(57)【要約】【課題】電磁気方式マイクロアクチュエータおよびその製造方法を提供する。【解決手段】ベースフレームと、ベースフレームに回動自在に連結されている第１可動部１１２と、第１可動部１１２に回動自在に連結されており、光路を変更させるミラーの設けられた第２可動部と、少なくとも一対の永久磁石とを備え、第１可動部１１２と第２可動部との上面に突出するように設けられた複数のコイル１１７ａからなるコイル部を具備し、複数のコイル１１７ａ間の第１可動部１１２および第２可動部にそれぞれ形成された複数のグルーブからなる変形減衰部１１９を設け、コイル部に電流が供給されるときに発生する熱変形を変形減衰部１１９が緩衝することにより、第１可動部１１２および第２可動部の変形量を減らす。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに回動自在に連結されている第１可動部と、
前記第１可動部に回動自在に連結されている第２可動部と、
前記第２可動部に設けられている光路を変更させるミラーと、
少なくとも一対の永久磁石と、を具備するマイクロアクチュエータにおいて、
前記第１可動部の上面および前記第２可動部の上面には、突出するように設けられた複数のコイルからなるコイル部を具備し、
前記第１可動部および第２可動部には、前記複数のコイル間およびにそれぞれ形成された複数のグルーブからなる変形減衰部を設け、
前記コイル部に電流が供給されるときに発生する熱変形を前記変形減衰部が緩衝することにより、前記第１可動部および第２可動部の変形量を減らすことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記コイル部は、前記第１可動部および第２可動部を所定の深さ掘り込んだ溝に形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記変形減衰部は、
前記第１可動部および第２可動部を所定深さにエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記コイル部の熱膨張係数は、前記第１可動部および第２可動部の熱膨張係数よりさらに大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５】
（ａ）基板を準備する段階と、
（ｂ）前記基板上にモールド層を形成し、前記モールド層にコイル部を形成するための多数のトレンチを形成する段階と、
（ｃ）電気メッキを利用し、前記多数のトレンチに導電性物質を充填し、多数のコイルからなるコイル部を形成する段階と、
（ｄ）前記モールド層を除去する段階と、
（ｅ）前記多数のコイル両側に位置する前記基板を所定深さにエッチングして形成された複数のグルーブからなる変形減衰部を形成する段階と、を含むことを特徴とするマイクロアクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記（ａ）段階後に、前記基板上にシードメタル層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のマイクロアクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記（ｄ）段階後に、前記シードメタル層を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のマイクロアクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記コイル部の熱膨張係数は、前記基板の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項５に記載のマイクロアクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気方式マイクロアクチュエータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型ディスプレイ装置で、レーザビームを偏向させるマイクロアクチュエータを用いた電磁気効果を利用するスキャナは、少なくとも一つ以上の永久磁石と、可動板と、可動板に設けられて光路を変更させるミラーとを具備する。可動板には、電流が供給されるコイル部が設けられている。従って、コイル部に電流を供給することによって発生する電力と、永久磁石によって形成される磁力とが相互作用することで、可動板が回動しながらミラーの角度が調整される。従って、電磁気効果を利用するスキャナは、電流が供給されるコイル部を具備し、かかるコイル部が基板に形成された形態が図１Ａおよび図１Ｂに図示されている。
