(57)【要約】【課題】  光学機能を有するＭＥＭＳデバイスが歪みなく実装された光スイッチデバイスを提供する。【解決手段】  光スイッチデバイス１００は、光学機能を有するＭＥＭＳデバイスとしてのマイクロミラー基板１３２が実装された電極配線基板１４２と、マイクロミラー基板１３２を駆動するためのＩＣチップ１５２が実装された駆動配線基板１５４と、駆動配線基板１５４に設けられた変形可能接続端子１７０とを有している。電極配線基板１４２と駆動配線基板１５４とが変形可能接続端子１７０と接合材１８４とを介して互いに電気的に接続されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機能を有するＭＥＭＳデバイスと前記ＭＥＭＳデバイスを駆動するためのＩＣチップとの一方が実装された第一の配線基板と、
前記ＭＥＭＳデバイスと前記ＩＣチップとの他方が実装された第二の配線基板と、
前記第一の配線基板に設けられた変形可能接続端子とを有し、
前記第一の配線基板と前記第二の配線基板とが前記変形可能接続端子を介して互いに電気的に接続されている、光スイッチデバイス。
【請求項２】
前記第一の配線基板は第一の配線を有し、前記第二の配線基板は第二の配線を有し、前記変形可能接続端子は前記第一の配線と電気的に接続された接続パッドを有し、前記接続パッドは前記第二の配線に対向している、請求項１に記載の光スイッチデバイス。
【請求項３】
前記第一の配線基板が前記第二の配線基板よりも厚く、前記変形可能接続端子が前記第二の配線基板に対向して配置されている、請求項２に記載の光スイッチデバイス。
【請求項４】
前記第二の基板が設置されたベースプレートと、前記ベースプレートに設置されたスペーサとをさらに有し、前記第一の基板は前記スペーサに保持され、前記変形可能接続端子が前記第二の配線基板に対向して配置されている、請求項２に記載の光スイッチデバイス。
【請求項５】
前記変形可能接続端子は、前記第一の配線と前記接続パッドとを電気的に接続している貫通配線を有している、請求項４に記載の光スイッチデバイス。
【請求項６】
前記第二の基板が設置されたベースプレートと、前記ベースプレートに設置されたスペーサとをさらに有し、前記第一の基板は前記スペーサに保持され、前記変形可能接続端子が前記第二の配線基板に対向して配置されており、前記第一の配線基板は第一の配線を有し、前記第二の配線基板は第二の配線を有し、前記第一の配線基板は前記第一の配線を前記ベースプレートの側に向けて配置され、前記第二の配線基板は前記第二の配線を前記ベースプレートの反対側に向けて配置され、前記第一の配線と前記第二の配線とが部分的に互いに対向している、請求項１に記載の光スイッチデバイス。
【請求項７】
前記変形可能接続端子は、前記第一の配線基板を部分的に削除して形成されている、請求項１〜６のいずれか一つに記載の光スイッチデバイス。
【請求項８】
前記第一の配線基板は、シリコン基板を加工して形成されている、請求項１〜７のいずれか一つに記載の光スイッチデバイス。
【請求項９】
前記変形可能接続端子は、変形可能な片持ちアームを有している、請求項１〜８のいずれか一つに記載の光スイッチデバイス。
【請求項１０】
前記変形可能接続端子は、複数のヒンジ部によって支持された可動部を有している、請求項１〜８のいずれか一つに記載の光スイッチデバイス。
【請求項１１】
前記変形可能接続端子は、前記片持ちアーム上に形成された補強膜をさらに有している、請求項９に記載の光スイッチデバイス。
【請求項１２】
前記変形可能接続端子は、前記ヒンジ部上に形成された補強膜をさらに有している、請求項１０に記載の光スイッチデバイス。
【請求項１３】
