[发明专利]一种混合驱动的二维MEMS微镜及其制作方法

说明书

本发明涉及一种混合驱动的二维MEMS微镜及其制作方法，采用全新驱动结构设计，将压电驱动结构和静电驱动结构相结合，实现了混合驱动操作，其中设计基于环形外衬底（1），应用静电驱动结构实现对环形内衬底（2）的驱动，并进一步应用环形内衬底（2）与镜面支撑（3）之间的压电驱动结构，获得对镜面支撑（3）的驱动，驱动电极通过转轴引出，如此实现了混合驱动操作，整个结构能够有效提高驱动效率，并使的驱动角度变大；同时本发明还进一步设计了针对此二维MEMS微镜的制作方法，采用制作工艺，仅需要SOI圆片作为基底层，便可以加工获得所设计的二维MEMS微镜，整个制作过程工艺简单，成品率高，同时整体结构尺寸也会降低，成本得到降低。

技术领域

本发明涉及一种混合驱动的二维MEMS微镜及其制作方法，属于微机电系统技术领域。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统)是一个制造微小器件，可同时集成多种物理场作用的新兴领域。相对于传统的机械，MEMS器件的尺寸更小，一般在微米到毫米量级。它基于半导体集成电路(IC)制作工艺，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相 对于传统“机械”制造技术大幅度提高。梳齿结构在MEMS器件中广泛应用，比如各种电容式传感器包括加速度计、 陀螺仪等以及各种微驱动器。一般的MEMS梳齿结构都是平的，即梳齿的动齿和固齿在同一个平面。这种梳齿在做驱动时只能产生平面内的运动。当需要产生平面外运动时，我们就需要高低梳齿，或叫垂直梳齿，即动齿和固齿一高一低不在一个平面。高低梳齿结构可以用来制作扫描微镜，也是实现三轴加速度计、三轴MEMS电容式陀螺仪必不可少的结构。现有的高低梳齿设计中，传统的MEMES制造工艺利用键合工艺分别刻蚀高低梳齿，或者利用多次光刻分别刻蚀高低梳齿，都需要高精度对准，对工艺要求 高且成品率低；SOI技术可以解决梳齿自对准的问题，但是同样存在多次刻蚀，加工复杂的缺陷。

为实现二维扫描，静电驱动结构需要分块布置驱动电极，采用gimbal结构，具有内圈和外圈两层结构。为实现双轴驱动，内部与外部均布置有驱动电极，驱动电极有固定梳齿和活动梳齿，固定梳齿的电引线很难连出，导致工艺复杂，也使得封装变得更为复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混合驱动的二维MEMS微镜，采用全新驱动结构设计，应用压电驱动和静电驱动实现混合驱动操作，能够有效提高微镜的工作效率。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种混合驱动的二维MEMS微镜，包括环形外衬底、环形内衬底、镜面支撑；其中，环形内衬底的外径小于环形外衬底的内径，环形内衬底位于环形外衬底内，环形内衬底外周上彼此相对两侧的位置分别通过第一转轴对接环形外衬底内侧边，环形内衬底外周侧边两连接第一转轴的位置之间呈对称分布；

环形内衬底外周上彼此相对的两侧边上分别设置梳齿组，该两侧边上分别所设梳齿组相对环形内衬底外周侧边连接两第一转轴的位置连线呈轴对称分布；环形外衬底内侧边上分别对应环形内衬底外周上两梳齿组的位置分别设置梳齿组，环形外衬底内侧边上各梳齿组中各根齿条的投影、分别与环形内衬底外周上对应位置梳齿组中各根齿条的投影彼此平行、且彼此相互交错；

镜面支撑的边缘对接于环形内衬底的内侧边，镜面支撑的上表面设置镜面反射层；环形外衬底上表面设置各个焊盘；通过向各个焊盘供电，在环形外衬底内侧边梳齿组中各根齿条与环形内衬底外周对应位置梳齿组中各根齿条之间的相互作用力下，实现环形内衬底相对其外周侧边所连第一转轴的转动，进而获得镜面反射层随镜面支撑的转动。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括至少两个压电复合驱动装置，所述镜面支撑的边缘通过各压电复合驱动装置分别对接所述环形内衬底的内侧边，通过向所述各个焊盘供电，在各压电复合驱动装置的通电驱动下，实现镜面支撑与环形内衬底的相对转动，进而获得镜面反射层随镜面支撑的转动。