(57)【要約】【課題】光変調器素子とドライブ集積回路を基板にフリップチップボンディングし、開閉部をガラスを用いて遮蔽した光変調器モジュールパッケージ構造の提供。【解決手段】活性部位が入力される外部制御信号に応じて入射光を反射または回折させる光変調器素子と、前記光変調器素子の活性部位を外部の制御信号に応じて制御する駆動集積回路素子と、外部からの入射光が通過するように開閉部が設けられており、前記開閉部に前記活性部位が位置するように上面に前記光変調器素子が取り付けられており、前記光変調器素子の周辺に駆動集積回路素子が取り付けられており、内部に回路が設けられて外部の制御信号を前記駆動集積回路素子に提供し、前記駆動集積回路素子の制御信号を前記光変調器素子に提供する基板と、光透過性物質から製作され、前記基板の開閉部を覆う光透過性蓋とを含んでなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性部位が入力される外部制御信号に応じて入射光を反射または回折させる光変調器素子と、
前記光変調器素子の活性部位を外部の制御信号に応じて制御する駆動集積回路素子と、
外部からの入射光が通過するように開閉部が設けられており、前記開閉部に前記活性部位が位置するように上面に前記光変調器素子が取り付けられており、前記光変調器素子の周辺に駆動集積回路素子が取り付けられており、内部に回路が設けられて外部の制御信号を前記駆動集積回路素子に提供し、前記駆動集積回路素子の制御信号を前記光変調器素子に提供する基板と、
光透過性物質から製作され、前記基板の開閉部を覆う光透過性蓋とを含んでなることを特徴とする、光変調器モジュールパッケージ構造。
【請求項２】
前記基板の一端に取り付けられており、外部の制御信号の入力を受けるコネクタと、
前記光変調器素子、前記駆動集積回路素子、前記基板、前記光透過性蓋、前記コネクタからなる構造体を外部から保護するために取り囲んでいるモールディング部とを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の光変調器モジュールパッケージ構造。
【請求項３】
前記光透過性蓋は、上面に吸収膜または散乱膜がコートされていることを特徴とする、請求項１に記載の光変調器モジュールパッケージ構造。
【請求項４】
前記光変調器素子と前記駆動集積回路素子に取り付けられ、熱を放出する熱放出板をさらに含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の光変調器モジュールパッケージ構造。
【請求項５】
前記光透過性蓋は、ガラス基板であることを特徴とする、請求項１に記載の光変調器モジュールパッケージ構造。
【請求項６】
前記基板は、ＰＣＢ、ＬＴＣＣ、ＦＰＣＢ及びガラス基板のいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の光変調器モジュールパッケージ構造。
【請求項７】
前記基板は、フリップチップボンディングのために複数のボンプを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の光変調器モジュールパッケージ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器モジュールパッケージ構造に係り、特に、光変調器素子とドライブ集積回路を基板にフリップチップボンディングし、開閉部をガラスを用いて遮蔽した光変調器モジュールパッケージ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子の製造工程を用いて、マイクロミラー、マイクロレンズ、スイッチなどのマイクロ光学部品、マイクロ慣性センサ、マイクロバイオチップ、及びマイクロ無線通信素子を製作するマイクロマシニング技術が開発されている。
【０００３】
また、マイクロマシニング技術とこの技術により製作した素子及びシステムを称するＭＥＭＳ(microelectromechanical systems)分野が、一つの製作技術分野及び応用分野として位置付けられている。
【０００４】
ＭＥＭＳは、超小型電気機械システムまたは素子とも呼ばれるが、その応用の一つとして光学分野に応用されている。マイクロマシニング技術を利用すると、１ｍｍより小さい光学部品を製作することができ、この光学部品から超小型光システムを実現することができる。
【０００５】
超小型光システムは、速い応答速度や小さい損失、集積化及びデジタル化の容易さなどの利点により情報通信装置、情報ディスプレイ及び記録装置に採用されて応用されている。
【０００６】
例えばマイクロミラー、マイクロレンズ、光ファイバー固定台などのマイクロ光学部品は、情報保存記録装置、大型画像表示装置、光通信素子、適応光学に応用することができる。
【０００７】
ここで、マイクロミラーは、現在、大型画像表示装置、光信号分配器、バーコードスキャナー、光信号減衰器に適用されて常用化されており、或いは常用化研究が進行中である。