前記補強膜はポリイミドで構成されている、請求項１１または１２に記載の光スイッチデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスの実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信装置や顕微鏡などの光学製品に搭載されるチップや基板にレンズやミラーなどの光学的機能を付加したＭＥＭＳデバイスを用いる事により、使用する部品点数の削減や、製品の小型化や高機能化を目論んだ開発が盛んに行われている。ＭＥＭＳデバイスを用いた装置の一例として、一枚の基板上に、反射膜が成膜された複数の可動部が配列され、前記可動部の傾きを制御する事により、光信号の光路を切り替える光スイッチシステムに用いられる光スイッチデバイスがある。
【０００３】
例えば特開２００７−１０９６６号公報は、ＭＥＭＳデバイスを用いた光スイッチデバイスを開示している。この光スイッチデバイスでは、ＭＥＭＳデバイスを構成する揺動可能な可動ミラーを備えたミラー基板と、可動ミラーの傾斜角度に対応する電圧信号を出力するためのアンプとが、ベース基板上に搭載されている。ミラー基板は、バンプによって所定の間隔をもってベース基板に接続されている。アンプは、ＡＣＰ（接着剤）などの接合材によってベース基板に接続されている。
【特許文献１】特開２００７−１０９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この光スイッチデバイスにおいて、アンプをベース基板に接続している接合材は、その硬化収縮力によりベース基板を歪ませてしまう。ベース基板の歪みは、これに搭載されているミラー基板を歪ませ、ミラー基板の歪みは可動ミラーを歪ませる。可動ミラーの歪みは、所望の特性の光学系を構成する妨げとなり、光損失の増大や歩留まりの低下などをもたらす。
【０００５】
本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、光学機能を有するＭＥＭＳデバイスが歪みなく実装された光スイッチデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による光スイッチデバイスは、光学機能を有するＭＥＭＳデバイスと前記ＭＥＭＳデバイスを駆動するためのＩＣチップとの一方が実装された第一の配線基板と、前記ＭＥＭＳデバイスと前記ＩＣチップとの他方が実装された第二の配線基板と、前記第一の配線基板に設けられた変形可能接続端子とを有している。前記第一の配線基板と前記第二の配線基板とが前記変形可能接続端子を介して互いに電気的に接続されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光学機能を有するＭＥＭＳデバイスが歪みなく実装された光スイッチデバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光スイッチデバイスを概略的に示している。図２は、図１に示した光スイッチデバイスの断面構造を示し、電極配線基板と変形可能接続端子の接合前の状態を示している。図３は、図２に示したIII−III線に沿った光スイッチデバイスの断面を示している。図４は、図２と同様に、図１に示した光スイッチデバイスの断面構造を示し、電極配線基板と変形可能接続端子の接合後の状態を示している。
【００１０】
図１に示すように、光スイッチデバイス１００は、ベースユニット１１０と、ベースユニット１１０の上に設置されたＭＥＭＳミラーユニット１３０および駆動制御ユニット１５０と、ＭＥＭＳミラーユニット１３０と駆動制御ユニット１５０の一方に設けられた複数の変形可能接続端子１７０とを有している。ＭＥＭＳミラーユニット１３０と駆動制御ユニット１５０は変形可能接続端子１７０を介して互いに接合されており、ＭＥＭＳミラーユニット１３０と駆動制御ユニット１５０は互いに電気的に接続されている。
【００１１】
次に図２〜図４を参照しながら光スイッチデバイス１００の詳細な構造を説明する。
【００１２】
