概述Mirrorcle Technologies無框架兩軸掃描MEMS鏡像設(shè)備是基于ARI-MEMS制造技術(shù)浓若，Z初是由位于加州伯克利的亞得里亞海研究所(“ARI”)的研究項目開發(fā)的渺杉。它們在兩軸上提供非常快的光束轉(zhuǎn)向挪钓，同時需要超低功耗是越。反射鏡使激光束或圖像在每軸上的光學(xué)掃描角度(點對點或準(zhǔn)靜態(tài)模式)達(dá)到32°，共振模式下的角度更高碌上。與笨重的基于振鏡的光學(xué)掃描儀相比倚评，這些設(shè)備需要的驅(qū)動功率要小幾個數(shù)量級:驅(qū)動鏡面傾斜旋轉(zhuǎn)的靜電執(zhí)行器持續(xù)全速運(yùn)行耗散的功率不到1mw。Mirrorcle Technologies MEMS鏡面完全由單片單晶硅制成馏予，具有良好的可重復(fù)性和可靠性天梧。在平坦光滑的鏡面表面涂上一層具有高寬帶反射率的金屬薄膜。較小和中等尺寸的鏡子被作為硅MEMS芯片的集成部件制造霞丧，而較大的鏡子被粘合到驅(qū)動器上呢岗，允許定制鏡子尺寸。
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Mirrorcle MEMS掃描鏡技術(shù)概述（2）
獨特的四象限傾斜性能
幾年前蛹尝，MirrorcleTech的無框架技術(shù)還處于發(fā)展的早期階段敷燎，在一代ARIMEMS1到ARIMEMS6中制造的所有設(shè)備都是單象限(1Q)或單向類型設(shè)備。這指的是每個軸(仍然是兩軸或雙軸2D設(shè)備)能夠使鏡子從靜止位置(0°)偏轉(zhuǎn)到一邊(例如+8°)箩言，但不能偏轉(zhuǎn)到另一邊(例如-8°)硬贯。因此，典型的一象限(1Q)設(shè)備實現(xiàn)了X軸上0°到+8°的機(jī)械傾斜陨收，Y軸上0°到+8°的機(jī)械傾斜饭豹。今天，在MEMS鏡面行業(yè)的產(chǎn)品中务漩，所有設(shè)備類型都提供四象限(4Q)光束轉(zhuǎn)向能力拄衰，通常允許整體更大的總jian端/傾斜角度(兩個軸)。
四象限器件的線性化驅(qū)動
Mirrorcle Development Kits和OEM MEMS驅(qū)動程序使用了一種設(shè)備特定的方法饵骨，以偏微分四通道(BDQ)方案驅(qū)動4Q MEMS驅(qū)動器翘悉。如圖1所示，該方案將執(zhí)行器的電壓角關(guān)系線性化居触，并改善從一個象限到另一個象限的平滑過渡妖混，即在設(shè)備內(nèi)形成一個執(zhí)行器到另一個。在這種模式下轮洋，每個轉(zhuǎn)子的正旋轉(zhuǎn)部分和負(fù)旋轉(zhuǎn)部分總是(差分地)嚙合制市，因此電壓和轉(zhuǎn)矩總是連續(xù)的。所有Mirrorcle MEMS驅(qū)動器都設(shè)計為在這種模式下工作弊予，因此有四個帶偏置輸出的通道(兩個差分對)祥楣。輸入可以是數(shù)字的也可以是模擬的，只需要兩個通道來控制x軸和y軸的位置。
圖1 用單向和雙向裝置比較可尋址角度/面積误褪；每一個的代表電壓與角度的測量
鏡面材料责鳍、質(zhì)量和涂層
