專利名稱：靜電驅(qū)動(dòng)垂直微鏡微光學(xué)開關(guān)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通訊中微光學(xué)信息處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微光學(xué)開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作。
目前，光學(xué)開關(guān)在光纖通信特別是大容量光纖通信網(wǎng)中有著重要的地位。因?yàn)楣鈱W(xué)開關(guān)被使用的廣泛性，要求其具有性能高、小型、價(jià)廉等特性，微光學(xué)開關(guān)正能滿足這一要求。日本NTT研制了在光纖上鍍上磁性材料，利用電磁驅(qū)動(dòng)的1×2小型光纖開關(guān)。瑞士Neufchatel大學(xué)研制了利用高深寬比等離子刻蝕制作的、梳狀靜電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的、利用側(cè)面反射的微鏡光學(xué)開關(guān)；德國(guó)卡魯休斯核研究所利用LIGA工藝制作了原理相同的微光學(xué)開關(guān)，上述兩種開關(guān)通過梳狀靜電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)微鏡平移入光路，切斷一方向的光，反射另一方向的光，梳狀驅(qū)動(dòng)器需占較大的面積。日本東京大學(xué)研制了利用硅表面工藝和體硅工藝結(jié)合制作的微鏡光學(xué)開關(guān)，該開關(guān)利用下硅片上的電極驅(qū)動(dòng)和光纖定位溝在同一硅片上的微轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)90°切入光路，切斷一方向的光反射另一方向的光，該開關(guān)因需腐蝕穿硅片，所占面積不小，下電極與微鏡間距離較大，所需驅(qū)動(dòng)電壓也較高。美國(guó)加州大學(xué)咯杉機(jī)分校研制了硅表面微加工結(jié)合鉸鏈組裝技術(shù)制作的垂直于硅片的微轉(zhuǎn)鏡開關(guān)，在微轉(zhuǎn)鏡和與其成45°的電極間印加電壓，實(shí)現(xiàn)45°微鏡開關(guān)。
但是，上述各種微光學(xué)開關(guān)由于驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所占面積大，慣量大，頻率響應(yīng)慢，所需驅(qū)動(dòng)電壓高，制造工藝復(fù)雜，因此在制造、使用上受到很大的限制。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種微光學(xué)開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，能夠?qū)崿F(xiàn)自組裝和自校準(zhǔn)，光功率損失小，開關(guān)時(shí)間短，串?dāng)_小，耐沖擊、振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電壓低，能耗低，使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，易于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明提出一種微光學(xué)開關(guān)，由結(jié)合成一體的芯片、金引線、金屬封裝外殼及帶尾纖的光纖活動(dòng)連接器構(gòu)成，其特征在于，所說的芯片由硅襯底，插入硅襯底上的光纖定位槽中的入射、出射光纖，制作在硅襯底上由多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁，由多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁支撐的用于反射光線的與硅襯底垂直的微鏡，位于該微梁上的上電極和位于絕緣介質(zhì)膜之下的下電極所組成，利用靜電驅(qū)動(dòng)微梁作上下運(yùn)動(dòng)，把微鏡切入或離開光路，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)開關(guān)功能。
所說的芯片可由單層硅襯底構(gòu)成，該硅襯底上有由SU-8膠經(jīng)過光刻后所形成的供光纖固定的定位槽，該定位槽與所說的微鏡成45度角。
所說的微鏡是在SU-8膠經(jīng)過光刻后所形成的側(cè)面濺射上Cr-Au層而形成的光線反射面。
所說的復(fù)合微梁可由制作在位于所說硅襯底上可腐蝕掉的磷硅玻璃(PSG)犧牲層上的多晶硅層、氮化硅層(Si3N4)、鉻-金(Cr-Au)層構(gòu)成，所說的上電極由多晶硅層和Cr-Au層構(gòu)成。