【０００８】
一方、大型画像に対する要求は、日増しに大きくなっている。各種会議や展示会では、派手な色の絵、写真及び動画像で会議参加者または観覧客に強い印象を与えている。多数人が同時に自分の机にある資料を見ることができるほど明るい場所で大型画像を見ながら会議を行うことができるのは、大型画像表示装置が登場してからである。
【０００９】
現在、大部分の大型画像表示装置（主にプロジェクター）は、液晶を光スイッチとして使用している。過去のＣＲＴプロジェクターに比べては、小型かつ低価でありながら、光学系も簡単であって多用されている。ところが、光源からの光が液晶板を透過してスクリーンに照らされるので光損失が多いことが欠点として指摘されている。
【００１０】
最近は、光効率が改善されたが、透過時の効率低下を根本的に回避することはできない。このような光効率を改善し且つより鮮明な像を得るために、マイクロミラーを用いて大型画像を表示する装置が市販されている。
【００１１】
このような大型画像表示装置に用いられるマイクロミラーの一例として、図１に示しているような反射型変形可能格子光変調器１０がある。このような光変調器１０は、Ｂｌｏｏｍなどの特許文献１に開示されている。変調器１０は、反射表面部を有し、基板１６の上部に一定の間隔で離れて浮遊する多数の変形可能反射型リボン１８を含む。絶縁層１１がシリコン基板１６上に蒸着される。次いで、二酸化シリコン膜１２及び窒化シリコン膜１４が蒸着される。
【００１２】
窒化物膜１４は、リボン１８からパターニングされ、二酸化シリコン層１２の一部がエッチングされて、リボン１８が窒化物フレーム２０によって酸化物スペーサ層１２上に維持されるようにする。
【００１３】
単一波長λ０を持った光を変調させるために、変調器は、リボン１８の厚さと酸化物スペーサ１２の厚さがλ０／４となるように設計される。
【００１４】
リボン１８上の反射表面２２と基板１６の反射表面間の垂直距離ｄで限定された前記変調器１０の格子振幅は、リボン１８（第１電極としての役割をするリボン１８の反射表面２２）と基板１６（第２電極としての役割をする基板１６の下部の伝導膜２４）との間に電圧を印加することにより制御される。
【００１５】
ところが、Ｂｌｏｏｍの光変調器は、マイクロミラーの位置制御のために静電気方式を利用するが、この場合、動作電圧が比較的高く（通常３０Ｖ内外）、印加電圧と変位との関係が線形的ではないなどの欠点があって、結果的に光の調節に信頼性が高くないという欠点がある。
【００１６】
かかる問題点を解決するための特許文献２には、「薄膜圧電光変調器及びその製造方法」が開示されている。
【００１７】
図２は従来の技術に係る凹型薄膜圧電光変調器の切断面図である。
【００１８】
図２を参照すると、従来の技術に係る凹型薄膜圧電光変調器は、シリコン基板１０１とエレメント１１０を備えている。
【００１９】
ここで、多数のエレメント１１０は、一定の幅をもって一定に整列して凹型薄膜圧電光変調器を構成する。ところが、このエレメント１１０は、互いに異なる幅をもって交番に整列して凹型薄膜圧電光変調器を構成してもよい。また、このエレメント１１０は、一定の間隔（エレメント１１０の幅とほぼ同じ距離）をおいて離隔して位置してもよく、この場合、シリコン基板１０１の上面全体に形成されたマイクロミラー層が入射光を反射して回折させる。
【００２０】
シリコン基板１０１は、エレメント１１０にエアスペースを提供するために陥没部を備えており、上面に絶縁層１０２が蒸着されており、陥没部の両側にエレメント１１０の端部が付着している。
【００２１】
エレメント１１０は、棒状をしており、中央部分がシリコン基板１０１の陥没部から離れて位置するように、両端の下面がそれぞれシリコン基板１０１の陥没部から外れた両側地域に付着しており、シリコン基板１０１の陥没部に位置した部分が上下に移動可能な下部支持台１１１を含む。
【００２２】
また、エレメント１１０は、下部支持台１１１の左端側に積層されており、圧電電圧を提供するための下部電極層１１２と、下部電極層１１２上に積層されており、両面に電圧が印加されると収縮及び膨張して上下駆動力を発生させる圧電材料層１１３と、圧電材料層１１３上に積層されており、圧電材料層１１３に圧電電圧を提供する上部電極層１１４とを含んでいる。
【００２３】
また、エレメント１１０は、下部支持台１１１の右端側に積層されており、圧電電圧を提供するための下部電極層１１２’と、下部電極層１１２’上に積層されており、両面に電圧が印加されると収縮及び膨張して上下駆動力を発生させる圧電材料層１１３’と、圧電材料層１１３’上に積層されており、圧電材料層１１３’に圧電電圧を提供する上部電極層１１４’を含んでいる。
【００２４】
特許文献２では、前述した凹型の他に突出型についても詳細に説明している。
【００２５】
一方、前記のように特許文献２に開示された凹型または突出型の光変調器を製品化するためには、モジュール化させる必要があり、このようなモジュール化のためには、いろいろの特性を考慮する必要がある。
