一種mems可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種MEMS光學(xué)驅(qū)動(dòng)器，特別涉及一種小型化、高可靠性的MEMS可調(diào)諧光學(xué)衰減器件。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球高速寬帶大發(fā)展的背景下，高速通信寬帶在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中起著越來越重要的作用。隨著近年來大數(shù)據(jù)及各種通信業(yè)務(wù)的迅猛增長，新型智能高速光通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入快速發(fā)展的階段。智能高速光通信網(wǎng)絡(luò)為了實(shí)現(xiàn)其智能化、動(dòng)態(tài)可調(diào)諧的控制網(wǎng)絡(luò)中的光信號(hào)，采用了一大批新型光電子功能器件與模塊以提高其智能化和動(dòng)態(tài)可調(diào)諧水平。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的小型化以及集成化，對(duì)光電子器件的尺寸、集成化及可靠性也有了更高的要求。因此小型化、動(dòng)態(tài)可調(diào)以及高可靠性的光器件成為新型光通信網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的關(guān)鍵器件。
[0003]光學(xué)可調(diào)衰減器(Variable Optical Attenuator，VOA)是一種光路信號(hào)控制器件，在光通信網(wǎng)絡(luò)中主要功能用于光信號(hào)強(qiáng)度的衰減，以及光器件的過載保護(hù)等。同時(shí)隨著數(shù)據(jù)中心大量的光網(wǎng)絡(luò)信息要求，可調(diào)光衰減器應(yīng)用也越來越廣泛。
[0004]相對(duì)于傳統(tǒng)的手動(dòng)式光衰減器，基于MEMS技術(shù)的光學(xué)衰減器具有響應(yīng)速度快，小型化以及動(dòng)態(tài)可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)。基于MEMS技術(shù)的可調(diào)光衰減器主要有兩種技術(shù)方案:一種是基于微鏡面的光反射式封裝的VOA器件，其利用微鏡面的反射角度反射光信號(hào)形成光信號(hào)的親合變化實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的衰減。CN200410053563.3公開了一種米用靜電驅(qū)動(dòng)的反射式MEMS光衰減器芯片設(shè)計(jì)及制作方法。反射式封裝的光衰減器技術(shù)方案具有低功耗，衰減量大等優(yōu)點(diǎn)，但其光學(xué)偏振特及波長相關(guān)特性較差，并且其需要采用反射式的封裝，使得其光路調(diào)節(jié)較為復(fù)雜。另一種是基于微鏡面的移動(dòng)進(jìn)行光信號(hào)遮擋型封裝的VOA器件，其利用微鏡面的移動(dòng)遮擋住輸入輸出光信號(hào)實(shí)現(xiàn)光衰減功能。擋光型光衰減器其偏振及波長相關(guān)的指標(biāo)較好，同時(shí)封裝中光路調(diào)節(jié)也較為簡便。
[0005]在擋光型VOA器件中，利用彎曲梁的熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)移動(dòng)微鏡面進(jìn)行遮擋光信號(hào)是一種通常采用的方式，其彎曲梁結(jié)構(gòu)最早由L.que等人在1999年的MEMS’ 99會(huì)議上發(fā)表(Bent-beam electro-thermal actuators for high force applicat1n)，其原理是利用電流加熱梁結(jié)構(gòu)后引起的熱膨脹產(chǎn)生結(jié)構(gòu)位移。專利US6275320B1提出了一種采用簡單熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)移動(dòng)鏡面的MEMS光學(xué)衰減器，但該種熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體積較大，其中熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用的彎曲梁與微鏡面直接相連，導(dǎo)致其鏡面容易受熱影響產(chǎn)生溫度相關(guān)的損耗，降低其器件可靠性；同時(shí)傳統(tǒng)的彎曲梁熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在使用過程中容易存在往運(yùn)動(dòng)方向相反的不穩(wěn)定狀態(tài)，從而導(dǎo)致熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，在使用過程中存在可靠性問題。
[0006]為了滿足現(xiàn)在對(duì)光器件小型化及器件可靠性越來越高的要求，本申請人提出了一種緊湊型的VOA器件封裝方案，申請?zhí)枮镃N201310744255.4及CN201320881770.2。為了配合該封裝方案，申請人也曾提出了一種非常緊湊的熱驅(qū)動(dòng)及高可靠性的MEMS VOA光學(xué)驅(qū)動(dòng)器芯片設(shè)計(jì)方案?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種MEMS可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器包括:基片、驅(qū)動(dòng)電極、變形梁、微鏡面和散熱框架，其中，變形梁的兩端與驅(qū)動(dòng)電極相連，所述微鏡面位于散熱框架中，所述散熱框架與變形梁的中間部分受力點(diǎn)相連，其特征在于還包括數(shù)量至少為2η的支撐梁，其中η>0，所述支撐梁兩兩地與驅(qū)動(dòng)電極相連，從而在變形梁和驅(qū)動(dòng)電極之間形成支撐結(jié)構(gòu)。另一方案中，所述驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)還包括散熱折疊梁和外部固定點(diǎn)，所述散熱折疊梁一端與散熱框架連接，另一端連接在外部固定點(diǎn)上。
