JP2008016471A - 機能素子、ならびにその機能素子を備えた電子デバイス、モジュールおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】基板にクラックが入ることにより、歩留りが低下することのない機能素子を提供する。
【解決手段】基板１１の表面に機能部１２を取り囲む接合部１３を備える。接合部１３と対応して接合面１５Ａを有すると共に機能部１２に対応して空隙を有する筒状のスペーサ部１５を備え、接合部１３と接合面１５Ａとが接合材１６で接合されている。空隙を塞ぐ蓋部１７をスペーサ部１５上に備える。接合面１５Ａは半径Ｒ１の曲面が径方向に形成された端部１５Ａ−１を空隙側に有し、半径Ｒ２の曲面が径方向に形成された端部１５Ａ−２を空隙側とは反対側に有する。スペーサ部１５はＷｅ≧Ｗｓ＋Ｒ１＋Ｒ２、ｄｅ１≦ｄｓ１−２×Ｒ１，ｄｅ２≦ｄｓ２−２×Ｒ１を満たす。Ｗｅ：接合面１５Ａの径方向の幅、Ｗｓ：接合部１３の径方向の幅、ｄｅ１，ｄｅ２：スペーサ部１５の径方向の内径、ｄｓ１，ｄｓ２：接合部１３の径方向の内径
【選択図】図２

Description

本発明は、気密封止の必要な機能素子、ならびにその機能素子を備えた電子デバイス、モジュールおよび電子機器に関する。

近年の集積化技術の向上に伴い、電子機器の小型・軽量化、低電圧動作・低消費電力化、高周波動作化が急速に進んでいるが、その一方で高機能化も求められている。このような互いに対立する課題を解決する技術の一つとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；マイクロマシン）が注目されている。このＭＥＭＳは、シリコンプロセス技術により、マイクロな機械的要素と電子回路要素とを融合したシステムであり、日本では主にマイクロマシンと称されるものである。ＭＥＭＳの要素技術は、その精密加工性などの優れた特徴から、高機能化に対応しつつ、小型で低価格なＳｏＣ（System on a Chip) を実現することができる。

そのため、近年、各種センサ、流体、光学、ＲＦ、ストレージ、バイオなど多岐に渡る応用分野においてＭＥＭＳの要素技術が利用されている。この技術を利用したものとして、例えば、一次元反射型ディスプレイデバイスがある。このデバイスは、基板上に共通電極を有し、その共通電極と所定の間隙を介した中空に、反射ミラーとして機能する固定リボンおよび可動リボンを交互に配置してなるマイクロリボンアレイを有している。

このデバイスでは、例えば、共通電極とマイクロリボンアレイとの間に電位差を発生させると、誘導電荷による静電力によって可動リボンが共通電極側に引き寄せられ、マイクロリボンアレイに段差が発生する。この段差は回折格子として機能するので、例えば、段差の生じたマイクロリボンアレイにレーザ光を入射させると、反射光の他に回折光が発生する。この回折光の強度は、マイクロリボンアレイの段差の大きさに応じて変化するので、例えば、マイクロリボンアレイに一定強度のレーザ光を入射させた状態で、映像信号で変調した電圧を共通電極に印加して、映像信号に応じた段差をマイクロリボンアレイに生じさせることにより、回折光から映像信号に応じた一次元の画像を得ることできる。このようにして得られた一次元の画像を例えば走査ミラーを用いて平行方向に走査し投影することにより、スクリーン上に２次元映像を表示することができる。

特開２００５−３２９５３２号公報 TI Technical Journal，July 1998,pp．87−94

ところで、上記のＭＥＭＳの要素技術を利用したマイクロリボンアレイのような機能部を内蔵する機能素子では、機能部の機械的な動作空間を確保しつつ、安定した環境を維持するために、機能部を気密封止することが必要となる。例えば、特許文献１の図３ｂに記載されているように、機能部が表面に形成された基板を備えた機能素子では、基板の表面に形成された、機能部を取り囲む接合部と、蓋部の表面に形成された接合部とを接合材を介して接続し、これにより機能部上に気密に保たれた空隙を形成している。しかし、このように、接合材の厚さを利用して空隙を設けた場合には、その空隙の高さは接合材の厚さで決まってしまうので、空隙の高さを高くすることは容易ではない。そこで、空隙の高さを高くする必要のある用途では、例えば、非特許文献１に記載されているように、基板と蓋部との間にスペーサを設け、スペーサによって空隙の高さを調整している。また、図２０に示したように、基板１１０上に機能部（図示せず）と、その機能部を取り囲む接合部１１１とを設け、その接合部１１１と、所定の高さのスペーサ部１２０の底面に設けられた接合面１２１とを接合材１４０を介して接合し、さらにスペーサ部１２０の上面側の接合面１２２と、蓋部１３０の接合部１３１とを接合材１４０を介して接合することにより、機能部上に所定の高さの空隙を設けている。

