JP6057282B2 - 光学デバイス及び光学デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、可視光の光を発光し又は検出する光学デバイス及びその製造方法に関する。
フォトダイオードや発光ダイオードを用いた光学デバイスが実用化されている。例えば、照明装置の自動点灯制御、液晶ディスプレイのバックライトの明るさの制御、携帯電話のキーパッドのバックライト制御、監視カメラの暗視野切り替え制御等の分野で光検知の手段とし使用されている。また、発光素子と組み合わせて近接センサを構成し、物体の有無や距離の測定にも使用されている。
図７は、この種の光学デバイスのパッケージ構造３０を示す断面模式図である（特許文献１の図３）。ベースとなるセラミック基板３１には固体撮像素子３２が搭載される。セラミック基板３１は３層又はそれ以上の多層構造をなし、層間に所定本数の導電膜３３ａがパターン形成される。各々の導電膜３３ａの一端はセラミック基板３１上の固体撮像素子３２の周辺部に近接配置され、そこに固体撮像素子３２の電極部から引き出されたボンディングワイヤ３４が接続される。一方、各々の導電膜３３ａの他端はセラミック基板３１の外側面に露出しており、その露出部分に側面導電膜３３ｂが形成される。そして、各々の側面導電膜３３ｂにリード端子３５がセラミック基板３１の裏側方向に垂直に伸びるようにろう付けされる。さらに、セラミック基板３１の上端部にはシールガラス３６が接合され、シールガラス３６によって固体撮像素子３２が気密封止される。
図８は、他の光学デバイスのパッケージ構造を示す断面模式図である（特許文献１の図２）。固体撮像装置４１は、主にベース基板４２、固体撮像素子４３、樹脂枠４４及び透明板４５から構成される。ベース基板４２はセラミック基板からなる平板構造を成す。固体撮像素子４３はＣＣＤ素子からなりベース基板４２の中央部に実装される。ベース基板４２の両側は平面視半円状の凹部４６が所定の間隔で形成される。ベース基板４２の上には各々の凹部４６面を経由して断面コの字形の厚膜導電材料からなる導電膜４７が形成される。導電膜４７の一端部４７ａは固体撮像素子４３の周辺部に近接配置され、導電膜４７の他端部４７ｂはベース基板４２の素子実装面とは反対側の面に延出し、その延出部分を基板表面に露出させて外部接続用の電極部とする。固体撮像素子４３の上面周縁部には複数の電極部が形成され、この電極部と一端部４７ａはボンディングワイヤ４８により接続される。樹脂枠４４はベース基板４２上の固体撮像素子４３を取り囲むように形成される。透明板４５はベース基板４２の素子実装面との間に所定の空間を確保した状態で、樹脂枠４４の上端部に接合される。これにより、従来の中空パッケージ構造に比較して製造工程が大幅に簡略化されることが記載されている。
図７に示される光学デバイスのパッケージ構造３０では、多層構造のセラミック基板に階段状の凹部を形成し、その凹部の底面に固体撮像素子３２を実装して気密封止用の空間を確保している。そのため、セラミック基板３１の製造工程が煩雑になり、セラミック基板３１の材料費や加工費が高くなる、という課題があった。
また、図８に示される固体撮像装置４１のパッケージ構造では、樹脂枠４４の上端部を平坦に形成し、透明板４５とベース基板４２との間に形成される中空部を気密封止するのは難しい。つまり、透明板４５をベース基板４２側に押圧しながら加熱すると、樹脂枠４４は軟化して所定の高さの中空部を形成することが困難となる。また、樹脂枠４４として熱硬化型樹脂に代えて紫外線硬化型樹脂を使用すると、紫外線をカットするフィルター機能を有する透明板４５を使用することができなくなる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、フィルター機能を有する透光性基板を使用することができ、簡単な工程で製造することができ、高気密性を有する光学デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の光学デバイスは、ベース基板と、前記ベース基板に実装され、前記ベース基板とは反対側の表面に光学活性領域を有する光学チップと、前記表面の前記光学活性領域よりも外周側に設置される突起金属と、前記突起金属の上に設置される透光性基板と、前記ベース基板と前記透光性基板の間であり、前記光学チップの周囲に設置される樹脂層と、を備えることとした。
