JP2005316043A - マイクロミラー素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上の電極と可動ミラー部との間の距離を増大して可動ミラー部の操舵角範囲を拡大し、マイクロミラー素子の設計自由度及び制御性を向上する。
【解決手段】 マイクロミラー素子は、ボンディングパッド(32、33)及びはんだバンプ(31)を有する。ボンディングパッドの間の距離は、はんだバンプの熱溶融時の変形により設定される。マイクロミラーチップの機能層(60)は、マイクロミラー保持機構(61)によってＭＥＭＳ構造物側の基板(70)と連結される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、マイクロミラー素子に関するものであり、より詳細には、可動ミラー部を備えたマイクロミラーチップと、電極を備えた電極側基板と、マイクロミラーチップ及び電極側基板を相互連結する連結部とを有するマイクロミラー素子に関するものである。

ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-System）と呼ばれる半導体微細加工技術に基づくマイクロスケールのデバイスが、知られている。機械構造及び電子機能の双方を備えたＭＥＭＳ技術の適用により、高感度又は高精度の検知、制御又は駆動システム等を設計することが可能となる。近年、光通信分野へのＭＥＭＳ技術の適用が研究されており、例えば、特開2003-344785号公報には、複数の光ファイバの信号切替装置として使用されるマイクロミラー素子が開示されている。マイクロミラー素子は、ばねによって固定フレームに回転変位可能に支持された可動ミラー部（マイクロミラー）を備える。一般に、この種のマイクロミラー素子は、可動ミラー部と対向する基板上の電極に駆動電圧を印加し、可動ミラー部を駆動する静電気力を発生させるように構成される。可動ミラー部は、静電気力の作用でばね力に抗して回転変位し、ミラー面に入射する光を所望の方向に変向する。今日までに提案された各種のマイクロミラー素子は、駆動電圧、操舵角度及びばね構造等の機能上又は構造上の特徴が若干相違するものの、基本的には、基板上の電極に電圧を印加する静電力駆動式等の如く、駆動手段を用いて可動ミラー部を操舵する構成を有する。

また、マイクロミラーチップのフリップチップ実装工程において、電極側基板と対向するＭＥＭＳ構造物側の基板をフリップチップ後に除去する方法、酸化シリコン(SiO₂)からなる犠牲層をＭＥＭＳ構造物及び基板の間に形成し、フリップチップ実装後にフッ酸(HF)で犠牲層をエッチング除去する方法、更には、ＭＥＭＳ構造物をマイクロミラー保持機構(tether)で基板に懸架し、フリップチップ実装後に機械的な力でマイクロミラー保持機構を機械的に切断する方法などが知られている。
特開2003-344785号公報

ＭＥＭＳ技術を適用したマイクロミラー素子を光ファイバの信号切替装置として使用した場合、入力側光伝送路と出力側光伝送路との間で光信号を直にスイッチングすることができるので、光信号を過渡的に電気信号に変換してスイッチングする従来方式のクロスコネクトスイッチと比較すると、光信号の各波長に適応した電気信号変換回路及びスイッチング回路を組込む必要がなく、従って、波長が異なる複数の光信号をスイッチングすることができ、性能及びサイズ等の観点より極めて有利である。例えば、マイクロミラー素子を用いた光ファイバの信号切替装置は、複数の波長の信号を同時に伝送する高密度波長多重技術に好ましく適応し得る。

しかしながら、マイクロミラー素子を表面マイクロマシニングでモノリシックに製作した場合、基板と可動ミラー部との間の間隔は、犠牲層の膜厚に相当する距離を確保し得るにすぎない。可動ミラー部の操舵角範囲は、基板及び可動ミラー部の間の距離によって制限されるので、マイクロミラー素子の設計自由度及び制御性に限界が生じる。ここに、表面マイクロマシニングにおいて、基板と可動ミラー部との間の距離を拡大すべく、基板上で三次元構造を組立てることも可能であるが、この場合、組立用のマイクロヒンジや、アクチュエータ等が必要となり、構造が複雑化するばかりでなく、比較的大きな組立誤差がアセンブリ時に生じ易い。他方、バルクマイクロマシニングの技術によりマイクロミラー素子を製作すると、シリコン基板をエッチングする必要が生じ、マイクロミラー素子の製造コストが増大してしまう。

