(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、可動部と、該可動部を揺動可能に軸支する軸支部とを一体に形成し、前記可動部の表面側にミラーを設け、前記可動部の裏面側に駆動コイルを設け、該駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段を設け、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する磁気力により前記可動部を駆動する構成としたプレーナ型光走査装置を実装用基板に実装する実装構造であって、
光走査装置の可動部の揺動動作を許容する空間部及び表裏面の少なくとも裏面側の前記空間部周囲に導電パターンを設けた補助基板を有し、該補助基板の下面に、光走査装置を表面側から固定し、光走査装置裏面に設けた駆動コイル電極端子と前記導電パターンとをボンディングワイヤで電気的に接続する一方、複数の端子ピンが上面側に貫通固定された前記実装用基板の上方に、スペーサを介在させて補助基板を間隔を設けて固定し、前記実装用基板上面の端子ピン突出部と前記導電パターンを電気的に接続する構造としたことを特徴とするプレーナ型光走査装置の実装構造。
【請求項２】
前記補助基板は、前記空間部周囲に複数のスルーホールを有し、前記スルーホールを介して上下面を電気的に導通する前記導電パターンを有し、前記実装用基板上面の端子ピン突出部を、前記補助基板のスルーホールに貫通させ補助基板上面に突出した端子ピンをハンダ付けする構造とした請求項１に記載のプレーナ型光走査装置の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術を用いて製造するプレーナ型光走査装置の実装構造に関し、特に、可動部の表面側にミラーを設け、可動部の裏面側に駆動コイルを設けて小型化、低価格化等を図った光走査装置に好適な実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術で製造する超小型のプレーナ型光走査装置としては、本発明者等により先に提案された、例えばプレーナ型ガルバノミラー（特開平７−１７５００５号公報、特開平７−２１８８５７号公報及び特開平８−３２２２２７号公報参照）等がある。
【０００３】
このようなプレーナ型光走査装置の動作原理について以下に説明する。
プレーナ型光走査装置は、シリコン基板に、平板状の可動部と該可動部の中心位置でシリコン基板に対して揺動可能に可動部を軸支するトーションバー構造の軸支部とを一体形成する。前記可動部には、中央部にミラーを設け、その周縁部に通電により磁界を発生する銅薄膜の駆動コイルを設ける。また、互いに対をなす永久磁石等の静磁界発生手段を、前記軸支部の軸方向と平行な可動部の対辺の駆動コイル部分に静磁界が作用するよう可動部周囲に設ける。前述の先願例では、可動部の対辺部分それぞれの上下に一対の永久磁石を配置し、対をなす永久磁石間に発生する静磁界が駆動コイルを所定方向に横切るように構成してある。
【０００４】
かかる構成の光走査装置は、駆動コイルに電流を流すことにより発生する磁界と、静磁界発生手段の作る静磁界との相互作用により可動部を駆動する。
即ち、可動部の両側では、永久磁石によって可動部の平面に沿って駆動コイルを横切るような方向に静磁界が形成されており、この静磁界中の駆動コイルに電流が流れると、駆動コイルの電流密度と磁束密度に応じて可動部の両端に、電流・磁束密度・力のフレミングの左手の法則に従った方向に、下記（１）式に示す磁気力が作用して可動部が回動する。
【０００５】
Ｆ＝ｉ×Ｂ            ・・・          （１）
ここで、Ｆは磁気力、ｉは駆動コイルに流れる電流、Ｂは磁束密度である。
可動部が回動すると軸支部が捩じられてばね反力が発生し、前記磁気力とばね反力が釣り合う位置まで可動部が回動する。可動部の回動角は駆動コイルに流れる電流に比例するので、駆動コイルに流す電流を制御することで可動部の回動角を制御することができる。従って、軸支部の軸に対して垂直な面内においてミラーに入射するレーザ光等の光の反射方向を自由に制御できるので、ミラーの変位角を連続的に反復動作させてレーザ光をスキャニングする等、光の走査が可能である。
