JP7292469B2 - Actuator device - Google Patents
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Description
本発明は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスとして構成されるアクチュエータ装置に関する。 The present invention relates to an actuator device configured as, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device.
ＭＥＭＳデバイスとして、支持部と、可動部と、可動部が所定の軸線周りに揺動可能となるように、軸線上において可動部を支持部に連結する連結部と、連結部及び支持部上に設けられた配線と、を備えるアクチュエータ装置が知られている。そのようなアクチュエータ装置では、例えば可動部がその共振周波数レベル（数ＫＨｚ～数十ＫＨｚ）で高速に揺動される場合がある。そのような場合、配線が連結部上において金属疲労を起こし、特性の劣化、断線等に繋がるおそれがある。 As a MEMS device, a support section, a movable section, a connection section that connects the movable section to the support section on the axis so that the movable section can swing about a predetermined axis, and the connection section and the support section have Actuator devices are known that include provided wiring. In such an actuator device, for example, the movable portion may be oscillated at high speed at its resonance frequency level (several KHz to several tens of KHz). In such a case, metal fatigue may occur in the wiring on the connection portion, leading to deterioration of characteristics, disconnection, and the like.
上述したような問題を解決するために、高剛性の金属材料により構成される第１配線を連結部上に設け、支持部上の低応力領域において、当該第１配線と低剛性の金属材料により構成される第２配線とを互いに電気的に接続する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
In order to solve the above-described problems, a first wiring made of a highly rigid metal material is provided on the connecting portion, and the first wiring and the low-rigidity metallic material are used in the low-stress region on the supporting portion. A technique for electrically connecting the configured second wiring to each other has been proposed (see
本発明者は、第１配線と第２配線との電気的な接続位置を支持部上に配置することに加え、第１配線と第２配線との電気的な接続構造を工夫することで、連結部及び支持部上に設けられた配線の劣化をより一層抑制し得ることを見出した。 In addition to arranging the electrical connection position between the first wiring and the second wiring on the supporting portion, the inventor devised the electrical connection structure between the first wiring and the second wiring, It has been found that deterioration of the wiring provided on the connection portion and the support portion can be further suppressed.
本発明は、連結部及び支持部上に設けられた配線の劣化を抑制することができるアクチュエータ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an actuator device capable of suppressing deterioration of wiring provided on a connecting portion and a supporting portion.
本発明のアクチュエータ装置は、支持部と、可動部と、可動部が所定の軸線周りに揺動可能となるように、軸線上において可動部を支持部に連結する連結部と、連結部上に設けられた第１配線と、支持部上に設けられた第２配線と、第１配線及び第２配線の一方の配線のうち支持部上に位置する第１接続部分における支持部の反対側の表面を露出させる第１開口を有し、第１接続部分の角を覆う絶縁層と、を備え、第１配線を構成する第１金属材料は、第２配線を構成する第２金属材料よりも剛性が高く、第１配線及び第２配線の他方の配線は、第１開口において第１接続部分の表面に接続されている。 The actuator device of the present invention comprises a supporting portion, a movable portion, a connecting portion for connecting the movable portion to the supporting portion on the axis so that the movable portion can swing about a predetermined axis, and a first wiring provided on the supporting portion; a second wiring provided on the supporting portion; and an insulating layer covering the corners of the first connection portion and having a first opening exposing the surface. The other wiring of the first wiring and the second wiring is connected to the surface of the first connecting portion at the first opening.
このアクチュエータ装置では、連結部上に設けられた第１配線を構成する第１金属材料は、支持部上に設けられた第２配線を構成する第２金属材料よりも剛性が高い。これにより、連結部上に設けられた第１配線の劣化が抑制される。このとき、連結部及び支持部上に設けられた配線全体が高剛性の金属材料により構成されることに起因する支持部の変形（反り等）も抑制される。また、第１配線と第２配線とは、支持部上に位置する第１接続部分において互いに接続されている。これにより、第１接続部分に作用する応力が低減されるため、第１接続部分の劣化が抑制される。更に、絶縁層によって第１接続部分の角が覆われ、第１配線と第２配線とは、絶縁層の第１開口によって露出させられた第１接続部分における支持部の反対側の表面において互いに接続されている。これにより、第１配線から第２配線に作用する応力が絶縁層によって低減されるため、第１金属材料よりも剛性が低い第２金属材料からなる第２配線の劣化が抑制される。よって、このアクチュエータ装置によれば、連結部及び支持部上に設けられた配線の劣化を抑制することができる。 In this actuator device, the first metal material forming the first wiring provided on the connecting portion has higher rigidity than the second metal material forming the second wiring provided on the support portion. This suppresses deterioration of the first wiring provided on the connecting portion. At this time, deformation (warping, etc.) of the supporting portion due to the entire wiring provided on the connecting portion and the supporting portion being made of a highly rigid metal material is also suppressed. Also, the first wiring and the second wiring are connected to each other at the first connecting portion located on the supporting portion. This reduces the stress acting on the first connecting portion, thereby suppressing deterioration of the first connecting portion. Further, the insulating layer covers the corners of the first connecting portion, and the first wiring and the second wiring are mutually connected on the opposite surface of the supporting portion in the first connecting portion exposed by the first opening of the insulating layer. It is connected. As a result, stress acting on the second wiring from the first wiring is reduced by the insulating layer, so deterioration of the second wiring made of the second metal material having lower rigidity than that of the first metal material is suppressed. Therefore, according to this actuator device, it is possible to suppress deterioration of the wiring provided on the connecting portion and the supporting portion.
