光学デバイス
【課題】回路基板等の平坦面にフリップチップ実装することができる小型の光学デバイス１を提供する。
【解決手段】光学デバイス１は、光学的に活性な活性領域７と第一電極１０を有する第一面５と第一面５の反対側に第二面６を有する光学素子４と、中央に窪み３を有し、窪み３の底面８の側に第一面５を向け、窪み３の開口側の上端面２３から第二面６が突出しないように光学素子４を収納する収納部材２とを備え、収納部材２は、その底面８であり活性領域７に対面する領域が透明領域９であり、底面８に第一電極１０と電気的に接続する第二電極１１と、上端面に前記第二電極１１と電気的に接続する第三電極１２を有する。
【解決手段】光学デバイス１は、光学的に活性な活性領域７と第一電極１０を有する第一面５と第一面５の反対側に第二面６を有する光学素子４と、中央に窪み３を有し、窪み３の底面８の側に第一面５を向け、窪み３の開口側の上端面２３から第二面６が突出しないように光学素子４を収納する収納部材２とを備え、収納部材２は、その底面８であり活性領域７に対面する領域が透明領域９であり、底面８に第一電極１０と電気的に接続する第二電極１１と、上端面に前記第二電極１１と電気的に接続する第三電極１２を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子や受光素子等の光学素子とこれを収納する収納部材からなる光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光素子や受光素子等の光学素子はパッケージに収納されて光学デバイスとして利用されている。これらの光学素子は、発光面や受光面等の活性面と同じ表面に駆動用の電極が形成されている。そのため、光学素子の活性面側から電気的に接続する必要があり、光学素子や収納部材の他に光学素子と収納部材とを電気的に接続するボンディングワイヤや収納部材を光学素子の活性面側からキャップする透明キャップ材を必要とした。その結果、部品点数が多くなるとともに製造工数がかかりコスト高となった。そこで、部品点数を減らして製造工数を少なくした光学デバイスが求められている。
【０００３】
特許文献１には、部品点数を減らした光学素子が記載されている。図１１は光学素子としての撮像素子をガラス基板に貼りつけた固体撮像素子の断面模式図である（特許文献１の図１）。固体撮像素子１０１は、撮像素子１０２と光学ガラス配線基板１０３から構成される。撮像素子１０２の上面に有効撮像領域１０４が形成され、その周囲に複数の電極パッド１０５が形成され、その電極パッド１０５の上面にはバンプ等の突起電極１０６が形成されている。光学ガラス配線基板１０３は、光学ガラス板１０７の裏側に配線パターン１０８が形成され、この配線パターン形成面の略中央に接合材料１０９を介して撮像素子１０２が接合されている。そして、光学ガラス板１０７の裏側において配線パターン１０８の一端と撮像素子１０２の電極パット１０５とが突起電極１０６を介してフリップチップ方式で電気的に接続される。接合材料１０９は、撮像素子１０２の有効撮像領域１０４を除いた素子周縁領域に形成され、有効撮像領域１０４と光学ガラス配線基板１０３との間には突起電極１０６の高さ分の中空領域（隙間）が形成されている。このように構成することにより、部品点数を減らし製造工数を少なくしてコストダウンを図ることができる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９-１７９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の光学素子は、撮像素子１０２が光学ガラス配線基板１０３の背面側に突出して接合され、撮像素子１０２に駆動信号を供給するための配線パターン１０８は光学ガラス板１０７の裏側に形成されている。そのため、この光学素子を回路基板等の平坦面に実装しようとすると、光学素子と平坦面との間に実装用基板を設け、この実装用基板を介して配線パターン１０８と平坦面の電極との間を電気的に接続する必要がある。その結果、部品点数が増加するとともに製造工数が増えてコスト高となる。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型で回路基板等に実装が容易な光学デバイス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】
本発明の光学デバイスは、光学的に活性な活性領域と第一電極を有する第一面と前記第一面の反対側に第二面を有する光学素子と、中央に窪みを有し、前記窪みの底面の側に前記第一面を向け、前記窪みの開口側の上端面から前記第二面が突出しないよう前記光学素子を収納する収納部材と、を備え、前記収納部材は、前記活性領域に対面する前記窪みの底部の領域が透明領域であり、前記底面に前記第一電極と電気的に接続する第二電極と、前記上端面に前記第二電極と電気的に接続する第三電極を有することとした。
【０００７】
また、前記窪みの内側面は、前記第二電極と前記第三電極とを電気的に接続する側面電極を有することとした。
【０００８】
また、前記側面電極の電極面は、前記底面に対して６０°を超えない傾斜角を有することとした。
【０００９】
また、前記内側面は、前記底面に対して傾斜する傾斜路を有し、前記傾斜路の路面上に前記側面電極が形成されていることとした。
【００１０】
また、前記傾斜路は、前記底面から前記上端面にかけて葛折り状の形状を有することとした。
【００１１】
また、前記側面電極はナノ金属粒子を塗布して形成されることとした。
【００１２】
また、前記底面は、前記活性領域を囲む土手を有することとした。
【００１３】
また、前記第一面は、前記土手により囲まれる領域を除いてモールド材によりモールドされていることとした。
【００１４】
また、前記光学素子は、前記第一面に前記活性領域に隣接して第二の活性領域を有し、前記収納部材は、前記第二の活性領域に対面する前記底部の領域が第二の透明領域であることとした。
【００１５】
また、機能性素子と、前記機能性素子を前記窪みの側に有し、前記上端面に接合される機能性素子基板とを更に備え、前記機能性素子基板は貫通電極を有し、前記機能性素子は前記貫通電極に電気的に接続し、前記貫通電極は前記第三電極に電気的に接続することとした。
【００１６】
また、前記機能性素子は、前記光学素子の側に光学的に活性な第二の活性領域を有し、前記収納部材は、前記第二の活性領域に対面する前記底部の領域が第二の透明領域であることとした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による光学デバイスは、光学的に活性な活性領域と第一電極を有する第一面と第一面の反対側に第二面を有する光学素子と、中央に窪みを有し、窪みの底面の側に第一面を向け、窪みの開口側の上端面から第二面が突出しないよう光学素子を収納する収納部材と、を備え、収納部材は、活性領域に対面する窪みの底部の領域が透明領域であり、底面に第一電極と電気的に接続する第二電極と、上端面に第二電極と電気的に接続する第三電極を有する構成とした。これにより、収納部材から光学素子が突出しないので、光学デバイスを回路基板等の平坦面に実装用基板を介在させることなく容易に設置することができる。また、収納部材の窪みの上端面に第三電極を設けたので、光学デバイスを回路基板等にフリップ・チップ・ボンディング（以下、フリップチップ実装、という。）することができ、光学デバイスの実装後の容積を小さく構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る光学デバイスの縦断面模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る光学デバイスの収納部材の平面模式図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る光学デバイスの縦断面模式図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る光学デバイスの収納部材の平面模式図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る光学デバイスの縦断面模式図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る光学デバイスを説明するための図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る光学デバイスの収納部材の模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第四実施形態に係る光学デバイスの断面模式図である。