【００２６】
図３は従来の技術に係る光変調器モジュールパッケージ構造の断面図である。
【００２７】
図３を参照すると、従来の技術に係る光変調器モジュールパッケージ構造は、プリント回路基板３００、ガラス蓋３１０、光変調器素子３２０、ドライブ集積回路３３０ａ〜３３０ｄ（図面には、断面図なので、３３０ａ、３３０ｃのみが示されている）、コネクタ３４０、熱放出板３５０およびモールディング３６０を含んでいる。
【００２８】
この従来の技術によれば、パターニングされたガラス蓋３１０にチップをフリップチップボンディングし、フリップチップボンディングされたガラス蓋３１０をプリント回路基板３００にダイボンディングするので、工程が長くなるという問題点があった。
【００２９】
また、従来の技術によれば、ガラス蓋３１０にパターニングを施すが、ガラス蓋３１０をパターニングする費用がプリント回路基板３００の製作コストより高価であって、従来の技術に係る光変調器モジュールを製品化するには問題があった。
【００３０】
【特許文献１】米国特許第５，３１１，３６０号明細書
【特許文献２】韓国特許出願第２００４−０７４８７５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ガラス基板に対してパターニングが不要であってコストの節減を図ることが可能な光変調器モジュールパッケージを提供することにある。
【００３２】
本発明の他の目的は、ワイヤボンディングが不要であって工程の単純化を図ることが可能な光変調器モジュールパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、活性部位が入力される外部制御信号に応じて入射光を反射または回折させる光変調器素子と、前記光変調器素子の活性部位を外部の制御信号に応じて制御する駆動集積回路素子と、外部からの入射光が通過するように開閉部が設けられており、前記開閉部に前記活性部位が位置するように上面に前記光変調器素子が取り付けられており、前記光変調器素子の周辺に駆動集積回路素子が取り付けられており、内部に回路が設けられて外部の制御信号を前記駆動集積回路素子に提供し、前記駆動集積回路素子の制御信号を前記光変調器素子に提供する基板と、光透過性物質から製作され、前記基板の開閉部を覆う光透過性蓋とを含んでなることを特徴とする、光変調器モジュールパッケージ構造が提供される。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ワイヤボンディング工程およびダイボンディング過程が不要なので、工程が単純化できるという効果がある。
【００３５】
また、本発明によれば、ガラス蓋をパターニングする必要がないため、コストが節減するという効果がある。
【００３６】
また、本発明によれば、大きさが小さくなって小型化を図り易いという効果があり、工数が減って収率が高くなるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図４は本発明の一実施例に係る光変調器モジュールパッケージ構造の断面図である。
図４を参照すると、本発明の一実施例に係る光変調器モジュールパッケージ構造は、ガラス蓋４１０、基板４１５、光変調器素子４２０、ドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄ（図面には、断面図なので、４３０ａ、４３０ｃのみが示されている）、コネクタ４４０、熱放出板４５０、およびモールディング４６０を含んでいる。
【００３８】
ガラス蓋４１０は、入射光が良好に通過し得るようにするために、良質のガラス物質から形成されることが好ましく、この他にも光透過性物質から形成されてもよく、所望しない反射、反射度の増大または減少のためにコートされているのがよい。
【００３９】
ガラス蓋４１０は、一面が基板４１５に取り付けられており、特に基板４１５の開閉部を遮蔽している。
【００４０】
基板４１５には、光変調器素子４２０がフリップチップボンディングされており、光変調器素子４２０の周囲に接着剤などが設けられているため、外部環境から光変調器素子４２０に対する密封を提供する。ここで、基板４１５は、プリント回路基板が代表的であるが、ＬＴＣＣ、ＦＰＣＢ、ガラス基板などを含んで内部配線が可能な基板であればよい。また、前記基板４１５は、フリップチップボンディングのためのボンプがパターニングされており、内部に配線されている構造が好ましい。
【００４１】
基板４１５に取り付けられている光変調器素子４２０の周辺には、ドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄがフリップチップボンディングされており、光変調器素子４２０とドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄは、基板４１５に形成された配線によって電気的接続を保っている。
【００４２】