本発明のアクチュエータ装置では、第１接続部分は、軸線から所定の距離離れていてもよい。この構成によれば、支持部上において他の構成を設けるための領域を確保しつつ、第１接続部分に作用する応力を低減させることができる。 In the actuator device of the present invention, the first connecting portion may be separated from the axis by a predetermined distance. According to this configuration, it is possible to reduce the stress acting on the first connection portion while securing an area for providing other configurations on the support portion.
本発明のアクチュエータ装置では、上記距離は、連結部の最小幅の１／２倍よりも大きくてもよい。この構成によれば、支持部上において他の構成を設けるための領域を確保しつつ、第１接続部分に作用する応力をより一層低減させることができる。 In the actuator device of the present invention, the distance may be greater than half the minimum width of the connecting portion. According to this configuration, it is possible to further reduce the stress acting on the first connecting portion while securing an area for providing other configurations on the supporting portion.
本発明のアクチュエータ装置では、第１配線の断面積は、第２配線の断面積よりも大きくてもよい。この構成によれば、第２金属材料の比抵抗よりも第１金属材料の比抵抗が高い場合でも、第１配線の抵抗値の増大を抑制することができる。 In the actuator device of the present invention, the cross-sectional area of the first wiring may be larger than the cross-sectional area of the second wiring. With this configuration, even when the specific resistance of the first metal material is higher than the specific resistance of the second metal material, it is possible to suppress an increase in the resistance value of the first wiring.
本発明のアクチュエータ装置では、第１配線の幅は、第２配線の幅よりも大きくてもよい。この構成によれば、連結部の捩りが妨げられるのを抑制しつつ、第１配線の断面積を確保して第１配線の抵抗値の増大を抑制することができる。 In the actuator device of the present invention, the width of the first wiring may be greater than the width of the second wiring. According to this configuration, it is possible to suppress an increase in the resistance value of the first wiring by securing the cross-sectional area of the first wiring while suppressing the twisting of the connecting portion.
本発明のアクチュエータ装置では、第１開口は、第１接続部分の角から離れていてもよい。この構成によれば、第１配線から第２配線に作用する応力を確実に低減させることができる。 In the actuator device of the present invention, the first opening may be separated from the corner of the first connecting portion. With this configuration, it is possible to reliably reduce the stress acting on the second wiring from the first wiring.
本発明のアクチュエータ装置では、絶縁層における支持部の反対側の表面のうち第１接続部分の角に対応する領域は、支持部の反対側に向けて凸状に湾曲していてもよい。この構成によれば、第１配線から第２配線に作用する応力をより一層低減させることができる。 In the actuator device of the present invention, a region of the surface of the insulating layer on the opposite side of the supporting portion that corresponds to the corner of the first connecting portion may be convexly curved toward the opposite side of the supporting portion. With this configuration, the stress acting on the second wiring from the first wiring can be further reduced.
本発明のアクチュエータ装置は、可動部に設けられたコイルと、コイルに磁界を作用させる磁界発生部と、可動部上に設けられ、コイルと電気的に接続された第３配線と、を更に備え、絶縁層は、第１配線及び第３配線の一方の配線のうち可動部上に位置する第２接続部分における可動部の反対側の表面を露出させる第２開口を有し、第２接続部分の角を覆っており、第１金属材料は、第３配線を構成する第３金属材料よりも剛性が高く、第１配線及び第３配線の他方の配線は、第２開口において第２接続部分の表面に接続されていてもよい。この構成によれば、連結部及び可動部上に設けられた配線の劣化を抑制することができる。 The actuator device of the present invention further includes a coil provided on the movable portion, a magnetic field generator for applying a magnetic field to the coil, and a third wiring provided on the movable portion and electrically connected to the coil. the insulating layer has a second opening for exposing a surface opposite to the movable portion in a second connection portion of one of the first wiring and the third wiring located on the movable portion; The first metal material has higher rigidity than the third metal material forming the third wiring, and the other wiring of the first wiring and the third wiring is connected to the second connecting portion in the second opening. may be connected to the surface of According to this configuration, it is possible to suppress deterioration of the wiring provided on the connecting portion and the movable portion.
本発明のアクチュエータ装置は、支持部及び可動部を支持する枠部を更に備え、支持部は、軸線と交差する軸線周りに揺動可能となるように、枠部に連結されていてもよい。この構成によれば、互いに交差する二軸のそれぞれの周りに可動部を揺動させることができる。 The actuator device of the present invention may further include a frame that supports the support and the movable portion, and the support may be coupled to the frame so as to be swingable about an axis that intersects the axis. According to this configuration, the movable portion can be swung around two axes that intersect with each other.
本発明のアクチュエータ装置は、可動部に設けられたミラーを更に備えていてもよい。この構成によれば、ミラーを軸線周りに揺動させて、光の走査等に利用することができる。 The actuator device of the present invention may further include a mirror provided on the movable portion. According to this configuration, the mirror can be oscillated about the axis and used for light scanning or the like.
本発明によれば、連結部及び支持部上に設けられた配線の劣化を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress deterioration of the wiring provided on the connecting portion and the supporting portion.
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for the same or corresponding elements, and overlapping descriptions are omitted.