【図９】本発明の第五実施形態に係る光学デバイスの断面模式図である。
【図１０】本発明の第六実施形態に係る光学デバイスの断面模式図である。
【図１１】従来公知の光学デバイスの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る光学デバイス１の縦断面模式図である。光学デバイス１は、光学素子４と収納部材２を備えている。光学素子４は、光学的に活性な活性領域７と第一電極１０とを有する第一面５と、この第一面５の反対側に第二面６を有している。収納部材２は、中央に窪み３を有し、上記第一面５が窪み３の底面８に対面し、上記第二面６が窪み３の開口側の上端面２３から突出しないように光学素子４を収納する。収納部材２は、上記活性領域７に対面する窪み３の底部の領域が透明領域９であり、底面８に第一電極１０と電気的に接続する第二電極１１と、上端面２３に第二電極１１と電気的に接続する第三電極１２を有している。ここで、第二電極１１は第三電極１２と窪み３の内側面に形成した側面電極１４を介して電気的に接続している。
【００２０】
図２は、図１に示す収納部材２を窪み３の開口側から見た平面模式図である。図１に示す光学デバイス１は、部分ＡＡの断面に相当する。窪み３の底部に設置した透明領域９は底面８の略中央に位置する。収納部材２は、底面８の四隅に第二電極１１を備え、窪み３の上端面２３の四隅に第三電極１２を備え、窪み３の内側面１３に側面電極１４を備えている。内側面１３は底面８に対して傾斜している。第二電極１１とこの第二電極１１に近接する第三電極１２は側面電極１４を介して電気的に接続する。
【００２１】
この構成により、光学デバイス１の上端面２３の側に光学素子４が突出することがないので、回路基板等の平坦面に光学デバイス１を容易に設置することができる。また、窪み３の上端面２３に第三電極１２を設けたので、実装しようとする回路基板等との間の電気的接続が容易となる。即ち、光学デバイス１を回路基板等に実装用基板を必要としないで容易にフリップチップ実装することができる。また、収納部材２の底部の外表面は平坦面なので、他の部材、例えばフィルター等を容易に設置することができる。
【００２２】
光学素子４として、発光ダイオード等の発光素子やフォトダイオード、イメージセンサ等の受光素子を使用することができる。活性領域７は、光学素子４が発光素子の場合はその発光面であり、光学素子４が受光素子の場合はその受光面である。光学素子４は、活性領域７が形成される第一面５に駆動用の第一電極１０が形成されている。収納部材２として、ガラス材料やプラスチック材料を使用することができる。ガラス材料として、ソーダガラス、硬質ガラス、石英、アルミナガラス、各種セラミックス等を使用することができる。プラスチック材料として、エポキシ系樹脂、ガラスエポキシ樹脂、アラミド不織布、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂等を使用することができる。また、表面に絶縁膜を形成した金属材料を使用することができる。窪み３は、型成形法により形成することができる。窪み３の底面部に形成する透明領域９は、光学素子４が発光し又は受光する光の波長に対して透明である。
【００２３】
第二電極１１、第三電極１２及び側面電極１４は、印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタ法、インクジェット法等により導体を堆積して形成することができる。回路基板の配線材料として通常用いられる材料を使用することができ、例えば金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム等の単体、或いはこれらを積層して用いることができる。第一面５に形成した第一電極１０と窪み３の底面に形成した第二電極１１とは導電接着材により電気的に接続することができる。また、第一電極１０をバンプによる突起電極とし、光学素子４を窪み３の底面８にフリップチップ実装して第二電極１１と電気的に接続することができる。突起電極として、金、銅、はんだ等とすることができる。
【００２４】
なお、光学デバイス１を回路基板等に実装する際に窪み３の内側を外部から密閉することができる。また、光学素子４の第二面６側にモールド材を充填し、第一面５の活性領域７を外部から密閉することができる。この場合も、モールド材は窪み３の上端面から突出しないようにモールドする。また、モールド材として黒色の材料を使用すれば、背面側からのノイズ光や漏れ光を遮蔽することができる。また、土手２２、透明領域９、活性領域７の位置、形状は図３又は図４に示すものに限定されない。また、底面８、上端面２３及び内側面１３のそれぞれに４個所電極を形成したが、これら電極の形成個所を変更する或いは形成数を増減することができることはいうまでもない。
【００２５】
（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の縦断面模式図である。図４は、図３に示す収納部材２を窪み３の開口側から見た平面模式図である。図３に示す光学デバイス１は、部分ＢＢの断面に相当する。第一実施形態と異なる点は窪み３の底面に土手２２を設置した点及び光学素子４の第二面６側をモールド材１６によりモールドした点であり、その他は第一実施形態と同様である。従って、以下、主に異なる部分について説明する。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。
【００２６】
収納部材２の窪み３の底面８には光学素子４の活性領域７を囲むように土手２２が形成されている。土手２２の上端面は光学素子４の第一面５に当接又は近接している。土手２２は透明領域９の底面８側に露出する露出面を取り囲んでいる。第一面５に形成した第一電極１０は、バンプから成り突起形状を有し、光学素子４を底面８にフリップチップ実装して第二電極１１と電気的に接続する。光学素子４はモールド材１６によりモールドされている。モールド材１６は光学素子４の第二面６から第一面５にかけて回り込んでいる。土手２２は活性領域７の周囲を取り囲み、モールド材１６の活性領域７への浸入を防いでいる。即ち、第一面５は土手２２により囲まれる領域を除いてモールド材１６によりモールドされている。その他、収納部材２の材料や光学素子４は第一実施形態と同様に構成することができる。なお、土手２２はモールド材１６が活性領域７に流れ込むことを防止するとともに、フリップチップ実装の際に接着剤が活性領域７に流れ込むことも防止する。この流れ込み防止機能は、土手２２の上端面が光学素子４の第一面５に当接している場合の他に近接している場合でも有効である。モールド材や接着剤には粘性があるので、土手２２の上端面と第一面５との間に多少隙間が生じてもモールド材や接着剤は活性領域７側に浸入しない。
【００２７】
このように、第一電極１０及び第二電極１１がモールドされるので腐食等に基づく断線を防止することができる。モールド材１６として黒色の材料を使用すれば、背面側からのノイズ光や漏れ光を遮蔽することができる。これにより、信頼性の高い光学デバイス１を形成することができる。更に、光学デバイス１の背面側に光学素子４が突出しないので回路基板等の平坦面に容易にフリップチップ実装することができる。
【００２８】
（第三実施形態）
図５、図６及び図７は、本発明の第三実施形態に係る光学デバイス１を説明するための図である。図５は光学デバイス１の縦断面模式図であり、図６（ａ）は収納部材２を窪み３の開口側から見た平面模式図であり、図６（ｂ）は部分ＤＤの断面から上方を見た状態を表す模式図であり、図７は収納部材２の模式的な斜視図である。
【００２９】
図５は、図６（ａ）に示す収納部材２の部分ＣＣの縦断面に相当する。光学デバイス１は、光学素子４と収納部材２とを備えている。光学素子４は、光学的に活性な活性領域７と図示しない第一電極とを有する第一面５と、この第一面５の反対側に第二面６を有している。収納部材２は、窪み３を有し、第一面５が窪み３の底面８に対面し、第二面６が窪み３の開口側の上端面２３から突出しないように光学素子４を収納する。
