一种大尺寸电热式MEMS振镜及其应用的制作方法

本发明涉及一种大尺寸电热式mems振镜及其应用，属于mems振镜。

背景技术：

1、随着科技的发展和需求的增长，在光学成像领域，人们对更微型化、更高性能的光学系统提出了更高要求，并且随着衍射成像，计算成像，动态双目成像等新型成像方式的发展，光路中须采用光调制元件对入射到图像传感器的光进行调制或其他预处理，为获取不同视场下的光场信息，光学系统中通常还需要加入可对入射光进行动态调制的机械结构，如振镜结构，而为匹配成像系统中图像传感器的尺寸，振镜尺寸基本在厘米量级大小，传统的机电结构不利于小型化集成化的需求，mems振镜技术则有效的解决了这一问题。

2、从驱动方式分类，现有的mems微镜主要为电磁式、静电式和电热式。静电式mems微镜是利用静电作用使可以活动的调制元件转动，但其驱动力较小，并且通常需要高压，不利于系统制作。电磁式mems振镜为电流驱动，通过线圈等产生的磁场来使元件产生扭转。但电磁式需要配置永磁铁，模块尺寸相对较大。受限制于空间结构，并且针对大尺寸振镜的需求，电磁式或者静电式mems振镜难以实现大角度偏转或位移。基于热双层材料（bimorph）结构的电热式mems振镜通过对电阻层施加电压产生的焦耳热对器件结构进行驱动，具有大转角、大位移、低驱动电压等优点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大尺寸电热式mems振镜及其应用，尺寸大小达到厘米量级，体积更小，满足振镜透射区尺寸大于图像传感器的同时更有利于系统的一体化集成化。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供一种大尺寸电热式mems振镜，包括衬底，所述衬底上设有制动区，所述制动区的一侧延伸至外部与框架连接，所述框架用于装配光学元件，所述制动区两端设有金属引线点，所述金属引线点通过金属引线与外部电源连接。

4、进一步的，所述制动区从下到上依次包括高膨胀层、加热电阻层以及低膨胀层，所述高膨胀层用于提供膨胀制动应力且提升制动区机械强度，所述低膨胀层用于提供与所述高膨胀层配套的膨胀制动应力，所述加热电阻层用于在外加电压的作用下电阻生热以加热高膨胀层和低膨胀层，使得所述高膨胀层和低膨胀层膨胀产生纵向位移。

5、进一步的，所述高膨胀层与衬底之间设有衬底隔离层，所述高膨胀层和所述加热电阻层之间设有隔离层，所述衬底隔离层用于与衬底隔离和匹配制动区应力，所述隔离层用于隔离高膨胀层和加热电阻层以防止产生漏电。

6、进一步的，所述加热电阻层内设有电阻图案，所述电阻图案通过刻蚀形成，其包括两种方式，其中，一种方式为将多个电阻条并联后再与其余电阻条串联，另一种方式为将多个电阻条依次串联以s型排布。

7、进一步的，所述衬底隔离层的材质为sio2、si3n4以及sio2和si3n4复合材料中的一种，所述高膨胀层采用高热膨胀系数材料，所述低膨胀层的材质为sio2。

8、进一步的，所述低膨胀层两端设有开窗，所述开窗下方对应加热电阻层处设有引出端，所述引出端上通过沉积金属在开窗内形成有金属引线点，所述金属引线点用于键合金属引线。

9、进一步的，所述mems振镜的尺寸大小为10 mm×10mm。

10、另一方面，本发明还提供一种如上述任一项所述的大尺寸电热式mems振镜的应用，其特征在于，包括与光学元器件组合实现光路调制或提升探测视场角，所述光学元器件装配于框架中。

11、进一步的，所述光学元器件包括用于光聚焦的透镜、用于光调制的二元光学元件以及具有复眼结构的微透镜阵列。

12、进一步的，所述光学元器件与所述mems振镜的装配方式包括两种，其中，一种为分别独立加工后将光学元器件通过uv胶粘接于框架内，另一种为一体式加工。

13、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

14、本发明所提供的mems振镜的尺寸大小达到厘米量级，体积更小，满足振镜透射区尺寸大于图像传感器的同时更有利于系统的一体化集成化，可在低电压条件下实现大尺寸光调制器件的纵向单轴转动，进而完成光学系统的光路调制功能；