また、前記透光性基板は前記光学チップの側に金属膜を備え、前記金属膜と前記突起金属とが接合されることとした。
また、前記樹脂層は光を透過しない遮光性樹脂層であり、前記遮光性樹脂層は、前記光学チップの外周側面を覆うこととした。
前記光学チップの表面と前記透光性基板との間であり、前記光学活性領域の周囲に設置される土手を有することとした。
また、前記光学チップの表面の前記光学活性領域よりも外周側に電極パッドが形成され、前記突起金属はスタッドバンプを含み、前記電極パッドの上に設置されることとした。
また、前記突起金属は、前記電極パッドの上に設置されるボールバンプを含むこととした。
また、前記突起金属は、前記電極パッドの上に設置されるウエッジボンディング部を含むこととした。
また、前記ベース基板の表面から反対側の裏面に設置される実装電極と、前記実装電極と前記突起金属との間に設置される金属ワイヤーと、を備えることとした。
また、前記透光性基板は特定の光の波長を透過する光学フィルター板であることとした。
本発明の光学デバイスの製造方法は、表面から反対側の裏面に実装電極が形成されるベース基板を準備するベース基板準備工程と、表面に光学活性領域と前記表面の前記光学活性領域よりも外周側に電極パッドとを有する光学チップを前記ベース基板に設置する光学チップ設置工程と、前記電極パッドの上に突起金属を形成する突起金属形成工程と、
透光性基板を前記突起金属の上に設置する透光性基板設置工程と、前記ベース基板と前記透光性基板の間に樹脂材を充填し、前記光学チップの周囲を前記樹脂材により囲む樹脂材充填工程と、前記樹脂材を固化して樹脂層を形成する樹脂材固化工程と、を備えることとした。
また、前記光学チップ設置工程は、一枚の前記ベース基板に複数の前記光学チップを設置する工程であり、前記樹脂材充填工程は、前記透光性基板又は前記ベース基板の板厚方向に貫通する貫通部から前記樹脂材を充填する工程であり、前記樹脂材固化工程の後に、個々の光学デバイスに切断分離する切断分離工程を備えることとした。
また、前記光学チップと前記透光性基板の間であり、前記電極パッドと前記光学活性領域との間に前記光学活性領域を囲う土手を形成する土手形成工程を備えることとした。
また、前記透光性基板接着工程の後に、隣接する前記光学チップの間の前記透光性基板を切削して前記貫通部を形成する透光性基板切削工程を備えることとした。
また、前記透光性基板の光学チップ側の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程を備え、前記透光性基板設置工程は、前記突起金属と前記金属膜とを接合する工程を含むこととした。
また、前記突起金属形成工程は、前記実装電極と前記電極パッドの間を金属ワイヤーにより電気的に接続する工程を含むこととした。
また、前記突起金属形成工程は、前記電極パッドの上にボールバンプを形成し、前記ボールバンプの上にスタッドバンプを形成する工程を含むこととした。
また、前記突起金属形成工程は、前記電極パッドの上にウエッジボンディング部を形成し、前記ウエッジボンディング部の上にスタッドバンプを形成する工程を含むこととした。
本発明の光学デバイスは、ベース基板と、ベース基板に実装され、ベース基板とは反対側の表面に光学活性領域を有する光学チップと、当該表面の光学活性領域よりも外周側に設置される突起金属と、突起金属の上に設置される透光性基板と、ベース基板と透光性基板の間であり、光学チップの周囲に設置される樹脂層と、を備える。これにより、光学チップの光学活性領域が形成される表面と透光性基板との間隔を狭く形成することが容易となり、光学デバイスの全体の厚さを薄くすることができる。また、紫外線硬化型の樹脂材料を使用する必要がないので透光性基板として紫外線カット型の光学フィルター基板を使用することができる。また、簡単な工程で製造することができるので光学デバイスを低コストで提供することができる。