【００３０】
収納部材２は、活性領域７に対面する窪み３の底部の領域が透明領域９であり、この活性領域７を取り囲むように底面８から突出する土手２２を備えている。収納部材２は、底面８に第一電極と電気的に接続する第二電極１１と、上端面２３に第二電極１１と電気的に接続する第三電極１２と、内側面１３に第二電極１１と第三電極１２とを電気的に接続する側面電極１４を備えている。収納部材２の内側面１３は底面８から上端面２３に伸びる傾斜路１５を備え、傾斜路１５の上面（路面）に側面電極１４が形成されている。第二電極１１は底面８の４つの角に設置され、第三電極１２は上端面２３の４つの角の近傍に設置され、側面電極１４は４つの内側面１３（図６（ａ）の平面図において、上内側面１３ａ、右内側面１３ｂ、下内側面１３ｃ、左内側面１３ｄという。）に設置されている。そして、左上角の第二電極１１と右上角の第三電極１２とは上内側面１３ａに形成した側面電極１４を介して電気的に接続される。同様に、右上角の第二電極１１と右下角の第三電極１２とは右内側面１３ｂに形成した側面電極１４を介して電気的に接続されている。その他の角に形成した第二電極１１、第三電極１２及び内側面１３ｃ、１３ｄに形成した側面電極１４も同様に構成されている。
【００３１】
ここで、第二電極１１、第三電極１２及び側面電極１４をインクジェット方式により液状の導電材料を吐出させて収納部材２に塗布し、その後乾燥・焼結させて形成することができる。例えばペースト状のナノ金属粒子をインクジェット方式で窪み３の底面８、上端面２３及び内側面１３に塗布し、その後乾燥、焼成してナノ金属粒子に基づく第二電極１１、第三電極１２及び側面電極１４を形成することができる。ナノ金属粒子として金、銀又は銅を主成分とする材料を使用することができる。インクジェット方式は、窪み３の上端面２３、内側面１３及び底面８のように高低差のある場所に高精度の形状の電極パターンを形成することができる。また、インクジェット方式によれば蒸着法やスパッタ法よりも膜厚を厚く形成できるので、低抵抗の電極を形成することができる。更に、被塗布体の形状や基準位置を認識しながら必要な個所に電極パターンを形成することができるので、電極形成時の基板間に形状誤差が発生する場合や設計変更等の場合に容易に対応することができる。また、ナノ金属粒子にガラスフリットを混ぜてガラス基板等との間の密着性を向上させることができる。また、ナノ金属粒子は反応性が高いので１００℃〜２００℃の低温で硬化し、厚さが１μｍ〜１０μｍの低抵抗の配線電極を形成することができる。なお、インクジェット方式でナノ金属粒子を塗布し、乾燥・焼結させた電極の表面はうろこ状の模様を呈する。
【００３２】
図６（ａ）に示す収納部材２は、一辺が概ね１ｍｍ〜２．５ｍｍであり、厚さが略０．５ｍｍであり、窪み３の上端面２３の幅が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、窪み３の深さが略０．３ｍｍであり、底部の厚さが略０．２ｍｍである。また、図６（ｂ）に示すように、底面８に対する内側面１３の傾斜角φは６５°〜７５°であり、底面８に対する側面電極１４の電極面の傾斜角θは１７°〜２３°であり、傾斜路１５の幅は略４０μｍである。内側面１３の傾斜角φが７５°を超えると収納部材２を型成形により形成する際の離型性が低下する。インクジェット方式により吐出される一滴の液滴の広がり径が略３０μｍであることから、傾斜路１５の幅はインクジェットによる液滴吐出ばらつきを考慮すると略４０μｍを下回らないことが望ましい。側面電極１４の傾斜角θを１７°〜２３°にすることにより、傾斜路１５にインクジェット方式により電極材料を塗布した際に塗布液が流れ落ちることが無い。インクジェット方式により液滴を塗布する場合は、傾斜路１５、即ち側面電極１４の電極面の傾斜角θを６０°未満とすることが好ましい。傾斜角θを６０°未満とすればインクジェット方式によりナノ金属粒子を塗布したときに液だれを防止することができ、均一な又は必要な厚さの側面電極１４を形成することができる。傾斜角θを６０°以上とすると塗布されたナノ金属粒子が流れて目的の厚さの電極を形成することが難しくなる。
【００３３】
なお、本発明は、傾斜路１５が内側面１３を斜めに横切るように形成することに限定されない。例えば、内側面１３の傾斜角φが底面８に対して６０°未満であれば、段差状の傾斜路１５を形成しないで、第一実施形態や第二実施形態のように内側面１３の傾斜面に側面電極１４を形成することができる。この場合は、例えば図２又は図４に示すように左上角の第二電極１１と左上角の第三電極１２の最短距離の側面電極１４により電気的に接続することができる。また、傾斜路１５が２つの内側面１３に跨って連続的に形成するものであっても良い。例えば、傾斜路１５を上内側面１３ａから右内側面１３ｂに跨って形成し、傾斜路１５の上面に側面電極１４を形成し、底面８の左上角の第二電極１１と上端面２３の右下角の第三電極１２とを電気的に接続するように構成することができる。これにより、側面電極１４の傾斜角θを一層小さくすることができる。また、傾斜路１５を一つの内側面に葛折り状に形成することができる。この場合も、側面電極１４の傾斜角θを小さく形成することができる。
【００３４】
底面８から突出する土手２２は、光学素子４の活性領域７を囲み、第一面５に当接又は近接する。これにより、窪み３の開口側からモールド材を充填しても、モールド材が活性領域７と透明領域９の間の隙間に浸入することが無い。また、底面８の第一電極１０と第二電極１１はモールド材に埋め込まれるので電極の劣化を防止することができる。
【００３５】
図７に示すように、収納部材２は枡形状を有し窪み３の底面８の中央部に土手２２を備えている。底面８の４つの角に第二電極１１を、上端面２３の４つの角の近傍に第三電極１２をそれぞれ有し、各内側面１３に形成した傾斜路１５の上面に側面電極１４を有している。側面電極１４は第二電極１１と第三電極１２とを電気的に接続している。なお、収納部材２の窪み３、傾斜路１５、土手２２は型成形により同時に形成することができる。
【００３６】
この構成により、第二電極１１と第三電極１２とを低抵抗の側面電極１４により電気的に接続することができる。また、内側面１３の傾斜角φを６０°以上とすることができるので、収納部材２の外径を小さく構成することができる。更に、光学デバイス１の背面側に光学素子が突出しないので回路基板等の平坦面に容易に設置することができる。また、収納部材の窪みの上端面に第三電極１２を設けたので、光学デバイスを回路基板等に容易にフリップチップ実装することができ、実装後の光学デバイスの容積を小さく構成することができる。
【００３７】
（第四実施形態）
図８は、本発明の第四実施形態に係る光学デバイス１の縦断面模式図である。第二実施形態と異なる部分は、収納部材２がその底部に透明領域９の他に第二の透明領域２１を有し、底面８の第二の透明領域２１に対応して第二の土手２４を有し、光学素子４が活性領域７の他に第二の活性領域２０を有する点であり、その他の構成は第二実施形態と同様である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
【００３８】
図８に示すように、光学素子４はその第一面５に活性領域７と第二の活性領域２０を有する。例えば、活性領域７が発光素子であり第二の活性領域２０が受光素子であり、同一の半導体基板に形成されている。収納部材２はその底面８に土手２２と第二の土手２４を有し、土手２２が活性領域７を取り囲むように第一面５に当接又は近接し、第二の土手２４が第二の活性領域２０を取り囲むように第一面５に当接又は近接している。収納部材２はその底部の、活性領域７に対面する位置に透明領域９を有し、第二の活性領域２０に対面する位置に第二の透明領域２１を有している。従って、活性領域７が発光した光は透明領域９を介して外部に放射され、第二の透明領域２１に入射した光を第二の活性領域２０が受光する。光学素子４の第一面５に形成される第一電極１０は、底面８に形成した第二電極１１、内側面１３に形成した側面電極１４を介して上端面２３に形成した第三電極１２に電気的に接続する。
【００３９】
