(57)【要約】  光学装置は、表面に光学素子２が設けられた素子基板３と、光学素子２に対向して配置された配線基板４と、素子基板３と配線基板４との間に設けられた封止部材５および導電性部材６を有する。封止部材５は、光学素子２を取り囲んで気密封止する。導電性部材６は、光学素子２と配線基板４とを電気的に接続する。配線基板４は、光学素子２に対して光を透過する光透過領域を有する。
2009069807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に光学素子が設けられた素子基板と、
前記光学素子に対向して配置された配線基板と、
前記素子基板と前記配線基板との間に設けられ、該光学素子を取り囲んで気密封止する封止部材と、
前記素子基板と前記配線基板との間に設けられ、該光学素子と前記配線基板とを電気的に接続する導電性部材と
を有し、
前記配線基板は、前記光学素子に対して光を透過する光透過領域を有する光学装置。
【請求項２】
前記配線基板の前記封止部材が設けられる表面に外部接続端子を有する請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記外部接続端子は、前記封止部材が設けられる前記表面において、該封止部材の周囲に設けられている請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記配線基板は、複数の絶縁層が積層されてなる積層体と、該積層体の前記素子基板に対向する表面と反対側の表面に積層された光透過層と、前記積層体の内部に設けられた配線導体とを有し、
前記積層体は、前記光学素子に対向する領域に貫通孔を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
前記積層体は、ガラス成分を有するガラスセラミック基板であり、前記積層体および前記光透過層は、前記ガラス成分により接合されている請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
表面に光学素子が設けられた素子基板の前記光学素子を気密封止するための封止用基板であって、
前記光学素子に対向して配置される配線基板と、
前記配線基板上に設けられ、前記素子基板と前記配線基板との間で該光学素子を取り囲んで気密封止する封止部材と、
前記配線基板上に設けられ、該光学素子と前記配線基板とを電気的に接続する導電性部材と
を有し、
前記配線基板は、前記光学素子に対して光を透過する光透過領域を有する封止用基板。
【請求項７】
前記配線基板の前記封止部材および前記導電性部材が接続される表面に外部接続端子を有する請求項６に記載の封止用基板。
【請求項８】
前記外部接続端子は、前記封止部材が接続される前記表面において、該封止部材の周囲に設けられている請求項７に記載の封止用基板。
【請求項９】
前記配線基板は、絶縁層が積層されてなる積層体と、該積層体の前記素子基板に対向する表面と反対側の表面に積層された光透過層と、前記積層体の内部に設けられた配線導体とを有し、
前記積層体は、前記光学素子に対向する領域に貫通孔を有する請求項６から請求項８のいずれかに記載の封止用基板。
【請求項１０】
前記積層体は、ガラス成分を有するガラスセラミック基板であり、前記積層体および前記光透過層は、前記ガラス成分により接合されている請求項９に記載の封止用基板。
【請求項１１】
複数のガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、
前記複数のガラスセラミックグリーンシートに穴部を形成する工程と、
少なくとも１つの前記ガラスセラミックグリーンシートに焼成後に配線導体となる導体部を形成する工程と、
前記複数のガラスセラミックグリーンシートを積層して、貫通孔を有するグリーンシート積層体を形成する工程と、
ガラス基板上に前記グリーンシート積層体を積層して、前記ガラス基板と前記グリーンシート積層体とを熱圧着する工程と、
前記グリーンシート積層体を焼成して複合基板を形成する工程と、
光学素子が設けられた素子基板を準備する工程と、
前記光学素子と前記複合基板の貫通孔とを対向させて、前記素子基板と前記複合基板とを接続する工程と
を有する光学装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、光学装置に用いられる光学素子の封止用基板、および光学装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板の主面に、集積回路素子等の微細配線を形成する加工技術を応用して、極めて微小な電子機械機構（Micro Electro Mechanical System：以下、「ＭＥＭＳ」という。）を形成した電子装置が注目され、実用化に向けて開発が進められている。このような電子装置には、たとえば、微小ミラーを駆動させて光の経路を切り換える光スイッチがある。この微小ミラーのように、光学分野に利用されるＭＥＭＳを、特に光ＭＥＭＳという。
このような光ＭＥＭＳをパッケージングする方法としては、光ＭＥＭＳが形成される支持基板と光ＭＥＭＳをカバーするカバー基板とをシーリング媒体によって接合する方法がある（たとえば、特表２００７−５２８５９１号公報）。この場合、光ＭＥＭＳ対して光を透過させる必要があることから、カバー基板として、たとえば光透過性を有するガラスが用いられる。
一方、光ＭＥＭＳと外部回路との間で電気的接続が必要となる場合がある。しかし、カバー基板としてガラスを用いた場合には、ガラスに複雑な形状の配線導体を形成することが困難であることから、光ＭＥＭＳと外部回路との間で自由度の高い電気的接続を実現することは困難である。
以上のように、光ＭＥＭＳをパッケージングして得られる光学装置は、光ＭＥＭＳに対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路との間で自由度の高い電気的接続が求められる。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の一態様によれば、光学装置は、表面に光学素子が設けられた素子基板と、光学素子に対向して配置された配線基板と、素子基板と配線基板との間に設けられた封止部材および導電性部材を有する。封止部材は、光学素子を取り囲んで気密封止する。導電性部材は、光学素子と配線基板とを電気的に接続する。配線基板は、光学素子に対して光を透過する光透過領域を有する。
本発明の一態様によれば、封止用基板は、表面に光学素子が設けられた素子基板の光学素子を気密封止するための基板である。封止用基板は、光学素子に対向して配置される配線基板と、配線基板上に設けられ、素子基板と配線基板との間で該光学素子を取り囲んで気密封止する封止部材と、配線基板上に設けられ、該光学素子と配線基板とを電気的に接続する導電性部材とを有する。配線基板は、光学素子に対して光を透過する光透過領域を有する。
本発明の一態様によれば、光学装置の製造方法は、複数のガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、複数のガラスセラミックグリーンシートに穴部を形成する工程と、少なくとも１つの前記ガラスセラミックグリーンシートに焼成後に配線導体となる導体部を形成する工程と、複数のガラスセラミックグリーンシートを積層して、貫通孔を有するグリーンシート積層体を形成する工程と、ガラス基板上にグリーンシート積層体を積層して、ガラス基板とグリーンシート積層体とを熱圧着する工程と、グリーンシート積層体を焼成して複合基板を形成する工程と、光学素子が設けられた素子基板を準備する工程と、光学素子と複合基板の貫通孔とを対向させて、素子基板と複合基板とを接続する工程とを有する。
本発明の一態様によれば、光学装置は、光ＭＥＭＳに対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路との間で自由度の高い電気的接続を実現することができる。
本発明の一態様によれば、封止用基板は、光ＭＥＭＳに対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路との間で電気的接続の自由度が高い光学装置を実現することができる。
本発明の一態様によれば、光ＭＥＭＳに対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路と間で電気的接続の自由度が高い光学装置を製造可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