（光学デバイスの基本構成）
図１は、本発明の光学デバイス１の基本構成を表す断面模式図である。光学デバイス１は、ベース基板２と、ベース基板２に実装される光学チップ３と、光学チップ３の表面ＴＰに設置される突起金属４と、突起金属４の上に設置される透光性基板５と、ベース基板２と透光性基板５の間であり、光学チップ３の周囲に設置される樹脂層６とを備える。ここで、光学チップ３は、ベース基板２とは反対側の表面に光学活性領域Ｒを有し、この光学活性領域Ｒの外周側に突起金属４が設置される。
図１は、本発明の光学デバイス１の基本構成を表す断面模式図である。光学デバイス１は、ベース基板２と、ベース基板２に実装される光学チップ３と、光学チップ３の表面ＴＰに設置される突起金属４と、突起金属４の上に設置される透光性基板５と、ベース基板２と透光性基板５の間であり、光学チップ３の周囲に設置される樹脂層６とを備える。ここで、光学チップ３は、ベース基板２とは反対側の表面に光学活性領域Ｒを有し、この光学活性領域Ｒの外周側に突起金属４が設置される。
光学チップ３は、フォトダイオードやイメージセンサなどからなる受光素子や、ＬＥＤなどの発光素子が形成されるベアーチップを使用することができる。突起金属４は、ベアーチップ上の電極パッドの上に形成するバンプ電極を利用することができる。また、電極機能を有しない金属パッドの上に形成するものであってもよい。バンプ電極はメッキ法やワイヤーボンディング法により形成することができるが、後に説明するように、ワイヤーボンディング法によれば必要な個所に短時間で高く形成することができる。そのため、厚く（高く）形成するのに時間を要するメッキ法よりも有利である。
ベース基板２は、ソーダ石灰ガラス、硬質ガラス、石英ガラスなどのガラス材料、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、アラミド不織布などからなる合成樹脂材料、セラミックス材料等を使用することができる。例えば、エポキシ樹脂にガラス繊維を混入したガラスエポキシ基板を使用すれば光学デバイス１を低コストで形成することができる。樹脂層６は、黒色顔料等を分散又は混入した遮光性を有する熱硬化型樹脂を使用することができる。そのため、横方向や背面方向からのノイズ光の影響を受けない光学デバイス１を形成することができる。
このように、光学チップ３の表面ＴＰと透光性基板５の間隙の制御は突起金属４が担い、光学チップ３の光学活性領域Ｒの封止は樹脂層６が担うようにしたので、光学チップ３の表面ＴＰと透光性基板５との間隙を狭く形成することが容易となり、光学デバイス１の全体の厚さを薄く、かつ、気密性を向上させることができる。また、紫外線硬化型の樹脂を使用する必要がないので、透光性基板５として紫外線カット型の光学フィルター基板を使用することができる。以下、本発明について実施形態に基づいて具体的に説明する。
（第一実施形態）
図２は、本発明の第一実施形態に係る光学デバイス１の説明図であり、図２（ａ）が断面模式図であり、図２（ｂ）が透光性基板５を取り除いた平面模式図である。光学デバイス１は、ベース基板２と、ベース基板２に実装される光学チップ３と、光学チップ３の表面ＴＰに設置される突起金属４と、突起金属４の上に設置される透光性基板５と、ベース基板２と透光性基板５の間であり、光学チップ３の周辺に設置される樹脂層６とを備える。光学チップ３はベース基板２とは反対側の表面ＴＰの中央に光学活性領域Ｒを有し、突起金属４は光学活性領域Ｒよりも外周側に設置される。
図２は、本発明の第一実施形態に係る光学デバイス１の説明図であり、図２（ａ）が断面模式図であり、図２（ｂ）が透光性基板５を取り除いた平面模式図である。光学デバイス１は、ベース基板２と、ベース基板２に実装される光学チップ３と、光学チップ３の表面ＴＰに設置される突起金属４と、突起金属４の上に設置される透光性基板５と、ベース基板２と透光性基板５の間であり、光学チップ３の周辺に設置される樹脂層６とを備える。光学チップ３はベース基板２とは反対側の表面ＴＰの中央に光学活性領域Ｒを有し、突起金属４は光学活性領域Ｒよりも外周側に設置される。