[0008]上述方案，采用新穎的直拉直壓的支撐梁做為變形梁的底部支撐及變形結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)熱驅(qū)動(dòng)梁在使用過程中產(chǎn)生相反方向的不穩(wěn)定狀態(tài)，增加了光器件的可靠性。同時(shí)，直拉直壓的支撐梁在熱驅(qū)動(dòng)時(shí)也產(chǎn)生熱膨脹，能夠同時(shí)增加變形梁的變形量，可在不增加整體器件尺寸的情況下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)增大位移量的目的。散熱框架結(jié)構(gòu)與變形梁進(jìn)行連接并與微鏡面進(jìn)行隔離，這大大降低了變形梁熱變化對(duì)微鏡面的影響，減低了微鏡面引起的光衰減器溫度相關(guān)損耗，提高了整體光衰減器的光性能及可靠性。同時(shí)連接散熱框架的折疊梁既可以提高散熱功能，同時(shí)也可以提高微鏡面的抗振動(dòng)特性。
[0009]基于本實(shí)用新型提出的直拉直壓變形梁熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，也可以變化為增加兩個(gè)直拉直壓變形梁，其具有類似V型驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加不同的驅(qū)動(dòng)電極，該種設(shè)計(jì)方案將能產(chǎn)生更大的位移變形結(jié)構(gòu)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，采用了直拉直壓的變形梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)主熱變形梁進(jìn)行了支撐，同時(shí)避免了傳統(tǒng)彎曲梁的不穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)更大的驅(qū)動(dòng)位移。同時(shí)，采用散熱框架及散熱折疊梁的設(shè)計(jì)使得微鏡面不會(huì)直接與變形梁接觸，降低變形梁處的熱變化對(duì)微鏡面的溫度相關(guān)影響，增加了芯片及光衰減器的器件可靠性。由于采用了 MEMS設(shè)計(jì)及緊湊的熱驅(qū)動(dòng)原理，設(shè)計(jì)的芯片能夠?qū)崿F(xiàn)非常緊湊的光衰減器封裝。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型另一實(shí)施例中變形梁熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型另一實(shí)施例中增加散熱片的散熱框架結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明:本實(shí)用新型在提供的優(yōu)選實(shí)施例為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。本實(shí)用新型附圖為示意參考圖，不應(yīng)該被認(rèn)為嚴(yán)格反映了幾何尺寸的比例關(guān)系，也不應(yīng)該被認(rèn)為限制本實(shí)用新型的范圍。
[0015]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例平面結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例的MEMS光學(xué)驅(qū)動(dòng)器包括基片(圖中未標(biāo)示)、變形梁1、變形梁2、變形梁3、驅(qū)動(dòng)電極4、微鏡面5、散熱框架6、散熱折疊梁7和外部固定點(diǎn)8。所述變形梁I和變形梁3做為變形梁2的底部支撐及變形結(jié)構(gòu)，與驅(qū)動(dòng)電極4相接，在進(jìn)行熱驅(qū)動(dòng)變形時(shí)，變形梁I和變形梁3對(duì)變形梁2提供直拉直壓的變形支撐，增大了整個(gè)變形梁2的形變量，例如當(dāng)直拉直壓變形梁I和變形梁3:長500um，寬5um,彎曲梁2兩固定端之間間距1500um時(shí)，直拉直壓變形梁的熱驅(qū)動(dòng)模型可以比傳統(tǒng)熱彎曲梁增加20~30%的位移量。
[0016]所述微鏡面5固定在散熱框架6及散熱折疊梁7中，與熱驅(qū)動(dòng)變形梁2進(jìn)行了隔離，避免了變形梁上的熱變化產(chǎn)生微鏡面的溫度相關(guān)損耗，當(dāng)散熱框架6的尺寸設(shè)計(jì)為框架整體長350um，高500um，框架梁寬10um，厚度22um，微鏡面5尺寸在380umxl00um長寬時(shí)，利用其增加的散熱面積，可以降低微鏡面上溫度約50度；所述折疊梁7與散熱框架6進(jìn)行相連，同時(shí)折疊梁7也與外部固定點(diǎn)8相連，能夠更進(jìn)一步的提高微鏡面散熱效果，例如，設(shè)計(jì)折疊梁7長300um，寬5um，并具有多次折疊設(shè)計(jì)，能產(chǎn)生溫度降低約20度。同時(shí)折疊梁7也可以提高微鏡面5的抗振動(dòng)特性。