また、マイクロミラーチップのフリップチップ実装によってマイクロミラー素子を製造する方法では、フリップチップ実装後のリリースプロセスで犠牲層を流出させる工程が一般に採用されるが、マイクロミラーチップとともに電子基板上に実装される他の電子機器が、エッチングに使用されるフッ酸等の薬品によって損傷する懸念がある。

更に、マイクロミラー素子の製造方法において、シリコン基板と機能層との接触を回避する観点より、機械的に切断可能なマイクロミラー保持機構(tether) によってＭＥＭＳ構造物を基板に支持する方法が提案されている。しかしながら、従来のマイクロミラー保持機構は、機械的な力でマイクロミラー保持機構を機械的に切断するように構成されているので、切断時に生じ得るマイクロミラーの損傷等により、マイクロミラーの信頼性が損なわれる懸念があり、しかも、切断時に生じる塵埃によって製造環境が悪化するという問題が生じる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基板上にマイクロミラーチップを実装したマイクロミラー素子であって、基板上の電極と可動ミラー部との間の距離を増大して可動ミラー部の操舵角範囲を拡大し、マイクロミラー素子の設計自由度及び制御性を向上することができるマイクロミラー素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明は又、フリップチップ実装により基板上にマイクロミラーチップを実装するマイクロミラー素子の製造方法において、エッチングに使用されるフッ酸等の薬品により電極側基板上の他の電子機器が損傷するのを確実に防止することができるマイクロミラー素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は更に、フリップチップ実装により基板上にマイクロミラーチップを実装するマイクロミラー素子の製造方法において、マイクロミラー保持機構を切断する際に生じ得るマイクロミラーの損傷や、塵埃発生等による製造環境の悪化を確実に防止することができるマイクロミラー素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成すべく、可動ミラー部及び固定フレームを備えたマイクロミラーチップと、駆動電圧が印加される電極を備えた電極側基板と、前記マイクロミラーチップ及び電極側基板を所定間隔を隔てて相互連結する連結部とを有するマイクロミラー素子において、
前記連結部は、はんだ接合用の第１及び第２ボンディングパッドと、該ボンディングパッドに接合したはんだバンプとを有し、
前記第１ボンディングパッドは、電極側基板と対向する前記固定フレームの面に形成され、
前記第２ボンディングパッドは、固定フレームと対向する前記電極側基板の面に形成され、前記第１ボンディングパッドと対向し且つ整合する位置に位置決めされ、
第１及び第２ボンディングパッドの間の距離は、前記はんだパンプの支持荷重に応答した該はんだバンプの熱溶融時の変形により設定されることを特徴とするマイクロミラー素子を提供する。

本発明の上記構成によれば、第１及び第２ボンディングパッドは、熱溶融状態のはんだのセルフアラインメント作用により合芯し、マイクロミラーチップは、電極側基板に高精度に実装される。第１及び第２ボンディングパッドの間の距離は、電極と可動ミラー部との間の距離に対応し、これは、熱溶融状態のはんだの変形によって決定される。熱溶融状態のはんだの変形は、はんだ固有の物性（熱溶融時の表面張力、圧縮変形特性等）、第１及び第２ボンディングパッドの表面寸法、更には、はんだパンプの体積によって実質的に決定される。従って、同一物性のはんだパンプを使用する限り、第１及び第２ボンディングパッドの表面寸法及びはんだパンプの体積を変更することにより、電極と可動ミラー部との間の距離を任意に設定変更することができる。なお、一定比重のはんだを使用する場合、はんだの体積をはんだの重量に基づいて調節し又は管理しても良い。

かくして、本発明によれば、第１及び第２ボンディングパッドの表面寸法及びはんだパンプの体積を調整することにより、電極及び可動ミラー部の間の距離を増大し、従来の操舵角限界を超えた広範な（可動ミラー部の）操舵角範囲を実現することができる。可動ミラー部の操舵角範囲の拡大に伴い、可動ミラー部の入射光変向範囲は大幅に拡大し、マイクロミラー素子の設計自由度及び制御性は、大きく向上する。

