(57)【要約】  【課題】取り扱いの際にレンズ等の光学素子に傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能な赤外線検出装置等を提供する。  【解決手段】赤外線検出装置２０の製造に用いるレンズ一体型封止基板１を、封止面１１ａ及び入射面１１ｂを有するレンズ基板１１と、曲率を有し該レンズ基板１１の入射面１１ｂに設けられた複数のレンズ１２と、レンズ基板１１の最外周に額縁状に設けられた壁部１４とを備えて構成する。各レンズ１２は凸型の屈折面１２ａを有し、該屈折面１２ａの頂部に突起１３を有するよう構成する。【選択図】図１
2016133389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線受光素子と、
前記赤外線受光素子が保持されているセンサ基板と、
前記センサ基板に保持され赤外線を前記赤外線受光素子へ導く光学素子と、を備え、
前記光学素子は、
赤外線入射側に凸型の屈折面を有し、該凸型の屈折面の頂部には突起を有していることを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】
前記センサ基板に接合されたパッケージ部材を備え、
前記光学素子は、前記センサ基板を挟んで前記パッケージ部材と対向する位置に接合されたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記突起の幅が、前記突起の高さよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記突起の幅が、前記屈折面の直径に対して３０％以下の大きさであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記突起の幅が、少なくとも１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項６】
基板に光学素子が複数配置されてなる光学素子アレイ基板であって、
各光学素子は、
少なくとも光の入射側に円弧形状及び非球面形状のいずれかの形状からなる凸型の屈折面を有し、該凸型の屈折面の頂部には突起を有してなり、
前記基板は、前記複数の光学素子間が平坦な面からなることを特徴とする光学素子アレイ基板。
【請求項７】
前記突起の幅が、前記突起の高さよりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の光学素子アレイ基板。
【請求項８】
前記突起の幅が、前記屈折面の直径に対して３０％以下の大きさであることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学素子アレイ基板。
【請求項９】
前記突起の幅が、少なくとも１０μｍ以上であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の光学素子アレイ基板。
【請求項１０】
少なくとも赤外線受光素子が複数配置されたセンサ基板と、
少なくとも入射側の一面に凸型の屈折面が複数配置されている光学素子アレイ基板と、が位置合わせされて接合された基板本体を、個々に切断してなる赤外線検出装置の製造方法であって、
前記光学素子アレイ基板は、前記凸型の屈折面の頂部に突起を有し、
前記光学素子アレイ基板の前記突起を介して該光学素子アレイ基板を加圧する工程を含むことを特徴とする赤外線検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出装置、光学素子アレイ基板及び赤外線検出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線は物体から放射される熱線であり、暗闇でも物体を検知することができることから、赤外線検出装置は、例えば人感センサや非接触の温度計等、広く利用されている。このような赤外線検出装置として、赤外線を検知するセンサ（赤外線受光素子）と赤外線を集光するレンズ（光学素子）とから構成されたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。このような構成の赤外線検出装置では、センサの検知精度を維持するため、製造時等の取扱い時にレンズが傷つかないことが必要とされるとともに、小型化、低コスト化のニーズが高まっている。
【０００３】
特許文献１には、赤外線レンズの位置決め精度が高く、低コスト化が可能な赤外線検出装置及びその製造方法が開示されている。特許文献２には、赤外線検出素子を形成した素子基板に、一部分がレンズ状に形成された封止用シリコン基板を接合して、新たに光学系を必要としないレンズ一体型の封止基板に係る技術が開示されている。また、特許文献３には、レンズが傷つかないように、接合支持部がレンズ部周辺に格子状に配置されているレンズ一体型の封止基板に係る技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の従来発明では、レンズがむき出しの状態となっていることから、赤外線検出装置を取り扱う際にレンズに傷がついてしまうという課題を解決できていない。一方、特許文献３に記載の従来発明では、接合支持部材が四辺にあるため、レンズ一体型の封止基板の小型化に制限がある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、取り扱いの際にレンズ等の光学素子に傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能な赤外線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本願に係る赤外線検出装置は、赤外線受光素子と、赤外線受光素子が保持されているセンサ基板と、センサ基板に保持され赤外線を赤外線受光素子へ導く光学素子と、を備え、光学素子は、赤外線入射側に凸型の屈折面を有し、該凸型の屈折面の頂部には突起を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、取り扱いの際にレンズ等の光学素子に傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能な赤外線検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係るレンズ一体型封止基板の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’線拡大端面図である。