このように、機能部を気密封止するために、蓋部やスペーサを基板に接合させる場合には、一般に半田や樹脂が用いられる。しかし、これらの熱膨張係数は一般に、基板のそれとは大きく異なるので、単純に半田や樹脂を用いて蓋部やスペーサを基板に接合させた場合には、半田や樹脂が熱膨張または熱収縮した際に基板に大きな応力が発生し、これにより、基板にクラックが入ってしまう場合が多い。その結果、気密封止が破壊されたり、基板内の配線が切断され機能部が動作しなくなり、歩留りが低下するという問題があった。

そして、このような問題は、ＭＥＭＳの要素技術を利用したものに限らず、気密封止の必要な機能素子において広く一般に生じるものである。そのような機能素子としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージャーなどの受光素子、レーザーダイオードなどの発光素子、レーザーカップラーなどの受発光素子、ＤＭＤ(Digital Mirror Device) やＧＬＶ(Grating Light Value) などの反射型素子などがある。これらの機能素子では、吸湿や酸化、腐食性ガスへの接触による腐食、ダストの付着による特性劣化などの問題があり、気密封止が必要とされている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板にクラックが入ることにより、歩留りが低下することのない機能素子、ならびにその機能素子を備えた電子デバイス、モジュールおよび電子機器を提供することにある。

本発明の機能素子は基板の表面に機能部を備えたものであり、その基板の表面には機能部を取り囲む接合部が設けられている。なお、「基板の表面」とは、単一基板の表面の他、基板上に設けられた別基板の表面をも含む概念である。基板上には接合部と対応して接合面を有すると共に、機能部に対応して空隙を有する筒状のスペーサ部が設けられており、接合部と接合面とが接合材によって接合されている。スペーサ部上には空隙を塞ぐ蓋部が設けられている。このとき、接合面の径方向の幅Ｗｅは、接合部の径方向の幅Ｗｓよりも広くなっており、スペーサ部の径方向の内径ｄｅは、接合部の径方向の内径ｄｓよりも小さくなっている。なお、スペーサ部および蓋部は互いに一体に形成されていてもよいし、別体に形成されていてもよい。

ここで、接合面が、半径Ｒ１の曲面が径方向に形成された第１端部を空隙側に有すると共に、半径Ｒ２の曲面が径方向に形成された第２端部を空隙側とは反対側に有している場合には、幅Ｗｅおよび内径ｄｅは以下の関係式を満たすことが好ましい。なお、第１端部および第２端部がＣ面取りされている場合には、半径Ｒ１，Ｒ２の代わりに、Ｃ面取りされたことにより削除された部分の幅を用いるようにしてもよい。

Ｗｅ≧Ｗｓ＋Ｒ１＋Ｒ２
ｄｅ≦ｄｓ−２×Ｒ１

本発明の電子デバイス、モジュールおよび電子機器は、上記の機能素子を備えたものである。

本発明の機能素子、電子デバイス、モジュールおよび電子機器では、接合面の径方向の幅Ｗｅを接合部の径方向の幅Ｗｓよりも広くし、かつスペーサ部の径方向の内径ｄｅを接合部の径方向の内径ｄｓよりも小さくしたので、接合材が接合面の端部から外部へはみ出すことがない。

本発明の機能素子、電子デバイス、モジュールおよび電子機器によれば、接合面の径方向の幅Ｗｅを接合部の径方向の幅Ｗｓよりも広くし、かつスペーサ部の径方向の内径ｄｅを接合部の径方向の内径ｄｓよりも小さくしたので、接合材が接合面の端部から外部へはみ出すことがない。これにより、接合材が基板とは異なる熱膨張係数を有する材料により構成されている場合であっても、熱膨張または熱収縮した際に基板に大きな応力が発生しなくなるので、基板にクラックが入る虞がなくなる。その結果、空隙の気密封止が破壊されたり、基板内の配線が切断され機能部が動作しなくなる虞もなくなり、歩留りが向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る電子デバイスの断面構成を表すものである。この電子デバイス１は、反射型ディスプレイデバイスに好適に適用可能なものであり、フレーム部２４のキャビティ内に機能素子１０と、機能素子１０内の機能部１２（後述）を駆動する駆動装置２０，２０とが配置されたものである。

図２は図１の機能素子１０を拡大して表すものであり、図４のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成に対応するものである。図３も図１の機能素子１０を拡大して表すものであり、図４のＣ−Ｃ矢視方向の断面構成に対応するものである。図４は図２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。

