JP2020106845A - フレキシブル配線体、駆動システムおよび撮像装置 - Google Patents

フレキシブル配線体、駆動システムおよび撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高速通信用の高周波信号と撮像素子駆動用の大電流の双方を安定的に流すことができると共に、アクチュエータに取り付けられる撮像素子の位置決め性能を向上することができ、更には煩雑な組立工程が不要で大量生産にも対応可能なフレキシブル配線体を提供する。【解決手段】駆動システム7は、互いに直交する3方向の並進及び3方向の軸回りの回転のうちの少なくとも1つの動きをするアクチュエータ71Aと、アクチュエータ71Aに伴って移動する半導体素子6と該半導体素子6の外方に位置する枠体72とを接続するフレキシブル配線体73Aとを備える。フレキシブル配線体73Aは、半導体素子6が載置され、半導体素子6と電気的に接続される主部731Aと、主部731Aから枠体72に向かって延出し、三次元的に曲げられた複数の腕部732Aとを有する。【選択図】図2

Description

本発明は、フレキシブル配線体、駆動システムおよび撮像装置に関する。
スマートフォン等のカメラには、機械的な手振れ補正(OIS:Optical Image Stabilization)機能、および機械的な焦点合わせ機能を有するものがある。これは、レンズをボイスコイルモータ(VCM)で並進させることによって実現されている。
一方、レンズを動かさずに撮像素子(CMOSイメージャ等)を動かすOISシステムもある。レンズは軸周りに回転させても効果はないが、撮像素子を動かすことで回転方向の手ぶれを補正できることが,このOISシステムの特長である。このようなOISシステムは、スマートフォンには大き過ぎ、高価であるため、一眼レフでのみ採用されている。
しかし近年、撮像素子移動型のOISシステムをスマートフォンに採用したいという要望が高まっている。これをスマートフォンに搭載するためには,OISシステムを十分小型に、しかも安価に作製する必要があることから、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術の利用が検討されている。
MEMS技術を用いて、並進かつ回転するアクチュエータを、撮像素子と同程度のフットプリントで実現することはできるが、数十μm以上の大きな変位を、しかも多軸で発生させるように設計すると、アクチュエータの発生力が小さくなる。一方、撮像素子からは数十本もの配線を外部に取り出さなくてはならず、しかもその配線の一部は高速通信を行う高周波配線であり、また他の一部は消費電力の大きい撮像素子に電流を供給するための電源配線である。撮像素子を動かすには、このような配線を一緒に(引きずって)動かさなくてはならず、その抵抗は小型アクチュエータにとって大きな負荷になる。したがって、撮像素子移動型の小型OISシステムを実現するためには、アクチュエータの発生力を高めるとともに、撮像素子からどのように配線を取り出すかが鍵の1つになる。
従来、3軸運動するように構成されたMEMSアクチュエータを備える多軸MEMSアセンブリがある。例えば、一端がMEMSアクチュエータコアに、他端が外側フレームに取り付けられた導電性屈曲部を有し、該導電性屈曲部が電気信号をMEMSアクチュエータコアの光電変換素子から外側フレームに供給するMEMSアクチュエータが開示されている(特許文献1)。また、周囲から外側フレームを押圧し、外側フレームを構成するバー同士をラッチ構造で固定することで、外側フレームと内側フレームに接続されたU字形の薄膜配線を上に立ち上げる構造を有するMEMSアクチュエータが開示されている(特許文献2)。このMEMSアクチュエータでは、撮像素子の移動に伴ってU字形薄膜配線が倒れたり起き上がったりするように変形し、これにより多数の配線の機械的負荷(機械的抵抗)が小さくなるとされている。
米国特許出願公開第2019/0227266号明細書 米国特許出願公開第2015/0341534号明細書
しかしながら、上記特許文献1の技術では、導電性屈曲部が高速通信用の高周波信号と撮像素子駆動用の大電流の双方を流せるか否かについての開示は無く、改善の余地がある。また、上記特許文献2の技術では、外側フレームの構造が複雑であると共にMEMSアクチュエータの組立工程が煩雑であり、また、MEMSアクチュエータに取り付けられる撮像素子の位置決め性能が懸念される。
本発明の目的は、高速通信用の高周波信号と撮像素子駆動用の大電流の双方を安定的に流すことができると共に、アクチュエータに取り付けられる撮像素子の位置決め性能を向上することができ、更には煩雑な組立工程が不要で大量生産にも対応可能なフレキシブル配線体、駆動システムおよび撮像装置を提供することにある。
上記目的を達成するべく、本発明は、以下の手段を提供する。
[1]互いに直交する3方向の並進及び前記3方向の軸回りの回転のうちの少なくとも1つの動きをするアクチュエータに伴って移動する半導体素子と、該半導体素子の外方に位置する枠体とを接続するフレキシブル配線体であって、
前記半導体素子が載置され、前記半導体素子と電気的に接続される主部と、
前記主部から前記枠体に向かって延出し、三次元的に曲げられた複数の腕部と、
を有する、フレキシブル配線体。
[2]前記腕部は、前記主部の主面と交わる主面を有するように曲げられ、更に折り返して曲げられており、
前記腕部の変形によって前記半導体素子の横方向、縦方向及び前記半導体素子の主面に対して垂直な方向の軸回りの回転に自由度を与える、上記[1]に記載のフレキシブル配線体。
[3]前記複数の腕部は、4つ以上である、上記[1]又は[2]に記載のフレキシブル配線体。
[4]前記主部の平面視において、前記複数の腕部が前記主部を基準として対称に配置され、
前記複数の腕部が折り返して曲げられていることによって弾性変形による力が釣り合った状態が維持されている、上記[1]〜[3]のいずれかに記載のフレキシブル配線体。
[5]前記腕部は、
前記主部の主面に対して実質的に垂直な主面を有する第一部位と、
前記第一部位の一端に設けられ、折り返して湾曲した第二部位と、
前記第一部位と対向配置される第三部位と、
前記第三部位の一端に設けられ、前記主部の主面と実質的に平行な主面を有する第四部位と、
を有し、
前記第一部位、前記第二部位及び前記第三部位は、前記主部の主面に対して実質的に垂直に配置されている、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のフレキシブル配線体。
[6]前記腕部は、樹脂層と、前記樹脂層上に並べて形成され、互いに絶縁された線状の複数の導電層とで構成されている、上記[1]〜[5]のいずれかに記載のフレキシブル配線体。
[7]前記複数の腕部が、全体で20線以上の前記導電層を有する、上記[6]に記載のフレキシブル配線体。
[8]互いに直交する3方向の並進及び前記3方向の軸回りの回転のうちの少なくとも1つの動きをするアクチュエータと、上記[1]〜[7]のいずれかに記載のフレキシブル配線体と、を備え、
前記アクチュエータは、
基板に固定される基部と、
前記フレキシブル配線体の前記主部及び前記半導体素子が取り付けられる可動部と、
前記基部と前記可動部とを連結する複数のばね部と、
を有する、駆動システム。
[9]前記可動部及び前記複数のばね部のうちの少なくとも1つの変位を測定する、少なくとも1つの変位センサを更に備える、上記[8]に記載の駆動システム。
[10]前記アクチュエータが、MEMSによって形成されている、上記[8]に記載の駆動システム。
[11]前記アクチュエータが、静電アクチュエータである、上記[8]〜[10]のいずれかに記載の駆動システム。
[12]前記アクチュエータが、電磁アクチュエータである、上記[8]〜[10]のいずれかに記載の駆動システム。
[13]前記アクチュエータが、基板に取り付けられたMEMSと、前記基板内に設けられ、外部回路に電気的に接続された少なくとも1つのコイルを有し、
前記MEMSが、基板に支持された基部と、前記フレキシブル配線体の前記主部及び前記半導体素子に固定される可動部と、前記基部と前記可動部とを連結する複数のばね部と、前記可動部に取り付けられた少なくとも1つの磁性体とを有する、上記[12]に記載の駆動システム。
[14]前記磁性体が、磁性粉体又はめっき体を用いて形成されており、前記可動部に埋め込まれている、上記[13]に記載の駆動システム。
[15]前記磁性粉体が、成膜体又は樹脂バインダーによって互いに接合されている、上記[14]に記載の駆動システム。
[16]前記半導体素子が、撮像素子である、上記[8]〜[13]のいずれかに記載の駆動システム。
