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が可能な小型、多機能の光学デバイス１を提供する。
【解決手段】光学デバイス１は、窪み３を有する収納部材２と、この窪み３の底面６の側に第一活性領域５を向ける光学素子４と、窪み３の底面６側に機能性素子１４を設置した機能性素子基板１５とを備え、光学素子４と機能性素子基板１５は窪み３の上端面１９から突出しないように収納部材２に収納される。収納部材２は、第一活性領域５に対向する窪み３の底部が透明な第一透明領域７であり、窪み３の内側面８に段差部１１が形成され、この段差部１１に機能性素子基板１５が接合している。段差部１１の段差表面には段差電極１２が形成され、底面６に形成した第三電極Ｅ３や上端面１９に形成した第四電極Ｅ４と内側面８に形成した側面電極９を介して電気的に接続される。
【解決手段】光学デバイス１は、窪み３を有する収納部材２と、この窪み３の底面６の側に第一活性領域５を向ける光学素子４と、窪み３の底面６側に機能性素子１４を設置した機能性素子基板１５とを備え、光学素子４と機能性素子基板１５は窪み３の上端面１９から突出しないように収納部材２に収納される。収納部材２は、第一活性領域５に対向する窪み３の底部が透明な第一透明領域７であり、窪み３の内側面８に段差部１１が形成され、この段差部１１に機能性素子基板１５が接合している。段差部１１の段差表面には段差電極１２が形成され、底面６に形成した第三電極Ｅ３や上端面１９に形成した第四電極Ｅ４と内側面８に形成した側面電極９を介して電気的に接続される。
【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６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装置を表し、（ａ）が平面図であり（ｂ）が側面図である（特許文献１の図１）。固体撮像装置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。また、近年光学デバイスの高機能、多機能化に伴い、光学デバイスを複数実装する光学デバイスモジュールが増えてきている。この場合、光学デバイスを平面上に複数並べて実装する必要があり、光学デバイスモジュールの面積が増大し、高密度化の妨げとなっている。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、部品点数を少なくして製造工数を減らし、回路基板等の平坦面にフリップチップ方式による実装（以下、フリップチップ実装、という。）の可能な多機能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】
【０００７】
本発明の光学デバイスは、光学的に活性な第一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、機能性素子と第二電極を有する第三面と、前記第三面の反対側に第四面を有する機能性素子基板と、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る前記光学素子と、前記窪みの開口側に前記第四面を向け、前記窪みの開口側の上端面から前記第四面が突出しないように前記機能性素子基板とを収納する収納部材と、を備え、前記収納部材は、前記第一活性領域に対向する前記窪みの底部が透明な第一透明領域であり、前記窪みの内側面に段差部が設置され、前記底面に前記第一電極と電気的に接続する第三電極と、前記上端面に第四電極と、前記内側面に設置され、前記第三電極と前記第四電極とを電気的に接続する側面電極と、前記段差部の段差表面に設置され、前記第三電極、前記第四電極又は前記側面電極のいずれかに電気的に接続する段差電極とを備え、前記機能性素子基板は前記段差部に接合し、前記第二電極が前記段差電極と電気的に接続することとした。
【０００８】
また、前記機能性素子は、前記底面の側に光学的に活性な第二活性領域を備え、前記収納部材は、前記第二活性領域に対向する前記底部が透明な第二透明領域であることとした。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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に形成されていることとした。
【００１２】
また、前記側面電極はナノ金属粒子により形成されることとした。
【００１３】
また、前記底面は、前記第一活性領域を囲む土手を有することとした。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学デバイスは、光学的に活性な第一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、機能性素子と第二電極を有する第三面と、第三面の反対側に第四面を有する機能性素子基板と、中央に窪みを有し、窪みの底面の側に第一面を向ける光学素子と、窪みの開口側に第四面を向け、窪みの開口側の上端面から第四面が突出しないように機能性素子基板とを収納する収納部材と、を備えている。上記収納部材は、第一活性領域に対向する窪みの底部が透明な第一透明領域であり、窪みの内側面に段差部が設置され、底面に第一電極と電気的に接続する第三電極と、上端面に第四電極と、内側面に設置され、第三電極と第四電極とを電気的に接続する側面電極と、段差部の段差表面に設置され、第三電極、第四電極又は側面電極のいずれかに電気的に接続する段差電極とを備えている。更に、上記機能性素子基板は段差部に接合し、第二電極が段差電極に電気的に接続する。
【００１６】
この構成により、光学デバイスの設置面積を大きく増加させることなく光学デバイスの高機能化を図ることができる。また、収納部材から機能性素子基板が突出せず、また窪みの開口側の上端面に第四電極を設けたので、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フリップチップ実装により容易に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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説明図である。
【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】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】
【００１８】
（第一実施形態）
図１及び図２は本発明の第一実施形態に係る光学デバイス１の説明図である。図１は光学デバイス１の縦断面模式図であり、図２は収納部材２を開口側から見た平面模式図であり、図１は図２に示す部分ＡＡの断面に相当する。光学デバイス１は、光学素子４と機能性素子基板１５と収納部材２を備えている。光学素子４は、第一面Ｍ１に第一活性領域５と第一電極Ｅ１を有し、第一面Ｍ１の反対側に第二面Ｍ２を有している。機能性素子基板１５は、第三面Ｍ３に機能性素子１４と第二電極Ｅ２を有し、第三面Ｍ３の反対側に第四面Ｍ４を有している。収納部材２は、中央に窪み３を有し、その窪み３の底面６の側に第一面Ｍ１を向ける光学素子４と、窪み３の開口側に第四面Ｍ４を向け、窪み３の上端面１９から第四面Ｍ４が突出しないようにして機能性素子基板１５とを収納している。
