一种集成微垫片的mems可调光衰减器芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光衰减器芯片，特别涉及一种具有集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片。
【背景技术】
[0002]随着信息化及高速宽带网络的迅速发展，传统的通信网络向高速、智能化的光纤通信网络发展。因此小型化、动态可调及智能化的光器件成为新型光通信网络中不可或缺的关键器件。
[0003]可调光衰减器Variable Optical Attenuator(VOA)在光通信网络中主要功能用于控制传输光信号的强弱，特别是随着密集波分复用(DWDM)传输系统、光纤放大器(EDFA)以及光接收器在光通信网络中的普遍应用，其在多个光信号传输通道中必须实现各个通道的增益平坦或功率均衡。同时随着大数据时代的到来，数据中心业务中也大量使用到VOA对光信号的控制，因此可调光衰减器也越来越成为智能光网络及数据中心中非常重要的基本光器件。
[0004]传统的可调光衰减器采用手动调节(例如中国专利CN201796156U)或者采用继电器机械调节，但其体积较大。基于微电子机械系统Micro-Electro-Mechanical System(MEMS)的可调光衰减器由于其批量化制作，体积小，易于实现智能化、动态可调等优点越来越得到广泛的重视和研宄。
[0005]基于MEMS的可调光衰减器通常由MEMS技术制作的光芯片和外部封装组件整体封装而成。MEMS技术制作的光芯片具有体积小、低成本及高可靠性的优点。
[0006]公开号为CN1512254A的微机电系统MEMS可变光衰减器，其公开技术显不可通过热膨胀或静电力产生的驱动力来驱动光闸移动以便插入到两个光波导之间的间隔中，从而部分挡住从光波导诸如光纤的光信号发射端或出口端传播到光波导的光信号接收端或入射端的光速束。可调式光衰减器VOA可以按照使用者的需要通过外加电压来调节光强度的衰减，微机电系统可调式光衰减器(MEMS V0A)能广泛应用于控制和调节光通讯系统中光强度的场合中。
[0007]基于微机电系统技术的可调式光衰减器具有集成度高，动态可调谐、功耗低等优势。
[0008]在本申请人提出了一种光衰减器的封装方法(公开号:CN103698854A):提出一种MEMS挡光式可调光衰减器的封装结构，该方法与其他封装技术相比，具有结构简单，可靠性高，器件紧凑、尺寸小等优点。但在此封装方法中，由于现有VOA芯片的可动驱动梁与电极表面在同一平面内，而封装时，需要将可动挡光片放置在尽量靠近光纤的输出端，及尾纤套管的端面。因此VOA芯片与尾纤套管端面需要单独放置一个分离的薄垫片(根据光路设计的不同，垫片可以从几um到几十um厚)，以避免变形梁在运动过程中触碰准直透镜和减小热损失。由于垫片很薄，对封装工艺要求较高。
[0009]为了降低封装工艺要求，提高器件的封装效率及器件的可靠性，本实用新型提出了一种具有集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片。
【实用新型内容】
[0010]针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种小型化、低成本及高可靠性的具有集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片结构。
[0011]为实现上述目的，本实用新型提供一种具有集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片，具有以下特征:它包括衬底、可动结构、电极和微垫片，所述微垫片在电极和可动结构上方集成形成。所述微垫片的厚度可从亚微米级到毫米级，所述微垫片的材料为单晶硅或者非单晶硅，所述微垫片的形状可为在电极上连续或不连续的对称或不对称的任意图形。
[0012]本实用新型的有益效果是降低了封装工艺的难度，提高了器件封装效率、热稳定性及整体器件的可靠性。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型实施例1结构示意图。
[0014]图2是本实用新型实施例2结构示意图。
[0015]图3A~3H是本实用新型实施例1制作工艺过程结构剖面示意图。
[0016]图4A~4G是本实用新型实施例2制作工艺过程结构剖面示意图。
[0017]图5Α~?是本实用新型实施例制作的VOA芯片的垫片形状俯视示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明:
[0019]图1是本实用新型实施例1的结构示意图，本实施例的MEMS VOA芯片，具有以下特征:它包括双器件层SOI衬底、可动结构A、电极B和微垫片C，所述微垫片在电极和可动结构上方的第一器件层集成形成，所述可动结构在第二器件层形成，所述金属电极(光反射层)形成在可动结构之上。所述垫片的厚度可从亚微米到几百微米，材料可为单晶硅。
[0020]图2是本实用新型实施例2的结构示意图，本实施例的MEMS VOA芯片，具有以下特征:它包括单器件层SOI衬底、可动结构、电极和微垫片，所述微垫片在电极上方由丝网印刷形成，所述可动结构在器件层形成，所述金属电极(光反射层)形成在可动结构之上。所述垫片的厚度可达到1000微米以上，材料可为非晶硅，优选采用玻璃浆料。