本發(fā)明所述的微光學(xué)開關(guān)的制作方法，包括采用引線鍵合工藝將芯片、金引線及金屬封裝外殼結(jié)合成一體，其特征在于，所說的芯片制作步驟為；在硅襯底上摻雜硼作為公共下電極，在硅襯底上依次用熱氧化法生長(zhǎng)上一層二氧化硅(SiO2)和用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)生長(zhǎng)上一層Si3N4，SiO2和Si3N4一起作為絕緣介質(zhì)膜，光刻、用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)方法圖形化Si3N4和SiO2層，刻出下電極壓焊塊和對(duì)準(zhǔn)符號(hào)窗口，在硅襯底上用常壓化學(xué)氣相淀積法(APCVD)淀積上一層PSG，作為犧牲層，第一次光刻PSG，用RIE圖形化PSG，不刻穿PSG，刻出以后長(zhǎng)多晶硅支撐柱的凹坑，第二次光刻PSG，用RIE圖形化PSG，刻穿PSG層，再用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)在硅襯底上淀積上一層多晶硅，多晶硅摻雜磷，用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)在硅襯底上淀積上一層PSG，退火去除多晶硅層中的內(nèi)應(yīng)力，去除表面PSG，在硅襯底上用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)生長(zhǎng)上一層Si3N4，光刻、用RIE法圖形化Si3N4，作為多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁的上層，光刻、用RIE法圖形化多晶硅，刻出微梁、上電極、上電極引線、上電極壓焊塊、上下電極隔離圈，用BHF去除表面外露的PSG，并且部分鉆蝕PSG，在硅襯底上甩SU8膠，光刻SU8膠，刻出微鏡部分和光纖定位槽部分，在硅襯底上濺射Cr-Au層，作為微鏡反射面和上、下電極的壓焊塊，進(jìn)行劃片，犧牲層腐蝕，把PSG層腐蝕掉，從而釋放多晶硅-氮化硅復(fù)合梁和微鏡，用去離子水漂洗、烘干。
芯片封裝過程為把芯片用低應(yīng)力膠粘接在金屬封裝外殼的基座上；把光纖從光纖套筒中穿入；用膠水把光纖和光纖套筒固定起來；去除伸出光纖套筒的光纖上的披覆層；用固定螺母把光纖套筒固定在金屬封裝外殼的側(cè)壁上；把裸光纖用膠固定在芯片的光纖定位槽中；利用引線鍵合工藝，由金引線把芯片上的壓焊塊和金屬封裝外殼基座上的外引線鍵合連接起來；把金屬封裝外殼的上蓋和金屬封裝外殼的基座焊接起來；把光纖和光纖活動(dòng)連接器連接起來。
本發(fā)明的工作原理是，利用硅微細(xì)加工工藝，進(jìn)行硅表面微細(xì)加工，制作出多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁及制作在微梁上的反射光線的微鏡。由于在多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁制作過程中會(huì)產(chǎn)生的大殘余內(nèi)應(yīng)力，在把位于多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁下方的PSG犧牲層腐蝕掉后，由于應(yīng)力釋放而使多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁彎曲翹起至一定高度，在微梁上和微梁下方各有一個(gè)電極，驅(qū)動(dòng)時(shí)，在這兩個(gè)電極間印加電壓，微梁在靜電引力的作用下下躺，帶動(dòng)微鏡向下運(yùn)動(dòng)，直至微梁被吸附在硅襯底上；撤去電壓后，微鏡在多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁的彈性力作用下回到初始位置，從而實(shí)現(xiàn)光線的開關(guān)功能。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的效果；1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。利用多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁內(nèi)大殘余應(yīng)力使微鏡豎起，不用進(jìn)行大面積和深度的體硅腐蝕工藝。
2、制造成本低廉，適合于在流水線上大批量生產(chǎn)。
3、能夠?qū)崿F(xiàn)微鏡的自組裝，光纖和微鏡能夠?qū)崿F(xiàn)自校準(zhǔn)，校準(zhǔn)精度高。
4、微梁和微鏡慣量小，由于微梁本身是弧形電極，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電壓低，能耗小。
5、快速性好，由于微梁和微鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣量小，諧振頻率高。