Mirrorcle Technologies MEMS mirror由單晶硅晶片制成，其質(zhì)量與PC微處理器等集成電路的制造相同兽间。由于采用類似的大規(guī)模生產(chǎn)工藝以獲得較高的制造重復(fù)性历葛、質(zhì)量和較低的成本，因此硅被用作基礎(chǔ)材料渡八。選擇使用與巨大的硅芯片工業(yè)相同的起始材料有進(jìn)一步的好處啃洋，特別是在光學(xué)應(yīng)用方面传货。晶圓片表面和因此制造的鏡面表面用拋光技術(shù)拋光到1納米以下的粗糙度屎鳍。硅的獨特之處在于，在鏡面金屬化之前问裕，可以使用各種方法使表面超凈逮壁。此外，硅材料本身在制造過程中沒有任何殘余應(yīng)力粮宛，在鏡面微加工后仍保持這種性能窥淆。因此，硅反射鏡具有較高的平整度巍杈，曲率通常低于用傳統(tǒng)干涉儀測量的水平忧饭。作為MEMS鏡面的基材，硅具有較優(yōu)的潔凈度筷畦、平整度。
在光束轉(zhuǎn)向應(yīng)用的Z后制造步驟中，硅鏡面必須涂覆以獲得所需波長的高反射率伪节。在標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)過程中顷帖，硅鏡上會涂上一層薄薄的鋁，所有庫存的MEMS鏡面都用的鋁涂層鼎文。一些研發(fā)生產(chǎn)過程中的設(shè)計被涂上了黃金渔肩。一般來說，可以使用其他涂層材料拇惋，但有必要找到薄的周偎、低應(yīng)力的涂層，而不會顯著降低鏡子的平整度特性撑帖。這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的要求栏饮，因為MEMS反射鏡的厚度非常小，因此在每個新情況下都需要大量的研發(fā)工作磷仰。在使用鋁涂層的標(biāo)準(zhǔn)工藝中袍嬉，在任何類型和尺寸的鏡子中都保持>5 m的曲率半徑。
圖2 MEMS鏡面涂層：標(biāo)準(zhǔn)鋁涂層(左)，金涂層（右）
所有設(shè)備都可以處理高達(dá)2W的連續(xù)波激光功率伺通，而不受鏡子尺寸箍土、激光波長和鏡子涂層的影響。要獲得更高的連續(xù)波激光功率罐监，必須考慮特定波長下的涂層反射率和反射鏡尺寸吴藻。一般來說，較大的鏡面尺寸可以處理更高的連續(xù)波功率由于二次較高的表面冷卻弓柱。對于平均功率較低的脈沖激光器沟堡，會有其他的影響，即高峰值功率脈沖可能對金屬涂層造成損傷矢空。在這種情況下鏡面的表現(xiàn)與傳統(tǒng)光學(xué)行業(yè)中的大多數(shù)鋁或鍍金鏡面一樣航罗。
鏡子類型及種類
集成鏡的直徑達(dá)2.4毫米是整體制作的一個集成部分的萬向節(jié)驅(qū)動器裝置結(jié)構(gòu)。它們是硅模具的中心區(qū)域屁药，與周圍的靜電驅(qū)動器具有相同的微細(xì)加工步驟粥血。這些鏡子是由同樣的硅層構(gòu)成，具有較佳的平面和光滑的硅表面酿箭，鏡子雙軸連接到軸向連桿复亏，提供兩軸運(yùn)動。所有庫存的集成鏡都涂上了純鋁缭嫡，在很寬的波長范圍內(nèi)具有很高的反射率缔御。黃金金屬化可以在晶圓規(guī)模上進(jìn)行，因此可以用于更大的訂單生產(chǎn)妇蛀。
粘結(jié)鏡與硅驅(qū)動器結(jié)構(gòu)分開制作耕突，用于在設(shè)備頂部進(jìn)行后續(xù)的微組裝。因為這些鏡子是附加在設(shè)備驅(qū)動器結(jié)構(gòu)之上讥耗，不占用驅(qū)動器區(qū)域的一部分有勾，因此基本上可以在任意大小。粘合鏡方法允許用戶選擇尺寸古程，以及每個應(yīng)用的鏡子的幾何形狀蔼卡，以優(yōu)化速度，光束大小和掃描角度之間的關(guān)系挣磨。