【図１Ａ】本発明の実施の形態による光学装置の構成例を示す平面透視図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】配線基板の表面Ｓにおける領域Ａ１〜Ａ３を示す図である。
【図３Ａ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｂ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｃ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｄ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｅ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｆ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図４Ａ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図４Ｂ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図４Ｃ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図５Ａ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｂ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｃ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｄ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｅ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｆ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図６Ａ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図６Ｂ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図６Ｃ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１Ａ，図１Ｂに示すように、本発明の実施の形態による光学装置１は、表面に光ＭＥＭＳ２を備える素子基板３と、光ＭＥＭＳ２に対向して設けられた配線基板４と、素子基板３と配線基板４との間に設けられた封止部材５および導電性部材６とを有する。素子基板３は、たとえば半導体基板であり、その表面に、マイクロマシニング技術を用いることにより光ＭＥＭＳ２が形成されている。封止部材５は、素子基板３と配線基板４とを接続するとともに、光ＭＥＭＳ２を取り囲んで気密封止する。導電性部材６は、光ＭＥＭＳ２と配線基板４とを電気的に接続する。たとえば、素子基板３の表面には、光ＭＥＭＳ２に電気的に接続された電極が設けられている。この場合、導電性部材６は、この電極と配線基板４に設けられた配線導体７とを接続する。
なお、図１Ａ，図１Ｂでは、導電性部材６を、封止部材５の内側に配置しているが、封止部材５の外側に配置してもよい。導電性部材６を封止部材５の外側に配置すると、光ＭＥＭＳ２と導電性部材６との間の電磁気的干渉をより抑制することができる。また、光ＭＥＭＳ２を気密封止した後に、導電性部材６と素子基板３との接合部、および導電性部材６と配線基板４との接合部を容易に観察することができることから、素子基板３と配線基板４との間の電気的な接合信頼性の高い光学装置１を実現することができる。一方、導電性部材６を封止部材５の内側に配置すると、導電性部材６が気密封止された状態となり、空気中の不純物による劣化を抑制することができるため、電気的な接続信頼性がより高くなる。
また、光学装置１は、配線基板４における素子基板３に対向する表面Ｓ、ここでは封止部材５および導電性部材６が設けられる表面Ｓの外周部に外部接続端子８を有する。外部接続端子８は、配線導体７に接続される。外部接続端子８は、配線基板４とプリント配線基板等の外部回路基板とを電気的に接続する。外部接続端子８は、表面Ｓにおいて、封止部材５および導電性部材６の周囲に設けられている。ここで、光学装置１を平面透視したとき、図１Ａの破線で示すように、素子基板３は、配線基板４よりも内側に位置する。この場合、外部接続端子８は、素子基板３の周囲に位置する。外部接続端子８の下端は、外部回路基板に接続される必要があることから、素子基板３よりも下部に位置する。なお、後述するが、図１Ａにおける点線Ｂは、封止部材５が設けられる領域Ａ２と、外部接続端子８が設けられる領域Ａ３の境界を示している。
配線基板４は、内部に配線導体７が形成された絶縁基板１０と所望の光に対して透過性を有する光透過性基板１１とが接合されてなる。ここで、光透過性基板１１は、ガラス基板である。図１Ａに示すように、ガラス基板１１は、絶縁基板１０上に積層されている。絶縁基板１０は、たとえばガラスセラミックスからなる複数の絶縁層が積層された積層体である。
絶縁基板１０は、素子基板３に対向している。絶縁基板１０は、光ＭＥＭＳ２に対向する領域に貫通孔１２を有する。光ＭＥＭＳ２は、ガラス基板１１を透過し、かつ貫通孔１２を通過した光を受光することができる。たとえば、光ＭＥＭＳ２が、いわゆるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である場合、ガラス基板１１を透過した光が、この光ＭＥＭＳ２によって走査される。
配線基板４の表面Ｓは段差を有する。すなわち、表面Ｓは、図２に示すように、ガラス基板１１からの距離が異なる複数の領域Ａ１〜Ａ３を有する。たとえば、光ＭＥＭＳ２に対向する第１領域Ａ１は、ガラス基板１１からの距離Ｈ１が０であり、第１領域Ａ１の周囲の第２領域Ａ２は、ガラス基板１１からの距離Ｈ２が距離Ｈ１よりも長い。この第２領域Ａ２には、封止部材５および導電性部材６が設けられる。また、第２領域Ａ２の周囲に位置し、外部接続端子８が設けられる第３領域Ａ３は、ガラス基板１１からの距離Ｈ３が、距離Ｈ２よりも小さい。このように、距離Ｈ３が距離Ｈ２よりも小さい場合には、外部接続端子８が、光学装置１から外側に突出することを抑制することができる。その結果、光学装置１をより小型にできる。
絶縁基板１０がガラスセラミックスからなる場合、絶縁基板１０とガラス基板１１とは、焼結により一体化されてもよい。具体的には、ガラス基板１１上にガラスセラミックグリーンシートを熱圧着によって密着させ、ガラスセラミックグリーンシートを焼結させて、ガラス基板１１と一体化することにより、絶縁基板１０が、ガラス基板１１に接合されてもよい。
ここで、ガラスセラミックグリーンシートとは、絶縁基板１０を形成するガラス粉末およびセラミック粉末などの原料粉末をシート状に成形したものをいう。このとき、絶縁基板１０は、絶縁基板１０中のガラス成分によってガラス基板１１に接合される。
このように、可とう性を有するガラスセラミックグリーンシートをガラス基板１１上に熱圧着で密着させると、ガラス基板１１と絶縁基板１０とをより密着させることができ、光学装置１の気密性を高めることができる。
なお、ガラス基板１１は、絶縁基板１０の焼結温度（８００〜９５０℃）で溶融軟化しないこと、および光学経路として機能するため、内部に結晶を析出して失透しないことが求められる。従って、ガラス基板１１は、シリカガラスまたはその派生ガラスからなることが好ましい。特に、シリカガラスは、半導体基板と熱膨張係数が近く、またガラスセラミックスの焼成温度に対して耐熱性があり、かつガラスの結晶化による失透も起こりにくいために、より好ましい。
また、ガラス基板１１の厚み、ここではガラス基板１１と絶縁基板１０との積層方向におけるガラス基板１１の厚みは、０．1乃至０．５ｍｍとすることが望ましい。ガラス基板１１の厚みが０．１ｍｍ以上であると、ガラス基板１１の強度を確保し、ガラスセラミックグリーンシートとガラス基板１１とを熱圧着する時、ガラス基板１１が破壊してしまうことを抑制できる。また、ガラス基板１１の厚みが０．５ｍｍ以下であると、ガラス基板１１による透過光の損失を抑制し、その結果、光ＭＥＭＳ２の特性を高めることができる。
また、上述のように、絶縁基板１０が多層基板である場合、配線導体７の絶縁基板１０の内部における配置自由度が高くなり、配線基板４と素子基板３、および配線基板４と外部回路基板との電気的接続の自由度をより高くすることができる。