6、使用方便，使用時(shí)，只需直接插入集成電路插槽中就能與外接驅(qū)動(dòng)電路相連，利用光纖活動(dòng)連接器連接好光纖后就能使用。
本發(fā)明涉及到五個(gè)實(shí)施例，其中實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三為2×2光學(xué)開關(guān)，實(shí)施例四為1×2光學(xué)開關(guān)，實(shí)施例五為1×4光學(xué)開關(guān)。
附圖簡(jiǎn)要說明；

圖1是本發(fā)明微光學(xué)開關(guān)各實(shí)施例中芯片的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1封裝結(jié)構(gòu)中封裝外殼和光纖連接部分的局部剖視圖。
圖3是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例一中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例一中芯片12的俯視圖。
圖5是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例二中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例二中芯片12的俯視圖。
圖7是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例三中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例三中芯片12的俯視圖。
圖9是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例四中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例四中芯片12的俯視圖。
圖11是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例五中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例五中芯片12的俯視圖。
圖13是五個(gè)實(shí)施例中芯片上的微梁和微鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)及制作方法作進(jìn)一步描述五個(gè)實(shí)施例中的芯片的封裝結(jié)構(gòu)原理完全相同，都用圖1和圖2來表示；五個(gè)實(shí)施例中的芯片制作步驟都完全相同。
圖1是本發(fā)明微光學(xué)開關(guān)各實(shí)施例中芯片的封裝結(jié)構(gòu)示意圖?？傮w共包括四個(gè)部件；其中，11和15為光纖活動(dòng)連接器，其數(shù)目與各個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)有關(guān)；12為芯片；13為金屬封裝外殼的上蓋；14為光纖，16為金屬封裝外殼的外引線；17為金屬封裝外殼的基座；18為金引線。圖2是圖1封裝結(jié)構(gòu)中封裝外殼和光纖連接部分的局部剖視圖。圖中171為光纖套筒，172為固定光纖的膠，173為金屬封裝外殼的側(cè)壁，174為固定螺母，175為光纖，176為去除光纖披覆層后的裸光纖。
芯片12用低應(yīng)力膠粘接在金屬封裝外殼的基座17上，把光纖14從如圖2中所示的光纖套筒171中穿入，并且用膠水172把光纖175和光纖套筒171固定起來，去除伸出光纖套筒171的光纖上的披覆層，用固定螺母174把光纖套筒171固定在金屬封裝外殼的側(cè)壁173上，把裸光纖用膠固定在芯片的光纖定位槽中，利用引線鍵合工藝，由金引線18把芯片上的壓焊塊和金屬封裝外殼基座上的外引線16鍵合連接起來，把金屬封裝外殼的上蓋13和金屬封裝外殼的基座17焊接起來，把光纖175和光纖活動(dòng)連接器15連接起來。
圖3是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例一中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖3(a)是在上電極1213和下電極12114間未加電壓時(shí)，微梁1214和微鏡1217、1219、12110、12111在翹起狀態(tài)中；圖3(b)是在上電極1213和下電極12114間加上電壓時(shí)，微梁1214和微鏡1217、1219、12110、12111被靜電力吸附在硅襯底1211上。圖中1211為硅襯底，1212為由SiO2和Si3N4層組成的絕緣介質(zhì)膜，位于硅襯底上，1213為位于絕緣介質(zhì)膜1212上的上電極壓焊塊，1214為與上電極壓焊塊1213相連的多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁，1215為SU-8光纖定位槽，位于絕緣介質(zhì)膜1212上，1216和12112為出射光纖，位于光纖定位槽1215之中，與對(duì)應(yīng)的微鏡成45度角，1217、1219、12110和12111為SU-8微鏡，垂直立于微梁1214上方，各相鄰微鏡間成90度角，每個(gè)微鏡只使用一面作為光線反射面。1218和12113為入射光纖，位于光纖定位槽1215之中，與對(duì)應(yīng)的微鏡成45度角，其中入射光纖1218和出射光纖12112在同一直線上，并且和出射光纖1216平行，入射光纖12113和出射光纖1216在同一直線上，并且和出射光纖12112平行，12114為下電極壓焊塊，作為公共電極。