次に、熱放出板４５０は、光変調器４２０とドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄから発生した熱を放出するために備えられ、熱をよく放出する金属性物質が使用される。この際、図４においてドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄの高さと光変調器素子４２０の高さとを比較すると、光変調器素子４２０がさらに高い。
【００４３】
したがって、光変調器素子４２０とドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄから発生する熱を放出するための熱放出板４５０は、光変調器素子４２０に対応する部分が突出しなければならない。
【００４４】
コネクタ４４０は、基板４１５の一端側に接続されており、外部の制御回路から制御信号の入力を受け、この入力された制御信号を基板４１５の内部に形成された配線を介してドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄに伝送する。
【００４５】
一方、前述したように、光変調器素子４２０、ドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄ、およびコネクタ４４０が形成された基板４１５と、ガラス蓋４１０と、熱放出板４５０とが積層されると、モールディングを行ってそれぞれの構成品を堅く固定させて外部の衝撃から保護する。
【００４６】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の好適な一実施例に係る光変調器モジュールパッケージの分解斜視図である。
図５Ａを参照すると、本発明の好適な一実施例に係る光変調器モジュールパッケージ構造において、ガラス蓋４１０は、入射光が良好に通過し得るようにするために良質のガラス物質から形成されるが、この他にも光透過性物質から形成されてもよく、所望しない放射、反射度の増大または減少のためにコートされていることが良い。
【００４７】
ガラス蓋４１０は、基板４１５の開閉部を覆っており、光変調器素子４２０を外部から保護する。
図５Ｂを参照すると、本発明の好適な一実施例に係る光変調器モジュールパッケージにおいて、基板４１５は、内部に微細パターンが形成されており、上面に光変調器素子４２０が取り付けられており、光変調器素子４２０の周辺にドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄが取り付けられている。
【００４８】
光変調器素子４２０は、図５Ｂから分かるように、断面が長方形であって、一方向が相対的にさらに長くなるよう形成されている。ドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄは、断面が長方形であって、光変調器素子４２０より大きさが小さく、必要に応じてその数は増減できる。基板４１０は、光変調器素子４２０が位置した部分に、光が透過できる開閉部を備えており、入射する光が透過でき、光変調器素子４２０で変調された光が反射または回折できる。
【００４９】
基板４１５は、内部に微細パターンが形成されており、コネクタ４４０を介して入力された制御信号をドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄに伝送する。
基板４１５の一側には外部の制御回路から制御信号の入力を受けるためにコネクタ４４０が取り付けられており、コネクタ４４０の一端は基板４１５の側面よりやや突出していることが好ましい。
コネクタ４４０は、基板４１５に接着剤などによって取り付けられており、その後モールディングによって堅く固定される。
【００５０】
図５Ｃを参照すると、本発明の好適な一実施例に係る熱放出板４５０は、上面が光変調器素子４２０の接触が可能であるよう突出しており、ドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄが接着できるように平らな面が形成されている。
【００５１】
図６Ａ及び図６Ｂは図４の基板の内部配線を説明するための層別平面図、図６Ｃ及び図６Ｄは図４の基板の内部配線を説明するための断面図である。
図６Ａ〜図６Ｄでは、説明の便宜上、コネクタの位置をやや移動させた。ここでは、２層構造で配線を実現する一実施例を示す。これと類似に、コンパクトな配線を実現することも可能である。
【００５２】
図６Ａを参照すると、一実施例として、ドライブ集積回路４３０ａ〜４３０ｄから外部に引き出される信号ラインの数を８０本としたとき、符号４３０ａのドライブ集積回路から信号ライン１ａ〜８０ａが、符号４３０ｂのドライブ集積回路から信号ライン１ｂ〜８０ｂが、符号４３０ｃのドライブ集積回路から信号ライン１ｃ〜８０ｃ、符号４３０ｄのドライブ集積回路から信号ライン１ｄ〜８０ｄがそれぞれ引き出されるのである。この際、外部制御回路から入力される信号ラインの数も８０本となるため、コネクタ４４０に連結されるべき信号ラインの数も８０本となり、図６Ａでは１ｅ〜８０ｅで示した。
