MEMS扫描仪的制作方法

本技术涉及微电子机械领域，更具体地，涉及一种mems扫描仪。

背景技术：

1、mems扫描仪在激光投影、增强现实、激光雷达等领域均有重要应用。基于微机电系统(mems)的扫描仪具有体积小、重量轻、价格便宜等优势，近些年形成替代传统光学扫描仪的强大趋势。

2、随着近年来自动驾驶技术的不断发展，对车载激光雷达的要求也越来越高。车载激光雷达中的mems扫描仪不仅要求大反射镜尺寸、大转角，还需要在振动载荷、热载荷和应力载荷下，都能保证功能的可靠性和性能的稳定性，但是这些设计要求通常是很难兼顾的。通常采用降低结构刚度的方法提高扫描转角和线数，但往往带来结构可靠性的降低，难以满足车规场景对振动环境鲁棒性的要求。

3、现有的mems扫描仪的结构如图1a和图1b所示，其分别示出了现有的mems扫描仪的正面和背面的示意图，反射镜10的外侧边缘与两个沿x轴延伸且相对设置的扭转梁20相连，通过扭转梁20自身的形变实现反射镜10沿x轴的转动。该mems扫描仪的反射镜10背面还设置有加强筋11，该加强筋11用来增强反射镜10的结构强度，减小反射镜10转动中自身的变形，该加强筋11对于振动式的mems扫描仪尤其重要。

4、图2a至图2c分别示出了现有的mems扫描仪的不同工作模态的示意图。如图2a中所示，反射镜10通过绕x轴做扭转振动来实现其功能，例如可采用静电驱动或电磁驱动的驱动方式，用rx来表示反射镜10的这一扭转运动模态。除rx外，mems扫描仪还可以做其他模态的运动，比如如图2b中所示的绕y轴的转动ry；还有绕z轴的转动rz，以及沿x轴、y轴、z轴的平动，分别用tx、ty、tz表示。在上述的各运动状态中，rx为实现扫描功能所需的运动模式，将其称为工作模态；而ry、rz、tx、ty、tz则是不期望发生的运动模式，称其为干扰模态，干扰模态的出现会对器件的正常工作产生负面的影响，需要进行相应的抑制。

5、降低干扰模态负面影响的方法，需要把该模态对应的刚度(或本征频率)做高，使该运动更不容易发生。因此，mems扫描仪中将工作模态rx的本征频率做低(更容易实现大幅值的驱动)，并且将干扰模态ry、rz、tx、ty、tz的本征频率做高。但这一设计要求在实际操作中往往是比较困难的，其主要原因在于工作模态和干扰模态刚度影响因素之间的耦合。

6、在干扰模态中，tz的影响最大，如图2c所示，因其对应的面外平动在实际振动应用场景中最容易出现，而且由于限位困难，往往容易引起扭转梁20的断裂。

7、现有的mems扫描仪，或是工作模态本征频率高，造成需要很大的驱动力以满足转角要求，而且帧频偏高(与工作模态的本征频率成正比)，无法实现高线数的激光雷达；或是干扰模态的本征频率低(特别是tz和ry)，造成振动、冲击环境下结构易出现大幅值的tz、ry运动，不仅影响器件的正常工作，而且可能造成器件结构的断裂，影响器件可靠性。

8、期待进一步改进mems扫描仪，以实现工作模态与干扰模态的分离，提高mems扫描仪的稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种mems扫描仪，以将其工作模态和干扰模态相分离，提高mems扫描仪的稳定性和可靠性。

2、本实用新型提供一种mems扫描仪，其特征在于，包括：第一框架；反射镜，位于所述第一框架的中间区域，所述反射镜通过第一扭转梁与所述第一框架相连；其中，所述第一扭转梁包括第一横梁和与所述第一横梁相连的至少一个第一纵梁，所述第一纵梁与所述第一横梁相垂直，所述第一纵梁沿所述第一横梁的垂直平分线对称设置。