機能素子１０は、基板１１上に、機能部１２（図４，図６〜図７参照）と、その機能部１２を取り囲む接合部１３と、引出電極１４，１４とを備えている。接合部１３には、高さＨのスペーサ部１５の底面（接合面１５Ａ）が接合材１６を介して接合されており、さらに、スペーサ部１５の上面（接合面１５Ｂ）には、蓋部１７の接合部１８が接合材１９を介して接合されている。これにより、機能部１２上にはスペーサ部１５の高さＨに接合材１６，１９の高さを加算して得られる高さの空隙が設けられている。なお、機能部１２が基板１１上に設けられた別基板上に設けられている場合には、機能部１２上にはスペーサ部１５の高さＨから別基板の厚さを除算した値に接合材１６，１９の高さを加算して得られる高さの空隙が存在することとなる。

ここで、基板１１は、主に機能部１２、スペーサ部１５および蓋部１７を支持するものであり、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコン・カーバイト（ＳｉＣ）、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）およびシリコン・ゲルマニウム・カーボン（ＳｉＧｅＣ）などのＳｉ系基板や、ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、ガラス、樹脂およびプラスチックなどの非Ｓｉ系基板により構成されている。

接合部１３は、例えばＣｒ／Ｎｉ／Ａｕや、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの積層膜からなり、図３に示したように、幅がＷｓ、一の径方向の内径がｄｓ１、それに垂直な径方向の内径がｄｓ２の帯状のリングとなっている。この接合部１３はまた、図４に示したように、周回方向に外径Ｒ３の曲面を含む端部１３Ａ（第３端部）を四隅に有している。接合部１８は、例えばＣｒ／Ｎｉ／Ａｕや、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの積層膜からなり、接合部１３よりも幅や内径の小さな帯状のリングとなっている。引出電極１４，１４は、例えばＴｉ／Ｔｉｎ／Ｔｉ／Ａｌなどの積層膜や、Ａｌなどからなる。なお、機能部１２と引出電極１４，１４とを結ぶ引出配線（図示せず）は、例えば、Ｃｕ，Ｗ，Ｓｉ，Ｗ−Ｓｉ，Ａｌなどで形成されている。

スペーサ部１５は、基板１１の熱膨張係数と等しいかそれに近い値を有する材料からなり、例えば、基板１１が熱膨張係数３．２ｐｐｍ／Ｋのシリコン基板である場合には、鉄（Ｆｅ）ニッケル（Ｎｉ）合金により構成されていることが好ましい。この鉄ニッケル合金は、図５に示したように、ニッケルの含有量を適切に調節することにより基板１１の熱膨張係数と等しくすることが可能な材料であり、基板１１の熱膨張係数と等しいかそれに近い値にするには、ニッケルを３２ｗｔ．％以上４０ｗｔ．％以下含有することが好ましい。なお、鉄ニッケル合金に他の元素を混合して３元以上の合金としてもよい。

このスペーサ部１５は、図２，図３に示したように、一の径方向の内径がｄｅ１、それに垂直な径方向の内径がｄｅ２の空隙が機能部１２に対応して形成された筒形状となっている。また、接合面１５Ａの形成されている筒の底部は径方向の幅がＷｅの順テーパー状となっており、他方、接合面１５Ｂの形成されている筒の上部は径方向の幅が幅Ｗｅよりも狭い逆テーパー状となっている。つまり、このスペーサ部１５の基板１１に垂直な断面はクランク形状となっている。なお、このクランク形状は、例えばプレス加工により成型することが可能である。

ここで、接合面１５Ａは、半径Ｒ１の曲面が径方向に形成された端部１５Ａ−１（第１端部）を空隙側に有し、半径Ｒ２の曲面が径方向に形成された端部１５Ａ−２（第２端部）を空隙側とは反対側に有している。そして、接合面１５Ａの幅Ｗｅ、接合部１３の幅Ｗｓ、スペーサ部１５の内径ｄｅ１，ｄｅ２、接合部１３の内径ｄｓ１，ｄｓ２は、以下の３つの関係式を満たしている。

Ｗｅ≧Ｗｓ＋Ｒ１＋Ｒ２…（１）
ｄｅ１≦ｄｓ１−２×Ｒ１…（２）
ｄｅ２≦ｄｓ２−２×Ｒ１…（３）

これにより、接合材１６が接合面１５Ａの端部１５Ａ−１，１５Ａ−２から空隙側または外側へはみ出したり、接合材１６の側面が端部１５Ａ−１，１５Ａ−２の側面と同一面上となることがなくなる。その結果、接合材１６は、例えば、図２，図３に示したように、基板１１との関係でおよそ逆テーパー状となる。

なお、空隙の気密封止が破壊されたり、基板１１内の配線が切断され機能部１２が動作しなくなるのを防止するためには、スペーサ部１５のうち接合面１５Ａに対応する部分の厚さｔｅが厚いことが好ましく、基板１１の厚さとほぼ等しいか、それよりも厚いことが好ましい。また、この接合面１５Ａに対応する部分は、図４に示したように、周回方向に外径Ｒ３より小さな外径Ｒ４の曲面を含む端部１５Ｃ（第４端部）を端部１３Ａに対応して四隅に有している。