図１及び図２に示されるように、アクチュエータ装置１は、ミラー２と、磁界発生部３と、枠部４と、支持部５と、可動部６と、一対の連結部７と、一対の連結部８と、を備えている。アクチュエータ装置１は、互いに直交する第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２のそれぞれの周りにミラー２を揺動させるＭＥＭＳデバイスとして構成されている。このようなアクチュエータ装置１は、例えば光通信用光スイッチ又は光スキャナ等に用いられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ミラー２は、金属膜により構成された光反射膜である。ミラー２は、平面視において（少なくとも支持部５、可動部６及び一対の連結部７が配置される平面と直交する方向から見た場合に）円形状を呈している。ミラー２を構成する金属材料は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）等である。
The mirror 2 is a light reflecting film made of a metal film. The
磁界発生部３は、矩形状の平板であり、一対の主面を有している。磁界発生部３は、支持部５に設けられたコイル１１及び可動部６に設けられたコイル１２（コイル１１，１２については後述する）に磁界を作用させる。磁界発生部３は、例えば永久磁石等により構成されている。磁界発生部３における磁極の配列は、例えばハルバッハ配列である。
The
枠部４は、平面視において矩形状を呈する平板状の枠体である。枠部４は、磁界発生部３の一方の主面上に配置されている。枠部４は、一対の連結部７を介して、支持部５、可動部６及びミラー２等を支持している。各連結部７は、支持部５が第１軸線Ｘ１周りに揺動可能となるように、第１軸線Ｘ１上において支持部５を枠部４に連結している。つまり、各連結部７は、トーションバーとして機能する。各連結部７は、強度の向上及び捩りばね定数の調整の容易化のために、平面視において蛇行形状を呈している。
The
支持部５は、平面視において矩形状を呈する平板状の枠体であり、枠部４の内側に位置している。支持部５は、磁界発生部３の一方の主面と対向し且つ磁界発生部３の一方の主面から離間するように配置されている。支持部５は、一対の連結部８を介して、可動部６及びミラー２等を支持している。各連結部８は、可動部６が第２軸線Ｘ２周りに揺動可能となるように、第２軸線Ｘ２上において可動部６を支持部５に連結している。つまり、各連結部８は、トーションバーとして機能する。
The
図３に示されるように、各連結部８は、平面視において略矩形状を呈する平板状の部材であり、第２軸線Ｘ２に沿って延在している。各連結部８における可動部６側の端部８ａは、可動部６に近づくほど幅が増加している。ここで、連結部８の幅とは、平面視において第２軸線Ｘ２と直交する方向における連結部８の長さをいう。連結部８が少なくとも一方の端部において拡幅されて支持部５又は可動部６に連結されている場合、連結部８は、例えば、その幅が最小幅Ｗ０の１．５倍となるまでの領域である。図３では、連結部８と支持部５との境界Ｂ、及び連結部８と可動部６との境界Ｂが二点鎖線で示されている。なお、連結部８は、支持部５に対する可動部６の揺動時に作用する応力が最大応力の２／３倍となるまでの領域であってもよい。
As shown in FIG. 3, each connecting
図１及び図２に示されるように、可動部６は、平面視において矩形状を呈する平板状の枠体であり、支持部５の内側に位置している。可動部６は、磁界発生部３の一方の主面と対向し且つ磁界発生部３の一方の主面から離間するように配置されている。可動部６の内側には、平面視において円形状を呈する配置部９が設けられている。ミラー２は、配置部９上に配置されている。つまり、ミラー２は、可動部６に設けられている。枠部４、支持部５、可動部６、一対の連結部７及び一対の連結部８は、例えばシリコン（Ｓｉ）により一体に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2 , the
アクチュエータ装置１は、図２に示されるように、支持部５に設けられたコイル１１と、可動部６に設けられたコイル１２と、を更に備えている。コイル１１は支持部５に埋設されており、コイル１２は可動部６に埋設されている。各コイル１１，１２は、例えば銅（Ｃｕ）等の金属材料により構成されている。なお、図２では、理解を容易にするために各配線が実線で示されているが、コイル１１，１２等の各配線は、実際には後述する絶縁層５２及び／又は絶縁層５３によって覆われている。
The
コイル１１は、平面視においてスパイラル状に複数周回巻回されている。コイル１１の内側端部には、配線１４ａの一端が電気的に接続されている。コイル１１の外側端部には、配線１４ｂの一端が電気的に接続されている。各配線１４ａ，１４ｂは、例えばアルミニウム等の金属材料により構成されている。各配線１４ａ，１４ｂは、一方の連結部７上に設けられ、支持部５から枠部４に至っている。配線１４ａの他端は、支持部５に設けられた電極１５ａと電気的に接続されており、配線１４ｂの他端は、支持部５に設けられた電極１５ｂと電気的に接続されている。各電極１５ａ，１５ｂは、制御回路等と電気的に接続される。配線１４ａは、コイル１１の上方を通るようにコイル１１と立体的に交差している。
The
コイル１２は、平面視においてスパイラル状に複数周回巻回されている。コイル１２の内側端部には、配線１６ａの一端が電気的に接続されている。コイル１２の外側端部には、配線１６ｂの一端が電気的に接続されている。各配線１６ａ，１６ｂは、一対の連結部８、支持部５及び他方の連結部７上に設けられ、可動部６から枠部４に至っている。配線１６ａの他端は、支持部５に設けられた電極１７ａと電気的に接続されており、配線１６ｂの他端は、支持部５に設けられた電極１７ｂと電気的に接続されている。各電極１７ａ，１７ｂは、制御回路等と電気的に接続される。配線１６ａは、コイル１２の上方を通るようにコイル１２と立体的に交差している。
The
