光学装置及び光学装置の製造方法
【課題】高速動作に対応し、信頼性の高い光学装置を提供する。
【解決手段】光学装置１は、表面に光学素子４が形成された第１基板２と、光学素子４に対向する部位を有し、該部位が光を透過する第２基板３と、第１基板２と第２基板３との間で、光学素子４の周囲に位置する光吸収部材１６と、光学素子４および光吸収部材１６を取り囲む封止部材１５とを備える。
【解決手段】光学装置１は、表面に光学素子４が形成された第１基板２と、光学素子４に対向する部位を有し、該部位が光を透過する第２基板３と、第１基板２と第２基板３との間で、光学素子４の周囲に位置する光吸収部材１６と、光学素子４および光吸収部材１６を取り囲む封止部材１５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置及び光学装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、シリコンウェーハ等の半導体基板の表面に、半導体集積回路等の機能素子を形成した機能デバイスが実用化され、様々な分野で用いられている。
【０００３】
また近年、シリコンウェーハ等の半導体基板の表面に、半導体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、極めて微小な構造体、いわゆる微小電子機械機構（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）を形成した新たな機能デバイスが注目され、実用化に向けて開発が進められている。中でも、基板上に可動ミラーをマトリクス状に配置した反射型光変調器である、マイクロミラーデバイス等の光学装置が、プロジェクター等の様々な分野で使用され、注目を集めている。
【０００４】
この光学装置では、可動ミラーの動作速度や、信頼性の向上のため、微小可動ミラーを気密封止する必要がある。これには、一般に、微小可動ミラーを形成した基板上に、光透過性を有する蓋体を対向させ、ガラスや金属等の無機材料や、樹脂等の有機材料で封止するという方法が用いられる。
【０００５】
しかし、近年、動作速度をさらに上昇させた際に、可動ミラーが誤動作することが課題となっている。これは、一度光学装置内に入射した光が可動ミラーで僅かながら乱反射を起こし、その乱反射した光（以下、「迷光」ともいう。）が再度可動ミラーにより反射されることが原因である。
【０００６】
この迷光を防止するために、従来技術として、基板表面を光吸収材で覆い、迷光を吸収することにより誤動作を抑制するというものがある（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平２００２−１８９１７８号公報
【特許文献２】特開平２００６−２３４９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、比較的大きな微小可動ミラーを用いる場合、および封止エリアの高さを高くするために封止部の高さを高くした場合等には、封止部の内表面で反射した光により、微小可動ミラーの誤動作が発生するという場合がある。また、封止部に光を反射しやすい材料を用いた場合にも、迷光による微小可動ミラーの誤動作が発生しやすいという課題がある。同時に、封止エリアの気密性を保持することが求められる。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速動作に対応し、気密性の高い光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学装置は、表面に光学素子が形成された第１基板と、前記光学素子に対向する部位を有し、該部位が光を透過する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間で、前記光学素子の周囲に位置する光吸収部材と、前記光学素子および前記光吸収部材を取り囲む封止部材とを備えるものである。この光学装置を、第１の光学装置という。
【００１０】
好ましくは、第１の光学装置において、光吸収部材が、封止部材の内表面に形成されているものである。この光学装置を第２の光学装置という。
【００１１】
好ましくは、第１または第２の光学装置において、光吸収部材が、光吸収性物質と樹脂とを含むものである。この光学装置を第３の光学装置という。
【００１２】
好ましくは、第１乃至３の光学装置において、封止部材が、金属を含むものである。
【００１３】
また、本発明の光学装置の製造方法は、第１表面に光学素子を有する第１基板と、第２表面を有する第２基板とを準備する工程と、前記第１表面における前記光学素子の周囲または前記第２表面上に、第１融点Ｔ１を有する第1材料からなる第１粒子、並びに該第１融点よりも低い第２融点Ｔ２を有する第２材料と前記第１融点Ｔ１よりも高い第３融点Ｔ３を有する第３材料とからなる第２粒子を含む封止材を環状に設ける工程と、前記封止材をＴ２以上かつ０．８Ｔ１未満の温度まで加熱して、前記第２材料を溶融させる工程と、前記封止材を０．８Ｔ１以上に加熱して、前記第１粒子を粒成長させ、封止部材を形成する工程と、前記第１表面または前記第２表面と前記封止部材とを接続することにより、前記第１表面と前記第２表面とを前記封止部材を介して接続する工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学装置によれば、高速動作に対応し、気密性の高い光学装置を実現することができる。
【００１５】
また本発明の光学装置の製造方法によれば、高速動作に対応し、気密性の高い光学装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の光学装置の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。なお、（ａ）については、光学装置の構成要素のうち一部の構成要素を点線で示している。
【００１８】
図１に示されるように、光学装置１は、第１基板２と第２基板３とを備える。第１基板２は、光学素子４が形成された第１表面５を有する。また、第１表面５には、環状の第１導体パターン６、及び配線導体７の一端が接続された電極８が設けられている。一方、第２基板３は、第２表面９を有する。第２表面９には、環状の第２導体パターン１０、及び導体パッド１１が設けられている。配線導体７は、第１基板２の内部に設けられるとともに、一端が電極８を介して接続端子１２に接続され、他端が第１基板２の第３表面１３にある導体パッド１４に接続されている。なお、図１において、第３表面１３は、第１表面５に対向する表面である。
【００１９】
第１基板２の第１表面５、及び第２基板３の第２表面９は、対向するように配置されている。第１基板２の第１表面５は、第２基板３の第２表面９に、封止部材１５を介して接合されている。この封止部材１５は、第１表面５に設けられた環状の第１導体パターン６、及び第２表面９に設けられた環状の第２導体パターン１０に接続されている。光吸収部材１６は、光学素子４を取り囲んで配置され、さらに、封止部材１５は、光吸収部材１６を取り囲んで配置される。封止部材１５は、第１基板２および第２基板３とともに封止エリアＡを形成し、光学素子４を気密封止する。
【００２０】
接続端子１２は、第１基板２と第２基板３との間で、第１表面５に設けられた電極８と、第２表面９に設けられた導体パッド１１とを電気的に接続する。
【００２１】