接合材１６は、例えばＳｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｎｉ，Ａｕ−Ｓｉ，Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｂ，Ａｕ−Ｚｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ−Ｂｅなどの半田からなり、接合部１３と接合面１５Ａとを互いに接合すると共に、基板１１とスペーサ部１５との間を封止するようになっている。接合材１９は、接合材１６と同様、例えばＳｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｎｉ，Ａｕ−Ｓｉ，Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｂ，Ａｕ−Ｚｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ−Ｂｅなどの半田からなり、接合面１５Ｂと接合部１８とを互いに接合すると共に、スペーサ部１５と蓋部１７との間を封止するようになっている。これにより、スペーサ部１５内の空隙が気密封止されるので、機能部１２の機械的な動作空間を確保しつつ、安定した環境を維持することができる。

なお、空隙の気密封止が破壊されたり、基板１１内の配線が切断され機能部１２が動作しなくなるのを防止するためには、接合材１６の厚さｔｐはスペーサ部１５の厚さｔｅとは異なり、薄いことが好ましい。もっとも、接合部１３や接合面１５Ａに多少のうねりがある場合であっても基板１１とスペーサ部１５との間を封止することが可能な最低限の厚さであることが好ましい。

本実施の形態の電子デバイスではまた、機能素子１０および駆動装置２０，２０は接合材２１によってフレーム部２４内に固定されると共に、ワイヤ２２，２２を介して接続されている。また、駆動装置２０，２０はフレーム部２４内に設けられた外部回路接続端子（図示せず）にワイヤ２３，２３を介して接続されている。また、機能素子１０のうちスペーサ部１５の接合面１５Ｂよりも低い部位と、駆動装置２０，２０およびワイヤ２２，２２，２３，２３の全体とが封止部２５によって封止されている。

ここで、接合材２１は例えばＡｇペーストや、エポキシ接着材からなり、機能素子１０および駆動装置２０，２０の熱をフレーム部２４に伝達するようになっている。また、ワイヤ２２，２２，２３，２３は例えばＡｕや、Ａｌからなる。フレーム部２４は例えばＬＴＣＣや、セラミック、樹脂からなり、接合材２１を介して伝達されてきた機能素子１０および駆動装置２０，２０の熱を放散させるようになっている。封止部２５は例えばオルソクレゾールノボラック樹脂や、フェノールノボラック樹脂、溶融シリカ、シリコーン、カーボンブラックなどから構成されるモールド樹脂からなり、機能素子１０のうちスペーサ部１５の接合面１５Ｂよりも低い部位と、駆動装置２０，２０およびワイヤ２２，２２，２３，２３を外部環境から保護するようになっている。

図６は、図２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成のうち、機能部１２およびその近傍を拡大して表すものである。図７は、機能部１２の一部（１画素分）を斜視的に表すものである。この機能部１２では、基板１１上に導電性材料または誘電体材料からなる共通電極２が形成されており、その共通電極２と所定の間隙を介して空隙３を形成するマイクロリボンアレイ４が形成されている。このマイクロリボンアレイ４は、両端が基板１１上に接する複数の固定リボン５および可動リボン６をアレイ状に交互に配置して構成されたものである。

ここで、固定リボン５および可動リボン６はそれぞれ、絶縁層と金属層とを基板１１側から順に積層して構成されており、固定リボン５は可動リボン６よりも高い剛性を有している。これにより、マイクロリボンアレイ４は、共通電極２との間に電位差が発生すると、図７に示したように、誘導電荷による静電力によって可動リボン６だけが共通電極２側に引き寄せられ、段差が発生するようになっている。また、金属層は反射ミラーとして機能し、上記したようにマイクロリボンアレイ４に段差が生じると、外部から入射する光に対して回折格子として機能するようになっている。

このような構成を備えた電子デバイス１では、例えば、共通電極２とマイクロリボンアレイ４との間に電位差を発生させると、誘導電荷による静電力によって可動リボン６が共通電極２側に引き寄せられ、マイクロリボンアレイ４に段差が発生する。この段差は上記したように回折格子として機能するので、例えば、段差の生じたマイクロリボンアレイ４にレーザ光を入射させると、反射光の他に回折光が発生する。この回折光の強度は、マイクロリボンアレイ４の段差の大きさに応じて変化するので、例えば、図８に示したような投射装置において、電子デバイス１を適用することが可能である。