[17]上記[16]に記載の駆動システムを備え、
前記駆動システムが、前記撮像素子を駆動することによって手振れ補正及び焦点調整のうちの一方又は双方を行う、撮像装置。
本発明によれば、高速通信用の高周波信号と撮像素子駆動用の大電流の双方を安定的に流すことができると共に、アクチュエータに取り付けられる撮像素子の位置決め性能を向上することができ、更には煩雑な組立工程が不要で大量生産にも対応可能なフレキシブル配線体、駆動システムおよび撮像装置を提供することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。 図2(a)は、図1における駆動システムの構成を概略的に示す平面図、図2(b)は、図1(a)の線I−I’に沿う断面図である。 図3は、図2(b)の部分拡大断面図である。 図4は、図2(a)におけるフレキシブル配線体の展開図である。 図5(a)は、図2(b)におけるアクチュエータの構成を概略的に示す底面図であり、図5(b)は、図5(b)は、図5(a)の線II−II’に沿う概略断面図、図5(c)は、図5(b)における絶縁部の拡大断面図である。 図6(a)は、図2(a)における駆動システムの変形例を示す平面図、図6(b)は、図6(a)の線III−III’に沿う断面図である。 図7は、図6(b)の部分拡大断面図である。 図8は、図6(a)におけるフレキシブル配線体の展開図である。 図9は、図4におけるフレキシブル配線体の他の変形例を示す平面図である。 図10(a)は、図9のフレキシブル配線体をアクチュエータに搭載した状態を示す部分平面図であり、図10(b)は、図10(a)の部分断面図である。 図11は、図4におけるフレキシブル配線体の他の変形例を示す平面図である。 図12(a)は、図11のフレキシブル配線体をアクチュエータに搭載した状態を示す部分平面図であり、図12(b)は、図12(a)の部分断面図である。 図13は、図5のアクチュエータの変形例を示す底面図である。 図14は、図5のアクチュエータの他の変形例を示す底面図である。 図15は、図2(b)におけるアクチュエータの変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合がある。このため、各構成要素の寸法比率などは、実際とは異なっている場合がある。
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。
図1に示すように、撮像装置1は、レンズ2、AFユニット3、ガラス部材4、カバー部材5、半導体素子6及び駆動システム7を備える。撮像装置1は、特に制限されないが、例えばスマートフォンなどのモバイル機器に搭載されるカメラである。半導体素子6は、例えば撮像素子である。本実施形態では、駆動システム7が、撮像素子としての半導体素子6を駆動することによって手振れ補正及び焦点調整のうちの一方又は双方を行う。
図2(a)は、図1における駆動システム7の構成を概略的に示す平面図、図2(b)は、図1(a)の線I−I’に沿う断面図であり、図3は、図2(b)の部分拡大断面図である。
駆動システム7は、互いに直交する3方向(例えば、XYZ方向)の並進及び3方向の軸回りの回転のうちの少なくとも1つの動きをするアクチュエータ71Aと、アクチュエータ71Aに伴って移動する半導体素子6と該半導体素子6の外方に位置する枠体72とを接続するフレキシブル配線体73Aとを備える。本実施形態では、アクチュエータ71Aは、互いに直交するXYZ方向のうちのX方向及びY方向への並進、並びにZ方向の軸回りの回転(θz方向)の動きを行う。
フレキシブル配線体73Aは、半導体素子6が載置され、半導体素子6と電気的に接続される主部731Aと、主部731Aから枠体72に向かって延出し、三次元的に曲げられた複数の腕部732Aとを有する。本実施形態では、フレキシブル配線体73Aは、4つの腕部732Aを有しており、4つの腕部732Aは、例えば、平面視で主部731Aの中心を通ってY方向に沿う線を基準として線対称に配置されている。
腕部732Aは、主部731Aの主面731aと交わる主面732aを有するように曲げられ(図2(b))、更に折り返して曲げられており(図2(a))、腕部732Aの変形によって半導体素子6の横方向(X方向)、縦方向(Y方向)及び半導体素子6の主面に対して垂直な方向(Z方向)の軸回りの回転に自由度を与える。
フレキシブル配線体73Aは、4つの腕部732Aを有しているが、これに限らず、4つ以上の腕部732Aを有していてもよい。また、主部731Aの平面視において、複数の腕部732Aが主部731Aを基準として対称に配置され、複数の腕部732Aが折り返して曲げられていることによって弾性変形による力が釣り合った状態が維持されているのが好ましい。但し、必ずしも弾性変形による力が釣り合った状態である必要は無い。複数の腕部732Aが主部731Aを基準として対称に配置され、複数の腕部732Aが折り返して曲げられており、且つ、複数の腕部732Aのいずれにも弾性変形による力が生じていない状態が維持されていてもよい。これにより、アクチュエータ71Aの駆動電力を小さくすることができ、省電力化を図ることができる。
腕部732Aは、具体的には、主部731Aの主面731aに対して実質的に垂直な主面732aを有する第一部位732Aaと、第一部位732Aaの一端に設けられ、折り返して湾曲した第二部位732Abと、第一部位732Aaと対向配置される第三部位732Acと、第三部位732Acの一端に設けられ、主部731Aの主面731aと実質的に平行な主面732bを有する第四部位732Adとを有する。第一部位732Aa、第二部位732Ab及び第三部位732Acは、主部731Aの主面731aに対して実質的に垂直に配置されている。
主部731Aは、接着層74Aを介してステージ部711Aの上面711aに固定されている。また、腕部732Aの第一部位732Aaは、接着層75Aを介してステージ部711Aの側面711bに固定され、腕部732Aの第四部位732Adは、接着層76Aを介して枠体72の上面72aに固定されている(図3)。主部731Aは、ステージ部711AのX方向、Y方向及び/又はθz方向への移動に伴って移動し、腕部732Aの第二部位732Ab及び第三部位732Acが、主部731Aの移動に伴って変形する。
図4は、図2(a)におけるフレキシブル配線体73Aの展開図である。本実施形態では、図4中の線L1,L1でフレキシブル配線体73Aを山折りとし、更に4つの腕部732Aのそれぞれの中間部を折り返して曲げることにより、図2(a)及び図2(b)に示すような三次元構造が形成される。
フレキシブル配線体73Aは、樹脂層733Aと、樹脂層733A上に並べて形成され、互いに絶縁された線状の複数の導電層734Aとで構成されている。すなわち、主部731A及び腕部732Aは、樹脂層733Aと、樹脂層733A上に並べて形成され、互いに絶縁された線状の複数の導電層734Aとで構成されている。樹脂層733Aは、単層で構成されてもよいし、異なる材料からなる複数層で構成されてもよい。複数の導電層734Aも、単層で構成されてもよいし、異なる材料からなる複数層で構成されてもよい。導電層734Aの一端部734Aaは、金属で構成されるボンディングワイヤなどのワイヤ部77を介して半導体素子6に電気的に接続され、他端部734Abは、不図示のコネクタ端子に電気的に接続される(図3)。樹脂層733Aの厚みは、例えば10μm〜30μmであり、導電層734Aの厚みは、例えば5μm〜15μmである。樹脂層733Aは、例えばポリイミド(PI)で構成され、導電層734Aは、例えば銅(Cu)で構成される。この図では、導電層は1層になっているが、より複雑な配線を行うため多層になっていてもよい。また、導電層の上に絶縁保護膜が形成されていてもよい。さらに、この図では、半導体素子6だけがフレキシブル配線体73Aに搭載されているが、他の素子が搭載されていてもよい。
複数の腕部732Aは、全体で20線以上の導電層734Aを有するのが好ましい。本実施形態では、腕部732Aに5つの導電層734Aが設けられており、複数の腕部732Aが、全体で20線の導電層734Aを有している。但し、全体で20線以上の導電層734Aが設けられていれば、腕部の数及び各腕部の導電層の線数又は層数に制限は無く、仕様に応じて適宜変更することができる。これにより、半導体素子6の高機能化等に伴う配線の増大に十分に対応することができる。また、本実施形態では、平面視で20線の導電層734Aの線幅が同じであるが、これに限られず、20線の導電層734Aの線幅が異なっていてもよい。例えば、複数の導電層734Aが、通信用の幅狭な導電層と電力用の幅広な導電層とを含んでいてもよい。これにより、複数の導電層734Aにおいて、高速通信用の高周波信号を流す導電層と、撮像素子駆動用の大電流を流す導電層とを設けることができ、フレキシブル配線体73Aに高速通信用の高周波信号と撮像素子駆動用の大電流との双方を流すことが可能となる。
