JP5790384B2 - アクチュエータ及び光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動梁上に形成された下部電極と、下部電極上に設けられた圧電素子と、前記圧電素子上に設けられた上部電極とを有するアクチュエータ及び光走査装置に関する。

従来から圧電体の上面に上部電極、下面に下部電極を形成したアクチュエータを用いて、入射光を反射させるミラー部を回転軸回りに回転させ、反射光を走査する光走査装置が知られている。このアクチュエータでは、圧電体に電圧を印加するために、上部電極に接続される上部配線と、下部電極に接続される下部配線とが形成されている（例えば特許文献１）。

図１は、従来のアクチュエータにおける上部配線を説明する図である。図１に示すアクチュエータ１０は、下部電極１１と上部電極１２との間に圧電体が形成された積層構造を有する。下部電極１１は、図示しない共通下部配線に接続されている。上部電極１２には上部配線１３が接続されている。アクチュエータ１０では、共通下部配線と上部配線１３とに電圧を印加することで圧電体を駆動する。

また図１に示す従来のアクチュエータ１０では、下部電極１１と上部電極１２とを積層したとき、下部電極１１の端部１１Ｔが上部電極１２の下からはみでる構成となる。よってアクチュエータ１０では、下部電極１１と上部配線１３とが接触しないように、下部電極１１において上部配線１３が形成される位置の端部１１Ｔを覆うように絶縁部１４が形成されている。

特開２０１０−２５９２１３号公報

上記従来の技術において、絶縁部１４の幅ｔ１と上部配線の幅ｔ２との差ｔ３が十分でない場合、上部電極と下部電極とに電位差の生じる大きな電圧を印加した際に絶縁部１４が破壊する絶縁破壊が生じる虞がある。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、絶縁破壊を防止することが可能なアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成すべく、以下の如き構成を採用した。

本発明は、駆動梁（１５０、１７０）と、前記駆動梁（１５０、１７０）上に形成された下部電極（１７２）と、前記下部電極（１７２）上に設けられた圧電素子（１７３）と、前記圧電素子（１７３）上に設けられた上部電極（１７４）とが積層されたアクチュエータ（１５１、１７１）であって、
前記駆動梁（１５０、１７０）上に形成された前記上部電極（１７４）に電圧を供給するための配線と、前記上部電極（１７４）とを接続する上部配線（１７５）と、
前記上部配線（１７５）の下に前記下部電極（１７２）の端部（１７２Ｔ）を覆うように形成されており、前記上部電極（１７４）と前記下部電極（１７２）とを絶縁する絶縁部（１７７）と、を有し、
前記絶縁部（１７７）は、前記上部配線（１７５）の幅方向の前記上部配線（１７５）の両側に拡張された絶縁拡張部（１７７Ａ，１７７Ｂ）を有し、
前記絶縁部は、
無機絶縁膜と有機絶縁膜とを含み、前記有機絶縁膜を前記無機絶縁膜で挟む膜構成である。

本発明は、駆動梁（１５０、１７０）と、前記駆動梁（１５０、１７０）上に形成された下部電極（１７２）と、前記下部電極（１７２）上に設けられた圧電素子（１７３）と、前記圧電素子（１７３）上に設けられた上部電極（１７４）とが積層されたアクチュエータ（１５１、１７１）と、前記アクチュエータ（１５１、１７１）により揺動されて入射光を反射させて反射光を走査させるミラー部（１１０）とを有する光走査装置（１００）であって、
前記アクチュエータ（１５１、１７１）は、
前記駆動梁（１５０、１７０）上に形成された前記上部電極（１７４）に電圧を供給するための配線と、前記上部電極（１７４）とを接続する上部配線（１７５）と、
前記上部配線（１７５）の下に前記下部電極（１７２）の端部（１７２Ｔ）を覆うように形成されており、前記上部電極（１７４）と前記下部電極（１７２）とを絶縁する絶縁部（１７７）と、を有し、
前記絶縁部（１７７）は、前記上部配線（１７５）の幅方向の前記上部配線（１７５）の両側に拡張された絶縁拡張部（１７７Ａ，１７７Ｂ）を有し、
前記絶縁部は、
無機絶縁膜と有機絶縁膜とを含み、前記有機絶縁膜を前記無機絶縁膜で挟む膜構成である。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、絶縁破壊を防止することができる。