上記ボンディングパッドは、好ましくは、真円形輪郭又は正方形輪郭を有する。しかしながら、ボンディングパッドの輪郭は、これらの形状に限定されるものではなく、はんだパンプとの関係で適当な協働作用が得られる限り、任意の形状に設定することができる。
固定フレームが方形又は矩形輪郭を有する場合、ボンディングパッドは、好ましくは、固定フレームの四隅に配置される。しかしながら、ボンディングパッドの位置及び箇所数は、固定フレーム及び基板の形状、重量、サイズ等によって適宜設定すべき性質のものであり、例えば、固定フレームの平準化又は高さ精度を向上すべく、更に多数のボンディングパッドを使用しても良く、逆に、固定フレームの所望の平準化又は高さ精度を達成し得る場合には、更に少数のボンディングパッドを使用しても良い。

本発明は又、可動ミラー部及び固定フレームを備えたマイクロミラーチップを構成するＭＥＭＳ構造物をフリップチップ実装により電極側基板に実装するマイクロミラー素子の製造方法において、
第１ボンディングパッドを前記固定フレームの所定位置に形成し、
第２ボンディングパッド及び電極を前記電極側基板に形成し、
はんだ塊を前記第２ボンディングパッド上に接合し、
前記第１ボンディングパッドが第２ボンディングパッド上のはんだ塊に接するように前記ＭＥＭＳ構造物をはんだ塊上に載置し、
前記はんだ塊を加熱し、前記第１及び第２ボンディングパッドと接合するとともに、前記マイクロミラーチップの荷重に応答した熱溶融状態のはんだの変形により、第１及び第２ボンディングパッドの間の距離を設定することを特徴とするマイクロミラー素子の製造方法を提供する。

本発明の上記構成によれば、熱溶融状態のはんだのセルフアラインメント作用により、マイクロミラーチップを電極側基板に高精度に実装することができ、しかも、第１及び第２ボンディングパッドの表面寸法及びはんだパンプの体積の調整により、電極及び可動ミラー部の間の距離を増大し、従来の操舵角限界を超えた操舵角範囲のマイクロミラー素子を製造することができる。

本発明は更に、上記構成の製造方法において、可動ミラー部及び固定フレームを構成する機能層と、エッチング処理で除去可能な犠牲層とをＭＥＭＳ構造物側の基板上に積層し、基板と機能層とをマイクロミラー保持機構で結合し、犠牲層をエッチング処理で除去してＭＥＭＳ構造物を作製することを特徴とするマイクロミラー素子の製造方法を提供する。

このような製造方法によれば、機能層は、マイクロミラー保持機構によってＭＥＭＳ構造物側の基板に懸架されるので、フリップチップ実装前のマイクロミラーチップをフッ酸等の薬品でエッチング処理し、犠牲層を除去することができる。従って、エッチングに使用されるフッ酸等の薬品により電極側基板上の他の電子機器が損傷するのを確実に防止することができる。

好ましくは、上記マイクロミラー保持機構は、通電時に熱溶解して破断する溶断部と、溶断部を上記機能層に連結する接続部と、溶断部に導電可能に接続した外部電源接続端子とによって形成される。外部電源接続端子は、上記第１及び第２ボンディングパッド間の距離の設定後に、外部電源に接続され、溶断部は、通電される。溶断部は、通電時に発熱し、熱溶断する。

更に他の観点より、本発明は、可動ミラー部及び固定フレームを備えたマイクロミラーチップを構成するＭＥＭＳ構造物をフリップチップ実装により電極側基板に実装するマイクロミラー素子の製造方法において、
機能層及び犠牲層をＭＥＭＳ構造物側の基板に積層するとともに、熱溶解可能な溶断部を有するマイクロミラー保持機構によって前記機能層をＭＥＭＳ構造物側の基板に接続し、
前記犠牲層を除去し、
前記溶断部に通電して該溶断部を熱溶断し、ＭＥＭＳ構造物側の基板を前記機能層から除去することを特徴とするマイクロミラー素子の製造方法を提供する。

本発明の上記構成によれば、マイクロミラー素子の構成要素に機械的な力を加えず、外部電源接続端子を介して溶断部に通電することにより、マイクロミラー保持機構を切断することができる。従って、マイクロミラー保持機構を機械的な力で切断する際に生じ得るマイクロミラーの損傷や、切断時の塵埃発生等を確実に防止し、マイクロミラー素子の信頼性低下や、製造環境の悪化を確実に防止することができる。