なお、配線導体７は、絶縁基板１０を構成するガラスセラミックグリーンシートと同時焼成により形成されてよい。たとえば、ガラスセラミックグリーンシートにパンチング若しくはレーザー加工等の手法を用いて穴加工を施した後、ＡｇまたはＣｕ等からなる金属粉末をペースト状にした導体ペーストを充填し、その後、その導体ペーストをガラスセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷等の手法で形成する。そして、これらの表面および穴部に導体ペーストが形成されたセラミックグリーンシートを複数層積層し、焼成することにより多層配線構造を形成することができる。
このように同時焼成によりセラミック基板内に配線導体７を形成すると、配線導体７は、絶縁基板１０に良好に密着する。これにより、配線導体７と絶縁基板１０との間に隙間が生じることを抑制することができ、光学装置１の気密信頼性を高めることができる。
また、上述のように同時焼成により形成された配線導体７は、１０〜３０μｍ程度の厚みで形成することが可能であるため、配線導体７の抵抗値を小さくすることができる。
また、ガラス基板１１の表面に配線層を形成した場合でも、ガラス基板１１の配線層と絶縁基板１０の導体ペーストを接触させて焼成することにより、ガラス基板１１の配線層と配線導体７とを接合して導通させることができる。これにより、絶縁基板１０の内部に設けた配線導体７とガラス基板１１上の配線層とを電気的に接続することができるため、電気的接続の自由度をより高めることができる。その場合、外部接続端子８を表面Ｓに接続せずに、ガラス基板１１の表面に設けることができる。
配線導体７は、たとえば、Ａｇ、Ｃｕ，Ａｕあるいはその合金金属粉末を焼結させることにより形成される。
絶縁基板１０は、ガラス基板１１と熱膨張係数が近い結晶化材料からなることが望ましい。たとえば、ガラス基板１１がシリカガラスからなる場合、絶縁基板１０は、熱膨張係数をシリカガラスの熱膨張係数に近い１．５乃至３．０×１０−６／℃とし、その結晶化度を７０％以上とすることが望ましい。
絶縁基板１０の結晶化度が７０％以上であると、ガラス基板１１の洗浄工程において、ガラスセラミック焼結体がダメージを受けにくく、ガラスセラミック焼結体からの脱粒を低減できる。
低熱膨張係数、かつ高結晶度を有する絶縁基板１０としては、結晶相にコーディライト、β−クォーツ、β−スポジュメン、またはβ−ユークプリタイトを析出するガラス材料を利用することができ、この結晶層に、熱膨張係数の調整のために、フィラーとして上記結晶若しくはその固溶体を添加することができる。
配線導体７は、絶縁基板１０の内部および表面の少なくとも一方に設けられる。配線導体７は、多層配線構造にすることによって、光学装置１の設計自由度を高めることができる。
また、半導体基板３は、二次実装時にスペーサとして機能する。このスペーサにより、外部接続端子８の高さを保持することができ、配線基板４と外部回路基板との間の熱膨張係数が異なる場合でも、外部回路基板に対する光学装置１の実装信頼性を高めることができる。
導電性部材６は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，若しくはＮｉなどの金属材料またはその合金材料等を利用して作製することができる。たとえば、導電性部材６がＡｕバンプからなる場合、Ａスタットバンプによって形成することができる。
また、外部接続端子８は、Ｐｂ−Ｓｎ，ＳｎＡｇ，若しくはＳｎＡｇＣｕなどの半田材料が主に用いられる。ここで、外部接続端子８としては、光学装置１と外部回路基板との間の熱応力を緩和するために、金属ボールを内部に取り込んだＳｎＡｇＣｕ半田などを用いるのが望ましい。
封止部材５は、光学装置１の二次実装時における耐熱性を有する材料からなる。このような封止部材５には、たとえば、Ｐｂ−Ｓｎ、ＡｕＳｎ，若しくはフリットガラスからなり、特に、ＡｕＳｎ，若しくはフリットガラス材料とすることが望ましい。これらの材料は、３００〜４５０℃で溶融流動するために、微小の隙間やボイド比率の小さい封止部材５を形成することができる。
以下に、光学装置１の製造方法について説明する。まず、図３Ａに示すように、複数のガラスセラミックグリーンシート３０を準備する。ここで、ガラスセラミックグリーンシートとは、ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機バインダ、有機溶剤、および可塑剤等とを添加混合してスラリーとし、そのスラリーをドクターブレード法若しくはカレンダロール法を用いてシート状に成形したものをいう。
上記セラミック粉末は、たとえばコーディエライト、β−クォーツ，β−スポジュメン，若しくはβ−ユークプリタイトなどの結晶または固溶体粉末である。ガラス粉末は、たとえば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，若しくはＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３―ＭｇＯ系である。セラミック粉末およびガラス粉末の組み合わせの例として、セラミック粉末を、コーディエライトとし、ガラス粉末を、コーディエライトを７０％以上析出する結晶化ガラスとする組み合わせがある。このように選択すると、得られるガラスセラミック焼結体の熱膨張係数が２．０乃至３．０×１０−６／℃となり、その結晶化度は７０％乃至８０％以上となることから、この組み合わせはより好ましい。
上記有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、たとえばアクリル系，ポリビニルブチラール系，ポリビニルアルコール系，ポリプロピレンカーボネート系，若しくはセルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、その有機溶剤、ガラス粉末、セラミック粉末、および有機バインダを混練してグリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、たとえば炭化水素類，エーテル類，エステル類，ケトン類，若しくはアルコール類等から成るもの利用される。
次に、図３Ｂに示すように、図３Ａで作製したガラスセラミックグリーンシート３０に、金型加工、レーザー加工、またはマイクロドリル若しくはパンチング等の機械的加工により、貫通孔３１を形成する。この貫通孔３１は、ビア用貫通孔として利用されるか、若しくは光ＭＥＭＳ２を収容する貫通孔１２を構成するために利用される。次に、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末とガラス粉末とに適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合した導体ペースト３２を、スクリーン印刷等の手法を用いてビア用貫通孔に充填する。
次に、図３Ｃに示すように、ガラスセラミックグリーンシート３０の表面に上記導体ペースト３２をスクリーン印刷等により塗布する。
次に、図３Ｄに示すように、導体ペースト３２が塗布されたガラスセラミックグリーンシート３０を、３〜２０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着してグリーンシート積層体３３を作製する。このとき、グリーンシート積層体３３の最上層となるガラスセラミックグリーンシート３０には密着時の加熱時に溶融する溶融成分を含有しているものを用いるのが望ましい。
次に、図３Ｅに示すように、ガラス基板１１とグリーンシート積層体３３とを３〜１０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度の条件下で加熱圧着して、ガラス基板１１とグリーンシート積層体３３とを加熱圧着する。
ここで、グリーンシート積層体３３の最外層、すなわちガラス基板１１と接するガラスセラミックグリーンシート３０が密着時の熱で溶融する溶融成分を含有していることが好ましい。この場合、ガラス基板１１とグリーンシート積層体３３とをより低い圧力で密着させることができるため、図３Ｅの工程において、ガラス基板１１が破壊する可能性を低減させることができる。
次に、図３Ｆに示すように、ガラス基板１１に加熱圧着されたグリーンシート積層体３３を焼成することにより、複合基板３４（配線基板４）を形成する。ここで、配線導体７がＡｇ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末の焼結体からなる場合、大気中で８００〜１０００℃の温度で焼成を行う。また、配線導体７がＣｕの金属粉末の焼結体からなる場合、窒素雰囲気下で焼成を行う。