各配線１６ａ，１６ｂは、各連結部８上に設けられた第１配線２１と、支持部５上に設けられた第２配線３１と、可動部６上に設けられた第３配線４１と、を有している。以下、図３、図４及び図５を参照しつつ、一方の連結部８の近傍における第１配線２１、第２配線３１及び第３配線４１の構成について説明する。他方の連結部８の近傍における第１配線２１等の構成は、一方の連結部８の近傍における第１配線２１等の構成と同様であるため、その説明を省略する。なお、図３では、後述する絶縁層５２（図４及び図５参照）が省略されている。
Each
第１配線２１は、第１金属材料により構成されている。第１配線２１は、支持部５、連結部８及び可動部６上にわたって設けられている。第１配線２１は、第１部分２２と、第２部分２３と、第３部分２４と、を有している。第１部分２２は、支持部５、連結部８及び可動部６上において第２軸線Ｘ２に沿って延在している。第２部分２３は、支持部５上において第１部分２２の支持部５側の端部から他方の連結部７側に延在している。第３部分２４は、可動部６上において第１部分２２の可動部６側の端部から一方の連結部７側に延在している。第１部分２２の延在方向と第２部分２３の延在方向とは互いに直交しており、第１部分２２の延在方向と第３部分２４の延在方向とは互いに直交している。
The
第１配線２１は、支持部５上の端部に位置する第１接続部分２５において第２配線３１と電気的に接続されている。第１配線２１は、可動部６上の端部に位置する第２接続部分２６において第３配線４１と電気的に接続されている。第１接続部分２５は、第２軸線Ｘ２から所定の距離Ｄ１離れている。距離Ｄ１は、連結部８の最小幅Ｗ０の１／２倍よりも大きい。第２接続部分２６は、第２軸線Ｘ２から所定の距離Ｄ２離れている。距離Ｄ２は、連結部８の最小幅Ｗ０の１／２倍よりも大きい。第１部分２２、第２部分２３及び第３部分２４は、互いに同一の幅を有している。第１配線２１の幅Ｗ１は、連結部８の最小幅Ｗ０の１／２倍以上であり、この例では２／３倍以上である。ここで、第１配線２１の幅Ｗ１とは、平面視において第１配線２１の延在方向と直交する方向における第１配線２１の長さをいう。第１部分２２については、平面視において第２軸線Ｘ２と直交する方向における第１部分２２の長さをいう。なお、第１配線２１の幅Ｗ１は、例えば５０～１００μｍ程度である。
The
第２配線３１は、第２金属材料により構成されている。第２配線３１の一端は、第１配線２１と電気的に接続されている。第２配線３１の他端は、電極１７ａと電気的に接続されている。第２配線３１の一端には、他の部分よりも拡幅された拡幅部３２が設けられている。第２配線３１は、拡幅部３２において第１配線２１の第１接続部分２５と電気的に接続されている。
The
第３配線４１は、第３金属材料により構成されている。第３配線４１の一端は、第１配線２１と電気的に接続されている。第３配線４１の他端は、コイル１２と電気的に接続されている。第３配線４１の一端には、他の部分よりも拡幅された拡幅部４２が設けられている。第３配線４１は、拡幅部４２において第１配線２１の第２接続部分２６と電気的に接続されている。
The
第１配線２１を構成する第１金属材料は、第２配線３１を構成する第２金属材料よりも剛性が高い。第１配線２１を構成する第１金属材料は、第３配線４１を構成する第３金属材料よりも剛性が高い。換言すれば、第２配線３１を構成する第２金属材料は、第１配線２１を構成する第１金属材料よりも剛性が低い。第３配線４１を構成する第３金属材料は、第１配線２１を構成する第１金属材料よりも剛性が低い。第１金属材料と第２金属材料との組合せの例としては、タングステン（Ｗ）（第１金属材料）とアルミニウム（第２金属材料）との組合せ、タングステン（第１金属材料）と銅（第２金属材料）との組合せ、タングステン（第１金属材料）と金（第２金属材料）との組合せ等がある。第１金属材料と第３金属材料との組合せの例としては、タングステン（Ｗ）（第１金属材料）とアルミニウム（第３金属材料）との組合せ、タングステン（第１金属材料）と銅（第３金属材料）との組合せ、タングステン（第１金属材料）と金（第３金属材料）との組合せ等がある。第１金属材料は、アルミニウム合金（ＡＬ－Ｃｕ等）、ニッケル（Ｎｉ）、又はプラチナ（Ｐｔ）等であってもよい。
The first metal material forming the
アクチュエータ装置１では、第１配線２１の幅Ｗ１は、第２配線３１の幅Ｗ２及び第３配線４１の幅Ｗ３のそれぞれよりも大きい。第１配線２１の厚さは、第２配線３１の厚さ及び第３配線４１の厚さのそれぞれと互いに等しい。したがって、第１配線２１の断面積は、第２配線３１の断面積及び第３配線４１の断面積のそれぞれよりも大きい。ここで、第２配線３１の幅Ｗ２とは、平面視において第２配線３１の延在方向と直交する方向における第２配線３１（拡幅部３２を除く）の長さをいう。第３配線４１の幅Ｗ３とは、平面視において第３配線４１の延在方向と直交する方向における第３配線４１（拡幅部４２を除く）の長さをいう。第１配線２１の断面積とは、第１配線２１の延在方向と直交する断面の面積をいう。第２配線３１の断面積とは、第２配線３１の延在方向と直交する断面の面積をいう。第３配線４１の断面積とは、第３配線４１の延在方向と直交する断面の面積をいう。なお、第２配線３１の幅は、例えば５～１０μｍ程度である。
In the
図４に示されるように、アクチュエータ装置１は、絶縁層５１，５２，５３を更に備えている。各絶縁層５１，５２，５３は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。
As shown in FIG. 4 , the
絶縁層５１は、枠部４、支持部５、可動部６、一対の連結部７及び一対の連結部８の表面に設けられている。第１配線２１は、絶縁層５１上に設けられている。つまり、第１配線２１は、絶縁層５１を介して支持部５上に設けられている。
The insulating
絶縁層５２は、第１配線２１を覆うように絶縁層５１上に設けられている。絶縁層５２は、枠部４、支持部５、可動部６、一対の連結部７及び一対の連結部８上にわたって設けられている。絶縁層５２は、第１接続部分２５における支持部５の反対側の表面２５ａを露出させる第１開口５２ａを有している。第１開口５２ａは、平面視において円形状を呈する穴である。第１開口５２ａは、第１接続部分２５の角２５ｂから所定の距離離れている。絶縁層５２は、第１接続部分２５の角２５ｂを覆っている。絶縁層５２における支持部５の反対側の表面のうち角２５ｂに対応する領域５３ｄは、支持部５の反対側に向けて凸状に湾曲している。ここで、第１接続部分２５の角２５ｂとは、第１接続部分２５における表面２５ａの外縁に沿った部分（第１接続部分２５において少なくとも２つの表面が交差する部分）をいう。