光学素子４は、黒色のモールド材１６によりモールドされている。モールド材１６は活性領域７と透明領域９との隙間、及び第二の活性領域２０と第二の透明領域２１との隙間を除いて光学素子４を覆っている。つまり、光学素子４の第一面５は土手２２及び第二の土手２４により囲まれる領域を除いて黒色のモールド材１６によりモールドされる。そのために、活性領域７で発光した光は第二の活性領域２０に入射されない。なお、活性領域７と第二の活性領域２０とを光学的に完全に分離するために、例えば収納部材２の底部の外面に透明領域９と第二の透明領域２１の領域のみ開口したフィルターやブラックマスクを設置することができる。また、収納部材２の材料を、透明領域９と第二の透明領域２１以外の領域を黒色等に着色することにより、光学的に完全に分離することができる。
【００４０】
なお、光学素子４は、活性領域７と第二の活性領域２０とが半導体基板上に作り込まれているものに限定されず、発光素子と受光素子が同一基板上に並列して実装されているものであってもよい。また、側面電極１４は、内側面１３に傾斜路１５を形成しその上面にインクジェット方式によりナノ金属粒子を塗布して形成することができる。
【００４１】
（第五実施形態）
図９は、本発明の第五実施形態に係る光学デバイス１の縦断面模式図である。本第五実施形態の光学デバイス１は、第二実施形態の光学デバイス１の上端面２３に機能性素子基板２６を接合した構造を備えている。従って、以下、主に第二実施形態と異なる部分について説明し、第二実施形態と同一の部分については説明を省略する。同一の部分また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。
【００４２】
機能性素子基板２６は、窪み３側の表面に機能性素子２５と、第四電極２９と、機能性素子２５と第四電極２９と電気的に接続するワイヤー２８を備え、窪み３の上端面２３の位置に貫通電極２７を備えている。貫通電極２７は、機能性素子２５側からその反対側に貫通して露出し、他の素子と電気的に接続可能に構成されている。貫通電極２７は、第四電極２９及び第三電極１２と電気的に接続している。
【００４３】
機能性素子２５は、例えば演算回路や、光学素子４の発光を制御する制御回路や、光学素子４が受光した光の検出回路等とすることができる。機能性素子基板２６は窪み３の開口部を密閉するので光学素子４や機能性素子２５が湿度や不純物により腐食し、或いは汚染されるのを防止することができる。このように高機能又は多機能な光学素子をコンパクトに構成することができる。なお、側面電極１４は、内側面１３に傾斜路１５を形成しその上面にインクジェット方式によりナノ金属粒子を塗布して形成することができる。なお、本実施形態において、窪み３の底面８に土手２２を設置しているが、窪み３の内部にモールド材を充填しない場合や、第一電極１０と第二電極１１の電気的接続の際に接着剤等が活性領域７に浸みこまなければ土手２２を除去しても良い。
【００４４】
（第六実施形態）
図１０は、本発明の第六実施形態に係る光学デバイス１の縦断面模式図である。本第六実施形態の光学デバイス１は、機能性素子２５が光学的な機能を有し、窪み３の底部に形成した透明領域９と異なる第二の透明領域２１を介して光を入射し又は出射する。第四実施形態と異なる点は活性領域７と第二の活性領域２０とが異なる基板に形成されていることである。同一の部分また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。
【００４５】
光学デバイス１は、窪み３を有する収納部材２と、窪み３の底面８に設置した光学素子４と、窪み３の上端面２３に設置した機能性素子基板２６と、機能性素子基板２６の窪み３側に実装された機能性素子２５を備えている。光学素子４は第一面５が窪み３の底面８に対面し、第一面５は光学的に活性な活性領域７と第一電極１０を備えている。収納部材２は、活性領域７に対面する窪み３の底部の透明領域９と、機能性素子２５に対面する窪み３の底部の第二の透明領域２１を備えている。収納部材２は、底面８に活性領域７を囲む土手２２を備え、土手２２の上端面が光学素子４の第一面５に当接又は近接している。収納部材２は、底面８に第二電極１１を備え、第二電極１１は光学素子４に設置された第一電極１０と電気的に接続している。窪み３の内側面１３は側面電極１４を備え、窪み３の開口側の上端面２３は第三電極１２を備え、上端面２３は側面電極１４を介して第二電極１１に電気的に接続する。
【００４６】
機能性素子基板２６は、第二の透明領域２１に対応する位置に機能性素子２５を備えている。機能性素子２５は、第二の透明領域２１に対面する位置に第二の活性領域２０を有し、機能性素子基板２６の窪み３側に設置された第四電極２９とワイヤー２８を介して電気的に接続している。機能性素子基板２６は、上端面２３の位置に貫通電極２７を備え、貫通電極２７は第三電極１２及び第四電極２９と電気的に接続する。貫通電極２７は機能性素子２５とは反対側に露出し、外部回路に接続することができる。
【００４７】
これにより、多機能な光学デバイス１をコンパクトに構成することができる。機能性素子基板２６は窪み３の開口端を閉塞するので、機能性素子２５や光学素子４が湿度や不純物により腐食し或いは汚染されるのを防止することができる。また、側面電極１４は、内側面１３に傾斜路を形成しその上面にインクジェット方式によりナノ金属を塗布して形成することができる。なお、本実施形態において、窪み３の底面８に設置した土手２２は除去することができる。
以上、第一〜第六実施形態を単体の光学デバイス１を用いて説明したが、一つの基板に多数の光学デバイス１を同時に形成することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 光学デバイス１
２ 収納部材
３ 窪み
４ 光学素子
５ 第一面
６ 第二面
７ 活性領域
８ 底面
９ 透明領域
１０ 第一電極
１１ 第二電極
１２ 第三電極
１４ 側面電極
１５ 傾斜路
１６ モールド材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子や受光素子等の光学素子とこれを収納する収納部材からなる光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光素子や受光素子等の光学素子はパッケージに収納されて光学デバイスとして利用されている。これらの光学素子は、発光面や受光面等の活性面と同じ表面に駆動用の電極が形成されている。そのため、光学素子の活性面側から電気的に接続する必要があり、光学素子や収納部材の他に光学素子と収納部材とを電気的に接続するボンディングワイヤや収納部材を光学素子の活性面側からキャップする透明キャップ材を必要とした。その結果、部品点数が多くなるとともに製造工数がかかりコスト高となった。そこで、部品点数を減らして製造工数を少なくした光学デバイスが求められている。
【０００３】
特許文献１には、部品点数を減らした光学素子が記載されている。図１１は光学素子としての撮像素子をガラス基板に貼りつけた固体撮像素子の断面模式図である（特許文献１の図１）。固体撮像素子１０１は、撮像素子１０２と光学ガラス配線基板１０３から構成される。撮像素子１０２の上面に有効撮像領域１０４が形成され、その周囲に複数の電極パッド１０５が形成され、その電極パッド１０５の上面にはバンプ等の突起電極１０６が形成されている。光学ガラス配線基板１０３は、光学ガラス板１０７の裏側に配線パターン１０８が形成され、この配線パターン形成面の略中央に接合材料１０９を介して撮像素子１０２が接合されている。そして、光学ガラス板１０７の裏側において配線パターン１０８の一端と撮像素子１０２の電極パット１０５とが突起電極１０６を介してフリップチップ方式で電気的に接続される。接合材料１０９は、撮像素子１０２の有効撮像領域１０４を除いた素子周縁領域に形成され、有効撮像領域１０４と光学ガラス配線基板１０３との間には突起電極１０６の高さ分の中空領域（隙間）が形成されている。このように構成することにより、部品点数を減らし製造工数を少なくしてコストダウンを図ることができる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９-１７９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の光学素子は、撮像素子１０２が光学ガラス配線基板１０３の背面側に突出して接合され、撮像素子１０２に駆動信号を供給するための配線パターン１０８は光学ガラス板１０７の裏側に形成されている。そのため、この光学素子を回路基板等の平坦面に実装しようとすると、光学素子と平坦面との間に実装用基板を設け、この実装用基板を介して配線パターン１０８と平坦面の電極との間を電気的に接続する必要がある。その結果、部品点数が増加するとともに製造工数が増えてコスト高となる。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型で回路基板等に実装が容易な光学デバイス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】