このとき、グリーンシート積層体３３の主面方向の収縮がガラス基板１１によって抑制されるため、グリーンシート積層体３３はＺ方向に収縮し、主面方法の寸法精度を高精度に保つことができる。従って、素子基板３上の電極とグリーンシート積層体３３に形成された配線導体７の一部である導体パッドとの位置ズレを低減できる複合基板３４を得ることができる。
次に、図４Ａに示すように、半導体基板３を準備する。半導体基板３は、単結晶あるいは多結晶のシリコンからなる。半導体基板３の表面には、マイクロマシニング技術を利用して光ＭＥＭＳ２が形成されている。
次に、図４Ｂに示すように、光ＭＥＭＳ２と複合基板３４の貫通孔１２とを対向させて、半導体基板３と複合基板３４とを、封止部材５および導電性部材６を介して接続する。このとき、封止部材５および導電性部材６は、半導体基板３および複合基板３４のいずれか一方の表面にあらかじめ接合されていてもよい。このとき、半導体基板３と複合基板３４の接続は、３００〜４５０℃の温度および数ＭＰａ〜数十ＭＰａの圧力の条件下で行われる。ここで、接続の温度は、封止部材５を構成する封止材および導電性部材の融点を超える温度である。また、半導体基板３と複合基板３４とを接続する際には、半導体基板３および複合基板３４の反りを修正するために圧力が印加される。
ここで、導電性部材６をＡｕバンプ、封止部材５を構成する封止材をＡｕＳｎ半田又はフリットガラスとすることが望ましい。Ａｕバンプはそれぞれ、公知のＡｕワイヤーによるスタッドバンプ法、封止部材５はスクリーン印刷法によりペーストを塗布し、リフロー等で溶融させることによりそれぞれ形成可能である。Ａｕバンプによって、半導体基板３と複合基板３４との間の距離を容易に制御することができる。また、ＡｕＳｎ半田又はフリットガラスからなる封止材が液相を形成し、微小な隙間を封止材が流動して埋めることができるため、信頼性の高い封止部材５を形成することができる。
そして、半導体基板３と複合基板３４とを接続した後、図４Ｂの破線で示す位置で半導体基板３を切断し、半導体基板３の外周部を除去する。
次に、図４Ｃに示すように、配線基板４の表面の外周部に、適切な治工具を用いて、外部接続端子８として半田ボール付けを行う。
本実施の形態による光学装置１によれば、光ＭＥＭＳに対する十分な透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路との間において、信頼性の高い電気的接続を確保できる。また、光学装置１は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板１０と半導体基板３とを封止部材５によって接続することから、光ＭＥＭＳ２を気密に封止することができる。特に、ガラス基板１１と絶縁基板１０とは焼結により一体化されることから、絶縁基板１０とガラス基板１１の密着を良好に保つことができ、光ＭＥＭＳ２の気密性を高めることができる。
次に、１つの基板に複数の光学装置１を作り込み、この基板を切断することによって個々の光学装置１を得る場合の光学装置１の製造方法について説明する。図５Ａ−図６Ｃは、図３Ａ−図４Ｃに対応し、同一の構成には、同一の符号を付している。ここでは、主として、図３Ａ−図４Ｃと異なる点について説明する。すなわち、図３Ａ−図４Ｃと同様の点についてはその説明を省略することがある。
まず、図５Ａに示すように、ガラスセラミックグリーンシート４０を準備する。
次に、図５Ｂに示すように、図５Ａで作製したガラスセラミックグリーンシート４０に、ビア用貫通孔として利用される、または光ＭＥＭＳ２を収容する貫通孔１２を構成するために利用される貫通孔３１を形成する。そして、導体ペースト３２を、スクリーン印刷等の手法を用いてビア用貫通孔に充填する。
次に、図５Ｃに示すように、ガラスセラミックグリーンシート４０の表面に上記導体ペースト３２を塗布する。
次に、図５Ｄに示すように、導体ペースト３２が塗布されたガラスセラミックグリーンシート４０を、３〜２０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着してグリーンシート積層体４３を作製する。
次に、図５Ｅに示すように、ガラス基板１１とグリーンシート積層体４３とを３〜１０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度の条件下で加熱圧着して、ガラス基板１１とグリーンシート積層体４３とを加熱圧着する。
次に、図５Ｆに示すように、ガラス基板１１に加熱圧着されたグリーンシート積層体４３を焼成することにより複合母基板４４を作製する。
次に、図６Ａに示すように、半導体母基板４５を準備する。半導体母基板４５は、４インチ乃至８インチのシリコンウエハに、マイクロマシニング技術を利用して複数の光ＭＥＭＳ２を縦横に配列形成したものである。
次に、図６Ｂに示すように、複合母基板４４と半導体母基板４５とをウエハーレベルで接続することにより、基板４４，４５同士の電気的接続と光ＭＥＭＳ２の気密封止を一括して行う。複合母基板４４と半導体母基板４５との接続は、封止部材５を構成する封止材および導電性部材６の融点を超える３００〜４５０℃で、かつ互いの反りを修正するために数ＭＰａ〜数十ＭＰａの圧力を印加してウエハーレベルで接続する。
次に、図６Ｂの破線に示すように、複合母基板４４と半導体母基板４５とをダイシング等で個片化することにより複数の光学装置１を形成することができる。ここで、配線基板４の表面において、外部接続端子８が接続される第３領域Ａ３のガラス基板１１からの距離Ｈ３が、第２領域Ａ２のガラス基板１１からの距離Ｈ２に対して０．１ｍｍ以上低くなるように段差が設けられていることが望ましい。距離Ｈ３が０．１ｍｍ以上低くなっていることから、ダイシングによる個片化工程において、ダイシング刃によって第３領域Ａ３に傷がつくことを抑制できる。
次に図６Ｃに示すように、配線基板４の表面の外周部に、適切な治工具を用いて、外部接続端子８として半田ボール付けを行う。
本実施の形態による光学装置１によれば、配線基板３が光ＭＥＭＳ２を覆う蓋体として作用する。よって、光ＭＥＭＳ２に対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳ２と外部回路との間で自由度の高い電気的接続を実現する光学装置をウエハーレベルによってより容易に作製することができる。
上述の光ＭＥＭＳ２の例としては、微細な鏡面体を静電気力により傾けて反射方向を制御するマイクロミラーデバイス、または微小の回折素子の動きを利用して回折方向を制御するグレーティングライトバルブ素子などがある。
なお、上述の説明では、光学素子の例として、基板の表面にマイクロマシニング技術を用いて形成された光ＭＥＭＳを挙げたが、基板に別体で設けられた光学素子であってもよい。
また、素子基板３が、光透過性基板１１を透過する特定の光に対して透過性を有する場合に、光学素子２が、たとえば光変調素子であってもよい。
また、上述の実施の形態の例は、外部接続端子８は半田ボールによる実現されているがこれに限定されるものではなく、各種ピン付けによるものであっても構わない。
本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変形は可能である。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【図１Ａ】
2009069807.tif 000003
【図１Ｂ】
2009069807.tif 000004
【図２】
2009069807.tif 000005
【図３Ａ】
2009069807.tif 000006
【図３Ｂ】
2009069807.tif 000007
【図３Ｃ】
2009069807.tif 000008
【図３Ｄ】
2009069807.tif 000009
【図３Ｅ】
2009069807.tif 000010
【図３Ｆ】
2009069807.tif 000011
【図４Ａ】
2009069807.tif 000012
【図４Ｂ】
2009069807.tif 000013
【図４Ｃ】
2009069807.tif 000014
【図５Ａ】
2009069807.tif 000015
【図５Ｂ】
2009069807.tif 000016
【図５Ｃ】
2009069807.tif 000017
【図５Ｄ】
2009069807.tif 000018
【図５Ｅ】
2009069807.tif 000019
【図５Ｆ】
2009069807.tif 000020
【図６Ａ】
2009069807.tif 000021
【図６Ｂ】
2009069807.tif 000022
【図６Ｃ】