フレキシブル配線体73Aの形成方法は、特に制限されず、銅積層板の銅箔をエッチングして回路形成を行うサブトラクティブ法や、導電層を有する絶縁基材に電界銅めっきで回路を形成するセミアディティブ法などの方法を用いて形成することができる。
図5(a)は、図2(b)におけるアクチュエータ71Aの構成を概略的に示す底面図であり、図5(b)は、図5(b)は、図5(a)の線II−II’に沿う概略断面図、図5(c)は、図5(b)における絶縁部の拡大断面図である。本実施形態では、アクチュエータ71Aは、静電アクチュエータである。
アクチュエータ71Aは、基板8に固定される複数の基部712Aと、フレキシブル配線体73Aの主部731A及び半導体素子6がステージ部711Aを介して取り付けられる可動部713Aと、基部712Aと可動部713Aとを連結する複数のばね部714Aとを有する。アクチュエータ71Aは、基部712A、可動部713A及び複数のばね部714Aを有していればその形態に制限は無いが、小型化や製造容易性の観点から、例えばMEMSによって形成されている。
具体的には、複数の基部712Aは、X方向に関してアクチュエータ71Aの一端側に配置された固定部位X11,X12,GND14,GND15,GND14,θ12と、X方向に関してアクチュエータ71Aの他端側に配置された固定部位X21,X22,θ22,GND23,GND25,GND23とを有する。固定部位の符号「X」は、可動部713AをX方向に並進させる際に電圧が付与される部位であることを示し、符号「GND」は接地される部位、符号「θ」はθz方向に回転させる際に電圧が付与される部位であることを示す。固定部位X11,X12は、取出電極79Aを介して基板8に接続されている。他の固定部位も同様の構成であるので、その説明を省略する。
2つの固定部位X11,X12には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713AAに形成されている。4つの固定部位GND14,GND14,GND15,θ12は、それぞれ第一ばね部714AAを介して後述の第一可動部713AAに接続されている。また、2つの固定部位X21,X22には、それぞれ櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713ABに形成されている。4つの固定部位θ22,GND23,GND25,GND23は、それぞれ第一ばね部714AAを介して後述の第一可動部713ABに接続されている。
また、複数の基部712Aは、Y方向に関してアクチュエータ71Aの一端側に配置された固定部位Y11,Y12,GND31,GND35,GND31,θ31を有し、且つY方向に関してアクチュエータ71Aの他端側に配置された固定部位Y21,Y22,θ41,GND42,GND45,GND42を有する。固定部位の符号「Y」は、可動部713AをY方向に移動させる際に電圧が付与される部位、符号「GND」は接地される部位、符号「θ」はθz方向に回転させる際に電圧が付与される部位であることを示す。
2つの固定部位Y11,Y12には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713ACに形成されている。4つの固定部位GND31,GND35,GND31,θ31は、それぞれ第一ばね部714AAを介して後述の第一可動部713ACに接続されている。また、2つの固定部位Y21,Y22には、それぞれ櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713ADに形成されている。4つの固定部位θ22,GND23,GND25,GND23は、それぞれ第一ばね部714AAを介して後述の第一可動部713ADに接続されている。
可動部713Aは、後述する第二可動部の四方(XY方向)に配置された4つの第一可動部713AA,713AB,713AC,713ADと、4つの第一可動部713AA〜713ADの中央部に配置され、4つの第一可動部713AA〜713ADと複数の第二ばね部714ABを介して連結され、平面視で略十字形の第二可動部713AEと、第二可動部713AEの中央部に配置され、第二可動部713AEと複数の第三ばね部714ACを介して連結された、平面視で略X字形の第三可動部713AFとを有する。
第一可動部713AA,713AB,713AC,713ADは、例えば平面視で略井桁状の枠体である。第一可動部713AAのY方向両側方には固定部位GND14,GND15,GND14,θ12が配置され、第一可動部713AAの内側には固定部位X11,X12が配置されている。また、第一可動部713ABのY方向両側方には固定部位θ22,GND23,GND25,GND23が配置され、第一可動部713ABの内側には固定部位X21,X22が配置されている。同様にして、第一可動部713ACのX方向両側方には固定部位GND31,GND35,GND31,θ31が配置され、第一可動部713ACの内側には固定部位Y11,Y12が配置されている。また、第一可動部713ADのX方向両側方には固定部位θ41,GND42,GND45,GND42が配置され、第一可動部713ADの内側には固定部位Y21,Y22が配置されている。
固定部位GND14,GND15,GND14,θ12は、それぞれ第一ばね部714AAを介して第一可動部713AAに連結されている。固定部位θ22,GND23,GND25,GND23は、それぞれ第一ばね部714AAを介して第一可動部713ABに連結されている。固定部位GND31,GND35,GND31,θ31は、それぞれ第一ばね部714AAを介して第一可動部713ACに連結されている。固定部位θ41,GND42,GND45,GND42は、それぞれ第一ばね部714AAを介して第一可動部713ADに連結されている。また、複数の第一ばね部714AAは、機械的な接続部としての機能に加えて、電気的な接続部としても機能する。
第一可動部713AAには、固定部位GND14と固定部位θ12,GND15とを絶縁するための絶縁部715AA,715ABが設けられている。第一可動部713ABには、固定部位GND23と固定部位θ22,GND25とを絶縁するための絶縁部715AC,715ADが設けられている。第一可動部713ACには、固定部位GND31と固定部位θ31,GND35とを絶縁するための絶縁部715AE,715AFが設けられている。第一可動部713ADには、固定部位GND42と固定部位θ41,GND45とを絶縁するための絶縁部715AG,715AHが設けられている。上記絶縁部は、例えば、窒化ケイ素(SiN)、ポリシリコン(p−Si)等の材料からなる1層又は複数層で構成され、トレンチアイソレーション等によって形成される。
本実施形態において、固定部位X11は固定部位X21と同電位であり、固定部位X12は固定部位X22と同電位である。固定部位Y11は固定部位Y21と同電位、固定部位Y12は固定部位Y22と同電位である。固定部位X11,X21に電圧を印加すると、第一可動部713AA,713ABがX方向の一方(例えば+X方向)に移動し、固定部位X12,X22に電圧を印加すると、第一可動部713AA,713ABがX方向の他方(例えば−X方向)に移動する。一方、固定部位Y11,Y21に電圧を印加すると、第一可動部713AC,713ADがY方向の一方(例えば+Y方向)に移動し、固定部位Y12,Y22に電圧を印加すると、第一可動部713AC,713ADがY方向の他方(例えば−X方向)に移動する。
第二可動部713AEは、例えば平面視で略十字形の外郭を有する枠状体であり、8つの第二ばね部714ABを介して4つの第一可動部713AA,713AB,713AC,713ADに連結されている。第二可動部713AEのX方向一端側には2つの第二ばね部714ABが配置され、その他端側にも2つの第二ばね部714ABが配置されている。また、第二可動部713AEのY方向一端側に2つの第二ばね部714ABが配置され、その他端側にも2つの第二ばね部714ABが配置されている。第二ばね部714ABは、各第二可動部が一方向のみに移動するように設計される。
第二可動部713AEには、複数の櫛歯電極を構成する一方の櫛歯の複数が形成されており、複数の櫛歯電極を構成する他方の櫛歯の複数が第三可動部713AFに形成されている。本実施形態では、4つの櫛歯電極が、第二可動部713AEと第三可動部713AFとの間であって第三可動部713AFの中心を基準として180°回転対称となるように配置されている。