【０００６】
かかる光走査装置は、シリコン単結晶を用いて製造するので、軽くて丈夫であり、バッチ処理が可能で品質の揃ったものが大量に生産できる。
ところで、半導体ウエハーのバッチ処理で大量にチップを作成する場合、ウエハー１枚あたりのコストは同じ工程を取る場合には同じである。従って、１枚のウエハーで作成できるチップ数を増加する、言いかえればチップをより一層小型化すればその分コストダウンにつながる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプレーナ型光走査装置では、実装用のパッケージ基板上に実装する際に、駆動コイルと外部電極との配線容易化のために、駆動コイル電極端子が半導体基板上面側に位置するように、図１０（Ａ）に示すように可動部１の同一面(表面側)にミラー２と駆動コイル３を形成している。この場合、ミラー２と駆動コイル３を重ねて形成すると表面に凹凸ができ光の反射特性が均一でなくなるため、ミラー２と駆動コイル３が重ならないよう、図示のようにミラー２の周囲に駆動コイル３を配置している。このため、可動部１はミラー形成領域の他に駆動コイル形成領域も必要となり、可動部の小型化には限界があった。図１０（Ｂ）は光走査装置の裏面側を示す。図中、４は半導体基板、５Ａ，５Ｂは半導体基板４に可動部１を揺動可能に軸支するトーションバー構造の軸支部、６は駆動コイル３の電極端子である。
【０００８】
尚、プレーナ型光走査装置としては、前述の先行技術の他に、例えば特開昭６０−１０７０１７号公報、特開平４−２１１２１８号公報及びＵ．Ｓ．Ｐatent ４４２１３８１号明細書等に開示されたものがあるが、いずれもミラーと駆動コイルが同一面側に設けられている。
【０００９】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、可動部の表面側にミラーを設け、可動部の裏面側に駆動コイルを設けてより一層の小型化を図った光走査装置を、容易に実装できる光走査装置の実装構造を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のプレーナ型光走査装置をパッケージ基板に実装するための請求項１に記載した本発明の実装構造は、半導体基板に、可動部と、該可動部を揺動可能に軸支する軸支部とを一体に形成し、前記可動部の表面側にミラーを設け、前記可動部の裏面側に駆動コイルを設け、該駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段を設け、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する磁気力により前記可動部を駆動する構成としたプレーナ型光走査装置を実装用基板に実装する実装構造であって、光走査装置の可動部の揺動動作を許容する空間部及び表裏面の少なくとも裏面側の前記空間部周囲に導電パターンを設けた補助基板を有し、該補助基板の下面に、光走査装置を表面側から固定し光走査装置裏面に設けた駆動コイル電極端子と前記導電パターンとをボンディングワイヤで電気的に接続する一方、複数の端子ピンが上面側に貫通固定された前記実装用基板の上方に、スペーサを介在させて補助基板を間隔を設けて固定し、前記実装用基板上面の端子ピン突出部と前記導電パターンを電気的に接続する構造とした。
【００１７】
かかる構成では、光走査装置の可動部の揺動運動を許容するための空間部を、パッケージ基板に形成しなくてもよく、パッケージ基板の強度を高めることができる。
【００１８】
また、請求項２のように、前記補助基板は、前記空間部周囲に複数のスルーホールを有し、前記スルーホールを介して上下面を電気的に導通する前記導電パターンを有し、前記実装用基板上面の端子ピン突出部を、前記補助基板のスルーホールに貫通させ補助基板上面に突出した端子ピンをハンダ付けする構造としてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光走査装置の実装構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に本実施例の実装構造に実装する光走査装置の構成を示す。
