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MEMS掃描鏡組件中的引線鍵合公共電氣連接

（映維網(wǎng)Nweon?2023年07月28日）在傳統(tǒng)的壓電MEMS掃描鏡系統(tǒng)中，金屬致動器框架（與引線鍵合不兼容）用作所有壓電元件（即致動器）的公共電連接。由于基板用作器件的電氣和機械互連，因此還必須在金屬致動器框架和基板之間進行電氣連接。

在以前的器件中，導電粘合劑通常用于將致動器框架機械地和電氣地連接到基板。然而，導電粘合劑的機械強度不如專門用于結(jié)構(gòu)目的的粘合劑。機械強度的降低給設備帶來了可靠性問題。

為了防止可靠性問題，將導電粘合劑和結(jié)構(gòu)粘合劑混合，例如10%的導電粘合劑和90%的結(jié)構(gòu)粘合劑。然而，粘合劑在整個粘合過程中混合不均勻，導致機械強度和導電性能發(fā)生變化。例如，導電粘合劑可能被結(jié)構(gòu)粘合劑覆蓋，并且發(fā)生導電問題。類似地，結(jié)構(gòu)粘合劑可以在發(fā)生結(jié)構(gòu)粘合的地方被覆蓋或稀釋，并且可能發(fā)生結(jié)構(gòu)問題。

最終，設備的每一次迭代都遇到了效率問題。隨著效率的降低，設備停止正常工作。

在名為“Wire bonded common electrical connection in a piezoelectric micro-electro-mechanical system scanning mirror assembly”的專利申請中，微軟介紹了一種改進的方法。

在一個實施例中，在壓電MEMS掃描鏡系統(tǒng)的致動器框架和與結(jié)構(gòu)粘合劑分離的基板之間建立電連接，從而在致動器框架和基板之間建立機械鍵合。最初，使用結(jié)構(gòu)鍵合（沒有導電性能）將致動器框架連接到基板上。在完全形成鍵合之后，可以通過兩種方式中的一種來創(chuàng)建單獨的電連接。

在一個方面，致動器框架可以涂覆有涂層，涂層使得致動器框架的表面能夠引線鍵合。然后可以在致動器框架和基板之間形成引線鍵合。

在另一個方面，導電材料的跡線沉積在致動器框架和基板之間的機械鍵合的外邊緣上，并且可以在導電跡線上施加最終保護層，以保護跡線免受機械或環(huán)境損壞。導線鍵合和導電材料的跡線都可以在一個器件中用于冗余。

類似地，可以在一個器件中使用多于一個的引線鍵合或多于一個導電材料跡線以實現(xiàn)冗余。其結(jié)果是系統(tǒng)具有最大的機械性能，并且比以前的設備提高了效率。

所以，發(fā)明主要描述了掃描鏡系統(tǒng)中的引線鍵合公共電連接。所述系統(tǒng)包括致動器框架，致動器框架由涂覆有涂層的框架材料組成，涂層使得致動器框架的表面能夠引線鍵合。系統(tǒng)同時包括至少一個致動器，其具有在致動器的頂表面上的頂部電極和在致動器的底表面上的底部電極。至少一個致動器可以用部分導電的粘合劑附接到致動器框架的頂表面。

所述系統(tǒng)同時包括反射鏡，反射鏡延伸穿過致動器框架的中央安裝構(gòu)件中的間隙。反射鏡的錨定部分用結(jié)構(gòu)粘合劑連接到致動器框架的頂表面。系統(tǒng)進一步包括用結(jié)構(gòu)粘合劑連接到致動器框架的底表面的基板?；迳系碾姾副P使得至少一個致動器的頂表面上的頂電極和基板、反射鏡和基板以及致動器框架的頂表面與基板之間能夠電連接。

圖1示示出了與視頻源102通信的示例顯示設備100。掃描鏡系統(tǒng)106包括一個或多個掃描鏡110，掃描鏡110可控制以改變來自光源的光反射的角度，從而掃描圖像。