【００１９】
収納部材２は、光学素子４の第一活性領域５に対向する窪み３の底部が透明な第一透明領域７であり、窪み３の内側面８には段差部１１が設置されている。収納部材２は、窪み３の底面６に第一電極Ｅ１と電気的に接続する第三電極Ｅ３を有し、窪み３の開口側の上端面１９に第四電極Ｅ４を有し、窪み３の内側面８に第三電極Ｅ３と第四電極Ｅ４を電気的に接続する側面電極９を有し、段差部１１の段差表面に段差電極１２を有し側面電極９に電気的に接続している。そして、機能性素子基板１５は段差部１１に接合し、第二電極Ｅ２が段差電極１２と電気的に接続している。収納部材２は、底面６に光学素子４の第一活性領域５を取り囲む土手１８を備えている。土手１８の上端面は光学素子４の第一面Ｍ１に当接又は近接する。また、機能性素子基板１５の第三面Ｍ３に設置した機能性素子１４と第二電極Ｅ２とはワイヤー２０により電気的に接続している。
【００２０】
従って、第一活性領域５や機能性素子基板１５を駆動するための電源電圧や駆動信号を第四電極Ｅ４から供給することができる。例えば、光学素子４が発光素子であり機能性素子１４が発光素子を制御する制御回路である場合に光学素子４の発光を機能性素子１４によって制御することができる。また、光学素子４が受光素子であり機能性素子１４が受光した光信号を復調する復調回路とする受信素子を構成することができる。このように、光学デバイス１の設置面積を大きく増加させることなく光学デバイス１の高機能化を図ることができる。また、収納部材２から機能性素子基板１５が突出せず、且つ、上端面１９に第四電極Ｅ４を形成したので、光学デバイス１を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。
【００２１】
ここで、光学素子４をモールド材によりモールドすることができる。この場合に、土手１８を形成したので第一透明領域７と第一活性領域５の隙間にモールド材が浸入することを防止することができる。なお、土手１８はモールド材が第一活性領域５に流れ込むことを防止するとともに、光学素子４を底面６にフリップチップ実装する際に接着剤が第一活性領域５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１８の上端面が光学素子４の第一面Ｍ１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１８の上端面と第一面Ｍ１との間に多少隙間が生じてもモールド材や接着剤は第一活性領域５側に浸入しない。
【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。第一活性領域５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。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、石英ガラス、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、内側面８、段差部１１、土手１８は型成形法により同時に形成することができる。窪み３の底部に形成する第一透明領域７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。なお、収納部材２が光学素子４の発光又は受光する光の波長に対して透明であれば、窪み３の底部に第一透明領域７を区別して構成する必要はない。光学素子４の発光又は受光する光の方向や強度を高精度に制御する必要がある場合には第一透明領域７を透明にするとともに、第一透明領域７以外の収納部材２の領域を遮光する或いは不透明材料を使用するのが好ましい。
【００２３】
第三電極Ｅ３、第四電極Ｅ４、側面電極９及び段差電極１２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。また、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Ｍ１に形成した第一電極Ｅ１と底面６に形成した第三電極Ｅ３とは導電接着剤、異方性導電接着剤、はんだ、ＡｕＳｎ合金、ナノ金属ペースト等により電気的に接続することができる。また、第一電極Ｅ１をバンプによる突起電極とし、光学素子４を底面６にフリップチップ実装して第三電極Ｅ３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。同様に、第三面Ｍ３に形成した第二電極Ｅ２と段差部１１に形成した段差電極１２とは導電接着剤、異方性導電接着剤、はんだ、ＡｕＳｎ合金、ナノ金属ペースト等により電気的に接続することができる。
【００２４】
なお、本発明は収納部材２を四角形の枡型に形成することに限定されない。収納部材２の外径や窪み３を四角以上の矩形形状としても良いし、円形や楕円形に形成してもよい。また、段差電極１２、即ち機能性素子１４に接続する第二電極Ｅ２を光学素子４に接続する側面電極９に電気的に共通接続することに代えて、段差電極１２を光学素子４の第一電極Ｅ１に電気的に独立させて接続しても良いし、段差電極１２を電気的に独立させて第四電極Ｅ４に接続しても良い。また、機能性素子１４と第二電極Ｅ２をワイヤー接続することに代えて、機能性素子１４の電極を第三面Ｍ３に形成した第二電極Ｅ２にフリップチップ実装することができる。これにより、光学デバイス１の厚さを一層薄くすることができる。
【００２５】
また、底面６、上端面１９及び内側面８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。また、窪み３の底面６に複数の光学素子４を設置し、各光学素子４の第一活性領域５に対応する窪み３の底部を透明領域としても良いし、１個の光学素子４が複数の第一活性領域５を備え、各第一活性領域５に対応する窪み３の底部を透明領域としてもよい。なお、上記第一実施形態において、窪み３の底面６に土手１８を形成したが、モールド材を使用しない、或いは第一電極Ｅ１と第三電極Ｅ３の電気的接続の際に接着剤等が第一透明領域７と第一活性領域５の隙間に浸み込む等の問題が無ければ、土手１８は形成しなくともよい。
【００２６】
（第二実施形態）
図３及び図４は、本発明の第二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３は光学デバイス１の縦断面模式図であり、図４（ａ）は収納部材２を開口側から見た平面模式図であり、図４（ｂ）は部分ＣＣの断面から上方を見た状態を表す模式図である。第一実施形態と異なる部分は、内側面８に傾斜路１０を形成し、傾斜路１０の路面上に側面電極９を形成した点である。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。