ＭＥＭＳミラーユニット１３０は、光学機能を有するＭＥＭＳデバイスとしてのマイクロミラー基板１３２が実装された電極配線基板１４２を有している。マイクロミラー基板１３２は中間スペーサ１４０を介して電極配線基板１４２に接合されている。中間スペーサ１４０の厚みによって、マイクロミラー基板１３２と電極配線基板１４２との間隔（以下ギャップと記す）が所望の値に維持されている。電極配線基板１４２は、その上を延びている電極配線１４６を有している。図３に示すように、ＭＥＭＳミラーユニット１３０は、一対のヒンジ部１３６によって揺動可能に支持されたＭＥＭＳミラー１３４を有している。また電極配線基板１４２は、ＭＥＭＳミラー１３４を駆動するための一対の駆動電極１４４を有している。駆動電極１４４は電極配線１４６と電気的に接続されている。
【００１３】
駆動制御ユニット１５０は、マイクロミラー基板１３２を駆動するためのＩＣチップ１５２が実装された駆動配線基板１５４を有している。ＩＣチップ１５２は、ＭＥＭＳミラー１３４を駆動可能な制御信号を発信可能であり、駆動配線基板１５４は、ＩＣチップ１５２が発生する駆動制御信号を伝達可能である。ＩＣチップ１５２はバンプ１６２を介して駆動配線基板１５４に接合されている。駆動配線基板１５４は、その上を延びている駆動配線１５６を有している。ＩＣチップ１５２と駆動配線基板１５４は、バンプ１６２を介してＩＣチップ１５２が発生する駆動信号が駆動配線１５６に伝達可能に接続されている。また、ＩＣチップ１５２と駆動配線基板１５４の間には接続樹脂１６４が設けられている。接続樹脂１６４は、ＩＣチップ１５２と駆動配線基板１５４とを接続すると同時に、バンプ１６２と駆動配線基板１５４との接続部を保護している。
【００１４】
変形可能接続端子１７０は駆動配線基板１５４に設けられている。変形可能接続端子１７０のおのおのは、駆動配線基板１５４から延出している変形可能な片持ちアーム１７２を有している。例えば、駆動配線基板１５４はシリコン基板から作製されており、片持ちアーム１７２はエッチングによって駆動配線基板１５４を部分的に削除して形成されている。片持ちアーム１７２上には、駆動配線基板１５４上を延びている駆動配線１５６が延びている。片持ちアーム１７２は、その自由端部のベースプレート１１２側に接続パッド１７６を有している。片持ちアーム１７２はまた、その自由端部に形成された貫通孔１７４内を延びている貫通配線１７８を有し、貫通配線１７８は、接続パッド１７６と駆動配線１５６とを互いに電気的に接続している。
【００１５】
変形可能接続端子１７０は、好ましくは、駆動配線１５６を覆って片持ちアーム１７２上に形成された補強膜１８０をさらに有している。補強膜１８０は片持ちアーム１７２を補強するとともに駆動配線１５６を保護している。補強膜１８０は例えばポリイミドで構成されている。補強膜１８０は必須の構成要件ではなく、必要がなければ設けられなくてもよい。
【００１６】
ベースユニット１１０は、電極配線基板１４２が所定の位置に設置されたベースプレート１１２と、ベースプレート１１２に設置されたスペーサ１１４とを有している。電極配線基板１４２は電極配線１４６をベースプレート１１２の反対側に向けて配置されている。駆動配線基板１５４はスペーサ１１４に保持され、変形可能接続端子１７０の片持ちアーム１７２が電極配線基板１４２に対向して配置されている。駆動配線基板１５４は駆動配線１５６をベースプレート１１２の反対側に向けて配置されている。駆動配線基板１５４は、スペーサ１１４によって所望の高さに配置されている。スペーサ１１４は必須の構成要件ではなく、駆動配線基板１５４が電極配線基板１４２よりも厚く、駆動配線基板１５４の厚さだけで、変形可能接続端子１７０が電極配線基板１４２に対向して配置されるに必要な高さが得られるならば、スペーサ１１４は設けられなくてもよい。
【００１７】
片持ちアーム１７２に設けられた接続パッド１７６は、電極配線基板１４２上の電極配線１４６に対向している。接続パッド１７６は、接合材１８４（例えばＡＣＰやはんだの様に導通性を有する）によって電極配線１４６と電気的に接続されている。これにより、電極配線基板１４２と駆動配線基板１５４とが変形可能接続端子１７０と接合材１８４とを介して互いに電気的に接続されている。