ここで、光吸収部材１６が光学素子４を取り囲んで配置され、さらに、封止部材１５が光吸収部材１６を取り囲んで配置されることから、封止部材１５として金属等の光を反射しやすい材料を用いた場合にも、光吸収部材１６により迷光を吸収することができる。その結果、光学素子４の迷光による誤動作が発生しにくくなる。また、光学素子４を確実に気密封止できるように封止部材１５の材料を適切に選定することが可能となるため、気密信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、光吸収部材１６が、封止部材１５の内表面に形成され、封止部材１５に放熱性の高い材料を用いると、光吸収部材１６が光を吸収し発熱した場合においても、封止部材１５を介して封止エリアＡ外に熱を発散しやすくなり、光吸収部材１６の迷光吸収性能が向上する。また、封止部材１５に放熱性の高い材料を用いると、光吸収部材１６の発熱による封止部材１５の膨張や溶融等によるクラック等を低減することができる。これにより、光学素子４の気密信頼性を保持することができる。
【００２３】
第１基板２は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、若しくはガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料、単結晶若しくは多結晶等のシリコン材料、またはガラス材料等の絶縁材料からなる。また、第２基板３は、光を透過する物質であればよく、ガラス材料等の絶縁材料からなる。
【００２４】
また、第１基板２は、封止部材１５を介して接合されるので、接合の信頼性、つまり光学素子４の封止の気密性を高くするためには、第２基板３との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。これは、温度変動時の熱膨張差による、接合部への応力負荷が小さくなることから、接合部の信頼性が向上するからである。例えば、第２基板３の材料がガラス等の熱膨張係数が３乃至６ｐｐｍ／℃程度の小さい基板である場合、第１基板２の材料としては、ムライト質焼結体、または酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等のような３乃至６ｐｐｍ／℃程度の熱膨張係数の小さい材料で形成することが好ましい。
【００２５】
また、第１基板２は、配線導体７により伝送される電気信号の遅延を抑制したい場合には、ポリイミド若しくはガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックス若しくはガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材、または酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系若しくは酸化リチウム系等のガラスセラミックス焼結体等のような比誘電率が２乃至８程度の小さい材料で形成することが好ましい。
【００２６】
また、第１基板２は、封止する光学素子４の発熱量が大きく、この熱の外部への放散性を良好とするような場合には、窒化アルミニウム質焼結体等のような熱伝導率が１５０乃至３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の大きな材料で形成することが好ましい。
【００２７】
また、第１基板２の第１表面５、及び第２基板３の第２表面８の少なくとも一方に、光学素子４を内側に収めるような凹部を形成しておいてもよい。凹部内に光学素子４の一部を収めるようにしておくと、光学素子４を取り囲むための封止部材１５の高さを低く抑えることができ、光学装置１の低背化に有利なものとなる。
【００２８】
光吸収部材１６は、例えば、光吸収性物質と樹脂とを混合したものである。ここで、樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、若しくはウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂、またはエポキシ、ポリイミド、ポリアミド、フェノール、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート、若しくはビスマレイミド等の熱硬化樹脂を用いることができる。また、光吸収性物質としては、カーボンブラック、若しくは酸化クロム粉末等の黒色の無機粉末、またはアゾ染料等の黒色の有機染料等を用いることができる。
【００２９】
また、封止部材１５は金属成分を含むことが好ましい。このように封止部材１５が金属成分を含む場合には、光吸収部材１６が光を吸収し発熱した場合においても、封止部材１５に含まれる金属成分を介して封止エリアＡ外に熱を発散しやすくなり、光吸収部材１６の迷光吸収性能が保持される。また封止部材１５の放熱性が向上することにより、光吸収部材１６の発熱による封止部材１５の膨張や溶融等によるクラック等を低減することができることから、気密信頼性も維持することができ、より好ましい。ここで、金属成分としては、金等の金属、錫−銀系若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、または銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材等を用いることができる。
【００３０】
接続端子１２の材料としては、金等の金属、錫−銀系若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、または銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材等の金属成分を用いることができる。接続端子１２の材料を封止部材１５と同じ材料にすると、光学装置１を製造する際に、同じ温度で溶融することから、封止部材１５と接続端子１２とを同時に接合できる。また、上記電極８および導体パッド１１、１４は、銅、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、またはマンガン等の金属材料により形成される。この形成の手段としては、厚膜法、またはめっき法若しくは蒸着等の薄膜法等がある。
【００３１】
ここで、上記電極８、導体パッド１１、および接続端子１２は、封止エリアＡの外若しくは内のどちらも形成することができる。
【００３２】
上記接続端子１２、電極８、及び導体パッド１１を、封止エリアＡの内側に配置すると、接続端子１２および電極８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、および劣化に伴う高周波信号の遅延等を抑制することができるため、接合及び高周波特性の信頼性が高くなる。この場合、接続端子１２の表面を、光吸収部材１６で覆うことにより、接続端子１２の表面が光吸収部材１６よって覆われていることから、接続端子１２として金属等の光を反射しやすい材料を用いた場合にも、接続端子１２の表面に形成した光吸収部材１６により迷光を吸収することができるため、接続端子１２の表面での迷光の反射による光学素子４の誤動作が発生しにくくなり、より好ましい。
【００３３】
一方、上記電極８、接続端子１２、及び導体パッド１１を、封止エリアＡの外側に配置すると、光学素子４と、電極８、接続端子１２、及び導体パッド１１との間の電磁気的干渉をより抑制することができる。そのため、電磁気的干渉や高周波ノイズの影響が抑制された、光学素子４の電気的、および機械的な作動の信頼性に優れた光学装置１を提供することができる。
【００３４】