15、本发明的 mems振镜与光学元器件组合后的结构可靠性和稳定性均得到有效提升，具有元件整体厚度薄、重量轻等优点。

技术特征：

1.一种大尺寸电热式mems振镜，其特征在于，包括衬底，所述衬底上设有制动区，所述制动区的一侧延伸至外部与框架连接，所述框架用于装配光学元件，所述制动区两端设有金属引线点，所述金属引线点通过金属引线与外部电源连接。

2.根据权利要求1所述的大尺寸电热式mems振镜，其特征在于，所述制动区从下到上依次包括高膨胀层、加热电阻层以及低膨胀层，所述高膨胀层用于提供膨胀制动应力且提升制动区机械强度，所述低膨胀层用于提供与所述高膨胀层配套的膨胀制动应力，所述加热电阻层用于在外加电压的作用下电阻生热以加热高膨胀层和低膨胀层，使得所述高膨胀层和低膨胀层膨胀产生纵向位移。

3.根据权利要求2所述的大尺寸电热式mems振镜，其特征在于，所述高膨胀层与衬底之间设有衬底隔离层，所述高膨胀层和所述加热电阻层之间设有隔离层，所述衬底隔离层用于与衬底隔离和匹配制动区应力，所述隔离层用于隔离高膨胀层和加热电阻层以防止产生漏电。

4.根据权利要求2所述的大尺寸电热式mems振镜，其特征在于，所述加热电阻层内设有电阻图案，所述电阻图案通过刻蚀形成，其包括两种方式，其中，一种方式为将多个电阻条并联后再与其余电阻条串联，另一种方式为将多个电阻条依次串联以s型排布。

5.根据权利要求2所述的大尺寸电热式mems振镜，其特征在于，所述衬底隔离层的材质为sio2、si3n4以及sio2和si3n4复合材料中的一种，所述高膨胀层采用高热膨胀系数材料，所述低膨胀层的材质为sio2。

6.根据权利要求2所述的大尺寸电热式mems振镜，其特征在于，所述低膨胀层两端设有开窗，所述开窗下方对应加热电阻层处设有引出端，所述引出端上通过沉积金属在开窗内形成有金属引线点，所述金属引线点用于键合金属引线。

7.根据权利要求1所述的大尺寸电热式mems振镜，其特征在于，所述mems振镜的尺寸大小为10 mm×10mm。

8.一种如权利要求1~7任一项所述的大尺寸电热式mems振镜的应用，其特征在于，包括与光学元器件组合实现光路调制或提升探测视场角，所述光学元器件装配于框架中。

9.根据权利要求8所述的大尺寸电热式mems振镜的应用，其特征在于，所述光学元器件包括用于光聚焦的透镜、用于光调制的二元光学元件以及具有复眼结构的微透镜阵列。

10.根据权利要求8所述的大尺寸电热式mems振镜的应用，其特征在于，所述光学元器件与所述mems振镜的装配方式包括两种，其中，一种为分别独立加工后将光学元器件通过uv胶粘接于框架内，另一种为一体式加工。

技术总结本发明公开了一种大尺寸电热式MEMS振镜及其应用，涉及MEMS振镜技术领域，旨在解决现有技术中实现大尺寸MEMS振镜致动需要高压驱动，或MEMS模块整体体积较大等问题，其包括衬底，所述衬底上设有制动区，所述制动区的一侧延伸至外部与框架连接，所述框架用于装配光学元件，所述制动区两端设有金属引线点，所述金属引线点通过金属引线与外部电源连接。本发明尺寸大小达到厘米量级，体积更小，满足振镜透射区尺寸大于图像传感器的同时更有利于系统的一体化集成化。技术研发人员：王仕鑫,顾子悦,沈吉,崔博文受保护的技术使用者：华东光电集成器件研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4