The insulating
第２配線３１は、絶縁層５２上に設けられている。つまり、第２配線３１は、絶縁層５１，５２を介して支持部５上に設けられている。第２配線３１の拡幅部３２は、第１開口５２ａを覆うように、第１接続部分２５に乗り上げている。拡幅部３２の一部３２ａは、第１開口５２ａ内に配置され、第１開口５２ａにおいて第１接続部分２５の表面２５ａと接続されている。拡幅部３２は、支持部５の反対側の表面において第１開口５２ａと対応する位置に、凹部３２ｂを有している。凹部３２ｂは、第２配線３１の形成時に拡幅部３２の一部３２ａが第１開口５２ａ内に入り込むことにより形成される。
The
第１配線２１と第３配線４１との電気的な接続構造は、上述した第１配線２１と第２配線３１との電気的な接続構造と同様である。すなわち、図３に示されるように、絶縁層５２は、第２接続部分２６における可動部６の反対側の表面２６ａを露出させる第２開口５２ｂを有している。第２開口５２ｂは、平面視において円形状を呈する穴である。第２開口５２ｂは、第２接続部分２６の角２６ｂから所定の距離離れている。絶縁層５２は、第２接続部分２６の角２６ｂを覆っている。絶縁層５２における可動部６の反対側の表面のうち角２６ｂに対応する領域は、可動部６の反対側に向けて凸状に湾曲している。ここで、第２接続部分２６の角２６ｂとは、第２接続部分２６における表面２６ａの外縁に沿った部分（第２接続部分２６において少なくとも２つの表面が交差する部分）をいう。
The electrical connection structure between the
第３配線４１は、絶縁層５２上に設けられている。つまり、第３配線４１は、絶縁層５１，５２を介して可動部６上に設けられている。第３配線４１の拡幅部４２は、第２開口５２ｂを覆うように、第２接続部分２６に乗り上げている。拡幅部４２の一部は、第２開口５２ｂ内に配置され、第２開口５２ｂにおいて第２接続部分２６の表面２６ａに接続されている。拡幅部４２は、支持部５の反対側の表面において第２開口５２ｂと対応する位置に、凹部を有している。当該凹部は、第３配線４１の形成時に拡幅部４２の一部が第２開口５２ｂ内に入り込むことにより形成される。
The
絶縁層５３は、第２配線３１及び第３配線４１を覆うように、絶縁層５２上に設けられている。絶縁層５３は、枠部４、支持部５、可動部６、一対の連結部７及び一対の連結部８上にわたって設けられている。絶縁層５３は、支持部５の反対側の表面において第１開口５２ａと対応する位置に、凹部５３ａを有している。凹部５３ａは、絶縁層５３の形成時に絶縁層５３の一部が凹部３２ｂ内に入り込むことにより形成される。絶縁層５３は、支持部５の反対側の表面において第２開口５２ｂと対応する位置に、凹部を有している。絶縁層５３の当該凹部は、絶縁層５３の形成時に絶縁層５３の一部が拡幅部４２の凹部内に入り込むことにより形成される。
The insulating
図５に示されるように、可動部６には、コイル１２に対応する形状を呈する溝部５５が設けられている。溝部５５の内面には、絶縁層５１が設けられている。溝部５５内の絶縁層５１上には、シード層５６が設けられている。シード層５６は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）により構成されている。コイル１２は、絶縁層５１及びシード層５６を介して溝部５５内に配置されている。コイル１２は、例えばダマシン法によって溝部５５内に例えば銅等の金属材料を埋め込むことにより形成される。絶縁層５２は、溝部５５内に配置されたコイル１２を覆うように設けられている。第３配線４１は、コイル１２の内側端部を露出させるように絶縁層５２に設けられた開口を介して、コイル１２と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 5 , the
コイル１２の形成過程において、コイル１２における絶縁層５２側の表面とシード層５６との境界に沿って溝部１３が形成される。絶縁層５２は、可動部６の反対側の表面において溝部１３と対応する位置に、溝部５２ｃを有している。溝部５２ｃは、絶縁層５２の形成時に絶縁層５２の一部が溝部１３内に入り込むことにより形成される。第３配線４１は、可動部６の反対側の表面において溝部１２ａと対応する位置に、溝部４１ａを有している。溝部４１ａは、第３配線４１の形成時に第３配線４１の一部が溝部５２ｃ内に入り込むことにより形成される。絶縁層５３は、可動部６の反対側の表面において溝部１２ａと対応する位置に、溝部５３ｂを有している。溝部５３ｂは、絶縁層５３の形成時に絶縁層５３の一部が溝部４１ａ内に入り込むことにより形成される。
In the process of forming the
アクチュエータ装置１では、コイル１１に電流が流れると、磁界発生部３で生じる磁界により、コイル１１内を流れる電子に所定の方向にローレンツ力が生じる。これにより、コイル１１は所定の方向に力を受ける。このため、コイル１１に流れる電流の向き又は大きさ等を制御することで、支持部５を第１軸線Ｘ１周りに揺動させることができる。同様に、コイル１２に流れる電流の向き又は大きさ等を制御することで、可動部６を第２軸線Ｘ２周りに揺動させることができる。よって、コイル１１及びコイル１２の電流の向き又は大きさ等をそれぞれ制御することにより、互いに直交する第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２それぞれの周りにミラー２を揺動させることができる。また、可動部６の共振周波数に対応する周波数の電流をコイル１２に流すことで、可動部６を共振周波数レベルで高速に揺動させることもできる。
In the