【００５３】
図６Ａにおいて、信号ラインの配列は、最も外側にある信号ラインが最も長く延びており、内側に行くほど段々さらに短くなる。隣り合うドライブ集積回路（図面符号４３０ａと４３０ｂ、４３０ｃと４３０ｄ）の信号ラインは対称となる。
このような信号ラインの終点にはビアホールが形成されているため、図６Ｂの下層と電気的な接続を提供する。
【００５４】
図６Ｂは基板４１５の下層の平面図を示すが、「コ」字状に配線が形成されていることが分かる。ここで、黒丸印は上層の配線と下層の配線とがビアホールを介して連結されることを示す。
【００５５】
図６Ｃは図６ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図６Ｃを参照すると、基板４１５は、絶縁層４１５ａ上に図６Ｂで示す配線が形成された回路層４１５ｂが形成されており、その上に絶縁層４１５ｃが形成されているため、上層との電気的絶縁を提供する。
【００５６】
図６Ｄは図６ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図であって、内部配線状態をよく示す。すなわち、図６Ｄを参照すると、上層のドライブ集積回路４３０ａの３番目の信号ライン３ａがビアホールを介して下層の３番目の配線３ｆに連結され、上層のドライブ集積回路４３０ｂの３番目の信号ライン３ｂもビアホールを介して下層の３番目の配線３ｆに連結される。
【００５７】
この際、配線３ｆはコネクタ４４０が位置した前面でビアホールを介して上層と電気的接続を維持し、上層にある配線はコネクタ４４０との電気的接続を提供する。
【００５８】
図７は本発明の一実施例に係る光変調器モジュールパッケージ構造の製作方法の工程図である。
図７を参照すると、本発明の一実施例に係る光変調器モジュールパッケージ構造の製作方法は、まず、内部配線が形成されており、光変調器素子が取り付けられるべき部位に開閉部が設けられており、フリップチップボンディングパッドが形成されている基板を準備し、次いで準備された基板の一面の開閉部が位置した部位に光変調器素子を取り付け、光変調器素子の周辺にドライブ集積回路を取り付ける（段階Ｓ１１０）。
光変調器素子とドライブ集積回路が取り付けられた基板の一側にコネクタを取り付ける（段階Ｓ１１２）。
【００５９】
次いで、光変調器素子とドライブ集積回路が取り付けられた基板の開閉部が位置する部位にガラス蓋を取り付けて基板の開閉部を遮蔽する（段階Ｓ１１４）。
その後、熱放出板を光変調器素子とドライブ集積回路の背面に取り付け（段階Ｓ１１６）、モールディングを行って光変調器モジュールパッケージ構造を完成する（段階Ｓ１１８）。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来の技術に係る静電気方式の格子光変調器を示す図である。
【図２】従来の技術に係る陥没部を持っている回折型薄膜圧電マイクロミラーの側面図である。
【図３】従来の技術に係る光変調器モジュールパッケージ構造の断面図である。
【図４】本発明の一実施例に係る光変調器モジュールパッケージ構造の断面図である。
【図５Ａ】図４のガラス蓋の分解斜視図である。
【図５Ｂ】図４の基板の分解斜視図である。
【図５Ｃ】図４の熱放出板の分解斜視図である。
【図６Ａ】図４の基板の配線を説明するための層別平面図である。
【図６Ｂ】図４の基板の配線を説明するための層別平面図である。
【図６Ｃ】図４の基板の配線を説明するための断面図である。
【図６Ｄ】図４の基板の配線を説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施例に係る光変調器モジュールパッケージ構造の製作方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６１】
４１０    ガラス蓋
４１５    基板
４２０    光変調器素子
４３０ａ〜４３０ｄ    ドライブ集積回路
４４０    コネクタ
４５０    熱放出板
４６０    モールディング
【図１】
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【図２】
2006285230.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006285230.tif 000006
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2006285230.tif 000008
【図５Ｃ】
2006285230.tif 000009
【図６Ａ】
2006285230.tif 000010
【図６Ｂ】
2006285230.tif 000011
【図６Ｃ】
2006285230.tif 000012
【図６Ｄ】
2006285230.tif 000013
【図７】
2006285230.tif 000014