従来のアクチュエータにおける上部配線を説明する図である。 本発明の光走査装置を説明する第一の図である。 本発明の光走査装置を説明する第二の図である。 図２の部分Ａを拡大した図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 絶縁膜の膜構成を示す第一の図である。 本実施形態の絶縁膜のリーク電流特性を示す図である。 絶縁膜の膜構成を示す第二の図である。

以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図２は本発明の光走査装置を説明する第一の図であり、図３は本発明の光走査装置を説明する第二の図である。

図２、図３において、本実施形態に係る光走査装置１００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０と、連結梁１４０と、第１の駆動梁１５０と、可動枠１６０と、第２の駆動梁１７０と、固定枠１８０とを備える。また、図２に示すように、第１の駆動梁１５０は、駆動源１５１を備え、第２の駆動梁１７０は、駆動源１７１を備える。

更に本実施形態の光走査装置１００は、図３に示すように、ミラー支持部１２０の裏面にはリブ１２１が設けられ、第２の駆動梁１７０の裏面には、高調波重畳防止用リブ１７８が設けられている。

本実施形態のミラー支持部１２０には、ミラー１１０の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。このスリット１２２により、ミラー支持部１２０を軽量化しつつ捻れ梁１３０による捻れをミラー１１０へ伝達することができる。また本実施形態の第２の駆動梁１７０は、裏面に凹部１７９を有する。凹部１７９は、図３に示すように三角形状に掘られた三角柱のような形状であって良く、可動枠１６０の裏面に複数形成されていることが好ましい。このように可動枠１６０に凹部１７９を複数形成することで、可動枠１６０の強度を保ちつつ、軽量化に貢献することができる。

図２、図３において、ミラー支持部１２０の表面にミラー１１０が形成され、ミラー支持部１２０は、両側にある捻れ梁１３０の端部に連結されている。捻れ梁１３０は、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０が捻れることにより、ミラー支持部１２０に支持されたミラー１１０が揺動し、ミラー１１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０は、連結梁１４０に連結支持され、第１の駆動梁１５０に連結されている。

第１の駆動梁１５０、連結梁１４０、捻れ梁１３０、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０に取り囲まれている。第１の駆動梁１５０は、可動枠１６０に片側が支持され、内周側に延びて連結梁１４０と連結している。第１の駆動梁１５０は、捻れ梁１３０とは直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして２つ設けられている。

第１の駆動梁１５０の表面には、駆動源１５１が形成されている。駆動源１５１は、振動板となる第１の駆動梁１５０の表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。駆動源１５１では、上部電極と下部電極に印加する電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。このため左側の第１の駆動梁１５０と右側の第１の駆動梁１５０とで異なる位相の電圧を交互に印加すれば、ミラー１１０の左側又は右側の第１の駆動梁１５０が上側に交互に振動し、捻れ梁１３０を揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を軸周りに揺動させることができる。

このミラー１１０が捻れ梁１３０の軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。例えば、第１の駆動梁１５０による水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動してよい。また可動枠１６０の外部には、第２の駆動梁１７０の一端が連結されている。第２の駆動梁１７０は、第１の駆動梁１５０と平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。

そして、第２の駆動梁１７０の他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。第２の駆動梁１７０も、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして２つ設けられている。また第２の駆動梁１７０の表面には、曲線部を含まない矩形単位毎に、圧電素子の薄膜が駆動源１７１として形成されている。

矩形単位毎に隣接している駆動源１７１同士で、異なる位相の電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を交互に上方向に反らせ、各矩形梁の上動の蓄積を可動枠１６０に伝達することができる。そして、水平方向と直交する方向、つまり垂直方向にミラー１１０を揺動させることができる。例えば第２の駆動梁１７０による駆動力は、非共振振動により発生させてもよい。

