JP2005338747A - 静電可動マイクロミラーチップ - Google Patents

Abstract

【課題】 上部ミラープレートと下部電極プレートを有し、半田部と位置決め溝で以って、位置決めと接続が可能な、静電可動マイクロミラーチップを提供すること。
【解決手段】 低温溶着を利用することによって、ミラーチップの光質を向上することができる。本発明の位置決めと接続方式は非常に簡単であり、製造時間とコストを大きく短縮させるものである。ミラーチップのミラーの両面はメタリックコーティングされているのでストレスバランスを調整可能であり、平坦性も向上可能である。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、光通信業界または光表示業界に係わる静電可動マイクロミラーチップに関するものであり、特に位置決めと接続に半田を用いる静電可動マイクロチップに関するものである。

光通信業界において、光構成部品に対する要求が日増しに高くなる状態である。需要者の要求を満たすためには、光学装置サプライ用品は、小型化が要求される一方、コストを抑えた製品に対する要求も満たさなければならない。半導体製造工程およびその他の整合プロセスに適用することによって、高精密性で高品質のマイクロメカニカルエレメントを大量生産することが可能である。

可動マイクロミラーチップは、光通信または光表示モジュールに適用されるマイクロコンポーネントの一種である。マイクロミラーチップは、主にミラーレイヤーと作動レイヤー（ＡＣＴＵＡＴＩＯＮ ＬＡＹＥＲ）とを有している。ミラーレイヤーは、作動レイヤーの静電力で振動または回転する為に作動するサスペンデッドミラーである。マイクロミラーチップは、光線の方向をステアリングすることによって光通信において減衰器として機能するものである。従来の可動マイクロミラーチップを製造するにあたって最も大きな問題となっていたのは、ミラーレイヤーと作動レイヤーの位置決めである。配置工程は、手作業で行われるか、また特殊で高価な配置装置を利用して行うため、コストダウンを図ることは非常に難しかった。

米国特許第６４４２３０７号には、ミラーレイヤーと作動レイヤーが半田接合で接続されている、マイクロミラー装置が開示されている。この構成は、導通問題や接続問題を解決するものではあるが、半田接合では精密な位置決めをすることはできない。したがって、スペイサーが位置決め機能として利用されている。しかしながら、半田が溶けると、その形態を崩すこととなる。接続の安定性と半田付け後にスペイサーを外すために、スペイサーには特別な素材のものが利用されていて、スペイサーを作る素材選びを困難なものにしている。また、様々で大きな温度差がある中、半田層の高さをコントロールすることは難しい。更に、ミラーレイヤーと作動レイヤーは、全て稼動するのに電気回路を必要とし、各層上にワイヤーボンディング領域が存在し、そこには保護策が取られていないので、半田の再流によって汚れる場合がある。溶けた半田は、ボンディング領域を汚し、その後のワイヤーボンディングを不可能とするか、チップ全体を駄目にし、製造コストを著しく上昇させることとなる。

上記のような従来の課題を解決した本願の第一の発明は、上方面と、底面と、前記上面と同方向に反射コーティングが施され、少なくとも１つのアームで接続した、ミラーとを有した、上部ミラープレートと、前記上部ミラープレートに接続される上面と、前記ミラーを受けるために前記上面に電極と形成したキャバティーとを有した、下部電極プレートと、前記上部ミラープレートまたは下部電極プレートに形成した、複数の位置決め溝と、前記位置決め溝に対応し、前記上部ミラープレートまたは下部電極プレートの前記位置決め溝が無い方に形成した、複数の半田部とより構成し、前記位置決め溝と前記半田部を用いて半田溶接することによって、前記上部ミラープレートと下部電極プレートとの位置決めと接続を行い、位置決め溝と半田部とを固定することを特徴とする、静電可動マイクロミラーチップである。

本願の第二の発明は、前記した第一の発明に係る静電稼動マイクロミラーチップにおいて、前記ミラーが、静電作動により回転するために、２つのアームで以って支持されることを特徴とする。

本願の第三の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記ミラーが、静電作動によりスイングするために、アームで以って支持されていることを特徴とする。

