[发明专利]微振荡元件及微振荡元件阵列

说明书

本申请是申请人为“富士通株式会社”、申请日为2005年11月18日、中请号为200510125085.7、发明名称为“微振荡元件”的申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及一种包括能够旋转位移的振荡部件的微振荡元件。更具体地，本发明例如涉及微镜元件、加速传感器、角速度传感器以及振动元件。

背景技术

近年来，具有通过显微机械加工技术形成的显微结构的元件已经广泛应用于各种技术领域。例如，在光通信技术领域，具有光反射功能的微小的微镜元件已受到关注。

在光通信中，利用光纤作为介质来传送光信号，并且通常使用光切换装置将光信号的传输路径从一根光纤切换到另一根光纤。为实现良好的光通信，光切换装置在切换操作期间所需的特性包括大容量、高速率以及高可靠性。考虑到这些方面，迫切需要合并有利用显微机械加工技术制造的微镜元件的光切换装置。微镜元件能够在光切换装置中的输入侧光传输路径和输出侧光传输路径之间进行切换处理，而不需将光信号转换成电信号，从而适用于实现上述列举的那些特性。

微镜元件包括用于反射光的镜表面，并且能够通过使镜表面振荡来改变光被反射的方向。在许多装置中采用静电微镜元件，其利用静电力来使镜表面倾斜。静电微镜元件可分成两种主要类型，即由所谓的表面显微机械加工技术制造的静电微镜元件，以及由所谓的体块(bulk)显微机械加工技术制造的静电微镜元件。

在表面显微机械加工技术中，将对应于每个构成区域的材料薄膜加工成所需的图案，并且连续层叠这些图案以形成构成元件的各个区域，比如支撑和固定部分、振荡部件、镜表面和电极部分，以及在后续阶段被去除的牺牲层。另一方面，在体块显微机械加工技术中，材料衬底被自蚀刻，以将固定和支撑部分、振荡部件等形成为所需的形状，在其上利用薄膜形成镜表面和电极。例如，在日本待审专利申请H9-146032、日本待审专利申请公开H9-146034、日本待审专利申请公开H10-190007、以及日本待审专利申请公开2000-31502中描述了体块显微机械加工技术。

微镜元件所需的一个技术项是用于反射光的镜表面具有高的平坦度。但是，利用表面显微机械加工技术，最终形成的镜表面很薄，因此容易产生弯曲。由此，难以在较大表面积的镜表面上实现高平坦度。与之相反，利用体块显微机械加工技术，通过蚀刻技术将相对较厚的材料衬底本身进行切割以形成镜支撑部分，并且在镜支撑部分上设置镜表面。由此即使对于较大表面积的镜表面也能够确保其硬度。结果，能够形成具有足够高的光平坦度的镜表面。

图32是按照体块显微机械加工技术制造的传统微镜元件X6的局部透视图。微镜元件X6包括：镜支撑部分61，在其上面设置镜表面64；框架62(图中局部省略)；以及一对扭杆63，其连接镜支撑部分61和框架62。在镜支撑部分61的一对端部上形成梳齿电极61a、61b。在框架62上对应于梳齿电极61a、61b形成一对向内延伸的梳齿电极62a、62b。所述一对扭杆63限定镜支撑部分61相对于框架62的振荡操作的振荡轴A6。

在以这种方式构成的微镜元件X6中，彼此邻近地设置的用于产生驱动力(静电吸引力)的一组梳齿电极，例如梳齿电极61a和62a，在没有施加电压时排列成两层，如图33A所示。但是，当施加预定电压时，梳齿电极61a会朝着梳齿电极62a吸引，如图33B所示，由此镜支撑部分61被旋转移位。更具体地，当梳齿电极61a被正充电并且梳齿电极62a被负充电时，梳齿电极61a朝着梳齿电极62a被吸引，由此在扭杆63扭曲的同时镜支撑部分61绕着振荡轴A6被旋转移位。通过以这种方式驱动镜支撑部分61倾斜，可以切换设置在镜支撑部分61上的镜表面64反射的光的反射方向。

为了使微镜元件X6沿着振荡轴A6微型化，需要缩短占用该元件大部分的镜支撑部分61的长度L61。但是，在保持足以使镜支撑部分61振荡的驱动力的同时，缩短长度L61并不容易。