また、第二可動部713AEは、第三可動部713AFを囲繞するように設けられた6つの移動部位θ51,θ52,GND55,θ61,θ62,GND65を有する。移動部位θ51,θ52,GND55,θ61,θ62,GND65は、第三可動部713AFの中心を基準として180°回転対称となるように配置されている。移動部位の符号「GND」は接地された部位、符号「θ」はθz方向に回転させる際に電圧が付与される部位であることを示す。
移動部位θ51は、第二ばね部714ABと第一ばね部714AAを介して固定部位θ31と連結されている。移動部位θ52は、第二ばね部714ABと第一ばね部714AAを介して固定部位θ22と連結されている。移動部位GND55は、第二ばね部714ABと第一ばね部714AAを介して固定部位GND15,GND35にそれぞれ連結されている。移動部位θ61は、第二ばね部714ABと第一ばね部714AAを介して固定部位θ41と連結されている。移動部位θ62は、第二ばね部714ABと第一ばね部714AAを介して固定部位θ12と連結されている。移動部位GND65は、第二ばね部714ABと第一ばね部714AAを介して固定部位GND25,GND45にそれぞれ連結されている。また、複数の第二ばね部714ABと第一ばね部714AAは、機械的な接続部としての機能に加えて、電気的な接続部としても機能する。
また、6つの移動部位θ51,θ52,GND55,θ61,θ62,GND65のうちの隣接する移動部位間には、絶縁部716AA,716AB,716AC,716AD,716AE,716AFが設けられている。上記絶縁部は、例えば、SiN、p−Si等の材料からなる1層又は複数層で構成され、トレンチアイソレーション等によって形成される。本実施形態では、図5(c)に示すように、絶縁部716ABは、SiNからなる第一層716ABaと、p−Siからなる第二層716ABbとを有する。絶縁部716AA,716AC〜716AFも同様の構成であるので、その説明を省略する。
第三可動部713AFは、例えば平面視で略X字形の枠状体であり、複数の第三ばね部714ACを介して第二可動部713AEに連結されている。複数の第三ばね部714ACは、機械的な接続部としての機能に加えて、電気的な接続部としても機能する。第三可動部713AFのX方向一端側には第三ばね部714ACが配置され、その他端側にも第三ばね部714ACが配置されている。また、第三可動部713AFのY方向一端側に第三ばね部714ACが配置され、その他端側にも第三ばね部714ACが配置されている。第三可動部713AFは、接着層78Aを介してステージ部711Aに固定されている(図2(b))。
本実施形態において、移動部位θ51は固定部位θ31と同電位であり、移動部位θ52は固定部位θ22と同電位である。移動部位θ61は固定部位θ41と同電位、移動部位θ62は固定部位θ12と同電位である。また、移動部位GND55,GND65は、固定部位GND35,GND45と同電位である。そして、移動部位θ51,θ61に同電圧を印加すると、第三可動部713AFがθz方向の一方(例えば時計回り)に移動し、移動部位θ52,θ62に同電圧を印加すると、第三可動部713AFがθz方向の他方(例えば反時計回り)に移動する。
上記のように所定の固定部位及び/又は移動部位に電圧を印加することにより、第一可動部713AA〜713AD及び第二可動部713AEは、X方向及び/又はY方向に並進し、第三可動部713AFは、θz方向に回転する。したがって、第三可動部713AFは、X方向、Y方向及び/又はθz方向に移動する。ステージ部711Aは、第三可動部713AFの移動に伴ってX方向、Y方向及び/又はθz方向に移動し、ステージ部711Aの移動に伴ってフレキシブル配線体73Aの主部731AがXd方向、Y方向及び/又はθz方向に移動する。フレキシブル配線体73Aの複数の腕部732Aは、主部731Aの移動に伴って容易に変形し、追従する。
アクチュエータ71Aの形成方法は、特に制限されず、例えば、酸化膜の両面にシリコン単結晶が形成されたSOI等の基板を用い、ハンドル層及び活性層にDRIE(深堀り反応性エッチング)などのエッチング加工を施すことによって形成することができる。また、アクチュエータ71A内の上記絶縁部は、DRIE、LPCVD、研磨などを組み合わせて形成することができる。
駆動システム7は、上記可動部及び上記複数のばね部のうちの少なくとも1つの変位を測定する、少なくとも1つの変位センサを備えていてもよい。例えば、駆動システム7は、第三可動部713AFの変位を測定するのに、駆動用櫛歯電極を用いてもよいし、別の変位センサを更に備えていてもよい。変位センサからの信号を不図示の制御部に入力し、該信号に基づいてアクチュエータ71Aの駆動を制御することにより、半導体素子6のより高精度な位置制御を実現することができる。
上述したように、本実施形態によれば、フレキシブル配線体73Aが、半導体素子6が載置され、半導体素子6と電気的に接続される主部731Aと、主部731Aから枠体72に向かって延出し、三次元的に曲げられた複数の腕部732Aとを有するので、主部731Aと一体成形された複数の腕部732Aの主面732aが主部731Aの主面731aに対して非平行となり、複数の腕部732Aが、ステージ部711Aに固定された主部731Aの並進(X方向及び/又はY方向)や回転(θz方向)に対して面外方向に容易且つ十分に屈曲し、アクチュエータ71Aの移動が阻害され難く、その結果、主部731A上に載置された半導体素子6の位置決め性能を向上することができる。また、腕部732Aに通信用の導電層と電力用の導電層とを設けることで、高速通信用の高周波信号と撮像素子駆動用の大電流の双方を安定的に流すことができる。また、フレキシブル配線体73Aは、フレキシブル配線体73Aの展開体に簡単な曲げ加工を施すことで形成できるので、煩雑な組立工程が不要で大量生産にも対応することができる。
また、主部731Aの平面視において、複数の腕部732Aが主部731Aを基準として対称に配置され、複数の腕部732Aが折り返して曲げられていることによって弾性変形による力が釣り合った状態が維持されているので、アクチュエータ71AがMEMS等で形成されていて発生力が小さい場合であっても、フレキシブル配線体73Aの剛性に因る抵抗力が小さくなるため、アクチュエータ71Aの移動が阻害され難く、半導体素子6の高精度の移動を実現することができる。
更に、腕部732Aは、主部731Aの主面731aに対して実質的に垂直な主面732aを有する第一部位732Aaと、第一部位732Aaの一端に設けられ、折り返して湾曲した第二部位732Abと、第一部位732Aaと対向配置される第三部位732Acとが、主部731Aの主面731aに対して実質的に垂直に配置されるので、複数の腕部732Aが、ステージ部711Aに固定された主部731Aの並進(X方向及び/又はY方向)や回転(θz方向)に対して確実に追従することができ、主部731A上に載置された半導体素子6の位置決め性能を更に向上できると共に、接続信頼性を向上することができる。
また、本実施形態によれば、アクチュエータ71Aに複数の絶縁部715AA〜715AF,716AA〜716AFが形成されており、X方向への並進を行う駆動機構及び回路、Y方向への並進を行う駆動機構及び回路、並びにθz方向の回転を行うための駆動機構及び回路がそれぞれ電気的に独立して設けられるため、X方向、Y方向及び/又はθz方向への任意の移動を実現することができる。また、アクチュエータ71Aの駆動回路が基板8の不図示の回路に接続されるので、アクチュエータ71Aの配線と半導体素子6の配線(フレキシブル配線体73Aの導電層)とを、ステージ部711Aを基準として上下に分けて形成することができ、これらの配線の物理的な干渉を確実に防止することができる。また、アクチュエータ71Aにおける複数の基部712Aを基板8にフリップチップ接続することにより、アクチュエータ71Aの可動部713Aの微細部分を保護することができる。