また、配線導体７を、外部端子等を介して、外部電気回路の接地用端子等に接続することも可能である。その場合には、封止部材１５に基準電位を与えることにより、封止部材１５をシールドとして用いることもできる。さらに、第１基板２および第２基板３の内部に、光学素子４に対する光の入射および反射に対して阻害しない範囲で、配線導体７を形成することも可能である。
【００３５】
また、第２基板３の第２表面９に対向する表面、または第１基板２の第３表面１３に、導体パッド１４を形成し、半田ボール等の実装用接合材を介して外部の電気回路に接続することにより、光学装置１を外部電気回路と電気的に接続することも可能である。
【００３６】
次に、上記光学装置１の製造方法について、図２に基づいて説明する。
【００３７】
図２は、光学装置１の製造方法を説明するための図であり、図２において図１と同じ部位には同じ符号を付してある。
【００３８】
まず、図２（ａ）に示すように、第１表面５に光学素子４を有する第１基板２と、第２表面９を有する第２基板３とを準備する。
【００３９】
ここで、第１基板２が例えばシリコン基板より成る場合、第１基板２の第１表面５に酸化シリコン層を形成するとともに、フォトリソグラフィ等の微細配線加工技術等を用いることより光学素子４が形成される。
【００４０】
また例えば、第１基板２が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、または酸化カルシウム等の原料粉末を、有機樹脂およびバインダとともに混練してスラリーを得て、このスラリーをドクターブレード法、またはリップコータ法等によりシート状に成形して複数のグリーンシートを形成し、このグリーンシートの表面に、および必要に応じてグリーンシートにあらかじめ形成しておいた貫通孔内に、タングステンのメタライズペーストを印刷塗布または充填し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成することにより第１基板２を形成することができる。メタライズペーストを印刷塗布または充填する方法としては、印刷用のマスクの開口部からペーストを塗布するスクリーン印刷法、またはインクジェット若しくはディスペンサーなどのペーストを直接描画する方法等のいずれの方法も適用することができる。
【００４１】
なお、上述のグリーンシートのうち、一部のものに打ち抜き加工を施して四角形状等の開口部を形成しておき、これを一方主面側の最表層に配置し、または最表層から内部に向かって数層積層するようにして、焼成後の第１基板２の第１表面５に、光学素子４の位置に対応する凹部が形成されるようにしておいてもよい。また、Ｄ−ＲＩＥ等の微細穴加工技術を用いることも可能である。
【００４２】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１表面５における光学素子４の周囲または第２表面９上に、第１融点Ｔ１を有する材料（以下、第１の材料ともいう）からなる第１粒子１７、並びに第１融点よりも低い第２融点Ｔ２を有する材料（以下、第２の材料ともいう）と第１融点Ｔ１よりも高い第３融点Ｔ３を有する材料（以下、第３の材料ともいう）とからなる第２粒子１８を含む封止材１９を環状に設ける。ここで、導体パッド１１に、接続端子１２として同じものを塗布することもできる。なお、図では、第１表面５のみに封止材２０を設けたものを示しているが、第２表面９のみに設ける場合や、第１表面５および第２表面９に同時に設けることも可能である。
【００４３】
第１粒子１７と第２粒子１８とを含む封止材１９を環状に設ける方法としては、第１粒子１７および第２粒子１８を、有機樹脂およびバインダとともに混練してスラリーを得て、印刷用のマスクの開口部からペーストを塗布するスクリーン印刷法、およびインクジェット若しくはディスペンサーなどのペーストを直接描画する方法等のいずれの方法も適用することができる。また、このスラリーをドクターブレード法若しくはリップコータ法等によりシート状に成形してシートを形成し、金型等で環状に打ち抜いたものを接着する方法等により形成することも可能である。
【００４４】
次に、図２（ｃ）に示すように、封止材１９をＴ２以上かつ０．８Ｔ１未満の温度まで加熱して、第２粒子１８の第２材料を溶融させる。
【００４５】
ここで、封止材をＴ２以上かつ０．８Ｔ１未満の温度まで加熱すると、第１粒子１７の融点が第２粒子１８の第２の材料の融点よりも高いため、第１粒子１７が溶融する前に、第２粒子１８の第２の材料が溶融する。そして、第２の材料が流動することに伴い、第３の材料も流動し、結果として、その後に得られる封止部材１５の内表面を、第２の材料と第３の材料とで覆うことができる。ここで、第３の材料を上記光吸収性物質にすることにより、光吸収部材１６を形成することができる。また、第２の材料の一例として、樹脂が挙げられる。
【００４６】
ここで、第３の材料の添加量は、第３の材料の比重にもよるが、第２の材料が溶融して、流動を阻害しない程度であればよい。第３の材料の種類や形状等にもよるが、第２粒子１８中の第３の材料の比重およびと体積をかけ乗算した値たものと、第２粒子１８中の第２の材料の比重およびと体積をかけたもの乗算した値との比が、０．５程度以下であれば、流動を阻害することを抑制しとなく、第３の材料が第２の材料とともに流動しやすくなることから、好ましい。なお、この場合に、第１粒子１７中の第１の材料の比重および体積を乗算した値と、第２粒子１８中の第２の材料の比重および体積を乗算した値との比は、０．５より大きい。
【００４７】
次に、図２（ｄ）に示すように、封止材１９を０．８Ｔ１以上に加熱して、第１粒子１７を粒成長させ、封止部材１５を形成する。
【００４８】
次に、図２（ｅ）に示すように、封止部材１５を０．８Ｔ１以上に加熱し、第１表面５または第２表面９と封止部材１５とを接続することにより、第１表面５と第２表面９とを封止部材１５を介して接続する。
【００４９】
ここで、封止材１９を０．８Ｔ１以上に加熱することにより、第１粒子１７を溶融させ、第１表面５と第２表面９とを封止部材１５を介して接続することから、接続と同時に封止部材１５の内表面に光吸収部材１６を形成することができる。さらに、接続の際に第１基板２および第２基板３の少なくとも一方に力を加えると、第１粒子１７同士がより接触しやすくなり、第１粒子１７が粒成長しやすくなり、より低温で封着できることから、好ましい。また、第１粒子１７が溶融し、完全に粒成長する前に上記力を加えることにより、封止部材１５内部の第２の材料および第３の材料が流動しやすくなり、より容易に接合部材１５の表面を覆うことができるため、好ましい。
【００５０】
封止部材１５および接続端子１２の表面が、光吸収部材１６で覆われるような構成を実現するためには、第１粒子１７と第２の材料の融点Ｔ２の差を大きくするとよい。具体的には、第１粒子１０と第２の材料の融点Ｔ２の差が、２０℃以上であればよい。このような材料の組み合わせの例としては、第２の材料としてポリスチレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、フッ素樹脂、またはエポキシ樹脂があり、第１粒子１７として金、錫−銀若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう、または銀−ゲルマニウムろう材がある。このように、第１粒子１７と第２の材料の融点Ｔ２との差を大きくすると、第２の材料が溶融し、封止材１９の表面に流れ出てから、第１粒子１７が溶融するため、封止部材１５の表面、および上記接続端子１２が光吸収部材１６で覆われた構成をより容易に製造することができる。