好ましくは、上記マイクロミラー保持機構は、上記溶断部に導電可能に接続した外部電源接続端子を備えるとともに、溶断部を機能層に連結する接続部を備える。溶断部は、接続部を介して上記機能層に接続した第１溶断部及び第２溶断部を含み、外部電源接続端子は、第１溶断部及び第２溶断部に夫々接続した第１端子及び第２端子を含む。第１端子及び第２端子を外部電源に接続し、これらの端子間に電圧を印加することによって、第１溶断部及び第２溶断部は発熱し、発熱時のジュール熱で溶断する。

本発明の上記構成によれば、基板上の電極と可動ミラー部との間の距離を増大して可動ミラー部の操舵角範囲を拡大し、マイクロミラー素子の設計自由度及び制御性を向上するマイクロミラー素子及びその製造方法を提供することができる。

また、フリップチップ実装前に犠牲層を除去可能な本発明の上記製造方法によれば、エッチングに使用されるフッ酸等の薬品によって電極側基板上の電子機器が損傷するのを確実に防止することができる。

更に、マイクロミラー保持機構を熱溶断可能な本発明の上記製造方法によれば、マイクロミラー保持機構を切断する際に生じ得るマイクロミラーの損傷や、塵埃発生等による製造環境の悪化を確実に防止することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態に係るマイクロミラー素子の構造を示す斜視図及び側面図である。

マイクロミラー素子は、マイクロミラーチップ１０、電極側基板２０及び連結部３０より構成される。マイクロミラーチップ１０及び電極側基板２０は、所定距離Ｄ１を隔てた平行な平面Ｐ１、Ｐ２に位置し、連結部３０は、マイクロミラーチップ１０及び電極側基板２０の間隔及び両者の相対位置を保持する。

マイクロミラーチップ１０は、連結部３０によって四隅を支持した方形又は矩形の固定フレーム１１を備える。固定フレーム１１の中央領域には、固定フレーム１１の外形と相似する方形又は矩形の開口部１３が形成され、可動ミラー部１２が、開口部１３内に収容される。可動ミラー部１２は、所定厚さ（例えば、厚さ４．２５μｍ）の多結晶シリコンからなり、可動ミラー１２の半部は、例えば、一辺２４９μｍの正方形に設計される。

弾性変形可能な左右一対の支持部１５が可動ミラー部１２の回転中心軸線Ｃ上に整列配置され、可動ミラー部１２は、左右の支持部１５によって固定フレーム１１に接続される。各支持部１５は、中心軸線Ｃ廻りにねじり変形可能なトーションばねからなる。

図８は、支持部１５の構造を示す部分拡大断面図である。

図８（Ａ）に例示する支持部１５は、一端が、固定フレーム１１と一体的に連結し、他端が、可動ミラー部１２と一体的に連結する。支持部１５を構成するトーションばねは、例えば、幅２μｍ、厚さ２μｍ、長さ４３μｍの直方体に設計される。なお、支持部１５として、適宜最適なばね構造を採用することができ、例えば、図８（Ｂ）に示すような構造のトーションばねによって支持部１５を形成しても良い。

図１（Ａ）に示す如く、中心軸線Ｃは、可動ミラー部１２の長軸Ｂと直交し、可動ミラー部１２は、支持部１５のねじれ変形によって中心軸線Ｃ廻りに回転変位する。図１（Ｃ）に示すように、可動ミラー部１２の上面は、入射光Ｌを反射し、入射光Ｌの方向を変向するミラー面として機能する。操舵角θに角度変位した可動ミラー部１２は、入射光Ｌを操舵角θに相応する方向に変向する。

電極側基板２０は、所定厚さ（例えば、厚さ５００μｍ）のシリコン基板からなり、所定厚さ（例えば、厚さ０．６μｍ）の窒化珪素(Si₃N₄)の電気絶縁膜（図示せず）が基板表面に被覆される。可動ミラー部１２の下面と対向する一対の電極２１、２２が、可動ミラー部１２の長軸Ｂ方向に所定間隔を隔てて位置決めされる。電極２１、２２は、中心軸線Ｃに対して対称に電極側基板２０に配置され、電極側基板２０上に形成された配線パターン（図示せず）が、電極２１、２２に接続される。電極２１、２２は、配線パターンの配線によって外部電源と接続され、可動ミラー部１２を駆動するための駆動電圧が電極２１、２２のいずれか一方に印加される。電極２１又は電極２２は、支持部１５の弾性反発力に抗して可動ミラー部１２を回転させる静電気力を発生させ、可動ミラー部１２は、電極２１又は電極２２の静電気力に相応して、中心軸線Ｃ廻りに回転変位する。可動ミラー部１２の変位角θは、支持部１５を構成するねじりばねの弾性復元力と、電極２１、２２の静電気力との均衡で決定される。