図6(a)は、図2(a)における駆動システム7の変形例を示す平面図、図6(b)は、図6(a)の線III−III’に沿う断面図であり、図7は、図6(b)の部分拡大断面図である。図6(a)における駆動システムは、主にステージ部711Aを有さず、アクチュエータ71Aが接着層80Aを介してフレキシブル配線体73Aに直接接続されている点で、図2(a)における駆動システム7の構成と異なる。図2(a)における駆動システム7と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図6(a)のフレキシブル配線体73Aは、展開体の状態で図2(a)のフレキシブル配線体73Aと同一の構成を有し、加工により三次元構造を形成した状態では図2(a)のフレキシブル配線体73Aと異なる構成を有している。フレキシブル配線体73Aは、図6(b)に示すように、主部731Aと腕部732Aで画定され、半導体素子6が収容される収容部81Aを有している。主部731Aは、図7に示すように、接着層82Aを介して半導体素子6の下面6aに固定されている。腕部732Aの第一部位732Aaは、接着層83Aを介して半導体素子6の側面6bに固定されている(図7)。また、導電層734Aの一端部734Aaは、超音波接続、熱圧着、導電性接着材を用いた接続等により形成された接合部84Aを介して半導体素子6に電気的に接続され、他端部734Abは、不図示のコネクタ端子に電気的に接続される。
図8は、図6(a)におけるフレキシブル配線体73Aの展開図である。本変形例では、図8中の線L2,L2でフレキシブル配線体73Aを山折りとし、更に4つの腕部732Aのそれぞれの中間部を折り返して曲げることにより、図6(a)及び図6(b)に示すような三次元構造が形成される。
このように、本変形例によれば、ステージ部711Aを有さない駆動システム7にもフレキシブル配線体73Aを適用することができる。すなわち、フレキシブル配線体73Aが、半導体素子6が載置され、半導体素子6と電気的に接続される主部731Aと、主部731Aから枠体72に向かって延出し、三次元的に曲げられた複数の腕部732Aとを有するので、主部731Aと一体成形された複数の腕部732Aの主面732aが主部731Aの主面731aに対して非平行となり、複数の腕部732Aが、ステージ部711Aに固定された主部731Aの並進(X方向及び/又はY方向)や回転(θz方向)に対して面外方向に容易且つ十分に屈曲し、アクチュエータ71Aの移動が阻害され難く、その結果、主部731A上に載置された半導体素子6の位置決め性能を向上することができる。また、ワイヤ部を設けずに接合部84Aを設けて半導体素子6とフレキシブル配線体73Aとを電気的に接続するので、半導体素子6及び駆動システム7を合わせた構成の低背化に寄与することができる。
図9は、図4におけるフレキシブル配線体の他の変形例を示す平面図である。図10(a)は、図9のフレキシブル配線体をアクチュエータに搭載した状態を示す部分平面図であり、図10(b)は、図10(a)の部分断面図である。図9のフレキシブル配線体では、腕部の形状が異なる点で、図4のフレキシブル配線体の構成と異なる。
図9に示すように、フレキシブル配線体73Bは、半導体素子6が載置され、半導体素子6と電気的に接続される主部731Bと、主部731Bから枠体72(図2(a)及び図2(b)参照)に向かって延出し、三次元的に曲げられた複数の腕部732Bとを有する。
腕部732Bは、図10(a)及び図10(b)に示すように、主部731Bの主面731bに対して実質的に垂直な主面732cを有する第一部位732Baと、第一部位732Baの一端に設けられ、折り返して湾曲した第二部位732Bbと、第一部位732Baと対向配置される第三部位732Bcと、第三部位732Bcの一端に設けられ、主部731Bの主面731bと実質的に平行な主面732dを有する第四部位732Adとを有する。第一部位732Ba、第二部位732Bb及び第三部位732Bcは、主部731Bの主面731bに対して実質的に垂直に配置されている(図10(b))。
第四部位732Bdは、第三部位732Bcに対して垂直に配置された延出部732Bdaと、延出部732Bdaに対して垂直に配置された延出部732Bdbとを有する(図9)。フレキシブル配線体73Bをアクチュエータ71Aに搭載した状態では(図10(a))、延出部732Bdaは、平面視で主部731Bから離れる方向(X方向)に延出しており、延出部732Bdbは、延出部732Bdaから横方向(Y方向)に延出している。隣接する2つの腕部732Bに設けられた2つの延出部732Bdbは、横方向(Y方向)延出すると共に、互いに離れる方向に延出している。また、本変形例では、第四部位732Bdは、主部731Bと異なる平面上に設けられており、主部731Bの下方に配置されている。
本変形例では、延出部732Bdbに導電層734Bの他端部734Bbが設けられており、導電層734Bの一端部734Baが半導体素子6に電気的に接続され、他端部734Bbが、不図示のコネクタ端子に電気的に接続される。また、フレキシブル配線体73Bが三次元的に曲げられた状態において、導電層734Bの他端部734Bbは、Z方向に関して樹脂層733Bの下側(裏側)に配置される(図10(b))。
腕部732Bは、主部731Bと第一部位732Baとの間に、折り曲げの際にマージン部となる第五部位732Beを有していてもよい。また、第五部位732Beの幅方向(Y方向)寸法が、主部731Bの幅方向寸法よりも小さいことが好ましい。これにより、曲げ加工によって第一部位732Baを形成し易くなり、また、折り曲げられた部分での導電層734Bの座屈を抑制することができ、導電層734Bの電気的な接続信頼性を更に向上することができる。
本変形例によれば、第四部位732Bdが、第三部位732Bcに対して垂直に配置された延出部732Bdaと、延出部732Bdaに対して垂直に配置された延出部732Bdbとを有するので、コネクタ端子に挿入される第四部位732Bdの設計の自由度を向上することができる。
図11は、図4におけるフレキシブル配線体の他の変形例を示す平面図である。図12(a)は、図11のフレキシブル配線体をアクチュエータに搭載した状態を示す部分平面図であり、図12(b)は、図12(a)の部分断面図である。
図11に示すように、フレキシブル配線体73Cは、半導体素子6が載置され、半導体素子6と電気的に接続される主部731Cと、主部731Cから枠体72(図2(a)及び図2(b)参照)に向かって延出し、三次元的に曲げられた複数の腕部732Cとを有する。
腕部732Cは、図12(a)及び図12(b)に示すように、主部731Cの主面731cに対して実質的に垂直な主面732eを有する第一部位732Caと、第一部位732Caの一端に設けられ、折り返して湾曲した第二部位732Cbと、第一部位732Caと対向配置される第三部位732Ccと、第三部位732Ccの一端に設けられ、主部731Cの主面731cと実質的に平行な主面732fを有する第四部位732Cdとを有する。第一部位732Ca、第二部位732Cb及び第三部位732Ccは、主部731Cの主面731cに対して実質的に垂直に配置されている。(図10(b))。
第四部位732Cdは、第三部位732Ccに対して垂直に配置された延出部732Cdaと、延出部732Cdaに対して垂直に配置された延出部732Cdbとを有する(図11)。フレキシブル配線体73Cをアクチュエータ71Aに搭載した状態では(図12(a))、延出部732Cdaは、平面視で主部731Cから離れる方向(X方向)に延出しており、延出部732Cdbは、延出部732Cdaから横方向(Y方向)に延出している。隣接する2つの腕部732Cに設けられた2つの延出部732Cdbは、横方向(Y方向)延出すると共に、互いに離れる方向に延出している。また、本変形例では、第四部位732Cdは、主部731Cと同一の平面上に設けられている。
また、本変形例では、延出部732Cdbに導電層734Cの他端部734Cbが設けられており、導電層734Cの一端部734Caが半導体素子6に電気的に接続され、他端部734Bbが、不図示のコネクタ端子に電気的に接続される。また、フレキシブル配線体73Cが三次元的に曲げられた状態において、導電層734Cの他端部734Cbは、Z方向に関して樹脂層733Cの上側(表側)に配置される(図12(b))。
本変形例によれば、第四部位732Cdが、第三部位732Ccに対して垂直に配置された延出部732Cdaと、延出部732Cdaに対して垂直に配置された延出部732Cdbとを有するので、フレキシブル配線体73Bの第四部位732Bdと同様、コネクタ端子に挿入される第四部位732Cdの設計の自由度を向上することができる。
図13は、図5のアクチュエータ71Aの変形例を示す底面図である。
図13に示すように、アクチュエータ71Bは、基板8(図2(b)参照)に固定される複数の基部712Bと、フレキシブル配線体73Aの主部731A及び半導体素子6が取り付けられる可動部713Bと、基部712Bと可動部713Bとを連結する複数のばね部714Bとを有する。アクチュエータ71Bは、アクチュエータ71Aと同様、例えばMEMSによって形成されている。