【００５１】
ここで、第３の材料が無機材料であれば、その大きさ、形状および添加量等を調整することにより、第２の材料の流動性を調整することが可能である。ここで、第２の材料の大きさとしては、例えば光吸収性物質がカーボンブラックである場合は、０．０１μｍ乃至０．１μｍ以下程度の大きさであれば、粒子同士が凝集することなく流動し、封止部材１５の表面を覆うことができるため、望ましい。また、第２の材料が樹脂である場合、第３の材料の添加量としては、樹脂との組み合わせにもよるが、樹脂の体積を１００とした場合に、光吸収性物質の体積が４０乃至８０（すなわち、光吸収物質の添加量が４０乃至８０体積部）であれば、封止部材１５の全面をより確実に覆うことができる。
【００５２】
また、第１粒子１７に対する、第２粒子１８の比率を調整することにより、封止部材１５の表面に形成される光吸収部材１６の厚みを調整することもできる。
【００５３】
また、第１粒子１７に対する、第２粒子１８の比率等を調整することにより、封止部材１５の封止エリアＡに接しない表面（以下、「封止部材１５の外表面」ともいう。）に光吸収部材１６を形成することもできる。これにより、光吸収部材１６により封止部材１５を補助するため、気密信頼性を向上させることができる。ここで、封止部材１５の外表面に形成された光吸収部材１６は、図２（ｅ）の工程終了後、除去することができる。この除去の方法としては、微小なアルミナ等の粒子を水等の溶媒に混合したものを吹き付けて除去する機械的方法、または薬品等により溶解させ除去する化学的方法等がある。
【００５４】
なお、第２の材料として、封止部材１５との接合強度の大きい樹脂を用いると、光学装置１に熱や衝撃等が加わった場合においても、封止部材１５の内表面に光吸収性物質をより確実に保持することができる。よって、光吸収部材１６の迷光吸収の信頼性が向上し、また脱落した光吸収性物質が光学装置１のミラー部や可動部に付着することによる誤動作を抑制することができる。また樹脂を封止部材１５の内表面に形成することにより、樹脂により封止部材１５を補強することができ、気密封止信頼性も向上させることができる。
【００５５】
また、第２の材料が熱硬化性樹脂である場合、上記加熱の際に、第２粒子１８に含まれる樹脂が溶融後固化するため、その後光吸収部材１６が固化することになる。
【００５６】
ここで、封止部材１５を介した第１基板２と第２基板３との接合は、例えば、第１粒子１７が錫−銀系半田から成る場合であれば、封止部材１５に位置合わせして載せ、これらを約２５０℃〜３００℃程度の温度のリフロー炉中で熱処理すること等により行なわれる。
【００５７】
また、第２の材料の沸点をＴ２Ｆ（Ｔ１＜Ｔ２Ｆ）とすると、上記熱処理を、０．８Ｔ２乃至０．８Ｔ２Ｆの範囲で行うとよい。この温度範囲で行うと、圧着の際に、第１粒子１７が粒成長もしくは、溶融して封止部材１５を形成する一方で、第２の材料が沸騰、膨張することによる第２の材料の飛散の発生を抑制することができる。ここで、第２の材料が、前述の熱硬化性樹脂であれば、加熱により溶融後固化するため、上記Ｔ２Ｆが上がり、温度範囲が広くなることから、より好ましい。
【００５８】
また、第１粒子１７の大きさに広い分布を持たせると、第１粒子１７の溶融による収縮がより緩やかになり、圧着する際の熱処理の温度の制御がより容易になることから、好ましい。特に、第１粒子１７の粒径が１乃至５０μｍの範囲にあれば、より好ましい。
【００５９】
また、図２（ｅ）の工程の前に、封止部材１５と同じ高さとなるようにして、接続端子１２が形成されていれば、図２（ｅ）の工程の際、封止部材１５を第１基板２に接続するときに、同時に導体パッド１１と電極８とをより容易に接続することができ、好ましい。封止部材１５の高さを接続端子１２の高さと同じとする方法としては、例えば、図２（ｄ）の工程で、接続端子１２となる錫−銀半田等の材料を溶融させて上記導体パッド１１または電極８上に形成する際に、その上面を封止材と同じ高さとなるようにしてセラミックス製の治具等で押さえておく方法や、または、図２（ｄ）の工程終了後、一旦冷却し、封止部材１５および接続端子１２が同じ高さになるように研磨する等の方法が可能である。
【００６０】
また、上記第１の材料および第２の材料として、複数の種類の材料を用いることができる。これにより、熱膨張係数等の調整が容易となる。例えば、第２の材料として、複数の樹脂の比率を調整し混合することにより、第１の材料との接合性を向上させ、かつ熱膨張係数を第１の材料に近づけることができ、気密信頼性をより高くすることができる。
【００６１】
さらに、封止部材１５の、上記第１の材料及び第２の材料は、樹脂等の有機成分、金等の金属、錫−銀系若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、または酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系や酸化リチウム系等の低融点ガラス等を用いることができる。ただし、上記第２の材料の融点は、上記第１の材料の融点よりも低いという条件を満たす。
【００６２】
なお、上記光学装置１の製造工程において、封止部材１５の内部に第２および第３材料が混在することがある。図３は、そのような場合の光学装置１の一例を示す断面図である。図３において図１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。このような構成では、封止部材１５の内部に含まれる微小な空洞が第２材料および第３材料で充填される。よって、空洞内の気体が膨張して、封止部材１５の一部が飛散することを抑制できる。
【００６３】
なお、このような光学装置３１は、図２（ｄ）において、第１粒子１７を粒成長させ、封止部材１５を形成する際に、第１粒子１７間に、すでに溶融している第２の材料および第３の材料が充填されることにより作製される。また、接続端子１２も封止部材１５と同一の材料で形成されていた場合、接続端子１２に設けられた空隙にも同様にその空洞に第２および第３の材料が充填される。
【００６４】
なお、上述の光学装置１，３１において、第１粒子１７と第２粒子１８との熱膨張係数を近くすると、光学装置１に熱処理を加えた際の熱膨張の差によって封止部材１５の内部にクラックが入る可能性が低くなるため、気密信頼性が向上し、より好ましい。
【００６５】
また、第１基板２の第１表面５、第２基板３の第２表面９の少なくとも一面に、封止部材１５および接続端子１２を形成し、圧着する前に熱処理を行ってもよい。この場合、封止部材１５および接続端子１２に含まれる低沸点成分およびダスト等を、熱処理により除去することができる。ここで、第１表面５または第２表面９に対する封止部材１５の形成は、リフロー法、又はシーム溶接若しくは電子ビーム溶接等の溶接法により行なうことができる。
【００６６】
また、上記のように、圧着する前に熱処理を行った場合、圧着前に、光吸収部材１６で、封止部材１５の表面を覆うことも可能である。この場合、光吸収部材１６の厚みを調整することができる。ここで、光吸収部材１６を形成する方法としては、例えば、第１の材料からなる粉末、第２の材料からなる粉末を有機樹脂およびバインダとともに混練してスラリーを得て、印刷用のマスクの開口部からペーストを塗布するスクリーン印刷法や、インクジェット、ディスペンサー等による直接塗布する方法等が適用できる。
【００６７】
また、配線導体７が、第１基板２の内部に形成されていれば、配線導体７により第１基板２の内部にインダクタ等の機能部品を形成することもでき、高周波信号に対応できる。
【００６８】