以上説明したアクチュエータ装置１では、連結部８上に設けられた第１配線２１を構成する第１金属材料は、支持部５上に設けられた第２配線３１を構成する第２金属材料よりも剛性が高い。これにより、連結部８上に設けられた第１配線２１の劣化が抑制される。このとき、連結部８及び支持部５上に設けられた配線全体が高剛性の第１金属材料により構成されることに起因する支持部５の変形（反り等）も抑制される。また、第１配線２１と第２配線３１とは、支持部５上に位置する第１接続部分２５において互いに接続されている。これにより、第１接続部分２５に作用する応力が低減され、第１接続部分２５の劣化が抑制される。更に、アクチュエータ装置１では、絶縁層５２によって第１接続部分２５の角２５ｂが覆われ、第１配線２１と第２配線３１とは、絶縁層５２の第１開口５２ａによって露出させられた第１接続部分２５における支持部５の反対側の表面２５ａにおいて互いに接続されている。これにより、第１配線２１から第２配線３１に作用する応力が絶縁層５２によって低減されるため、第１金属材料よりも剛性が低い第２金属材料からなる第２配線３１の劣化が抑制される。よって、アクチュエータ装置１によれば、連結部８及び支持部５上に設けられた配線１６ａ，１６ｂの劣化を抑制することができる。また、第１配線２１と第２配線３１とが直接に接続されているため、連結部８及び支持部５上に設けられた配線１６ａ，１６ｂの低抵抗化を図ることができる。
In the
アクチュエータ装置１では、第１接続部分２５は、第２軸線Ｘ２から所定の距離Ｄ離れている。これにより、支持部５上において他の構成（例えば、コイル１１）を設けるための領域を確保しつつ、第１接続部分２５に作用する応力を低減させることができる。すなわち、第１接続部分２５と連結部８との間の第２軸線Ｘ２に沿っての距離を確保することにより第１接続部分２５に作用する応力を低減させる場合と比較して、支持部５上において他の構成を設けるための領域を確保することができる。
In the
アクチュエータ装置１では、距離Ｄは、連結部８の最小幅Ｗ０の１／２倍よりも大きい。これにより、支持部５上において他の構成を設けるための領域を確保しつつ、第１接続部分２５に作用する応力をより一層低減させることができる。
In the
アクチュエータ装置１では、第１配線２１の断面積は、第２配線３１の断面積よりも大きい。これにより、第２配線３１を構成する第２金属材料の比抵抗よりも第１配線２１を構成する第１金属材料の比抵抗は高いとしても、第１配線２１の抵抗値の増大を抑制することができる。
In the
アクチュエータ装置１では、第１配線２１の幅は、第２配線３１の幅よりも大きい。これにより、連結部８の捩りが妨げられるのを抑制しつつ、第１配線２１の断面積を確保して第１配線２１の抵抗値の増大を抑制することができる。
In the
アクチュエータ装置１では、第１開口５２ａは、第１接続部分２５の角２５ｂから離れている。これにより、第１配線２１から第２配線３１に作用する応力を確実に低減させることができる。
In the
アクチュエータ装置１では、絶縁層５２における支持部５の反対側の表面のうち角２５ｂに対応する領域５３ｄは、支持部の反対側に向けて凸状に湾曲している。これにより、第１配線２１から第２配線３１に作用する応力をより一層低減させることができる。
In the
アクチュエータ装置１では、連結部８上に設けられた第１配線２１を構成する第１金属材料は、可動部６上に設けられた第３配線４１を構成する第３金属材料よりも剛性が高い。また、第１配線２１と第３配線４１とは、可動部６上に位置する第２接続部分２６において互いに接続されている。更に、絶縁層５２によって第２接続部分２６の角２６ｂが覆われ、第１配線２１と第３配線４１とは、絶縁層５２の第２開口５２ｂによって露出させられた第２接続部分２６における可動部６の反対側の表面２６ａにおいて互いに接続されている。よって、連結部８及び可動部６上に設けられた配線１６ａ，１６ｂの劣化を抑制することができる。
In the
アクチュエータ装置１では、支持部５及び可動部６を支持する枠部４を更に備え、支持部５は、第２軸線Ｘ２と直交する第１軸線Ｘ１周りに揺動可能となるように、枠部４に連結されている。これにより、互いに直交する二軸のそれぞれの周りに可動部６を揺動させることができる。
The
アクチュエータ装置１は、可動部６に設けられたミラー２を更に備えている。これにより、ミラー２を第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２のそれぞれの周りに揺動させて、光の走査等に利用することができる。
The
アクチュエータ装置１では、第２配線３１は、第１配線２１のうち支持部５上に位置する第１接続部分２５における支持部５の反対側の表面２５ａに接続されている。これにより、第１配線２１から第２配線３１に作用する応力が支持部５の反対側に逃がされるため、第１金属材料よりも剛性が低い第２金属材料からなる第２配線３１の劣化が抑制される。すなわち、第２配線３１の端部が第１配線２１と支持部５との間に挟まれる場合のように、第２配線３１から第１配線２１に作用する応力と支持部５からの反力とが第２配線３１の端部に集中的に作用してしまうことが回避される。これによっても、アクチュエータ装置１によれば、連結部８及び支持部５上に設けられた配線１６ａ，１６ｂの劣化を抑制することができる。
In the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、図６に示される第１変形例のように、第２配線３１が、支持部５上の端部に位置する第１接続部分３３において第１配線２１と電気的に接続されていてもよい。第１変形例では、第２配線３１は、絶縁層５１上に設けられている。絶縁層５２は、第２配線３１を覆うように絶縁層５１上に設けられている。絶縁層５２は、第１接続部分３３における支持部５の反対側の表面３３ａを露出させる第１開口５２ａを有している。絶縁層５２は、第１接続部分３３の角３３ｂを覆っている。絶縁層５２における支持部５の反対側の表面のうち角２５ｂに対応する領域５３ｄは、支持部５の反対側に向けて凸状に湾曲している。第１配線２１は、絶縁層５２上に設けられている。第１配線２１における第２部分２３の先端部は、第１開口５２ａを覆うように、第１接続部分３３に乗り上げている。第２部分２３の一部２３ａは、第１開口５２ａ内に配置され、第１開口５２ａにおいて第１接続部分３３の表面３３ａと接続されている。このような第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、連結部８及び支持部５上に設けられた配線１６ａ，１６ｂの劣化を抑制することができる。また、第１変形例と同様に、第３配線４１が、可動部６上の端部に位置する第２接続部分２６において第１配線２１と電気的に接続されていてもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, as in the first modification shown in FIG. 6, even if the