光学チップ３の表面ＴＰと透光性基板５の間であり、突起金属４と光学活性領域Ｒの間には土手７が設置され、土手７は光学活性領域Ｒの周囲を囲んでいる。樹脂層６は、光を透過しない遮光性を有する熱硬化型の樹脂層からなり、光学デバイス１の外側面から土手７の間であり光学チップ３の外周の側面ＳＰを覆うようにベース基板２と透光性基板５の間に充填される。土手７を設置したことにより、樹脂層６を形成する際に充填される樹脂材が光学活性領域Ｒに侵入するのが防止される。また、樹脂層６を介して光学活性領域Ｒに外部から光が進入する、或いは外部に光が漏れ出すノイズ光を遮蔽することができる。また、光学チップ３の側面ＳＰが遮光性樹脂により覆わるので、光学チップ３の表面に形成される図示しない絶縁膜等を通して光が進入し或いは漏れ出すことを防止する。
光学チップ３は、表面ＴＰの光学活性領域Ｒよりも外周側の四隅近傍に電極パッド１０を備える。各電極パッド１０の上にはボールバンプ１３が設置され、ボールバンプ１３の上にスタッドバンプ１４が設置され、突起金属４が形成される。透光性基板５は、光学チップ３の側の突起金属４に対向する位置に金属膜１１を備え、金属膜１１と突起金属４とは接合される。また、ベース基板２には光学チップ３側の表面から反対側の裏面にかけて貫通する実装電極８が形成される。各実装電極８は、電極パッド１０の近くであり、光学チップ３よりも外周側に設置され、各突起金属４と金属ワイヤー９を介してそれぞれ電気的に接続される。実装電極８として、例えばＡｇ、Ａｕ系の貴金属ペーストやＣｕ、Ｎｉ系の卑金属ペーストといったいわゆる厚膜導体材料を使用することができる。また、Ｃｕを電界メッキ又は無電解メッキにより形成してもよい。
このように、透光性基板５と光学チップ３の表面ＴＰとの間に突起金属４が介在するので、透光性基板５と光学チップ３の表面ＴＰとの間隔を精度良く制御することができる。例えば、金属ワイヤー９として直径が２５μｍのＡｕ線を使用したとき、ボールバンプ１３とスタッドバンプ１４のそれぞれの高さは６０μｍ〜８０μｍとなる。従って、突起金属４の高さ、即ち光学チップ３の表面ＴＰと透光性基板５との間隔を１２０μｍ〜１６０μｍとすることができる。Ａｕ線の径や突起金属４と金属膜１１との接合時の圧力（ベース基板２を透光性基板５に相対的に加圧する。）を制御することによりこの間隔を調整することができる。突起金属４は、実装電極８と電極パッド１０との間のワイヤーボンディングの際に形成されるボールバンプ１３と、その上のスタッドバンプ１４により形成される。そのため、製造工程数を大幅に増加させる必要がない。また、金属ワイヤー９は樹脂層６の中にモールドされるので腐食等に基づく断線或いは水分等に基づく短絡を防止することができる。
なお、ベース基板２としてガラスエポキシ基板を使用すれば光学デバイス１を低コストで形成できる。透光性基板５として光学フィルター板を使用することができる。樹脂層６として熱硬化型樹脂を使用するので、紫外線カット型の光学フィルター板を使用することができる。光学フィルター板は、内部にＣｕ、Ｆｅ、Ｍｏを添加したリン酸塩ガラスを用いることができる。また、透明基板の表面に光干渉膜を多層に形成した光干渉フィルター板を用いることができる。光学チップ３は受光素子でも発光素子でもよい。
土手７はＵＶ又は熱硬化型樹脂を使用することができる。土手７は、透光性基板５に達しない高さであっても、樹脂層６が光学活性領域Ｒ側に流入するのを防止できればよい。また、土手７は光学チップ３に設置することに代えて透光性基板５に設置してもよい。電極パッド１０及び金属膜１１はＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属材料をスパッター法、蒸着法、印刷法、或いはディスペンス法により形成することができる。電極パッド１０及び金属膜１１は、例えば、厚さ６００ÅのＣｒ、その上に厚さ２０００ÅのＮｉ、その上に厚さ１５００ÅのＡｕの積層構造とすることができる。また、金属膜１１はナノ銀を印刷法やディスペンス法により基板表面に直接塗布して形成することができる。ボールバンプ１３やスタッドバンプ１４はＡｕ、Ｃｕ、半田等を使用することができる。また、実装電極８は、ベース基板２を貫通する電極に代えて、ベース基板２の外周側面をコの字状に折り曲げて裏面側に引き回してもよい。