如圖3(a)中所示，在上電極1213和下電極12114間未加電壓時(shí)，微梁1214和微鏡1217、1219、12110、12111翹起，從入射光纖1218射出的光線射入出射光纖12112中，從入射光纖12113射出的光線射入出射光纖1216中，參看圖4(a)實(shí)施例一中芯片12的俯視圖；如圖3(b)中所示，在上電極1213和下電極12114間加上電壓時(shí)，微梁1214和微鏡1217、1219、12110、12111平躺，從入射光纖1218射出的光線依次經(jīng)過微鏡12110和1217的反射射入出射光纖1216中，從入射光纖12113射出的光線依次經(jīng)過微鏡1219和12111的反射射入出射光纖12112中，參看圖4(b)實(shí)施例一中芯片12的俯視圖。從而實(shí)現(xiàn)2×2光學(xué)開關(guān)功能。
圖5是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例二中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖5(a)是在上電極1223和下電極12211間未加電壓時(shí)，微梁1224和微鏡1227在翹起狀態(tài)中；圖5(b)是在上電極1223和下電極12211間加上電壓時(shí)，微梁1224和微鏡1227被靜電力吸附在硅襯底上。圖中1221為硅襯底，1222為由SiO2和Si3N4層組成的絕緣介質(zhì)膜，位于硅襯底上，1223為位于絕緣介質(zhì)膜1222上的上電極壓焊塊，1224為與上電極壓焊塊1213相連的多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁，1225為位于絕緣介質(zhì)膜1222上的SU-8光纖定位槽，1226和12210為入射光纖，位于光纖定位槽1215之中，均與微鏡成45度角，1227為SU-8微鏡，垂直立于微梁1224上方，1228和1229為出射光纖，位于光纖定位槽1215之中，其中1228與入射光纖12210在同一直線上，并且與入射光纖1226垂直，1229與入射光纖1226在同一直線上，并且與入射光纖12210垂直，12211為下電極壓焊塊，作為公共電極。實(shí)施例二與實(shí)施例一不同的是，芯片上只有一個(gè)微梁，并且只有一面微鏡，微鏡的兩面都作為光線反射面使用，因此在微鏡和光纖的位置安排上與實(shí)施例一有所不同，具體見圖3、4、5、6所示。
如圖5(a)中所示，在上電極1223和下電極12211間未加電壓時(shí)，微梁1224和微鏡1227翹起，從入射光纖1226射出的光線射入出射光纖1229中，從入射光纖12210射出的光線射入出射光纖1228中，參看圖6(a)實(shí)施例二中芯片12的俯視圖；如圖5(b)中所示，在上電極1223和下電極12211間加上電壓時(shí)，微梁1224和微鏡1227平躺，從入射光纖1226射出的光線經(jīng)過微鏡1227的反射射入出射光纖1228中，從入射光纖12210射出的光線經(jīng)過微鏡1227的反射射入出射光纖1229中，參看圖6(b)實(shí)施例二中芯片12的俯視圖。從而實(shí)現(xiàn)2×2光學(xué)開關(guān)功能。
圖7是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例三中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1231為硅襯底，1232為由SiO2和Si3N4層組成的絕緣介質(zhì)膜，位于硅襯底上，1233、1235、1239、12318為位于絕緣介質(zhì)膜上的上電極壓焊塊，1234、1236、12310、12317為多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁，分別與上電極壓焊塊1233、1235、1239、12318相連在一起，1237、1238、12311、12312為SU-8微鏡，分別垂直立于微梁1234、1236、12310、12317上方，12313和12314為出射光纖，位于光纖定位槽之中，相互平行，12315和12319為入射光纖，位于光纖定位槽之中，相互平行，并且均與出射光纖12313和12314垂直，12316為下電極壓焊塊，作為公共電極，12320為SU-8光纖定位槽，位于絕緣介質(zhì)膜1232上。實(shí)施例三與實(shí)施例一和實(shí)施例二在結(jié)構(gòu)上有所不同，每個(gè)芯片上有四個(gè)微梁，每個(gè)微梁上有一面微鏡，四個(gè)微鏡相互平行，因此在微鏡和光纖的位置安排上與實(shí)施例一和二有所不同，具體見圖7、8所示。