【００２０】
図１において、光走査装置１０は、半導体基板として例えばシリコン基板１１に、可動部としての平板状の可動板１２とシリコン基板１１に可動板１２を軸支する軸支部としてのトーションバー１３Ａ，１３Ｂを、異方エッチングによって一体形成する。尚、シリコン基板１１の厚さに比べて可動板１２の厚さを、可動板１２が軸支部回りに揺動できるよう薄く形成してある。
【００２１】
前記可動板１２の表面側には、図２の（Ａ）に示すように例えばアルミニウム蒸着によりミラー１４が形成されている。可動板１２の裏面側には、図２の（Ｂ）に示すように、例えば銅薄膜の駆動コイル１５が電鋳コイル法等を用いて形成されている。また、シリコン基板１１裏面側には、駆動コイル１５と同様に電鋳コイル法等で一対の電極端子１６Ａ，１６Ｂが形成されている。そして、駆動コイル１５の一端が一方のトーションバー１３Ａ介して一対の電極端子１６Ａに電気的に接続し、駆動コイル１５の他端が他方のトーションバー１３Ｂ介して他方の電極端子１６Ｂに電気的に接続している。尚、シリコン基板１１裏面側には、後述する実装構造において光走査装置１０をパッケージ基板に固定するための複数のハンダ面２２が設けられている。
【００２２】
シリコン基板１１の上面と下面には、絶縁基板１７，１８が固定され、上面側絶縁基板１７には、可動板１２が軸支部回りに揺動できるよう開口部１７ａが設けられている。絶縁基板１７，１８には、前記トーションバー１３Ａ，１３Ｂの軸方向と平行な可動板１２の対辺の駆動コイル１５部分に静磁界を作用させる互いに対をなす磁界発生手段としての永久磁石１９Ａ，１９Ｂと２０Ａ，２０Ｂが設けられている。そして、図に示すように、互いに対をなす一方の永久磁石１９Ａ，１９Ｂは下側がＮ極、上側がＳ極となるよう設けられ、他方の永久磁石２０Ａ，２０Ｂは下側がＳ極、上側がＮ極となるよう設けられている。
【００２３】
かかる構成の光走査装置１０では、可動板１２の表面側にミラー１４を形成し、可動板１２の裏面側に駆動コイル１５を形成するようにしたので、図１０に示す従来装置のような可動板の表面側だけにミラーと駆動コイルとを形成した場合に比べて、ミラー１４の面積を同じとすれば可動板１２の面積を縮小でき、光走査装置１０を小型化できる。
【００２４】
従って、１枚のウエハーから作成できるチップ数が増加する。半導体ウエハーのバッチ処理で大量にチップを作成する場合、ウエハー１枚当たりのコストは同じ工程を取る場合には同じであるので、１枚のウエハーから作成できるチップ数が増加することで、その分コストダウンでき、光走査装置１０の小型化が図れると共に製造コストを低減できる。
【００２５】
また、図３に示すように、可動板１２の面積を従来と同じとすれば、ミラー１４の面積を広くでき、従来と同じコストでミラーの大型化を図れる利点がある。尚、かかる構成の光走査装置の動作は従来と同様であり、以下に簡単に説明する。
【００２６】
例えば、一方の電極端子１６Ａを＋極、他方の電極端子１６Ｂを−極として駆動コイル１５に電流を流す。可動板１２の両側では、永久磁石１９Ａと１９Ｂ、２０Ａと２０Ｂによって、図１の矢印で示すように上下の磁石間で可動板１２の平面に沿って駆動コイル１５を横切るような方向に磁界が形成されている。この磁界中の駆動コイル１５に電流が流れると、可動板１２の両端に、フレミングの左手の法則に従った方向に前述の(１)式に基づく磁気力が作用し、可動板１２が回動する。可動板１２が回動するとトーションバー１３Ａ，１３Ｂが捩じられ、トーションバー１３Ａ，１３Ｂにばね反力が発生する。このばね反力と前記磁気力が釣り合う位置まで可動板１２が回動する。可動板１２の回動角は、駆動コイル１５に流れる電流に比例するので、駆動コイル１５の通電量を制御することにより、可動板１２の回動角を制御でき、例えば、トーションバー１３Ａ，１３Ｂの軸に対して垂直な面内においてミラー１４に入射するレーザ光の反射方向を自由に制御でき、ミラー１４の回動角を連続的に反復動作させれば、レーザ光のスキャニングが可能である。