2009069807.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月11日(2010.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に光学素子が設けられた素子基板と、
前記光学素子に対向して配置された配線基板と、
前記素子基板と前記配線基板との間に設けられ、該光学素子を取り囲んで気密封止する封止部材と、
前記素子基板と前記配線基板との間に設けられ、該光学素子と前記配線基板とを電気的に接続する導電性部材と
を有し、
前記配線基板は、前記光学素子に対して光を透過する光透過領域を有し、
前記配線基板は、複数の絶縁層が積層されてなる積層体と、該積層体の前記素子基板に対向する表面と反対側の表面に積層された光透過層と、前記積層体の内部に設けられた配線導体とを有し、
前記積層体は、前記光学素子に対向する領域に貫通孔を有する光学装置。
【請求項２】
前記配線基板の前記封止部材が設けられる表面に外部接続端子を有する請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記外部接続端子は、前記封止部材が設けられる前記表面において、該封止部材の周囲に設けられている請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記積層体は、ガラス成分を有するガラスセラミック基板であり、前記積層体および前記光透過層は、前記ガラス成分により接合されている請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
表面に光学素子が設けられた素子基板の前記光学素子を気密封止するための封止用基板であって、
前記光学素子に対向して配置される配線基板と、
前記配線基板上に設けられ、前記素子基板と前記配線基板との間で該光学素子を取り囲んで気密封止する封止部材と、
前記配線基板上に設けられ、該光学素子と前記配線基板とを電気的に接続する導電性部材と
を有し、
前記配線基板は、前記光学素子に対して光を透過する光透過領域を有し、
前記配線基板は、絶縁層が積層されてなる積層体と、該積層体の前記素子基板に対向する表面と反対側の表面に積層された光透過層と、前記積層体の内部に設けられた配線導体とを有し、
前記積層体は、前記光学素子に対向する領域に貫通孔を有する封止用基板。
【請求項６】
前記配線基板の前記封止部材および前記導電性部材が接続される表面に外部接続端子を有する請求項５に記載の封止用基板。
【請求項７】
前記外部接続端子は、前記封止部材が接続される前記表面において、該封止部材の周囲に設けられている請求項６に記載の封止用基板。
【請求項８】
前記積層体は、ガラス成分を有するガラスセラミック基板であり、前記積層体および前記光透過層は、前記ガラス成分により接合されている請求項５に記載の封止用基板。
【請求項９】
複数のガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、
前記複数のガラスセラミックグリーンシートに穴部を形成する工程と、
少なくとも１つの前記ガラスセラミックグリーンシートに焼成後に配線導体となる導体部を形成する工程と、
前記複数のガラスセラミックグリーンシートを積層して、貫通孔を有するグリーンシート積層体を形成する工程と、
ガラス基板上に前記グリーンシート積層体を積層して、前記ガラス基板と前記グリーンシート積層体とを熱圧着する工程と、
前記グリーンシート積層体を焼成して複合基板を形成する工程と、
光学素子が設けられた素子基板を準備する工程と、
前記光学素子と前記複合基板の貫通孔とを対向させて、前記素子基板と前記複合基板とを接続する工程と
を有する光学装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、光学装置に用いられる光学素子の封止用基板、および光学装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板の主面に、集積回路素子等の微細配線を形成する加工技術を応用して、極めて微小な電子機械機構（Micro Electro Mechanical System：以下、「ＭＥＭＳ」という。）を形成した電子装置が注目され、実用化に向けて開発が進められている。このような電子装置には、たとえば、微小ミラーを駆動させて光の経路を切り換える光スイッチがある。この微小ミラーのように、光学分野に利用されるＭＥＭＳを、特に光ＭＥＭＳという。
【０００３】
このような光ＭＥＭＳをパッケージングする方法としては、光ＭＥＭＳが形成される支持基板と光ＭＥＭＳをカバーするカバー基板とをシーリング媒体によって接合する方法がある（たとえば、特表２００７−５２８５９１号公報）。この場合、光ＭＥＭＳ対して光を透過させる必要があることから、カバー基板として、たとえば光透過性を有するガラスが用いられる。
【０００４】
一方、光ＭＥＭＳと外部回路との間で電気的接続が必要となる場合がある。しかし、カバー基板としてガラスを用いた場合には、ガラスに複雑な形状の配線導体を形成することが困難であることから、光ＭＥＭＳと外部回路との間で自由度の高い電気的接続を実現することは困難である。
【０００５】
以上のように、光ＭＥＭＳをパッケージングして得られる光学装置は、光ＭＥＭＳに対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路との間で自由度の高い電気的接続が求められる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様によれば、光学装置は、表面に光学素子が設けられた素子基板と、光学素子に対向して配置された配線基板と、素子基板と配線基板との間に設けられた封止部材および導電性部材を有する。封止部材は、光学素子を取り囲んで気密封止する。導電性部材は、光学素子と配線基板とを電気的に接続する。配線基板は、光学素子に対して光を透過する光透過領域を有する。前記配線基板は、複数の絶縁層が積層されてなる積層体と、該積層体の前記素子基板に対向する表面と反対側の表面に積層された光透過層と、前記積層体の内部に設けられた配線導体とを有する。前記積層体は、前記光学素子に対向する領域に貫通孔を有する。
【０００７】
本発明の一態様によれば、封止用基板は、表面に光学素子が設けられた素子基板の光学素子を気密封止するための基板である。封止用基板は、光学素子に対向して配置される配線基板と、配線基板上に設けられ、素子基板と配線基板との間で該光学素子を取り囲んで気密封止する封止部材と、配線基板上に設けられ、該光学素子と配線基板とを電気的に接続する導電性部材とを有する。配線基板は、光学素子に対して光を透過する光透過領域を有する。前記配線基板は、絶縁層が積層されてなる積層体と、該積層体の前記素子基板に対向する表面と反対側の表面に積層された光透過層と、前記積層体の内部に設けられた配線導体とを有する。前記積層体は、前記光学素子に対向する領域に貫通孔を有する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、光学装置の製造方法は、複数のガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、複数のガラスセラミックグリーンシートに穴部を形成する工程と、少なくとも１つの前記ガラスセラミックグリーンシートに焼成後に配線導体となる導体部を形成する工程と、複数のガラスセラミックグリーンシートを積層して、貫通孔を有するグリーンシート積層体を形成する工程と、ガラス基板上にグリーンシート積層体を積層して、ガラス基板とグリーンシート積層体とを熱圧着する工程と、グリーンシート積層体を焼成して複合基板を形成する工程と、光学素子が設けられた素子基板を準備する工程と、光学素子と複合基板の貫通孔とを対向させて、素子基板と複合基板とを接続する工程とを有する。
【０００９】
本発明の一態様によれば、光学装置は、光ＭＥＭＳに対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路との間で自由度の高い電気的接続を実現することができる。
【００１０】
本発明の一態様によれば、封止用基板は、光ＭＥＭＳに対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路との間で電気的接続の自由度が高い光学装置を実現することができる。
【００１１】