（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係る光学デバイス１の断面模式図である。第一実施形態と異なる点は、突起金属４の構造であり、その他の構成は第一実施形態と同様である。従って、主に異なる点について説明する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図３は、本発明の第二実施形態に係る光学デバイス１の断面模式図である。第一実施形態と異なる点は、突起金属４の構造であり、その他の構成は第一実施形態と同様である。従って、主に異なる点について説明する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
突起金属４は、電極パッド１０の上に設置されるウエッジボンディング部１５と、ウエッジボンディング部１５の上に設置されるスタッドバンプ１４から構成される。ウエッジボンディング部１５は金属ワイヤー９の一方の端部を電極パッド１０の上に直接接合し、他方の端部を実装電極８に接続する。そして、ウエッジボンディング部１５の上にスタッドバンプ１４を重ねて形成する。例えば、金属ワイヤー９として直径が２５μｍのＡｕ線を使用したとき、ウエッジボンディング部１５は略２０μｍの高さに形成することができる。そのため、突起金属４は高さが８０μ〜１００μｍとなり、光学チップ３の表面ＴＰと透光性基板５との間隔を一層狭く形成することが可能となる。その結果、光学デバイス１をより一層薄く形成することができる。その他の構成及び特徴は第一実施形態と同様なので、説明を省略する。
（第三実施形態）
図４及び図５は、本発明の第四実施形態に係る光学デバイス１の製造方法を説明するための図であり、図４が光学デバイス１の製造方法を表す流れ図であり、図５が各工程の説明図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図４及び図５は、本発明の第四実施形態に係る光学デバイス１の製造方法を説明するための図であり、図４が光学デバイス１の製造方法を表す流れ図であり、図５が各工程の説明図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
ベース基板準備工程Ｓ１において、図５（ａ）に示すように、表面から裏面にかけて導通する実装電極８が形成されるベース基板２を準備する。ベース基板２としてガラスエポキシ基板を使用する。ベース基板２の外周近傍に貫通電極８’を形成し、更に表面及び裏面にＣｕメッキ、Ｎｉメッキ、及びＡｕフラッシュメッキを行って表面及び裏面に実装電極８を形成する。実装電極８は、メッキ法に代えて、スパッター法、蒸着法、印刷法或いはインクジェット法等により形成することができる。
次に、光学チップ設置工程Ｓ２において、図５（ｂ）に示すように、光学チップ３の表面ＴＰに光学活性領域Ｒと光学活性領域Ｒよりも外周側に電極パッド１０とを有する光学チップ３を、接着剤を介してベース基板２に設置し、固定する。光学チップ３としてフォトダイオードが形成される半導体のベアーチップを用いる。
次に、土手設置工程Ｓ３において、図５（ｃ）に示すように、光学チップ３の電極パッド１０と光学活性領域Ｒとの間に光学活性領域Ｒを囲う土手７を形成する。具体的には、電極パッド１０と光学活性領域Ｒとの間の光学チップ３の表面ＴＰに光学活性領域Ｒの周囲を囲う土手７を形成する。土手７はＵＶ又は熱硬化型樹脂を使用し、その高さはこの後形成する突起金属４の高さと同程度、或いは突起金属４の高さよりも低く形成する。土手７は印刷法やディスペンス法により塗布することができる。また、土手の形状をした樹脂フィルムを張り付けてもよい。