本願の第四の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記位置決め溝が、上部ミラープレートの底面上の前記ミラー付近に形成されることを特徴とする。

本願の第五の発明は、前記した第四の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記半田部は、前記位置決め溝に対応して、下部ミラープレート上のキャバティー付近に形成されることを特徴とする。

本願の第六の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記半田部は、前記上部ミラープレートの底面の前記ミラー付近に形成されることを特徴とする。

本願の第七の発明は、前記した第六の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記位置決め溝は、前記半田部に対応して、前記下部電極プレートの前記キャバティー付近に形成されることを特徴とする。

本願の第八の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記下部電極プレートのキャバティーは、絶縁レイヤーの一部を有し、前記ミラーが移動中に前記キャバティーと接触するのを回避することを特徴とする。

本願の第九の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記下部電極プレートのキャバティーは、少なくとも絶縁スタッドを有し、前記ミラーが移動中に前記キャバティーと接触するのを回避することを特徴とする。

本願の第十の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記半田部のルートは、前記半田部より少々大きいエリアを持つ半田シードレイヤーを有することを特徴とする。

本願の第十一の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記半田部は、絞パイプを介して、信号接続エリアに接続され、前記信号接続エリアが、前記上部ミラープレートと下部電極プレートとが接続された後に露出することを特徴とする。

本願の第十二の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記半田部を信号接続エリアに接続し、縦ストッピングウオールが前記半田部と信号接続エリアとをシールドし、前記信号接続エリアが、前記上部ミラープレートと下部電極プレートとが接続された後に露出することを特徴とする。

本願の第十三の発明は、前記した第一の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記ミラーの両側は、メタリックコーティングされていることを特徴とする。

本願の第十四の発明は、前記した第十三の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記メタリックコーティングは、金、銀、タイタニウム、クロミウム、アルミニウム、タングステン、プラチナ、及びニッケルのグループから選んだ材質であることを特徴とする。

本願の第十五の発明は、前記した第十三の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記半田部は、低温溶着可能であることを特徴とする。

本願の第十六の発明は、前記した第十三の発明に係る静電可動マイクロミラーチップにおいて、前記半田部は、電気導電性樹脂であることを特徴とする。

本発明の目的は、良質のパフォーマンスと、容易なパッケージングと、接合時に最適な位置決めとを提供し、半田汚れを避けて信号接続部を保護する、静電可動マイクロミラーチップを提供することにある。

本発明の静電可動マイクロチップは、上下電極プレートを有する。上部ミラープレートは、上部ミラープレートに対して振動（ＳＷＩＮＧ）する片持ちビームによって支持されるか、上部ミラープレートに対して回転する２つのアームによって支持されている。下部電極プレートには、ミラーが自由に挿入可能なキャビティが形成されている。キャビティは、静電力を通じてミラーを作動させるために電極と配置される。

ミラーの両サイドは、高反射性、高相互接続性、高ストレスバランス性を発揮するために金属レイヤーでコーティングされている。本発明の静電可動マイクロミラーチップは、位置決めと接続に半田部と位置決め溝とを利用するものでる。これらによって、製造コストと時間を節約することが可能である。信号接続エリアは、絞パイプまたは半田部と信号接続エリアとの間に位置するストッピングウオールによって、半田汚れを回避するものである。ミラーは、両サイドがコーティングされ、構造上、そして材料、温度工程中及び平面化工程中のストレスを取り除く役割を果たしている。

本発明は、以下の詳細な説明からより明快に理解が可能なものとなるが、この詳細な説明は、本発明の実施例をしめすだけのものであり、本発明をこれらに限定する意図で開示されたものではない。

図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、本発明に基づく静電可動マイクロミラーチップは、上部ミラープレート１０と下部電極プレート２０とを有する。上部ミラープレート１０の中間部には、ミラー１１があり、上部ミラープレート１０に対しての回転のために２つのアーム１２，１３に支持されている。上部ミラープレート１０には、上面１０２と底面１０１とがある。上面１０２には、ミラー１１と対応する溝１６，２１がある。ミラー１１は、上向きの反射面を有する。上面１０２には、好ましくはミラーの両側に形成される位置決め溝１４，１５が形成される。