なお、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。
【００６９】
例えば、上述の実施の形態の例では一つの光学装置１内に一つの光学素子４が形成されているが、一つの光学装置１内に複数の光学素子４を形成してもよい。
【００７０】
また、配線導体７の外部電気回路への電気的な接続は、外部端子として半田ボールを介して行なうものに限らず、リード端子や導電性接着剤等を介して行なってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光学装置の構成例を示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による光学装置の製造方法の一例を示した図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による光学装置の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１：光学装置
２：第１基板
３：第２基板
４：光学素子
５：第１表面
６：第１導体パターン
７：配線導体
８：電極
９：第２表面
１０：第２導体パターン
１１、１４：導体パッド
１２：接続端子
１３：第３表面
１５：封止部材
１６：光吸収部材
１７：第１粒子
１８：第２粒子
１９：封止材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置及び光学装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、シリコンウェーハ等の半導体基板の表面に、半導体集積回路等の機能素子を形成した機能デバイスが実用化され、様々な分野で用いられている。
【０００３】
また近年、シリコンウェーハ等の半導体基板の表面に、半導体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、極めて微小な構造体、いわゆる微小電子機械機構（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）を形成した新たな機能デバイスが注目され、実用化に向けて開発が進められている。中でも、基板上に可動ミラーをマトリクス状に配置した反射型光変調器である、マイクロミラーデバイス等の光学装置が、プロジェクター等の様々な分野で使用され、注目を集めている。
【０００４】
この光学装置では、可動ミラーの動作速度や、信頼性の向上のため、微小可動ミラーを気密封止する必要がある。これには、一般に、微小可動ミラーを形成した基板上に、光透過性を有する蓋体を対向させ、ガラスや金属等の無機材料や、樹脂等の有機材料で封止するという方法が用いられる。
【０００５】
しかし、近年、動作速度をさらに上昇させた際に、可動ミラーが誤動作することが課題となっている。これは、一度光学装置内に入射した光が可動ミラーで僅かながら乱反射を起こし、その乱反射した光（以下、「迷光」ともいう。）が再度可動ミラーにより反射されることが原因である。
【０００６】
この迷光を防止するために、従来技術として、基板表面を光吸収材で覆い、迷光を吸収することにより誤動作を抑制するというものがある（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平２００２−１８９１７８号公報
【特許文献２】特開平２００６−２３４９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、比較的大きな微小可動ミラーを用いる場合、および封止エリアの高さを高くするために封止部の高さを高くした場合等には、封止部の内表面で反射した光により、微小可動ミラーの誤動作が発生するという場合がある。また、封止部に光を反射しやすい材料を用いた場合にも、迷光による微小可動ミラーの誤動作が発生しやすいという課題がある。同時に、封止エリアの気密性を保持することが求められる。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速動作に対応し、気密性の高い光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学装置は、表面に光学素子が形成された第１基板と、前記光学素子に対向する部位を有し、該部位が光を透過する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間で、前記光学素子の周囲に位置する光吸収部材と、前記光学素子および前記光吸収部材を取り囲む封止部材とを備えるものである。この光学装置を、第１の光学装置という。
【００１０】
好ましくは、第１の光学装置において、光吸収部材が、封止部材の内表面に形成されているものである。この光学装置を第２の光学装置という。
【００１１】
好ましくは、第１または第２の光学装置において、光吸収部材が、光吸収性物質と樹脂とを含むものである。この光学装置を第３の光学装置という。
【００１２】
好ましくは、第１乃至３の光学装置において、封止部材が、金属を含むものである。
【００１３】
また、本発明の光学装置の製造方法は、第１表面に光学素子を有する第１基板と、第２表面を有する第２基板とを準備する工程と、前記第１表面における前記光学素子の周囲または前記第２表面上に、第１融点Ｔ１を有する第1材料からなる第１粒子、並びに該第１融点よりも低い第２融点Ｔ２を有する第２材料と前記第１融点Ｔ１よりも高い第３融点Ｔ３を有する第３材料とからなる第２粒子を含む封止材を環状に設ける工程と、前記封止材をＴ２以上かつ０．８Ｔ１未満の温度まで加熱して、前記第２材料を溶融させる工程と、前記封止材を０．８Ｔ１以上に加熱して、前記第１粒子を粒成長させ、封止部材を形成する工程と、前記第１表面または前記第２表面と前記封止部材とを接続することにより、前記第１表面と前記第２表面とを前記封止部材を介して接続する工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学装置によれば、高速動作に対応し、気密性の高い光学装置を実現することができる。
【００１５】
また本発明の光学装置の製造方法によれば、高速動作に対応し、気密性の高い光学装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の光学装置の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。なお、（ａ）については、光学装置の構成要素のうち一部の構成要素を点線で示している。
【００１８】
図１に示されるように、光学装置１は、第１基板２と第２基板３とを備える。第１基板２は、光学素子４が形成された第１表面５を有する。また、第１表面５には、環状の第１導体パターン６、及び配線導体７の一端が接続された電極８が設けられている。一方、第２基板３は、第２表面９を有する。第２表面９には、環状の第２導体パターン１０、及び導体パッド１１が設けられている。配線導体７は、第１基板２の内部に設けられるとともに、一端が電極８を介して接続端子１２に接続され、他端が第１基板２の第３表面１３にある導体パッド１４に接続されている。なお、図１において、第３表面１３は、第１表面５に対向する表面である。
【００１９】
