JP2008261951A

JP2008261951A - 可変形状鏡

Info

Publication number: JP2008261951A
Application number: JP2007103215A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ohara; 聡大原
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-30
Also published as: EP1980894A2; EP1980894A3; US20080253007A1

Abstract

【課題】実装後の歪をさらに抑制することができる構造を有する可変形状鏡を提供すること。
【解決手段】ミラー基板１０１のザグリ部の中心に対して点対称となるようにミラー基板側接合パッド１０８を配置するとともに、配線基板１０２の中心に対して点対称となるように配線基板側接合パッド１０９を配置する。そして、ミラー基板側接合パッド１０８と配線基板側接合パッド１０９との間をＡｕバンプ１１０による点接触接合により行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、曲率を連続的に変化させることが可能な可変形状鏡に関する。

曲率を連続的に可変せしめる可変形状鏡の実装構造に関する提案として、例えば、特許文献１では、スピンコートにより形成した厚膜フォトレジストを接着機能付きスペーサとして用いることにより、均一な厚みのスペーサを得るようにしている。そして、この均一な厚みのスペーサにより、可撓性薄膜を有する基板と、この可撓性薄膜を駆動するための電極を有する基板との、接合時の荷重を小さくできるため、接合時における可撓性薄膜を有する側の基板における歪を抑制することができる。
特開２００２−１５６５１４号公報

ここで、特許文献１では、可撓性薄膜を保持している保持部材とフォトレジストからなるスペーサとが面接触しているため、接触面内での実装時の荷重及び実装後の固定力のバラツキが保持部材を歪ませる要因となりえる。また、実装前の保持部材が単体で歪を持っている場合、面接触の実装構造では、スペーサの一部のみが保持部材と接触し、実装時に保持部材に偏荷重が発生する可能性がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、実装後の歪をさらに抑制することができる構造を有する可変形状鏡を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の可変形状鏡は、可撓性薄膜と、前記可撓性薄膜が撓むことができるよう、前記可撓性薄膜を保持している保持部材と、前記可撓性薄膜に取り付けられ、前記可撓性薄膜の撓みに応じて作用される作用部材と、前記可撓性薄膜に設けられ、前記可撓性薄膜に沿って広がっている膜側対向電極と、前記保持部材上の、前記可撓性薄膜の中心点に対して点対称な位置又は前記中心点を通る直線に対して線対称な位置に設けられた複数の保持部材側接合パッドと、前記保持部材に対向するように設けられた基板と、前記膜側対向電極と対向するように前記基板に設けられ、前記膜側対向電極との間に静電力を発生させ、該静電力によって前記可撓性薄膜を撓ませるための基板側対向電極と、前記保持部材側接合パッドと対向するように前記基板に設けられた複数の基板側接合パッドと、前記保持部材側接合パッドと前記基板側接合パッドとに挟まれるように設けられ、前記保持部材と前記基板とを所定の間隔を保って固定し、且つ前記保持部材側接合パッドと基板側接合パッドとを電気的に接続する中間部材とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、実装後の歪をさらに抑制することができる構造を有する可変形状鏡を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る可変形状鏡の構成を示す断面図である。また、図２は図１に示す可変形状鏡の斜視図である。

図１に示す可変形状鏡において、保持部材の一例としての、例えばＳｉからなるミラー基板１０１と、基板の一例としての、例えばＳｉＯ_２からなる配線基板１０２とが互いに対向するように配置されている。

そして、図２に示すようにミラー基板１０１の最大面積面（図２では表面又は裏面）は正方形状となっており、この正方形状の中心付近に円形のザグリ部が形成されている。ここで、このザグリ部の中心Ｏは、ミラー基板１０１を構成する正方形状の重心と一致している。また、ザグリ部には、１μｍ程度のＳｉ膜が可撓性薄膜１０３として残されており、この可撓性薄膜１０３は周囲のミラー基板１０１部によって撓むことができるように保持される。さらに、図１に示すように可撓性薄膜１０３の配線基板１０２と対向する面側には可撓性薄膜１０３を所望の形状に変形させるための膜側対向電極１０４が設けられている。さらに可撓性薄膜１０３の配線基板１０２と対向する面と反対側の面側には、作用部材の一例として、光学的な入力を反射するための反射膜１０５が取り付けられている。