複数の基部712Bは、X方向に関してアクチュエータ71Bの一端側に配置された固定部位X31,X32,GND51,GND51と、X方向に関してアクチュエータ71Bの他端側に配置された固定部位X41,X42,GND51,GND51とを有する。固定部位X31,X32は、不図示の取出電極を介して基板8に接続されている(図5(b)参照)。他の固定部位も同様の構成であるので、その説明を省略する。
2つの固定部位X31,X32には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713BAに形成されている。2つの固定部位GND51,GND51は、それぞれ第一ばね部714BAを介して後述の第一可動部713BAに接続されている。また、2つの固定部位X41,X42には、それぞれ櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713BBに形成されている。2つの固定部位GND51,GND51は、それぞれ第一ばね部714BAを介して後述の第一可動部713BBに接続されている。
また、複数の基部712Bは、Y方向に関してアクチュエータ71Bの一端側に配置された固定部位Y31,Y32,GND51,GND51を有し、且つY方向に関してアクチュエータ71Bの他端側に配置された固定部位Y41,Y42,GND51,GND51を有する。
2つの固定部位Y31,Y32には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713BCに形成されている。2つの固定部位GND51,GND51は、それぞれ第一ばね部714BAを介して後述の第一可動部713BCに接続されている。また、2つの固定部位Y41,Y42には、それぞれ櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713BDに形成されている。2つの固定部位GND51,GND51は、それぞれ第一ばね部714BAを介して後述の第一可動部713BDに接続されている。
可動部713Bは、後述する第二可動部の四方(XY方向)に配置された4つの第一可動部713BA,713BB,713BC,713BDと、4つの第一可動部713BA〜713BDの中央部に配置され、4つの第一可動部713BA〜713BDと複数の第二ばね部714BBを介して連結され、平面視で略風車形の第二可動部713BEとを有する。
第一可動部713BA,713BB,713BC,713BDは、例えば平面視で略井桁状の枠体である。第一可動部713BAのY方向両側方には固定部位GND51,GND51が配置され、第一可動部713BAの内側には固定部位X31,X32が配置されている。同様にして、第一可動部713BBのY方向両側方には固定部位GND51,GND51が配置され、第一可動部713BBの内側には固定部位X41,X42が配置されている。
また、第一可動部713BCのX方向両側方には固定部位GND51,GND51が配置され、第一可動部713BCの内側には固定部位Y31,Y32が配置されている。また、第一可動部713BDのX方向両側方には固定部位GND51,GND51が配置され、第一可動部713BDの内側には固定部位Y41,Y42が配置されている。
複数の固定部位GND51は、それぞれ第一ばね部714BAを介して第一可動部713BA〜713BDに連結されている。また、複数の第一ばね部714BAは、機械的な接続部としての機能に加えて、電気的な接続部としても機能する。
本変形例において、固定部位X31,X32、X41,X42,Y31,Y32,Y41,Y42に任意の電圧を与えることによって、第一可動部713BA,713BB,713BC,713BDが独立に移動し,第二可動部713BEがX,Y,θz方向に移動する。例えば、固定部位X32とX41に同電圧を与えれば、第一可動部713BAと713BBは等しくX方向(右向き)に移動し、第二可動部713BEは+X方向(右向き)に移動する。また、固定部位X32,X42,Y32,Y42に同電圧を与えれば、第一可動部713BA,713BB,713BC,713BDは等しく中心方向に移動し、第二可動部713BEはθz方向(時計回り)に回転する。
第二可動部713BEは、8つの第二ばね部714BBを介して4つの第一可動部713BA,713BB,713BC,713BDに連結されている。第二可動部713BEのX方向一端側には2つの第二ばね部714BBが配置され、その他端側にも2つの第二ばね部714BBが配置されている。また、第二可動部713BEのY方向一端側に2つの第二ばね部714BBが配置され、その他端側にも2つの第二ばね部714BBが配置されている。第二ばね部714BBを適切に設計することによって、第一可動部713BAと713BBはX方向のみに、第一可動部713BCと713BDはY方向のみに移動することができる。第二可動部713BEは、接着層78Aを介してステージ部711Aに固定される(図2(b)参照)。
本変形例によれば、X方向への並進を行う駆動機構及び回路、並びにY方向への並進を行う駆動機構及び回路がそれぞれ独立して設けられ、また、X方向への上記並進とY方向への上記並進とを制御してθz方向の回転も行うため、X方向、Y方向及び/又はθz方向への移動を実現することができる。
図14は、図5のアクチュエータ71Aの他の変形例を示す底面図である。
図14に示すように、アクチュエータ71Cは、基板8(図2(b)参照)に固定される複数の基部712Cと、フレキシブル配線体73Aの主部731A及び半導体素子6が取り付けられる可動部713Cと、基部712Cと可動部713Cとを連結する複数のばね部714Cとを有する。アクチュエータ71Cは、アクチュエータ71Aと同様、例えばMEMSによって形成されている。
複数の基部712Cは、X方向に関してアクチュエータ71Cの一端側に配置された固定部位X51,X52,GND61,X61,X62,GND61と、X方向に関してアクチュエータ71Cの他端側に配置された固定部位X71,X72,GND61,X81,X82,GND61とを有する。固定部位X51,X52は、不図示の取出電極を介して基板8に接続されている(図5(b)参照)。他の固定部位も同様の構成であるので、その説明を省略する。
2つの固定部位X51,X52には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713CAAに形成されている。同様にして、2つの固定部位X61,X62には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713CABに形成されている。2つの固定部位GND61,GND61は、それぞれ2つの第一ばね部714CAを介して後述の第一可動部713CAA,第一可動部713CABに接続されている。
また、2つの固定部位X71,X72には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713CBAに形成されている。同様にして、2つの固定部位X81,X82には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713CBBに形成されている。2つの固定部位GND61,GND61は、それぞれ2つの第一ばね部714CAを介して後述の第一可動部713CBA,第一可動部713CBBに接続されている。
また、複数の基部712Cは、Y方向に関してアクチュエータ71Cの一端側に配置された固定部位Y51,Y52,GND61,Y61,Y62,GND61と、Y方向に関してアクチュエータ71Cの他端側に配置された固定部位Y71,Y72,GND61,Y81,Y82,GND61を有する。
2つの固定部位Y51,Y52には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713CCAに形成されている。同様にして、2つの固定部位Y61,Y62には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713CCBに形成されている。2つの固定部位GND61,GND61は、それぞれ2つの第一ばね部714CAを介して後述の第一可動部713CCA,第一可動部713CCBに接続されている。
また、2つの固定部位Y71,Y72には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713CDAに形成されている。同様にして、2つの固定部位Y81,Y82には、櫛歯電極の一方の櫛歯が形成されており、他方の櫛歯が後述の第一可動部713CDBに形成されている。2つの固定部位GND61,GND61は、それぞれ2つの第一ばね部714CAを介して後述の第一可動部713CDA,第一可動部713CDBに接続されている。