第１基板２の第１表面５、及び第２基板３の第２表面９は、対向するように配置されている。第１基板２の第１表面５は、第２基板３の第２表面９に、封止部材１５を介して接合されている。この封止部材１５は、第１表面５に設けられた環状の第１導体パターン６、及び第２表面９に設けられた環状の第２導体パターン１０に接続されている。光吸収部材１６は、光学素子４を取り囲んで配置され、さらに、封止部材１５は、光吸収部材１６を取り囲んで配置される。封止部材１５は、第１基板２および第２基板３とともに封止エリアＡを形成し、光学素子４を気密封止する。
【００２０】
接続端子１２は、第１基板２と第２基板３との間で、第１表面５に設けられた電極８と、第２表面９に設けられた導体パッド１１とを電気的に接続する。
【００２１】
ここで、光吸収部材１６が光学素子４を取り囲んで配置され、さらに、封止部材１５が光吸収部材１６を取り囲んで配置されることから、封止部材１５として金属等の光を反射しやすい材料を用いた場合にも、光吸収部材１６により迷光を吸収することができる。その結果、光学素子４の迷光による誤動作が発生しにくくなる。また、光学素子４を確実に気密封止できるように封止部材１５の材料を適切に選定することが可能となるため、気密信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、光吸収部材１６が、封止部材１５の内表面に形成され、封止部材１５に放熱性の高い材料を用いると、光吸収部材１６が光を吸収し発熱した場合においても、封止部材１５を介して封止エリアＡ外に熱を発散しやすくなり、光吸収部材１６の迷光吸収性能が向上する。また、封止部材１５に放熱性の高い材料を用いると、光吸収部材１６の発熱による封止部材１５の膨張や溶融等によるクラック等を低減することができる。これにより、光学素子４の気密信頼性を保持することができる。
【００２３】
第１基板２は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、若しくはガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料、単結晶若しくは多結晶等のシリコン材料、またはガラス材料等の絶縁材料からなる。また、第２基板３は、光を透過する物質であればよく、ガラス材料等の絶縁材料からなる。
【００２４】
また、第１基板２は、封止部材１５を介して接合されるので、接合の信頼性、つまり光学素子４の封止の気密性を高くするためには、第２基板３との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。これは、温度変動時の熱膨張差による、接合部への応力負荷が小さくなることから、接合部の信頼性が向上するからである。例えば、第２基板３の材料がガラス等の熱膨張係数が３乃至６ｐｐｍ／℃程度の小さい基板である場合、第１基板２の材料としては、ムライト質焼結体、または酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等のような３乃至６ｐｐｍ／℃程度の熱膨張係数の小さい材料で形成することが好ましい。
【００２５】
また、第１基板２は、配線導体７により伝送される電気信号の遅延を抑制したい場合には、ポリイミド若しくはガラスエポキシ樹脂等の有機樹脂材料、セラミックス若しくはガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材、または酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系若しくは酸化リチウム系等のガラスセラミックス焼結体等のような比誘電率が２乃至８程度の小さい材料で形成することが好ましい。
【００２６】
また、第１基板２は、封止する光学素子４の発熱量が大きく、この熱の外部への放散性を良好とするような場合には、窒化アルミニウム質焼結体等のような熱伝導率が１５０乃至３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の大きな材料で形成することが好ましい。
【００２７】
また、第１基板２の第１表面５、及び第２基板３の第２表面８の少なくとも一方に、光学素子４を内側に収めるような凹部を形成しておいてもよい。凹部内に光学素子４の一部を収めるようにしておくと、光学素子４を取り囲むための封止部材１５の高さを低く抑えることができ、光学装置１の低背化に有利なものとなる。
【００２８】
光吸収部材１６は、例えば、光吸収性物質と樹脂とを混合したものである。ここで、樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、若しくはウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂、またはエポキシ、ポリイミド、ポリアミド、フェノール、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート、若しくはビスマレイミド等の熱硬化樹脂を用いることができる。また、光吸収性物質としては、カーボンブラック、若しくは酸化クロム粉末等の黒色の無機粉末、またはアゾ染料等の黒色の有機染料等を用いることができる。
【００２９】
また、封止部材１５は金属成分を含むことが好ましい。このように封止部材１５が金属成分を含む場合には、光吸収部材１６が光を吸収し発熱した場合においても、封止部材１５に含まれる金属成分を介して封止エリアＡ外に熱を発散しやすくなり、光吸収部材１６の迷光吸収性能が保持される。また封止部材１５の放熱性が向上することにより、光吸収部材１６の発熱による封止部材１５の膨張や溶融等によるクラック等を低減することができることから、気密信頼性も維持することができ、より好ましい。ここで、金属成分としては、金等の金属、錫−銀系若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、または銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材等を用いることができる。
【００３０】
接続端子１２の材料としては、金等の金属、錫−銀系若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、または銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材等の金属成分を用いることができる。接続端子１２の材料を封止部材１５と同じ材料にすると、光学装置１を製造する際に、同じ温度で溶融することから、封止部材１５と接続端子１２とを同時に接合できる。また、上記電極８および導体パッド１１、１４は、銅、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、またはマンガン等の金属材料により形成される。この形成の手段としては、厚膜法、またはめっき法若しくは蒸着等の薄膜法等がある。
【００３１】
ここで、上記電極８、導体パッド１１、および接続端子１２は、封止エリアＡの外若しくは内のどちらも形成することができる。
【００３２】
上記接続端子１２、電極８、及び導体パッド１１を、封止エリアＡの内側に配置すると、接続端子１２および電極８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、および劣化に伴う高周波信号の遅延等を抑制することができるため、接合及び高周波特性の信頼性が高くなる。この場合、接続端子１２の表面を、光吸収部材１６で覆うことにより、接続端子１２の表面が光吸収部材１６よって覆われていることから、接続端子１２として金属等の光を反射しやすい材料を用いた場合にも、接続端子１２の表面に形成した光吸収部材１６により迷光を吸収することができるため、接続端子１２の表面での迷光の反射による光学素子４の誤動作が発生しにくくなり、より好ましい。