また、図１に示すように、配線基板１０２のミラー基板１０１と対向する面側には、可撓性薄膜１０３を所望の形状に変形させるための配線基板側対向電極１０６が、膜側対向電極１０４に対応する形状で形成されている。さらに、配線基板１０２上の一部には配線基板側対向電極１０６に駆動信号の入力を行うための外部接続用パッド１０７が配置されている。

さらに、図１に示すように、ミラー基板１０１及び配線基板１０２には、ミラー基板側接合パッド１０８及び配線基板側接合パッド１０９がそれぞれ配置されている。そして、ミラー基板側接合パッド１０８は、膜側対向電極１０４に対して配線されている。また、配線基板側接合パッド１０９は、配線基板側対向電極１０６と外部接続用パッド１０７とに対して配線がなされている。

また、ミラー基板１０１に配置されたミラー基板側接合パッド１０８と配線基板１０２側に配置された配線基板側接合パッド１０９との間は中間部材（導電性突起）の一例であるＡｕバンプ１１０により機械的且つ電気的に接合されている。ここで、Ａｕバンプ１１０は、ミラー基板１０１の面積に対する接合面積比率が０．１％以下程度（１接合部）の局所的な接触となるような径を有するＡｕバンプの単体又はその複合体から構成されている。

ここで、本実施形態においては、ミラー基板側接合パッド１０８を、可撓性薄膜１０３の近傍に、ミラー基板１０１の外形の中心でありザグリ部の中心点でもある、点Ｏを対称中心とした点対称配置になるように配置するとともに、それぞれのミラー基板側接合パッド１０８に対向するように配線基板側接合パッド１０９を配置する。具体的には、図２に示すように、点Ｏから等距離に且つ十の字に４つのミラー基板側接合パッド１０８及び配線基板側接合パッド１０９を配置し、それぞれ４つのミラー基板側接合パッド１０８及び配線基板側接合パッド１０９により仕切られる４つの領域（象限）のそれぞれに少なくとも１つのミラー基板側接合パッド１０８及び配線基板側接合パッド１０９を等距離に配置する。ここで、後者のミラー基板側接合パッド１０８及び配線基板側接合パッド１０９は、前者（４つ）のミラー基板側接合パッド１０８及び配線基板側接合パッド１０９を含めて等角度をもって配置するのが好ましい。中でも、図２に示すように８つのミラー基板側接合パッド１０８及び８つの配線基板側接合パッド１０９をそれぞれ４５°の角度をもって離間させながら配置するとよい。また、このように点対称にミラー基板側接合パッド１０８を配置する際の点Ｏからの距離について、可撓性薄膜１０３の近傍と前述した。この近傍について、可撓性薄膜１０３の歪を低減する観点から、点Ｏとミラー基板側接合パッド１０８との距離を、ミラー基板１０１の製作上及びＡｕバンプ１１０の製作上可能な限り小さくすることが望ましい。このミラー基板側接合パッド１０８と点Ｏとの距離を小さくすることで、点対称に配置したミラー基板側接合パッド１０８及びＡｕバンプ１１０同士の距離が小さくなる。つまり、ミラー基板１０１をＡｕバンプ１１０にて固定する点の間隔を短くできるため、このミラー基板側接合パッド１０８及びＡｕバンプ１１０に囲まれた可撓性薄膜１０３をより歪ませずにミラー基板１０１を固定することができる。

このようにして、ミラー基板１０１と配線基板１０２との接合部がミラー基板１０１の外形の中心点Ｏを対称中心とする点対称に配置されるように、ミラー基板側接合パッド１０８及び配線基板側接合パッド１０９を配置することにより、実装時の荷重及び実装後の固定力により発生する応力が、図３の参照符号１１１に示すようにして互いに打ち消しあうように制御することができる。したがって、ミラー基板１０１の歪を最小限に抑えてミラー基板１０１と配線基板１０２とを固定することができる。