本発明の光学デバイスは、光学的に活性な活性領域と第一電極を有する第一面と前記第一面の反対側に第二面を有する光学素子と、中央に窪みを有し、前記窪みの底面の側に前記第一面を向け、前記窪みの開口側の上端面から前記第二面が突出しないよう前記光学素子を収納する収納部材と、を備え、前記収納部材は、前記活性領域に対面する前記窪みの底部の領域が透明領域であり、前記底面に前記第一電極と電気的に接続する第二電極と、前記上端面に前記第二電極と電気的に接続する第三電極を有することとした。
【０００７】
また、前記窪みの内側面は、前記第二電極と前記第三電極とを電気的に接続する側面電極を有することとした。
【０００８】
また、前記側面電極の電極面は、前記底面に対して６０°を超えない傾斜角を有することとした。
【０００９】
また、前記内側面は、前記底面に対して傾斜する傾斜路を有し、前記傾斜路の路面上に前記側面電極が形成されていることとした。
【００１０】
また、前記傾斜路は、前記底面から前記上端面にかけて葛折り状の形状を有することとした。
【００１１】
また、前記側面電極はナノ金属粒子を塗布して形成されることとした。
【００１２】
また、前記底面は、前記活性領域を囲む土手を有することとした。
【００１３】
また、前記第一面は、前記土手により囲まれる領域を除いてモールド材によりモールドされていることとした。
【００１４】
また、前記光学素子は、前記第一面に前記活性領域に隣接して第二の活性領域を有し、前記収納部材は、前記第二の活性領域に対面する前記底部の領域が第二の透明領域であることとした。
【００１５】
また、機能性素子と、前記機能性素子を前記窪みの側に有し、前記上端面に接合される機能性素子基板とを更に備え、前記機能性素子基板は貫通電極を有し、前記機能性素子は前記貫通電極に電気的に接続し、前記貫通電極は前記第三電極に電気的に接続することとした。
【００１６】
また、前記機能性素子は、前記光学素子の側に光学的に活性な第二の活性領域を有し、前記収納部材は、前記第二の活性領域に対面する前記底部の領域が第二の透明領域であることとした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による光学デバイスは、光学的に活性な活性領域と第一電極を有する第一面と第一面の反対側に第二面を有する光学素子と、中央に窪みを有し、窪みの底面の側に第一面を向け、窪みの開口側の上端面から第二面が突出しないよう光学素子を収納する収納部材と、を備え、収納部材は、活性領域に対面する窪みの底部の領域が透明領域であり、底面に第一電極と電気的に接続する第二電極と、上端面に第二電極と電気的に接続する第三電極を有する構成とした。これにより、収納部材から光学素子が突出しないので、光学デバイスを回路基板等の平坦面に実装用基板を介在させることなく容易に設置することができる。また、収納部材の窪みの上端面に第三電極を設けたので、光学デバイスを回路基板等にフリップ・チップ・ボンディング（以下、フリップチップ実装、という。）することができ、光学デバイスの実装後の容積を小さく構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る光学デバイスの縦断面模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る光学デバイスの収納部材の平面模式図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る光学デバイスの縦断面模式図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る光学デバイスの収納部材の平面模式図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る光学デバイスの縦断面模式図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る光学デバイスを説明するための図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る光学デバイスの収納部材の模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第四実施形態に係る光学デバイスの断面模式図である。
【図９】本発明の第五実施形態に係る光学デバイスの断面模式図である。
【図１０】本発明の第六実施形態に係る光学デバイスの断面模式図である。
【図１１】従来公知の光学デバイスの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る光学デバイス１の縦断面模式図である。光学デバイス１は、光学素子４と収納部材２を備えている。光学素子４は、光学的に活性な活性領域７と第一電極１０とを有する第一面５と、この第一面５の反対側に第二面６を有している。収納部材２は、中央に窪み３を有し、上記第一面５が窪み３の底面８に対面し、上記第二面６が窪み３の開口側の上端面２３から突出しないように光学素子４を収納する。収納部材２は、上記活性領域７に対面する窪み３の底部の領域が透明領域９であり、底面８に第一電極１０と電気的に接続する第二電極１１と、上端面２３に第二電極１１と電気的に接続する第三電極１２を有している。ここで、第二電極１１は第三電極１２と窪み３の内側面に形成した側面電極１４を介して電気的に接続している。
【００２０】
図２は、図１に示す収納部材２を窪み３の開口側から見た平面模式図である。図１に示す光学デバイス１は、部分ＡＡの断面に相当する。窪み３の底部に設置した透明領域９は底面８の略中央に位置する。収納部材２は、底面８の四隅に第二電極１１を備え、窪み３の上端面２３の四隅に第三電極１２を備え、窪み３の内側面１３に側面電極１４を備えている。内側面１３は底面８に対して傾斜している。第二電極１１とこの第二電極１１に近接する第三電極１２は側面電極１４を介して電気的に接続する。
【００２１】
この構成により、光学デバイス１の上端面２３の側に光学素子４が突出することがないので、回路基板等の平坦面に光学デバイス１を容易に設置することができる。また、窪み３の上端面２３に第三電極１２を設けたので、実装しようとする回路基板等との間の電気的接続が容易となる。即ち、光学デバイス１を回路基板等に実装用基板を必要としないで容易にフリップチップ実装することができる。また、収納部材２の底部の外表面は平坦面なので、他の部材、例えばフィルター等を容易に設置することができる。
【００２２】
光学素子４として、発光ダイオード等の発光素子やフォトダイオード、イメージセンサ等の受光素子を使用することができる。活性領域７は、光学素子４が発光素子の場合はその発光面であり、光学素子４が受光素子の場合はその受光面である。光学素子４は、活性領域７が形成される第一面５に駆動用の第一電極１０が形成されている。収納部材２として、ガラス材料やプラスチック材料を使用することができる。ガラス材料として、ソーダガラス、硬質ガラス、石英、アルミナガラス、各種セラミックス等を使用することができる。プラスチック材料として、エポキシ系樹脂、ガラスエポキシ樹脂、アラミド不織布、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂等を使用することができる。また、表面に絶縁膜を形成した金属材料を使用することができる。窪み３は、型成形法により形成することができる。窪み３の底面部に形成する透明領域９は、光学素子４が発光し又は受光する光の波長に対して透明である。
【００２３】