具体的には、まず、レーザ３０から射出されたレーザ光Ｌ１を照明レンズ４０で偏平な形状にし、その偏平なレーザ光Ｌ２をマイクロリボンアレイ４に入射させる。次に、電子デバイス１を含むモジュール５０において、映像信号で変調した電圧を共通電極２に印加して、映像信号に応じた段差をマイクロリボンアレイ４に生じさせる。これにより、回折光Ｌ３から映像信号に応じた一次元の画像を得ることできる。このようにして得られた一次元の画像を投影レンズ６０で集光し、その集光光を走査ミラー７０を用いて平行方向に走査し投影することにより、スクリーン８０上に２次元映像を表示することができる。

ところで、従来は、図２０に示したように、接合部１１１の径方向の幅を接合面１２１の径方向の幅よりも大きくして、接合材１４０が接合面１２１の端部から空隙側または外側へはみ出た順テーパーの状態、すなわち濡れた状態にするのが通例であった。そして、仮に接合材１４０の形状が基板１１０との関係でおよそ逆テーパー状となってしまったときには接合材１４０が接合面１２１の端部から空隙側または外側へはみ出て、濡れた状態になるまで接合材１４０をつぎ足していた。つまり、従来は、本実施の形態の構成とは全く逆の構成を採っており、またそれが常識となっていた。そのため、従来は、接合材１４０が熱膨張または熱収縮すると、基板のうち、接合材１４０の順テーパー状となっている部位に対応する部分に大きな応力が発生してしまい、これにより、基板１４０にクラックが入ってしまう場合が多かった。その結果、気密封止が破壊されたり、基板１４０内の配線が切断され機能部が動作しなくなり、歩留りが低下するという問題があった。

一方、本実施の形態では、図２，図３に示したように、接合材１６が接合面１５Ａの端部１５Ａ−１，１５Ａ−２から空隙側または外側へはみ出したり、接合材１６の側面が端部１５Ａ−１，１５Ａ−２の側面と同一面上となることがないので、接合材１６は、例えば、図２，図３に示したように、基板１１との関係でおよそ逆テーパー状となる。これにより、接合材１６が基板１１とは異なる熱膨張係数を有する材料により構成されている場合であっても、熱膨張または熱収縮した際に基板に大きな応力が発生しなくなるので、基板１１にクラックが入る虞がなくなる。その結果、空隙の気密封止が破壊されたり、基板１１内の配線が切断され機能部１２が動作しなくなる虞もなくなり、歩留りが向上する。

図９は、蓋部１７にパーティクルダストが付着したことによってスクリーン７０上に部分的に暗部ができた場合における、その暗部と最も明るい部分とのコントラスト比と、パーティクルダストの径との関係を表すものである。ここで、図９の破線は間隙の高さが０．１ｍｍのときのコントラスト比を表しており、図９の実線は間隙の高さが１．２ｍｍのときのコントラスト比を表している。

図９から、蓋部１７に同一径（例えば３μｍ）のパーティクルダストが付着していた場合には、間隙の高さ、すなわち蓋部１７の高さを高くし、デフォーカスした方が大きなコントラスト比を得ることができる。また、所定の値（例えば１５００：１）以上のコントラスト比が必要な場合のパーティクルダストの径を比較すると、蓋部１７の高さを高くし、デフォーカスした方が許容できるパーティクルダストの径を大きくすることができ、これにより、蓋部１７の管理を比較的緩やかに行うことができる。

従って、本実施の形態では、接合材１６によって狭い間隙を形成した場合と比べて、高いコントラスト比を得ることができる。また、蓋部１７の管理を比較的緩やかに行うことができ、パーティクルダストによる歩留りの低下を抑制することができる。

表１は、端部１５Ａ−１の半径Ｒ１を１５０μｍ、端部１５Ａ−２の半径Ｒ２を５０μｍ、スペーサ部１５の厚さｔｅを３００μｍ、接合材１６の厚さｔｐを３０μｍにした場合に、式（１）〜（３）を満たすときと、満たさないときとにおける、基板１１のクラック発生率（電子デバイス１の不良率）を表している。また、表２は、半径Ｒ１を１５０μｍ、半径Ｒ２を５０μｍ、接合面１５Ａの幅Ｗｅを１０００μｍ、接合部１３の幅Ｗｓを８００μｍにした場合に、接合材１６の厚さｔｐを一定（３０μｍ）にした状態でスペーサ部１５の厚さｔｅを厚くしたときと、スペーサ部１５の厚さｔｅを一定（３０μｍ）にした状態で接合材１６の厚さｔｐを厚くしたときとにおける、電子デバイス１の不良率を表している。表１，表２では、分母にサンプル数を、分子にクラックの発生したデバイスの数をそれぞれ示すことにより不良率が表されている。

