CN113126278B - 扫描机构及扫描机构的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种扫描机构及扫描机构的形成方法，包括：扫描元件，扫面元件具有信号发射端，用于提供发射信号；转动机构，转动机构包括至少一个压电结构，压电结构包括支撑块和位于支撑块上的压电元件，压电元件包括：可动端和固定端，扫描元件位于可动端，固定端固定于支撑块上，压电元件在通电状态下发生翘曲，从而带动扫描元件运动；电连接结构，电连接结构位于转动结构上，与压电结构和扫描元件电连接，且具有外部信号连接端。具有质量轻、体积小，结构简单，成本低，能够实现多维度的运动，适用于空间体积狭小的设备中。

Description

扫描机构及扫描机构的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种扫描机构及扫描机构的形成方法。

背景技术

在一些电子终端中，可穿戴设备，特别是AR，VR，MR的兴起，对可穿戴的视频显示提出了越来越高的要求，包括尺寸重重量，功耗，视场角等。常规显示屏，包括LCOS，存在尺寸重量大，功耗高的缺点。以微软的HoloLens2为代表，提出了MEMS振镜激光扫描投影的方案。

现有的MEMS振镜结构包括压电元件和支撑块，压电元件的可动端表面形成有反射镜或者表面具有特定微纳结构的反光膜，通过可动端对光源的反射能够实现对光源的反射角度的变化进而实现投影或对被探测物体的扫描。

但是MEMS振镜结构存在视场较小、工艺复杂、成本高，以及光源、反射镜、探测器分离集成度不高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扫描机构及扫描机构的形成方法，能够利用压电元件的特性，将可动端与扫描元件结合，实现扫描功能，具有质量轻、体积小，结构简单，成本低，能够实现多维度的运动，适用于空间体积狭小的设备中，并且压电元件是纯电压驱动，没有电磁干扰。

为了实现上述目的，本发明提供一种扫描机构，包括：

扫描元件，所述扫面元件具有信号发射端，用于提供发射信号；

转动机构，所述转动机构包括至少一个压电结构，所述压电结构包括支撑块和位于支撑块上的压电元件，所述压电元件包括：可动端和固定端，所述扫描元件位于所述可动端，所述固定端固定于所述支撑块上，所述压电元件在通电状态下发生翘曲，从而带动所述扫描元件运动；

电连接结构，所述电连接结构位于转动结构上，与所述压电结构和扫描元件电连接，且具有外部信号连接端。

可选地，所述压电元件包括：

支撑层；

位于所述支撑层上的压电叠层结构，所述压电叠层结构至少包括一层压电膜，以及位于每层所述压电膜上下表面的电极，相邻两层所述压电膜共用位于两者之间的电极；

所述电极从下至上依次计数，分为奇数层电极和偶数层电极；

第一电极引出端，位于所述压电元件的顶面或底面，与所述偶数电极层电连接；

第二电极引出端，位于所述压电元件的顶面或底面，与所述奇数电极层电连接。

可选地，所述转动结构具有初始表面，当所述压电元件不通电时，所述压电元件的表面平行于所述初始表面；

所述转动机构包括：第一压电结构，所述第一压电结构的压电元件在不通电时自固定端到可动端的方向为第一方向；所述扫描元件位于所述第一压电结构的可动端，所述第一压电元件在通电状态下产生平行于第一方向且垂直于初始平面的方向的翘曲，带动所述扫描元件沿翘曲方向旋转。

可选地，所述转动结构还包括：

第二压电结构，所述第一压电结构的压电元件在不通电时自固定端到可动端的方向为第二方向，所述第二方向与第一方向不平行；所述第一压电结构的支撑块固定设置在所述第二压电结构的可动端上，

所述第二压电结构在通电状态下产生平行于第二方向且垂直于初始平面的方向的翘曲，带动第一压电元件沿翘曲方向运动，所述第一压电元件带动所述扫描元件运动。

可选地，所述第一方向垂直于第二方向。

可选地，在沿第二方向上，所述第二压电结构的压电元件的长度大于等于第一压电结构的压电元件的宽度。

可选地，所述转动结构还包括位于第一压电结构和第二压电结构之间的多个压电结构，所述多个压电结构沿第三方向堆叠设置，相邻两层压电结构中，上层压电结构的支撑块位于下层压电结构的可动端上，所述第三方向垂直于所述初始平面，每个压电结构的压电元件在不通电时自固定端到可动端均具有一个方向，各个压电结构的方向均不平行。

可选地，所述第一压电结构的第一电极引出端和第二电极引出端均位于所述压电元件的顶面；所述第一压电结构还包括扫描元件电连接端和扫描元件电输入端，所述扫描元件电连接端和扫描元件电输入端电连接，所述扫描元件电连接端和扫描元件电输入端位于压电元件的顶面。