第二電極１１、第三電極１２及び側面電極１４は、印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタ法、インクジェット法等により導体を堆積して形成することができる。回路基板の配線材料として通常用いられる材料を使用することができ、例えば金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム等の単体、或いはこれらを積層して用いることができる。第一面５に形成した第一電極１０と窪み３の底面に形成した第二電極１１とは導電接着材により電気的に接続することができる。また、第一電極１０をバンプによる突起電極とし、光学素子４を窪み３の底面８にフリップチップ実装して第二電極１１と電気的に接続することができる。突起電極として、金、銅、はんだ等とすることができる。
【００２４】
なお、光学デバイス１を回路基板等に実装する際に窪み３の内側を外部から密閉することができる。また、光学素子４の第二面６側にモールド材を充填し、第一面５の活性領域７を外部から密閉することができる。この場合も、モールド材は窪み３の上端面から突出しないようにモールドする。また、モールド材として黒色の材料を使用すれば、背面側からのノイズ光や漏れ光を遮蔽することができる。また、土手２２、透明領域９、活性領域７の位置、形状は図３又は図４に示すものに限定されない。また、底面８、上端面２３及び内側面１３のそれぞれに４個所電極を形成したが、これら電極の形成個所を変更する或いは形成数を増減することができることはいうまでもない。
【００２５】
（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の縦断面模式図である。図４は、図３に示す収納部材２を窪み３の開口側から見た平面模式図である。図３に示す光学デバイス１は、部分ＢＢの断面に相当する。第一実施形態と異なる点は窪み３の底面に土手２２を設置した点及び光学素子４の第二面６側をモールド材１６によりモールドした点であり、その他は第一実施形態と同様である。従って、以下、主に異なる部分について説明する。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。
【００２６】
収納部材２の窪み３の底面８には光学素子４の活性領域７を囲むように土手２２が形成されている。土手２２の上端面は光学素子４の第一面５に当接又は近接している。土手２２は透明領域９の底面８側に露出する露出面を取り囲んでいる。第一面５に形成した第一電極１０は、バンプから成り突起形状を有し、光学素子４を底面８にフリップチップ実装して第二電極１１と電気的に接続する。光学素子４はモールド材１６によりモールドされている。モールド材１６は光学素子４の第二面６から第一面５にかけて回り込んでいる。土手２２は活性領域７の周囲を取り囲み、モールド材１６の活性領域７への浸入を防いでいる。即ち、第一面５は土手２２により囲まれる領域を除いてモールド材１６によりモールドされている。その他、収納部材２の材料や光学素子４は第一実施形態と同様に構成することができる。なお、土手２２はモールド材１６が活性領域７に流れ込むことを防止するとともに、フリップチップ実装の際に接着剤が活性領域７に流れ込むことも防止する。この流れ込み防止機能は、土手２２の上端面が光学素子４の第一面５に当接している場合の他に近接している場合でも有効である。モールド材や接着剤には粘性があるので、土手２２の上端面と第一面５との間に多少隙間が生じてもモールド材や接着剤は活性領域７側に浸入しない。
【００２７】
このように、第一電極１０及び第二電極１１がモールドされるので腐食等に基づく断線を防止することができる。モールド材１６として黒色の材料を使用すれば、背面側からのノイズ光や漏れ光を遮蔽することができる。これにより、信頼性の高い光学デバイス１を形成することができる。更に、光学デバイス１の背面側に光学素子４が突出しないので回路基板等の平坦面に容易にフリップチップ実装することができる。
【００２８】
（第三実施形態）
図５、図６及び図７は、本発明の第三実施形態に係る光学デバイス１を説明するための図である。図５は光学デバイス１の縦断面模式図であり、図６（ａ）は収納部材２を窪み３の開口側から見た平面模式図であり、図６（ｂ）は部分ＤＤの断面から上方を見た状態を表す模式図であり、図７は収納部材２の模式的な斜視図である。
【００２９】
図５は、図６（ａ）に示す収納部材２の部分ＣＣの縦断面に相当する。光学デバイス１は、光学素子４と収納部材２とを備えている。光学素子４は、光学的に活性な活性領域７と図示しない第一電極とを有する第一面５と、この第一面５の反対側に第二面６を有している。収納部材２は、窪み３を有し、第一面５が窪み３の底面８に対面し、第二面６が窪み３の開口側の上端面２３から突出しないように光学素子４を収納する。
【００３０】
収納部材２は、活性領域７に対面する窪み３の底部の領域が透明領域９であり、この活性領域７を取り囲むように底面８から突出する土手２２を備えている。収納部材２は、底面８に第一電極と電気的に接続する第二電極１１と、上端面２３に第二電極１１と電気的に接続する第三電極１２と、内側面１３に第二電極１１と第三電極１２とを電気的に接続する側面電極１４を備えている。収納部材２の内側面１３は底面８から上端面２３に伸びる傾斜路１５を備え、傾斜路１５の上面（路面）に側面電極１４が形成されている。第二電極１１は底面８の４つの角に設置され、第三電極１２は上端面２３の４つの角の近傍に設置され、側面電極１４は４つの内側面１３（図６（ａ）の平面図において、上内側面１３ａ、右内側面１３ｂ、下内側面１３ｃ、左内側面１３ｄという。）に設置されている。そして、左上角の第二電極１１と右上角の第三電極１２とは上内側面１３ａに形成した側面電極１４を介して電気的に接続される。同様に、右上角の第二電極１１と右下角の第三電極１２とは右内側面１３ｂに形成した側面電極１４を介して電気的に接続されている。その他の角に形成した第二電極１１、第三電極１２及び内側面１３ｃ、１３ｄに形成した側面電極１４も同様に構成されている。
【００３１】
ここで、第二電極１１、第三電極１２及び側面電極１４をインクジェット方式により液状の導電材料を吐出させて収納部材２に塗布し、その後乾燥・焼結させて形成することができる。例えばペースト状のナノ金属粒子をインクジェット方式で窪み３の底面８、上端面２３及び内側面１３に塗布し、その後乾燥、焼成してナノ金属粒子に基づく第二電極１１、第三電極１２及び側面電極１４を形成することができる。ナノ金属粒子として金、銀又は銅を主成分とする材料を使用することができる。インクジェット方式は、窪み３の上端面２３、内側面１３及び底面８のように高低差のある場所に高精度の形状の電極パターンを形成することができる。また、インクジェット方式によれば蒸着法やスパッタ法よりも膜厚を厚く形成できるので、低抵抗の電極を形成することができる。更に、被塗布体の形状や基準位置を認識しながら必要な個所に電極パターンを形成することができるので、電極形成時の基板間に形状誤差が発生する場合や設計変更等の場合に容易に対応することができる。また、ナノ金属粒子にガラスフリットを混ぜてガラス基板等との間の密着性を向上させることができる。また、ナノ金属粒子は反応性が高いので１００℃〜２００℃の低温で硬化し、厚さが１μｍ〜１０μｍの低抵抗の配線電極を形成することができる。なお、インクジェット方式でナノ金属粒子を塗布し、乾燥・焼結させた電極の表面はうろこ状の模様を呈する。
【００３２】
図６（ａ）に示す収納部材２は、一辺が概ね１ｍｍ〜２．５ｍｍであり、厚さが略０．５ｍｍであり、窪み３の上端面２３の幅が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、窪み３の深さが略０．３ｍｍであり、底部の厚さが略０．２ｍｍである。また、図６（ｂ）に示すように、底面８に対する内側面１３の傾斜角φは６５°〜７５°であり、底面８に対する側面電極１４の電極面の傾斜角θは１７°〜２３°であり、傾斜路１５の幅は略４０μｍである。内側面１３の傾斜角φが７５°を超えると収納部材２を型成形により形成する際の離型性が低下する。インクジェット方式により吐出される一滴の液滴の広がり径が略３０μｍであることから、傾斜路１５の幅はインクジェットによる液滴吐出ばらつきを考慮すると略４０μｍを下回らないことが望ましい。側面電極１４の傾斜角θを１７°〜２３°にすることにより、傾斜路１５にインクジェット方式により電極材料を塗布した際に塗布液が流れ落ちることが無い。インクジェット方式により液滴を塗布する場合は、傾斜路１５、即ち側面電極１４の電極面の傾斜角θを６０°未満とすることが好ましい。傾斜角θを６０°未満とすればインクジェット方式によりナノ金属粒子を塗布したときに液だれを防止することができ、均一な又は必要な厚さの側面電極１４を形成することができる。傾斜角θを６０°以上とすると塗布されたナノ金属粒子が流れて目的の厚さの電極を形成することが難しくなる。