また、ミラー基板１０１と配線基板１０２との接合にＡｕバンプ１１０を用いることにより、ミラー基板１０１を点接触で固定することができる。
例えば、図４に示すように接合部材として接着剤１１３を用いて面接触による固定を行った場合では、接着剤１１３では硬化率のバラツキや接着面積のバラツキが大きくなるため、接着面内で実装時の荷重１１２及び実装後の固定力をミラー基板１０１との接着面内で均一に保つことは困難である。したがって、実装後にミラー基板１０１に歪が生じてしまう可能性が高い。また、その他の樹脂や金属の接合部材での面接触固定でも、ミラー基板との接合面にボイドが発生し、接触面内で実装時の荷重及び実装後の固定力をミラー基板１０１との接触面内で均一に保つことは困難である。

これに対し、Ａｕバンプ１１０による点接触固定では、接合部の位置をバンプの作製精度で精度良く配置することができる。加えて、Ａｕバンプ１１０の高さを高精度に制御できるため、図５に示すように実装時に全ての接合部で均一な実装時荷重１１２をかけることができ、これによって実装後の固定力もミラー基板１０１との接触面内で均一に保つことができる。

以上説明したように、第１の実施形態では、ミラー基板１０１と配線基板１０２との接合部を点対称配置とし、且つ接合部における接合を点接触による接合とすることにより、ミラー基板１０１を歪ませずに接合することができ、ミラー基板１０１に形成される可撓性薄膜１０３の実装後の歪をも低減することができる。また、接合部を可撓性薄膜１０３の近傍に配置するようにすることで、実装時の応力ばらつきをより均一化させて実装後の歪の低減効果を高めることが可能である。

ここで、第１の実施形態においては、接合部の配置を点対称配置としているが、対称関係にある接合部の応力が相殺されるのであれば、必ずしも接合部の配置を点対称とする必要はない。例えば、接合部を、中心点Ｏを通る直線に対して線対称に配置する構成や、中心Ｏを中心とする同心円に内接する正多角形（図２の正八角形以外でも良い）の頂点位置に配置する構成等が考えられる。図６（ａ）は３つの接合部を中心点Ｏを中心として互いに１２０°ずつ離間させて配置した例（即ち、正三角形の頂点位置に配置した例）であり、図６（ｂ）は５つの接合部を中心点Ｏを中心として互いに７２°ずつ離間させて配置した例（即ち、正五角形の頂点位置に配置した例）である。この他、４つの接合部を９０°ずつ離間させた配置、１２個の接合部を３０°ずつ離間させた配置等も考えられる。これらのような配置でも上述した第１の実施形態の効果が得られる。

次に、図１及び図２に示した可変形状鏡の製作方法について説明する。
ミラー基板１０１及び配線基板１０２の製作については、半導体製造技術を適用した、いわゆるＭＥＭＳ(Micro Electro-MechanicalSystem)技術を適用することによって、高精度の製作が期待できる。ここでは、ミラー基板１０１及び配線基板１０２の製作については説明を省略し、ミラー基板１０１と配線基板１０２との実装方法について詳しく説明する。

まずは配線基板１０２上に配置された配線基板側接合パッド１０９上にＡｕバンプ１１０を製作する。配線基板側接合パッド１０９の位置精度は通常のフォトリソグラフィ工程にて製作するため±１μｍ、Ａｕバンプ１１０の位置精度は±５μｍ程度となる。ここで、Ａｕバンプ１１０は１つの接合部に対して１つのバンプで構成しても、複数のバンプの集合体で構成しても構わない。Ａｕバンプ１１０を配線基板１０２上に製作した後、配線基板１０２とミラー基板１０１とを、図示しない実装機の上下ステージにそれぞれ真空吸着により固定する。そして、ステージにそれぞれ固定した配線基板１０２とミラー基板１０１とのアライメントをカメラにより行った後、ミラー基板１０１と配線基板１０２上に製作したＡｕバンプ１１０とを接触させる。その後、加圧・加熱を行うことにより、ミラー基板側接合パッド１０８とＡｕバンプ１１０との間の固層拡散接合を行う。この際に加える荷重は、ミラー基板１０１と配線基板１０２との間隔が所望の値になるように設定する。また、接合前のＡｕバンプ１１０製作済みの配線基板１０２とミラー基板１０１において、少なくとも片方の基板にプラズマクリーニングを行った上で実装してもよい。実装する面をプラズマクリーニングすることで、所望の接合強度を得るための荷重を小さくすることができる。これにより、実装後の歪をさらに抑制することができる。また、カメラでのアライメントを行ってから基板の実装を行うことにより、実装でのＸＹ精度は±５μｍ程度となる。このような工程により実装することにより、設計上の接合部位置からのずれは最大でも１１μｍ程度となる。したがって、接合部の位置ずれが接合部配置の対称性を崩し、歪抑制効果に影響を与えることはないと考えられる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る可変形状鏡の構成を示す断面図である。また、図８は可変形状鏡の斜視図である。

