一种基于微机电系统的微干涉平台.pdf

《一种基于微机电系统的微干涉平台.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种基于微机电系统的微干涉平台.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103759633 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103759633 A (21)申请号 201410032346.X (22)申请日 2014.01.23 G01B 9/02(2006.01) G02B 26/08(2006.01) (71)申请人 无锡微奥科技有限公司 地址 214000 江苏省无锡市新区菱湖大道 200号中国传感网国际创新园C栋辅楼 302 室 (72)发明人 王元光 谢会开 陈巧 兰树明 周寅 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 胡彬 (54) 发明名称 一种基于微机电系统的微干涉平台 (5。

2、7) 摘要 本发明公开了一种基于微机电系统的微干涉 平台， 包括硅基板， 所述硅基板上设置有第一反射 镜、 可动的第二反射镜、 分光镜以及第二反射镜焊 盘， 所述第二反射镜焊盘用于与控制所述第二反 射镜运动的外部控制电路相连接， 照射在所述分 光镜上的光能够被分光镜分为两路并分别从第一 反射镜、 第二反射镜反射回来后在分光镜上产生 干涉条纹。 本发明利用半导体加工工艺及MEMS微 镜， 在硅片上设计出一种微型的干涉平台， 可以极 大的减小干涉平台尺寸， 大大减小了干涉平台的 体积 ； 同时利用半导体加工方法， 可以将动镜、 固 定镜、 分光镜等光学元件准确对齐， 减小了组装误 差 ； 可以将光。

3、学器件做到同一块硅片上， 实现干 涉平台的模块化 ； 量产后， 可大大降低干涉平台 的成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103759633 A CN 103759633 A 1/1 页 2 1. 一种基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 包括硅基板 （1， 1 ） ， 所述硅基板 （1， 1 ） 上设置有第一反射镜 （2） 、 可动的第二反射镜 （3） 、 分光镜 （4， 4 ） 以及第二反射镜焊 盘 （6， 6 ） 。

4、， 所述第二反射镜焊盘 （6， 6 ） 用于与控制所述第二反射镜 （3） 运动的外部控制电 路相连接， 照射在所述分光镜 （4， 4 ） 上的光能够被分光镜 （4， 4 ） 分为两路并分别从第一 反射镜 （2） 、 第二反射镜 （3） 反射回来后在分光镜 （4， 4 ） 上产生干涉条纹。 2. 根据权利要求 1 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述第二反射 镜 （3） 为 MEMS 微镜， 所述 MEMS 微镜固定设置在转接板 （31， 32） 上并与转接板 （31， 32） 上 的焊盘连接， 所述转接板 （31， 32） 固定粘贴在硅基板 （1） 上， 并且其上的电引线焊盘。

5、 （315， 325） 与硅基板 （1） 上的第二反射镜焊盘 （6） 连接。 3. 根据权利要求 2 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述转接板 （31） 包括转接板基板 （311） ， 转接板基板 （311） 上开有通光孔 （313） ， 所述通光孔 （313） 的周 边为涂胶区 （312） ， 所述焊盘为设置在涂胶区 （312） 周边的打线焊盘 （314） ， 所述 MEMS 微镜 固定在涂胶区 （312） 并通过打线方式使 MEMS 微镜与打线焊盘 （314） 连接。 4. 根据权利要求 2 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述转接板 （32） 包括转。

6、接板基板 （321） ， 转接板基板 （321） 上开有通光孔 （323） ， 所述通光孔 （323） 的周 边为 MEMS 放置区 （322） ， 所述焊盘为设置在 MEMS 放置区 （312） 内部的倒桩焊焊盘 （324） ， 所 述 MEMS 微镜利用倒装焊的方式固定在 MEMS 放置区 （322） 。 5. 根据权利要求 1 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述第二反射 镜 （3） 为 MEMS 微镜， 所述硅基板 （1 ） 上开设有第二反射镜卡槽 （8 ） ， 所述第二反射镜卡槽 （8 ） 侧壁连接有第二反射镜卡槽焊盘 （81 ） ， 所述 MEMS 微镜直接或间接。