図７に示される第２変形例のように、絶縁層５１に代えて拡散層５８が設けられていてもよい。拡散層５８は、支持部５、可動部６及び一対の連結部８の表面において、第１配線２１と接触する領域に設けられている。拡散層５８は、例えば、ｎ型のシリコン基板の表面にｐ型の不純物が拡散されることにより形成された拡散領域である。このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、連結部８及び支持部５上に設けられた配線１６ａ，１６ｂの劣化を抑制することができる。また、第２変形例によれば、拡散層５８が第１配線２１の一部として機能することから、拡散層５８での絶縁を確保しつつ、連結部８及び支持部５上に設けられた配線１６ａ，１６ｂの低抵抗化を図ることができる。更に、第１金属材料がタングステンである場合、タングステンは拡散層５８に付着し易いことから、第１配線２１を連結部８上に安定的に設けることができる。
A
図８に示される第３変形例のように、各連結部８における支持部５側の端部８ｂは、支持部５に近づくほど幅が増加していてもよい。図８では、連結部８と支持部５との境界Ｂ、及び連結部８と可動部６との境界Ｂが二点鎖線で示されている。このような第３変形例によっても、上記実施形態と同様に、連結部８及び支持部５上に設けられた配線１６ａ，１６ｂの劣化を抑制することができる。
As in the third modification shown in FIG. 8 , the width of the
上記実施形態において、第１配線２１、第２配線３１及び第３配線４１は、連結部８だけでなく連結部７にも設けられてもよい。この場合、第１配線２１が連結部７上に設けられ、第２配線３１が枠部４上に設けられて電極１５ａ，１５ｂ又は電極１７ａ，１７ｂと電気的に接続され、第３配線４１が支持部５上に設けられてコイル１１又は上記実施形態の第２配線３１と電気的に接続される。連結部７は、直線状であってもよい。連結部８は、可動部６が第２軸線Ｘ２周りに揺動可能となるように、第２軸線Ｘ２上において可動部６を支持部５に連結していればよく、任意の形状であってよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、絶縁層５２は、枠部４上、支持部５上、可動部６上、一対の連結部７上及び一対の連結部８上にわたって設けられていたが、少なくとも第１配線２１と第２配線３１又は第３配線４１との間に介在するように設けられていればよい。第１開口５２ａ及び第２開口５２ｂの形状は、円形状に限られない。第１開口５２ａ及び第２開口５２ｂは、例えば矩形状又は菱形状等を呈していてもよい。また、第１開口５２ａ及び第２開口５２ｂは、例えば第２部分２３又は第３部分２４の延在方向にも開口する切り欠き形状を呈していてもよい。
In the above-described embodiment, the insulating
第１開口５２ａの一部は、第１接続部分２５の角２５ｂに接していてもよい。この構成によっても、角２５ｂが絶縁層５２により覆われるので、上記実施形態と同様に、第１配線２１から第２配線３１に作用する応力を低減させることができる。第２開口５２ｂの一部は、第２接続部分２６の角２６ｂに接していてもよい。この構成によっても、角２６ｂが絶縁層５２により覆われるので、上記実施形態と同様に、第１配線２１から第２配線３１に作用する応力を低減させることができる。絶縁層５２における支持部５の反対側の表面のうち角２５ｂに対応する領域は、凸状に湾曲していなくてもよく、例えば平面状であってもよい。この構成によっても、上記実施形態と同様に、第１配線２１から第２配線３１に作用する応力を低減させることができる。絶縁層５２における可動部６の反対側の表面のうち角２６ｂに対応する領域は、凸状に湾曲していなくてもよく、例えば平面状であってもよい。この構成によっても、上記実施形態と同様に、第１配線２１から第２配線３１に作用する応力を低減させることができる。
A portion of the
第１接続部分２５は、第２軸線Ｘ２から所定の距離離れていればよく、連結部８の最小幅Ｗ０の１／２倍よりも大きい距離Ｄ１離れていなくてもよい。同様に、第２接続部分２６は、第２軸線Ｘ２から所定の距離離れていればよく、連結部８の最小幅Ｗ０の１／２倍よりも大きい距離Ｄ２離れていなくてもよい。第２配線３１には拡幅部３２が設けられなくてもよく、第３配線４１には拡幅部４２が設けられなくてもよい。第３配線４１は、金属材料からなる他の部材を介してコイル１２と電気的に接続されてもよい。
The
第１配線２１において、第１部分２２と第２部分２３又は第３部分２４とは、垂直以外の角度で交差してもよい。あるいは、第１配線２１の全体が連結部の延在方向に沿って真っ直ぐに延在していてもよい。この場合、第１接続部分２５は第２軸線Ｘ２上に位置する。第１部分２２、第２部分２３、及び第３部分２４は、互いに同一の幅を有しなくてもよい。この場合、第１配線２１の幅とは、第１部分２２、第２部分２３及び第３部分２４における最小幅又は最大幅をいう。
In the
第１配線２１の断面積が第２配線３１の断面積よりも大きければよく、第１配線２１の幅Ｗ１は第２配線３１の幅Ｗ２よりも小さくてもよい。例えば、第１配線２１の厚さが第２配線３１の厚さよりも大きいことにより、第１配線２１の断面積が第２配線３１の断面積よりも大きくてもよい。ただし、連結部８の捩りが妨げられるのを抑制することができる点、及び製造を容易化できる点で、上記実施形態の方が好ましい。同様に、第１配線２１の断面積が第３配線４１の断面積よりも大きければよく、第１配線２１の幅Ｗ１は第３配線４１の幅Ｗ３よりも小さくてもよい。第１配線２１の断面積は、第２配線３１又は第３配線４１の断面積以下であってもよい。
The cross-sectional area of the
アクチュエータ装置１は、ミラー２以外を駆動するものであってもよい。ミラー２の形状は、円形状に限られない。ミラー２は、例えば矩形状又は菱形状等を呈していてもよい。上記実施形態では、ミラー２の揺動（駆動）は、電磁力によって行われているが、例えば圧電素子によって行われてもよい。この場合、コイル１１，１２に代えて、圧電素子に電圧を印加するための配線が設けられる。磁界発生部３は省略されてもよい。
The