【図３】図１のレンズ一体型封止基板を切断して形成したレンズ一体型封止個片基板の斜視図である。
【図４】図３のレンズ一体型封止個片基板の平面図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】図１のレンズ一体型封止基板の製造方法の一例を説明するための説明図であって、（ａ）はシリコンウエハの断面図を示し、（ｂ）はシリコンウエハ上に塗布したフォトレジストの露光工程を示し、（ｃ）はフォトレジストの現像工程を示し、（ｄ）はエッチング工程により形成されたレンズ一体型封止基板の断面図を示す。
【図７】レンズ一体型封止基板をダイシング装置により、レンズ一体型封止個片基板のサイズに切断した切断工程後の状態を示す平面図である。
【図８】本発明の実施例２に係る赤外線検出装置の平面図である。
【図９】図８におけるＣ−Ｃ’線断面図である。
【図１０】赤外線検出装置における赤外線光路を説明するための説明図である。
【図１１】赤外線検出装置の製造方法において三種類の基板を接合する接合工程の一例を説明するための説明図であって、（ａ）はセンサ一体基板とパッケージ基板との接合工程を示し、（ｂ）はセンサ一体基板及びパッケージ基板が接合されてなる基板とレンズ一体型封止基板との接合工程を示し、（ｃ）は三種類の基板が接合された基板本体を示す。
【図１２】本発明の実施例３に係るレンズ一体型封止基板の平面図である。
【図１３】図１２におけるＤ−Ｄ’線拡大端面図である。
【図１４】レンズ一体型封止基板をダイシング装置により、レンズ一体型封止個片基板のサイズに切断した切断工程後の状態を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施例４に係るレンズ一体型封止基板の平面図である。
【図１６】図１５のレンズ一体型封止基板を切断して形成したレンズ一体型封止個片基板の平面図である。
【図１７】本発明の実施例５に係るレンズ一体型封止基板の平面図である。
【図１８】図１７のレンズ一体型封止基板を切断して形成したレンズ一体型封止個片基板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施例１）
以下、本発明の光学素子アレイ基板の一例であるレンズ一体型封止基板及びこのレンズ一体型封止基板を個片化して形成されるレンズ一体型封止個片基板について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
まず、本発明の実施例１に係るレンズ一体型封止基板について図１、図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例１に係るレンズ一体型封止基板１の平面図を示し、図２は、図１におけるＡ−Ａ’線拡大端面図を示す。本発明の実施例１に係るレンズ一体型封止基板１は、光学素子アレイ基板の一例であって、レンズ等の光学素子が一体的に設けられ、例えば、赤外線検出素子等のセンサが形成された基板（センサ基板）に接合されてセンサを封止するために用いられる。しかし、本発明の光学素子アレイ基板がレンズ一体型封止基板に限定されることはなく、他の用途に用いることもできる。
【００１１】
図１、図２に示すように、本発明の実施例１に係るレンズ一体型封止基板１は、基板としてのレンズ基板１１と、曲率を有し該レンズ基板１１の一面に設けられた光学素子としての複数のレンズ１２と、レンズ基板１１の最外周に額縁状（環状）に設けられた壁部１４とを備えて構成される。各レンズ１２は、凸型の屈折面１２ａを有し、該屈折面１２ａの頂部に突起１３を有している。レンズ基板１１、レンズ１２、突起１３、及び壁部１４は、一枚の材料を加工形成することで形成されている。
【００１２】
レンズ基板１１は、例えば、センサに対向して配置され該センサの封止に用いられる封止面１１ａと、該封止面１１ａの反対側であって光（本実施例では赤外線）が入射する入射面１１ｂとを有している。この入射面１１ｂ側に、複数のレンズ１２が設けられている。封止面１１ａは平坦な面から構成され、入射面１１ｂは、複数のレンズ１２間が平坦な面から構成されている。
【００１３】
レンズ１２は、レンズ基板１１の入射面１１ｂ側に、所定間隔で複数個が、光の入射側である上方に向かって突出形成され、各レンズ１２は、光の入射側に凸型の屈折面１２ａを有している。この屈折面１２ａの頂部に上述の突起１３を有している。なお、レンズ１２は、屈折面１２ａが光の入射側に突出する凸レンズであればよく、屈折面１２ａが円弧形状の球面レンズ、屈折面１２ａが非球状の非球面レンズ等が挙げられる。また、ＸＹ平面視が円形のレンズ１２であってもよいし、例えば、楕円形のレンズやシリンドリカルレンズ等のように、ＸＹ平面視において縦横比の異なるレンズ１２であってもよい。
【００１４】