下部電極プレート２０は、上部ミラープレート１０の底面１０１に接続される上面２０１を有する。上面２１０には、ミラー１１に対応して、ミラー１１が自由に挿入可能なキャビティ１６，２１が形成されている。キャビティ１６，２１の両側は、位置決め溝１４，１５に対応して、位置決め溝１４，１５の形に対応した半田部２２，２３が形成されている。これら半田部２２，２３の根元には、半田シードレイヤーが存在する。半田部のシードレイヤーは、半田部よりも多少大きめに形成されているので、半田付けされる時に、半田部２２，２３が、位置決め溝１４，１５内にフィットし、加熱されて上部ミラープレート１０と下部電極プレート２０とが接合される。

上部ミラープレート１０の製造工程は以下の通りである。まず第一に、図２Ａに示すように、基板３０を準備する。基板３０には、通常はシリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）が利用される。そして、図２Ｂに示されるように、エッチングされて底方向からキャビティー１６を形成し、上方向からサスペンデッドミラー１１と、アーム１２，１３と位置決め溝１４，１５とを形成する（図２Ｃ）。最後に、図２Ｄにあるように、底方向からミラー１１条にメタリックコーティング１１１を施す。ここで、ミラー１１は、上部ミラープレート１０よりも薄く形成されている。

下部ミラープレート２０の製造工程は、以下に示されている。まず第一に、図３Ａにあるように基板を準備する。そして、図３Ｂのように、溝２１と信号接続エリア２５を形成する。信号接続エリア２５とその作動形式に関しては後に説明する。更に、メタリック電極４１（図３Ｃ参照）と半田２２，２３（図３Ｄ参照）を配置する。

図４Ａに示されるように、接続時には上部ミラープレート１０を逆さにし、溝１６とメタリックコーティング１１をフェースアップにする。そして、位置決め溝１４，１５を半田部２２，２３上にかぶせ、半田を加熱して図１Ｂのように固定する。このプロセスによって位置決めと接続の問題を同時に解決することが出来る。ワイヤボンディング（図１Ａ参照）を通じて、電圧を信号接続エリア２５とキャバティー２１に加えることによって作動する。上部ミラープレート１０は、図４Ａに示すように、ミラー１１のメタリックコーティング１１１に直接電圧を流すことによって作動する。電圧がミラー１１とキャバティー２１とに流れると、ミラー１１は、図４Ｂに示したようにアーム１２，１３によって回転し始める。しかし、このアレンジメントにおいて、上部ミラープレート１０の電極は、図４Ｃに示されるようにミラー１１の上に位置する。ワイヤまたは他の手段がミラー１１に利用された場合、製造工程が困難なものなり、ミラー１１の移動の妨げとなる。従って、ミラー１１の両サイドは、図２Ｆに示したように、メタリックコーティング１１１，１１２でプロセスされる。

半田付けが終わったら、下部電極プレート２０の信号接続エリア２４とミラー１１のメタリックコーティング１１２は、電気的に接続され、信号接続エリア２４を通じてチップを作動させ、ミラー１１のワイヤリングの必要性がなくなる。両側のコーティングは、ストレスバランスに良い影響を与えるものでもある。半田部２２，２３が熱溶着する必要性があるので、チップはまた温度変化テストを必要とする。この温度変化は、ミラー基板の素材の違いやコーティング１１１によっては、通常ミラー１１に対して（変形等の）ストレスを与えたり、平坦さに影響を与えるものである。従って、両サイド１１１，１１２をコーティングする場合、下方作動電圧がチップを作動させるだけでなく、ミラー両サイドの金、銀、タイタニウム、クロミウム、アルミニウム等の材料が、ミラーの平坦さと厚さを保つことを考慮に入れながら、様々な組み合わせで選択可能である。

更に、上部ミラープレート１０は、逆さにして接続されるので、ミラー１１のメタリックコーティング１１２は、殆ど上部ミラープレート１０の底面１０１の高さと同じである。したがって、作動位置（高さ）は、キャバティ２１の深さに依存する。従来技術の構成と比較すると、深さのコントロールは非常に容易である。本発明がストレスのバランスを保つ、半田材料に関しては、１１８度で溶ける半田モデルＩｎ５２／Ｓｎ４８、１４６度で溶ける半田モデルＩｎ９７／Ａｇ３、１４９〜１５４度で溶ける半田モデルＩｎ８０／Ｐｂ１５／Ａｇ５等の低音で溶けるものが好ましい。