如圖7(a)中所示，在上電極1233和下電極12316之間以及在上電極1239和下電極12316間加上電壓，而在上電極1235和下電極12316間以及在上電極12318和下電極12316間未加電壓時(shí)，微梁1236、12317和微鏡1238、12312翹起，微梁1234、12310和微鏡1237、12311被靜電力吸附在硅襯底上，從入射光纖12315射出的光線經(jīng)過微鏡12311的反射射入出射光纖12313中，從入射光纖12319射出的光線經(jīng)過微鏡1237的反射射入出射光纖12314中，參看圖8(a)實(shí)施例三中芯片12的俯視圖；如圖7(b)中所示，在上電極1235和下電極12316之間以及在上電極12318和下電極12316間加上電壓，而在上電極1233和下電極12316間以及在上電極12319和下電極12316間未加電壓時(shí)，微梁1234、12310和微鏡1237、12311翹起，微梁1236、12317和微鏡1238、12312被靜電力吸附在硅襯底上，從入射光纖12315射出的光線經(jīng)過微鏡12312的反射射入出射光纖12314中，從入射光纖12319射出的光線經(jīng)過微鏡1238的反射射入出射光纖12313中，參看圖8(b)實(shí)施例三中芯片12的俯視圖。從而實(shí)現(xiàn)2×2光學(xué)開關(guān)功能。
圖9是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例四中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1241為硅襯底，1242為由SiO2和Si3N4層組成的絕緣介質(zhì)膜，位于硅襯底上，1243為SU-8微鏡，垂直立于微梁上方，1244為多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁，1245為上電極壓焊塊，位于絕緣介質(zhì)膜上，與微梁1244相連在一起，1246、1247為出射光纖，位于SU-8光纖定位槽1249之中，相互垂直，1248為入射光纖，位于SU-8光纖定位槽1249之中，與出射光纖1246在同一直線上，并且與出射光纖1247垂直，出射光纖和入射光纖均與SU-8微鏡成45度角，12410為下電極壓焊塊，作為公共電極。
如圖9(a)中所示，在上電極1245和下電極12410之間未加上電壓時(shí)，微梁1244和微鏡1243翹起，從入射光纖1248射出的光線射入出射光纖1246中，參看圖10(a)實(shí)施例四中芯片12的俯視圖；當(dāng)在上電極1245和下電極12410之間加上電壓時(shí)，微梁1244和微鏡1243被靜電力吸附在硅襯底上，從入射光纖1248射出的光線經(jīng)過微鏡1243反射射入出射光纖1247中，參看圖10(b)實(shí)施例四中芯片12的俯視圖，從而可以實(shí)現(xiàn)1×2光學(xué)開關(guān)功能。
圖11是微光學(xué)開關(guān)實(shí)施例五中芯片12的立體結(jié)構(gòu)示意圖。其中1251為硅襯底，1252為由SiO2和Si3N4層組成的絕緣介質(zhì)膜，位于硅襯底上，1253、1258、12511、12514為SU-8微鏡，分別垂直立于多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁1254、1257、12510、12513上，1255、1256、1259、12512為上電極壓焊塊，位于絕緣介質(zhì)膜上，分別與微梁1254、1257、12510、12513相連在一起，12515、12516、12517、12518為出射光纖，均位于SU-8光纖定位槽之中，相互平行，并且分別與對(duì)應(yīng)的微鏡成45度角，12519為入射光纖，位于SU-8光纖定位槽之中，與出射光纖12515、12516、12517、12518都垂直，與所有的微鏡成45度角，12520為SU-8光纖定位槽，位于絕緣介質(zhì)膜上，12521為下電極壓焊塊，作為公共電極。
如圖11和12中所示，在上電極1255和下電極12521之間加上電壓，而其它電極間不加電壓時(shí)，微梁1254和微鏡1253被靜電力吸附在硅襯底上，微梁1257、12510、12513和微鏡1258、12511、12514翹起，從入射光纖12519射出的光線經(jīng)過微鏡1253的反射射入出射光纖12518中；當(dāng)在不同的上電極和下電極之間加上電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的微梁和微鏡吸附在硅襯底上，而在其它上電極和下電極間不加電壓，它們所對(duì)應(yīng)的微梁和微鏡翹起，從入射光纖12519射出的光線經(jīng)過被吸附在硅襯底上的微鏡反射射入對(duì)應(yīng)的出射光纖中，從而可以實(shí)現(xiàn)1×4光學(xué)開關(guān)功能。