各レンズ１２は、入射する赤外線を所定の焦点位置に集光することができる。なお、レンズ１２の屈折面１２ａは円弧形状に限定されることはなく、非球面形状とすることもできる。また、実施例１の突起１３は、図１に示すように、ＸＹ平面で見ると上面１３ａの形状が丸型になっており、形状が単純で容易な製作が可能となる。また、本発明の突起１３の形状が丸型に限定されることはなく、三角形、四角形、五角形等の多角形とすることもできる。
【００１５】
また、実施例１では、各突起１３の上面１３ａ及び額縁状の壁部１４の上面１４ａは、同じ高さ（面一；つらいち）に形成している。この構成により、ウエハレベル接合（ウエハ単位で接合又はウエハ同士を接合すること）を行う上で、突起１３と壁部１４とが接合の押し代として機能する。
【００１６】
ここで、例えばレンズ１２に突起１３を設けていない場合を想定する。この場合、レンズ一体型封止基板１の外周に設けられた壁部１４だけでウエハレベル接合の加圧を行うことになり、ウエハの中心まで十分に接合に必要な圧力が加わり難くなる。そのため、接合強度や接合品質に影響を与える場合がある。また、突起１３がない場合に、外周の壁部１４の高さをレンズ１２と同じ高さにすることも考えられるが、レンズ１２の表面がウエハレベル接合の際の押し代となってしまうため、レンズ１２の品質に影響することがある。
【００１７】
これに対して、本発明の実施例１では、各レンズ１２に突起１３を設けることで、各突起１３及び額縁状の壁部１４が、ウエハレベル接合を行う上で接合の押し代として機能する。そのため、ウエハの中心まで十分に接合に必要な圧力を加えることが可能となり、接合強度のバラツキを抑制し、接合品質を向上させることができる。また、レンズ１２の表面が押し代となることがなく、レンズ１２の表面に傷がつくのを抑制し、赤外線を有効に透過することが可能となる。
【００１８】
なお、壁部１４を設けずに、突起１３のみを設け、該突起１３のみを押し代としても、レンズ１２を傷つけるのを抑制しつつ、均一な圧力を加えることが可能である。しかし、本実施例のようにレンズ基板１１の外周に壁部１４を設け、該壁部１４と突起１３とを押し代とすることで、接合に必要な十分な圧力をより均一に加えることができ、接合品質をより向上させることができる。
【００１９】
上述のようなレンズ一体型封止基板１を個片化することで形成される実施例１のレンズ一体型封止個片基板（光学素子基板）１０について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、レンズ一体型封止個片基板１０の斜視図を示し、図４は、レンズ一体型封止個片基板１０の平面図（上面図）を示し、図５は、図４のＢ−Ｂ’線におけるレンズ一体型封止個片基板１０の断面図を示す。
【００２０】
図３〜図５に示すように、実施例１に係るレンズ一体型封止個片基板１０は、封止面１１ａ及び入射面１１ｂを有しレンズ基板１１が個片化されてなるレンズ基板１１’と、曲率を有しレンズ基板１１’の入射面１１ｂに設けられた光学素子としてのレンズ１２とを備えて構成される。レンズ１２は、凸型の屈折面１２ａを有し、該屈折面１２ａの頂部に突起１３を有している。
【００２１】
実施例１のレンズ一体型封止基板１及びレンズ一体型封止個片基板１０では、突起１３の幅ｄは、突起１３の高さｔよりも大きく形成している（図４、図５参照）。ここで、突起１３の幅ｄは、突起１３の外径寸法をいうが、実施例１では、突起１３の上面１３ａはＸＹ平面で見ると丸型であるため、この丸型の上面１３ａの直径が突起１３の幅となる。突起１３が多角形の場合は、その外径寸法の最大値が突起１３の幅となる。また、突起１３の高さは、屈折面１２ａからの突出高さの最大値であって、屈折面１２ａとの境界の基端から上面１３ａまでの寸法をいう。
【００２２】
この構成により、突起１３の耐加圧性が向上し、レンズ基板１１のウエハレベル接合工程での突起１３の破損を防止することができるとともに、安定した加重印加ができるので、製造歩留まりを向上させることができる。その結果、レンズ１２が傷つくのを抑制する効果を向上させることができる。
【００２３】
また、突起１３の幅ｄは、レンズ１２の屈折面１２ａの直径Ｄに対して３０％以下の大きさとするのが望ましく、１０％以下の大きさとするのがより望ましい。この場合も、突起１３の幅ｄは、突起１３の外径の最大値をいう。また、屈折面１２ａの直径は、レンズ１２の基端側の外径寸法をいう。なお、縦横比の異なるレンズ１２である場合には、より短い直径（外径寸法）をいう。
【００２４】
実施例１では、突起１３の幅ｄを屈折面１２ａの直径Ｄの１０％以下に抑えることで、屈折面１２ａを通して得られる光量を、突起１３がない場合と比較して１％程度の低下に抑えることができる。そのため、突起１３を設けたことによって屈折面１２ａの特性に影響するのを抑制し、レンズ１２の品質に影響するのを抑制することができる。
【００２５】
また、突起１３の幅ｄが、１０μｍ以上であることが望ましい。この構成により、製造加工時のレンズ基板１１の接合工程での熱均一性が向上するとともに、製造歩留まりを向上させることができる。また、レンズ１２が傷つくのを抑制する効果を向上させることができる。
【００２６】
以下、図６を参照して、実施例１に係るレンズ一体型封止基板１の製造方法について説明する。図６は、レンズ一体型封止基板１の製造方法の一例を説明するための説明図であって、図６（ａ）は各工程を行う前のシリコンウエハＣ（レンズ基板１１）の断面図を示し、図６（ｂ）は露光工程中のシリコンウエハＣ等の断面図を示す。図６（ｃ）は現像工程中のシリコンウエハＣの断面図を示し、図６（ｄ）はエッチング工程により形成されたレンズ一体型封止基板１の断面図を示す。
【００２７】