ミラー１１の両側のメタリックコーティング１１１，１１２のために、作動形態もまた調整可能である。図１Ａと１Ｂに示すように、半田部２２付近に形成せれた他の信号接続エリア２４がある。そして、メタリックコーティング１１２をプレーティングする際、上部ミラープレート１０の底面１０１もまた図２Ｅのようにメタリックコーティングされる。従って、半田付けをした後、下部電極プレート２０上に形成された信号接続エリア２４が利用され作動する。上部ミラープレート１０はまた、下部電極プレート２０を介して外部からの作動も可能であるため、ミラープレート１０上のミラー１１のメタリックコーティングの作動の非容易性に関する問題も解決される。

しかし、ミラー１１の両サイドには、図４Ｃのようにメタリックコーティング１１１，１１２があるので、ミラー１１を回転する時、ミラー１１の溝２１への接触による電気ショートを回避せせる必要がある。従って、少なくともキャバティー２１の底に形成する絶縁スタッド２２１（図３Ｅを参照）、絶縁レイヤー２６（図３Ｆを参照）を利用して電気ショートを回避することが可能である。図１Ａに示すように、複数の絶縁スタッド、例えば３つの絶縁スタッド２１１，２１２，２１３を同側に設置することが望ましい。勿論、図示されないようなスタッドのアレーを利用することも可能である。

上述の位置決め溝１４，１５と半田部２２，２３が、位置決めと接続に利用されるので、これらの位置決めが柔軟に調整可能である。例えば、下部電極プレート２０上に溝１５を配置したり、図５Ａのように、上部ミラープレート上に半田部２２を配置したり、図５Ｂのように、下部電極プレート２２，２３上に両位置決め溝１４，１５を配置したり、他の様々な数と形の位置決め溝と半田部を採用したりすることが可能である。更に、半田部は、電気導電性樹脂であっても良い。

本発明は、図１Ａに示されるような２つのアーム１２，１３を持った回転可能ミラーに適用可能なだけではなく、図６に示すようなカンチレバー１８を持ったスイングミラーにも適用が可能である。一方、図７Ａと図７Ｂにあるように、本発明の方法の半田部２２，２３から信号接続エリア２４，２５に係る半田汚れを防止するものでもある。

左側の半田部２３は、信号接続エリア２５のレベルとは異なったレベルに位置し、半田部２３のシードレイヤー２３１と信号接続エリア２５間の適した距離を保つ。右側の半田部２２は、絞パイプ２２２を介して信号接続エリア２４に接続される。ストッピングウオール２７が、それらの間に位置される。ストッピングウオール２７は、半田付けされない素材を用いる。絞パイプ２２２は、ストッピングウオール２７と共に、溶けた半田の流れを規制し、信号接続エリア２４へと流れるのを防ぐものである。対応溝１７は、ストッピングウオール２７を受けて位置づけするために形成される。

本発明は本発明と同等な様々な方法で達成可能なことは明白である。そのような方法は、本発明の精神とスコープから逸脱することなく、それら全ての方法が本発明の請求の範囲内に含まれるものであることは当業者にとって自明なものであると考えられるべきである。

本発明の静電可動マイクロミラーチップの展開図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの斜視図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップ中の上部ミラープレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップ中の上部ミラープレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップ中の上部ミラープレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップ中の上部ミラープレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの上部ミラープレートを形成する追加工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの下部電極プレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの下部電極プレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの下部電極プレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの下部電極プレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの第２実施例において、下部電極プレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの第２実施例において、下部電極プレートを形成するシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップのミラープレートと電極プレートの接続工程を示すシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップのミラープレートと電極プレートの接続工程を示すシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップのミラープレートと電極プレートの接続工程を示すシーケンシャル工程図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの半田部と位置決め溝とを示す機能図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの半田部と位置決め溝とを示す機能図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップのその他の実施例を示す説明図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの信号接続エリアの保護に関する説明図。 本発明の静電可動マイクロミラーチップの信号接続エリアの保護に関する説明図。