7、的通过插槽的方式 固定在第二反射镜卡槽 （8 ） 中。 6. 根据权利要求 5 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述 MEMS 微镜 通过转接板 （31 ） 间接的固定在第二反射镜卡槽 （8 ） 中， 所述转接板 （31 ） 包括转接板基 板 （311 ） ， 所述 MEMS 微镜固定在转接板基板 （311 ） 的 MEMS 放置区 （312 ） ， 所述转接板基 板 （311 ） 下端设置有焊盘 （314 ） ， 所述焊盘 （314 ） 插入第二反射镜卡槽 （8 ） 中。 7. 根据权利要求 5 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述 MEMS 微镜 包括 。

8、MEMS 基座 （321 ） 以及设置在 MEMS 基座 （321 ） 下端的 MEMS 焊盘 （323 ） ， 所述 MEMS 微 镜直接的固定在第二反射镜卡槽 （8 ） 中。 8. 根据权利要求 1 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述第一反射 镜 （2） 为固定平面镜。 9. 根据权利要求 1 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述第一反射 镜 （2） 为 MEMS 微镜。 10. 根据权利要求 9 所述的基于微机电系统的微干涉平台， 其特征在于， 所述硅基板 （1 ） 上开有第一反射镜卡槽 （7 ） ， 所述第一反射镜卡槽 （7 ） 侧壁连接有第一反射。

9、镜卡槽 焊盘 （71 ） ， 所述 MEMS 微镜通过插槽的方式固定在硅基板 （1 ） 上第一反射镜卡槽 （7 ） 中。 权 利 要 求 书 CN 103759633 A 2 1/5 页 3 一种基于微机电系统的微干涉平台 技术领域 0001 本发明涉及微机电系统的光学设计领域， 更具体的， 涉及一种基于微机电系统的 微干涉平台。 背景技术 0002 微机电系统微镜是光学 MEMS 领域里最典型的一个器件。微机电系统微镜成功得 益于其简单精巧的设计， 开辟出众多传统大反射镜无法触及的领域。微机电系统微镜如今 可以用于制作微型投影仪、 微型光谱仪、 光学层析内窥镜成像扫描、 光开光、 光衰减器等。

10、， 它 们都拥有高效， 节能， 小巧， 低价等特点。 0003 激光干涉仪可以配合各种折射镜及反射镜等来作线性位置、 速度、 角度、 真平度、 真直度、 平行度和垂直度等的测量工作， 并可作为精密工具机器或测量仪器的校正工具。 干 涉仪的工作原理是从激光器发出的光束， 经扩束准直后由分光镜分为两路并分别从固定反 射镜和可动反射镜反射回来后在分光镜上产生干涉条纹， 并通过移动可动反射镜来观察干 涉条纹的变化。 而干涉平台是激光干涉仪的核心部件， 传统干涉平台都是由固定反射镜、 可 动反射镜及分光镜组成， 然后将这几个光学器件在空间搭建而成。因此传统干涉平台尺寸 都比较大， 组装与调试过程操作比较。

11、复杂， 调整精度不高， 价格比较高等特点， 从而影响了 激光干涉仪的性能及价格。 发明内容 0004 基于以上问题， 本发明的目的在于提供了一种基于微机电系统的微干涉平台， 利 用半导体加工工艺及 MEMS 微镜器件， 在硅片上设计出了一种微型的干涉平台， 可以减小干 涉平台体积， 降低组装和调整过程的复杂度， 提高调整精度且降低成本价格。 0005 为达此目的， 本发明采用以下技术方案 ： 0006 一种基于微机电系统的微干涉平台， 包括硅基板， 所述硅基板上设置有第一反射 镜、 可动的第二反射镜、 分光镜以及第二反射镜焊盘， 所述第二反射镜焊盘用于与控制所述 第二反射镜运动的外部控制电路相。