次に、突起金属形成工程Ｓ４において、図５（ｄ）に示すように、電極パッド１０の上に突起金属４を形成する。まず、金属ワイヤー９を用いて電極パッド１０の上にボールボンディングを行ってボールバンプ１３を形成し、ボールバンプ１３に接続する金属ワイヤー９を実装電極８にワイヤーボンディングを行う。これにより、電極パッド１０と実装電極８が電気的に接続される。更に、同じ金属ワイヤーを使用してボールバンプ１３の上にスタッドバンプ１４を形成する。金属ワイヤー９として直径が２５μｍのＡｕ線を使用すれば、突起金属４の高さを１２０μｍ〜１６０μｍとすることができる。金属ワイヤー９は、Ａｕ線の他に他の金属を使用することができる。ボールバンプ１３及びスタッドバンプ１４は、Ａｕの他に鉛半田等の他の金属を使用することができる。
次に、金属膜形成工程において、透光性基板５の光学チップ３側の表面であり、光学チップ３の突起金属４に対応する位置に金属膜１１を形成する。そして、透光性基板設置工程Ｓ５において、図５（ｅ）に示すように、ベース基板２の裏面を保持手段１６に吸着して反転し、突起金属４を透光性基板５の金属膜１１に設置する（金属膜１１が形成される透光性基板５を突起金属４の上に設置する。）。つまり、突起金属４を透光性基板５の金属膜１１にフリップチップ実装する。この場合に、保持手段１６に超音波振動を印加し突起金属４と金属膜１１とを超音波接合する、また、保持手段１６を加熱して突起金属４と金属膜１１とを加熱溶融接合する、或いは超音波振動を印加し同時に加熱して接合することができる。また、接合の際にベース基板２を透光性基板５側に所定の圧力で押圧することができる。透光性基板５に形成する金属膜１１は突起金属４と接合しやすい金属膜とする。例えば、突起金属４の先端がＡｕである場合には、金属膜１１としてＡｕ／Ｎｉ／Ｃｒの積層膜とすることができる。フリップチップ実装後の土手７は、その上面が透光性基板５の表面に達する高さにあらかじめ設定しておく。また、土手７の高さは透光性基板５に達しなくともよい。要は、この後の工程でベース基板２と透光性基板５の間に樹脂材を充填したとき、或いは樹脂材を硬化するときに樹脂材が光学活性領域Ｒに侵入するのを防止できればよい。
次に、樹脂材充填工程Ｓ６において、図５（ｆ）に示すように、ベース基板２と透光性基板５の間に樹脂材１７を充填し、光学チップ３の周囲を樹脂材１７により囲む。樹脂材１７は、熱硬化型樹脂からなり、黒色顔料等が分散又は混入して遮光性を有する。樹脂材１７は、土手７の外周に達するように充填してもよいし、土手７の外周まで達しなくてもよい。しかし、光学チップ３の側面ＳＰを遮光性の樹脂材１７により覆うことにより、光学活性領域Ｒに侵入するノイズ光を遮蔽することができる。次に、樹脂材固化工程Ｓ７において、樹脂材１７を固化して樹脂層６を形成する。なお、樹脂材１７として熱硬化型樹脂を用いたが、常温硬化性樹脂を用いてもよい。
以上の製造工程において、土手７を透光性基板５に形成してもよい。透光性基板５を突起金属４に設置したときに光学活性領域Ｒを囲む位置となる透光性基板５の表面に、予め土手７を形成しておく。土手７として樹脂材料を印刷法やディスペンス法により塗布する、また樹脂シートを貼り付ける、或いは透光性基板５を加工して土手７となる凸部を形成しておくことができる。また、突起金属形成工程Ｓ４において、電極パッド１０の上にウエッジボンディングによりウエッジボンディング部１５を形成し、その上にスタッドバンプ１４を形成してもよい。ウエッジボンディングの際には実装電極８と金属ワイヤー９により接続する。
以上の通り、突起金属４は、電極パッド１０と実装電極８との間のワイヤーボンディングの際に形成されるボールバンプ１３を利用するので、簡単な工程で形成することができる。また、光学チップ３の表面ＴＰに突起金属４を設置するので光学チップ３と透光性基板５との間の間隔を狭く形成でき、全体の厚さの薄い光学デバイス１を容易に製造することができる。
（第四実施形態）