可動部713Cは、後述する第二可動部の四方(XY方向)に配置された8つの第一可動部713CAA,713CAB,713CBA,713CBB,713CCA,713CCB,713CDA,713CDBと、8つの第一可動部713CAA〜713CDBの中央部に配置され、8つの第一可動部713CAA〜713CDBと複数の第二ばね部714CBを介して連結され、平面視で略矩形の第二可動部713CEとを有する。
第一可動部713CAA,713CAB,713CBA,713CBB,713CCA,713CCB,713CDA,713CDBは、例えば平面視で略矩形の枠体である。X方向に関して第一可動部713CAAの第二可動部713CEとは反対側には固定部位X51が配置され、第一可動部713CAAの内側には固定部位X52,GND61が配置されている。また、X方向に関して第一可動部713CABの第二可動部713CEとは反対側には固定部位X61が配置され、第一可動部713CABの内側には固定部位X52,GND61が配置されている。
更に、X方向に関して第一可動部713CBAの第二可動部713CEとは反対側には固定部位X71が配置され、第一可動部713CBAの内側には固定部位X72,GND61が配置されている。また、X方向に関して第一可動部713CBBの第二可動部713CEとは反対側には固定部位X81が配置され、第一可動部713CBBの内側には固定部位X82,GND61が配置されている。
同様にして、Y方向に関して第一可動部713CCAの第二可動部713CEとは反対側には固定部位Y52が配置され、第一可動部713CCAの内側には固定部位Y51,GND61が配置されている。また、Y方向に関して第一可動部713CCBの第二可動部713CEとは反対側には固定部位X62が配置され、第一可動部713CCBの内側には固定部位Y61,GND61が配置されている。
更に、Y方向に関して第一可動部713CDAの第二可動部713CEとは反対側には固定部位Y72が配置され、第一可動部713CDAの内側には固定部位Y71,GND61が配置されている。また、Y方向に関して第一可動部713CDBの第二可動部713CEとは反対側には固定部位Y82が配置され、第一可動部713CDBの内側には固定部位Y81,GND61が配置されている。
複数の固定部位GND61は、それぞれ第一ばね部714CAを介して第一可動部713CAA〜713CDBに連結されている。また、複数の第一ばね部714CAは、機械的な接続部としての機能に加えて、電気的な接続部としても機能する。
本変形例において、固定部位X52,X62,X71,X81に電圧を印加すると、第一可動部713CAA,713CAB,713CBA,713CBBがX方向の一方(例えば+X方向)に移動し、固定部位X51,X61,X72,X82に電圧を印加すると、第一可動部713CAA,713CAB,713CBA,713CBBがX方向の他方(例えば−X方向)に移動する。一方、固定部位Y52,Y62,Y71,Y81に電圧を印加すると、第一可動部713BC,713BDがY方向の一方(例えば+Y方向)に移動し、固定部位Y51,Y61,Y72,Y82に電圧を印加すると、第一可動部713BC,713BDがY方向の他方(例えば−Y方向)に移動する。
第二可動部713CEは、8つの第二ばね部714CBを介して8つの第一可動部713CAA,713CAB,713CBA,713CBB,713CCA,713CCB,713CDA,713CDBに連結されている。第二可動部713CEのX方向一端側には2つの第二ばね部714CBが配置され、その他端側にも2つの第二ばね部714CBが配置されている。また、第二可動部713BEのY方向一端側に2つの第二ばね部714CBが配置され、その他端側にも2つの第二ばね部714CBが配置されている。第二可動部713CEは、接着層78Aを介してステージ部711Aに固定される(図2(b)参照)。
本変形例において、第二可動部713CEは、固定部位GND61と同電位である。例えば、固定部位X52,X62,X71,X81及び固定部位X51,X61,X72,X82の一方と、固定部位Y52,Y62,Y71,Y81及び固定部位Y51,Y61,Y72,Y82の一方とに電圧を印加すると、第一可動部713CAA,713CAB,713CBA,713CBBがX方向の一方(例えば+X方向)に移動すると共に、第一可動部713CCA,713CCB,713CDA,713CDBがY方向の一方(例えば+Y方向)に移動する。そして、第一可動部713CAA〜713CDBの移動に伴って、第二可動部713CEがX,Y,θz方向に移動する。例えば、固定部位X52,X62,X71,X81に同電圧を与えれば、第一可動部713CAA,713CAB,713CBA,713CBBが+X方向(右向き)に等しく移動し、第二可動部713CEが+X方向(右向き)に移動する。また、固定部位X52,X61,X71,X82,Y52,Y61,Y71,Y82に同電圧を与えれば、第一可動部713CAAと713CBAは+X方向に、第一可動部713CABと713CBBは−X方向に、第一可動部713CCAと713CDAは+Y方向(上向き)に、第一可動部713CBBと713CDBは−Y方向に移動し、第二可動部713CEがθz方向(時計回り)に移動する。
上記のように所定の固定部位に選択的に電圧を印加することにより、第一可動部713CAA〜713CDBは、X方向及び/又はY方向に並進すると共に、第二可動部713BEは、X,Y,θz方向に移動する。
本変形例によれば、X方向への並進を行う駆動機構及び回路、並びにY方向への並進を行う駆動機構及び回路がそれぞれ独立して設けられ、また、X方向への上記並進とY方向への上記並進とを制御してθz方向の回転を行うため、X方向、Y方向及び/又はθz方向への移動を実現することができる。
図15は、図2(b)のアクチュエータ71Aの変形例を示す断面図である。本変形例では、アクチュエータが電磁アクチュエータである点で、アクチュエータ71Aと異なる。
図15に示すように、アクチュエータ71Dは、基板8に取り付けられたMEMS711Dと、基板8内に設けられ、不図示の外部回路に電気的に接続された複数のコイル712Dとを有する。MEMS711Dは、基板8に支持された基部711DAと、フレキシブル配線体73Aの主部731A及び半導体素子6に固定される可動部711DBと、基部711DAと可動部711DBとを連結する複数のばね部711DCと、可動部711DBに取り付けられた複数の磁性体711DDとを有する。
複数のコイル712Dは、MEMS711Dの直下であって複数の磁性体711DDに対応する位置に配置され、例えばプリント基板やセラミック基板などの基板8に埋め込まれている。MEMS711Dの基部711DA、可動部711DB及び複数のばね部711DCの構成は、上述したアクチュエータの基部、可動部及び複数のばね部の構成と基本的に同じであるので、その説明を省略する。
磁性体711DDは、例えばネオジウム磁石などの磁性粉体を用いて形成されており、可動部711DBに埋め込まれている。磁性体711DDは、例えばSOI等の基板にDRIEで穴を形成し、穴の内部に磁性粉体を入れた状態で成膜にて当該磁性粉体を穴に固定することで得られる。磁性粉体は、成膜体によって互いに接合されており、成膜体は、例えばアルミナ(Al)で構成されており、ALDで形成される。あるいは、磁性粉体は、樹脂バインダーによって互いに接合される。さらに、磁性粉体を埋め込む代わりに、めっきによって前記穴に磁性体(例えばCoPt)を形成してもよい。これらにより、SOI等の基板の厚みに対する磁性体711DDの厚みを大きくすることができ、可動部711DBに高磁力の磁性体711DDを形成することができる。
アクチュエータ71Dは、可動部711DB及び複数のばね部711DCのうちの少なくとも1つの変位を測定する、少なくとも1つの変位センサを有していてもよい。例えば、MEMS711Dに変位センサ及びその回路を形成することができる。
本変形例によれば、電磁アクチュエータであるアクチュエータ71Dを用いて可動部711DBをX方向、Y方向及び/又はθz方向に移動することができ、静電アクチュエータと同様、半導体素子6の高精度の移動を実現することができる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、本実施形態では、アクチュエータ71Aは、互いに直交するXYZ方向のうちのX方向及びY方向への並進、及びZ方向の軸回りの回転(θz方向)の動きを行うが、これに限らず、互いに直交するXYZ方向のうちのX方向、Y方向及びZ方向への並進、並びにX方向の軸回りの回転(θx方向)、Y方向の軸回りの回転(θy方向)及びZ方向の軸回りの回転(θz方向)の動きのうちの少なくとも1つの動きを行ってもよい。このようなアクチュエータに上記と同様の構成を有するフレキシブル配線体を用いた場合でも、複数の腕部が、互いに直交する3方向の並進及び該3方向の軸回りの回転のうちの少なくとも1つの動きに対して追従することができ、主部上に載置された半導体素子の位置決め性能を向上することができ、また、高速通信用の高周波信号と撮像素子駆動用の大電流の双方を安定的に流すことができる。