12、连接， 照射在所述分光镜上的光能够被分光镜分为两路 并分别从第一反射镜、 第二反射镜反射回来后在分光镜上产生干涉条纹。 0007 作为优选， 所述第二反射镜为MEMS微镜， 所述MEMS微镜固定设置在转接板上并与 转接板上的焊盘连接， 所述转接板固定粘贴在硅基板上， 并且其上的电引线焊盘与硅基板 上的第二反射镜焊盘连接。 0008 作为优选， 所述转接板包括转接板基板， 转接板基板上开有通光孔， 所述通光孔的 周边为涂胶区， 所述焊盘为设置在涂胶区周边的打线焊盘， 所述 MEMS 微镜固定在涂胶区并 通过打线方式使 MEMS 微镜与打线焊盘连接。 0009 作为优选， 所述转接板包括转接板基板。

13、， 转接板基板上开有通光孔， 所述通光孔的 周边为 MEMS 放置区， 所述焊盘为设置在 MEMS 放置区内部的倒桩焊焊盘， 所述 MEMS 微镜利 用倒装焊的方式固定在 MEMS 放置区。 说 明 书 CN 103759633 A 3 2/5 页 4 0010 作为优选， 所述第二反射镜为 MEMS 微镜， 所述硅基板上开设有第二反射镜卡槽， 所述第二反射镜卡槽侧壁连接有第二反射镜卡槽焊盘， 所述 MEMS 微镜直接或间接的通过 插槽的方式固定在第二反射镜卡槽中。 0011 作为优选， 所述 MEMS 微镜通过转接板间接的固定在第二反射镜卡槽中， 所述转接 板包括转接板基板， 所述MEMS微。

14、镜固定在转接板基板的MEMS放置区， 所述转接板基板下端 设置有焊盘， 所述焊盘插入第二反射镜卡槽中。 0012 作为优选， 所述 MEMS 微镜包括 MEMS 基座以及设置在 MEMS 基座下端的 MEMS 焊盘， 所述 MEMS 微镜直接的固定在第二反射镜卡槽中。 0013 作为优选， 所述第一反射镜为固定平面镜。 0014 作为优选， 所述第一反射镜为 MEMS 微镜。 0015 作为优选， 所述硅基板上开有第一反射镜卡槽， 所述第一反射镜卡槽侧壁连接有 第一反射镜卡槽焊盘， 所述 MEMS 微镜通过插槽的方式固定在硅基板上第一反射镜卡槽中。 0016 本发明的有益效果为 ： 本发明通过。

15、提供一种基于微机电系统的微干涉平台， 该干 涉平台包括硅基板， 硅基板上设置有第一反射镜、 可动的第二反射镜、 分光镜以及第二反射 镜焊盘， 第二反射镜焊盘用于与控制所述第二反射镜运动的外部控制电路相连接， 照射在 所述分光镜上的光可被分光镜分为两路并分别从第一反射镜、 第二反射镜反射回来后在分 光镜上产生干涉条纹。利用本发明可以极大的减小干涉平台尺寸， 大大减小了干涉平台的 体积 ； 同时利用半导体加工方法， 可以将动镜、 固定镜、 分光镜等光学元件准确对齐， 减小了 组装误差 ； 可以将光学器件做到同一块硅片上， 实现了干涉平台的模块化 ； 在量产后， 利用 半导体加工所得到的干涉平台比传。

16、统平台成本低很多。 附图说明 0017 图 1 是本发明具体实施方式一提供的微干涉平台俯视图 ； 0018 图 2 是本发明具体实施方式一提供的第一种转接板俯视图 ； 0019 图 3 是本发明具体实施方式一提供的另一种转接板俯视图 ； 0020 图 4 是本发明具体实施方式二提供的微干涉平台俯视图 ； 0021 图 5 是本发明具体实施方式二提供的一种转接板俯视图 ； 0022 图 6 是本发明具体实施方式二提供的 MEMS 微镜结构示意图。 0023 其中 ： 0024 1 ： 硅基板 ； 2 ： 第一反射镜 ； 3 ： 第二反射镜 ； 4 ： 分光镜 ； 5 ： 第一反射镜焊盘 ； 6 。