3、优选地，所述第一扭转梁包括一个第一纵梁，所述第一扭转梁的截面为t形。

4、优选地，所述第一纵梁包括多个，多个所述第一纵梁间隔设置且沿所述第一横梁的垂直平分线对称设置。

5、优选地，所述第一扭转梁包括两个第一纵梁，两个所述第一纵梁位于所述第一横梁的同一侧，两个所述第一纵梁对称设置在所述第一横梁的垂直平分线的两侧。

6、优选地，所述第一扭转梁包括三个第一纵梁，三个所述第一纵梁位于所述第一横梁的同一侧，三个所述第一纵梁沿所述第一横梁的垂直平分线对称设置。

7、优选地，所述第一横梁的宽度大于所述第一横梁的厚度，所述第一纵梁的宽度小于所述第一纵梁的厚度。

8、优选地，所述第一横梁的宽度大于所述第一纵梁的宽度，所述第一横梁的厚度小于所述第一纵梁的厚度。

9、优选地，所述mems扫描仪还包括：第一支撑结构，所述第一支撑结构位于所述反射镜的下方。

10、优选地，所述第一扭转梁的第一纵梁的一端与所述第一支撑结构相连。

11、优选地，所述mems扫描仪还包括：第二框架，所述第二框架围绕所述第一框架并位于所述第一框架的外侧，所述第二框架通过第二扭转梁与所述第一框架相连，所述第二扭转梁与所述第一扭转梁垂直设置，所述第二扭转梁包括第二横梁和与所述第二横梁相连的至少一个第二纵梁，所述第二纵梁与所述第二横梁相垂直，所述第二纵梁沿所述第二横梁的垂直平分线对称设置。

12、优选地，所述第二扭转梁包括一个第二纵梁，所述第二扭转梁的截面为t形。

13、优选地，所述第二纵梁包括多个，多个所述第二纵梁间隔设置且沿所述第二横梁的垂直平分线对称设置。

14、优选地，所述第二扭转梁包括两个第二纵梁，两个所述第二纵梁位于所述第二横梁的同一侧，两个所述第二纵梁对称设置在所述第二横梁的垂直平分线的两侧。

15、优选地，所述第二扭转梁包括三个第二纵梁，三个所述第二纵梁位于所述第二横梁的同一侧，三个所述第二纵梁沿所述第二横梁的垂直平分线对称设置。

16、优选地，所述第二横梁的宽度大于所述第二横梁的厚度，所述第二纵梁的宽度小于所述第二纵梁的厚度。

17、优选地，所述第二横梁的宽度大于所述第二纵梁的宽度，所述第二横梁的厚度小于所述第二纵梁的厚度。

18、优选地，所述第二扭转梁的截面与所述第一扭转梁的截面相同。

19、优选地，所述mems扫描仪还包括：第二支撑结构，所述第二支撑结构位于所述第一框架的下方，所述第一扭转梁的第一纵梁的另一端与第二支撑结构相连。

20、优选地，所述第二扭转梁的第二纵梁的一端与所述第二支撑结构相连。

21、本实用新型的有益效果：

22、本实用新型提供的mems扫描仪，通过在横梁下增加与其垂直的纵梁且纵梁沿横梁的垂直平分线对称设置，利用纵梁扭转刚度小、面外弯曲刚度大的特点，与横梁叠加，在不增加扭转刚度的基础上显著提高面外弯曲刚度，从而提高干扰模态的本征频率，实现工作模态与干扰模态的分离，满足低工作模态频率、高干扰模态频率的设计要求，进而提高了驱动效率，实现了更大的转角，提高了对应的激光雷达的线数，并提高了mems扫描仪的稳定性和可靠性，使其可以更好的适用于振动冲击环境中。

23、进一步地，纵梁与加强筋相连，有助于提高mems扫描仪的稳定性。