図７に示す可変形状鏡において、例えばＳｉからなるミラー基板２０１と、例えばＳｉＯ_２からなる配線基板２０２とが互いに対向するように配置されている。

そして、図８に示すようにミラー基板２０１の最大面積面は円形となっており、その中心付近に円形のザグリ部が配置されている。このザグリ部の中心は、ミラー基板２０１の外形中心と一致している。

さらに、第１の実施形態と同様に、ミラー基板２０１には、図７に示すようにして可撓性薄膜２０３、膜側対向電極２０４、反射膜２０５、ミラー基板側接合パッド２０８が製作されている。また、配線基板２０２には、配線基板側対向電極２０６、配線基板側接合パッド２０９、外部接続用パッド２０７が製作されている。また、ミラー基板２０１及び配線基板２０２にはそれぞれ、可撓性薄膜２０３を駆動するのに必要な配線がなされている。

そして、図７に示すように、ミラー基板２０１と配線基板２０２との間には、中間部材（導電性突起）の一例であるＡｕバンプ２１０が配置され、その周囲がハンダ２１１により接合されている。詳しい実装の手順は後述するが、Ａｕバンプ２１０はミラー基板２０１と配線基板２０２との間隔を保つためのスペーサとしての機能を担い、接合には関与していない。電気的且つ機械的なミラー基板２０１と配線基板２０２との接合は、Ａｕバンプ２１０の周囲のハンダ２１１により行っている。なお、ミラー基板２０１と配線基板２０２との接合部の配置は、第１の実施形態と同様に点対称である。ここで、第２の実施形態においてはスペーサとしてＡｕバンプを用いているが、これに限られるものではない。例えば図９のようにハンダ２１１により表面が被覆されたＣｕボール２１２を用いて実装することもできる。

ここで、第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点として、（１）ミラー基板２０１の外形の形状、（２）接合部の構造が上げられる。まず（１）について、第２の実施形態では、ミラー基板２０１の外形形状を円形にすることにより、実装時の荷重及び実装後の固定力が、点対称に配置した接合部よりかかり、ミラー基板２０１内で可撓性薄膜２０３の中心から同心円上の点で同等の応力が発生するため、第１の実施形態より、さらに応力を均一化することができる。これにより、さらに実装後の歪をさらに抑制する効果を得ることができる。次に（２）について、第１の実施の形態では、Ａｕバンプ１１０の固層拡散接合により接合を行っているが、第２の実施形態ではＡｕバンプ２１０をスペーサとして使用し、接合はハンダ２１１により行っている。第２の実施形態のように、ハンダ２１１にて接合を行うことにより、ミラー基板２０１と配線基板２０２との実装時にかける荷重を小さくすることができ、さらに実装後の歪を抑制する効果を得ることができる。

次に、第２の実施形態についての可変形状鏡の製作方法について説明する。ここで、ミラー基板２０１及び配線基板２０２の製作については、第１の実施形態と同様に説明を省略する。ここでは、ミラー基板２０１と配線基板２０２との実装方法について詳しく説明する。