上述五個(gè)實(shí)施例中的芯片上的微梁和微鏡的結(jié)構(gòu)相同，如圖13所示。圖13(a)是兩個(gè)電極間未加電壓時(shí)，微梁和微鏡處于翹起的的狀態(tài)；圖13(b)是兩個(gè)電極間加上電壓時(shí)，微梁和微鏡被靜電力吸附在硅襯底上的狀態(tài)。圖中從下到上各層組成結(jié)構(gòu)為；1201為單晶硅襯底；1202為摻雜過硼的單晶硅層，作為公共的下電極；1203為SiO2層；1204為Si3N4層，Si3N4層和SiO2層一起作為絕緣介質(zhì)膜；位于絕緣介質(zhì)膜上的1205為上下電極隔離圈，由多晶硅和上面的Cr-Au層組成；1206為上電極壓焊塊，位于絕緣介質(zhì)膜上，由多晶硅和上面的Cr-Au層組成；1207為多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁，與上電極壓焊塊相連，分為兩部分，靠近電極壓焊塊的部分由多晶硅、氮化硅和上面的Cr-Au層組成，遠(yuǎn)離電極壓焊塊的一端由多晶硅和上面的Cr-Au層組成；1208為微鏡，由SU-8和包在SU-8外面作為反射層Cr-Au層組成，位于微梁上遠(yuǎn)離電極壓焊塊的一端；1209光纖定位槽，由SU-8和上面的Cr-Au層組成。
本發(fā)明的具體制作過程作進(jìn)一步描述如下制作過程共分成芯片制作和外殼封裝兩個(gè)過程。五個(gè)實(shí)施例中的芯片制作和外殼封裝過程都相同。
1、芯片制作過程(1)在硅襯底上重?fù)诫s硼作為公共下電極；(2)在硅襯底上用熱氧化法生長(zhǎng)上一層SiO2作為絕緣介質(zhì)膜；(3)在硅襯底上用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)淀積上一層Si3N4作為絕緣介質(zhì)膜；(4)光刻、用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)方法圖形化Si3N4和SiO2層，刻出下電極壓焊塊和對(duì)準(zhǔn)符號(hào)窗口；(5)在硅襯底上用常壓化學(xué)氣相淀積法(APCVD)淀積上一層PSG，作為犧牲層；(6)第一次光刻PSG，用RIE圖形化PSG，不刻穿PSG，刻出以后長(zhǎng)多晶硅支撐柱的凹坑；(7)第二次光刻PSG，用RIE圖形化PSG，刻穿PSG層；(8)在硅襯底上用LPCVD法淀積上一層多晶硅；(9)多晶硅摻磷；(10)在硅襯底上用LPCVD法淀積上一層PSG；(11)退火去除內(nèi)應(yīng)力；(12)去除表面的PSG；
(13)在硅襯底上用LPCVD法淀積上一層Si3N4；(14)光刻、用RIE法圖形化Si3N4，作為多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁的上層；(15)光刻、用RIE法圖形化多晶硅，刻出微梁、上電極、上電極引線、上電極壓焊塊、上下電極隔離圈；(16)用BHF去除表面外露的PSG，并且部分鉆蝕PSG；(17)在硅襯底上甩SU8膠，光刻SU8膠，刻出微鏡部分和光纖定位槽部分；(18)在硅襯底上濺射Cr-Au層，作為微鏡反射面和上、下電極的壓焊塊；(19)進(jìn)行劃片；(20)犧牲層腐蝕，把PSG層腐蝕掉，從而釋放多晶硅-氮化硅復(fù)合梁和微鏡；(21)用去離子水漂洗、烘干。
2、芯片封裝步驟為(1)、把芯片12用低應(yīng)力膠粘接在金屬封裝外殼的基座17上；(2)、把光纖14從如圖2中所示的光纖套筒171中穿入；(3)、用膠水172把光纖175和光纖套筒171固定起來；(4)、去除伸出光纖套筒171的光纖上的披覆層；(5)、用固定螺母174把光纖套筒171固定在金屬封裝外殼的側(cè)壁173上；(6)、把裸光纖用膠固定在芯片的光纖定位槽中；(7)、利用引線鍵合工藝，用金引線18把芯片上的壓焊塊和金屬封裝外殼基座上的外引線16鍵合連接起來；(8)、把金屬封裝外殼的上蓋13和金屬封裝外殼的基座17焊接起來；(9)、把光纖175和光纖活動(dòng)連接器15連接起來。
權(quán)利要求
1.一種微光學(xué)開關(guān)，其特征在于，所包括的芯片由硅襯底，插入硅襯底上的光纖定位槽中的入射、出射光纖，制作在硅襯底上由多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁，由該微梁支撐的用于反射光線的與硅襯底垂直的微鏡，位于該微梁上的上電極和位于絕緣介質(zhì)膜之下的下電極所組成，利用靜電驅(qū)動(dòng)微梁作上下運(yùn)動(dòng)，把微鏡切入或離開光路，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)開關(guān)功能。