図６は、本発明の第四実施形態に係る光学デバイス１の製造方法を説明するための図である。本実施形態は光学デバイス１の多数個取りの製造方法であり、基本的な工程は第三実施形態と同様である。従って、主に第三実施形態と異なる工程について説明し、同一の工程については簡略化して説明する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図６は、本発明の第四実施形態に係る光学デバイス１の製造方法を説明するための図である。本実施形態は光学デバイス１の多数個取りの製造方法であり、基本的な工程は第三実施形態と同様である。従って、主に第三実施形態と異なる工程について説明し、同一の工程については簡略化して説明する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
まず、ベース基板準備工程Ｓ１において、各光学チップ３に対応する位置に実装電極８を形成した多数個取り用のベース基板２を準備する。そして、光学チップ設置工程Ｓ２において、一枚の基板に複数の光学チップ３を設置する。次に、土手設置工程Ｓ３において、複数の光学チップ３の各光学活性領域Ｒの周囲を囲うように土手７を形成する。次に、突起金属形成工程Ｓ４において、複数の光学チップ３の各電極パッド１０の上にボールバンプ１３とスタッドバンプ１４が積層される突起金属４を形成する。この際、各電極パッド１０と各実装電極８とはそれぞれ金属ワイヤー９により電気的に接続する。
次に、透光性基板設置工程Ｓ５において、図６（ａ）に示すように、透光性基板５を突起金属４の上に設置する。具体的には、ベース基板２に超音波振動を印加し、同時に加熱しながら各光学チップ３を透光性基板５にフリップチップ実装する。このとき、ベース基板２と透光性基板５を相対的に押圧すれば、多数カ所の金属膜１１と多数カ所の突起金属４とを同時に接合することができる。
次に、透光性基板切削工程Ｓ８において、図６（ｂ）に示すように、隣接する光学チップ３の間の透光性基板５を切削して貫通部１８を形成する。切削はダイシングブレードやダイヤモンドドリルを用いて形成することができる。なお、透光性基板５を一方の端部から他方の端部まで碁盤の目のように分割してもよい。また、透光性基板５を分割しないで隣接する光学チップ３の間の透光性基板５に貫通穴を形成してもよい。貫通穴からなる貫通部１８を形成する場合は、透光性基板設置工程Ｓ５の前に、透光性基板５に予め貫通穴からなる貫通部１８を形成しておくことができる。なお、貫通部１８を透光性基板５に設けることに代えて、ベース基板２に設けてもよい。
次に、樹脂材充填工程Ｓ６において、図６（ｃ）に示すように、透光性基板５の上面に当接させた注入部１９から貫通部１８を介して樹脂材１７を注入し、土手７の外側の透光性基板５とベース基板２の間隙に樹脂材１７を充填する。次に、樹脂材固化工程Ｓ７において、図６（ｄ）に示すように、樹脂材１７を硬化して樹脂層６を形成する。次に、切断分離工程Ｓ９において、図６（ｅ）に示すように個々の光学デバイス１に切断分離する。貫通部１８の幅よりも薄い切断歯のダイシングブレード等を用いて樹脂層６及びベース基板２を切断し、多数個の光学デバイス１に分離する。
このように、透光性基板５にベース基板２の上に設置した多数の光学チップ３をフリップチップ実装し、透光性基板５とベース基板２の間隙に樹脂材１７を充填して樹脂層６を形成し、その後、個々に切断分離するという簡単な工程で多数の光学デバイス１を同時に製造することができる。
１ 光学デバイス
２ ベース基板
３ 光学チップ
４ 突起金属
５ 透光性基板
６ 樹脂層
７ 土手
８ 実装電極、８’ 貫通電極
９ 金属ワイヤー
１０ 電極パッド
１１ 金属膜
１３ ボールバンプ
１４ スタッドバンプ
１５ ウエッジボンディング部
１６ 保持手段
１７ 樹脂材
１８ 貫通部
１９ 注入部
Ｒ 光学活性領域、ＴＰ 表面、ＳＰ 側面
２ ベース基板
３ 光学チップ
４ 突起金属
５ 透光性基板
６ 樹脂層
７ 土手
８ 実装電極、８’ 貫通電極
９ 金属ワイヤー
１０ 電極パッド
１１ 金属膜
１３ ボールバンプ
１４ スタッドバンプ
１５ ウエッジボンディング部
１６ 保持手段
１７ 樹脂材
１８ 貫通部
１９ 注入部
Ｒ 光学活性領域、ＴＰ 表面、ＳＰ 側面