本発明の一態様によれば、光ＭＥＭＳに対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路と間で電気的接続の自由度が高い光学装置を製造可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の実施の形態による光学装置の構成例を示す平面透視図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】配線基板の表面Ｓにおける領域Ａ１〜Ａ３を示す図である。
【図３Ａ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｂ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｃ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｄ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｅ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｆ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図４Ａ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図４Ｂ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図４Ｃ】図１の光学装置の製造方法を説明するための図である。
【図５Ａ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｂ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｃ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｄ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｅ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図５Ｆ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図６Ａ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図６Ｂ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【図６Ｃ】図１の光学装置の別の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１Ａ，図１Ｂに示すように、本発明の実施の形態による光学装置１は、表面に光ＭＥＭＳ２を備える素子基板３と、光ＭＥＭＳ２に対向して設けられた配線基板４と、素子基板３と配線基板４との間に設けられた封止部材５および導電性部材６とを有する。素子基板３は、たとえば半導体基板であり、その表面に、マイクロマシニング技術を用いることにより光ＭＥＭＳ２が形成されている。封止部材５は、素子基板３と配線基板４とを接続するとともに、光ＭＥＭＳ２を取り囲んで気密封止する。導電性部材６は、光ＭＥＭＳ２と配線基板４とを電気的に接続する。たとえば、素子基板３の表面には、光ＭＥＭＳ２に電気的に接続された電極が設けられている。この場合、導電性部材６は、この電極と配線基板４に設けられた配線導体７とを接続する。
【００１４】
なお、図１Ａ，図１Ｂでは、導電性部材６を、封止部材５の内側に配置しているが、封止部材５の外側に配置してもよい。導電性部材６を封止部材５の外側に配置すると、光ＭＥＭＳ２と導電性部材６との間の電磁気的干渉をより抑制することができる。また、光ＭＥＭＳ２を気密封止した後に、導電性部材６と素子基板３との接合部、および導電性部材６と配線基板４との接合部を容易に観察することができることから、素子基板３と配線基板４との間の電気的な接合信頼性の高い光学装置１を実現することができる。一方、導電性部材６を封止部材５の内側に配置すると、導電性部材６が気密封止された状態となり、空気中の不純物による劣化を抑制することができるため、電気的な接続信頼性がより高くなる。
【００１５】
また、光学装置１は、配線基板４における素子基板３に対向する表面Ｓ、ここでは封止部材５および導電性部材６が設けられる表面Ｓの外周部に外部接続端子８を有する。外部接続端子８は、配線導体７に接続される。外部接続端子８は、配線基板４とプリント配線基板等の外部回路基板とを電気的に接続する。外部接続端子８は、表面Ｓにおいて、封止部材５および導電性部材６の周囲に設けられている。ここで、光学装置１を平面透視したとき、図１Ａの破線で示すように、素子基板３は、配線基板４よりも内側に位置する。この場合、外部接続端子８は、素子基板３の周囲に位置する。外部接続端子８の下端は、外部回路基板に接続される必要があることから、素子基板３よりも下部に位置する。なお、後述するが、図１Ａにおける点線Ｂは、封止部材５が設けられる領域Ａ２と、外部接続端子８が設けられる領域Ａ３の境界を示している。
【００１６】
配線基板４は、内部に配線導体７が形成された絶縁基板１０と所望の光に対して透過性を有する光透過性基板１１とが接合されてなる。ここで、光透過性基板１１は、ガラス基板である。図１Ｂに示すように、ガラス基板１１は、絶縁基板１０上に積層されている。絶縁基板１０は、たとえばガラスセラミックスからなる複数の絶縁層が積層された積層体である。
【００１７】
絶縁基板１０は、素子基板３に対向している。絶縁基板１０は、光ＭＥＭＳ２に対向する領域に貫通孔１２を有する。光ＭＥＭＳ２は、ガラス基板１１を透過し、かつ貫通孔１２を通過した光を受光することができる。たとえば、光ＭＥＭＳ２が、いわゆるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である場合、ガラス基板１１を透過した光が、この光ＭＥＭＳ２によって走査される。
【００１８】
配線基板４の表面Ｓは段差を有する。すなわち、表面Ｓは、図２に示すように、ガラス基板１１からの距離が異なる複数の領域Ａ１〜Ａ３を有する。たとえば、光ＭＥＭＳ２に対向する第１領域Ａ１は、ガラス基板１１からの距離Ｈ１が０であり、第１領域Ａ１の周囲の第２領域Ａ２は、ガラス基板１１からの距離Ｈ２が距離Ｈ１よりも長い。この第２領域Ａ２には、封止部材５および導電性部材６が設けられる。また、第２領域Ａ２の周囲に位置し、外部接続端子８が設けられる第３領域Ａ３は、ガラス基板１１からの距離Ｈ３が、距離Ｈ２よりも小さい。このように、距離Ｈ３が距離Ｈ２よりも小さい場合には、外部接続端子８が、光学装置１から外側に突出することを抑制することができる。その結果、光学装置１をより小型にできる。
【００１９】
絶縁基板１０がガラスセラミックスからなる場合、絶縁基板１０とガラス基板１１とは、焼結により一体化されてもよい。具体的には、ガラス基板１１上にガラスセラミックグリーンシートを熱圧着によって密着させ、ガラスセラミックグリーンシートを焼結させて、ガラス基板１１と一体化することにより、絶縁基板１０が、ガラス基板１１に接合されてもよい。
【００２０】
ここで、ガラスセラミックグリーンシートとは、絶縁基板１０を形成するガラス粉末およびセラミック粉末などの原料粉末をシート状に成形したものをいう。このとき、絶縁基板１０は、絶縁基板１０中のガラス成分によってガラス基板１１に接合される。
【００２１】
このように、可とう性を有するガラスセラミックグリーンシートをガラス基板１１上に熱圧着で密着させると、ガラス基板１１と絶縁基板１０とをより密着させることができ、光学装置１の気密性を高めることができる。
【００２２】
なお、ガラス基板１１は、絶縁基板１０の焼結温度（８００〜９５０℃）で溶融軟化しないこと、および光学経路として機能するため、内部に結晶を析出して失透しないことが求められる。従って、ガラス基板１１は、シリカガラスまたはその派生ガラスからなることが好ましい。特に、シリカガラスは、半導体基板と熱膨張係数が近く、またガラスセラミックスの焼成温度に対して耐熱性があり、かつガラスの結晶化による失透も起こりにくいために、より好ましい。
【００２３】
また、ガラス基板１１の厚み、ここではガラス基板１１と絶縁基板１０との積層方向におけるガラス基板１１の厚みは、０．1乃至０．５ｍｍとすることが望ましい。ガラス基板１１の厚みが０．１ｍｍ以上であると、ガラス基板１１の強度を確保し、ガラスセラミックグリーンシートとガラス基板１１とを熱圧着する時、ガラス基板１１が破壊してしまうことを抑制できる。また、ガラス基板１１の厚みが０．５ｍｍ以下であると、ガラス基板１１による透過光の損失を抑制し、その結果、光ＭＥＭＳ２の特性を高めることができる。
【００２４】