符号の説明

１０ 上部ミラープレート
１０１
１１ ミラー
１２ アーム
１３ アーム
１４ 溝
１５ 溝
１６ 溝
１７ 対応溝
２０ 下部電極プレート
２１ キャビティ
２２ 半田
２３ 半田
２４ 信号接続エリア
２５ 信号接続エリア
２６ 絶縁レイヤー
２７ ストッピングウオール
４１ メタリック電極
１０１ 底面
１０２ 上面
１１１ メタリックコーティング
１１２ メタリックコーティング
２０１ 上面
２１０ 上面
２１１ 絶縁スタッド
２１２ 絶縁スタッド
２１３ 絶縁スタッド
２２１ 絶縁スタッド
２２２ 絞パイプ
２３１ シードレイヤー

Claims (16)

1. 上方面と、底面と、前記上面と同方向に反射コーティングが施され、少なくとも１つのアームで接続した、ミラーとを有した、上部ミラープレートと、
   前記上部ミラープレートに接続される上面と、前記ミラーを受けるために前記上面に電極と形成したキャバティーとを有した、下部電極プレートと、
   前記上部ミラープレートまたは下部電極プレートに形成した、複数の位置決め溝と、
   前記位置決め溝に対応し、前記上部ミラープレートまたは下部電極プレートの前記位置決め溝が無い方に形成した、複数の半田部とより構成し、
   前記位置決め溝と前記半田部を用いて半田溶接することによって、前記上部ミラープレートと下部電極プレートとの位置決めと接続を行い、位置決め溝と半田部とを固定することを特徴とする、
   静電可動マイクロミラーチップ。
2. 前記ミラーが、静電作動により回転するために、２つのアームで以って支持されることを特徴とする、
   請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
3. 前記ミラーが、静電作動によりスイングするために、アームで以って支持されていることを特徴とする、
   請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
4. 前記位置決め溝が、上部ミラープレートの底面上の前記ミラー付近に形成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
5. 前記半田部は、前記位置決め溝に対応して、下部ミラープレート上のキャバティー付近に形成されることを特徴とする、
   請求項４に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
6. 前記半田部は、前記上部ミラープレートの底面の前記ミラー付近に形成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
7. 前記位置決め溝は、前記半田部に対応して、前記下部電極プレートの前記キャバティー付近に形成されることを特徴とする、
   請求項６に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
8. 前記下部電極プレートのキャバティーは、絶縁レイヤーの一部を有し、前記ミラーが移動中に前記キャバティーと接触するのを回避することを特徴とする、
   請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
9. 前記下部電極プレートのキャバティーは、少なくとも絶縁スタッドを有し、前記ミラーが移動中に前記キャバティーと接触するのを回避することを特徴とする、
   請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
10. 前記半田部のルートは、前記半田部より少々大きいエリアを持つ半田シードレイヤーを有することを特徴とする、
    請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
11. 前記半田部は、絞パイプを介して、信号接続エリアに接続され、前記信号接続エリアが、前記上部ミラープレートと下部電極プレートとが接続された後に露出することを特徴とする、
    請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
12. 前記半田部を信号接続エリアに接続し、縦ストッピングウオールが前記半田部と信号接続エリアとをシールドし、前記信号接続エリアが、前記上部ミラープレートと下部電極プレートとが接続された後に露出することを特徴とする、
    請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
13. 前記ミラーの両側は、メタリックコーティングされていることを特徴とする、
    請求項１に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
14. 前記メタリックコーティングは、金、銀、タイタニウム、クロミウム、アルミニウム、タングステン、プラチナ、及びニッケルのグループから選んだ材質であることを特徴とする、
    請求項１３に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
15. 前記半田部は、低温溶着可能であることを特徴とする、
    請求項１３に記載の静電可動マイクロミラーチップ。
16. 前記半田部は、電気導電性樹脂であることを特徴とする、
    請求項１３に記載の静電可動マイクロミラーチップ。

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