まず、図６（ａ）に示すように、レンズ基板１１を準備する。レンズ基板１１としては、特に限定されないが、実施例１では厚さ８００μｍのシリコンウエハＣを用いている。なお、レンズ基板１１の材料がシリコン（Ｓｉ）に限定されることはなく、遠赤外線（赤外線）を透過する材料であれば何れの材料を用いても構わない。シリコン（Ｓｉ）以外の材料として、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）等が好適に挙げられる。
【００２８】
レンズ基板１１がシリコンウエハＣであることの利点を説明する。例えば、レンズ一体型封止基板１を赤外線検出装置に使用した場場合、この赤外線検出装置では、受光部（センサ）を有するセンサ基板が、いわゆるシリコンプロセス（シリコンウエハ上に、回路を形成する工程をいう）で形成されている。そのため、実施例１のレンズ一体型封止基板１のレンズ基板１１の材料として、センサ基板とを同一の材料であるシリコンウエハＣを用いることで、センサ基板と外形寸法も同じものを安価に購入することができ、コスト低減の点で有利である。
【００２９】
そして、露光工程では、図６（ｂ）に示すように、シリコンウエハＣ上へフォトレジスト３１を塗布し、その上面にレンズパターンが形成されたフォトマスク３２を配置する。このフォトマスク３２の上面から紫外光ＵＶを照射して、フォトレジスト３１を露光する。
【００３０】
露光法として、実施例１では微小な開口パターンを持つフォトマスク３２に紫外光ＵＶからなる拡散光を照射することにより、フォトレジストパターンの高さに階調をもたせるグレースケール露光法を用いる。なお、露光法がグレースケール露光法に限定されることはなく、従来公知の適宜の露光法を用いることができる。
【００３１】
次に、図６（ｃ）に示す現像工程では、感光したフォトレジスト３１を現像する。現像されたフォトレジスト３１は、厚み方向にレンズ形状を縮尺した形状をなしている。次に、エッチング工程では、形成したフォトレジスト３１をマスクとして、シリコンウエハＣをエッチング加工することで、図６（ｄ）に示すようなレンズ一体型封止基板１が形成される。
【００３２】
エッチング加工法として、レンズ形状の基になるフォトレジスト３１のパターンをマスクとして、六フッ化硫黄（ＳＦ6）をベースとしたエッチングガスでドライエッチングを行う。なお、エッチング加工法も、これに限定されることはなく、従来公知の適宜のエッチング加工法法を用いることができる。
【００３３】
フォトレジスト３１の初期膜厚はドライエッチング後に突起１３及び額縁状の壁部１４の上面に残るようにしておく。このようにフォトレジスト３１の初期膜厚を設定することで、突起１３及び壁部１４の上面はエッチングされないため、初期のミラー面が保持できるととともに、高さの管理ができる。したがって、ウエハレベル接合を行う上で、突起１３及び壁部１４は接合の押し代として有効に機能する。
【００３４】
以上のような製造方法を用いることで、レンズ１２の加工に連続して突起１３の加工が行われる。また、前述したような幅ｄと高さｔとの寸法合わせで突起１３を形成して、突起１３の高さｔを十分に小さくすることで、レンズ１２の形状誤差への影響を抑制することができる。
【００３５】
また、突起１３の高さ方向の加工中に突起１３の幅方向のエッチング（サイドカット）が進むが、突起１３の幅ｄよりも突起１３の高さｔを小さくすることで、突起１３の幅方向のエッチング（サイドカット）量が抑制される。そのため、形状再現性の良い突起１３の加工が可能となる。
【００３６】
次に、上述のように製造されたレンズ一体型封止基板１を、切断工程によって切出して、レンズ一体型封止個片基板１０を製造する方法（製造工程）を、図７を参照して説明する。図７は、切断工程（ダイシング）においてレンズ一体型封止基板１を、ダイシング装置によりレンズ一体型封止個片基板１０のサイズに切断した状態を示している。この切断工程により、図３〜図５に示すようなレンズ一体型封止個片基板１０を得ることができる。
【００３７】
以上、実施例１によれば、光学素子であるレンズ１２の光の入射側に円弧形状の凸型の屈折面１２ａを有し、該凸型の屈折面１２ａの頂部に突起１３を設け、レンズ基板１１の最外周に額縁状に壁部１４を設けている。そして、従来のごとくレンズを取り囲むような隔壁をレンズ１２周辺から無くし、レンズ基板１１の入射面１１ｂのレンズ１２以外の領域を平坦な面としている。
【００３８】
したがって、ダイシングの切削水がレンズ周辺に滞留することを抑制した構造とすることができ、ウエハレベル接合をしたレンズ基板１１を個片にダイシングする際に、レンズ１２周辺に切削水が滞留しにくくなる。その結果、レンズ１２への切削屑付着が抑制され、傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能なレンズ一体型封止基板１及びその製造方法並びにレンズ一体型封止個片基板１０及びその製造方法を提供することが可能となる。更には、レンズ一体型封止基板１を使用した赤外線検出装置の小型化も可能となるとともに、赤外線検出装置の取り扱い時においても、レンズ１２に傷をつけることを防ぐことが可能となる。
【００３９】
また、凸型の屈折面１２ａの頂部に突起１３を設け、さらにレンズ基板１１の最外周に額縁状に壁部１４を設けたことにより、シリコンウエハＣ（レンズ基板１１）面内をより再現性良く均一に加熱し加重することができるようになる。そのため、レンズ１２が傷つくのを抑制することと小型化とが図れるだけでなく、接合強度のばらつきがより少なくなり、接合品質の向上が可能となる。また、接合加圧工程において凸型の屈折面１２ａへの損傷を防げるため、歩留まりの向上及び低コスト化を図ることも可能となる。
【００４０】