可选地，所述第一压电结构还包括扫描元件电连接端和扫描元件电输入端，所述扫描元件电连接端和扫描元件电输入端电连接；

所述第一压电结构的第一电极引出端、第二电极引出端和扫描元件电输入端均位于所述压电元件的底面，所述扫描元件电连接端位于压电元件顶面；

所述第一压电结构的支撑块中具有第一插塞、第二插塞和第三插塞，所述第一插塞与第一电极引出端相连，所述第二插塞与第二电极引出端相连，所述第三插塞与扫描元件电输入端相连；

所述第二压电结构的压电元件表面具有电连接结构，所述第二压电元件的电连接结构与第一插塞、第二插塞和第三插塞相连。

可选地，所述扫描元件还具有信号接收端，所述信号接收端接收被扫描物体反射回的反馈信号。

可选地，所述发射信号包括：光信号或者超声波信号。

本发明还提出一种扫描机构的形成方法，包括：

提供基板和扫描元件，所述扫描元件具有信号发射端，用于提供发射信号；

在所述基板上形成转动机构，所述转动机构包括至少一个压电结构，所述压电结构包括支撑块和位于支撑块上的压电元件，所述压电元件包括：可动端和固定端，所述扫描元件位于所述可动端，所述固定端固定于所述支撑块上，所述压电元件在通电状态下发生翘曲，从而带动所述扫描元件运动；

形成电连接结构，所述电连接结构位于转动结构上，与所述压电结构和扫描元件电连接，且具有外部信号连接端。

可选地，所述压电元件包括：

支撑层；

位于所述支撑层上的压电叠层结构，所述压电叠层结构至少包括一层压电膜，以及位于每层所述压电膜上下表面的电极，相邻两层所述压电膜共用位于两者之间的电极；

所述电极从下至上依次计数，分为奇数层电极和偶数层电极；

第一电极引出端，位于所述压电元件的顶面或底面，与所述偶数电极层电连接；

第二电极引出端，位于所述压电元件的顶面或底面，与所述奇数电极层电连接。

可选地，当所述压电结构为一个时，在所述基板上形成转动机构包括：

在所述基板上形成支撑块及所述支撑块外周的牺牲层；

提供压电元件，键合所述固定端至所述支撑块上，形成压电结构。

可选地，当所述压电结构为一个时，形成电连接结构的方法包括：

在所述压电元件顶面形成电连接结构；

在所述电连接结构上形成绝缘层；

在所述绝缘层中形成所述电连接结构的第一电极引出端、第二电极引出端、扫描元件电输入端和扫描元件电连接端，所述扫描元件电连接端位于所述可动端；

通过焊线或倒装焊工艺将所述扫描元件的引脚与所述扫描元件电连接端电连接。

可选地，当所述压电结构为多个时，所述转动机构包括：第二压电结构和位于第二压电结构可动端上的第一压电结构，所述第二压电结构包括第二支撑块和位于第二支撑块上的第二压电元件，所述第一压电结构包括第一支撑块和位于第一支撑块上的第一压电元件，所述第一支撑块位于第二压电元件的可动端上；