なお、表１および表２には、−５０℃〜＋８０℃を１サイクルとする温度サイクル試験を０回、１００回、２５０回、３５０回、５００回行ったときの不良率がそれぞれ示されている。また、基板１１にクラックが発生したか否かは、図１０に示したようなテスト基板によって判定することが可能である。このテスト基板には、接合部１３に沿って蛇行するデイジーチェーンＣ１〜Ｃ４が内部に設けられており、これらデイジーチェーンＣ１〜Ｃ４と個別に接続した端子ｔ１〜ｔ８が表面に設けられている。これにより、テスト基板を用いて電子デバイス１を形成したのち、端子間が導通しているか否かをチェックすることにより、温度サイクル試験前の不良率を知ることができる。さらに正常な電子デバイス１を温度サイクル試験にかけて、上記したそれぞれの回数に到達したのち、端子間が導通しているか否かをチェックすることにより、所定の回数における不良率を知ることができる。

表１から、式（１）〜（３）を満たすときには、温度サイクル試験を５００回行っても１つも不良が発生しておらず、他方、式（１）〜（３）を満たしていないときには、温度サイクル試験を行う前から全ての電子デバイス１に不良が発生していることがわかる。従って、式（１）〜（３）を満たすように、接合面１５Ａの幅Ｗｅ、接合部１３の幅Ｗｓ、スペーサ部１５の径方向の内径ｄｅ１，ｄｅ２、接合部１３の内径ｄｓ１，ｄｓ２を適切に調節することにより、基板１１にクラックが入る虞がなくなる。その結果、空隙の気密封止が破壊されたり、基板１１内の配線が切断され機能部１２が動作しなくなる虞もなくなり、歩留りが向上する。

表２から、厚さｔｅを厚くしたときには、温度サイクル試験を５００回行っても１つも不良が発生しなくなった。他方、厚さｔｐを厚くしたときには、温度サイクル試験を行う前から電子デバイス１に不良が発生するようになり、さらに、温度サイクル試験を５００回行ったときの不良率が増加したことがわかる。つまり、厚さｔｐを薄くすると、不良が発生しにくくなり、基板１１にクラックが入る虞が低下する、といえる。従って、厚さｔｅを厚くし、かつ厚さｔｐを薄くすることにより、空隙の気密封止が破壊されたり、基板１１内の配線が切断され機能部１２が動作しなくなる虞が低下し、歩留りの低下が抑制される。

ところで、図１１（Ａ）（電子デバイス１の一部分の上面図）に示したように、仮にスペーサ部１５の端部１５Ｃの外径Ｒ３を、基板１１の接合部１３に対応する部分の端部１３Ａの外径Ｒ４と等しくした場合に、接合面１５Ａを接合部１３に接合する際に、スペーサ部１５が図１１（Ａ）の矢印の方向へずれてしまったとする。なお、図１１（Ａ）の一点鎖線はスペーサ部１５の理想的な位置を示しており、図１１（Ａ）の実線はスペーサ部１５がずれたときの位置を示している。

スペーサ部１５がずれた結果、図１１（Ｂ）（図１１（Ａ）のＤ−Ｄ矢視方向の断面図）に示したように、端部１５Ｃの面と、端部１３Ａの面とのほとんどがほぼ同一面上になってしまう場合がある。一般に、基板１１のうち端部１３Ａのような曲面形状を有している部分と対応する部分には接合材１６による応力が発生しやすい。そのため、端部１５Ｃの面と、端部１３Ａの面とのほとんどがほぼ同一面上になると、その部分でクラックや、剥離が発生しやすくなり、歩留りが低下しやすい。

一方、本実施の形態では、基板１１の接合部１３は、図４および図１２（Ａ）（電子デバイス１の一部分の上面図）に示したように、スペーサ部１５の端部１５Ｃの外径Ｒ３を、基板１１の接合部１３に対応する部分の端部１３Ａの外径Ｒ４よりも小さくしたので、図１２（Ｂ）（図１２（Ａ）のＥ−Ｅ矢視方向の断面図）に示したように、接合面１５Ａを接合部１３に接合する際に、スペーサ部１５が図１２（Ａ）の矢印の方向へずれたとしても、上記のケースとは異なり、端部１５Ｃの面と端部１３Ａの面とのほとんどが互いに異なる面上となる。従って、基板１１のうち端部１３Ａと対応する部分には接合材１６による応力がほとんど発生しないので、その部分でクラックや、剥離が発生する虞はなく、歩留りが向上する。

また、本実施の形態では、図２，図３に示したように、スペーサ部１５の接合面１５Ｂ側の径を接合面１５Ａ側の径よりも小さくしたので、例えば、基板１１上にスペーサ部１５および蓋部１７を形成したのち、ダイシングにより基板１１を小さく切断する際や、引出電極１３にワイヤ２２をボンディングする際に、ダイシングブレードや、キャピラリがスペーサ部１５と干渉するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、図１に示したように、機能素子１０のうちスペーサ部１５の接合面１５Ｂよりも低い部位を封止部２５で封止するようにしたので、封止部２５が蓋部１７に直接触れることがない。これにより、封止部２５が熱膨張または熱収縮した際に蓋部１７に応力を発生させる虞がほとんどないので、蓋部１７が例えばマイクロクラックを有するガラスなどにより構成されている場合であっても、そのマイクロクラックが大きなクラックに成長する虞はなく、歩留りが向上する。また、スペーサ部１５を金属により構成した場合には、スペーサ部１５の剛性を高くすることができ、また、封止部２５との密着性を大きくすることができるので、封止部２５が熱膨張または熱収縮した際に、封止部２５の変位量を小さくすることができ、また、封止部２５がスペーサ部１５から剥がれるのを防止することができる。これにより、基板１１にクラックが発生する虞はなく、歩留りが向上する。