また、数十〜数百ミクロンの幅が必要で各レンズを取り囲む隔壁構造を設けずに、レンズ１２の頂部に突起１３を設ける構造にしたことで、隔壁が不要となり、この隔壁として使っていた領域の面積分、より多くのレンズ１２を配列することができるようになる。そのため、レンズ基板１１でのレンズ密度が上がり、レンズ一体型封止基板１を切出して形成される光学素子基板の取れ数を増やすことも可能になる。その結果、一枚のレンズ一体型封止基板１からの取れ数増加が見込め、より低コスト化を図ることが可能となる。
【００４１】
（実施例２）
次に、本発明の実施例３に係る赤外線検出装置について、図８、図９を参照しながら説明する。実施例２の赤外線検出装置は、前述の実施例１のレンズ一体型封止基板１を用いて製造される。図８は、本発明の実施例２に係る赤外線検出装置２０の平面図であり、レンズ一体型封止基板１を含む三種類の基板を接合した後、個々に切り出された赤外線検出装置２０である。図９は、図８におけるＣ−Ｃ’線断面図を示す。
【００４２】
図８〜図９に示すように、本発明の実施例２に係る赤外線検出装置２０は、レンズ一体型封止個片基板１０と、センサ基板２３と、赤外線検出素子の一例である受光器２４と、梁構造体２５と、パッケージ部材２６とを有して構成されている。
【００４３】
センサ基板２３としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）が好適な材料として用いられる。実施例１では、個片化前のレンズ基板１１と同じセンサ基板２３として、シリコン（Ｓｉ）製のシリコンウエハを用いることで、コスト低減等を図っている。
【００４４】
受光器２４は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の略中心（レンズ一体型封止個片基板１０により赤外線が集光される位置）に配置され、梁構造体２５を介してセンサ基板２３に保持（中空保持）されている。
【００４５】
パッケージ部材２６は、センサ基板２３の−Ｚ側（以下、Ｚ軸方向においてセンサ基板２３を介して赤外線の入射側を＋Ｚ側、反対側を−Ｚ側とする）に設けられ、接合部材２２によって、センサ基板２３に接合されている。この接合部材２２がスペーサとなって、パッケージ部材２６と梁構造体２５との間に、受光器２４を保持する中空部２７が形成される。なお、パッケージ部材２６は貫通配線が設けられており、受光器２４への給電及び信号取り出しは、このパッケージ部材２６の貫通配線を通して行われる。
【００４６】
実施例２では、実施例１のレンズ一体型封止基板１を個片化してなるレンズ一体型封止個片基板１０を備えており、封止面１１ａ及び入射面１１ｂを有するレンズ基板１１’と、凸型の屈折面１２ａの頂部に突起１３を有するレンズ１２とを備えて構成される。
【００４７】
レンズ基板１１’は、センサ基板２３を挟んでパッケージ部材２６と対向する位置であってセンサ基板２３の＋Ｚ側に設けられ、接合部材２１によって、センサ基板２３に接合されている。なお、レンズ基板１１’のレンズ１２はセンサ基板２３の受光器２４の直上に位置するようアライメント（位置合わせ）されている。
【００４８】
以上のような構成の赤外線検出装置２０において、レンズ１２の頂部に突起１３を形成した場合の赤外線光路を図１０に示す。突起１３の赤外線入射面（上面１３ａ）はシリコンウエハのミラー研磨面からなり、受光器２４直上に位置するようアライメントされている。そのため、図１０に示すように、突起１３から取り込まれた赤外線は受光器２４で受光される。
【００４９】
突起１３のＸ−Ｙ平面の面積はレンズ１２のＸ−Ｙ平面の面積に対して十分小さいことが好ましい。そのためには、レンズ１２の屈折面１２ａの直径に対して突起１３の幅の割合を小さくすることが好ましい。レンズ１２の屈折面１２ａの直径に対して突起１３の幅の割合を変えた場合の光量低下を見積もると、突起１３の幅の割合が３０％の場合で１０％以下の光量低下、２０％の場合で５％以下の光量低下、１０％の場合で１％以下の光量低下となる。以上より、レンズ１２の屈折面１２ａの直径に対する突起１３の幅の割合を３０％以下とすることが好ましく、光量低下を１０％以下に抑えることができる。また、突起１３の幅の割合を２０％以下とすることがより好ましく、１０％以下とすることがさらに好ましく、光量低下の抑制効果をより向上させることができる。
【００５０】
ここで、レンズ１２の屈折面１２ａ（曲率面）と突起１３との境界付近は構造上さらには製法上、狙いの設計形状からずれることがある。しかし、赤外線を受光するためのレンズ１２の表面積（受光窓）に対して１％未満、多くても数％のロスに留まり、受光器２４の受光感度に及ぼす影響は少ないことが判った。
【００５１】
なお、突起１３は赤外線と交差する上面１３ａ（赤外線入射面）を、受光器２４の外周よりも小さくして、受光器２４の外周からはみ出さない形状とすることが好ましい。このような構成とすることで、受光器２４で受光できる光量を効率よく検出でき、受光感度が確保される。
【００５２】
以下、上述のような赤外線検出装置２０の製造方法を説明する。実施例２では、上記実施例１で説明したような製造方法で製造された実施例１のレンズ一体型封止基板１を用いて赤外線検出装置２０を製造する。以下では、赤外線検出装置２０の製造方法の各工程のうち、主にレンズ一体型封止基板１を含む、三種類の基板を接合する接合工程について、図１１を参照して説明する。
【００５３】
図１１はレンズ一体型封止基板１、センサ一体基板２３Ａ及びパッケージ基板２６Ａの三種類の基板を接合する接合工程を説明するための説明図である。図１１（ａ）は、センサ一体基板２３Ａとパッケージ基板２６Ａとを接合する工程を概略的に表している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の工程によりセンサ一体基板２３Ａ及びパッケージ基板２６Ａが接合されてなる基板と、レンズ一体型封止基板１とを接合する工程を概略的に表している。また、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）の工程で接合されたセンサ一体基板２３Ａ、パッケージ基板２６Ａ及びレンズ一体型封止基板１が接合された状態を概略的に表している。
