(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電方式のマイクロアクチュエータに用いられる可動子の製造方法であって、
第１及び第２の板材の間に複数の角棒状部材を所定の間隔で接合してウェハーを形成する工程と、
前記ウェハーを所定の厚さに仕上げる工程と、
前記第１の板材の一方の面に前記角棒状部材と直交する方向に複数の溝を設けることにより、前記可動子の櫛型電極を形成する工程と、
前記ウェハーの前記溝と直交する方向に前記角棒状部材の厚みを２分する平面で前記ウェハーを複数に切断し、複数の中空の角材を形成する工程と、
前記中空の角材を、該角材の長手方向に直交する平面で切断し、複数の可動子を形成する工程と、
を具備することを特徴とする静電方式アクチュエータ用可動子の製造方法。
【請求項２】
前記第１及び第２の板材、前記角棒状部材はいずれも導電性材料であって、
前記ウェハーを形成する工程は、前記第１及び第２の板材に複数の角棒状部材を導電性接着剤を用いて接着する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の板材、前記角棒状部材はいずれも導電性材料であって、
前記ウェハーを形成する工程は、前記第１及び第２の板材と前記角棒状部材の接続面に金属膜を形成した後、半田又は銀蝋付けにより互いの部材を接合する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の板材、前記角棒状部材はいずれもシリコン半導体であることを特徴とする請求項２又は３記載の製造方法。
【請求項５】
前記櫛型電極の形成後、前記複数の溝に非導電性材料を充填する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項６】
静電方式のマイクロアクチュエータに用いられる可動子の製造方法において、
所定の幅及び深さの複数の第１の溝を有する第１の板材に、前記溝を塞ぐように第２の板材を接合し、複数の隔壁を有するウェハーを形成する工程と、
前記ウェハーを所定の厚さに仕上げる工程と、
前記第１の板材の一方の面に、前記第１の溝と直交する方向に複数の第２の溝を設けることにより、前記可動子の櫛型電極を形成する工程と、
前記隔壁の厚みを２分する平面で、前記ウェハーを複数に切断し、複数の中空の角材を形成する工程と、
前記中空の角材を、該角材の長手方向に直交する平面で切断し、複数の可動子を形成する工程と、
を具備することを特徴とする静電方式アクチュエータ用可動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロマシンとして開発が進んでいる静電方式アクチュエーターの主要部品であり、高い寸法精度が要求される可動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信容量の拡大に伴い、携帯電話を始めとするモバイル機器へ小型カメラを搭載する技術が発展している。具体的には、従来の固定レンズ方式からレンズ駆動機能を備えた自動焦点、オートズームなどの高機能化と小型コンパクト化が進行している。
【０００３】
レンズ駆動には小型の電磁モーター、圧電式アクチュエータ、静電アクチュエータ等、種々の方式が用いられている。これらの方式の中で、特に携帯電話に搭載されるカメラの場合、小型化、高性能化、低消費電力化を実現すると期待される静電アクチュエータが注目されている。
【０００４】
静電アクチュエータは上下の固定電極を含む箱型の固定子と、その上下の固定電極間を静電気力で浮動し導電性を有する可動子で構成される。上側の固定電極下面には複数の電極が櫛刃状に配置され、可動子の上部には複数の溝が設けられ櫛刃状に形成される。上側固定電極の特定電極に電圧を付加することにより、可動子に例えば斜め右上方向に静電気力が働き、可動子はその静電力により右上方向に引き寄せられる。このとき、上側固定電極の印加電圧を切り、下側電極に電圧を印加すると可動子は垂直下方向に吸引される。次に下側電極の電圧を切り、再び上側固定電極の特定電極に電圧を印加して、可動子に対して斜め右上方向に静電気力を発生させ、可動子を右上方向に移動させる。このように、上下の固定電極の中で電圧を印加する電極を制御することにより、可動子が上下に振動しながら水平方向に移動する。
