本發(fā)明涉及的是一種電熱式MEMS微鏡陣列器件及其制造方法，屬于微機電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

MEMS（micro-electro-mechanical-systems）是由半導(dǎo)體或其他材料經(jīng)過微加工工藝加工后構(gòu)成的可控的微機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。MEMS依托于成熟的半導(dǎo)體工藝將電、機械和光、熱、壓電等傳感器、執(zhí)行器、信號處理和控制集成電路集成在一起。MEMS微鏡是目前已經(jīng)在光通信中廣泛使用的一種器件。MEMS微鏡的基本原理就是通過電熱、靜電或者磁力的作用使可以活動的微鏡面發(fā)生轉(zhuǎn)動或平動，從而改變輸入光的傳播方向或相位。MEMS微鏡及其陣列可廣泛用于光通訊中的光交換、光譜分析儀器和光投影成像、天文學(xué)和視覺科學(xué)中的波前相差矯正等領(lǐng)域。

當(dāng)MEMS微鏡陣列用于光交換時，它既有機械微鏡陣列開關(guān)的低損耗、低串?dāng)_、低偏振敏感性和高消光比的優(yōu)點，又有波導(dǎo)開關(guān)的高開關(guān)速度、小體積、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點。

基于MEMS微鏡陣列開關(guān)交換技術(shù)的已廣泛應(yīng)用于骨干網(wǎng)或大型交換網(wǎng)。目前MEMS微鏡陣列主要有4x4與1xN兩種模式。當(dāng)4x4的陣列需要繼續(xù)擴展到M*N微鏡陣列時（M＞4、N＞4），驅(qū)動臂電引線的布置就成為了一個難題，常規(guī)技術(shù)是通過犧牲鏡面填充率，來實現(xiàn)驅(qū)動臂電引線的布線。

公開號為CN102967933 A的中國專利申請中提到的MEMS微鏡陣列，上微鏡電極組內(nèi)的每個上微鏡電極與一個提供隨機變化電壓信號的信號源連接。要實現(xiàn)每個微鏡獨立控制，就需要將每個微鏡的電引線引至芯片的邊緣，從而方便金線鍵合進(jìn)行封裝，但這樣就會在芯片的表面布置大量的電引線，占據(jù)了大量的芯片面積，降低了鏡面的占空比。

公開號為CN 104241220 A的中國專利申請，同時利用TSV技術(shù)、Bump技術(shù)、MEMS傳感器芯片與ASIC芯片互連技術(shù)（Flipchip），實現(xiàn)了超小尺寸的MEMS傳感器無塑封裝。如將該發(fā)明專利用在大規(guī)模高填充率電熱式MEMS微鏡陣列的封裝，會存在良率低、成本高和芯片破碎率高的問題。例如電熱式MEMS微鏡8X8陣列的焊盤數(shù)量為256個，假設(shè)TSV技術(shù)的良率≤99.5%，那么256個焊盤至少存在1個焊盤失效，在MEMS微鏡陣列中存在1個焊盤失效，整個產(chǎn)品就不能正常使用。TSV技術(shù)應(yīng)用在電熱式MEMS微鏡陣列中，不僅成本高，且良率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：先釋放后封裝芯片所帶來的裂片率高的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種電熱式MEMS微鏡陣列器件，包括M×N個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、互聯(lián)結(jié)構(gòu)2和PCB結(jié)構(gòu)3，其中M、N為大于等于1的整數(shù)，互聯(lián)結(jié)構(gòu)2兩端分別與熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1和PCB結(jié)構(gòu)3連接，其中熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1包括基底1-1、微鏡焊盤1-2、驅(qū)動臂1-3和鏡面1-4，PCB結(jié)構(gòu)3包括本底3-1、布線埋層3-2、接插口3-3和PCB焊盤3-4，鏡面1-4通過驅(qū)動臂1-3連接在基底1-1上，互聯(lián)結(jié)構(gòu)2兩端分別與微鏡焊盤1-2和PCB焊盤3-4連接，布線埋層3-2埋藏于本底3-1內(nèi)，接插口3-3設(shè)置在本底3-1側(cè)面，PCB焊盤3-4位于PCB結(jié)構(gòu)3的表面，接插口3-3通過布線埋層3-2與PCB焊盤3-4一一對應(yīng)并電連接。