【００１８】
次に、本実施形態の光スイッチデバイス１００は次のようにして作製される。
【００１９】
ベースユニット１１０上の所定の位置にＭＥＭＳミラーユニット１３０を設置する。
【００２０】
電極配線１４６の所定の場所に所定の量の接合材１８４を供給する。
【００２１】
スペーサ１１４上の所定の位置に駆動制御ユニット１５０を設置する。この状態が図２に示されており、電極配線基板１４２と片持ちアーム１７２とが接合される前の状態である。電極配線基板１４２上に設けられた電極配線１４６と片持ちアーム１７２に設けられた接続パッド１７６との間に介在している接合材１８４はまだ硬化していない。
【００２２】
次に、図示しないヒーターを用いて光スイッチデバイス１００を加熱して接合材１８４を硬化させる。これにより、電極配線基板１４２と片持ちアーム１７２とが互いに接合される。例えば接合材１８４がはんだの様なロウ材である場合、溶融後、冷却工程において接合材１８４の硬化収縮が発生する。また、例えば接合材１８４がＡＣＰのような熱硬化型の接着剤である場合、加熱時に接合材１８４の硬化収縮が発生する
接合材１８４の硬化収縮により電極配線基板１４２と片持ちアーム１７２に硬化収縮力ｆが加わる。硬化収縮力ｆにより、電極配線基板１４２と片持ちアーム１７２には応力がかかる。片持ちアーム１７２は、電極配線基板１４２と比較して剛性が低く、接合材１８４の硬化収縮力に対して容易に変形する。そのため、電極配線基板１４２にかかる応力が緩和され、電極配線基板１４２の変形が抑制される。この状態が図４に示されており、電極配線基板１４２と片持ちアーム１７２とが接合された後の状態である。
【００２３】
電極配線基板１４２の変形が抑制されるので、電極配線基板１４２上に設置されたマイクロミラー基板１３２の変形も抑制され、従って、マイクロミラー基板１３２に設けられたＭＥＭＳミラー１３４の変形も抑制される。
【００２４】
また、基板間の接続に一般に用いられるワイヤーボンディングやフレキシブル基板などを用いると、ループを形成した状態での接続を余儀なくされるため、配線長が長くなってしまうが、本実施形態に示した変形可能接続端子１７０を用いた接続では、電極配線基板１４２と駆動配線基板１５４とが直線的に例えば最短距離で接続される。
【００２５】
本実施形態の光スイッチデバイスにおいては、電極配線基板１４２と駆動配線基板１５４とが変形可能接続端子１７０を介して互いに電気的に接続されていることにより、マイクロミラー基板１３２の変形が抑制され、従ってＭＥＭＳミラー１３４の変形が抑制される。さらに、電極配線基板１４２と駆動配線基板１５４とが短い配線長で互いに接続されるため、ＭＥＭＳミラー１３４を変形させない低歪み実装と電気特性を劣化させない実装とが両立される。また小型化にも寄与する。従って、光損失の少ない光スイッチデバイス１００が提供され、歩留まりが向上された安価な光スイッチが得られる。
【００２６】
＜第二実施形態＞
図５は、本発明の第二実施形態による光スイッチデバイスの駆動配線基板を示している。図６と図７は、図５に示した変形可能接続端子のVI−VI線に沿った断面を示し、図６は電極配線基板と変形可能接続端子の接合前の状態を示し、図７は電極配線基板と変形可能接続端子の接合後の状態を示している。図５〜図７において、図１〜図４に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００２７】