掃描鏡系統(tǒng)106包括機電致動器系統(tǒng)114，機電致動器系統(tǒng)包括致動器116以實現(xiàn)掃描鏡110的移動?？梢允褂酶鞣N類型的致動器來控制MEMS反射鏡系統(tǒng)。

如圖1所示，掃描鏡110和機電致動器系統(tǒng)114中的一個或多個通過結(jié)構(gòu)粘合劑界面120鍵合到致動器框架118。在一個示例中，結(jié)構(gòu)粘合劑界面120包括非導電結(jié)構(gòu)粘合劑部分122和導電結(jié)構(gòu)粘合劑部124兩者，其布置為使得非導電結(jié)構(gòu)粘合部122至少部分地圍繞并包圍導電結(jié)構(gòu)粘合部分124。

控制器104可以配置為經(jīng)由通過致動器框架118和導電結(jié)構(gòu)粘合劑部分124傳導到致動器116的電來驅(qū)動機電致動器系統(tǒng)114的致動器116。

圖2-4示出了包括掃描鏡組件206的掃描鏡系統(tǒng)200的具體示例，掃描鏡組件包括致動器框架210的示例。掃描鏡組件206包括MEMS鏡218，MEMS鏡218經(jīng)由第一彎曲部222和第二彎曲部224附接到致動器框架210。第一彎曲部222和第二彎曲部224可以提供相應的樞軸，反射鏡218可以通過樞軸旋轉(zhuǎn)，從而改變其角度取向以改變來自光源的光被反射的角度。反射鏡218可以在水平或垂直方向上掃描，這取決于掃描反射鏡系統(tǒng)200被鍵合到顯示設備中的方位。

掃描鏡組件206的第一彎曲部222連接到第一錨固部分228。第一錨固部分通過結(jié)構(gòu)粘合劑界面固定到致動器框架210的第一可移動構(gòu)件232。以類似的方式，掃描鏡組件206的第二彎曲部224連接到第二錨定部分238，第二錨固件部分238通過結(jié)構(gòu)粘合劑界面固定到致動器框架210的第二可移動構(gòu)件242。

在示例中，掃描鏡系統(tǒng)200包括機電致動器系統(tǒng)，機電致動器系統(tǒng)包括鄰近第一彎曲部222固定到第一可移動構(gòu)件232的第一致動器對和鄰近第二彎曲部224固定到第二可移動構(gòu)件242的第二致動器對。第一致動器對包括第一致動器244和第二致動器246，第二致動器對包括第三致動器248和第四致動器250。

致動器可以在反射鏡218中引起期望的振蕩。例如，在接收到具有第一極性（例如正）的電信號時，致動器244和248可以分別向位于致動器下方的可移動構(gòu)件232和242的部分施加收縮力。

另一方面，具有第二不同極性（例如負）的電信號可以致使致動器244和248向可移動構(gòu)件的相應底層部分施加擴張力，并且可以使致動器246和250向可移動部件232和242的相應底層施加收縮力。由致動器244、246、248和250施加的力的大小可以通過控制施加到致動器的電信號的大小來控制。

如上所述，施加到致動器的電信號可以通過將每個致動器鍵合到可移動構(gòu)件232和242的相應底層部分的結(jié)構(gòu)粘合劑界面120的導電結(jié)構(gòu)粘合劑部分124傳導。以這種方式，電信號可以施加到致動器框架210的導電材料，并且經(jīng)由導電結(jié)構(gòu)粘合劑部分124傳導到致動器244、246、248和250中的每一個。

在其他示例中，掃描鏡系統(tǒng)200的機電致動器系統(tǒng)可以使用任何合適類型的致動器。例如，每個致動器可以包括磁性致動器，其中磁性元件之間的磁力可以通過電信號改變。

在其他示例中，每個致動器可以包括靜電致動器，其中電極之間的電場可以變化以調(diào)節(jié)收縮力或擴張力。作為進一步的例子，每個機電致動器可以利用一個或多個雙金屬帶，其中可以利用不同材料的不同熱膨脹系數(shù)來改變施加的力。

