变。扭转元件以 及第一和第二弹簧元件形成在材料层堆叠的一个或多个相同材料层 中。