【０００５】
静電アクチュエータのキー要素である可動子と、対向配置された固定電極の間の隙間はミクロンオーダーの精度が要求される。従って可動子は、静電気力で可動するために導電性材料である必要があり、かつ高い寸法精度が要求される。下記特許文献１には、静電アクチュエータの構造、製造方法及び動作原理が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２６８９４６号公報（第７頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
静電アクチュエータのキー部品である可動子は従来、チタン（Ｔｉ）、アルミニュウム（Ａｌ）等の軽金属材料を放電加工などを用いて１個１個加工する方法や、カーボンや導電性金属を添加した導電性プラスチックを精密射出整形技術で形成する方法が取られていた。更に上記特許文献１では、金属金型を用いた加熱プレス加工であるガラスモールド製法を用いて、可動子とレンズを一体に形成している。
【０００７】
しかしながら最近では、携帯電話に搭載されるカメラの駆動機構のように超小型化の要求が高まり、可動子の外形が数ミリメートルでしかもレンズを駆動するに足りる静電力を得るために、固定電極と可動子の隙間は数ミクロン以内に納まることが要求される。従って、現在の射出整形技術あるいはガラスモールド製法では、金型精度とともに成形品の硬化時の歪み、所謂ヒケの問題で限界となってきている。
【０００８】
この発明は、高い寸法精度が要求される静電方式アクチュエータの可動子を、安価に量産できる製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による静電方式マイクロアクチュエータ用可動子の製造方法は、第１及び第２の板材の間に複数の角棒状部材を所定の間隔で接合してウェハーを形成する工程と、前記ウェハーを所定の厚さに仕上げる工程と、前記第１の板材の一方の面に前記角棒状部材と直交する方向に複数の溝を設けることにより、前記可動子の櫛型電極を形成する工程と、前記ウエハーの前記溝と直交する方向に前記角棒状部材の厚みを２分する平面で前記ウェハーを複数に切断し、複数の中空の角材を形成する工程と、前記中空の角材を、該角材の長手方向に直交する平面で切断し、複数の可動子を形成する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
静電方式アクチュエータの可動子を、高い寸法精度で安価に量産することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明による可動子１の一実施形態を示す。この可動子１は、上側板材２、下側板材３、側板４、５が互いに接合され、中空の角柱状に形成されている。この中空部の中にはレンズ７が配置されている。上側板材２の上面は、複数の溝を設けることにより櫛型電極６が形成されている。可動子１を構成する板材の材料としては、導電性を有し密度が小さく、熱膨張係数が比較的小さく、ラッピング、切削等の加工性の良好な材料ととして、Ｔｉ、Ｔｉ合金，Ｍｇ合金、不純物がドープされたシリコン等の半導体、グラファイト等を使用できる。又、可動子１の材料としては、後述するように非導電性材料を使用することもできる。
【００１３】
図２は静電アクチュエータの断面構造を概略示す図である。固定子８は上側固定電極８ａと下側固定電極８ｂからなり、これら固定電極８ａ、８ｂの間に可動子１が配置されている。本実施形態では可動子の上面のみが櫛型電極に加工され下面は平面であるが、他の実施形態では上下面ともに櫛型電極に加工する場合もある。上側固定電極８ａの下面には可動子の櫛型電極の溝に対応したピッチで電極パターンが形成されるが、下側固定電極８ｂの表面は平面になっている。
【００１４】
可動子１と固定電極８ａ、８ｂの隙間は数ミクロンに制御される必要がある。静電気力は距離の二乗に反比例するため、この隙間は可動子７と固定電極８ａ、８ｂの対向する面全体に渡って均一になるよう制御される必要がある。
【００１５】
図３は静電アクチュエータの詳細構造及び可動原理を説明するための図、図４は上側固定電極８ａの印加電圧シーケンスを示す図である。櫛型電極６の各電極をここでは櫛刃電極６ａとする。図３のように、上側固定電極８ａには櫛刃電極６ａのピッチＰ１の整数分の１（例えば１／４）のピッチＰ２で電極パターン１０が形成される。複数の櫛刃電極６ａの間隔Ｐ１は例えば５０〜６０μｍである。