【００２７】
図３は図４（ａ）に示す収納部材２の部分ＢＢの縦断面に相当する。光学デバイス１は、光学素子４と機能性素子基板１５と収納部材２を備えている。光学素子４は、第一面Ｍ１に第一活性領域５と第一電極Ｅ１を有し、第一面Ｍ１の反対側に第二面Ｍ２を有している。機能性素子基板１５は、第三面Ｍ３に機能性素子１４と第二電極Ｅ２を有し、第三面Ｍ３の反対側に第四面Ｍ４を有している。収納部材２は、中央に窪み３を有し、その底面６の側に第一面Ｍ１を向ける光学素子４と、窪み３の開口側に第四面Ｍ４を向け、窪み３の上端面１９から第四面Ｍ４が突出しないようにして機能性素子基板１５とを収納している。
【００２８】
収納部材２は、光学素子４の第一活性領域５に対向する窪み３の底部が透明な第一透明領域７であり、窪み３の内側面８には段差部１１が設置されている。収納部材２は、窪み３の底面６に第一電極Ｅ１と電気的に接続する第三電極Ｅ３を有し、窪み３の開口側の上端面１９に第四電極Ｅ４を有している。内側面８は、底面６から段差部１１にかけて、及び段差部１１から上端面１９にかけて葛折り状の傾斜路１０を備えている。傾斜路１０はその上面に側面電極９を備え、側面電極９は底面６に形成した第三電極Ｅ３と段差部１１に形成した段差電極１２とを、更に、段差電極１２と上端面１９に形成した第四電極Ｅ４とを電気的に接続する。
【００２９】
ここで、上端面１９はその４つの角に第四電極Ｅ４を備え、窪み３はその４つの角に第三電極Ｅ３を備えている。段差電極１２は各辺が交差する交差部に設置され、各内側面８に設置した葛折り状の側面電極９は段差電極１２で屈曲する。即ち、左上角の第四電極Ｅ４は右上角の段差電極１２に側面電極９を介して電気的に接続し、右上角の段差電極１２は左上角の第三電極Ｅ３に電気的に接続している。他の電極も同様に構成されている。
【００３０】
また、機能性素子基板１５は段差部１１に接合し、第二電極Ｅ２が段差電極１２と電気的に接続する。収納部材２は、底面６に光学素子４の第一活性領域５を取り囲む土手１８を備えている。土手１８の上端面は光学素子４の第一面Ｍ１に当接又は近接する。また、機能性素子基板１５の第三面Ｍ３に設置した機能性素子１４と第二電極Ｅ２とはワイヤー２０により電気的に接続する。
【００３１】
ここで、第三電極Ｅ３、第四電極Ｅ４、段差電極１２及び側面電極９はインクジェット方式を用いて形成することができる。電極形成領域にインクジェットヘッドから液状の電極材料を吐出して塗布し、その後乾燥・焼成させて各電極を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底面６、上端面１９及び内側面８に塗布し、その後乾燥、焼成してナノ金属粒子に基づく第三電極Ｅ３、第四電極Ｅ４、段差電極１２及び側面電極９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１９、内側面８、段差部１１及び底面６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・焼成させた電極の表面はうろこ状の模様を呈する。本第二実施形態においてはナノ銀粒子を用いている。
【００３２】
この構成により、第四電極Ｅ４と段差電極１２との間及び段差電極１２と第三電極Ｅ３との間を低抵抗で確実に電気的に接続することができる。例えば、機能性素子１４及び光学素子４を駆動するための電源電圧や駆動信号を第四電極Ｅ４から供給することができる。また、光学素子４と機能性素子１４が電気的に接続されるので、光学素子４が発光素子や受光素子である場合に、機能性素子１４により光学素子４の発光を制御する、或いは光学素子４により受光した光から信号を抽出する等の復調を行うことができる。また、光学素子４をモールド材によりモールドすることができる。この場合に、土手１８を形成したので第一透明領域７と第一活性領域５の隙間にモールド材が浸入することを防止することができる。また、黒色のモールド材を使用すれば、光の漏れやノイズ光の侵入を防止することができる。土手１８は、第一電極Ｅ１と第三電極Ｅ３の電気的接続の際に接着剤等が第一透明領域７と第一活性領域５との隙間に浸入することも防止することができる。
【００３３】
図４（ａ）に示す収納部材２は、一辺が１ｍｍ〜２．５ｍｍであり、厚さが０．５ｍｍ〜１ｍｍであり、窪み３の上端面１９の幅が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、窪み３の深さが０．３ｍｍ〜０．８ｍｍであり、底部の厚さが略０．２ｍｍである。また、図４（ｂ）に示すように、底面６に対する内側面８の傾斜角φは６５°〜７５°であり、底面６に対する側面電極９の電極面の傾斜角θは１０°〜２５°であり、傾斜路１０の幅は略４０μｍである。内側面８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１０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９の傾斜角θを１０°〜２５°にしたので、インクジェット方式により傾斜路１０に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。
【００３４】
なお、本発明は、側面電極９の傾斜角θを１０°〜２５°とすることに限定されない。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１０、即ち側面電極９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９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。
【００３５】
また、本発明は、傾斜路１０が内側面８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８の傾斜角φが底面６に対して６０°未満であれば、段差状の傾斜路１０を形成しないで、第一実施形態のように内側面８の傾斜面に側面電極９を形成することができる。この場合は、例えば左上角の第三電極Ｅ３と左上角の段差電極１２を側面電極９により最短距離で電気的に接続し、更に左上角の段差電極１２と左上角の第四電極Ｅ４を側面電極９により最短距離で電気的に接続することができる。その他の電極も同様に接続することができる。また、葛折り状の傾斜路１０の折り返し回数を複数回とすることができる。また、葛折り状の側面電極９に代えて複数の内側面８に跨って側面電極９を構成しても良い。例えば左上角の第三電極Ｅ３と右上角の段差電極１２とを側面電極９を介して電気的に接続し、更に右上角の段差電極１２と右下角の第四電極Ｅ４とを側面電極９を介して電気的に接続しても良い。また、収納部材２の材料や第一透明領域７との関係は、第一実施形態と同様なので説明を省略した。
【００３６】