本發(fā)明的優(yōu)點和技術(shù)效果：采用先將未釋放的MEMS微鏡陣列芯片與專用PCB進(jìn)行對位焊接，再對未釋放的MEMS微鏡陣列芯片進(jìn)行釋放，解決了先釋放后封裝芯片所帶來的裂片率高的技術(shù)問題，且制造成本低。

附圖說明

圖1是SOI圓片示意圖；

圖2是在基底1-1頂層的表面形成驅(qū)動臂1-3、微鏡焊盤1-2和鏡面1-4的示意圖；

圖3是在微鏡焊盤1-2上制作互聯(lián)結(jié)構(gòu)2的示意圖；

圖4是PCB結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是新基底示意圖；

圖6是減薄后新基底示意圖；

圖7是在新基底4的背面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-4的反射層1-8的示意圖；

圖8是釋放后的熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列示意圖。

圖中，1是熱驅(qū)動MEMS微鏡單元，1-1是基底，1-2是微鏡焊盤，1-3是驅(qū)動臂，1-4是鏡面，1-5是頂硅層，1-6是底硅層，1-7是氧埋層，1-8是反射層，2是互聯(lián)結(jié)構(gòu)，2-1是導(dǎo)電柱，2-2是凸點，3是PCB結(jié)構(gòu)，3-1是本底，3-2是布線埋層，3-3是接插口，3-4是PCB焊盤。

具體實施方式

一種電熱式MEMS微鏡陣列器件，包括M×N個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、互聯(lián)結(jié)構(gòu)2和PCB結(jié)構(gòu)3，其中M、N為大于等于1的整數(shù)，互聯(lián)結(jié)構(gòu)2兩端分別與熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1和PCB結(jié)構(gòu)3連接，其中熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1包括基底1-1、微鏡焊盤1-2、驅(qū)動臂1-3和鏡面1-4，PCB結(jié)構(gòu)3包括本底3-1、布線埋層3-2、接插口3-3和PCB焊盤3-4，鏡面1-4通過驅(qū)動臂1-3連接在基底1-1上，互聯(lián)結(jié)構(gòu)2兩端分別與微鏡焊盤1-2和PCB焊盤3-4連接，布線埋層3-2埋藏于本底3-1內(nèi)，接插口3-3設(shè)置在本底3-1側(cè)面，PCB焊盤3-4位于PCB結(jié)構(gòu)3的表面，接插口3-3通過布線埋層3-2與PCB焊盤3-4一一對應(yīng)并電連接。

優(yōu)選的，該互聯(lián)結(jié)構(gòu)2包括導(dǎo)電柱2-1和凸點2-2，凸點2-2置于導(dǎo)電柱2-1上，導(dǎo)電柱2-1與PCB焊盤3-4連接，凸點2-2與微鏡焊盤1-2連接。

優(yōu)選的，該互聯(lián)結(jié)構(gòu)2是凸點2-2，凸點2-2的兩端分別與PCB焊盤3-4和微鏡焊盤1-2連接。

優(yōu)選的，該PCB結(jié)構(gòu)3上集成有電熱式MEMS微鏡陣列的控制電路。

優(yōu)選的，該鏡面1-4為正方形、長方形、圓形、橢圓形或多邊形中的一種，并由4組驅(qū)動臂1-3在所述鏡面1-1的4個邊支撐。

優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-3包括至少兩層熱膨脹系數(shù)不同的材料，其中至少一層材料為加熱電阻材料層。

優(yōu)選的，該驅(qū)動臂1-3中一種材料可以用一次或多次，并且所述驅(qū)動臂1-3的每一層可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。