在所述基板上形成转动机构包括：

在所述基板上形成第二支撑块及所述第二支撑块外周的牺牲层；

在所述第二支撑块和牺牲层上形成第二压电元件；

在所述第二压电元件的可动端上形成第一支撑块；

在所述第一支撑块上形成第一压电元件，使所述第一压电元件与所述第二压电元件在长度方向上设有夹角。

可选地，在所述基板上形成第二支撑块及所述第二支撑块外周的牺牲层包括：

在所述基板上形成第一介质层；

对所述第一介质层进行图形化处理，去除部分第一介质层，在所述基板上形成所述第二支撑块；

在所述第二支撑块的***填充牺牲材料，形成牺牲层。

可选地，在所述第二压电元件的可动端上形成第一支撑块包括：

在所述牺牲层以及所述第二压电元件上形成第二介质层；

对所述第二介质层进行图形化处理，去除部分所述第二压电元件的可动端以外的第二介质层，在所述第二压电元件的可动端上形成所述第一支撑块。

可选地，在所述基板上形成转动机构包括：在键合所述第二压电元件至所述第二支撑块上；键合所述第一压电元件至所述第一支撑块上。

可选地，当所述电连接结构为多个时，在形成第一支撑块之前，形成电连接结构包括：

在所述第二压电元件顶面形成第二电连接结构；

在所述第二电连接结构上形成第二绝缘层；

在所述第二绝缘层中形成第二压电元件的第一电极引出端和第二电极引出端以及扫描元件电输入端；

在形成第一支撑块之后，形成电连接结构包括：

在所述第一压电元件顶面形成第一电连接结构；

在所述第一电连接结构上形成第一绝缘层；

在所述第一压电元件的可动端的所述第一绝缘层中形成扫描元件电连接端；

在所述第一支撑块中形成第一插塞、第二插塞和第三插塞；

所述第一插塞底端通过所述第二电连接结构与所述第二压电结构的第一电极引出端相连，所述第一导电插塞的顶端与所述第一压电结构的第一电极引出端相连；

所述第二插塞底端通过所述第二电连接结构与所述第二压电结构的第二电极引出端相连，所述第二插塞顶端与所述第一压电结构的第二电极引出端相连；

所述第三插塞底端通过所述第二电连接结构与扫描元件电输入端相连，所述第三插塞顶端通过所述第一电连接结构与扫描元件电连接端相连；

通过焊线或倒装焊工艺将所述扫描元件的引脚与所述扫描元件电连接端电连接。

可选地，在形成电连接结构之后，还包括：通过湿法刻蚀去除所述牺牲层。

综上所述，在本发明提供的扫描机构及扫描机构的形成方法中，转动机构中压电元件的可动端连接被移动的扫描元件，压电元件的固定端固定于一支撑块，利用与所述压电元件电连接的外部信号连接端为所述压电元件通电，使得所述压电元件的可动端相对于固定端向上或向下翘曲，以移动所述扫描元件，从而可以满足扫描元件的移动需求，并且相较于MEMS振镜方案等传统的驱动机构来说，压电元件和支撑块的组合质量轻、体积小，结构简单，成本低，能够实现多维度的运动，适用于空间体积狭小的设备中，并且压电元件是纯电压驱动，没有电磁干扰。

进一步地，转动机构可以由堆叠的多个压电结构组成，能够满足扫描元件的多种移动轨迹和移动幅度的需求，进而满足能够多种扫描范围的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的MEMS振镜原理示意图；

图2A至图2B为本发明一实施例的一种扫描机构的原理图；

图2C为本发明一实施例的一种扫描机构结构图；

图2D为本发明另一实施例的一种扫描机构结构图；

图2E为本发明一实施例的一种扫描机构电连接示意图；

图2F为本发明另一实施例的一种扫描机构中结构图；

图2G为本发明另一实施例的一种扫描机构包括两个压电结构的整体结构图示意图；

图2H为图2G中沿虚线x-x’的剖视图；

图2I为本发明另一实施例的一种振镜结构示意图；

图3A至图3I为本发明一实施例的一种扫描机构的形成方法中各个步骤对应的结构图；

图4A至图4H为本发明一实施例的另一种扫描机构的形成方法中各个步骤对应的结构图；

附图标记说明：

图1中：

001、压电元件；002、光源；003、成像面。

图2A～2F、图2I以及图3A至图3I中：

1、压电元件；2、支撑块；3、扫描元件；3’信号发射端；3”、信号接收端；4、第一插塞；5、第二插塞；6、第三插塞；7、反光膜；101、支撑层；102、第二电极；103、第一电极；104；钝化层；105、压电膜；106、第一电极引出端；107、第二电极引出端；108、电连接结构；109、扫描元件电输入端；110、扫描元件电连接端；301、基板；302、牺牲层；304、绝缘层。

图2G～2H以及图4A至图4H中：

1、第一压电元件；1’、第二压电元件；2、第一支撑块；2’、第二支撑块；3、扫描元件；4、第一插塞；5、第二插塞；6、第三插塞；101、支撑层；102、第二电极；103、第一电极；104；绝缘层；105、压电材料层；106、第一压电结构的第一电极引出端；106’、第二压电结构的第一电极引出端；107、第一压电结构的第二电极引出端；107’、第二压电结构的第二电极引出端；108、第一电连接结构；109、扫描元件电输入端；110、扫描元件电连接端；301、基板；301’、第一介质层；302、牺牲层；303、第二电连接结构；304、绝缘层；305、第二介质层。

具体实施方式

如图1所示，现有的MEMS振镜结构包括振镜001和光源002，压电元件结构的振镜的可动端表面形成有反射镜或者表面具有特定微纳结构的反光膜，通过可动端对光源002的反射能够实现对光源002的反射角度的变化进而实现投影的成像面003，或实现对被探测物体的扫描。

上述振镜结构存在视场较小(约+-35度)，工艺复杂，以及光源、反射镜、探测器分离集成度不高的缺点。

为解决上述问题，本发明提供一种扫描机构及扫描机构的形成方法。相较于MENS振镜方案等传统的驱动机构来说，压电元件和支撑块的组合质量轻、体积小，结构简单，成本低，能够实现多维度的运动，适用于空间体积狭小的设备中，并且压电元件是纯电压驱动，没有电磁干扰。同时转动机构可以由堆叠的多个压电结构组成，能够满足扫描元件的多种移动轨迹和移动幅度的需求，进而满足能够多种扫描范围的需求。

以下结合附图和具体实施例对本发明的扫描机构及扫描机构的形成方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。