また、上述のように、絶縁基板１０が多層基板である場合、配線導体７の絶縁基板１０の内部における配置自由度が高くなり、配線基板４と素子基板３、および配線基板４と外部回路基板との電気的接続の自由度をより高くすることができる。
【００２５】
なお、配線導体７は、絶縁基板１０を構成するガラスセラミックグリーンシートと同時焼成により形成されてよい。たとえば、ガラスセラミックグリーンシートにパンチング若しくはレーザー加工等の手法を用いて穴加工を施した後、ＡｇまたはＣｕ等からなる金属粉末をペースト状にした導体ペーストを充填し、その後、その導体ペーストをガラスセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷等の手法で形成する。そして、これらの表面および穴部に導体ペーストが形成されたセラミックグリーンシートを複数層積層し、焼成することにより多層配線構造を形成することができる。
【００２６】
このように同時焼成によりセラミック基板内に配線導体７を形成すると、配線導体７は、絶縁基板１０に良好に密着する。これにより、配線導体７と絶縁基板１０との間に隙間が生じることを抑制することができ、光学装置１の気密信頼性を高めることができる。
【００２７】
また、上述のように同時焼成により形成された配線導体７は、１０〜３０μｍ程度の厚みで形成することが可能であるため、配線導体７の抵抗値を小さくすることができる。
【００２８】
また、ガラス基板１１の表面に配線層を形成した場合でも、ガラス基板１１の配線層と絶縁基板１０の導体ペーストを接触させて焼成することにより、ガラス基板１１の配線層と配線導体７とを接合して導通させることができる。これにより、絶縁基板１０の内部に設けた配線導体７とガラス基板１１上の配線層とを電気的に接続することができるため、電気的接続の自由度をより高めることができる。その場合、外部接続端子８を表面Ｓに接続せずに、ガラス基板１１の表面に設けることができる。
【００２９】
配線導体７は、たとえば、Ａｇ、Ｃｕ，Ａｕあるいはその合金金属粉末を焼結させることにより形成される。
【００３０】
絶縁基板１０は、ガラス基板１１と熱膨張係数が近い結晶化材料からなることが望ましい。たとえば、ガラス基板１１がシリカガラスからなる場合、絶縁基板１０は、熱膨張係数をシリカガラスの熱膨張係数に近い１．５乃至３．０×１０−６／℃とし、その結晶化度を７０％以上とすることが望ましい。
【００３１】
絶縁基板１０の結晶化度が７０％以上であると、ガラス基板１１の洗浄工程において、ガラスセラミック焼結体がダメージを受けにくく、ガラスセラミック焼結体からの脱粒を低減できる。
【００３２】
低熱膨張係数、かつ高結晶度を有する絶縁基板１０としては、結晶相にコーディライト、β−クォーツ、β−スポジュメン、またはβ−ユークプリタイトを析出するガラス材料を利用することができ、この結晶層に、熱膨張係数の調整のために、フィラーとして上記結晶若しくはその固溶体を添加することができる。
【００３３】
配線導体７は、絶縁基板１０の内部および表面の少なくとも一方に設けられる。配線導体７は、多層配線構造にすることによって、光学装置１の設計自由度を高めることができる。
【００３４】
また、半導体基板３は、二次実装時にスペーサとして機能する。このスペーサにより、外部接続端子８の高さを保持することができ、配線基板４と外部回路基板との間の熱膨張係数が異なる場合でも、外部回路基板に対する光学装置１の実装信頼性を高めることができる。
【００３５】
導電性部材６は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，若しくはＮｉなどの金属材料またはその合金材料等を利用して作製することができる。たとえば、導電性部材６がＡｕバンプからなる場合、Ａｕスタットバンプによって形成することができる。
【００３６】
また、外部接続端子８は、Ｐｂ−Ｓｎ，ＳｎＡｇ，若しくはＳｎＡｇＣｕなどの半田材料が主に用いられる。ここで、外部接続端子８としては、光学装置１と外部回路基板との間の熱応力を緩和するために、金属ボールを内部に取り込んだＳｎＡｇＣｕ半田などを用いるのが望ましい。
【００３７】
封止部材５は、光学装置１の二次実装時における耐熱性を有する材料からなる。このような封止部材５には、たとえば、Ｐｂ−Ｓｎ、ＡｕＳｎ，若しくはフリットガラスからなり、特に、ＡｕＳｎ，若しくはフリットガラス材料とすることが望ましい。これらの材料は、３００〜４５０℃で溶融流動するために、微小の隙間やボイド比率の小さい封止部材５を形成することができる。
【００３８】
以下に、光学装置１の製造方法について説明する。まず、図３Ａに示すように、複数のガラスセラミックグリーンシート３０を準備する。ここで、ガラスセラミックグリーンシートとは、ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機バインダ、有機溶剤、および可塑剤等とを添加混合してスラリーとし、そのスラリーをドクターブレード法若しくはカレンダロール法を用いてシート状に成形したものをいう。
【００３９】
上記セラミック粉末は、たとえばコーディエライト、β−クォーツ，β−スポジュメン，若しくはβ−ユークプリタイトなどの結晶または固溶体粉末である。ガラス粉末は、たとえば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，若しくはＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３ッＭｇＯ系である。セラミック粉末およびガラス粉末の組み合わせの例として、セラミック粉末を、コーディエライトとし、ガラス粉末を、コーディエライトを７０％以上析出する結晶化ガラスとする組み合わせがある。このように選択すると、得られるガラスセラミック焼結体の熱膨張係数が２．０乃至３．０×１０−６／℃となり、その結晶化度は７０％乃至８０％以上となることから、この組み合わせはより好ましい。
【００４０】
上記有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、たとえばアクリル系，ポリビニルブチラール系，ポリビニルアルコール系，ポリプロピレンカーボネート系，若しくはセルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００４１】
グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、その有機溶剤、ガラス粉末、セラミック粉末、および有機バインダを混練してグリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、たとえば炭化水素類，エーテル類，エステル類，ケトン類，若しくはアルコール類等から成るもの利用される。
【００４２】
次に、図３Ｂに示すように、図３Ａで作製したガラスセラミックグリーンシート３０に、金型加工、レーザー加工、またはマイクロドリル若しくはパンチング等の機械的加工により、貫通孔３１を形成する。この貫通孔３１は、ビア用貫通孔として利用されるか、若しくは光ＭＥＭＳ２を収容する貫通孔１２を構成するために利用される。次に、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末とガラス粉末とに適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合した導体ペースト３２を、スクリーン印刷等の手法を用いてビア用貫通孔に充填する。
【００４３】
次に、図３Ｃに示すように、ガラスセラミックグリーンシート３０の表面に上記導体ペースト３２をスクリーン印刷等により塗布する。
【００４４】
次に、図３Ｄに示すように、導体ペースト３２が塗布されたガラスセラミックグリーンシート３０を、３〜２０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着してグリーンシート積層体３３を作製する。このとき、グリーンシート積層体３３の最上層となるガラスセラミックグリーンシート３０には密着時の加熱時に溶融する溶融成分を含有しているものを用いるのが望ましい。
【００４５】
次に、図３Ｅに示すように、ガラス基板１１とグリーンシート積層体３３とを３〜１０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度の条件下で加熱圧着して、ガラス基板１１とグリーンシート積層体３３とを加熱圧着する。
【００４６】