17、： 第 二反射镜焊盘 ； 0025 31 ： 转接板 ； 32 ： 转接板 ； 0026 311 ： 转接板基板 ； 312 ： 涂胶区 ； 313 ： 通光孔 ； 314 ： 打线焊盘 ； 315 ： 电引线焊盘 ； 0027 321 ： 转接板基板 ； 322 ： MEMS 放置区 ； 323 ： 通光孔 ； 324 ： 倒桩焊焊盘 ； 325 ： 电引线 焊盘 ； 0028 1 ： 硅基板 ； 4 ： 分光镜 ； 5 ： 第一反射镜焊盘 ； 6 ： 第二反射镜焊盘 ； 7 ： 第一反射 镜卡槽 ； 8 ： 第二反射镜卡槽 ； 0029 31 ： 转接板 ； 32 ： MEMS 微镜 ； 。

18、0030 71 ： 第一反射镜卡槽焊盘 ； 说 明 书 CN 103759633 A 4 3/5 页 5 0031 81 ： 第二反射镜卡槽焊盘 ； 0032 311 ： 转接板基板 ； 312 ： MEMS 放置区 ； 313 ： 通光孔 ； 314 ： 焊盘 ； 0033 321 ： MEMS 基座 ； 322 ： MEMS 微镜镜面 ； 323 ： MEMS 焊盘。 具体实施方式 0034 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。 0035 图 1 是本发明具体实施方式一提供的微干涉平台俯视图。本发明利用半导体加工 工艺制作微干涉平台， 如图 1 所示， 微平台的底座。

19、为半导体加工硅片， 也就是硅基板 1， 所述 硅基板 1 上设置有第一反射镜 2、 可动的第二反射镜 3、 分光镜 4。于本实施例中， 所述分光 镜 4 为立方棱镜， 所述第一反射镜 2 作为固定镜、 可动的第二反射镜 3 作为动镜。硅基板 1 整体比较平整， 有利于第一反射镜 2、 第二反射镜 3 及分光镜 4 的组装。硅基板 1 边沿设置 有第二反射镜焊盘6， 用于与外部控制电路相连接进而控制所述第二反射镜3的运动。 同时 硅基板 1 上有放置立方棱镜的定位标记， 用于准确定位立方棱镜将立方棱镜固定在硅基板 1 上。照射在所述分光镜 4 上的光可被分光镜 4 分为两路并分别从第一反射镜 2。

20、、 第二反射 镜 3 反射回来后在分光镜 4 上产生干涉条纹。 0036 于本实施例中， 所述第二反射镜 3 为 MEMS 微镜， 所述 MEMS 微镜固定设置在一个小 的硅材料的转接板 31 上。图 2 是本发明具体实施方式一提供的第一种转接板俯视图， 如图 2所示， 所述转接板31包括转接板基板311， 转接板基板311上开有通光孔313， 所述通光孔 313 的周边为涂胶区 312， 所述焊盘为设置在涂胶区 312 周边的打线焊盘 314， 在图中所示 的涂胶区 312 涂胶， 之后将 MEMS 微镜放置到图中所示的定位位置， 待 MEMS 微镜与转接板固 定后， 利用打线方式使 MEM。

21、S 微镜与打线焊盘 314 连接。并且转接板基板 311 的边缘上还设 置有电引线焊盘 315， 电引线焊盘 315 与硅基板 1 上的第二反射镜焊盘 6 通过电引线连接。 硅基板1边沿设置的第二反射镜焊盘6， 可以用外部电连接线与MEMS微镜连接， 进而利用外 部电信号来驱动 MEMS 微镜运动。所述带有 MEMS 的转接板 31 可以直接粘贴在硅基板 1 的 立方棱镜的边上， 这样可以保证动镜和固定镜之间的光程相等， 有利于整体的组装， 同时调 节更简单方便。 0037 于本实施例中， 所述第一反射镜 2 可以为固定镜也可以为动镜。选用固定镜时， 可 以是平面镜， 选用动镜时， 可以为和动。