優(yōu)選的，M和N均等于1，即該器件為單鏡面微鏡芯片。

一種電熱式MEMS微鏡陣列器件的制備方法，包括以下步驟：

1）選擇SOI圓片，作為基底1-1；

2）在基底1-1頂層的表面形成驅(qū)動臂1-3、微鏡焊盤1-2和鏡面1-4；

3）在微鏡焊盤1-2上制作互聯(lián)結(jié)構(gòu)2；

4）選擇絕緣材料作為本底3-1，在本底3-1上制作布線埋層3-2、接插口3-3和PCB焊盤3-4；

5）利用倒裝鍵合技術(shù)將本底3-1與基底1-1互聯(lián)，形成新基底4；

6）減薄新基底4背面至設(shè)定厚度；

7）在新基底4的背面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-4的反射層1-8；

8）圖形化新基底4的背面，釋放驅(qū)動臂1-3和反射鏡面1-4，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。

實施例1

如圖8所示，一種電熱式MEMS微鏡陣列器件，包括M×N個熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1、互聯(lián)結(jié)構(gòu)2和PCB結(jié)構(gòu)3，其中M、N為大于等于1的整數(shù)，互聯(lián)結(jié)構(gòu)2兩端分別與熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1和PCB結(jié)構(gòu)3連接，其中熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1包括基底1-1、微鏡焊盤1-2、驅(qū)動臂1-3和鏡面1-4，PCB結(jié)構(gòu)3包括本底3-1、布線埋層3-2、接插口3-3和PCB焊盤3-4，鏡面1-4通過驅(qū)動臂1-3連接在基底1-1上，互聯(lián)結(jié)構(gòu)2兩端分別與微鏡焊盤1-2和PCB焊盤3-4連接，布線埋層3-2埋藏于本底3-1內(nèi)，接插口3-3設(shè)置在本底3-1側(cè)面，PCB焊盤3-4位于PCB結(jié)構(gòu)3的表面，接插口3-3通過布線埋層3-2與PCB焊盤3-4一一對應(yīng)并電連接。

互聯(lián)結(jié)構(gòu)2包括導(dǎo)電柱2-1和凸點2-2，凸點2-2置于導(dǎo)電柱2-1上，導(dǎo)電柱2-1與PCB焊盤3-4連接，凸點2-2與微鏡焊盤1-2連接，導(dǎo)電柱為Cu材料，凸點為PbSn材料。

互聯(lián)結(jié)構(gòu)2也可是凸點2-2，凸點2-2的兩端分別與PCB焊盤3-4和微鏡焊盤1-2連接，連接方式采用Flipchip工藝進(jìn)行連接。

PCB結(jié)構(gòu)3上集成有電熱式MEMS微鏡陣列的控制電路，控制電路可實現(xiàn)對MEMS微鏡陣列的獨立控制。

該鏡面1-4為正方形、長方形、圓形、橢圓形或多邊形中的一種，并由4組驅(qū)動臂1-3在所述鏡面1-1的4個邊支撐。

該驅(qū)動臂1-3包括至少兩層熱膨脹系數(shù)不同的材料，其中至少一層材料為加熱電阻材料層。

該驅(qū)動臂1-3中一種材料可以用一次或多次，并且所述驅(qū)動臂1-3的每一層可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。

驅(qū)動臂可以是正反疊放Bimorph級聯(lián)而成，如專利CN 103091835 B；驅(qū)動臂由熱膨脹系數(shù)不同的材料疊層組成，可以實現(xiàn)微鏡的大角度或者大位移驅(qū)動，同時，驅(qū)動臂采用嵌入式電阻層，可以實現(xiàn)低電壓驅(qū)動，如專利CN 203101727 U。驅(qū)動臂可以是LSF結(jié)構(gòu)，包括多段Bimorph結(jié)構(gòu)和直梁構(gòu)成，也可以是S結(jié)構(gòu)，S結(jié)構(gòu)由正反疊放Bimorph級聯(lián)而成，包括正向疊放的Bimorph、反向疊放的Bimorph和三明治結(jié)構(gòu)。其中正向疊放或者反向疊放Bimorph結(jié)構(gòu)可包括多層復(fù)合材料，采用嵌入式電阻層，其中優(yōu)選驅(qū)動臂末端帶有熱隔離結(jié)構(gòu)。其中的Bimorph的兩層主要材料可以用二氧化硅和鋁，也可以用銅和鎢，還可用二氧化硅和銅，多晶硅和銅等；電阻層可采用多晶硅、鉑、鎢、鈦、鋁等。各個導(dǎo)電層之間的絕緣或電隔離可采用二氧化硅、氮化硅等。