このように、光学素子４と機能性素子１４を収納部材２の窪み３に収納するので、光学デバイス１の設置面積を大きく増加させることなく光学デバイス１の高機能化を図ることができる。また、内側面８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の背面側に機能性素子基板１５の第四面Ｍ４が突出せず、しかも収納部材２の窪み３側の上端面１９に第四電極Ｅ４を設けたので、機能性素子基板１５には安価な片面基板を使用することができ、かつ光学デバイス１を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、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】
（第三実施形態）
図５は、本発明の第三実施形態に係る光学デバイス１の断面模式図である。本実施形態の光学デバイス１は、機能性素子１４が光学的な機能を有し、窪み３の底部に形成した第一透明領域７と異なる第二透明領域１７を介して光を入射又は射出する。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。
【００３８】
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６に設置した光学素子４と、窪み３の内側面８の段差部１１に接合した機能性素子基板１５と、機能性素子基板１５に設置した機能性素子１４を備えている。光学素子４は、光学的に活性な第一活性領域５と第一電極Ｅ１を有する第一面Ｍ１と、第一面Ｍ１と反対側に第二面Ｍ２を有している。機能性素子基板１５は、機能性素子１４と第二電極Ｅ２を有する第三面Ｍ３と、第三面Ｍ３と反対側に第四面Ｍ４を有している。機能性素子１４は、底面６の側に光学的に活性な第二活性領域１６を備えている。収納部材２は、底面６の側に第一面Ｍ１を向ける光学素子４と、窪み３の開口側に第四面Ｍ４を向け、窪み３の開口側の上端面１９から第四面Ｍ４が突出しないように機能性素子基板１５とを収納している。収納部材２は、第一活性領域５に対向する窪み３の底部が透明な第一透明領域７であり、第二活性領域１６に対向する窪み３の底部が透明な第二透明領域１７である。
【００３９】
窪み３の内側面８は段差部１１を備え、段差部１１の上面には段差電極１２が設置されている。窪み３の底面６には第三電極Ｅ３が設置され、窪み３の開口側の上端面１９には第四電極Ｅ４が設置され、内側面８には側面電極９が設置されている。第三電極Ｅ３と段差電極１２の間及び段差電極１２と第四電極Ｅ４の間は側面電極９により電気的に接続している。窪み３の底面６には、第一活性領域５を囲む土手１８が形成されている。土手１８の上端面は光学素子４の第一面Ｍ１に当接し又は近接している。光学素子４の第一面Ｍ１に形成した第一電極Ｅ１は突起形状を有し、第三電極Ｅ３と電気的に接続している。機能性素子１４の表面に形成した電極と機能性素子基板１５の第三面Ｍ３に設置した第二電極Ｅ２とはワイヤー２０により電気的に接続している。更に、機能性素子基板１５は段差部１１に接合し、第二電極Ｅ２が段差電極１２と電気的に接続している。
【００４０】
光学素子４として、例えば発光素子を設置し、機能性素子１４として例えば受光素子を設置した光検出器を構成することができる。光学素子４の第一活性領域５で発光した光が第一透明領域７を通過して外部に射出し、その反射光が第二透明領域１７を通過して機能性素子１４の第二活性領域１６に入射する。この場合に、光学素子４の第一面Ｍ１又は光学素子４の周囲を黒色のモールド材によりモールドすることができる。第一活性領域５の周囲は土手１８により囲まれているのでモールド材は第一活性領域５と第一透明領域７の間の隙間に浸入しない。また、第二透明領域１７の周囲に土手を形成し、接着剤やモールド材が第二透明領域１７へ流れ込むことを防止してもよい。
【００４１】
なお、側面電極９は、第二実施形態において説明したように、内側面８に葛折り状の傾斜路を設け、その傾斜路の上にインクジェット方式によりナノ金属粒子を塗布して傾斜電極を形成しても良い。また、収納部材２や窪み３は四角形に限定されず、四角形以上の多角形とする、或いは円形や楕円形とすることができる。また、窪み３に複数の光学素子４を設ける、また、機能性素子基板１５の第三面Ｍ３に複数の機能性素子１４を設けることができる。
【００４２】
このように、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。また、機能性素子基板１５の第四面Ｍ４は上端面１９よりも外側に突出せず、その上端面１９に外部電極と接続用の第四電極Ｅ４を形成したので、機能性素子基板１５には安価な片面基板を使用することができ、かつ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。以上、第一〜第三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】
【００４３】
１ 光学デバイス
２ 収納部材
３ 窪み
４ 光学素子
５ 第一活性領域
６ 底面
７ 第一透明領域
８ 内側面
９ 側面電極
１０ 傾斜路
１１ 段差部
１２ 段差電極
１４ 機能性素子
１５ 機能性素子基板
１６ 第二活性領域
１７ 第二透明領域
１８ 土手
１９ 上端面
２０ ワイヤー
【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６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装置を表し、（ａ）が平面図であり（ｂ）が側面図である（特許文献１の図１）。固体撮像装置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。また、近年光学デバイスの高機能、多機能化に伴い、光学デバイスを複数実装する光学デバイスモジュールが増えてきている。この場合、光学デバイスを平面上に複数並べて実装する必要があり、光学デバイスモジュールの面積が増大し、高密度化の妨げとなっている。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、部品点数を少なくして製造工数を減らし、回路基板等の平坦面にフリップチップ方式による実装（以下、フリップチップ実装、という。）の可能な多機能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】
【０００７】