【００３３】
一方、上記電極８、接続端子１２、及び導体パッド１１を、封止エリアＡの外側に配置すると、光学素子４と、電極８、接続端子１２、及び導体パッド１１との間の電磁気的干渉をより抑制することができる。そのため、電磁気的干渉や高周波ノイズの影響が抑制された、光学素子４の電気的、および機械的な作動の信頼性に優れた光学装置１を提供することができる。
【００３４】
また、配線導体７を、外部端子等を介して、外部電気回路の接地用端子等に接続することも可能である。その場合には、封止部材１５に基準電位を与えることにより、封止部材１５をシールドとして用いることもできる。さらに、第１基板２および第２基板３の内部に、光学素子４に対する光の入射および反射に対して阻害しない範囲で、配線導体７を形成することも可能である。
【００３５】
また、第２基板３の第２表面９に対向する表面、または第１基板２の第３表面１３に、導体パッド１４を形成し、半田ボール等の実装用接合材を介して外部の電気回路に接続することにより、光学装置１を外部電気回路と電気的に接続することも可能である。
【００３６】
次に、上記光学装置１の製造方法について、図２に基づいて説明する。
【００３７】
図２は、光学装置１の製造方法を説明するための図であり、図２において図１と同じ部位には同じ符号を付してある。
【００３８】
まず、図２（ａ）に示すように、第１表面５に光学素子４を有する第１基板２と、第２表面９を有する第２基板３とを準備する。
【００３９】
ここで、第１基板２が例えばシリコン基板より成る場合、第１基板２の第１表面５に酸化シリコン層を形成するとともに、フォトリソグラフィ等の微細配線加工技術等を用いることより光学素子４が形成される。
【００４０】
また例えば、第１基板２が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、または酸化カルシウム等の原料粉末を、有機樹脂およびバインダとともに混練してスラリーを得て、このスラリーをドクターブレード法、またはリップコータ法等によりシート状に成形して複数のグリーンシートを形成し、このグリーンシートの表面に、および必要に応じてグリーンシートにあらかじめ形成しておいた貫通孔内に、タングステンのメタライズペーストを印刷塗布または充填し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成することにより第１基板２を形成することができる。メタライズペーストを印刷塗布または充填する方法としては、印刷用のマスクの開口部からペーストを塗布するスクリーン印刷法、またはインクジェット若しくはディスペンサーなどのペーストを直接描画する方法等のいずれの方法も適用することができる。
【００４１】
なお、上述のグリーンシートのうち、一部のものに打ち抜き加工を施して四角形状等の開口部を形成しておき、これを一方主面側の最表層に配置し、または最表層から内部に向かって数層積層するようにして、焼成後の第１基板２の第１表面５に、光学素子４の位置に対応する凹部が形成されるようにしておいてもよい。また、Ｄ−ＲＩＥ等の微細穴加工技術を用いることも可能である。
【００４２】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１表面５における光学素子４の周囲または第２表面９上に、第１融点Ｔ１を有する材料（以下、第１の材料ともいう）からなる第１粒子１７、並びに第１融点よりも低い第２融点Ｔ２を有する材料（以下、第２の材料ともいう）と第１融点Ｔ１よりも高い第３融点Ｔ３を有する材料（以下、第３の材料ともいう）とからなる第２粒子１８を含む封止材１９を環状に設ける。ここで、導体パッド１１に、接続端子１２として同じものを塗布することもできる。なお、図では、第１表面５のみに封止材２０を設けたものを示しているが、第２表面９のみに設ける場合や、第１表面５および第２表面９に同時に設けることも可能である。
【００４３】
第１粒子１７と第２粒子１８とを含む封止材１９を環状に設ける方法としては、第１粒子１７および第２粒子１８を、有機樹脂およびバインダとともに混練してスラリーを得て、印刷用のマスクの開口部からペーストを塗布するスクリーン印刷法、およびインクジェット若しくはディスペンサーなどのペーストを直接描画する方法等のいずれの方法も適用することができる。また、このスラリーをドクターブレード法若しくはリップコータ法等によりシート状に成形してシートを形成し、金型等で環状に打ち抜いたものを接着する方法等により形成することも可能である。
【００４４】
次に、図２（ｃ）に示すように、封止材１９をＴ２以上かつ０．８Ｔ１未満の温度まで加熱して、第２粒子１８の第２材料を溶融させる。
【００４５】
ここで、封止材をＴ２以上かつ０．８Ｔ１未満の温度まで加熱すると、第１粒子１７の融点が第２粒子１８の第２の材料の融点よりも高いため、第１粒子１７が溶融する前に、第２粒子１８の第２の材料が溶融する。そして、第２の材料が流動することに伴い、第３の材料も流動し、結果として、その後に得られる封止部材１５の内表面を、第２の材料と第３の材料とで覆うことができる。ここで、第３の材料を上記光吸収性物質にすることにより、光吸収部材１６を形成することができる。また、第２の材料の一例として、樹脂が挙げられる。
【００４６】
ここで、第３の材料の添加量は、第３の材料の比重にもよるが、第２の材料が溶融して、流動を阻害しない程度であればよい。第３の材料の種類や形状等にもよるが、第２粒子１８中の第３の材料の比重およびと体積をかけ乗算した値たものと、第２粒子１８中の第２の材料の比重およびと体積をかけたもの乗算した値との比が、０．５程度以下であれば、流動を阻害することを抑制しとなく、第３の材料が第２の材料とともに流動しやすくなることから、好ましい。なお、この場合に、第１粒子１７中の第１の材料の比重および体積を乗算した値と、第２粒子１８中の第２の材料の比重および体積を乗算した値との比は、０．５より大きい。
【００４７】
次に、図２（ｄ）に示すように、封止材１９を０．８Ｔ１以上に加熱して、第１粒子１７を粒成長させ、封止部材１５を形成する。
【００４８】
次に、図２（ｅ）に示すように、封止部材１５を０．８Ｔ１以上に加熱し、第１表面５または第２表面９と封止部材１５とを接続することにより、第１表面５と第２表面９とを封止部材１５を介して接続する。
【００４９】
ここで、封止材１９を０．８Ｔ１以上に加熱することにより、第１粒子１７を溶融させ、第１表面５と第２表面９とを封止部材１５を介して接続することから、接続と同時に封止部材１５の内表面に光吸収部材１６を形成することができる。さらに、接続の際に第１基板２および第２基板３の少なくとも一方に力を加えると、第１粒子１７同士がより接触しやすくなり、第１粒子１７が粒成長しやすくなり、より低温で封着できることから、好ましい。また、第１粒子１７が溶融し、完全に粒成長する前に上記力を加えることにより、封止部材１５内部の第２の材料および第３の材料が流動しやすくなり、より容易に接合部材１５の表面を覆うことができるため、好ましい。
【００５０】