所述驅(qū)動臂包含多層薄膜，其中變形Bimorph結(jié)構(gòu)其厚度范圍是0.5um~4um，隔離層其厚度范圍0.01um~0.5um，加熱器其厚度范圍0.01um~0.3um。優(yōu)選地，Al和SiO2厚度分別為1um，1.1um，隔離層厚度0.1um，加熱器厚度0.2um。

所述鏡面，包括鏡面反射層和鏡面支撐，反射層厚度范圍30nm~500nm，鏡面支撐厚度范圍10um~50um；優(yōu)選地，金屬反射層厚度100nm，鏡面支撐厚度20um；

當(dāng)M和N均等于1，即該器件為單鏡面微鏡芯片。

實施例2

本實施例是實施例1的制備方法。

一種電熱式MEMS微鏡陣列器件的制備方法，包括以下步驟：

1）如圖1所示，選擇SOI圓片，作為基底1-1，該SOI圓片包括頂硅層1-5、底硅層1-6和氧埋層1-7；

2）如圖2所示，在基底1-1頂層的表面形成驅(qū)動臂1-3、微鏡焊盤1-2和鏡面1-4；

2.1）在頂硅層1-5上采用PECVD法淀積SiO2并圖形化，作為驅(qū)動臂的第一層結(jié)構(gòu)；

2.2）在SiO2薄膜上濺射Ti并圖形化，作為驅(qū)動臂的加熱引線結(jié)構(gòu)；

2.3）在Ti薄膜上采用PECVD法淀積SiO2并圖形化，作為驅(qū)動臂的加熱引線的隔離層結(jié)構(gòu)；

2.4）在步驟2-3的SiO2薄膜上濺射Al并圖形化，作為驅(qū)動臂的二層結(jié)構(gòu)；

2.5）在Al薄膜上再次采用PECVD法淀積SiO2并圖形化，作為驅(qū)動臂的第三層結(jié)構(gòu)；

2.6）在步驟2.5）的SiO2薄膜上濺射Al并圖形化，得到反射鏡面及微鏡焊盤；

2.7）在底硅層1-6的背面，DRIE背面硅；

2.8）在頂硅層1-5的正面，DRIE正面硅；

3）如圖3所示，在微鏡焊盤1-2上制作互聯(lián)結(jié)構(gòu)2；

3.1）在熱驅(qū)動MEMS微鏡單元1上，涂覆光阻膠并曝光顯影，露出芯片上的微鏡焊盤1-2；

3.2）在微鏡焊盤1-2上，電鍍導(dǎo)電柱2-1；

3.3）在導(dǎo)電柱2-1上電鍍凸點2-2；

3.4）去除光阻膠；

3.5）回流；

4）如圖4所示，選擇絕緣材料作為本底3-1，在本底3-1上制作布線埋層3-2、接插口3-3和PCB焊盤3-4；

5）如圖5所示，利用倒裝鍵合技術(shù)將本底3-1與基底1-1互聯(lián)，形成新基底4；

6）如圖6所示，減薄新基底4背面至設(shè)定厚度；

7）如圖7所示，在新基底4的背面淀積金屬層并圖形化，形成鏡面1-4的反射層1-8；

8）如圖8所示，圖形化新基底4的背面，釋放驅(qū)動臂1-3和反射鏡面1-4，最終形成所述熱驅(qū)動MEMS微鏡陣列器件。