本発明の光学デバイスは、光学的に活性な第一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、機能性素子と第二電極を有する第三面と、前記第三面の反対側に第四面を有する機能性素子基板と、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る前記光学素子と、前記窪みの開口側に前記第四面を向け、前記窪みの開口側の上端面から前記第四面が突出しないように前記機能性素子基板とを収納する収納部材と、を備え、前記収納部材は、前記第一活性領域に対向する前記窪みの底部が透明な第一透明領域であり、前記窪みの内側面に段差部が設置され、前記底面に前記第一電極と電気的に接続する第三電極と、前記上端面に第四電極と、前記内側面に設置され、前記第三電極と前記第四電極とを電気的に接続する側面電極と、前記段差部の段差表面に設置され、前記第三電極、前記第四電極又は前記側面電極のいずれかに電気的に接続する段差電極とを備え、前記機能性素子基板は前記段差部に接合し、前記第二電極が前記段差電極と電気的に接続することとした。
【０００８】
また、前記機能性素子は、前記底面の側に光学的に活性な第二活性領域を備え、前記収納部材は、前記第二活性領域に対向する前記底部が透明な第二透明領域であることとした。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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に形成されていることとした。
【００１２】
また、前記側面電極はナノ金属粒子により形成されることとした。
【００１３】
また、前記底面は、前記第一活性領域を囲む土手を有することとした。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学デバイスは、光学的に活性な第一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、機能性素子と第二電極を有する第三面と、第三面の反対側に第四面を有する機能性素子基板と、中央に窪みを有し、窪みの底面の側に第一面を向ける光学素子と、窪みの開口側に第四面を向け、窪みの開口側の上端面から第四面が突出しないように機能性素子基板とを収納する収納部材と、を備えている。上記収納部材は、第一活性領域に対向する窪みの底部が透明な第一透明領域であり、窪みの内側面に段差部が設置され、底面に第一電極と電気的に接続する第三電極と、上端面に第四電極と、内側面に設置され、第三電極と第四電極とを電気的に接続する側面電極と、段差部の段差表面に設置され、第三電極、第四電極又は側面電極のいずれかに電気的に接続する段差電極とを備えている。更に、上記機能性素子基板は段差部に接合し、第二電極が段差電極に電気的に接続する。
【００１６】
この構成により、光学デバイスの設置面積を大きく増加させることなく光学デバイスの高機能化を図ることができる。また、収納部材から機能性素子基板が突出せず、また窪みの開口側の上端面に第四電極を設けたので、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フリップチップ実装により容易に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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説明図である。
【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】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】
【００１８】
（第一実施形態）
図１及び図２は本発明の第一実施形態に係る光学デバイス１の説明図である。図１は光学デバイス１の縦断面模式図であり、図２は収納部材２を開口側から見た平面模式図であり、図１は図２に示す部分ＡＡの断面に相当する。光学デバイス１は、光学素子４と機能性素子基板１５と収納部材２を備えている。光学素子４は、第一面Ｍ１に第一活性領域５と第一電極Ｅ１を有し、第一面Ｍ１の反対側に第二面Ｍ２を有している。機能性素子基板１５は、第三面Ｍ３に機能性素子１４と第二電極Ｅ２を有し、第三面Ｍ３の反対側に第四面Ｍ４を有している。収納部材２は、中央に窪み３を有し、その窪み３の底面６の側に第一面Ｍ１を向ける光学素子４と、窪み３の開口側に第四面Ｍ４を向け、窪み３の上端面１９から第四面Ｍ４が突出しないようにして機能性素子基板１５とを収納している。
【００１９】
収納部材２は、光学素子４の第一活性領域５に対向する窪み３の底部が透明な第一透明領域７であり、窪み３の内側面８には段差部１１が設置されている。収納部材２は、窪み３の底面６に第一電極Ｅ１と電気的に接続する第三電極Ｅ３を有し、窪み３の開口側の上端面１９に第四電極Ｅ４を有し、窪み３の内側面８に第三電極Ｅ３と第四電極Ｅ４を電気的に接続する側面電極９を有し、段差部１１の段差表面に段差電極１２を有し側面電極９に電気的に接続している。そして、機能性素子基板１５は段差部１１に接合し、第二電極Ｅ２が段差電極１２と電気的に接続している。収納部材２は、底面６に光学素子４の第一活性領域５を取り囲む土手１８を備えている。土手１８の上端面は光学素子４の第一面Ｍ１に当接又は近接する。また、機能性素子基板１５の第三面Ｍ３に設置した機能性素子１４と第二電極Ｅ２とはワイヤー２０により電気的に接続している。
【００２０】
従って、第一活性領域５や機能性素子基板１５を駆動するための電源電圧や駆動信号を第四電極Ｅ４から供給することができる。例えば、光学素子４が発光素子であり機能性素子１４が発光素子を制御する制御回路である場合に光学素子４の発光を機能性素子１４によって制御することができる。また、光学素子４が受光素子であり機能性素子１４が受光した光信号を復調する復調回路とする受信素子を構成することができる。このように、光学デバイス１の設置面積を大きく増加させることなく光学デバイス１の高機能化を図ることができる。また、収納部材２から機能性素子基板１５が突出せず、且つ、上端面１９に第四電極Ｅ４を形成したので、光学デバイス１を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。
【００２１】
ここで、光学素子４をモールド材によりモールドすることができる。この場合に、土手１８を形成したので第一透明領域７と第一活性領域５の隙間にモールド材が浸入することを防止することができる。なお、土手１８はモールド材が第一活性領域５に流れ込むことを防止するとともに、光学素子４を底面６にフリップチップ実装する際に接着剤が第一活性領域５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１８の上端面が光学素子４の第一面Ｍ１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１８の上端面と第一面Ｍ１との間に多少隙間が生じてもモールド材や接着剤は第一活性領域５側に浸入しない。