【００５４】
センサ一体基板２３Ａは、センサ基板２３に梁構造体２５を介して受光器２４が複数配置されて構成されたものである。まず初めに、このセンサ一体基板２３Ａの梁構造体２５上に、接合部材２２をスクリーン印刷にて形成する。接合部材２２としては、フリットガラスペースト、樹脂や金属等からなる接着剤等を用いることができる。
【００５５】
接合部材２２を形成したら、パッケージ部材２６となるパッケージ基板２６Ａとセンサ一体基板２３Ａとの位置合わせを行い、接合部材２２を介して接合する。この接合においては図１１（ａ）に示すように、加圧基板４１，４２を介してパッケージ基板２６Ａ及びとセンサ一体基板２３Ａに加熱および荷重をかけて行う。
【００５６】
次に、図１１（ｂ）に示すように、レンズ一体型封止基板１のレンズ１２を形成した面（入射面１１ｂ）とは反対の面（封止面１１ａ）に、接合部材２１をスクリーン印刷にて形成する。この接合部材２１にも、フリットガラスペースト、樹脂や金属等からなる接着剤等を用いることができる。
【００５７】
接合部材２１を形成したら、パッケージ基板２６Ａとセンサ一体基板２３Ａとが接合された基板とレンズ一体型封止基板１との位置合わせを行い、接合部材２２を介して接合する。この場合も、接合においては図１１（ｂ）に示すように、加圧基板４１，４２を介して三種類の基板に加熱および荷重をかけて行う。
【００５８】
以上の工程により、図１１（ｃ）に示すように、レンズ一体型封止基板１、センサ一体基板２３Ａ及びパッケージ基板２６Ａの三種類の基板が接合された基板本体２８が形成される。この基板本体２８を、ダイシング装置等で個々に切断することで、図８等に示すような赤外線検出装置２０を得ることができる。
【００５９】
実施例２において、図１１（ｂ）に示すように、レンズ一体型封止基板１は額縁状の壁部１４の上面１４ａとレンズ１２の頂部の突起１３の上面１３ａとは同じ高さ（面一）となっている。この突起１３と壁部１４とは図１１（ｂ）におけるウエハレベル接合工程における押し代として機能する。
【００６０】
このように突起１３と壁部１４とをウエハレベル接合の押し代とすることで、ウエハ（基板）面内をより再現性良く均一に加熱及び加重することができるようになる。その結果、接合強度のばらつきがより少なくなり、接合品質を向上させることが可能となる。また、レンズ１２の頂部に突起１３を設けたことにより、加圧による接合工程において、レンズ１２表面の損傷を防止することができる。
【００６１】
したがって、実施例２によれば、レンズ１２に傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能な赤外線検出装置２０及びその製造方法を提供することができる。さらに、歩留まり向上にもつながり、低コスト化が図れる赤外線検出装置２０及びその製造方法を提供することができる。
【００６２】
なお、本実施例では、接合部材２１及び接合部材２２の材料として、フリットガラスペースト、樹脂や金属等からなる接着剤等を用いているが、これらに限定されることはなく、他の材料を用いることもできる。また、接合部材２１及び接合部材２２の形成方法も、スクリーン印刷に限定されることはなく、他の方法を用いることもできる。
【００６３】
また、接合材料２１，２２を用いた他の接合方法としては、例えば、接合材料２１，２２にＡｕ／Ｓｎ、Ａｕ／Ｇｅなどを用いた金属共晶接合、接合材料２１，２２にＣｕ−Ｃｕ、Ａｌ−Ａｌ、Ａｕ−Ａｕなどを用いた金属拡散接合、接合材料２１，２２にＳｎ／Ｃｕ、Ｎｉ／Ｓｎなどを用いた液相拡散接合等が挙げられる。
【００６４】
また、レンズ一体型封止基板１のレンズ基板１１とセンサ一体基板２３Ａのセンサ基板２３とは、共にシリコン（Ｓｉ）を用いている。そのため、接合部材２１を用いずに、例えば、常温下で接合する表面活性化接合法により直接接合することもできる。
【００６５】
（実施例３）
以下、本発明の実施例３に係るレンズ一体型封止基板について、図１２、図１３を参照しながら説明する。実施例３は、壁部の構成が実施例１の額縁状の壁部１４とは異なっている。図１２は、本発明の実施例３に係るレンズ一体型封止基板１０１の平面図を示し、図１３は、図１２におけるＤ−Ｄ’線拡大端面図を示す。
【００６６】
図１２、図１３に示すように、本発明の実施例３に係るレンズ一体型封止基板１０１は、レンズ基板１１１と、該レンズ基板１１１の入射面１１１ｂに設けられた複数のレンズ１１２と、レンズ基板１１１の最外周に互いに分離して柱状に設けられた複数の壁部１１４とを備えて構成される。各レンズ１１２は、凸型の屈折面１１２ａを有し、該屈折面１１２ａの頂部に突起１１３を有している。レンズ基板１１１、レンズ１１２、突起１１３、及び壁部１１４は、一枚の材料を加工形成することで形成されている。また、レンズ１１２は、入射する赤外線を所定の焦点位置に集光することができる。
【００６７】
実施例３のレンズ一体型封止基板１０１は、レンズ基板１１１、レンズ１１２及び突起１１３は、実施例１のレンズ一体型封止基板１のレンズ基板１１、レンズ１２及び突起１３と同様の基本構成を有しているため、詳細な説明は省略する。以下、実施例１とは異なる形状の壁部１１４について説明する。
【００６８】
図１２に示すように、レンズ基板１１１上には、複数のレンズ１１２（レンズ群）が縦横方向（Ｙ軸方向、Ｘ軸方向）に整列配置されている。また、斜め方向にも整列配置されている。実施例３の壁部１１４は、このレンズ群の周辺（外周）であって、レンズ１１２の整列方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、斜め方向）のそれぞれの両側に、柱状に互いに分離して設けられている。