Claims (13)
- ベース基板と、
前記ベース基板に実装され、前記ベース基板とは反対側の表面に光学活性領域を有する光学チップと、
前記表面の前記光学活性領域よりも外周側に設置される突起金属と、
前記突起金属に対向する位置に金属膜を備え、前記突起金属と前記金属膜とが接合されて前記突起金属の上に設置される透光性基板と、
前記光学活性領域の周囲であり、前記光学活性領域と前記突起金属の間であり、かつ、前記光学チップの表面と前記透光性基板の間に設置される土手と、
前記ベース基板と前記透光性基板の間であり、前記光学チップの周囲に設置される樹脂層と、を備える光学デバイス。 - 前記樹脂層は光を透過しない遮光性樹脂層であり、
前記遮光性樹脂層は、前記光学チップの外周側面を覆う請求項１に記載の光学デバイス。 - 前記光学チップの表面の前記光学活性領域よりも外周側に電極パッドが形成され、
前記突起金属はスタッドバンプを含み、前記電極パッドの上に設置される請求項１又は２に記載の光学デバイス。 - 前記突起金属は、前記電極パッドの上に設置されるボールバンプを含む請求項３に記載の光学デバイス。
- 前記突起金属は、前記電極パッドの上に設置されるウエッジボンディング部を含む請求項３に記載の光学デバイス。
- 前記ベース基板の表面から反対側の裏面に設置される実装電極と、
前記実装電極と前記突起金属との間に設置される金属ワイヤーと、を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学デバイス。 - 前記透光性基板は特定の光の波長を透過する光学フィルター板である請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学デバイス。
- 表面から反対側の裏面に実装電極が形成されるベース基板を準備するベース基板準備工程と、
表面に光学活性領域と前記表面の前記光学活性領域よりも外周側に電極パッドとを有する光学チップを前記ベース基板に設置する光学チップ設置工程と、
前記電極パッドの上に突起金属を形成する突起金属形成工程と、
前記電極パッドと前記光学活性領域との間に前記光学活性領域を囲う土手を形成する土手形成工程と、
透光性基板の前記光学チップの側の表面であり、前記突起金属に対応する位置に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記突起金属と前記金属膜とを接合して前記透光性基板を前記突起金属の上に設置する透光性基板設置工程と、
前記ベース基板と前記透光性基板の間に樹脂材を充填し、前記光学チップの周囲を前記樹脂材により囲む樹脂材充填工程と、
前記樹脂材を固化して樹脂層を形成する樹脂材固化工程と、を備える光学デバイスの製造方法。 - 前記光学チップ設置工程は、一枚の前記ベース基板に複数の前記光学チップを設置する工程であり、
前記樹脂材充填工程は、前記透光性基板又は前記ベース基板の板厚方向に貫通する貫通部から前記樹脂材を充填する工程であり、
前記樹脂材固化工程の後に、個々の光学デバイスに切断分離する切断分離工程を備える請求項８に記載の光学デバイスの製造方法。 - 前記透光性基板設置工程の後に、隣接する前記光学チップの間の前記透光性基板を切削して前記貫通部を形成する透光性基板切削工程を備える請求項９に記載の光学デバイスの製造方法。
- 前記突起金属形成工程は、前記実装電極と前記電極パッドの間を金属ワイヤーにより電気的に接続する工程を含む請求項８〜１０のいずれか一項に記載の光学デバイスの製造方法。
- 前記突起金属形成工程は、前記電極パッドの上にボールバンプを形成し、前記ボールバンプの上にスタッドバンプを形成する工程を含む請求項８〜１１のいずれか一項に記載の光学デバイスの製造方法。
- 前記突起金属形成工程は、前記電極パッドの上にウエッジボンディング部を形成し、前記ウエッジボンディング部の上にスタッドバンプを形成する工程を含む請求項８〜１１のいずれか一項に記載の光学デバイスの製造方法。
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