【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。第一活性領域５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。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、石英ガラス、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、内側面８、段差部１１、土手１８は型成形法により同時に形成することができる。窪み３の底部に形成する第一透明領域７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。なお、収納部材２が光学素子４の発光又は受光する光の波長に対して透明であれば、窪み３の底部に第一透明領域７を区別して構成する必要はない。光学素子４の発光又は受光する光の方向や強度を高精度に制御する必要がある場合には第一透明領域７を透明にするとともに、第一透明領域７以外の収納部材２の領域を遮光する或いは不透明材料を使用するのが好ましい。
【００２３】
第三電極Ｅ３、第四電極Ｅ４、側面電極９及び段差電極１２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。また、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Ｍ１に形成した第一電極Ｅ１と底面６に形成した第三電極Ｅ３とは導電接着剤、異方性導電接着剤、はんだ、ＡｕＳｎ合金、ナノ金属ペースト等により電気的に接続することができる。また、第一電極Ｅ１をバンプによる突起電極とし、光学素子４を底面６にフリップチップ実装して第三電極Ｅ３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。同様に、第三面Ｍ３に形成した第二電極Ｅ２と段差部１１に形成した段差電極１２とは導電接着剤、異方性導電接着剤、はんだ、ＡｕＳｎ合金、ナノ金属ペースト等により電気的に接続することができる。
【００２４】
なお、本発明は収納部材２を四角形の枡型に形成することに限定されない。収納部材２の外径や窪み３を四角以上の矩形形状としても良いし、円形や楕円形に形成してもよい。また、段差電極１２、即ち機能性素子１４に接続する第二電極Ｅ２を光学素子４に接続する側面電極９に電気的に共通接続することに代えて、段差電極１２を光学素子４の第一電極Ｅ１に電気的に独立させて接続しても良いし、段差電極１２を電気的に独立させて第四電極Ｅ４に接続しても良い。また、機能性素子１４と第二電極Ｅ２をワイヤー接続することに代えて、機能性素子１４の電極を第三面Ｍ３に形成した第二電極Ｅ２にフリップチップ実装することができる。これにより、光学デバイス１の厚さを一層薄くすることができる。
【００２５】
また、底面６、上端面１９及び内側面８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。また、窪み３の底面６に複数の光学素子４を設置し、各光学素子４の第一活性領域５に対応する窪み３の底部を透明領域としても良いし、１個の光学素子４が複数の第一活性領域５を備え、各第一活性領域５に対応する窪み３の底部を透明領域としてもよい。なお、上記第一実施形態において、窪み３の底面６に土手１８を形成したが、モールド材を使用しない、或いは第一電極Ｅ１と第三電極Ｅ３の電気的接続の際に接着剤等が第一透明領域７と第一活性領域５の隙間に浸み込む等の問題が無ければ、土手１８は形成しなくともよい。
【００２６】
（第二実施形態）
図３及び図４は、本発明の第二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３は光学デバイス１の縦断面模式図であり、図４（ａ）は収納部材２を開口側から見た平面模式図であり、図４（ｂ）は部分ＣＣの断面から上方を見た状態を表す模式図である。第一実施形態と異なる部分は、内側面８に傾斜路１０を形成し、傾斜路１０の路面上に側面電極９を形成した点である。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。
【００２７】
図３は図４（ａ）に示す収納部材２の部分ＢＢの縦断面に相当する。光学デバイス１は、光学素子４と機能性素子基板１５と収納部材２を備えている。光学素子４は、第一面Ｍ１に第一活性領域５と第一電極Ｅ１を有し、第一面Ｍ１の反対側に第二面Ｍ２を有している。機能性素子基板１５は、第三面Ｍ３に機能性素子１４と第二電極Ｅ２を有し、第三面Ｍ３の反対側に第四面Ｍ４を有している。収納部材２は、中央に窪み３を有し、その底面６の側に第一面Ｍ１を向ける光学素子４と、窪み３の開口側に第四面Ｍ４を向け、窪み３の上端面１９から第四面Ｍ４が突出しないようにして機能性素子基板１５とを収納している。
【００２８】
収納部材２は、光学素子４の第一活性領域５に対向する窪み３の底部が透明な第一透明領域７であり、窪み３の内側面８には段差部１１が設置されている。収納部材２は、窪み３の底面６に第一電極Ｅ１と電気的に接続する第三電極Ｅ３を有し、窪み３の開口側の上端面１９に第四電極Ｅ４を有している。内側面８は、底面６から段差部１１にかけて、及び段差部１１から上端面１９にかけて葛折り状の傾斜路１０を備えている。傾斜路１０はその上面に側面電極９を備え、側面電極９は底面６に形成した第三電極Ｅ３と段差部１１に形成した段差電極１２とを、更に、段差電極１２と上端面１９に形成した第四電極Ｅ４とを電気的に接続する。
【００２９】
ここで、上端面１９はその４つの角に第四電極Ｅ４を備え、窪み３はその４つの角に第三電極Ｅ３を備えている。段差電極１２は各辺が交差する交差部に設置され、各内側面８に設置した葛折り状の側面電極９は段差電極１２で屈曲する。即ち、左上角の第四電極Ｅ４は右上角の段差電極１２に側面電極９を介して電気的に接続し、右上角の段差電極１２は左上角の第三電極Ｅ３に電気的に接続している。他の電極も同様に構成されている。
【００３０】
また、機能性素子基板１５は段差部１１に接合し、第二電極Ｅ２が段差電極１２と電気的に接続する。収納部材２は、底面６に光学素子４の第一活性領域５を取り囲む土手１８を備えている。土手１８の上端面は光学素子４の第一面Ｍ１に当接又は近接する。また、機能性素子基板１５の第三面Ｍ３に設置した機能性素子１４と第二電極Ｅ２とはワイヤー２０により電気的に接続する。
【００３１】
ここで、第三電極Ｅ３、第四電極Ｅ４、段差電極１２及び側面電極９はインクジェット方式を用いて形成することができる。電極形成領域にインクジェットヘッドから液状の電極材料を吐出して塗布し、その後乾燥・焼成させて各電極を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底面６、上端面１９及び内側面８に塗布し、その後乾燥、焼成してナノ金属粒子に基づく第三電極Ｅ３、第四電極Ｅ４、段差電極１２及び側面電極９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１９、内側面８、段差部１１及び底面６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・焼成させた電極の表面はうろこ状の模様を呈する。本第二実施形態においてはナノ銀粒子を用いている。
【００３２】