实施例一

参考图2A和图2B，本实施例提供了一种扫描机构，包括：

扫描元件3，扫描元件3具有信号发射端，用于提供发射信号；

转动机构，转动机构包括至少一个压电结构，压电结构包括支撑块2和位于支撑块2上的压电元件1，压电元件1包括：可动端和固定端，扫描元件3位于可动端，固定端固定于支撑块2上，压电元件1在通电状态下发生翘曲，从而带动扫描元件3运动；

电连接结构，电连接结构位于转动结构上，与压电结构和扫描元件3电连接，且具有外部信号连接端。

具体地，参考图2A和图2B，转动结构具有初始表面，当压电元件1不通电时，压电元件1的表面平行于初始表面；转动机构包括：压电结构，压电结构的压电元件1在不通电时自固定端到可动端的方向为第一方向；扫描元件3位于第一压电结构的可动端，压电元件1在通电状态下产生平行于第一方向且垂直于初始平面的方向的翘曲，带动扫描元件3沿翘曲方向旋转。利用压电元件1在通电状态下能够发生变形翘曲的特性，将压电元件1的一端固定在支撑块2上形成固定端，另一端作为可动端，形成转动机构，在可动端上集成具有发射信号的扫描元件3，扫描元件3包括信号发射端3’和信号接收端3”(信号发射端3’和信号接收端3”可被集成在一起)，并在转动机构上设置电连接结构为压电元件1和扫描元件3供电，实现扫描机构，通过设计压电结构的数量能够实现二维平面的扫描。

参考图2C，压电元件1包括：支撑层101；位于支撑层101上的压电叠层结构，压电叠层结构至少包括一层压电膜，以及位于每层压电膜上下表面的电极，相邻两层压电膜共用位于两者之间的电极；电极从下至上依次计数，分为奇数层电极和偶数层电极；位于压电叠层结构上的隔离层；第一电极引出端106，位于压电元件1的顶面或底面，与偶数电极层电连接；第二电极引出端107，位于压电元件1的顶面或底面，与奇数电极层电连接。

具体的，如图2C所示，压电元件1包括支撑层101位于支撑层101上的压电叠层结构，压电叠层结构包括从下至上依次堆叠的压电膜，压电膜上下表面分别具有的第一电极103和第二电极102，第一电极103和第二电极102之间为压电薄膜105，第一电极103和第二电极102分别连接第一电极引出端106和第二电极引出端107，第一电极引出端106、第二电极引出端107、扫描元件电输入端109和扫描元件电连接端110均位于压电元件1的顶面，压电元件的顶面为钝化层104。

参考图2D，第一电极引出端106、第二电极引出端107和扫描元件电输入端109还可以均位于压电元件1的底面，也就是位于支撑层101中，扫描元件电连接端110位于压电元件1的顶面。或者，第一电极引出端106和第二电极引出端107还可以分别位于压电元件1的顶面和底面，当压电结构只有一个时，本发明不作限制。压电元件1不限于做好了第一电极引出端106和第二电极引出端107的整体结构，还可以是没有形成第一电极引出端106和第二电极引出端107的结构，也即压电元件1包含支撑层101、压电膜105、钝化层104(绝缘层)及位于压电膜105上下表面的第一电极103和第二电极102，外部信号连接端需要通过另外制作导电插塞从而连接到第一电极103和第二电极102。

参考图2D，当第一电极引出端106、第二电极引出端107、和扫描元件3电输入端均位于压电元件1的底面时，采用第一插塞4、第二插塞5和第三插塞6将第一电极引出端106、第二电极引出端107和扫描元件3电输入端与外部信号连接端(如电路板)电连接。应理解，当第一电极引出端106、第二电极引出端107和扫描元件电输入端109分别位于压电元件1的顶面和底面时，可以采用导电插塞将位于底面的电极引出端电连接，采用引线与位于顶面的电极引出端电连接。

进一步，如图2E所示，第一电极引出端106、第二电极引出端107和扫描元件电输入端109均位于压电元件1的顶面且作为外部信号连接端。第一电极引出端106和第二电极引出端107分别通过一根引线与线路板电连接，使得线路板可以为压电元件1的第一电极和第二电极施加电压，以使压电膜105的上表面和下表面之间产生压差，从而使得压电膜105收缩，而由于支撑层101无法伸缩，所以导致整个压电元件1在通电会向上或向下翘曲(翘曲的方向、翘曲的程度视在压电膜上下表面施加的电压而定)，进而带动扫描元件3运动。压电膜105需要采用通电可发生形变的压电材料制成，例如是石英晶体、氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、钛酸钡、镓酸锂、锗酸锂或锗酸钛等材料。支撑层101的材料则为不导电的介质材料，例如是氧化硅、氮化硅等。