連結部３０は、マイクロミラー素子の四隅に配置され、固定フレーム１１の角部と、電極側基板２０の角部とを一体的に相互連結する。各連結部３０は、固定フレーム１１及び電極側基板２０に夫々形成されたボンディングパッド３２、３３と、ボンディングパッド３２、３３に接合したはんだパンプ３１とから構成される。このようなはんだパンプ３１を用いた連結構造は、後述する如く、電極側基板２０に対する可動ミラー部１２の高精度な実装を可能にするとともに、マイクロミラーチップ１０及び電極側基板２０の間隔Ｄ１（従って、可動ミラー部１２と電極２１、２２との間の距離Ｄ２）の設計自由度を向上させる。

このような構成のマイクロミラー素子は、例えば、光ファイバの信号切替装置として使用され、入力側光伝送路と出力側光伝送路との間で光信号を直にスイッチングすることができる。

図２は、マイクロミラーチップ１０の製造工程を示す断面図である。

マイクロミラーチップ１０の製造工程は、シリコン基板上に絶縁層を膜付けした後、機能層（ポリシリコン）及び犠牲層（酸化シリコン）の積層及びエッチングを交互に繰返す過程と、最終的にフッ酸等で犠牲層をエッチング処理して三次元構造を得る過程（リリースプロセス）とを含む。

図２（Ａ）には、機能層６０及び犠牲層８０をシリコン基板７０上に積層したＭＥＭＳ構造物が示されている。犠牲層８０は、リリースプロセスで除去され、機能層６０は、固定フレーム１１、可動ミラー１２、支持部１５及びボンディングパッド３２を構成する。図２（Ｂ）には、リリースプロセスで犠牲層８０を除去したＭＥＭＳ構造物が示されている。

図２（Ａ）に示す如く、所定厚さ（例えば、厚さ０．５μｍ）の金からなるはんだ接続用のボンディングパッド３２が、固定フレーム１１の所定位置に形成される。ボンディングパッド３２は、前述の如く、固定フレーム１１の四隅に配置され、図１に示す如く、電極側基板２と対向する面に露出する。

犠牲層８０を除去した機能層６０は、固定フレーム１１を支持するマイクロミラー保持機構(tether）６１を有する。マイクロミラー保持機構６１は、シリコン基板７０から所定間隔を隔てた位置に機能層６０を支持する。

図５は、マイクロミラー保持機構６１の構造を示す斜視図である。

図５（Ａ）に示すように、マイクロミラー保持機構６１は、第１及び第２端子６２ａ、６２ｂと、第１及び第２基部６３ａ、６３ｂと、固定フレーム接続部６４と、第１及び第２溶断部６５ａ、６５ｂとから構成される。端子６２ａ、６２ｂは、シリコン基板７０上に形成され、基部６３ａ、６３ｂは、端子６２ａ、６２ｂ上に配置され、固定フレーム接続部６４は、固定フレーム１１に接続し、溶断部６５ａ、６５ｂは、基部６３ａ、６３ｂと固形フレーム接続部６４とを連結する。マイクロミラー保持機構６１の各構成要素は、導電性を有し、溶断部６５ａ、６５ｂの断面は、マイクロミラー保持機構６１の他の部分と比較して相対的に縮小される。

端子６４ａ、６４ｂは、外部電源（図示せず）に接続され、溶断部６５ａ、６５ｂは、端子６２ａ、６２ｂ間に電圧を印加することによって通電される。断面を縮小した溶断部６５ａ、６５ｂは、通電時に発熱し、融点を超える温度に温度上昇し、図５（Ｂ）に示す如く、熱溶解して破断する。

なお、図５には、固定フレーム１１の角部に位置するマイクロミラー保持機構６１が例示されているが、同様のマイクロミラー保持機構が、所定間隔を隔てて機能層６０の外縁部に配置される。