[0021]可选地，如图5所示，所述垫片B/E的形状可为在电极上连续或不连续的对称或不对称的任意图形。
[0022]以下是本实用新型实施例1所述的集成微垫片的MEMS VOA芯片的制作方法，如图3所示，其主要包括以下步骤:
[0023]S1:如图3A所示，准备包括第一层器件层1、第二器件层2、第一层氧化硅3、第二层氧化硅4及基底5的双器件层SOI硅片；
[0024]S2:如图3B所示，制作驱动梁和电极图形，图形通过氧化硅刻蚀记忆于第一层氧化娃3 ；
[0025]S3:如图3C所示，制作驱动梁和电极图形，通过氧化硅做掩模，刻蚀穿第一次层硅器件层I ;
[0026]S4:如图3D所示，制作垫片图形，图形通过氧化硅刻蚀记忆在第一次层氧化硅层3，同时，氧化硅刻蚀打开第二层氧化硅4，将电极和驱动梁图形转移到第二层氧化硅4 ;
[0027]S5:如图3E所示，刻蚀器件层，通过硅刻蚀，将垫片6制作形成在第一层器件层I上并将驱动梁转移到第二层器件层3上；
[0028]S6:如图3F所示，背面光刻和深刻蚀；
[0029]S7:如图3G所示，氧化硅腐蚀，释放可动机构7 ;
[0030]S8:如图3H所示，在可动机构上淀积金属电极和光学放射层8。
[0031]上述制作方法的特征在于，所述垫片6的厚度可从亚微米到几百微米，所述垫片6的材料可与可动机构7相同，均为单晶硅，如图5Α~?所示，所述垫片B/E的形状可为在电极上连续或不连续的对称或不对称的任意图形。
[0032]以下是本实用新型实施例2所述的集成微垫片的MEMS VOA芯片的制作方法，如图4所示，其主要包括以下步骤:
[0033]S1:如图4A所示，准备包括氧化硅层201、硅器件层202及基底203的单器件层SOI娃片;
[0034]S2:如图4B所示，制作驱动梁和电极图形。图形通过氧化硅刻蚀记忆于氧化硅层201 ；
[0035]S3:如图4C所示，制作驱动梁和电极图形。图形通过氧化硅做掩模、硅深刻蚀传递到硅器件层202 ;
[0036]S4:如图4D所示，制作垫片图形。通过丝网印刷将玻璃浆料均匀涂敷在电极部分表面上，高温烘烤固化形成垫片204 ;
[0037]S5:如图4E所示，背面光刻和深刻蚀；
[0038]S6:如图4F所示，氧化硅腐蚀，释放可动机构205 ；
[0039]S7:如图4G所示，在可动机构上淀积金属电极和光学放射层206。
[0040]上述制作方法的特征在于，所述垫片204的厚度可超过1000微米。如图5Α~?所示，所述垫片Β/Ε的形状可为在电极上连续或不连续的对称或不对称的任意图形。
[0041]综上所述，本实用新型具有以下优点:
[0042]1，采用集成微垫片，减少了分离垫片粘合的步骤，避免了工作面或微小缺陷对可动结构的接触和阻碍，降低了封装工艺的难度，提高了器件封装效率及器件的可靠性。
[0043]2，通过利用SOI硅片以及采用硅刻蚀或丝网印刷工艺，使得微垫片的厚度不再局限于分离垫片的可操作厚度，垫片的厚度范围可为亚微米级到毫米级。
[0044]3，通过采用与衰减器结构相同的材料或玻璃浆料制作垫片，可进一步提高器件的热稳定性和整体器件的可靠性。
[0045]4，可利用MEMS工艺批量制作，兼容性强，因此可以实现器件的可靠性及一致性，降低芯片的成本。
【主权项】
1.一种集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片，其特征在于所述芯片包括衬底、可动结构、电极和微垫片，所述微垫片在电极和可动结构上方集成形成。
2.根据权利要求1所述的集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片，其特征在于所述微垫片的厚度可从亚微米级到毫米级。
3.根据权利要求2所述的集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片，其特征在于所述微垫片的材料为单晶硅或者非单晶硅。
4.根据权利要求2所述的集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片，其特征在于所述微垫片的形状可为在电极上连续或不连续的对称或不对称的任意图形。
5.根据权利要求2所述的集成微垫片的MEMS可调光衰减芯器片，其特征在于中所述衬底为双器件层SOI硅片或单器件层SOI硅片。
【专利摘要】本实用新型涉及一种具有集成微垫片的MEMS可调光衰减器芯片。该芯片包括硅衬底、可动结构、电极和微垫片，所述微垫片在电极和可动结构上方集成形成。本实用新型由于采用集成微垫片，减少了分离垫片粘合的步骤，避免了工作面或微小缺陷对可动结构的接触和阻碍，降低了封装工艺的难度，提高了器件封装效率及器件的可靠性。本实用新型通过利用SOI硅片，使得微垫片的厚度不再局限于分离垫片的可操作厚度。本实用新型通过采用与衰减器结构相同的材料或玻璃浆料形成垫片，可进一步提高器件的热稳定性和整体器件的可靠性。
【IPC分类】B81C1-00, B81B7-02, G02B6-26
【公开号】CN204454561
【申请号】CN201420672263
【发明人】王文辉, 李四华, 林沁, 李维, 施林伟
【申请人】深圳市盛喜路科技有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年11月12日