【０００３】
図１Ａおよび図１Ｂは、基板にコイル部が形成された形態を示す断面図である。
【０００４】
図１Ａを参照すると、基板２０の上面には、メタル層３０が設けられており、メタル層３０の上面には、所定間隔で離隔された複数のコイル４１からなるコイル部４０が設けられている。
【０００５】
図１Ｂを参照すると、複数のコイル４１からなるコイル部４０が、基板２０の上面から所定深さに充填されて形成されている。基板２０は、シリコン（Ｓｉ）からなっており、コイル部４０は、熱伝導度の高い金属によりなっている。
【０００６】
図２は、コイル部４０に電流を供給するときに、熱膨張によって基板が変形する様子を図示した図面である。図２を参照すると、コイル４１に電流を供給すれば、コイル４１に熱が発生し、これにより、コイル４１は変形が発生する。コイル４１の変形は、基板２０に影響を及ぼし、基板２０の一端では影響を受ける前と比較して、基板の厚み方向にδほど変形が発生する。基板２０を成すシリコン（Ｓｉ）と、コイル４１を成す銅（Ｃｕ）との熱膨張係数を比較すれば、銅（Ｃｕ）の熱膨張係数がシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数に比べてさらに大きい。従って、コイル部４０に電流が供給されて熱が発生しても、シリコン（Ｓｉ）自体は、熱に対して敏感に反応せずに変形が顕著ではないが、コイル部４０を成す銅（Ｃｕ）の熱膨張による変形が基板２０に影響を及ぼすこととなるので、基板２０が変形するということが分かる。基板２０が変形すれば、基板２０に連結されているミラーも影響を受け、光特性および構造の信頼性が落ちるという問題点がある。
【特許文献１】特開２００２−１３１６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記問題点を勘案したものであり、コイル部に電流が供給されて熱膨張による変形が発生に対して、コイル部の形成された基板に前記変形による影響を減らすために、変形減衰部を具備するマイクロアクチュエータとその製造方法とを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明のマイクロアクチュエータは、ベースフレームと、前記ベースフレームに回動自在に連結されている第１可動部と、前記第１可動部に回動自在に連結されている第２可動部と、前記第２可動部に設けられている光路を変更させるミ
ラーと、少なくとも一対の永久磁石と、を具備するマイクロアクチュエータにおいて、前記第１可動部の上面および第２可動部の上面には、突出するように設けられた複数のコイルからなるコイル部を具備し、前記第１可動部および第２可動部には、前記複数のコイル間およびにそれぞれ形成された複数のグルーブからなる変形減衰部を設け、前記コイル部に電流が供給されるときに発生する熱変形を前記変形減衰部が緩衝することにより、前記第１可動部および第２可動部が変形することを減らすことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるマイクロアクチュエータおよびその製造方法は、次のような効果がある。
【００１０】
第一に、コイル部とコイル部の形成された基板との間に、熱膨張係数の差によって基板が熱変形することを減少させ、第二に、基板の変形量が減少することにより、コイル部のピ−ルオフ（ｐｅｅｌ  ｏｆｆ）現象を防止でき、第三に、基板の変形量が減少することにより、これに連結されている支持部の変形が低減し、さらに、ミラーの変形が防止され、最終的に、光特性向上および構造信頼性および駆動線形性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００１２】
図３を参照すると、電磁気効果を利用したマイクロアクチュエータ１００は、Ｘ軸に沿って対面する一対の永久磁石１１０，１１０ａと、Ｙ軸に沿って対面する一対の永久磁石１２０，１２０ａと、二対の永久磁石１１０，１１０ａ，１２０，１２０ａ間に位置し、固定されているベースフレーム１１１と、前記ベースフレーム１１１の内側に位置する第２可動板１１３に設けられたミラー１１４とを具備する。
【００１３】