まず、配線基板２０２上の配線基板側接合パッド２０９上にＡｕバンプ２１０を製作する。ここで、Ａｕバンプ２１０は１箇所の接合部に対して、１つのバンプで製作しても、複数のバンプの集合体として製作しても構わない。このＡｕバンプ２１０上にハンダボールを供給する。このＡｕバンプ２１０を製作済みの配線基板２０２とミラー基板２０１とを図示しない実装機に固定した後、ミラー基板２０１と配線基板２０２をアライメントし、その後に加熱・加圧することにより、Ａｕバンプ２１０上に配置したハンダボールを溶融させ、ミラー基板２０１と配線基板２０２とを実装する。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、上述した実施形態においては、可撓性薄膜の形状は円形の形状を例にして説明を行っているが、この形状に限るものではない。例えば、正多角形や楕円形状であっても良い。また、各基板の材質に関してもＳｉ、ＳｉＯ_２に限るものではない。加えて、接合に用いる部材も、Ａｕバンプやハンダのみに限られるものではない。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る可変形状鏡の構成を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る可変形状鏡の斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る可変形状鏡の実装時の荷重及び実装後の固定力により発生する応力を示した図である。面接触による固定を行った場合の実装時の荷重及び実装後の固定力を示した図である。点接触による固定を行った場合の実装時の荷重及び実装後の固定力を示した図である。接合部の配置の変形例について示した図である。本発明の第２の実施形態に係る可変形状鏡の構成を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る可変形状鏡の斜視図である。接合部の構造の変形例について示した図である。

符号の説明

１０１，２０１…ミラー基板、１０２，２０２…配線基板、１０３，２０３…可撓性薄膜、１０４，２０４…膜側対向電極、１０５，２０５…反射膜、１０６，２０６…配線基板側対向電極、１０７，２０７…外部接続用パッド、１０８，２０８…ミラー基板側接合パッド、１０９，２０９…配線基板側接合パッド、１１０，２１０…Ａｕバンプ、２１１…ハンダ、２１２…Ｃｕボール

Claims

可撓性薄膜と、
前記可撓性薄膜が撓むことができるよう、前記可撓性薄膜を保持している保持部材と、
前記可撓性薄膜に取り付けられ、前記可撓性薄膜の撓みに応じて作用される作用部材と、
前記可撓性薄膜に設けられ、前記可撓性薄膜に沿って広がっている膜側対向電極と、
前記保持部材上の、前記可撓性薄膜の中心点に対して点対称な位置又は前記中心点を通る直線に対して線対称な位置に設けられた複数の保持部材側接合パッドと、
前記保持部材に対向するように設けられた基板と、
前記膜側対向電極と対向するように前記基板に設けられ、前記膜側対向電極との間に静電力を発生させ、該静電力によって前記可撓性薄膜を撓ませるための基板側対向電極と、
前記保持部材側接合パッドと対向するように前記基板に設けられた複数の基板側接合パッドと、
前記保持部材側接合パッドと前記基板側接合パッドとに挟まれるように設けられ、前記保持部材と前記基板とを所定の間隔を保って固定し、且つ前記保持部材側接合パッドと基板側接合パッドとを電気的に接続する中間部材と、
を具備することを特徴とする可変形状鏡。
前記点対称な位置は、前記可撓性薄膜の中心点を中心とした同心円上の位置であることを特徴とする請求項１に記載の可変形状鏡。
前記同心円上の位置は、前記可撓性薄膜の中心点を中心とした同心円上で、且つそれぞれの保持部側接続パッドの間隔が等間隔となる位置であることを特徴とする請求項２に記載の可変形状鏡。
前記中間部材は、導電性の突起から構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変形状鏡。
前記中間部材は、スペーサとハンダとから構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変形状鏡。
前記スペーサは、導電性の突起であることを特徴とする請求項５に記載の可変形状鏡。
前記スペーサは、金属製ボールであることを特徴とする請求項５に記載の可変形状鏡。
前記複数の保持部材側接合パッドはそれぞれ前記可撓性薄膜の近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の可変形状鏡。
前記保持部材が、前記可撓性薄膜の中心点に対して点対称又は前記中心点を通る直線に対して線対称な形状をしていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変形状鏡。
前記点対称な形状とは、前記保持部材の外形が前記可撓性薄膜の中心点を中心とする同心円の形状であることを特徴とする請求項９に記載の可変形状鏡。