参考图2E，当扫描机构只有一个压电结构时，压电结构的第一电极引出端106和第二电极引出端107均位于压电元件1的顶面；压电结构还包括扫描元件电连接端110和扫描元件电输入端109，扫描元件电连接端110和扫描元件电输入端109电连接，扫描元件电连接端110和扫描元件电输入端109位于压电元件1的顶面。转动结构具有初始表面，当压电元件1不通电时，压电元件1的表面平行于初始表面。转动机构包括：压电结构，压电结构的压电元件1在不通电时自固定端到可动端的方向为第一方向；扫描元件3位于第一压电结构的可动端，压电元件1在通电状态下产生平行于第一方向且垂直于初始平面的方向的翘曲，带动扫描元件3沿翘曲方向旋转。

参考图2G和图2H，其中图2H为图2G中沿虚线x-x’的剖视图，当转动结构的压电结构有两个时，将上述压电结构作为第一压电结构，在上述第一压电结构的基础上，转动结构还包括第二压电结构，包括第二支撑块2’和第二压电元件1’，第二压电结构的第二压电元件1’在不通电时自固定端到可动端的方向为第二方向，第二方向与第一方向不平行；第一压电结构的第一支撑块2固定设置在第二压电结构的第二压电元件1’的可动端上，第二压电结构在通电状态下产生平行于第二方向且垂直于初始平面的方向的翘曲，带动第一压电元件1沿翘曲方向运动，第一压电元件1带动扫描元件运动。第一方向垂直于第二方向。在沿第二方向上，第二压电结构的第二压电元件1’的长度大于等于第一压电结构的第一压电元件1的宽度，并且第二压电元件1’的宽度小于第一压电元件1的长度。

其中，第一压电结构的第一电极引出端106、第二电极引出端和扫描元件电输入端109均位于压电元件的底面，扫描元件电连接端110位于压电元件顶面；第一压电结构的支撑块中具有第一插塞4、第二插塞5和第三插塞6，第一插塞4与第一电极引出端相连，第二插塞5与第二电极引出端相连，第三插塞6与扫描元件电输入端109相连；第二压电结构的压电元件表面具有电连接结构，第二压电元件1’的电连接结构与第一插塞4、第二插塞5和第三插塞6相连。第二压电元件1’的电连接结构包括顶层的布线以及在第二压电元件1’顶面形成的第一电极引出端、第二电极引出端和扫描元件的电输入端。

在本发明的其他实施例中，转动结构还可以包括位于第一压电结构和第二压电结构之间的多个压电结构，多个压电结构沿第三方向堆叠设置，第三方向垂直于初始平面，相邻两层压电结构中，上层压电结构的支撑块位于下层压电结构的可动端上，每个压电结构的压电元件在不通电时自固定端到可动端均具有一个方向，各个压电结构的方向均不平行。本领域技术人员可以根据实际需求设置多个压电结构堆叠的个数，上层的压电元件的固定端连接于相邻下层的压电元件的可动端，依次堆叠，可以通过多个压电元件的堆叠实现不同角度、不同范围的平面扫面，一般情况下，两个压电元件形成的两层转动机构即可实现平面扫面。需要注意的是为保证多个压电结构的整体强度和转动灵活性，后续依次形成的压电结构中的压电元件的尺寸需要小于之前形成压电结构中压电元件的尺寸。

本实施例中的电连接结构为位于第一压电元件1和第二压电元件1’顶层的布线。在本发明的其他实施例中，当压电结构为两个及以上时，多个压电结构的连接方式与两层压电结构的之间的连接方式相同，本领域技术人员容易实现，此处不再赘述。

参考图2C扫描元件与压电元件上扫描元件电连接端110的连接方式可以为引线方式。在本发明的另一个实施例中，参考图2F，扫描元件与压电元件上扫描元件电连接端110的连接方式也可以为倒装焊连接方式。

在一个示例中，扫描元件还具有信号接收端，信号接收端接收被扫描物体反射回的反馈信号。发射信号包括：光信号或者超声波信号。本实施例中的扫描元件3可以为激光器、光探测器或者激光器和光探测器的组合，当扫描元件为单个时，只需要在第一压电元件的顶面(或底面)设置一组扫描元件电输入端109和一组电连接端，当扫描元件为多个时，例如激光器和光探测器的组合，需要在第一压电元件的顶面(和\或底面)设置两组扫描元件电输入端109和两组电连接端。

在本发明的其他实施例中，参考图2I，也可以在压电结构的可动端不设置扫描元件，而是在可动端形成镜面或者表面具有特定微纳结构的反光膜7，实现一种振镜结构。

实施例二

本发明实施例还提出一种扫描机构的形成方法，包括：

提供基板301和扫描元件，扫描元件具有信号发射端，用于提供发射信号；

在基板301上形成转动机构，转动机构包括至少一个压电结构，压电结构包括支撑块和位于支撑块上的压电元件，压电元件包括：可动端和固定端，扫描元件位于可动端，固定端固定于支撑块上，压电元件在通电状态下发生翘曲，从而带动扫描元件运动；