前記第２可動部１１３は、前記ベースフレーム１１１に連結された第１可動部１１２に連結されている。前記第１可動部１１２は、対向する一対の第１支持部１１５，１１５ａにより、前記ベースフレーム１１１に回動自在に連結されている。前記第２可動部１１３は、対向する一対の第２支持部１１６，１１６ａにより、前記第１可動部１１２に回動自在に連結されている。
【００１４】
前記第１支持部１１５，１１５ａと第２支持部１１６，１１６ａは、互いに直角を成すように位置しており、前記第１支持部１１５，１１５ａと第２支持部１１６，１１６ａとにそれぞれ対応するように、前記永久磁石１１０，１１０ａ，１２０，１２０ａが設置されている。
【００１５】
すなわち、前記永久磁石１１０，１１０ａと前記第１支持部１１５，１１５ａは、Ｘ軸に沿って設けられており、前記永久磁石１２０，１２０ａと前記第２支持部１１６，１１６ａは、Ｙ軸に沿って設けられている。
【００１６】
前記第１可動部１１２の上面には、第１コイル部１１７が形成されており、前記第２可動部１１３の上面には、第２コイル部１１８が形成されている。
【００１７】
図４は、図３のIV−IVに沿って切り取った断面図である。
【００１８】
図４を参照すると、前記第１コイル部１１７は、複数のコイル１１７ａが所定間隔をおいて、前記第１可動部１１２の上面に突出するように設けられている。前記複数のコイル１１７ａの両側には、前記第１可動部１１２を所定深さｄ掘り込んで所定空間を成すように形成された複数のグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）からなる変形減衰部１１９が形成されてい
る。前記変形減衰部１１９は、前記第２可動部１１３の上面にも同様に形成されている。
【００１９】
本発明の特徴である前記変形減衰部１１９は、前記第１コイル部１１７および第２コイル部１１８の熱変形が前記第１可動部１１２および第２可動部１１３に影響を及ぼすことを減らす役割を行うことである。電流が供給される前記第１コイル部１１７および第２コイル部１１８の熱膨張係数は、前記第１可動部１１２および第２可動部１１３の熱膨張係数より大きい。そのために、前記第１コイル部１１７および第２コイル部１１８に電流が供給されれば、熱膨張により変形するので、かかる変形を前記変形減衰部１１９で減衰させることにより、前記第１可動部１１２および第２可動部１１３の変形量を減衰させることができる。
【００２０】
表１は、前記変形減衰部１１９の深さｄによる前記第１可動部１１２および第２可動部１１３の変形量を比較したものである。
【００２１】
図４に図示されているように、前記コイル１１７ａの幅は、Ｗ１であり、前記コイル１１７ａの高さはｈであり、前記コイル１１７ａ間の間隔はＷ２であり、前記第１可動部１１２の厚さはｔであり、前記変形減衰部１１９の深さはｄである。
【００２２】
Ｗ１＝１５μｍ、ｈ＝１０μｍ、Ｗ２＝１０μｍ、ｔ＝４０μｍであり、ｄは１μｍ、２μｍ、３μｍの順に変更しながら、前記コイル１１７ａに電流を供給しつつ、前記第１可動部１１２の変形量を測定した結果である。前記変形減衰部１１９を形成していない状態での前記第１可動部１１２の変形量は、０．５１４μｍである。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１および図５を参照すると、前記変形減衰部１１９の深さｄを１μｍとすれば、前記第１可動部１１２の変形量は０．２８７μｍであるから、前記変形減衰部１１９のない場合の前記第１可動部１１２の変形量（０．５１４μｍ）対比で４４％ほど変形量が減ったということが分かる。
【００２５】
また、前記変形減衰部１１９の深さｄを２μｍとすれば、前記第１可動部１１２の変形量は０．１５２μｍであるから、前記変形減衰部１１９のない場合の前記第１可動部１１２の変形量（０．５１４μｍ）対比で７０％ほど変形量が減ったということが分かる。
【００２６】
そして、前記変形減衰部１１９の深さｄを３μｍとすれば、前記第１可動部１１２の変形量は０．０７９μｍであるから、前記変形減衰部１１９のない場合の前記第１可動部１１２の変形量（０．５１４μｍ）対比で８５％ほど変形量が減ったということが分かる。
【００２７】