この構成により、第四電極Ｅ４と段差電極１２との間及び段差電極１２と第三電極Ｅ３との間を低抵抗で確実に電気的に接続することができる。例えば、機能性素子１４及び光学素子４を駆動するための電源電圧や駆動信号を第四電極Ｅ４から供給することができる。また、光学素子４と機能性素子１４が電気的に接続されるので、光学素子４が発光素子や受光素子である場合に、機能性素子１４により光学素子４の発光を制御する、或いは光学素子４により受光した光から信号を抽出する等の復調を行うことができる。また、光学素子４をモールド材によりモールドすることができる。この場合に、土手１８を形成したので第一透明領域７と第一活性領域５の隙間にモールド材が浸入することを防止することができる。また、黒色のモールド材を使用すれば、光の漏れやノイズ光の侵入を防止することができる。土手１８は、第一電極Ｅ１と第三電極Ｅ３の電気的接続の際に接着剤等が第一透明領域７と第一活性領域５との隙間に浸入することも防止することができる。
【００３３】
図４（ａ）に示す収納部材２は、一辺が１ｍｍ〜２．５ｍｍであり、厚さが０．５ｍｍ〜１ｍｍであり、窪み３の上端面１９の幅が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、窪み３の深さが０．３ｍｍ〜０．８ｍｍであり、底部の厚さが略０．２ｍｍである。また、図４（ｂ）に示すように、底面６に対する内側面８の傾斜角φは６５°〜７５°であり、底面６に対する側面電極９の電極面の傾斜角θは１０°〜２５°であり、傾斜路１０の幅は略４０μｍである。内側面８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１０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９の傾斜角θを１０°〜２５°にしたので、インクジェット方式により傾斜路１０に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。
【００３４】
なお、本発明は、側面電極９の傾斜角θを１０°〜２５°とすることに限定されない。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１０、即ち側面電極９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９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。
【００３５】
また、本発明は、傾斜路１０が内側面８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８の傾斜角φが底面６に対して６０°未満であれば、段差状の傾斜路１０を形成しないで、第一実施形態のように内側面８の傾斜面に側面電極９を形成することができる。この場合は、例えば左上角の第三電極Ｅ３と左上角の段差電極１２を側面電極９により最短距離で電気的に接続し、更に左上角の段差電極１２と左上角の第四電極Ｅ４を側面電極９により最短距離で電気的に接続することができる。その他の電極も同様に接続することができる。また、葛折り状の傾斜路１０の折り返し回数を複数回とすることができる。また、葛折り状の側面電極９に代えて複数の内側面８に跨って側面電極９を構成しても良い。例えば左上角の第三電極Ｅ３と右上角の段差電極１２とを側面電極９を介して電気的に接続し、更に右上角の段差電極１２と右下角の第四電極Ｅ４とを側面電極９を介して電気的に接続しても良い。また、収納部材２の材料や第一透明領域７との関係は、第一実施形態と同様なので説明を省略した。
【００３６】
このように、光学素子４と機能性素子１４を収納部材２の窪み３に収納するので、光学デバイス１の設置面積を大きく増加させることなく光学デバイス１の高機能化を図ることができる。また、内側面８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の背面側に機能性素子基板１５の第四面Ｍ４が突出せず、しかも収納部材２の窪み３側の上端面１９に第四電極Ｅ４を設けたので、機能性素子基板１５には安価な片面基板を使用することができ、かつ光学デバイス１を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、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】
（第三実施形態）
図５は、本発明の第三実施形態に係る光学デバイス１の断面模式図である。本実施形態の光学デバイス１は、機能性素子１４が光学的な機能を有し、窪み３の底部に形成した第一透明領域７と異なる第二透明領域１７を介して光を入射又は射出する。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。
【００３８】
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６に設置した光学素子４と、窪み３の内側面８の段差部１１に接合した機能性素子基板１５と、機能性素子基板１５に設置した機能性素子１４を備えている。光学素子４は、光学的に活性な第一活性領域５と第一電極Ｅ１を有する第一面Ｍ１と、第一面Ｍ１と反対側に第二面Ｍ２を有している。機能性素子基板１５は、機能性素子１４と第二電極Ｅ２を有する第三面Ｍ３と、第三面Ｍ３と反対側に第四面Ｍ４を有している。機能性素子１４は、底面６の側に光学的に活性な第二活性領域１６を備えている。収納部材２は、底面６の側に第一面Ｍ１を向ける光学素子４と、窪み３の開口側に第四面Ｍ４を向け、窪み３の開口側の上端面１９から第四面Ｍ４が突出しないように機能性素子基板１５とを収納している。収納部材２は、第一活性領域５に対向する窪み３の底部が透明な第一透明領域７であり、第二活性領域１６に対向する窪み３の底部が透明な第二透明領域１７である。
【００３９】
窪み３の内側面８は段差部１１を備え、段差部１１の上面には段差電極１２が設置されている。窪み３の底面６には第三電極Ｅ３が設置され、窪み３の開口側の上端面１９には第四電極Ｅ４が設置され、内側面８には側面電極９が設置されている。第三電極Ｅ３と段差電極１２の間及び段差電極１２と第四電極Ｅ４の間は側面電極９により電気的に接続している。窪み３の底面６には、第一活性領域５を囲む土手１８が形成されている。土手１８の上端面は光学素子４の第一面Ｍ１に当接し又は近接している。光学素子４の第一面Ｍ１に形成した第一電極Ｅ１は突起形状を有し、第三電極Ｅ３と電気的に接続している。機能性素子１４の表面に形成した電極と機能性素子基板１５の第三面Ｍ３に設置した第二電極Ｅ２とはワイヤー２０により電気的に接続している。更に、機能性素子基板１５は段差部１１に接合し、第二電極Ｅ２が段差電極１２と電気的に接続している。
【００４０】