以下に本実施形態の駆動源１５１と駆動源１７１について説明する。本実施形態の駆動源１５１、駆動源１７１は、それぞれが上部電極と下部電極とを有する。駆動源１５１と駆動源１７１とが有する上部電極及び下部電極には、固定枠１８０に設けられた端子群Ｔ１及びＴ２から引き出された上部配線及び下部配線が接続されている。

本実施形態では、第２の駆動梁１７０による駆動力を非共振振動により発生させる際に、上部電極及び下部電極に電位差の大きい電圧を印加した場合にも、絶縁破壊が起こらないようにした。

以下に本実施形態における上部電極と下部電極について説明する。図４は、図２の部分Ａを拡大した図であり、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。図４、図５では、駆動源１７１を例にしている。

駆動源１７１は、振動板となる第２の駆動梁１７０上に下部電極１７２、圧電素子１７３、上部電極１７４が積層されて構成されている。上部電極１７４は、上部配線１７５により、光走査装置１００の外部の駆動電圧供給部から引き出された配線と接続されている。下部電極１７２は、下部共通配線１７６により光走査装置１００の外部の駆動電圧供給部に接続されている。

更に本実施形態では、下部電極１７２と上部電極１７４とが電気的に接続されることを防止するため、絶縁部１７７が形成されている。

本実施形態の絶縁部１７７は、上部配線１７５から離れる方向に伸びる絶縁拡張部１７７Ａ、１７７Ｂを含む。絶縁拡張部１７７Ａと絶縁拡張部１７７Ｂとは、上部配線１７５を挟んで両側に形成されており、第２の駆動梁１７０に形成された各種配線と接触しないように形成される。また本実施形態の絶縁部１７７Ａと絶縁部１７７Ｂの幅をそれぞれ幅ＴＡ、ＴＢとし、上部配線１７５の幅を幅ＴＣとしたとき、幅ＴＡ、ＴＢは、幅ＴＣの３倍以上であることが好ましい。

本実施形態では、このように絶縁部１７７に絶縁拡張部１７７Ａと絶縁拡張部１７７Ｂとを含む構成にしたため、上部電極１７４と下部電極１７２とに電位差の生じる大きな電圧を印加した場合に絶縁部１７７が破壊される絶縁破壊を防止することができる。

本実施形態はこの構成により、下部電極１７２の端部１７２Ｔが上部電極１７４からはみ出すような構成であっても、上部電極１７４と上部配線１７５の電気的接続の信頼性を維持しつつ、駆動源１７１に大きな電圧を印加することができる。

したがって本実施形態では、下部電極１７２と上部電極１７３とに電位差の大きい電圧を印加する必要がある非共振振動により、第２の駆動梁１７０の駆動力を発生させることもできる。尚本実施形態での大きな電圧とは、例えば８０Ｖ〜１５０Ｖ程度の電圧であっても良い。また本実施形態の幅ＴＡ、ＴＢは、幅ＴＣの３倍以上でなくても良い。本実施形態では、例えば幅ＴＡ、ＴＢは、１０〜１５０ミクロン程度であれば良い。

また本実施形態では、幅ＴＡと幅ＴＢとは同じものとしたが、これに限定されない。例えば幅ＴＡの方が幅ＴＢより広い構成であっても良いし、その逆であっても良い。

尚本実施形態では、駆動源１７０の部分Ａに限らず、上部電極１７４と上部配線１７５とが接続される場所については全て同様の構成を有する。また本実施形態では駆動源１７０についてのみ説明したが、駆動源１５０においても同様である。すなわち駆動源１５０を構成する上部電極に上部配線が接続される場所には、絶縁拡張部を有する絶縁部が設けられている。

次に本実施形態の絶縁部１７７を構成する絶縁膜について説明する。本実施形態の絶縁部１７７を構成する絶縁膜は、比誘電率の異なる有機絶縁膜と無機絶縁膜を積層したものであっても良い。

図６は、絶縁膜の膜構成を示す第一の図である。以下に図６に示す絶縁膜の形成方法について説明する。

下部電極１７２が形成されたウェハに、無機絶縁膜をＡＬＤ（Atomic Layer. Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタ法等により形成する。ここで使用する無機絶縁膜は、金属酸化物や金属窒化物である。