【００１６】
ここでは４相の電極が形成されている場合を説明する。図４において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは固定子８ａの各電極パターンを示し、ｔ１、ｔ２、…は連続する期間を示し、丸印は電極パターンに電圧が印加されていることを示す。例えば期間ｔ１に、４相電極のうち電極パターンＡ、Ｂの２相にプラスの電圧を印加すると、図３（ａ）のように可動子の櫛型電極６は右斜め上方向の静電力を受けて浮動し、距離Ｘ（≒Ｐ１／４）だけ右方向に移動する。次の期間ｔ２に固定電極８ａの電極パターンに対する印加電圧を切り、下側の固定電極８ｂにプラスの電圧を印加すると、可動子は図３（ｂ）のように垂直下方向の静電力を受け落下する。次の期間ｔ３に下側の固定電極８ｂの印加電圧を切り、上側の電極パターンのうち以前に印加した電極パターンから一つ右隣の２相、つまり電極パターンＢ、Ｃにプラスの電圧を印加する。というように、上下の固定電極に交互に電圧を印加することにより、可動子１は固定電極８ａ、８ｂの間で毎回距離Ｘだけ図の横方向に移動する。
【００１７】
次に本発明による可動子の製造方法の一実施形態を図５〜図１１を参照して説明する。
【００１８】
図５は櫛型電極６を形成する幅Ｗ１、長さＬ１の上部板材１２及び下部板材１３を示し、研削、両面ラップ、ポリシング等の手段で所定の厚さＴ１に仕上げられる。両板材のサイズは同一でよい。
【００１９】
図６は可動子１の側板４の材料となる板材１４及び板材１４から切り出されたブロック材１５を示す。ブロック材１５の厚さはＴ２、高さはＨで、長さは上下の板材１２,１３の長さＬ１と同等かもしくは若干長いＬ２（Ｌ２≧Ｌ１）である。ブロック材１５は後の工程で側板４に加工される。このようにブロック１５は、大きな板材１４から複数個作製される。
【００２０】
図７は前記部材１２、１３、１５を組み合わせた状態を示す。側板となる複数のブロック材１５は、工作ジグによる高精度な配置を可能とするために、櫛型電極が形成される板材１２よりも長く形成し、この突き出し部をジグのガイド部で位置規制して高精度なブロック材の配置を実現する。
【００２１】
図７及び図８のように、上下の板材１２、１３の間に所定の間隔Ａでブロック材１５が複数個接着され、接着ウェハー２１が形成される。上下の板材１２、１３とブロック材１５は、導電性のペーストを含んだ所謂導電性接着剤１７により接着するか、もしくは上下の板材とブロック材１５の接続面に金属箔を形成した後、半田、銀蝋などの金属で接合するのが好ましい。しかし、例えばエポキシなどの一般の有機接着剤で接着した後、導電ペースト１９を塗布し上下の板材と側板の導通をとっても何ら差し支えはない。
【００２２】
次に、接着ウェハー２１を両面ラップ、ポリシングなどの手段で所定の厚さＴ３に仕上げる。この厚さＴ３はミクロンオーダーの精度を満足する必要がある。その後、図９のように上部板材１２に複数の溝２３を設けることにより、櫛型電極６を形成する。
【００２３】
図１０は櫛型電極が設けられた接着ウェハー２１をＹ方向から見た部分断面図である。所定のピッチＰ１で設けられた複数の溝２３により、複数の櫛刃電極６ａが形成される。複数の溝入れは通常、ダイヤモンド粒子を有する回転刃により行われるが、所謂フォトレジストでパターンを形成してケミカルエッチング、イオンミーリング等種々の方法を採用しても何ら問題ない。
【００２４】
櫛刃電極６ａの幅Ｂは１０ミクロン程度まで加工可能であるが、後の研削加工等の機械加工、又は実際にアクチュエータの可動子として何万回も繰り返し可動する途中で折れたり欠けたりすることがある。従って、複数の溝２３には低融点ガラスや樹脂モールド材等の非導電性材料３２を充填することで、そのような破損を防止することが可能となる。尚、接着ウェハー２１の厚さをＴ３に仕上げる工程は、前述したように櫛型電極６を形成する前でも、非導電性材料３２を充填した後でも良い。
【００２５】
図１１（ａ）は接着ウェハー２１をブロック材１５の厚さＴ２方向中心位置（図中点線位置）で複数に分割して、中空の角棒状可動子ブロック２７を切出す様子を示す。この切り出しは前述したようなダイヤモンド粒子を有する回転刃により行われる。このとき図１１（ｂ）のように、切断端部のひび、欠け等の破損２９、あるいは前記複数の溝により形成された櫛型電極の折れを防止する目的で、櫛型電極６の端部に略Ｖ字状の切り欠き３１を形成しておくのが好ましい。