[0017]可選地，在另一實(shí)施例中，所述MEMS光學(xué)驅(qū)動(dòng)器芯片的變形梁結(jié)構(gòu)也可以變化為如圖2所示結(jié)構(gòu)，在主變形梁兩端再增加兩個(gè)直拉直壓變形梁9和變形梁10，使其具有類似V型驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加不同的驅(qū)動(dòng)電極，其內(nèi)部電流結(jié)構(gòu)如圖示箭頭所示，該種設(shè)計(jì)方案將能產(chǎn)生更大的位移變形結(jié)構(gòu)。
[0018]可選地，在另一實(shí)施例中，所述MEMS光學(xué)驅(qū)動(dòng)器芯片的散熱框架結(jié)構(gòu)也可以變化為如圖3所示結(jié)構(gòu)，所述散熱框架還可以在兩端進(jìn)一步設(shè)置多根散熱硅梁Y以進(jìn)一步提高散熱面積。例如，當(dāng)散熱硅梁Y長lOOum，寬5um，厚22um，數(shù)量可以在10~40條左右，可以實(shí)現(xiàn)比單獨(dú)散熱框更好的散熱效果。
[0019]綜上所述，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎。該芯片的熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，采用了直拉直壓的變形梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)主熱變形梁進(jìn)行了支撐，同時(shí)避免了傳統(tǒng)彎曲梁的不穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)更大的驅(qū)動(dòng)位移。
[0021]2.增加熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的芯片可靠性。散熱框架及散熱折疊梁的設(shè)計(jì)使得微鏡面不會(huì)直接與變形梁接觸，降低變形梁處的熱變化對(duì)微鏡面的溫度相關(guān)影響，增加了芯片及光衰減器的器件可靠性。
[0022]3.體積小。由于采用了 MEMS設(shè)計(jì)及緊湊的熱驅(qū)動(dòng)原理，設(shè)計(jì)的VOA芯片能夠?qū)崿F(xiàn)非常緊湊的光衰減器封裝。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種MEMS可諧調(diào)光學(xué)驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器包括:基片、驅(qū)動(dòng)電極、變形梁、微鏡面和散熱框架，其中，變形梁的兩端與驅(qū)動(dòng)電極相連，所述微鏡面位于散熱框架中，所述散熱框架與變形梁的中間部分受力點(diǎn)相連，其特征在于還包括數(shù)量至少為2η的支撐梁，其中η>0，所述支撐梁兩兩地與驅(qū)動(dòng)電極相連，從而在變形梁和驅(qū)動(dòng)電極之間形成支撐結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS可諧調(diào)光學(xué)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，還包括散熱折疊梁和外部固定點(diǎn)，所述散熱折疊梁一端與散熱框架連接，另一端連接在外部固定點(diǎn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MEMS可諧調(diào)光學(xué)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，其中散熱框架還在外側(cè)設(shè)有多根散熱硅梁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS可諧調(diào)光學(xué)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，其中散熱硅梁的數(shù)量為10~40條。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種MEMS可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動(dòng)器，包括基片、主變形梁、第一變形梁、第二變形梁、驅(qū)動(dòng)電極、微鏡面、散熱框架結(jié)構(gòu)、散熱折疊梁和外部固定點(diǎn)，第一變形梁和第二變形梁位于主變形梁兩端，與驅(qū)動(dòng)電極連接，為主變形梁提供底部變形支撐；散熱框架結(jié)構(gòu)與主變形梁連接但與微鏡面隔離，折疊梁散熱結(jié)構(gòu)與散熱框架及外部固定點(diǎn)相連。本實(shí)用新型的熱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，采用了直拉直壓的變形梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)主熱變形梁進(jìn)行了支撐，同時(shí)避免了傳統(tǒng)彎曲梁的不穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)更大的驅(qū)動(dòng)位移。同時(shí)，采用散熱框架及散熱折疊梁的設(shè)計(jì)使得微鏡面不會(huì)直接與變形梁接觸，降低變形梁處的熱變化對(duì)微鏡面的溫度相關(guān)影響，增加了芯片及光衰減器的器件可靠性。
【IPC分類】B81B7-02, B81C1-00, G02B26-08, G02B6-26, B81B3-00
【公開號(hào)】CN204462538
【申請?zhí)枴緾N201420739724
【發(fā)明人】李四華, 王文輝, 林沁, 李維, 施林偉
【申請人】深圳市盛喜路科技有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年12月2日