無機絶縁膜を形成した後、有機絶縁膜をスピンコート法やディップ法で形成する。使用する有機絶縁膜は、ＢＣＢ系、ノボラック系、アクリル系、ポリイミド系、ポリアミド系等である。有機絶縁膜を形成した後、有機絶縁膜上に再度無機絶縁膜を形成する。

本実施形態では、例えば下部電極１７２が形成されたウェハに、ＡＬＤ法でＡｌ_２Ｏ_３を厚さ５０ｎｍで成膜した。Ａｌ_２Ｏ_３膜の誘電比率は９．０〜１０である。のまた本実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３膜上にスピンコート法でＢＣＢ樹脂（ダウケミカル製：ＣＹＣＬＯＴＥＮＥ）を厚さ２μｍで成膜した。ＢＣＢ樹脂膜の比誘電率は、２．５〜３．０である。そしてＢＣＢ樹脂膜上に再度厚さ５０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３膜を成膜した。

図７は、本実施形態の絶縁膜のリーク電流特性を示す図である。図７によれば、有機絶縁膜のみの単層の絶縁膜に比べて、有機絶縁膜と無機絶縁膜とを積層した絶縁膜の方が、耐圧が向上することがわかる。

したがって本実施形態の絶縁部１７７では、絶縁耐圧が高くなり、より絶縁破壊が発生しにくくなる。また本実施形態の絶縁部１７７では、有機絶縁膜のみの単層の絶縁膜と比べて、耐薬品性や耐湿性も改善することができる。

尚本実施形態の絶縁膜の膜構成は、無機絶縁膜−有機絶縁膜−無機絶縁膜の３層としたが、これに限定されない。例えば図８に示すように２層の構成であっても良い。図８は、絶縁膜の膜構成を示す第二の図である。

図８の例では、下部電極１７２が形成されたウェハに有機絶縁膜が形成され、有機絶縁膜の上に無機絶縁膜が形成される。そして無機絶縁膜の上に上部電極１７４が形成されている。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００ 光走査装置
１１０ ミラー
１２０ ミラー支持部
１３０ 捻れ梁
１４０ 連結梁
１５０ 第１の駆動梁
１５１、１７１ 駆動源
１６０ 可動枠
１７０ 第２の駆動梁
１７２ 下部電極
１７３ 圧電素子
１７４ 上部電極
１７５ 上部配線
１７７ 絶縁部
１８０ 固定枠

Claims (3)

1. 駆動梁と、前記駆動梁上に形成された下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電素子と、前記圧電素子上に設けられた上部電極とが積層されたアクチュエータであって、
   前記駆動梁上に形成された前記上部電極に電圧を供給するための配線と、前記上部電極とを接続する上部配線と、
   前記上部配線の下に前記下部電極の端部を覆うように形成されており、前記上部電極と前記下部電極とを絶縁する絶縁部と、を有し、
   前記絶縁部は、前記上部配線の幅方向の前記上部配線の両側に拡張された絶縁拡張部を有し、
   前記絶縁部は、
   無機絶縁膜と有機絶縁膜とを含み、前記有機絶縁膜を前記無機絶縁膜で挟む膜構成であるアクチュエータ。
2. 前記絶縁拡張部の幅は、
   前記上部配線の幅の少なくとも３倍以上である請求項１記載のアクチュエータ。
3. 駆動梁と、前記駆動梁上に形成されており、下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電素子と、前記圧電素子上に設けられた上部電極とが積層されたアクチュエータと、前記アクチュエータにより揺動されて入射光を反射させて反射光を走査させるミラー部と、を有する光走査装置であって、
   前記アクチュエータは、
   前記駆動梁上に形成された前記上部電極に電圧を供給するための配線と、前記上部電極とを接続する上部配線と、
   前記上部配線の下に前記下部電極の端部を覆うように形成されており、前記上部電極と前記下部電極とを絶縁する絶縁部と、を有し、
   前記絶縁部は、前記上部配線の幅方向の前記上部配線の両側に拡張された絶縁拡張部を有し、
   前記絶縁部は、
   無機絶縁膜と有機絶縁膜とを含み、前記有機絶縁膜を前記無機絶縁膜で挟む膜構成である光走査装置。

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