22、镜一样是 MEMS 微镜。选用 MEMS 微镜， 组装时可以直 接将 MEMS 微镜贴到立方棱镜的边上， 其安装过程可以和第二反射镜 3 与硅基板 1 的安装过 程相同。 此时， 硅基板1的上边缘设置有第一反射镜焊盘5， 可以用外部电连接线与MEMS微 镜连接， 进而利用外部电信号来驱动 MEMS 微镜运动。使用时， 可以通过给两个 MEMS 微镜加 不同的电压来改变两个MEMS微镜的运动方向， 使两个MEMS微镜镜面相向运动， 从而增大了 干涉系统的光程差。 同时给固定镜加入一个调节电压， 可以对镜面进行一些微调， 从而纠正 系统由于组装带来的误差。 0038 于本实施例中， 所述转接板 3。

23、2 也可以是另一种结构， 如图 3 所示， 所述转接板 32 包括转接板基板 321， 转接板基板 321 上开有通光孔 323， 所述通光孔 323 的周边为 MEMS 放 置区 322， 所述焊盘为设置在 MEMS 放置区 312 内部的倒桩焊焊盘 324， 该转接板上也有与外 部电引线连接的电引线焊盘 325。将导电胶涂在图中的倒桩焊焊盘 324 上， 将 MEMS 微镜利 用倒桩焊的方式放置到图中所示的 MEMS 放置区 322， 待 MEMS 微镜与转接板固定后， 之后通 说 明 书 CN 103759633 A 5 4/5 页 6 过电引线焊盘 325 利用电引线与硅基板 1 上的。

24、第二反射镜焊盘 6 连接， 之后再与外部 MEMS 控制电路连接。带有 MEMS 微镜的转接板与硅基板 1 的连接过程与第一种结构的转接板与 硅基板 1 的连接过程相同。 0039 图4是本发明具体实施方式二提供的微干涉平台俯视图。 如图4所示， 转接板31 与硅基板 1 采用插槽方式连接。具体的， 所述第二反射镜 3 为 MEMS 微镜， 所述硅基板 1 上安装有分光镜 4 ， 分光镜 4 附近开设有第二反射镜卡槽 8 ， 所述第二反射镜卡槽 8 侧 壁连接有第二反射镜卡槽焊盘81 。 所述MEMS微镜直接或间接的通过插槽的方式固定在第 二反射镜卡槽 8 中。硅基板 1 上第二反射镜卡槽 8。

25、 所在侧的边缘设置有第二反射镜焊 盘 6 。 0040 图 5 是本发明具体实施方式二提供的一种转接板俯视图。转接板 31 做成如图 5 所示的形式， 所述转接板31 包括转接板基板311 ， 转接板基板311 上设置有通光孔313 ， 通光孔 313 的周围为 MEMS 放置区 312 ， 所述 MEMS 微镜固定在转接板基板 311 的 MEMS 放 置区 312 ， 所述转接板基板 311 下端设置有焊盘 314 ， 所述焊盘 314 插入第二反射镜卡 槽 8 中， 所述 MEMS 微镜通过转接板 31 间接的固定在第二反射镜卡槽 8 中。如上所述， 直接将转接板 31 放入到硅基板 1。

26、 上的第二反射镜卡槽 8 中， 之后， 可以利用外部电连接 线将第二反射镜焊盘 6 与 MEMS 微镜连接， 进而利用外部电信号来驱动 MEMS 微镜运动。转 接板 31 与第二反射镜卡槽 8 直接连接到一起， 这样转接板 31 与硅基板 1 直接连接， 不 需要电引线连接。转接板 31 放入到第二反射镜卡槽 8 之后， 为了保证转接板 31 与硅基 板 1 连接的比较稳固， 可利用胶水进行加固。 0041 图6是本发明具体实施方式二提供的MEMS微镜结构示意图。 利用半导体加工工艺 直接加工带有卡槽的 MEMS 微镜 32 ， 如图所示的结构， 所述 MEMS 微镜包括 MEMS 基座 32。