形成电连接结构，电连接结构位于转动结构上，与压电结构和扫描元件电连接，且具有外部信号连接端。

图3A至4H为本实施例提供的一种键合晶圆结构的减薄方法的相应步骤对应的结构示意图，以下将参考图3A至4H详细说明本实施例提供的键合晶圆结构的减薄方法。

参考图3A，提供基板301，在基板301上形成第一介质层301’；其中介质层的材料为不导电的介质材料，例如是氧化硅、氮化硅等。

参考图3B，对第一介质层301’进行图形化处理，去除部分第一介质层301’，在基板301上形成支撑块。

参考图3C，在支撑块的***填充牺牲材料，形成牺牲层302。

参考图3D，提供压电元件，键合固定端至支撑块上，形成压电结构。

参考图3E，通过布线工艺在压电元件顶面形成电连接结构。

参考图3F，在电连接结构上填充绝缘材料覆盖电连接结构。

参考图3G，刻蚀掉压电元件以外的绝缘层304，在电连接结构上形成绝缘层304。

参考图3H，在绝缘层304中形成压电结构的第一电极引出端、第二电极引出端、扫描元件电输入端109和扫描元件电连接端110，扫描元件电连接端110位于可动端；

参考图3I，通过焊线或倒装焊工艺将扫描元件的引脚与扫描元件电连接端110电连接。

在本发明的另一个实施例中，当压电结构为两个时，首先按照上述方法图3A至图3G过程制作第二压电结构：

在基板301上形成第二支撑块及第二支撑块外周的牺牲层302；

提供第二压电元件，包括可动端和固定端，键合固定端至支撑块上，形成第二压电结构。

在第二压电元件顶面形成第二电连接结构303；在第二电连接结构303上形成第二绝缘层304。最后形成图4A(与图3G相同)的第二压电结构。

参考图4B至图4C，在牺牲层302以及第二压电元件上形成第二介质层305；对第二介质层305进行图形化处理，去除部分第二压电元件的可动端以外的第二介质层305，在第二压电元件的可动端上形成第一支撑块。

参考图4D，刻蚀第一支撑块，在第一支撑块中形成第一插塞、第二插塞和第三插塞，第一插塞底端通过第二电连接结构303与第二压电结构的第一电极引出端106’相连，第二插塞底端通过第二电连接结构303与第二压电结构的第二电极引出端107’相连，第三插塞底端通过第二电连接结构303与扫描元件电输入端109相连；同时刻蚀第二压电元件上的绝缘层304中，形成第一电极引出端、第二电极引出端以及扫描元件输入端。

参考图4E，提供第一压电元件，包括可动端和固定端，键合第一压电元件的固定端至第一支撑块上，并使第一导电插塞的顶端与第一压电结构的第一电极引出端106相连，第二插塞顶端与第一压电结构的第二电极引出端107相连。同时使第一压电元件与第二压电元件在长度方向上设有夹角。

参考图4F，通过布线工艺在第一压电元件顶面形成第一电连接结构108，并使第三插塞顶端通过第一电连接结构108与扫描元件电连接端110相连。

参考图4G，在第一电连接结构108上形成第一绝缘层304，并在第一压电元件的可动端的第一绝缘层304中形成扫描元件电连接端110；通过焊线或倒装焊工艺将扫描元件的引脚与扫描元件电连接端110电连接。

参考图4H，在形成电连接结构之后，还包括：通过湿法刻蚀去除牺牲层302，最后形成包括两层压电结构的扫描机构。在制作包括两层以上压电结构的扫描机构时，参考上述方法容易实现，此处不再赘述。本发明实施例中的压电元件均为预先制作完成的压电元件，并采用直接键合的方式固定在支撑块上，在本发明的其他实施例中，压电元件还可以采用沉积的方式形成，例如在形成支撑块并在支撑块周围填充牺牲层后，在牺牲层上依次首先沉积一层支撑层，然后在支撑层上沉积一层电极层并对电极层图形化形成一个电极，然后在电极层上采用压电材料沉积形成压电叠层结构，在压电叠层结构上沉积另一个电极层并图形化电极，之后可以在改电极层上沉积一层绝缘材料形成钝化层，在形成压电元件的多层结构之后在从压电元件的任意一侧表面或两侧表面分别制作压电元件的第一电极引出端或第二电极引出端。

本发明的扫描机构工作原理为：

当为压电元件1通直流电的时候(即将外部信号连接端连接直流电源)，压电元件1会产生如图2B所示翘曲(向上或向下均可)，此情况设置于压电元件3可动端的扫描元件可以为激光器，能够实现对外部场景的扫描功能。