【００３３】
なお、本発明は、傾斜路１５が内側面１３を斜めに横切るように形成することに限定されない。例えば、内側面１３の傾斜角φが底面８に対して６０°未満であれば、段差状の傾斜路１５を形成しないで、第一実施形態や第二実施形態のように内側面１３の傾斜面に側面電極１４を形成することができる。この場合は、例えば図２又は図４に示すように左上角の第二電極１１と左上角の第三電極１２の最短距離の側面電極１４により電気的に接続することができる。また、傾斜路１５が２つの内側面１３に跨って連続的に形成するものであっても良い。例えば、傾斜路１５を上内側面１３ａから右内側面１３ｂに跨って形成し、傾斜路１５の上面に側面電極１４を形成し、底面８の左上角の第二電極１１と上端面２３の右下角の第三電極１２とを電気的に接続するように構成することができる。これにより、側面電極１４の傾斜角θを一層小さくすることができる。また、傾斜路１５を一つの内側面に葛折り状に形成することができる。この場合も、側面電極１４の傾斜角θを小さく形成することができる。
【００３４】
底面８から突出する土手２２は、光学素子４の活性領域７を囲み、第一面５に当接又は近接する。これにより、窪み３の開口側からモールド材を充填しても、モールド材が活性領域７と透明領域９の間の隙間に浸入することが無い。また、底面８の第一電極１０と第二電極１１はモールド材に埋め込まれるので電極の劣化を防止することができる。
【００３５】
図７に示すように、収納部材２は枡形状を有し窪み３の底面８の中央部に土手２２を備えている。底面８の４つの角に第二電極１１を、上端面２３の４つの角の近傍に第三電極１２をそれぞれ有し、各内側面１３に形成した傾斜路１５の上面に側面電極１４を有している。側面電極１４は第二電極１１と第三電極１２とを電気的に接続している。なお、収納部材２の窪み３、傾斜路１５、土手２２は型成形により同時に形成することができる。
【００３６】
この構成により、第二電極１１と第三電極１２とを低抵抗の側面電極１４により電気的に接続することができる。また、内側面１３の傾斜角φを６０°以上とすることができるので、収納部材２の外径を小さく構成することができる。更に、光学デバイス１の背面側に光学素子が突出しないので回路基板等の平坦面に容易に設置することができる。また、収納部材の窪みの上端面に第三電極１２を設けたので、光学デバイスを回路基板等に容易にフリップチップ実装することができ、実装後の光学デバイスの容積を小さく構成することができる。
【００３７】
（第四実施形態）
図８は、本発明の第四実施形態に係る光学デバイス１の縦断面模式図である。第二実施形態と異なる部分は、収納部材２がその底部に透明領域９の他に第二の透明領域２１を有し、底面８の第二の透明領域２１に対応して第二の土手２４を有し、光学素子４が活性領域７の他に第二の活性領域２０を有する点であり、その他の構成は第二実施形態と同様である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
【００３８】
図８に示すように、光学素子４はその第一面５に活性領域７と第二の活性領域２０を有する。例えば、活性領域７が発光素子であり第二の活性領域２０が受光素子であり、同一の半導体基板に形成されている。収納部材２はその底面８に土手２２と第二の土手２４を有し、土手２２が活性領域７を取り囲むように第一面５に当接又は近接し、第二の土手２４が第二の活性領域２０を取り囲むように第一面５に当接又は近接している。収納部材２はその底部の、活性領域７に対面する位置に透明領域９を有し、第二の活性領域２０に対面する位置に第二の透明領域２１を有している。従って、活性領域７が発光した光は透明領域９を介して外部に放射され、第二の透明領域２１に入射した光を第二の活性領域２０が受光する。光学素子４の第一面５に形成される第一電極１０は、底面８に形成した第二電極１１、内側面１３に形成した側面電極１４を介して上端面２３に形成した第三電極１２に電気的に接続する。
【００３９】
光学素子４は、黒色のモールド材１６によりモールドされている。モールド材１６は活性領域７と透明領域９との隙間、及び第二の活性領域２０と第二の透明領域２１との隙間を除いて光学素子４を覆っている。つまり、光学素子４の第一面５は土手２２及び第二の土手２４により囲まれる領域を除いて黒色のモールド材１６によりモールドされる。そのために、活性領域７で発光した光は第二の活性領域２０に入射されない。なお、活性領域７と第二の活性領域２０とを光学的に完全に分離するために、例えば収納部材２の底部の外面に透明領域９と第二の透明領域２１の領域のみ開口したフィルターやブラックマスクを設置することができる。また、収納部材２の材料を、透明領域９と第二の透明領域２１以外の領域を黒色等に着色することにより、光学的に完全に分離することができる。
【００４０】
なお、光学素子４は、活性領域７と第二の活性領域２０とが半導体基板上に作り込まれているものに限定されず、発光素子と受光素子が同一基板上に並列して実装されているものであってもよい。また、側面電極１４は、内側面１３に傾斜路１５を形成しその上面にインクジェット方式によりナノ金属粒子を塗布して形成することができる。
【００４１】
（第五実施形態）
図９は、本発明の第五実施形態に係る光学デバイス１の縦断面模式図である。本第五実施形態の光学デバイス１は、第二実施形態の光学デバイス１の上端面２３に機能性素子基板２６を接合した構造を備えている。従って、以下、主に第二実施形態と異なる部分について説明し、第二実施形態と同一の部分については説明を省略する。同一の部分また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。
【００４２】
機能性素子基板２６は、窪み３側の表面に機能性素子２５と、第四電極２９と、機能性素子２５と第四電極２９と電気的に接続するワイヤー２８を備え、窪み３の上端面２３の位置に貫通電極２７を備えている。貫通電極２７は、機能性素子２５側からその反対側に貫通して露出し、他の素子と電気的に接続可能に構成されている。貫通電極２７は、第四電極２９及び第三電極１２と電気的に接続している。
【００４３】
機能性素子２５は、例えば演算回路や、光学素子４の発光を制御する制御回路や、光学素子４が受光した光の検出回路等とすることができる。機能性素子基板２６は窪み３の開口部を密閉するので光学素子４や機能性素子２５が湿度や不純物により腐食し、或いは汚染されるのを防止することができる。このように高機能又は多機能な光学素子をコンパクトに構成することができる。なお、側面電極１４は、内側面１３に傾斜路１５を形成しその上面にインクジェット方式によりナノ金属粒子を塗布して形成することができる。なお、本実施形態において、窪み３の底面８に土手２２を設置しているが、窪み３の内部にモールド材を充填しない場合や、第一電極１０と第二電極１１の電気的接続の際に接着剤等が活性領域７に浸みこまなければ土手２２を除去しても良い。
【００４４】
（第六実施形態）
図１０は、本発明の第六実施形態に係る光学デバイス１の縦断面模式図である。本第六実施形態の光学デバイス１は、機能性素子２５が光学的な機能を有し、窪み３の底部に形成した透明領域９と異なる第二の透明領域２１を介して光を入射し又は出射する。第四実施形態と異なる点は活性領域７と第二の活性領域２０とが異なる基板に形成されていることである。同一の部分また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。
【００４５】
光学デバイス１は、窪み３を有する収納部材２と、窪み３の底面８に設置した光学素子４と、窪み３の上端面２３に設置した機能性素子基板２６と、機能性素子基板２６の窪み３側に実装された機能性素子２５を備えている。光学素子４は第一面５が窪み３の底面８に対面し、第一面５は光学的に活性な活性領域７と第一電極１０を備えている。収納部材２は、活性領域７に対面する窪み３の底部の透明領域９と、機能性素子２５に対面する窪み３の底部の第二の透明領域２１を備えている。収納部材２は、底面８に活性領域７を囲む土手２２を備え、土手２２の上端面が光学素子４の第一面５に当接又は近接している。収納部材２は、底面８に第二電極１１を備え、第二電極１１は光学素子４に設置された第一電極１０と電気的に接続している。窪み３の内側面１３は側面電極１４を備え、窪み３の開口側の上端面２３は第三電極１２を備え、上端面２３は側面電極１４を介して第二電極１１に電気的に接続する。