図３は、電極側基板２０の製造工程を示す断面図である。

電極側基板２０の製造工程は、マイクロミラーチップ１０の製作工程と同様、シリコン基板上に絶縁層を膜付けした後、機能層（ポリシリコン）及び犠牲層（酸化シリコン）の積層及びエッチングを交互に繰返す過程と、最終的にフッ酸等で犠牲層をエッチング処理して三次元構造を得る過程（リリースプロセス）とを含む。図３（Ａ）には、リリースプロセスで犠牲層を除去した三次元件構造の電極側基板２０が示されている。基板２０の上面には、電極２１、２２が形成されるとともに、所定の配線パターン（図示せず）が形成される。電極２１、２２は、配線パターンを構成する配線を介して外部電源（図示せず）に接続することができる。所定厚さ（例えば、厚さ０．５μｍ）の金からなるはんだ接続用のボンディングパッド３３が、電極側基板２０の上面に形成される。ボンディングパッド３３は、前述の如く、電極側基板２０の四隅に配置され、マイクロミラーチップ１０のボンディングパッド３２と整合可能な位置に位置決めされる。

ボンディングパッド３２、３３は、所定直径を有する真円形輪郭を有し、所定面積の円形はんだ接合面をマイクロミラーチップ１０及び電極側基板２０に形成する。

図３（Ｂ）に示すように、球形塊のはんだボール３６が電極側基板２０の各ボンディングパッド３３上に接合される。例えば、ボンディングパッド３２、３３の直径は、７０μｍに設定され、はんだボール３６は、Ｓｎ６３Ｐｂ３７の鉛すず共晶はんだ塊からなり、融点１８３℃及び直径１００μｍの物性及びサイズを有する。後述する如く、マイクロミラーチップ１０及び電極側基板２０の間隔Ｄ１（可動ミラー部１２と電極２１、２２との間の距離Ｄ２）は、ボンディングパッド３２、３３の輪郭及び直径と、はんだボール３６のサイズ（体積）とによって決定される。
図４は、マイクロミラーチップのフリップチップ実装工程を段階的に示す断面図である。

図４（Ａ）に示すように、犠牲層８０をフッ酸(HF)でエッチング処理した機能層６０及びシリコン基板７０（図２（Ｂ））は、上下反転され、はんだボール３６を形成した電極側基板２０（図３（Ｂ））の上に載置される。ボンディングパッド３２の露出面（下面）は、はんだボール３６の頂部に接触し、支承される。この段階では、上下のボンディングパッド３２、３３は、必ずしも厳密に整合する必要はなく、後述するはんだリフロー時のセルフアラインメント作用により修正可能な限りにおいて、水平方向の誤差又は相対変位が許容される。

電極側基板２０、機能層６０及びシリコン基板７０は、リフロー炉等の加熱手段によって、はんだの融点を超える高温の加熱雰囲気に曝され、はんだボール３６は熱溶融する。

図６は、はんだのセルフアラインメント機能を概念的に説明するための概略斜視図である。

機能層６０及びシリコン基板７０の荷重Ｆと、はんだの自重とが、リフロー時のはんだに作用する（図６（Ａ））。溶融状態のはんだは、ボンディングパッド３２、３３が合芯するように表面張力下に変形し、ボンディングパッド３２の中心がボンディングパッド３３の中心線Ｅ上に変位したときに安定する。このようなはんだのセルフアラインメント作用により、ボンディングパッド３２、３３の中心は、中心線Ｅ上に正確に整列し、冷却固化後のはんだによって、ボンディングパッド３２、３３を堅固に連結するはんだバンプ３１が形成される（図６（Ｂ））。

リフロー工程後の電極側基板２０、機能層６０及びシリコン基板７０が、図４（Ｂ）に示されている。はんだパンプ３１及びボンディングパッド３２、３３からなる連結部３０は、上下に厳密に整合した状態で機能層６０及び電極側基板２０を連結する。

引き続き、シリコン基板７０を機能層６０から分離する工程が実行される。シリコン基板７０の分離工程は、マイクロミラー保持機構６１（図５）の端子６２ａ、６２ｂ間に電圧を印加することにより行われる。前述の如く、狭小断面の溶断部６５ａ、６５ｂは、溶断部６５ａ、６５ｂを流れる電流で発生するジュール熱によって熱溶解し、図５（Ｂ）に示す如く、破断する。