ここで、グリーンシート積層体３３の最外層、すなわちガラス基板１１と接するガラスセラミックグリーンシート３０が密着時の熱で溶融する溶融成分を含有していることが好ましい。この場合、ガラス基板１１とグリーンシート積層体３３とをより低い圧力で密着させることができるため、図３Ｅの工程において、ガラス基板１１が破壊する可能性を低減させることができる。
【００４７】
次に、図３Ｆに示すように、ガラス基板１１に加熱圧着されたグリーンシート積層体３３を焼成することにより、複合基板３４（配線基板４）を形成する。ここで、配線導体７がＡｇ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末の焼結体からなる場合、大気中で８００〜１０００℃の温度で焼成を行う。また、配線導体７がＣｕの金属粉末の焼結体からなる場合、窒素雰囲気下で焼成を行う。
【００４８】
このとき、グリーンシート積層体３３の主面方向の収縮がガラス基板１１によって抑制されるため、グリーンシート積層体３３はＺ方向に収縮し、主面方向の寸法精度を高精度に保つことができる。従って、素子基板３上の電極とグリーンシート積層体３３に形成された配線導体７の一部である導体パッドとの位置ズレを低減できる複合基板３４を得ることができる。
【００４９】
次に、図４Ａに示すように、半導体基板３を準備する。半導体基板３は、単結晶あるいは多結晶のシリコンからなる。半導体基板３の表面には、マイクロマシニング技術を利用して光ＭＥＭＳ２が形成されている。
【００５０】
次に、図４Ｂに示すように、光ＭＥＭＳ２と複合基板３４の貫通孔１２とを対向させて、半導体基板３と複合基板３４とを、封止部材５および導電性部材６を介して接続する。このとき、封止部材５および導電性部材６は、半導体基板３および複合基板３４のいずれか一方の表面にあらかじめ接合されていてもよい。このとき、半導体基板３と複合基板３４の接続は、３００〜４５０℃の温度および数ＭＰａ〜数十ＭＰａの圧力の条件下で行われる。ここで、接続の温度は、封止部材５を構成する封止材および導電性部材の融点を超える温度である。また、半導体基板３と複合基板３４とを接続する際には、半導体基板３および複合基板３４の反りを修正するために圧力が印加される。
【００５１】
ここで、導電性部材６をＡｕバンプ、封止部材５を構成する封止材をＡｕＳｎ半田又はフリットガラスとすることが望ましい。Ａｕバンプはそれぞれ、公知のＡｕワイヤーによるスタッドバンプ法、封止部材５はスクリーン印刷法によりペーストを塗布し、リフロー等で溶融させることによりそれぞれ形成可能である。Ａｕバンプによって、半導体基板３と複合基板３４との間の距離を容易に制御することができる。また、ＡｕＳｎ半田又はフリットガラスからなる封止材が液相を形成し、微小な隙間を封止材が流動して埋めることができるため、信頼性の高い封止部材５を形成することができる。
【００５２】
そして、半導体基板３と複合基板３４とを接続した後、図４Ｂの破線で示す位置で半導体基板３を切断し、半導体基板３の外周部を除去する。
【００５３】
次に、図４Ｃに示すように、配線基板４の表面の外周部に、適切な治工具を用いて、外部接続端子８として半田ボール付けを行う。
【００５４】
本実施の形態による光学装置１によれば、光ＭＥＭＳに対する十分な透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳと外部回路との間において、信頼性の高い電気的接続を確保できる。また、光学装置１は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板１０と半導体基板３とを封止部材５によって接続することから、光ＭＥＭＳ２を気密に封止することができる。特に、ガラス基板１１と絶縁基板１０とは焼結により一体化されることから、絶縁基板１０とガラス基板１１の密着を良好に保つことができ、光ＭＥＭＳ２の気密性を高めることができる。
【００５５】
次に、１つの基板に複数の光学装置１を作り込み、この基板を切断することによって個々の光学装置１を得る場合の光学装置１の製造方法について説明する。図５Ａ−図６Ｃは、図３Ａ−図４Ｃに対応し、同一の構成には、同一の符号を付している。ここでは、主として、図３Ａ−図４Ｃと異なる点について説明する。すなわち、図３Ａ−図４Ｃと同様の点についてはその説明を省略することがある。
【００５６】
まず、図５Ａに示すように、ガラスセラミックグリーンシート４０を準備する。
次に、図５Ｂに示すように、図５Ａで作製したガラスセラミックグリーンシート４０に、ビア用貫通孔として利用される、または光ＭＥＭＳ２を収容する貫通孔１２を構成するために利用される貫通孔３１を形成する。そして、導体ペースト３２を、スクリーン印刷等の手法を用いてビア用貫通孔に充填する。
【００５７】
次に、図５Ｃに示すように、ガラスセラミックグリーンシート４０の表面に上記導体ペースト３２を塗布する。
【００５８】
次に、図５Ｄに示すように、導体ペースト３２が塗布されたガラスセラミックグリーンシート４０を、３〜２０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着してグリーンシート積層体４３を作製する。
【００５９】
次に、図５Ｅに示すように、ガラス基板１１とグリーンシート積層体４３とを３〜１０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度の条件下で加熱圧着して、ガラス基板１１とグリーンシート積層体４３とを加熱圧着する。
【００６０】
次に、図５Ｆに示すように、ガラス基板１１に加熱圧着されたグリーンシート積層体４３を焼成することにより複合母基板４４を作製する。
【００６１】
次に、図６Ａに示すように、半導体母基板４５を準備する。半導体母基板４５は、４インチ乃至８インチのシリコンウエハに、マイクロマシニング技術を利用して複数の光ＭＥＭＳ２を縦横に配列形成したものである。
【００６２】
次に、図６Ｂに示すように、複合母基板４４と半導体母基板４５とをウエハーレベルで接続することにより、基板４４，４５同士の電気的接続と光ＭＥＭＳ２の気密封止を一括して行う。複合母基板４４と半導体母基板４５との接続は、封止部材５を構成する封止材および導電性部材６の融点を超える３００〜４５０℃で、かつ互いの反りを修正するために数ＭＰａ〜数十ＭＰａの圧力を印加してウエハーレベルで接続する。
【００６３】
次に、図６Ｂの破線に示すように、複合母基板４４と半導体母基板４５とをダイシング等で個片化することにより複数の光学装置１を形成することができる。ここで、配線基板４の表面において、外部接続端子８が接続される第３領域Ａ３のガラス基板１１からの距離Ｈ３が、第２領域Ａ２のガラス基板１１からの距離Ｈ２に対して０．１ｍｍ以上低くなるように段差が設けられていることが望ましい。距離Ｈ３が０．１ｍｍ以上低くなっていることから、ダイシングによる個片化工程において、ダイシング刃によって第３領域Ａ３に傷がつくことを抑制できる。
【００６４】
次に図６Ｃに示すように、配線基板４の表面の外周部に、適切な治工具を用いて、外部接続端子８として半田ボール付けを行う。
【００６５】
本実施の形態による光学装置１によれば、配線基板４が光ＭＥＭＳ２を覆う蓋体として作用する。よって、光ＭＥＭＳ２に対する透過性を有するとともに、光ＭＥＭＳ２と外部回路との間で自由度の高い電気的接続を実現する光学装置をウエハーレベルによってより容易に作製することができる。
【００６６】
上述の光ＭＥＭＳ２の例としては、微細な鏡面体を静電気力により傾けて反射方向を制御するマイクロミラーデバイス、または微小の回折素子の動きを利用して回折方向を制御するグレーティングライトバルブ素子などがある。
【００６７】
なお、上述の説明では、光学素子の例として、基板の表面にマイクロマシニング技術を用いて形成された光ＭＥＭＳを挙げたが、基板に別体で設けられた光学素子であってもよい。
【００６８】
また、素子基板３が、光透過性基板１１を透過する特定の光に対して透過性を有する場合に、光学素子２が、たとえば光変調素子であってもよい。
【００６９】
また、上述の実施の形態の例は、外部接続端子８は半田ボールによる実現されているがこれに限定されるものではなく、各種ピン付けによるものであっても構わない。
【００７０】
本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変形は可能である。
【００７１】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【国際調査報告】
2009069807.tif 000024
2009069807.tif 000025
2009069807.tif 000026
2009069807.tif 000027