【００４６】
機能性素子基板２６は、第二の透明領域２１に対応する位置に機能性素子２５を備えている。機能性素子２５は、第二の透明領域２１に対面する位置に第二の活性領域２０を有し、機能性素子基板２６の窪み３側に設置された第四電極２９とワイヤー２８を介して電気的に接続している。機能性素子基板２６は、上端面２３の位置に貫通電極２７を備え、貫通電極２７は第三電極１２及び第四電極２９と電気的に接続する。貫通電極２７は機能性素子２５とは反対側に露出し、外部回路に接続することができる。
【００４７】
これにより、多機能な光学デバイス１をコンパクトに構成することができる。機能性素子基板２６は窪み３の開口端を閉塞するので、機能性素子２５や光学素子４が湿度や不純物により腐食し或いは汚染されるのを防止することができる。また、側面電極１４は、内側面１３に傾斜路を形成しその上面にインクジェット方式によりナノ金属を塗布して形成することができる。なお、本実施形態において、窪み３の底面８に設置した土手２２は除去することができる。
以上、第一〜第六実施形態を単体の光学デバイス１を用いて説明したが、一つの基板に多数の光学デバイス１を同時に形成することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 光学デバイス１
２ 収納部材
３ 窪み
４ 光学素子
５ 第一面
６ 第二面
７ 活性領域
８ 底面
９ 透明領域
１０ 第一電極
１１ 第二電極
１２ 第三電極
１４ 側面電極
１５ 傾斜路
１６ モールド材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に活性な活性領域と第一電極を有する第一面と前記第一面の反対側に第二面を有する光学素子と、
中央に窪みを有し、前記窪みの底面の側に前記第一面を向け、前記窪みの開口側の上端面から前記第二面が突出しないよう前記光学素子を収納する収納部材と、を備え、
前記収納部材は、前記活性領域に対面する前記窪みの底部の領域が透明領域であり、前記底面に前記第一電極と電気的に接続する第二電極と、前記上端面に前記第二電極と電気的に接続する第三電極を有する光学デバイス。
【請求項２】
前記窪みの内側面は、前記第二電極と前記第三電極とを電気的に接続する側面電極を有する請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記側面電極の電極面は、前記底面に対して６０°を超えない傾斜角を有する請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記内側面は、前記底面に対して傾斜する傾斜路を有し、
前記傾斜路の路面上に前記側面電極が形成されている請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記傾斜路は、前記底面から前記上端面にかけて葛折り状の形状を有する請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記側面電極はナノ金属粒子を塗布して形成される請求項２〜５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記底面は、前記活性領域を囲む土手を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記第一面は、前記土手により囲まれる領域を除いてモールド材によりモールドされている請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記光学素子は、前記第一面に前記活性領域に隣接して第二の活性領域を有し、
前記収納部材は、前記第二の活性領域に対面する前記底部の領域が第二の透明領域である請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
機能性素子と、前記機能性素子を前記窪みの側に有し、前記上端面に接合される機能性素子基板とを更に備え、
前記機能性素子基板は貫通電極を有し、前記機能性素子は前記貫通電極に電気的に接続し、前記貫通電極は前記第三電極に電気的に接続する請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記機能性素子は、前記光学素子の側に光学的に活性な第二の活性領域を有し、
前記収納部材は、前記第二の活性領域に対面する前記底部の領域が第二の透明領域である請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１】
光学的に活性な活性領域と第一電極を有する第一面と前記第一面の反対側に第二面を有する光学素子と、
中央に窪みを有し、前記窪みの底面の側に前記第一面を向け、前記窪みの開口側の上端面から前記第二面が突出しないよう前記光学素子を収納する収納部材と、を備え、
前記収納部材は、前記活性領域に対面する前記窪みの底部の領域が透明領域であり、前記底面に前記第一電極と電気的に接続する第二電極と、前記上端面に前記第二電極と電気的に接続する第三電極を有する光学デバイス。
【請求項２】
前記窪みの内側面は、前記第二電極と前記第三電極とを電気的に接続する側面電極を有する請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記側面電極の電極面は、前記底面に対して６０°を超えない傾斜角を有する請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記内側面は、前記底面に対して傾斜する傾斜路を有し、
前記傾斜路の路面上に前記側面電極が形成されている請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記傾斜路は、前記底面から前記上端面にかけて葛折り状の形状を有する請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記側面電極はナノ金属粒子を塗布して形成される請求項２〜５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記底面は、前記活性領域を囲む土手を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記第一面は、前記土手により囲まれる領域を除いてモールド材によりモールドされている請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記光学素子は、前記第一面に前記活性領域に隣接して第二の活性領域を有し、
前記収納部材は、前記第二の活性領域に対面する前記底部の領域が第二の透明領域である請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
機能性素子と、前記機能性素子を前記窪みの側に有し、前記上端面に接合される機能性素子基板とを更に備え、
前記機能性素子基板は貫通電極を有し、前記機能性素子は前記貫通電極に電気的に接続し、前記貫通電極は前記第三電極に電気的に接続する請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記機能性素子は、前記光学素子の側に光学的に活性な第二の活性領域を有し、
前記収納部材は、前記第二の活性領域に対面する前記底部の領域が第二の透明領域である請求項１０に記載の光学デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８２３０９（Ｐ２０１２−１８２３０９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４４１２６（Ｐ２０１１−４４１２６）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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