以上、実施の形態を挙げて本発明の機能素子１０、電子デバイス１、モジュール、電子機器について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能な限りにおいて自由に変形可能である。

例えば、上記実施の形態では、接合面１５Ａの幅Ｗｅ、接合部１３の幅Ｗｓ、スペーサ部１５の内径ｄｅ１，ｄｅ２、接合部１３の内径ｄｓ１，ｄｓ２が、式（１）〜（３）の３つの関係式を全て満たすようにしていたが、端部１５Ａ−１および端部１５Ａ−２の少なくとも一方がほとんど直角となっている場合など、半径Ｒ１およびＲ２の少なくとも一方が極めて小さい場合には、式（１）〜（３）において小さい径を考慮する必要はない。従って、半径Ｒ１およびＲ２の双方が極めて小さい場合には、式（１）〜（３）は近似的に以下のような式となる。

Ｗｅ＞Ｗｓ…（４）
ｄｅ１＜ｄｓ１…（５）
ｄｅ２＜ｄｓ２…（６）

なお、第１端部および第２端部がＣ面取りされている場合には、半径Ｒ１，Ｒ２の代わりに、Ｃ面取りされたことにより削除された部分の幅を用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、スペーサ部１５を、比較的薄く成型加工したが、図１３に示したように、比較的厚く成型加工してもよい。また、図１４に示したように、内径の互いに異なる２つの筒状のスペーサ部１５ａ，１５ｂをろう１５ｃで接着して階段状にしてもよい。また、上記したようなクランク状とせずに、図１５に示したように、ストレート状にしてもよい。

また、図１６，図１７に示したように、接合面１５Ａの端部１５Ａ−２に封止部２５をせき止める壁を設けてもよい。これにより、スペーサ部１５の厚さを薄くした場合であっても、スペーサ部１５の側壁が封止部２５の応力によりたわむことを防止することができるので、基板１１にクラックが発生する虞はなく、歩留りが向上する。また、図１８に示したように、スペーサ部１５の接合面１５Ｂを斜めに傾けて、蓋部１７が機能部１２の表面（マイクロリボンアレイ４の表面）に対して傾くようにしてもよい。このとき、接合面１５Ｂを１〜２°程度、傾けることが好ましい。これにより、蓋部１７と機能部１２との間での多重反射を防止することができる。また、図１９に示したように、用途によっては、蓋部１７をスペーサ部１５と一体にして設けてもよい。

また、上記実施の形態またはその変形例では、本発明の機能素子をプロジェクターに代表される電子機器に適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、プロジェクター以外の電子機器に適用することも可能である。これらのいずれの場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る電子デバイスの断面構成図である。 機能素子の一の断面構成図である。 機能素子の他の断面構成図である。 機能素子の他の断面構成図である。 ニッケル含有量と熱膨張係数との関係を表す関係図である。 機能部の上面図である。 機能部の一部分の斜視図である。 電子機器の機能ブロック図である。 パーティクルダストの直径とコントラスト比との関係を表す関係図である。 テスト基板の上面図である。 スペーサ部がずれたときの接合材の形状について説明するための上面図である。 スペーサ部がずれたときの接合材の形状について説明するための上面図である。 一変形例に係るスペーサ部の断面構成図である。 他の変形例に係るスペーサ部の断面構成図である。 さらに他の変形例に係るスペーサ部の断面構成図である。 さらに他の変形例に係るスペーサ部の断面構成図である。 図１６の機能素子を備えた電子デバイスの断面構成図である。 さらに他の変形例に係るスペーサ部の断面構成図である。 さらに他の変形例に係るスペーサ部の断面構成図である。 従来の電子デバイスの断面構成図である。

符号の説明

１…電子デバイス、２…共通電極、３…空隙、４…マイクロリボンアレイ、５…固定リボン、６…可動リボン、１０…機能素子、１１…基板、１２…機能部、１３，１８…接合部、１４…引出電極、１５…スペーサ部、１５Ａ，１５Ｂ…接合面、１６，１９，２１…接合材、１７…蓋部、２０…駆動装置、２２，２３…ワイヤ、２４…フレーム部、２５…封止部、３０…レーザ、４０…照明レンズ、５０…モジュール、６０…投影レンズ、７０…走査ミラー、８０…スクリーン