【００２７】
次に、上述した光走査装置１０のパッケージ実装に好適な実装構造の参考例について説明する。
図４及び図５において、図１の光走査装置１０を上面に実装する実装用基板としてのパッケージ基板３１は、図５に示すように、基板略中央の光走査装置固定領域内に、光走査装置１０の可動板１２の揺動動作を許容する空間部３２が設けられている。この空間部３２周囲には、光走査装置１０裏面の電極端子１６Ａ，１６Ｂと電気的に接続する一対の導電パターン３３と、光走査装置１０を固定する固定部としてのハンダ面３４，３４が設けられている。前記導電パターン３３の延長部３３Ａ，３３Ｂにも、ハンダ面が形成されて前記ハンダ面３４，３４と共に固定部を兼ねるようになっている。更に、パッケージ基板３１には、導電パターン３３と電気的に接続する４本の端子ピン３５がスルーホールを介して基板上面に貫通し突出して設けられている。
【００２８】
パッケージ基板３１の上面周縁部には、例えば磁性体である純鉄からなる枠状のヨーク３６が設けられている。ヨーク３６の互いに対面する２辺の内側には、磁界発生手段として一対の永久磁石３７，３８が設けられている。永久磁石３７，３８は、Ｓ極とＮ極が対面し、一方の永久磁石３７（又は３８）から他方の永久磁石３８（又は３７）に向かって前記光走査装置１０を横切る静磁界が発生するようになっている。尚、本参考例では、光走査装置１０を挟んで永久磁石３７と３８を配置したが、永久磁石の配置構造は本参考例の構成に限るものではなく、図１に示すように上下に配置するようにしても良い。
【００２９】
パッケージ基板３１に光走査装置１０を実装する工程は、図５に示すように、パッケージ基板３１上方から図の矢印で示すように、パッケージ基板３１上面略中央部の固定領域に光走査装置１０を載置する。載置する場合、光走査装置１０裏面の駆動コイル電極端子１６Ａ，１６Ｂに設けたハンダ面が導電パターン３３の延長部３３Ａ，３３Ｂのハンダ面に接触し、光走査装置１０裏面のハンダ面２２，２２がパッケージ基板３１側のハンダ面３４,３４に接触するように載置する。その後、熱圧着工程を施して、接触させた互いのハンダ面を固着させて光走査装置１０をパッケージ基板３１に固定することにより、図４に示すように光走査装置１０がパッケージ基板３１上に実装される。
【００３０】
かかる実装構造によれば、パッケージ基板３１に光走査装置１０を固定した時に、同時に光走査装置１０側の電極端子１６Ａ，１６Ｂをパッケージ基板３１側の導電パターン３３の延長部３３Ａ，３３Ｂと電気的に接触させることができ、可動板１２裏面側に駆動コイル１５を設けた場合でも、駆動コイル１５の電極端子１６Ａ，１６Ｂをパッケージ基板３１の端子ピン３５に電気的に接続させて容易に外部に取り出すことができる。可動板１２の揺動動作はパッケージ基板３１の空間部３２によって許容できるので、光走査装置１０の動作には何ら支障は無い。
【００３１】
尚、光走査装置１０の固定方法は本参考例に限定されるものではない。端子ピンのない構造でもよい。
図４の実装構造は、可動板１２裏面に駆動コイル１５を設けても容易に光走査装置１０を実装できるが、パッケージ基板３１に可動板１２の揺動動作を可能にするための空間部３２を設ける必要がある。このために、パッケージ基板３１の強度が低下する虞れがある。
【００３２】
可動板裏面に駆動コイルだけを設けた光走査装置でも、パッケージ基板の強度を低下させずに容易にパッケージ基板に実装可能な、本発明の請求項１の実装構造を図６に示す。尚、図４の参考例と同一要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図６において、本実施形態の実装構造は、パッケージ基板３１′上方にスペーサ４１を介して補助基板４２をパッケージ基板３１′と間隔を設けて固定し、補助基板４２の下面、即ち、パッケージ基板３１′と補助基板４２との間に光走査装置１０を固定する構造である。尚、パッケージ基板３１′上面には、図４の参考例と同様に永久磁石３７,３８と枠状のヨーク３６を設けてある。
【００３４】