溶断部６５ａ、６５ｂの溶断によってシリコン基板７０が機能層６０から分離され、図４（Ｃ）に示す如く、マイクロミラーチップ１０及び電極側基板２０を連結部３０で連結したマイクロミラー素子が製造される。なお、固定フレーム１１に残留したマイクロミラー保持機構６１の残部（溶断部６５ａ、６５ｂの破断部分と接続部６４）は、所望により固定フレーム１１から除去されるが、これらの部分は、マイクロミラー素子の機能に実質的な影響を及ぼさず、従って、固定フレーム１１に残存した状態で放置しても良い。

以上説明した如く、マイクロミラー素子は、はんだ接合用のボンディングパッド３２、３３と、ボンディングパッド３２、３３に接合したはんだバンプ３１とを有する。ボンディングパッド３２は、電極側基板２０と対向する固定フレーム１１の面に形成され、ボンディングパッド３３は、固定フレーム１１と対向する電極側基板２０の面に形成され、ボンディングパッド３２と対向し且つ整合する位置に位置決めされる。ボンディングパッド３２、３３の間の距離は、はんだパンプ３１の支持荷重Ｆに応答したはんだバンプ３１の熱溶融時の変形により設定される。熱溶融したはんだのセルフアラインメント作用により、ボンディングパッド３２、３３は合芯し、マイクロミラーチップ１０は、電極側基板２０に高精度に実装される。電極２１、２２と可動ミラー部１２との間の距離Ｄ２は、はんだパンプ３１の熱溶融時の変形によって決定されるので、ボンディングパッド３２、３３の表面寸法及びはんだパンプ３１の体積を変更することにより、任意に設定変更することができる。

また、マイクロミラー素子の上記製造方法は、ボンディングパッド３２を機能層６０の所定位置に形成する工程、ボンディングパッド３３及び電極２１、２２を電極側基板２０に形成する工程、はんだボール３６をボンディングパッド３３上に配置する工程、ボンディングパッド３２がはんだボール３６の頂部に接するように機能層６０をはんだボール３６上に載置する工程、はんだボール３６を加熱し、熱溶融状態のはんだをボンディングパッド３２、３３と接合するとともに、荷重Ｆに応答した熱溶融状態のはんだの変形により、ボンディングパッド３２、３３の間の距離を設定する工程とを含む。このような製造方法によれば、熱溶融時のはんだのセルフアラインメント作用により、マイクロミラーチップ１０を電極側基板２０に高精度に実装することができ、しかも、ボンディングパッド３２、３３の表面寸法及びはんだパンプ３１の体積の調整により、電極２１、２２及び可動ミラー部１２の間の距離Ｄ２を増大し、従来の操舵角限界を超えた広範囲の操舵角範囲を有するマイクロミラー素子を製造することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。

例えば、上記実施例では、円形輪郭のボンディングパッドを使用しているが、ボンディングパッドは、図７に示す如く、正方形輪郭の表面形状を有し、或いは、多角形輪郭等の任意の表面形状のものであっても良い。
また、ボンディングパッドの位置は、固定フレームの四隅に限定されるものではなく、固定フレーム及び基板の形状、重量、サイズ等によって適宜設定することができ、例えば、多数のボンディングパッドを固定フレームの外周領域に配置しても良い。

本発明は、殊に、光ファイバの信号切替装置を構成するマイクロミラー素子及びその製造方法に適用される。本発明は、スキャナ等の各種光学機器の素子及びその製造方法に適用することも可能である。

本発明の好適な実施形態に係るマイクロミラー素子の構造を示す斜視図及び側面図である。 マイクロミラーチップの製造工程を示す断面図である。 電極側基板の製造工程を示す断面図である。 マイクロミラーチップのフリップチップ実装工程を示す断面図である。 マイクロミラー保持機構の構造を示す斜視図である。 真円形輪郭のボンディングパッド上における溶融状態のはんだのセルフアラインメント機能を概念的に説明するための概略斜視図である。 正方形輪郭のボンディングパッド上における溶融状態のはんだのセルフアラインメント機能を概念的に説明するための概略斜視図である。 可動ミラーを支持する支持部の構造を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１０ マイクロミラーチップ
１１ 固定フレーム
１２ 可動ミラー部
１３ 開口部
１５ 支持部
２０ 電極側基板
２１、２２ 電極
３０ 連結部
３１ はんだパンプ
３２、３３ ボンディングパッド
６０ 機能層
６１ マイクロミラー保持機構
６２ａ、６２ｂ 端子
６３ａ、６３ｂ 基部
６４ 固定フレーム接続部
６５ａ、６５ｂ 溶断部
７０ シリコン基板
８０ 犠牲層