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板の表面に形成された機能部と、
   前記基板の表面に形成され、かつ前記機能部を取り囲む接合部と、
   前記接合部と対応して接合面を有すると共に前記機能部に対応して空隙を有する筒状のスペーサ部と、
   前記接合部および前記接合面を接合する接合材と、
   前記スペーサ部上に形成され、かつ前記空隙を塞ぐ蓋部と
   を備え、
   前記接合面の径方向の幅Ｗｅは、前記接合部の径方向の幅Ｗｓよりも広く、
   前記スペーサ部の径方向の内径ｄｅは、前記接合部の径方向の内径ｄｓよりも小さい
   ことを特徴とする機能素子。
2. 前記接合面は、半径Ｒ１の曲面が径方向に形成された第１端部を前記空隙側に有すると共に、半径Ｒ２の曲面が径方向に形成された第２端部を前記空隙側とは反対側に有し、
   前記幅Ｗｅおよび前記内径ｄｅは以下の関係式を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
   Ｗｅ≧Ｗｓ＋Ｒ１＋Ｒ２
   ｄｅ≦ｄｓ−２×Ｒ１
3. 前記基板は、シリコン（Ｓｉ）基板であり、
   前記スペーサ部は、ニッケル（Ｎｉ）を３２ｗｔ．％以上４０ｗｔ．％以下含有する鉄（Ｆｅ）ニッケル合金からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
4. 前記接合部は、周回方向に外径Ｒ３の曲面を含む第３端部を有し、
   前記接合面は、周回方向に前記外径Ｒ３より小さな外径Ｒ４の曲面を含む第４端部を前記第３端部に対応して有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
5. 前記スペーサ部の前記蓋部側の径は、前記基板側の径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
6. 前記蓋部は、前記基板の表面に対して所定の傾斜角で対向配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
7. 前記機能部は、前記基板と所定の間隙を介した中空にアレイ状に配置された複数の固定リボンおよび可動リボンを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
8. 封止部によって封止された機能素子を内蔵する電子デバイスであって、
   前記機能素子は、
   基板と、
   前記基板の表面に形成された機能部と、
   前記基板の表面に形成され、かつ前記機能部を取り囲む接合部と、
   前記接合部と対応して接合面を有すると共に前記機能部に対応して空隙を有する筒状のスペーサ部と、
   前記接合部および前記接合面を接合する接合材と、
   前記スペーサ部上に形成され、かつ前記空隙を塞ぐ蓋部と
   を備え、
   前記接合面の径方向の幅Ｗｅは、前記接合部の径方向の幅Ｗｓよりも広く、
   前記スペーサ部の径方向の内径ｄｅは、前記接合部の径方向の内径ｄｓよりも小さい
   ことを特徴とする電子デバイス。
9. 前記接合面は、半径Ｒ１の曲面が径方向に形成された第１端部を前記空隙側に有すると共に、半径Ｒ２の曲面が径方向に形成された第２端部を前記空隙側とは反対側に有し、
   前記幅Ｗｅおよび前記内径ｄｅは以下の関係式を満たす
   ことを特徴とする請求項８に記載の電子デバイス。
   Ｗｅ≧Ｗｓ＋Ｒ１＋Ｒ２
   ｄｅ≦ｄｓ−２×Ｒ１
10. 前記スペーサ部の上面よりも低い部位を覆う封止部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項８に記載の電子デバイス。
11. 一の素子と他の素子とに接続された機能素子を内蔵するモジュールであって、
    前記機能素子は、
    基板と、
    前記基板の表面に形成された機能部と、
    前記基板の表面に形成され、かつ前記機能部を取り囲む接合部と、
    前記接合部と対応して接合面を有すると共に前記機能部に対応して空隙を有する筒状のスペーサ部と、
    前記接合部および前記接合面を接合する接合材と、
    前記スペーサ部上に形成され、かつ前記空隙を塞ぐ蓋部と
    を備え、
    前記接合面の径方向の幅Ｗｅは、前記接合部の径方向の幅Ｗｓよりも広く、
    前記スペーサ部の径方向の内径ｄｅは、前記接合部の径方向の内径ｄｓよりも小さい
    ことを特徴とする電子機器。
12. 前記接合面は、半径Ｒ１の曲面が径方向に形成された第１端部を前記空隙側に有すると共に、半径Ｒ２の曲面が径方向に形成された第２端部を前記空隙側とは反対側に有し、
    前記幅Ｗｅおよび前記内径ｄｅは以下の関係式を満たす
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電子機器。
    Ｗｅ≧Ｗｓ＋Ｒ１＋Ｒ２
    ｄｅ≦ｄｓ−２×Ｒ１
13. 請求項１１に記載のモジュールを内蔵する
    ことを特徴とする電子機器。
    

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