つまり、前記変形減衰部１１９の深さｄが深くなるほど、前記第１可動部１１２の変形量が減るということを示している。これは、前記コイル１１７ａに電流が供給されることで熱変形が起こるが、前記変形減衰部１１９側には影響を及ぼさずに、前記コイル１１７ａの直ぐ下に連結された側にのみ伝わるので、変形量が減るからである。また、変形減衰部１１９の深さが深くなるほど、前記変形減衰部１１９が前記第１可動部１１２に占める面積比が大きくなり、前記第１可動部１１２は、前記コイル１１７ａからの熱変形の影響をさらに少なくすることができるのである。
【００２８】
前記第１コイル部１１７および第２コイル部１１８に流れる電流と、前記永久磁石１１０，１１０ａ，１２０，１２０ａによる磁力との相互作用によるローレンツ力（Ｌｏｒｅｎｔｚ  ｆｏｒｃｅ）で、前記第１可動部１１２と前記第２可動部１１３とを回動させる。
【００２９】
前記のマイクロアクチュエータ１００の構成は、本発明の特徴である変形減衰部１１９を説明するために、一例として挙げたものであり、永久磁石の個数および配置、可動部の個数および形状、コイル部の配置位置などの構成は、マイクロアクチュエータの駆動と関連して変更され、前記の図３に図示されたマイクロアクチュエータの構成に限定されるものではない。本発明の特徴は、コイル部の両側に変形減衰部を設けたこと、すなわち、互いに異なる熱膨張係数を有する２つの構成要素が互いに接合されている構成で、相対的に小さな熱膨張係数を有する構成物の一部を除去して変形減衰部を設けることにより、熱膨張係数の大きい側の構成物の熱変形により、熱膨張係数の小さい側の構成物が変形することを防止するのである。
【００３０】
図６ないし図８を参照すると、変形減衰部の断面形状が多様に形成されているところを確認することができる。図６に図示された変形減衰部１１９ａの断面形状は台形であり、図７に図示された変形減衰部１１９ｂの断面形状は楕円形であり、図８に図示された変形減衰部１１９ｃの断面形状は逆台形である。
【００３１】
これらの形状は、前記変形減衰部１１９をエッチングする方法により、その断面形状を図６ないし図８に図示されているように形成した形状である。従って、図６ないし図８に図示された前記変形減衰部１１９の幅や断面形状に本願が限定されるものではなく、多様な断面形状が適用可能である。
【００３２】
図９は、図４とは異なって形成されたコイル部の構成および変形減衰部の構成を図示した断面図である。
【００３３】
図９を参照すると、コイル部１１７ｂは、図４に図示された構造とは異なり、前記第１可動部１１２に所定深さに掘り込まれて形成された複数の溝１１２ａにそれぞれ充填されて設けられた複数のコイル１１７ｃから成っている。前記変形減衰部１１９ｄは、前記複数のコイル１１７ｃ間に、前記第１可動部１１２を所定深さに掘り込んで形成される。
【００３４】
次に、本発明の特徴である変形減衰部を具備するマイクロアクチュエータでの変形減衰部の製造方法について説明する。
【００３５】
図１０Ａないし図１０Ｇは、本発明による変形減衰部の適用されたマイクロアクチュエータを製造する方法を図示した図面である。下記で説明する製造方法は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）工程を利用して形成され、一般的に公知のＭＥＭＳ工程を利用し、別途に他の方法を利用するものではないので、公知のＭＥＭＳ工程についての詳細な説明は省略する。
【００３６】
図１０Ａを参照すると、シリコン（Ｓｉ）からなる基板２００の上面に、酸化膜（ＳｉＯ２）２１０が形成される。
【００３７】
図１０Ｂを参照すると、前記酸化膜２１０上に、シードメタル層（ｓｅｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｌａｙｅｒ）２２０が形成される。
【００３８】
図１０Ｃを参照すると、前記シードメタル層２２０上に、フォトレジストを塗布してモ
ールド層２３０を形成した後、フォトマスク（図示せず）を利用して所望の形態にパターニングした後、パターニングされた部分を除去して複数のトレンチ２３１が形成される。
【００３９】
図１０Ｄを参照すると、前記モールド層２３０に形成された前記複数のトレンチ２３１に、電気メッキを利用して導電性物質をメッキし、複数のコイル２４０からなるコイル部が形成される。
【００４０】
図１０Ｅを参照すると、前記モールド層２３０が除去される。前記モールド層２３０を除去すれば、前記シードメタル層２２０とコイル部とが外部に露出される。
【００４１】
図１０Ｆを参照すると、前記コイル部の下側に設けられたところを除き、残りの前記シードメタル層２２０が除去される。前記シードメタル層２２０を除去すれば、前記コイル部の下側に設けられた部分を除いては、残りの部分は、外部に露出される。
