[发明专利]一种低热阻高响应频率大变形量电磁驱动MEMS变形镜及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微光机电系统及自适应光学领域，更具体涉及一种低热阻、高响应频率、大变形量电磁驱动MEMS变形镜及制作方法。

背景技术

在自适应光学领域，微机电系统(MEMS)变形镜由于具有重量低、成本低、紧凑、工艺稳定、易集成为变形镜阵列等优点，成为近来变形镜制作的一个重要领域。电磁驱动的MEMS变形镜具有控制电压低，约1伏，变形镜变形量大，达到50微米，线性控制等优点，因而在自适应光学系统中有广泛应用。主要面向空间光通信、显微镜、天文望远镜次级镜、光束整形和人眼视网膜成像等应用领域及其他需要低电压、微小型、大形变量的场合。

图1为现有技术的变形镜的结构示意图。现有的电磁驱动MEMS变形镜，由于电磁线圈采用单层线圈，线圈内部垫点(pad)将很难与电极正负极很难相连，只能将线圈制作在下基板，通过通孔工艺引出，需要通孔刻蚀，溅射等技术，工艺较复杂。在变形镜驱动薄膜上粘贴或蒸镀上磁性物质，这限制了磁体的尺寸和材料。由于磁体尺寸很小很薄，要达到较大驱动力，需要较大的线圈电流，1A左右，引起较高热量。驱动薄膜采用的是聚酰亚胺柔性材料(为了利于装配磁体，且实现较大变形量，只能采用聚酰亚胺薄膜)，从而导致了响应频率低于0.5KHZ。制备平面线圈时，采用LIGA或准LIGA工艺，以此达到80微米以上的单层平面线圈厚度，来降低电流密度。需要同步辐射X射线或其他较高能量的曝光设备，工艺要求较高，增加制作成本。所以现有的电磁驱动MEMS变形镜的散热、谐振频率低、成本高等原因制约了其在自适应光学领域的进一步发展和运用。

发明内容

鉴于上述技术问题，鉴于上述技术问题，本发明提供了一种低热阻、高响应频率、大变形量电磁驱动MEMS变形镜及其制作方法，能减少线圈工作电流、提高镜面谐振频率、降低制作成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种低热阻、高响应频率、大变形量电磁驱动MEMS变形镜，包括:硅结构层11；在硅结构层11上形成的多层线圈16，每个线圈具有垫点和中心点；覆盖所述多层线圈16的介电层17；在硅结构层11的下表面的周边区域中形成的Si衬底层；以及在所硅结构层11上封装所述多层线圈16的变形镜面，

其中所述变形镜面包括：镜面薄膜32，以及在镜面薄膜32下表面的中心区域形成的连接凸点22；

其中，所述多层线圈的各层之间通过垫点或中心点进行接触，使得从硅结构层11底起由下而上依次排序，所述多层线圈的奇数层与偶数层之间通过中心点接触，偶数层与奇数层之间通过垫点接触；在第一层线圈的垫点上以及最后一层线圈的垫点或者中心点上形成有与外部互联的两个焊点。

例如，如果形成4层线圈，则从硅结构层11起算的第一层线圈(奇数层)与第二层线圈(偶数层)之间通过中心点接触；第二层线圈(偶数层)与第三层线圈(奇数层)之间通过垫点接触；第三层线圈(奇数层)与第四层线圈(偶数层)之间通过中心点接触；在第一层线圈的垫点上形成与外部互联的一个焊点，在第四层线圈的垫点上形成与外部互联的另一个焊点。注意，如果形成2层线圈，则在第二层线圈的垫点上形成与外部互联的另一个焊点；如果形成奇数层例如3层线圈，则在第三层线圈的中心点上形成与外部互联的另一个焊点。

根据本发明的一个实施方案，其中所述多层线圈由选自Cu，Au，Ag，Al，多晶硅中的材料制成。

根据本发明的一个实施方案，其中所述介电层由聚酰亚胺等有机材料或SOG等无机材料制成。

根据本发明的一个实施方案，其中所述多层线圈的层数为偶数层，例如可以为2层，4层和6层等等。

根据本发明的一个实施方案，其中所述多层线圈的单层厚度为1～200微米。

根据本发明的一个实施方案，其中所述连接凸点的直径为100～800微米，凸点高度为10～100微米。

根据本发明的一个实施方案，MEMS变形镜还包括设置在Si衬底层13之下的与多层线圈16对应的永磁体。

根据本发明的另一个方面，提供了一种低热阻高响应频率大变形量电磁驱动MEMS变形镜的制作方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)：多层线圈MEMS驱动制作，其包括，

步骤A，提供SOI晶片，其包括Si结构层11、氧化层12以及Si衬底层13；

步骤B，在Si结构层11上溅射电镀种子层14；

步骤C，利用光刻方法，在种子层14上制备线圈的光阻15；

步骤D，电镀形成第一层线圈16，去除光阻15和种子层14，然后涂布介电层17，其中所述第一层线圈包括用于接触的垫点和中心点；