在示例中，致動器框架210的中央安裝構(gòu)件256經(jīng)由間隔件262固定到下面的基板260。中央安裝構(gòu)件256可以鍵合到間隔件262，并且間隔件通過結(jié)構(gòu)粘合劑界面120鍵合到基板260，使得電信號可以從基板260傳導到致動器244、246、248和250。

在圖2-4的示例中，間隔件262將致動器框架210提升到基板260上方，從而使得可移動構(gòu)件232和242能夠移動。

如圖4所示，間隔件262分別在可移動構(gòu)件232和242與下面的基板260之間產(chǎn)生間隙266和268。以這種方式，第一可移動構(gòu)件232和第二可移動構(gòu)件242漂浮在基板260上方，從而可以經(jīng)由彎曲部222和224引起反射鏡218的移動。

在一個示例中，間隙266和268中的每一個可以為大約0.4mm至0.6mm，以使得第一可移動構(gòu)件232和第二可移動構(gòu)件242能夠相對于基板260沿y軸移動。在其他示例中，可以利用任何其他合適的間隙距離來適應不同的掃描鏡系統(tǒng)配置和期望的鏡移動。

在所述示例中，間隔件262具有與致動器框架210的安裝構(gòu)件256基本相同的形狀。在其他示例中，間隔件262可以具有與安裝構(gòu)件256不同的形狀。如圖3所示，致動器244、246、248和250通過部分導電粘合劑274鍵合到致動器框架210的可移動構(gòu)件232和242的相應底層部分。

如圖3所示，致動器框架210包括第一鉸鏈270，第一鉸鏈270將安裝構(gòu)件256的中心部分272與第一可移動構(gòu)件232的中心部分276連接。第一鉸鏈270位于與第一可移動構(gòu)件232的相對端234和236基本等距的位置。

類似地，第一可移動構(gòu)件232的中心部分276基本上位于第一可移動部件的相對端234和236之間的中間。

以類似的方式，致動器框架210包括第二鉸鏈280，第二鉸鏈將安裝構(gòu)件256的中心部分272與第二可移動構(gòu)件242的中心部分282連接。與第一鉸鏈270一樣，第二鉸鏈280位于與第二可移動構(gòu)件242的相對端278和286基本等距的位置。第二可移動構(gòu)件242的中心部分282也基本上位于第二可運動構(gòu)件的相對端278和286之間的中間。

如圖3所示，致動器244、246、248和250中的每一個可以通過部分導電粘合劑274鍵合到致動器框架210的可移動構(gòu)件232和242的相應底層部分。在一個示例中，連接到反射鏡218的錨定部分228和238也可以通過結(jié)構(gòu)粘合劑鍵合到可移動構(gòu)件232和242的下層部分。

圖5示出了掃描鏡系統(tǒng)200的側(cè)視圖。如圖所示，致動器框架210的底表面通過結(jié)構(gòu)粘合劑附接到基板260。重要的是，結(jié)構(gòu)粘合劑不具有導電性能，這使得能夠獲得致動器框架210和基板260之間的鍵合的最大機械性能。

在掃描鏡系統(tǒng)200中，電連接和布線發(fā)生在基板260中。致動器的頂部電極引線鍵合到基板260上的電焊盤。在各方面中，四個引線鍵合使得能夠在四個致動器中的每一個的頂表面與基板260之間進行電連接。

反射鏡延伸穿過致動器框架210的中央安裝構(gòu)件中的間隙（圖1中未示出）。反射鏡的錨定部分228、238利用結(jié)構(gòu)粘合劑590附接到致動器框架210的頂表面。反射鏡被引線鍵合（未示出）到基板260上的電焊盤（未顯示）。四線鍵合使得能夠在反射鏡和基板260之間進行電連接。