【００４２】
図１０Ｇを参照すると、前記コイル２４０の間および両端に位置する前記コイル２４０の両側を所定幅および所定深さに除去して形成された複数のグルーブからなる変形減衰部２５０が形成される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の電磁気方式マイクロアクチュエータおよびその製造方法は、例えば、スキャナ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】基板にコイル部が形成された様子を示す断面図である。
【図１Ｂ】基板にコイル部が形成された様子を示す断面図である。
【図２】コイル部に電流を供給するとき、熱膨張によって基板が変形する様子を図示した図面である。
【図３】電磁気効果を利用した本発明によるマイクロアクチュエータを概略的に図示した斜視図である。
【図４】図３のIV−IVに沿って切り取った断面図である。
【図５】本発明による変形減衰部の深さによる第１可動部の変形量の変化を図示したグラフである。
【図６】エッチング法による変形減衰部の多様な断面形状を図示した図面である。
【図７】エッチング法による変形減衰部の多様な断面形状を図示した図面である。
【図８】エッチング法による変形減衰部の多様な断面形状を図示した図面である。
【図９】図４とは異なって形成されたコイル部の構成および変形減衰部の構成を図示した断面図である。
【図１０Ａ】本発明による変形減衰部の適用されたマイクロアクチュエータを製造する方法を図示した図面である。
【図１０Ｂ】本発明による変形減衰部の適用されたマイクロアクチュエータを製造する方法を図示した図面である。
【図１０Ｃ】本発明による変形減衰部の適用されたマイクロアクチュエータを製造する方法を図示した図面である。
【図１０Ｄ】本発明による変形減衰部の適用されたマイクロアクチュエータを製造する方法を図示した図面である。
【図１０Ｅ】本発明による変形減衰部の適用されたマイクロアクチュエータを製造する方法を図示した図面である。
【図１０Ｆ】本発明による変形減衰部の適用されたマイクロアクチュエータを製造する方法を図示した図面である。
【図１０Ｇ】本発明による変形減衰部の適用されたマイクロアクチュエータを製造する方法を図示した図面である。
【符号の説明】
【００４５】
２０，２００    基板、
３０    メタル層、
４０    コイル部、
４１    複数のコイル、
１００    マイクロアクチュエータ、
１１０，１１０ａ，１２０，１２０ａ    永久磁石、
１１１    ベースフレーム、
１１２    第１可動部、
１１３    第２可動部、
１１４    ミラー、
１１５，１１５ａ    第１支持部、
１１６，１１６ａ    第２指示部、
１１７    第１コイル部、
１１７ａ，１１７ｃ，２４０    複数のコイル、
１１７ｂ    コイル部、
１１８    第２コイル部、
１１９，１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ，２５０    変形減衰部、
２１０    酸化膜、
２２０    シードメタル層、
２３０    モールド層、
２３１    トレンチ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2008058960.tif 000005
【図２】
2008058960.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008058960.tif 000010
【図７】
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【図８】
2008058960.tif 000012
【図９】
2008058960.tif 000013
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2008058960.tif 000015
【図１０Ｃ】
2008058960.tif 000016
【図１０Ｄ】
2008058960.tif 000017
【図１０Ｅ】
2008058960.tif 000018
【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
2008058960.tif 000020