当为压电元件1通交流电的时候(即将外部信号连接端连接交流电源)，压电元件3的可动端将产生一定频率的上下震动，震动频率与交流电源的频率相同，此情况设置于压电元件3可动端的扫描元件可以为光探测器，能够实现对外部场景的探测功能。

本发明实施例提供的扫描机构及扫描机构的形成方法，相较于MENS振镜方案等传统的驱动机构来说，压电元件和支撑块的组合质量轻、体积小，结构简单，成本低，能够实现多维度的运动，适用于空间体积狭小的设备中，并且压电元件是纯电压驱动，没有电磁干扰。同时转动机构可以由堆叠的多个压电结构组成，能够满足扫描元件的多种移动轨迹和移动幅度的需求，进而满足能够多种扫描范围的需求。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (19)

1.一种扫描机构，其特征在于，包括：

扫描元件，所述扫描元件具有信号发射端，用于提供发射信号；

转动机构，所述转动机构包括至少两个压电结构，所述压电结构包括支撑块和位于支撑块上的压电元件，所述压电元件包括：可动端和固定端，所述扫描元件位于所述可动端，所述固定端固定于所述支撑块上，所述压电元件在通电状态下发生翘曲，从而带动所述扫描元件运动；

电连接结构，所述电连接结构位于转动机构上，与所述压电结构和扫描元件电连接，且具有外部信号连接端；

所述转动机构包括：第二压电结构和位于第二压电结构可动端上的第一压电结构，所述扫描元件位于所述第一压电结构的可动端。

2.根据权利要求1中所述的扫描机构，其特征在于，所述压电元件包括：

支撑层；

位于所述支撑层上的压电叠层结构，所述压电叠层结构至少包括一层压电膜，以及位于每层所述压电膜上下表面的电极，相邻两层所述压电膜共用位于两者之间的电极；

所述电极从下至上依次计数，分为奇数层电极和偶数层电极；

第一电极引出端，位于所述压电元件的顶面或底面，与所述偶数电极层电连接；

第二电极引出端，位于所述压电元件的顶面或底面，与所述奇数电极层电连接。

3.根据权利要求2所述的扫描机构，其特征在于，所述转动机构具有初始表面，当所述压电元件不通电时，所述压电元件的表面平行于所述初始表面；

所述第一压电结构的压电元件在不通电时自固定端到可动端的方向为第一方向；所述第一压电结构在通电状态下产生平行于第一方向且垂直于初始平面的方向的翘曲，带动所述扫描元件沿翘曲方向旋转。

4.根据权利要求3所述的扫描机构，其特征在于，所述第一压电结构的压电元件在不通电时自固定端到可动端的方向为第二方向，所述第二方向与第一方向不平行；所述第一压电结构的支撑块固定设置在所述第二压电结构的可动端上，

所述第二压电结构在通电状态下产生平行于第二方向且垂直于初始平面的方向的翘曲，带动第一压电元件沿翘曲方向运动，所述第一压电元件带动所述扫描元件运动。

5.根据权利要求4所述的扫描机构，其特征在于，所述第一方向垂直于第二方向。

6.根据权利要求4所述的扫描机构，其特征在于，在沿第二方向上，所述第二压电结构的压电元件的长度大于等于第一压电结构的压电元件的宽度。

7.根据权利要求4所述的扫描机构，其特征在于，所述转动机构还包括位于第一压电结构和第二压电结构之间的多个压电结构，所述多个压电结构沿第三方向堆叠设置，相邻两层压电结构中，上层压电结构的支撑块位于下层压电结构的可动端上，所述第三方向垂直于所述初始平面，每个压电结构的压电元件在不通电时自固定端到可动端均具有一个方向，各个压电结构的方向均不平行。

8.根据权利要求3所述的扫描机构，其特征在于，所述第一压电结构的第一电极引出端和第二电极引出端均位于所述压电元件的顶面；所述第一压电结构还包括扫描元件电连接端和扫描元件电输入端，所述扫描元件电连接端和扫描元件电输入端电连接，所述扫描元件电连接端和扫描元件电输入端位于压电元件的顶面。

9.根据权利要求4所述的扫描机构，其特征在于，所述第一压电结构还包括扫描元件电连接端和扫描元件电输入端，所述扫描元件电连接端和扫描元件电输入端电连接；

所述第一压电结构的第一电极引出端、第二电极引出端和扫描元件电输入端均位于所述压电元件的底面，所述扫描元件电连接端位于压电元件顶面；

所述第一压电结构的支撑块中具有第一插塞、第二插塞和第三插塞，所述第一插塞与第一电极引出端相连，所述第二插塞与第二电极引出端相连，所述第三插塞与扫描元件电输入端相连；