前記補助基板４２は、図７〜図９で示すように、光走査装置１０の可動板１２の揺動動作を許容する空間部４２ａを有し、空間部４２ａ周囲の４箇所にスルーホール４３を有する。また、前記スルーホール４３を介して電気的に導通する導電パターン４４，４５を上下面に設けてあり、下面側導電パターン４５は，光走査装置１０側の駆動コイル電極端子１６Ａ，１６Ｂと接続するための延長部４５ａ，４５ａを有する。
【００３５】
パッケージ基板３１′は、空間部が無いことを除いて図４の参考例のパッケージ基板３１と同様に形成されている。
本実施形態の光走査装置１０の実装工程を図７〜図９に基づいて説明する。
【００３６】
補助基板４２の裏面側を上にして、上方から図７の矢印で示すように、補助基板４２上面略中央部の固定領域に、光走査装置１０の裏面側を上にした状態で光走査装置１０を固定する。固定後に、光走査装置１０側の電極端子１６Ａ，１６Ｂと補助基板４２裏面側の導電パターン４５の延長部４５ａ，４５ａとをボンディングワイヤ４６で電気的に接続する。この状態を図８に示す。
【００３７】
次に、図８の状態から補助基板４２を裏返して補助基板４２表面側が上になるようにする。これにより、図９のように、光走査装置１０のミラー１４の面が上になる。この状態で、パッケージ基板３１′の各端子ピン３５突出部に、スペーサ４１と補助基板４２を順次取付け、補助基板４２をパッケージ基板３１′に取付ける。その後、補助基板４２上面に突出した端子ピン３５をハンダ付けして補助基板４２をパッケージ基板３１′に固着する。これにより、光走査装置１０の駆動コイル１５の電極端子１６Ａ，１６Ｂは、補助基板４２の導電パターン４３，４４、ハンダ固定部を介して端子ピン３５に電気的に接続する。
【００３８】
以上の実装構造によれば、可動板１２裏面側に駆動コイル１５を設けた場合でも、駆動コイル１５の電極端子１６Ａ，１６Ｂをパッケージ基板３１の端子ピン３５に電気的に接続させて容易に外部に取り出すことができる。しかも、パッケージ基板３１′には空間部がないのでパッケージ基板３１′の強度が図４の実装構造に比べて向上する。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の請求項１の実装構造によれば、可動部裏面側に駆動コイルを設けた場合でも、光走査装置の電極を容易に外部に取り出すことができるだけでなく、パッケージ基板には空間部がないので、パッケージ基板の強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実装構造に実装する光走査装置の一例を示す構成図
【図２】同上光走査装置の表面側と裏面側を示す図
【図３】同上光走査装置の可動部を従来同様の大きさにした時の表面側と裏面側を示す図
【図４】本発明に係る実装構造の参考例を示す図
【図５】図４の実装構造の実装工程の説明図
【図６】本発明に係る実装構造の一実施例を示す図
【図７】図６の実装構造の実装工程の説明図
【図８】図７に続く実装工程の説明図
【図９】図８に続く実装工程の説明図
【図１０】従来の光走査装置の表面側と裏面側を示す図
【符号の説明】
１０    光走査装置
１１    半導体基板
１２    可動板
１３Ａ，１３Ｂ    トーションバー
１４    ミラー
１５    駆動コイル
３１、３１′    パッケージ基板
３２、４２ａ    空間部
３３、３３Ａ、３３Ｂ、４４、４５、４５ａ    導電パターン
３４    ハンダ面
３５    端子ピン
４１    スペーサ
４２    補助基板
４６    ボンディングワイヤ
【図１】
0004111619.tif 000002
【図２】
0004111619.tif 000003
【図３】
0004111619.tif 000004
【図４】
0004111619.tif 000005
【図５】
0004111619.tif 000006
【図６】
0004111619.tif 000007
【図７】
0004111619.tif 000008
【図８】
0004111619.tif 000009
【図９】
0004111619.tif 000010
【図１０】
0004111619.tif 000011