【００２６】
可動子ブロック２７は、幅が所定幅Ｗ２になるよう側面を研削、両面ラップ、ポリシング等の手段で仕上げた後、図１２のように複数個の可動子１に切り出される。この切り出しも前述したようなダイヤモンド粒子を有する回転刃により行われる。厚さＴ３及び幅Ｗ２は、例えば共に５ｍｍ程度である。
【００２７】
以上示したように本発明による可動子の製造方法に拠れば、ミクロン精度の寸法を要求される厚さＴ３と幅Ｗ２の可動子１を、接着ウェハー２１から可動子ブロック２７を経て、研削、両面ラップ、ポリシング等の手段を用いて仕上げることが可能となる。すなわち、同時に多数個、高精度で同一寸法の可動子１を量産性良く製造可能となる。  
本発明は、可動子の上側に櫛型電極を形成した例であるが、駆動力の増加等のために下面にも電極を形成してもよい。それは接着ウェハー２１の段階で裏面に溝加工を施すことで可能である。また可動子の側面に櫛型電極を追加加工することも可能で、その場合は可動子ブロック２７の段階でブロックを９０度回転させて側面に溝加工を施せばよい。
【００２８】
また加工時に発生する加工変質層（結晶歪み）はケミカルエッチング、プラズマエッチング等の手段により取り除くことが可能である。可動子に溝加工を施した後に加工歪等により接着ウェハー２１や可動子ブロック２７が反ってしまった場合には、再度両面ポリシングで平面度、平行度をだすことが可能である。尚、可動子の壁面を構成する板材としては、上記したような導電性材料に限らず、樹脂等の非導電性材料を使用することができる。その場合は、上記したようなウェハー２１の段階あるいは可動子ブロック２７の段階で、金属メッキ等により表面に金属層を形成すればよい。
【００２９】
図１３は本発明の他の実施形態に係る可動子製造方法の概要を示す図である。本実施形態では、複数の溝３３を有する下部板材３５に、上部板材３６を接合してウェハー３７が形成される。そしてウェハー３７の上部板材３６には櫛型電極が前述したように設けられる。その後の工程は、図１０〜図１２と同様である。尚、この例でウェハー３７は、隔壁部３４の点線で示す中心位置で切断され、図１１（ｂ）に示すような中空角棒状の可動子ブロック２７が作製される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による可動子１の一実施形態を示す図である。
【図２】静電アクチュエータの断面構造を概略示す図である。
【図３】静電アクチュエータの詳細構造及び可動原理を説明するための図である。
【図４】上側固定電極８ａの印加電圧シーケンスを示す図である。
【図５】櫛型電極６を形成する上部板材１２及び下部板材１３を示す図である。
【図６】可動子１の側板４の材料となる板材１４及び板材１４から切り出されたブロック材１５を示す図である。
【図７】部材１２、１３、１５を組み合わせた状態を示す図である。
【図８】部材１２、１３、１５の接合方法を示す図である。
【図９】櫛型電極６が設けられたウェハー２１を示す図である。
【図１０】櫛型電極６が設けられた接着ウェハー２１をＹ方向から見た部分断面図である。
【図１１】接着ウェハー２１を複数の中空角棒状可動子ブロック２７に切り出す様子を示す図である。
【図１２】可動子ブロック２７を複数個の可動子１に切り出す様子を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る可動子製造方法の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…可動子、２…上側板材、３…下側板材、４、５…側板、６…櫛型電極、７…レンズ、８…固定子、１０…電極パターン、１２、３６…上部板材、１３、３５…下部板材、１４…板材、１５…ブロック材、１７…導電性接着剤、２１、３７…ウェハー、２７…可動子ブロック、３２…非導電性材料、３４…隔壁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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