所述第二压电结构的压电元件表面具有电连接结构，所述第二压电结构的电连接结构与第一插塞、第二插塞和第三插塞相连。

10.根据权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，所述扫描元件还具有信号接收端，所述信号接收端接收被扫描物体反射回的反馈信号。

11.根据权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，所述发射信号包括：光信号或者超声波信号。

12.一种扫描机构的形成方法，其特征在于，包括：

提供基板和扫描元件，所述扫描元件具有信号发射端，用于提供发射信号；

在所述基板上形成转动机构，所述转动机构包括至少两个压电结构，所述压电结构包括支撑块和位于支撑块上的压电元件，所述压电元件包括：可动端和固定端，所述扫描元件位于所述可动端，所述固定端固定于所述支撑块上，所述压电元件在通电状态下发生翘曲，从而带动所述扫描元件运动；

形成电连接结构，所述电连接结构位于转动机构上，与所述压电结构和扫描元件电连接，且具有外部信号连接端；

所述转动机构包括：第二压电结构和位于第二压电结构可动端上的第一压电结构，所述扫描元件位于所述第一压电结构的可动端。

13.根据权利要求12所述的扫描机构的形成方法，其特征在于，所述压电元件包括：

支撑层；

位于所述支撑层上的压电叠层结构，所述压电叠层结构至少包括一层压电膜，以及位于每层所述压电膜上下表面的电极，相邻两层所述压电膜共用位于两者之间的电极；

所述电极从下至上依次计数，分为奇数层电极和偶数层电极；

第一电极引出端，位于所述压电元件的顶面或底面，与所述偶数电极层电连接；

第二电极引出端，位于所述压电元件的顶面或底面，与所述奇数电极层电连接。

14.根据权利要求13所述的扫描机构的形成方法，其特征在于，所述第二压电结构包括第二支撑块和位于第二支撑块上的第二压电元件，所述第一压电结构包括第一支撑块和位于第一支撑块上的第一压电元件，所述第一支撑块位于第二压电元件的可动端上；

在所述基板上形成转动机构包括：

在所述基板上形成第二支撑块及所述第二支撑块外周的牺牲层；

在所述第二支撑块和牺牲层上形成第二压电元件；

在所述第二压电元件的可动端上形成第一支撑块；

在所述第一支撑块上形成第一压电元件，使所述第一压电元件与所述第二压电元件在长度方向上设有夹角。

15.根据权利要求14所述的扫描机构的形成方法，其特征在于，在所述基板上形成第二支撑块及所述第二支撑块外周的牺牲层包括：

在所述基板上形成第一介质层；

对所述第一介质层进行图形化处理，去除部分第一介质层，在所述基板上形成所述第二支撑块；

在所述第二支撑块的***填充牺牲材料，形成牺牲层。

16.根据权利要求15所述的扫描机构的形成方法，其特征在于，在所述第二压电元件的可动端上形成第一支撑块包括：

在所述牺牲层以及所述第二压电元件上形成第二介质层；

对所述第二介质层进行图形化处理，去除部分所述第二压电元件的可动端以外的第二介质层，在所述第二压电元件的可动端上形成所述第一支撑块。

17.根据权利要求15所述的扫描机构的形成方法，其特征在于，在所述基板上形成转动机构包括：在键合所述第二压电元件至所述第二支撑块上；键合所述第一压电元件至所述第一支撑块上。

18.根据权利要求14所述的扫描机构的形成方法，其特征在于，当所述电连接结构为多个时，在形成第一支撑块之前，形成电连接结构包括：

在所述第二压电元件顶面形成第二电连接结构；

在所述第二电连接结构上形成第二绝缘层；

在所述第二绝缘层中形成第二压电元件的第一电极引出端和第二电极引出端以及扫描元件电输入端；

在形成第一支撑块之后，形成电连接结构包括：

在所述第一压电元件顶面形成第一电连接结构；

在所述第一电连接结构上形成第一绝缘层；

在所述第一压电元件的可动端的所述第一绝缘层中形成扫描元件电连接端；

在所述第一支撑块中形成第一插塞、第二插塞和第三插塞；

所述第一插塞底端通过所述第二电连接结构与所述第二压电结构的第一电极引出端相连，所述第一插塞的顶端与所述第一压电结构的第一电极引出端相连；

所述第二插塞底端通过所述第二电连接结构与所述第二压电结构的第二电极引出端相连，所述第二插塞顶端与所述第一压电结构的第二电极引出端相连；

所述第三插塞底端通过所述第二电连接结构与扫描元件电输入端相连，所述第三插塞顶端通过所述第一电连接结构与扫描元件电连接端相连；

通过焊线或倒装焊工艺将所述扫描元件的引脚与所述扫描元件电连接端电连接。

19.根据权利要求14所述的扫描机构的形成方法，其特征在于，在形成电连接结构之后，还包括：通过湿法刻蚀去除所述牺牲层。

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