図５〜図７に示すように、本実施形態の光スイッチデバイスでは、ＩＣチップが実装された駆動配線基板２５４に、複数の変形可能接続端子２７０が設けられている。変形可能接続端子２７０のおのおのは、変形可能な複数のヒンジ部２７２によって支持された可動部２７４を有している。可動部２７４は、複数のヒンジ部２７２を介して駆動配線基板２５４と接続されており、ベースプレート１１２の面にほぼ垂直に移動可能である。例えば、駆動配線基板２５４はシリコン基板から作製されており、ヒンジ部２７２と可動部２７４はエッチングによって駆動配線基板２５４を部分的に削除して形成されている。駆動配線基板２５４は、その上を延びている駆動配線２５６を有し、駆動配線２５６はヒンジ部２７２の一つを通って可動部２７４まで延びている。可動部２７４は、ベースプレート１１２側に接続パッド２７８を有している。接続パッド２７８は、可動部２７４に形成された貫通孔２７６内を延びている貫通配線２８０を介して駆動配線２５６と電気的に接続されている。
【００２８】
変形可能接続端子２７０は、好ましくは、駆動配線２５６を覆ってヒンジ部２７２上と可動部２７４上に形成された補強膜２８２をさらに有している。補強膜２８２はヒンジ部２７２を補強するとともに駆動配線２５６を保護している。補強膜２８２は例えばポリイミドで構成されている。補強膜２８２は必須の構成要件ではなく、必要がなければ設けられなくてもよい。
【００２９】
可動部２７４に設けられた接続パッド２７８は、電極配線基板１４２上の電極配線１４６に対向している。電極配線１４６には、接続パッド２７８と対向する位置に、バンプ２８６が設けられている。バンプ２８６の周辺には所望の量の接合材２８８が供給されている。これにより、電極配線基板１４２と駆動配線基板１５４とが変形可能接続端子２７０を介して互いに電気的に接続されている。
【００３０】
図５では、四本のヒンジ部２７２が示されているが、ヒンジ部２７２の本数は、これに限定されるものでなく、二つ以上すなわち複数であればよい。また、バンプ２８６は必須の構成要件ではなく、必要がなければ設けられなくてもよい。
【００３１】
本実施形態では、接続パッド２７８と電極配線１４６の間に接合材２８８を供給し、接合材２８８を硬化させることにより、電極配線基板１４２と可動部２７４とが互いに接合され、接続パッド２７８と電極配線１４６とが電気的に接続される。
【００３２】
接合材２８８が硬化する際、接合材２８８の硬化収縮力により電極配線基板１４２と可動部２７４とに硬化収縮力ｆが加わるが、硬化収縮力ｆを受けてヒンジ部２７２が変形することにより、電極配線基板１４２にかかる応力が緩和され、電極配線基板１４２の変形が抑制される。これにより、第一実施形態と同様の利点が得られる。
【００３３】
また本実施形態においては、接続パッド２７８は電極配線１４６に対して垂直な硬化収縮力ｆを受けるため、電極配線１４６に対して垂直に押圧される。このため、接続パッド１７６が電極配線１４６に対して斜め方向に押圧される第一実施形態に比較して、より確実な電気的接続が得られる。従って、歩留まりが向上し、光スイッチデバイスがより安価に提供される。
【００３４】
＜第三実施形態＞
図８は、本発明の第三実施形態による光スイッチデバイスの断面構造を示している。図８は、第一実施形態に関する図４に対応する断面図であり、電極配線基板と変形可能接続端子の接合後の状態を示している。図８において、図１〜図４に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００３５】
図８に示すように、本実施形態の光スイッチデバイス３００では、駆動制御ユニット３５０は、ＩＣチップ１５２が実装された駆動配線基板３５４を有している。駆動配線基板３５４は、その上を延びている駆動配線３５６を有している。駆動配線３５６はバンプを介してＩＣチップ１５２と電気的に接続され、ＩＣチップ１５２と駆動配線基板３５４の間には接続樹脂１６４が設けられている。
【００３６】
変形可能接続端子３７０は駆動配線基板３５４に設けられており、駆動配線基板３５４から延出している変形可能な片持ちアーム３７２を有している。例えば、駆動配線基板３５４はシリコン基板から作製されており、片持ちアーム３７２はエッチングによって駆動配線基板３５４を部分的に削除して形成されている。片持ちアーム３７２上には、駆動配線基板３５４上を延びている駆動配線３５６が延びている。
【００３７】