光学素子４として、例えば発光素子を設置し、機能性素子１４として例えば受光素子を設置した光検出器を構成することができる。光学素子４の第一活性領域５で発光した光が第一透明領域７を通過して外部に射出し、その反射光が第二透明領域１７を通過して機能性素子１４の第二活性領域１６に入射する。この場合に、光学素子４の第一面Ｍ１又は光学素子４の周囲を黒色のモールド材によりモールドすることができる。第一活性領域５の周囲は土手１８により囲まれているのでモールド材は第一活性領域５と第一透明領域７の間の隙間に浸入しない。また、第二透明領域１７の周囲に土手を形成し、接着剤やモールド材が第二透明領域１７へ流れ込むことを防止してもよい。
【００４１】
なお、側面電極９は、第二実施形態において説明したように、内側面８に葛折り状の傾斜路を設け、その傾斜路の上にインクジェット方式によりナノ金属粒子を塗布して傾斜電極を形成しても良い。また、収納部材２や窪み３は四角形に限定されず、四角形以上の多角形とする、或いは円形や楕円形とすることができる。また、窪み３に複数の光学素子４を設ける、また、機能性素子基板１５の第三面Ｍ３に複数の機能性素子１４を設けることができる。
【００４２】
このように、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。また、機能性素子基板１５の第四面Ｍ４は上端面１９よりも外側に突出せず、その上端面１９に外部電極と接続用の第四電極Ｅ４を形成したので、機能性素子基板１５には安価な片面基板を使用することができ、かつ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。以上、第一〜第三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】
【００４３】
１ 光学デバイス
２ 収納部材
３ 窪み
４ 光学素子
５ 第一活性領域
６ 底面
７ 第一透明領域
８ 内側面
９ 側面電極
１０ 傾斜路
１１ 段差部
１２ 段差電極
１４ 機能性素子
１５ 機能性素子基板
１６ 第二活性領域
１７ 第二透明領域
１８ 土手
１９ 上端面
２０ ワイヤー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に活性な第一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、
機能性素子と第二電極を有する第三面と、前記第三面の反対側に第四面を有する機能性素子基板と、
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る前記光学素子と、前記窪みの開口側に前記第四面を向け、前記窪みの開口側の上端面から前記第四面が突出しないように前記機能性素子基板とを収納する収納部材と、を備え、
前記収納部材は、前記第一活性領域に対向する前記窪みの底部が透明な第一透明領域であり、前記窪みの内側面に段差部が設置され、前記底面に前記第一電極と電気的に接続する第三電極と、前記上端面に第四電極と、前記内側面に設置され、前記第三電極と前記第四電極とを電気的に接続する側面電極と、前記段差部の段差表面に設置され、前記第三電極、前記第四電極又は前記側面電極のいずれかに電気的に接続する段差電極とを備え、
前記機能性素子基板は前記段差部に接合し、前記第二電極が前記段差電極と電気的に接続する光学デバイス。
【請求項２】
前記機能性素子は、前記底面の側に光学的に活性な第二活性領域を備え、
前記収納部材は、前記第二活性領域に対向する前記底部が透明な第二透明領域である請求項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１又は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に形成されている請求項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により形成される請求項１〜５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、前記第一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１】
光学的に活性な第一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、
機能性素子と第二電極を有する第三面と、前記第三面の反対側に第四面を有する機能性素子基板と、
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る前記光学素子と、前記窪みの開口側に前記第四面を向け、前記窪みの開口側の上端面から前記第四面が突出しないように前記機能性素子基板とを収納する収納部材と、を備え、
前記収納部材は、前記第一活性領域に対向する前記窪みの底部が透明な第一透明領域であり、前記窪みの内側面に段差部が設置され、前記底面に前記第一電極と電気的に接続する第三電極と、前記上端面に第四電極と、前記内側面に設置され、前記第三電極と前記第四電極とを電気的に接続する側面電極と、前記段差部の段差表面に設置され、前記第三電極、前記第四電極又は前記側面電極のいずれかに電気的に接続する段差電極とを備え、
前記機能性素子基板は前記段差部に接合し、前記第二電極が前記段差電極と電気的に接続する光学デバイス。
【請求項２】
前記機能性素子は、前記底面の側に光学的に活性な第二活性領域を備え、
前記収納部材は、前記第二活性領域に対向する前記底部が透明な第二透明領域である請求項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１又は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に形成されている請求項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により形成される請求項１〜５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、前記第一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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１９１０１６（Ｐ２０１２−１９１０１６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３５０７（Ｐ２０１１−５３５０７）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【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１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【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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