以前批量制造硅器件如兩軸MEMS反射鏡器件雇逞，只允許一種類型/尺寸的反射鏡作為整個器件的一部分。為了生產(chǎn)具有不同鏡面尺寸的設(shè)備茁裙，大多數(shù)技術(shù)不僅需要新的制造周期塘砸，而且在某些情況下還需要完全重新設(shè)計驅(qū)動器。Mirrorcle Technologies提供了一種基于MEMS的晤锥、可定制孔徑大小的光束轉(zhuǎn)向技術(shù)掉蔬。即廊宪，在自對準(zhǔn)DRIE制造過程中，設(shè)計并實現(xiàn)了一系列針對速度女轿、角度箭启、面積占用或共振驅(qū)動優(yōu)化的靜電執(zhí)行器。鏡面的直徑和幾何形狀由客戶選擇蛉迹，以優(yōu)化其特定應(yīng)用的性能傅寡。
鏡子大小及角度性能
鏡子MEMS鏡子不受角度限制，不管鏡子的大小北救，除了在少數(shù)特殊情況下荐操。Z大角度通常只有在保持高速時才會受到限制，在大多數(shù)設(shè)計中珍策，機(jī)械偏轉(zhuǎn)的角度大約在-5°到+5°之間托启。所有集成鏡尺寸和通過5.0mm直徑的粘結(jié)鏡都可以在這個范圍內(nèi)使用。一些鏡子的作動器有更高的角度能力膛壹，在這種情況下驾中，只有Z大的鏡受到機(jī)械限制唉堪，取決于鏡的大小模聋。在定制研發(fā)項目中，Mirrorcle也展示了6.4mm唠亚、8.2mm链方、9.0mm的鏡子。在這些情況下,較大的反射鏡慣量被換取較低的角度偏轉(zhuǎn)灶搜，以保持高速和振動的穩(wěn)定性祟蚀。因此，在這些尺寸的特殊應(yīng)用中割卖，角度限制在~ -1°到+1°之間前酿。
設(shè)備封裝
Mirrorcle MEMS鏡面的生產(chǎn)有許多封裝選項，因為它們不需要任何特殊的材料鹏溯、形狀或環(huán)境條件才能正常運(yùn)行罢维。雙軸裝置需要12個引腳和至少4.4毫米或更大的平滑平坦的封裝腔。其他規(guī)格根據(jù)客戶要求丙挽，使用方便肺孵，光學(xué)安裝等。共有兩種包裝可供選擇：DIP24或LCC包裝颜阐。具有24個引腳的傳統(tǒng)陶瓷雙列直插式封裝(DIP)仍然是許多研發(fā)場景中方便和通用的選擇平窘。這些封裝，如圖3所示凳怨，有不同的腔尺寸瑰艘，可以容納每個Mirrorcle MEMS芯片大小從4平方毫米到7.25平方毫米是鬼。DIP24在處理方面是一種簡單的解決方案，因為它可以簡單地用手沿著陶瓷面拿著紫新，從而輕松地避免與敏感的MEMS和AR涂層窗口區(qū)域接觸屑咳。對于DIP24設(shè)備，也有一個簡單的ZIF插座安裝解決方案弊琴，允許輕松的光學(xué)工作臺面包板兆龙，設(shè)備交換等。
圖3 （a）TINY20.4的連接器LCC20封裝敲董，安裝在PCB上紫皇，便于在光學(xué)工作臺上集成。(b)帶有鏡面孔徑的定制MEMS連接器封裝腋寨。(c)連接器LCC48封裝TINY48.4中的單軸線鏡聪铺，LCC48預(yù)焊接到TinyPCB中。(d)帶有定制陶瓷封裝的定制剛性撓性PCB萄窜，用于7.5mm的大型MEMS鏡面铃剔。
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