27、1 ， 设置在 MEMS 基座 321 中上部的 MEMS 微镜镜面 322 以及设置在 MEMS 基座 321 下端的 MEMS 焊盘 323 。可以直接将 MEMS 微镜 32 下端的 MEMS 焊盘 323 通过插槽的方式固定在 硅基板 1 的第二反射镜卡槽 8 中， 此时， 所述 MEMS 微镜 32 也就直接的固定在第二反射 镜卡槽 8 中。之后， 可以利用外部电连接线将第二反射镜焊盘 6 与 MEMS 微镜 32 连接， 进而利用外部电信号来驱动 MEMS 微镜 32 运动。此时的 MEMS 微镜 32 不需要转接板， 避 免打线或倒桩焊这个操作， 使微干涉平台组装精度更高， 加工。

28、更简单。 0042 于本实施例中， 同具体实施例一相同， 所述第一反射镜 2 可以为固定镜也可以为 动镜。选用固定镜时， 可以是平面镜， 选用动镜时， 可以为和动镜一样是 MEMS 微镜。选用 MEMS 微镜， 组装时可以采用插槽的方式和硅基板 1 相连接。采用插槽方式时， 所述硅基 板 1 上开有第一反射镜卡槽 7 ， 所述第一反射镜卡槽 7 侧壁连接有第一反射镜卡槽焊盘 71 ， 所述 MEMS 微镜通过插槽的方式固定在硅基板 1 上第一反射镜卡槽 7 中。硅基板 1 上边缘设置有第一反射镜焊盘 5 ， 可以用外部电连接线将第一反射镜焊盘 5 与 MEMS 微镜 连接， 进而利用外部电信号。

29、来驱动 MEMS 微镜运动。当然， 也可以直接将 MEMS 微镜贴到立方 棱镜的边上， 其安装过程可以和具体实施例一中第二反射镜3与硅基板1的安装过程相同。 0043 当然， 具体实施例一中， 第一反射镜2选用MEMS微镜时， 也可以采用插槽方式与所 述硅基板 1 相连接。 0044 本发明首先利用半导体加工工艺加工整体硅基板， 可以保证硅基板的平整度。在 硅基板上加工放置立方棱镜的凹槽或位置线， 可以确保立方棱镜的放置位置的精确。其次 说 明 书 CN 103759633 A 6 5/5 页 7 将 MEMS 微镜固定到硅加工的转接板上， 转接板直接贴到立方棱镜上， 这样可以保证组装精 度。。

30、 之后再利用电引线与硅基板连接。 固定镜可以选择平面镜或者MEMS微镜， 选用MEMS微 镜时， 可以通过给动镜和固定镜的 MEMS 微镜加不同的驱动信号来增加整个系统的光程差。 通过半导体加工工艺及相应的组装方法， 可以提高微干涉平台的组装精度， 降低组装难度， 同时降低微干涉平台的成本。 0045 本发明利用半导体加工工艺结合 MEMS 微镜， 可以确保分光镜与两个 MEMS 镜面准 确定位。可以在半导体硅片上进行技术加工， 将动镜、 固定镜及分光镜放到同一个硅片上， 从而组成一个微型干涉模块， 在以后的应用中可极大降低组装的难度， 同时提高了组装的 精度。由于 MEMS 微镜比较小， 得。

31、到的干涉平台体积小， 便于携带。利用半导体工艺， 设计精 度高， 精度可达 1-2 微米甚至更小。所利用的 MEMS 微镜成本低， 从而极大的降低了干涉平 台的制作成本。通过 MEMS 控制设计可以精确控制 MEMS 动镜的移动， 从而观察干涉现象。 0046 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。 这些描述只是为了解释本发明的 原理， 而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。 基于此处的解释， 本领域的技术 人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式， 这些方式都将落入 本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103759633 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103759633 A 8 2/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103759633 A 9 3/3 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103759633 A 10 。