1 撮像装置
2 レンズ
3 AFユニット
4 ガラス部材
5 カバー部材
6 半導体素子
6a 下面
6b 側面
7 駆動システム
8 基板
71A アクチュエータ
71B アクチュエータ
71C アクチュエータ
71D アクチュエータ
72 枠体
72a 上面
73A フレキシブル配線体
73B フレキシブル配線体
73C フレキシブル配線体
74A 接着層
75A 接着層
76A 接着層
77 ワイヤ部
78A 接着層
79A 取出電極
80A 接着層
81A 収容部
82A 接着層
83A 接着層
84A 接合部
711a 上面
711A ステージ部
711b 側面
711DA 基部
711DB 可動部
711DC 複数のばね部
711DD 磁性体
712A 基部
712B 基部
712C 基部
712D コイル
713A 可動部
713AA 第一可動部
713AB 第一可動部
713AC 第一可動部
713AD 第一可動部
713AE 第二可動部
713AF 第三可動部
713B 可動部
713BA 第一可動部
713BB 第一可動部
713BC 第一可動部
713BD 第一可動部
713BE 第二可動部
713C 可動部
713CAA 第一可動部
713CAB 第一可動部
713CBA 第一可動部
713CBB 第一可動部
713CCA 第一可動部
713CCB 第一可動部
713CDA 第一可動部
713CDB 第一可動部
713CE 第二可動部
714A 複数のばね部
714AA 第一ばね部
714AB 第二ばね部
714AC 第三ばね部
714B 複数のばね部
714BA 第一ばね部
714BB 第二ばね部
714C 複数のばね部
714CA 第一ばね部
714CB 第二ばね部
715AA 絶縁部
715AB 絶縁部
715AC 絶縁部
715AD 絶縁部
715AE 絶縁部
715AF 絶縁部
715AG 絶縁部
715AH 絶縁部
716AA 絶縁部
716AB 絶縁部
716ABa 第一層
716ABb 第二層
716AC 絶縁部
716AD 絶縁部
716AE 絶縁部
716AF 絶縁部
731a 主面
731A 主部
731b 主面
731B 主部
731C 主部
731c 主面
732a 主面
732A 腕部
732Aa 第一部位
732Ab 第二部位
732Ac 第三部位
732Ad 第四部位
732b 主面
732B 腕部
732Ba 第一部位
732Bb 第二部位
732Bc 第三部位
732Bd 第四部位
732Bda 延出部
732Bdb 延出部
732Be 第五部位
732c 主面
732C 腕部
732Ca 第一部位
732Cb 第二部位
732Cc 第三部位
732Cd 第四部位
732Cda 延出部
732Cdb 延出部
732d 主面
732e 主面
732f 主面
733A 樹脂層
733B 樹脂層
733C 樹脂層
734A 導電層
734Aa 一端部
734Ab 他端部
734B 導電層
734Ba 一端部
734Bb 他端部
734C 導電層
734Ca 一端部
734Cb 他端部
X11,X12,GND14,GND15,θ12 固定部位
X21,X22,θ22,GND23,GND25 固定部位
Y11,Y12,GND31,GND35,θ31 固定部位
Y21,Y22,θ41,GND42,GND45 固定部位
X31,X32,GND51 固定部位
X41,X42,GND51 固定部位
Y31,Y32,GND51 固定部位
Y41,Y42,GND51 固定部位
X51,X52,GND61,X61,X62 固定部位
X71,X72,GND61,X81,X82 固定部位
Y51,Y52,GND61,Y61,Y62 固定部位
Y71,Y72,GND61,Y81,Y82 固定部位
θ51,θ52,GND55,θ61,θ62,GND65 移動部位

Claims (17)

  1. 互いに直交する3方向の並進及び前記3方向の軸回りの回転のうちの少なくとも1つの動きをするアクチュエータに伴って移動する半導体素子と、該半導体素子の外方に位置する枠体とを接続するフレキシブル配線体であって、
    前記半導体素子が載置され、前記半導体素子と電気的に接続される主部と、
    前記主部から前記枠体に向かって延出し、三次元的に曲げられた複数の腕部と、
    を有する、フレキシブル配線体。
  2. 前記腕部は、前記主部の主面と交わる主面を有するように曲げられ、更に折り返して曲げられており、
    前記腕部の変形によって前記半導体素子の横方向、縦方向及び前記半導体素子の主面に対して垂直な方向の軸回りの回転に自由度を与える、請求項1に記載のフレキシブル配線体。
  3. 前記複数の腕部は、4つ以上である、請求項1又は2に記載のフレキシブル配線体。
  4. 前記主部の平面視において、前記複数の腕部が前記主部を基準として対称に配置され、
    前記複数の腕部が折り返して曲げられていることによって弾性変形による力が釣り合った状態が維持されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のフレキシブル配線体。
  5. 前記腕部は、
    前記主部の主面に対して実質的に垂直な主面を有する第一部位と、
    前記第一部位の一端に設けられ、折り返して湾曲した第二部位と、
    前記第一部位と対向配置される第三部位と、
    前記第三部位の一端に設けられ、前記主部の主面と実質的に平行な主面を有する第四部位と、
    を有し、
    前記第一部位、前記第二部位及び前記第三部位は、前記主部の主面に対して実質的に垂直に配置されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のフレキシブル配線体。
  6. 前記腕部は、樹脂層と、前記樹脂層上に並べて形成され、互いに絶縁された線状の複数の導電層とで構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレキシブル配線体。
  7. 前記複数の腕部が、全体で20線以上の前記導電層を有する、請求項6に記載のフレキシブル配線体。
  8. 互いに直交する3方向の並進及び前記3方向の軸回りの回転のうちの少なくとも1つの動きをするアクチュエータと、請求項1〜7のいずれか1項に記載のフレキシブル配線体と、を備え、
    前記アクチュエータは、
    基板に固定される基部と、
    前記フレキシブル配線体の前記主部及び前記半導体素子が取り付けられる可動部と、
    前記基部と前記可動部とを連結する複数のばね部と、
    を有する、駆動システム。
  9. 前記可動部及び前記複数のばね部のうちの少なくとも1つの変位を測定する、少なくとも1つの変位センサを更に備える、請求項8に記載の駆動システム。
  10. 前記アクチュエータが、MEMSによって形成されている、請求項8に記載の駆動システム。
  11. 前記アクチュエータが、静電アクチュエータである、請求項8〜10のいずれか1項に記載の駆動システム。
  12. 前記アクチュエータが、電磁アクチュエータである、請求項8〜10のいずれか1項に記載の駆動システム。
  13. 前記アクチュエータが、基板に取り付けられたMEMSと、前記基板内に設けられ、外部回路に電気的に接続された少なくとも1つのコイルを有し、
    前記MEMSが、基板に支持された基部と、前記フレキシブル配線体の前記主部及び前記半導体素子に固定される可動部と、前記基部と前記可動部とを連結する複数のばね部と、前記可動部に取り付けられた少なくとも1つの磁性体とを有する、請求項12に記載の駆動システム。
  14. 前記磁性体が、磁性粉体又はめっき体を用いて形成されており、前記可動部に埋め込まれている、請求項13に記載の駆動システム。
  15. 前記磁性粉体が、成膜体又は樹脂バインダーによって互いに接合されている、請求項14に記載の駆動システム。
  16. 前記半導体素子が、撮像素子である、請求項8〜13のいずれか1項に記載の駆動システム。
  17. 請求項16に記載の駆動システムを備え、
    前記駆動システムが、前記撮像素子を駆動することによって手振れ補正及び焦点調整のうちの一方又は双方を行う、撮像装置。
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