2.按照權(quán)利要求1所述的微光學(xué)開關(guān)，其特征在于所說的芯片可由單層硅襯底構(gòu)成，該硅襯底上有由SU-8膠經(jīng)過光刻后所形成的供光纖固定的定位槽，該定位槽與所說的微鏡成45度角。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的微光學(xué)開關(guān)，其特征在于所說的微鏡是在SU-8膠經(jīng)過光刻后所形成的側(cè)面濺射上Cr-Au層而形成的光線反射面。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的微光學(xué)開關(guān)，其特征在于所說的復(fù)合微梁可由制作在所說硅襯底上可腐蝕掉的PSG犧牲層上的多晶硅層、氮化硅層、Cr-Au層構(gòu)成，多晶硅層和Cr-Au層構(gòu)成上電極。
5.按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的微光學(xué)開關(guān)，其特征在于利用部分鉆蝕位于多晶硅下的PSG犧牲層來實(shí)現(xiàn)上下電極間的電隔離。
6.制作權(quán)利要求1所述的微光學(xué)開關(guān)的方法，其特征在于1)所說的芯片制作步驟為(1)在硅襯底上重?fù)诫s硼作為公共下電極；(2)在硅襯底上用熱氧化法生長(zhǎng)上一層SiO2作為絕緣介質(zhì)膜；(3)在硅襯底上用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)淀積上一層Si3N4作為絕緣介質(zhì)膜；(4)光刻、用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)方法圖形化Si3N4和SiO2層，刻出下電極壓焊塊和對(duì)準(zhǔn)符號(hào)窗口；(5)在硅襯底上用常壓化學(xué)氣相淀積法(APCVD)淀積上一層PSG，作為犧牲層；(6)第一次光刻PSG，用RIE圖形化PSG，不刻穿PSG，刻出以后長(zhǎng)多晶硅支撐柱的凹坑；(7)第二次光刻PSG，用RIE圖形化PSG，刻穿PSG層；(8)在硅襯底上用LPCVD法淀積上一層多晶硅；(9)多晶硅摻磷；(10)在硅襯底上用LPCVD法淀積上一層PSG；(11)退火去除內(nèi)應(yīng)力；(12)去除表面的PSG；(13)在硅襯底上用LPCVD法淀積上一層Si3N4；(14)光刻、用RIE法圖形化Si3N4，作為多晶硅-氮化硅復(fù)合微梁的上層；(15)光刻、用RIE法圖形化多晶硅，刻出微梁、上電極、上電極引線、上電極壓焊塊、上下電極隔離圈；(16)用BHF去除表面外露的PSG，并且部分鉆蝕PSG；(17)在硅襯底上甩SU8膠，光刻SU8膠，刻出微鏡部分和光纖定位槽部分；(18)在硅襯底上濺射Cr-Au層，作為微鏡反射面和上、下電極的壓焊塊；(19)進(jìn)行劃片；(20)犧牲層腐蝕，把PSG層腐蝕掉，從而釋放多晶硅-氮化硅復(fù)合梁和微鏡；(21)用去離子水漂洗、烘干；2)芯片封裝過程為(1)、把芯片用低應(yīng)力膠粘接在金屬封裝外殼的基座上；(2)、把光纖從光纖套筒中穿入；(3)、用膠水把光纖和光纖套筒固定起來；(4)、去除伸出光纖套筒的光纖上的披覆層；(5)、用固定螺母把光纖套筒固定在金屬封裝外殼的側(cè)壁上；(6)、把裸光纖用膠固定在芯片的光纖定位槽中；(7)、利用引線鍵合工藝，由金引線把芯片上的壓焊塊和金屬封裝外殼基座上的外引線鍵合連接起來；(8)、把金屬封裝外殼的上蓋和金屬封裝外殼的基座焊接起來；(9)、把光纖和光纖活動(dòng)連接器連接起來。
全文摘要
本發(fā)明屬于光纖通訊中微光學(xué)信息處理技術(shù)領(lǐng)域,包括芯片、金外線、金屬封裝外殼及帶尾纖的光纖活動(dòng)連接器,該芯片由硅襯底,入射、出射光纖,制作在硅襯底上由多晶硅－氮化硅復(fù)合微梁支撐的微鏡,位于該微梁上的上電極和位于絕緣介質(zhì)膜之下的下電極所組成。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,能夠?qū)崿F(xiàn)自組裝和自校準(zhǔn),光功率損失小,開關(guān)時(shí)間短,串?dāng)_小,耐沖擊、振動(dòng),驅(qū)動(dòng)電壓低,能耗低,使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn),易于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G02B6/35GK1258851SQ00100148
公開日2000年7月5日 申請(qǐng)日期2000年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月14日
發(fā)明者葉雄英, 卜敏強(qiáng), 周兆英, 何日暉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)