ベースユニット３１０は、電極配線基板１４２が所定の位置に設置されたベースプレート３１２と、ベースプレート３１２に設置されたスペーサ３１４とを有している。駆動配線基板３５４はスペーサ３１４に保持され、変形可能接続端子３７０が電極配線基板１４２に対向して配置されている。駆動配線基板３５４は、スペーサ３１４によって所望の高さに配置されている。
【００３８】
駆動配線基板３５４は駆動配線３５６をベースプレート３１２の側に向けて配置され、電極配線基板１４２は電極配線１４６を変形可能接続端子３７０の側に向けて配置され、片持ちアーム３７２の自由端部において、電極配線１４６と駆動配線３５６とが部分的に互いに対向している。電極配線１４６と駆動配線３５６は接合材１８４によって互いに接合されている。
【００３９】
接合材１８４の硬化収縮によって電極配線基板１４２と片持ちアーム３７２に硬化収縮力ｆが加わるが、片持ちアーム３７２が変形することにより、電極配線基板１４２にかかる応力が緩和され、電極配線基板１４２の変形が抑制される。
【００４０】
本実施形態の光スイッチデバイスにおいても、電極配線基板１４２と駆動配線基板３５４とが変形可能接続端子３７０を介して互いに電気的に接続されていることにより、第一実施形態と同様の利点が得られる。
【００４１】
本実施形態においては、電極配線１４６と駆動配線３５６とが部分的に互いに対向しているので、第一実施形態では必要であった接続パッド１７６と貫通配線１７８を設ける必要がなく、これにより第一実施形態と同様の利点を有する光スイッチデバイスを第一実施形態よりも安価に提供できる。
【００４２】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態による光スイッチデバイスを概略的に示している。
【図２】図１に示した光スイッチデバイスの断面構造を示し、電極配線基板と変形可能接続端子の接合前の状態を示している。
【図３】図２に示したIII−III線に沿った光スイッチデバイスの断面を示している。
【図４】図１に示した光スイッチデバイスの断面構造を示し、電極配線基板と変形可能接続端子の接合後の状態を示している。
【図５】本発明の第二実施形態による光スイッチデバイスの駆動配線基板を示している。
【図６】図５に示した変形可能接続端子のVI−VI線に沿った断面を示し、電極配線基板と変形可能接続端子の接合前の状態を示している。
【図７】電極配線基板と変形可能接続端子の接合後の状態における図６に対応する変形可能接続端子の断面を示している。
【図８】本発明の第三実施形態による光スイッチデバイスの断面構造を示している。
【符号の説明】
【００４４】
１００…光スイッチデバイス、１１０…ベースユニット、１１２…ベースプレート、１１４…スペーサ、１３０…ＭＥＭＳミラーユニット、１３２…マイクロミラー基板、１３４…ＭＥＭＳミラー、１３６…ヒンジ部、１４０…中間スペーサ、１４２…電極配線基板、１４４…駆動電極、１４６…電極配線、１５０…駆動制御ユニット、１５２…ＩＣチップ、１５４…駆動配線基板、１５６…駆動配線、１６２…バンプ、１６４…接続樹脂、１７０…変形可能接続端子、１７２…片持ちアーム、１７４…貫通孔、１７６…接続パッド、１７８…貫通配線、１８０…補強膜、１８４…接合材、２５４…駆動配線基板、２５６…駆動配線、２７０…変形可能接続端子、２７２…ヒンジ部、２７４…可動部、２７６…貫通孔、２７８…接続パッド、２８０…貫通配線、２８２…補強膜、２８６…バンプ、２８８…接合材、３００…光スイッチデバイス、３１０…ベースユニット、３１２…ベースプレート、３１４…スペーサ、３５０…駆動制御ユニット、３５４…駆動配線基板、３５６…駆動配線、３７０…変形可能接続端子、３７２…片持ちアーム。
【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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