【００６９】
また、レンズ１１２の突起１１３の上面１１３ａ及び壁部１１４の上面１１４ａは、同じ高さ（面一）に形成している。したがって、実施例１と同様に、ウエハの外周から中心までウエハ全体により均一に圧力を加えることができ、接合品質を向上させるとともに、接合工程でレンズ１１２が傷つくのを抑制することができる。
【００７０】
上述のようなレンズ一体型封止基板１０１を、切断工程においてダイシング装置にて、レンズ一体型封止個片基板１１０のサイズに切断した状態の平面図を図１４に示す。この場合も、入射面１１１ｂにおいてレンズ１１２の周辺は障害物がなく平坦なので、レンズ１１２周辺にダイシングの切削水が滞留することを抑制し、レンズ１１２に切削屑が付着するのを抑制することができる。
【００７１】
以上、実施例３によれば、取り扱いの際にレンズ１１２に傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能なレンズ一体型封止基板１０１及びその製造方法を提供することができる。また、このレンズ一体型封止基板１０１を用いることで、取り扱いの際にレンズ１１２に傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能な赤外線検出装置及びその製造方法を提供することができる。
【００７２】
また、実施例３では、柱状の壁部１１４がレンズ１１２の縦横斜め方向の配列に従って整列し、レンズ１１２群の周辺に配置されている構成をとっている。この構成により、実施例１のような額縁状の壁部１４と比較して、柱状の複数の壁部１１４の接合面積は少なくすることができ、各レンズ１１２上の突起１１３に作用する単位加重を相対的に大きくすることができる。
【００７３】
また、壁部１１４がレンズ１１２の縦横斜め方向の配列に従って分離して配置されているので、レンズ一体型封止基板１０１の反りが緩和され、接合強度分布を改善することができる。さらには、壁部１１４が分離していることで、ダイシングの切削水がレンズ一体型封止基板１０１から流出し易くなり、切削水の滞留によるレンズ１１２への切削屑の付着を、より軽減することができる。
【００７４】
また、実施例３においても、実施例１と同様に、突起１１３の幅は、突起１１３の高さよりも大きく形成することで、突起１１３の破損を防止することができ、また、安定した加重印加ができるので、製造歩留まりを向上させることができる。また、突起１１３の幅は、レンズ１１２の屈折面１１２ａの直径に対して１０％以下とすることで、突起１１３が屈折面１１２ａの特性に影響するのを抑制することができる。また、突起１３の幅を１０μｍ以上の大きさに形成することで、製造加工時のレンズ基板１１１の接合工程での熱均一性が向上するとともに、製造歩留まりを向上させることができる。
【００７５】
（実施例４）
以下、本発明の実施例４に係るレンズ一体型封止基板及びレンズ一体型封止個片基板について、図１５、図１６を参照しながら説明する。この実施例４及び後述の実施例５は、実施例１のレンズ一体型封止基板１及びレンズ一体型封止個片基板１０と基本構成は同一で、突起の形状が異なる実施例である。
【００７６】
図１５は、本発明の実施例４に係るレンズ一体型封止基板２０１の平面図を示す。図１６は、図１５のレンズ一体型封止基板２０１を切断して形成した本発明の実施例４に係るレンズ一体型封止個片基板２１０の平面図を示す。
【００７７】
図１５に示すように、本発明の実施例４に係るレンズ一体型封止基板２０１は、レンズ基板２１１と、該レンズ基板２１１の入射面２１１ｂに設けられた複数のレンズ２１２と、レンズ基板２１１の最外周に額縁状に設けられた壁部２１４とを備えて構成される。各レンズ２１２は、凸型の屈折面２１２ａを有し、該屈折面２１２ａの頂部に突起２１３を有している。
【００７８】
また、本発明の実施例４に係るレンズ一体型封止基板２０１から形成されるレンズ一体型封止個片基板２１０は、図１６に示すように、レンズ基板２１１が個片化されてなるレンズ基板２１１’と、曲率を有しレンズ基板２１１’の入射面２１１ｂに設けられたレンズ２１２とを備えて構成される。レンズ２１２は、凸型の屈折面２１２ａを有し、該屈折面２１２ａの頂部に突起２１３を有している
【００７９】
先述の実施例１では、図４等に示すように突起１３はＸＹ平面（上面１３ａ）の形状が丸型になっているが、実施例４では、図１５、図１６に示すように、突起２１３はＸＹ平面（上面２１３ａ）の形状が十字型になっている。
【００８０】
十字型の上面２１３ａの面積を、丸型の上面１３ａと同じ面積（ＸＹ平面）にした場合、最外形が大きく取れるので、接合に関与する領域が広くできるため接合安定性に優れる。逆に接合に関わる十字型の上面２１３ａの最外径と丸型の上面１３ａの最外径とを同一にした場合は、レンズ２１２に対する突起２１３の面積比率を小さくできるので、集光ロスが軽減されるといった更なる効果が生まれる。
【００８１】
（実施例５）
以下、本発明の実施例５に係るレンズ一体型封止基板及びレンズ一体型封止個片基板について、図１７、図１８を参照しながら説明する。図１７は、本発明の実施例５に係るレンズ一体型封止基板３０１の平面図を示す。図１８は、図１７のレンズ一体型封止基板３０１を切断して形成した本発明の実施例５に係るレンズ一体型封止個片基板３１０の平面図を示す。
【００８２】
図１７に示すように、本発明の実施例５に係るレンズ一体型封止基板３０１は、レンズ基板３１１と、該レンズ基板３１１の入射面３１１ｂに設けられた複数のレンズ３１２と、レンズ基板３１１の最外周に額縁状に設けられた壁部３１４とを備えて構成される。各レンズ３１２は、凸型の屈折面３１２ａを有し、該屈折面３１２ａの頂部に突起３１３を有している。