圖6是掃描鏡系統(tǒng)200的一個側(cè)視圖。如圖所示，掃描鏡系統(tǒng)200包括四個致動器244、246、248、250。

如上所述，致動器244、246、248、250中的每一個在頂表面上具有頂電極，在底表面上具有底電極，并且利用部分導電粘合劑（圖2中未示出）附接到致動器框架210的頂表面。致動器244、246、248、250中的每一個的頂部電極被引線鍵合（未示出）到基板260上的電焊盤（未示示出）。引線鍵合能夠?qū)崿F(xiàn)致動器244、246、248、250中的每一個的頂表面與基板260之間的電連接。

反射鏡218延伸穿過致動器框架210的中間的孔292。反射鏡218的錨定部分228、238用結(jié)構(gòu)粘合劑（圖2中未示出）附接到致動器框架210的頂表面，并且通過第一彎曲部和第二彎曲部224連接到反射鏡218。反射鏡同時引線鍵合（未示出）到基板260上的電焊盤（未示出來）。四線鍵合使得能夠在反射鏡和基板260之間進行電連接。

圖7示出了掃描鏡系統(tǒng)200的一個側(cè)視圖。當在Z方向上在致動器248、250上施加電場時，致動器248、25試圖在X和Y方向上收縮或膨脹。由于致動器248250受到致動器框架210的約束，因此致動器248250彎曲。

在致動器框架210一側(cè)上的致動器試圖收縮，并且致動器框架210另一側(cè)上的制動器試圖膨脹的情況下，致動器248、250在相反方向上彎曲，導致致動器框架210的第二可移動構(gòu)件242輕微傾斜。

由于反射鏡218的錨固部分238附接到第二可移動構(gòu)件242，錨固部分238的傾斜導致反射鏡218經(jīng)由彎曲部（圖7中未示出）以高得多的程度移動。

圖8示出了掃描鏡系統(tǒng)200中的示例性引線鍵合公共電連接側(cè)視圖。如圖所示，掃描鏡系統(tǒng)200包括在基板260上的公共跡線894與致動器框架896的表面之間的引線鍵合892。

如圖所示，致動器框架210的底表面通過純結(jié)構(gòu)粘合劑590附接到基板260。結(jié)構(gòu)粘合劑590不具有導電性能，這使得能夠獲得致動器框架210和基板260之間的鍵合的最大機械性能。

致動器框架210涂覆有涂層（例如無電鎳浸金涂層或無電鎳無電鈀浸金涂層）。涂層使得致動器框架896的表面能夠與引線鍵合兼容，。施加在致動器框架896的表面處的引線鍵合892完成致動器框架210和基板260之間的電連接。

在一個方面，引線鍵合892是金線，并且致動器框架896的表面上的涂層和基板260上的電焊盤894上的跡線包括金表面光潔度。在一個方面，為了冗余，可以在不同的位置應用多個引線鍵合。

圖9示出了在掃描鏡系統(tǒng)中提供引線鍵合公共電連接的方法900。

在步驟902，將結(jié)構(gòu)粘合劑分配在基板上，并且將致動器框架（其已經(jīng)涂覆有與引線鍵合兼容的涂層）放置在基板上。

在步驟904，將該系統(tǒng)放置在烘箱中并進行固化。

在步驟906，將部分導電粘合劑分配到致動器框架上，并且將致動器放置在致動器框架上。在步驟908，將該系統(tǒng)放置在烘箱中并進行固化。

在步驟910，將結(jié)構(gòu)粘合劑分配到致動器框架上，并且將反射鏡經(jīng)由反射鏡的錨定部分放置在致動器框架上。

在步驟912，將該系統(tǒng)放置在烘箱中并進行固化。

在步驟914，在致動器框架的表面和基板上的電焊盤之間產(chǎn)生引線鍵合。

相關專利：

Microsoft Patent | Wire bonded common electrical connection in a piezoelectric micro-electro-mechanical system scanning mirror assembly

https://patent.nweon.com/28263

名為“Wire bonded common electrical connection in a piezoelectric micro-electro-mechanical system scanning mirror assembly”的微軟專利申請最初在2023年1月提交，并在日前由美國專利商標局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/110861