第１軸線Ｘ１と第２軸線Ｘ２とは、直交していなくてもよく、互いに交差していればよい。アクチュエータ装置１は、第２軸線Ｘ２の周りのみに揺動させるものであってもよい。この場合、枠部４及び連結部７は省略されてもよく、制御回路等との電気的な接続のための電極は支持部５に設けられてもよい。連結部８は、その幅が最小幅Ｗ０の２倍となるまでの領域であってもよい。あるいは、連結部８は、支持部５に対する可動部６の揺動時に作用する応力が最大応力の１／２倍となるまでの領域であってもよい。
The first axis X1 and the second axis X2 do not have to be orthogonal, and may intersect each other. The
１…アクチュエータ装置、２…ミラー、３…磁界発生部、４…枠部、５…支持部、６…可動部、８…連結部、１２…コイル、２１…第１配線、２５，３３…第１接続部分、２５ａ，３３ａ…表面、２５ｂ，３３ｂ…角、２６…第２接続部分、２６ａ…表面、２６ｂ…角、３１…第２配線、４１…第３配線、５２…絶縁層、５２ａ…第１開口、５２ｂ…第２開口。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
可動部と、
前記可動部が所定の軸線周りに揺動可能となるように、前記軸線上において前記可動部を前記支持部に連結する連結部と、
前記連結部に設けられた第１配線と、
前記可動部に設けられ、コイルを含む第２配線と、
前記第１配線及び前記第２配線の一方の配線のうち前記可動部に位置する第１接続部分における前記可動部の反対側の表面を露出させる第１開口を有する絶縁層と、を備え、
前記第１配線を構成する第１金属材料は、前記第２配線を構成する第２金属材料よりも剛性が高く、
前記第１配線及び前記第２配線の他方の配線は、前記第１開口において前記第１接続部分の前記表面に接続されており、
前記連結部における前記可動部側の端部の幅は、前記可動部に近づくほど増加している、アクチュエータ装置。 a support;
a movable part;
a connecting portion that connects the movable portion to the support portion on the axis so that the movable portion can swing about a predetermined axis;
a first wiring provided in the connecting portion;
a second wiring provided in the movable portion and including a coil;
an insulating layer having a first opening that exposes a surface of one of the first wiring and the second wiring, which is located on the movable section, on the opposite side of the movable section in a first connecting portion;
a first metal material forming the first wiring has higher rigidity than a second metal material forming the second wiring;
the other wiring of the first wiring and the second wiring is connected to the surface of the first connection portion at the first opening,
The actuator device according to claim 1, wherein a width of an end portion of the connecting portion on the side of the movable portion increases toward the movable portion.
前記第２絶縁層における前記可動部の反対側の表面のうち、前記第１配線及び前記第２配線の前記他方の配線の角に対応する領域は、前記可動部の反対側に向けて凸状に湾曲している、請求項１～１２のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。 a second insulating layer covering the other wiring of the first wiring and the second wiring, and the insulating layer;
On the surface of the second insulating layer opposite to the movable portion, a region corresponding to a corner of the other of the first wiring and the second wiring is convex toward the opposite side of the movable portion. 13. The actuator device according to any one of claims 1 to 12, which is curved in an upward direction.
前記支持部は、前記軸線と交差する軸線周りに揺動可能となるように、前記枠部に連結されている、請求項１～１５のいずれか一項記載のアクチュエータ装置。
Further comprising a frame portion that supports the support portion and the movable portion,
16. The actuator device according to any one of claims 1 to 15, wherein said support portion is connected to said frame portion so as to be swingable about an axis intersecting said axis.
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