Claims (9)

1. 可動ミラー部及び固定フレームを備えたマイクロミラーチップと、駆動電圧が印加される電極を備えた電極側基板と、前記マイクロミラーチップ及び電極側基板を所定間隔を隔てて相互連結する連結部とを有するマイクロミラー素子において、
   前記連結部は、はんだ接合用の第１及び第２ボンディングパッドと、該ボンディングパッドに接合したはんだバンプとを有し、
   前記第１ボンディングパッドは、電極側基板と対向する前記固定フレームの面に形成され、
   前記第２ボンディングパッドは、固定フレームと対向する前記電極側基板の面に形成され、前記第１ボンディングパッドと対向し且つ整合する位置に位置決めされ、
   第１及び第２ボンディングパッドの間の距離は、前記はんだパンプの支持荷重に応答した該はんだバンプの熱溶融時の変形により設定されることを特徴とするマイクロミラー素子。
2. 前記ボンディングパッドは、真円形輪郭又は正方形輪郭を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラー素子。
3. 可動ミラー部及び固定フレームを備えたマイクロミラーチップを構成するＭＥＭＳ構造物をフリップチップ実装により電極側基板に実装するマイクロミラー素子の製造方法において、
   第１ボンディングパッドを前記固定フレームの所定位置に形成し、
   第２ボンディングパッド及び電極を前記電極側基板に形成し、
   はんだ塊を前記第２ボンディングパッド上に接合し、
   前記第１ボンディングパッドが第２ボンディングパッド上のはんだ塊に接するように前記ＭＥＭＳ構造物をはんだ塊上に載置し、
   前記はんだ塊を加熱し、前記第１及び第２ボンディングパッドと接合するとともに、前記マイクロミラーチップの荷重に応答した熱溶融状態のはんだの変形により、第１及び第２ボンディングパッドの間の距離を設定することを特徴とするマイクロミラー素子の製造方法。
4. 前記可動ミラー部及び固定フレームを構成する機能層と、エッチング処理で除去可能な犠牲層とをＭＥＭＳ構造物側の基板上に積層し、該基板と前記機能層とをマイクロミラー保持機構で結合し、前記犠牲層をエッチング処理で除去して前記ＭＥＭＳ構造物を作製することを特徴とする請求項３に記載のマイクロミラー素子の製造方法。
5. 通電時に熱溶解して破断する溶断部と、該溶断部を前記機能層に連結する接続部と、前記溶断部に導電可能に接続した外部電源接続端子とによって前記マイクロミラー保持機構を形成し、前記第１及び第２ボンディングパッド間の距離の設定後に、前記外部電源接続端子を外部電源に接続して前記溶断部に通電し、該溶断部を熱溶断することを特徴とする請求項４に記載のマイクロミラー素子の製造方法。
6. 可動ミラー部及び固定フレームを備えたマイクロミラーチップを構成するＭＥＭＳ構造物をフリップチップ実装により電極側基板に実装するマイクロミラー素子の製造方法において、
   機能層及び犠牲層をＭＥＭＳ構造物側の基板に積層するとともに、熱溶解可能な溶断部を有するマイクロミラー保持機構によって前記機能層をＭＥＭＳ構造物側の基板に接続し、
   前記犠牲層を除去し、
   前記溶断部に通電して該溶断部を熱溶断し、ＭＥＭＳ構造物側の基板を前記機能層から除去することを特徴とするマイクロミラー素子の製造方法。
7. 前記マイクロミラー保持機構は、前記溶断部に導電可能に接続した外部電源接続端子を備えることを特徴とする請求項６に記載のマイクロミラー素子の製造方法。
8. 前記マイクロミラー保持機構は、前記溶断部を前記機能層に連結する接続部を有し、第１溶断部及び第２溶断部が、前記接続部に接続されることを特徴とする請求項７に記載のマイクロミラー素子の製造方法。
9. 前記外部電源接続端子は、第１溶断部及び第２溶断部に夫々接続した第１端子及び第２端子を含み、これらの端子間に電圧を印加して前記溶断部に通電することを特徴とする請求項８に記載のマイクロミラー素子の製造方法。
   
   
   

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