【００８３】
また、本発明の実施例５に係るレンズ一体型封止基板３０１から形成されるレンズ一体型封止個片基板３１０は、図１８に示すように、レンズ基板３１１が個片化されてなるレンズ基板３１１’と、曲率を有しレンズ基板３１１’の入射面３１１ｂに設けられたレンズ３１２とを備えて構成される。レンズ３１２は、凸型の屈折面３１２ａを有し、該屈折面３１２ａの頂部に突起３１３を有している
【００８４】
実施例５では、図１７、図１８に示すように、突起３１３はＸＹ平面（上面３１３ａ）の形状が放射型になっている。このような放射型の上面３１３ａの面積を、実施例１の丸型の上面１３ａと同じ面積（ＸＹ平面）にした場合、最外形がより大きく取れるので、接合に関与する領域が広くできるため接合安定性に優れる。逆に接合に関わる十字型の上面３１３ａの最外径と丸型の上面１３ａの最外径とを同一にした場合は、レンズ３１２に対する突起３１３の面積比率を小さくできるので、集光ロスが軽減されるといった更なる効果が生まれる。
【００８５】
さらに、実施例５の上面３１３ａが放射型の突起３１３では、上述の実施例４の上面２１３ａが十字型の突起２１３と比較して、接合時の加圧力及び熱エネルギーが分散され、接合強度ばらつきを抑制することができる。
【００８６】
以上、実施例４及び実施例５においても、取り扱いの際にレンズ２１２，３１２に傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能なレンズ一体型封止基板２０１，３０１及びレンズ一体型封止個片基板２１０，３１０並びにこれらの製造方法を提供することができる。また、実施例４及び実施例５のレンズ一体型封止基板２０１，３０１を用いることで、取り扱いの際にレンズ２１２，３１２に傷をつけることを防ぐとともに、小型化が可能な赤外線検出装置及びその製造方法を提供することができる。
【００８７】
また、実施例４、実施例５においても、実施例１と同様に、突起２１３，３１３の幅ｄ（図１６、図１８参照）は、突起２１３，３１３の高さよりも大きく形成することで、突起２１３，３１３の破損を防止することができる。また、安定した加重印加ができるので、製造歩留まりを向上させることができる。さらに、突起２１３，３１３の幅ｄは、レンズ２１２，３１２の屈折面２１２ａ，３１２ａの直径Ｄ（図１６、図１８参照）に対して１０％以下とすることで、突起２１３，３１３が屈折面２１２ａ，３１２ａの特性に影響するのを抑制することができる。また、突起２１３，３１３の幅ｄを１０μｍ以上の大きさに形成することで、製造加工時のレンズ基板２１１，３１１の接合工程での熱均一性が向上するとともに、製造歩留まりを向上させることができる。
【００８８】
また、実施例４及び実施例５では、レンズ基板２１１，３１１上に額縁状の壁部２１４，３１４を設けているが、これに限定されることはない。例えば、実施例３のようにレンズ２１２，３１２の縦横斜め方向の配列に従って分離して配置された複数の柱状の壁部とすることもできる。また、壁部１４，１１４，２１４，３１４が額縁状、柱状に限定されることはなく、レンズ群の外周に設けられ、突起１３，１１３，２１３，３１３とともに接合工程での押し代として機能する構成であれば、他の形状とすることもできる。
【００８９】
以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。また、前記構成部材の数、位置、形状等は各実施例に限定されることはなく、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１，１０１，２０１，３０１  レンズ一体型封止基板（光学素子アレイ基板）
１１，１１１，２１１，３１１  レンズ基板（基板）
１１ｂ，１１１ｂ，２１１ｂ，３１１ｂ  入射面
１２，１１２，２１２，３１２  レンズ（光学素子）
１２ａ，１１２ａ，２１２ａ，３１２ａ  屈折面
１３，１１３，２１３，３１３  突起    １４，１１４，２１４，３１４  壁部
２０  赤外線検出装置    ２３  センサ基板    ２４  受光器（赤外線受光素子）
２６  パッケージ部材    ２８  基板本体    Ｄ  直径    ｄ  幅    ｔ  高さ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９１】
【特許文献１】特開２００８−１２８９１２号公報
【特許文献２】特開平８−３２７４４８号公報
【特許文献３】特開２０１４−３２２３９号公報
【図１】
2016133389.tif 000003
【図２】
2016133389.tif 000004
【図３】
2016133389.tif 000005
【図４】
2016133389.tif 000006
【図５】
2016133389.tif 000007
【図６】
2016133389.tif 000008
【図７】
2016133389.tif 000009
【図８】
2016133389.tif 000010
【図９】
2016133389.tif 000011
【図１０】
2016133389.tif 000012
【図１１】
2016133389.tif 000013
【図１２】
2016133389.tif 000014
【図１３】
2016133389.tif 000015
【図１４】
2016133389.tif 000016
【図１５】
2016133389.tif 000017
【図１６】
2016133389.tif 000018
【図１７】
2016133389.tif 000019
【図１８】
2016133389.tif 000020