封止部材１５および接続端子１２の表面が、光吸収部材１６で覆われるような構成を実現するためには、第１粒子１７と第２の材料の融点Ｔ２の差を大きくするとよい。具体的には、第１粒子１０と第２の材料の融点Ｔ２の差が、２０℃以上であればよい。このような材料の組み合わせの例としては、第２の材料としてポリスチレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、フッ素樹脂、またはエポキシ樹脂があり、第１粒子１７として金、錫−銀若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう、または銀−ゲルマニウムろう材がある。このように、第１粒子１７と第２の材料の融点Ｔ２との差を大きくすると、第２の材料が溶融し、封止材１９の表面に流れ出てから、第１粒子１７が溶融するため、封止部材１５の表面、および上記接続端子１２が光吸収部材１６で覆われた構成をより容易に製造することができる。
【００５１】
ここで、第３の材料が無機材料であれば、その大きさ、形状および添加量等を調整することにより、第２の材料の流動性を調整することが可能である。ここで、第２の材料の大きさとしては、例えば光吸収性物質がカーボンブラックである場合は、０．０１μｍ乃至０．１μｍ以下程度の大きさであれば、粒子同士が凝集することなく流動し、封止部材１５の表面を覆うことができるため、望ましい。また、第２の材料が樹脂である場合、第３の材料の添加量としては、樹脂との組み合わせにもよるが、樹脂の体積を１００とした場合に、光吸収性物質の体積が４０乃至８０（すなわち、光吸収物質の添加量が４０乃至８０体積部）であれば、封止部材１５の全面をより確実に覆うことができる。
【００５２】
また、第１粒子１７に対する、第２粒子１８の比率を調整することにより、封止部材１５の表面に形成される光吸収部材１６の厚みを調整することもできる。
【００５３】
また、第１粒子１７に対する、第２粒子１８の比率等を調整することにより、封止部材１５の封止エリアＡに接しない表面（以下、「封止部材１５の外表面」ともいう。）に光吸収部材１６を形成することもできる。これにより、光吸収部材１６により封止部材１５を補助するため、気密信頼性を向上させることができる。ここで、封止部材１５の外表面に形成された光吸収部材１６は、図２（ｅ）の工程終了後、除去することができる。この除去の方法としては、微小なアルミナ等の粒子を水等の溶媒に混合したものを吹き付けて除去する機械的方法、または薬品等により溶解させ除去する化学的方法等がある。
【００５４】
なお、第２の材料として、封止部材１５との接合強度の大きい樹脂を用いると、光学装置１に熱や衝撃等が加わった場合においても、封止部材１５の内表面に光吸収性物質をより確実に保持することができる。よって、光吸収部材１６の迷光吸収の信頼性が向上し、また脱落した光吸収性物質が光学装置１のミラー部や可動部に付着することによる誤動作を抑制することができる。また樹脂を封止部材１５の内表面に形成することにより、樹脂により封止部材１５を補強することができ、気密封止信頼性も向上させることができる。
【００５５】
また、第２の材料が熱硬化性樹脂である場合、上記加熱の際に、第２粒子１８に含まれる樹脂が溶融後固化するため、その後光吸収部材１６が固化することになる。
【００５６】
ここで、封止部材１５を介した第１基板２と第２基板３との接合は、例えば、第１粒子１７が錫−銀系半田から成る場合であれば、封止部材１５に位置合わせして載せ、これらを約２５０℃〜３００℃程度の温度のリフロー炉中で熱処理すること等により行なわれる。
【００５７】
また、第２の材料の沸点をＴ２Ｆ（Ｔ１＜Ｔ２Ｆ）とすると、上記熱処理を、０．８Ｔ２乃至０．８Ｔ２Ｆの範囲で行うとよい。この温度範囲で行うと、圧着の際に、第１粒子１７が粒成長もしくは、溶融して封止部材１５を形成する一方で、第２の材料が沸騰、膨張することによる第２の材料の飛散の発生を抑制することができる。ここで、第２の材料が、前述の熱硬化性樹脂であれば、加熱により溶融後固化するため、上記Ｔ２Ｆが上がり、温度範囲が広くなることから、より好ましい。
【００５８】
また、第１粒子１７の大きさに広い分布を持たせると、第１粒子１７の溶融による収縮がより緩やかになり、圧着する際の熱処理の温度の制御がより容易になることから、好ましい。特に、第１粒子１７の粒径が１乃至５０μｍの範囲にあれば、より好ましい。
【００５９】
また、図２（ｅ）の工程の前に、封止部材１５と同じ高さとなるようにして、接続端子１２が形成されていれば、図２（ｅ）の工程の際、封止部材１５を第１基板２に接続するときに、同時に導体パッド１１と電極８とをより容易に接続することができ、好ましい。封止部材１５の高さを接続端子１２の高さと同じとする方法としては、例えば、図２（ｄ）の工程で、接続端子１２となる錫−銀半田等の材料を溶融させて上記導体パッド１１または電極８上に形成する際に、その上面を封止材と同じ高さとなるようにしてセラミックス製の治具等で押さえておく方法や、または、図２（ｄ）の工程終了後、一旦冷却し、封止部材１５および接続端子１２が同じ高さになるように研磨する等の方法が可能である。
【００６０】
また、上記第１の材料および第２の材料として、複数の種類の材料を用いることができる。これにより、熱膨張係数等の調整が容易となる。例えば、第２の材料として、複数の樹脂の比率を調整し混合することにより、第１の材料との接合性を向上させ、かつ熱膨張係数を第１の材料に近づけることができ、気密信頼性をより高くすることができる。
【００６１】
さらに、封止部材１５の、上記第１の材料及び第２の材料は、樹脂等の有機成分、金等の金属、錫−銀系若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、または酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系や酸化リチウム系等の低融点ガラス等を用いることができる。ただし、上記第２の材料の融点は、上記第１の材料の融点よりも低いという条件を満たす。
【００６２】
なお、上記光学装置１の製造工程において、封止部材１５の内部に第２および第３材料が混在することがある。図３は、そのような場合の光学装置１の一例を示す断面図である。図３において図１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。このような構成では、封止部材１５の内部に含まれる微小な空洞が第２材料および第３材料で充填される。よって、空洞内の気体が膨張して、封止部材１５の一部が飛散することを抑制できる。
【００６３】
なお、このような光学装置３１は、図２（ｄ）において、第１粒子１７を粒成長させ、封止部材１５を形成する際に、第１粒子１７間に、すでに溶融している第２の材料および第３の材料が充填されることにより作製される。また、接続端子１２も封止部材１５と同一の材料で形成されていた場合、接続端子１２に設けられた空隙にも同様にその空洞に第２および第３の材料が充填される。
【００６４】
なお、上述の光学装置１，３１において、第１粒子１７と第２粒子１８との熱膨張係数を近くすると、光学装置１に熱処理を加えた際の熱膨張の差によって封止部材１５の内部にクラックが入る可能性が低くなるため、気密信頼性が向上し、より好ましい。
【００６５】
また、第１基板２の第１表面５、第２基板３の第２表面９の少なくとも一面に、封止部材１５および接続端子１２を形成し、圧着する前に熱処理を行ってもよい。この場合、封止部材１５および接続端子１２に含まれる低沸点成分およびダスト等を、熱処理により除去することができる。ここで、第１表面５または第２表面９に対する封止部材１５の形成は、リフロー法、又はシーム溶接若しくは電子ビーム溶接等の溶接法により行なうことができる。
【００６６】
また、上記のように、圧着する前に熱処理を行った場合、圧着前に、光吸収部材１６で、封止部材１５の表面を覆うことも可能である。この場合、光吸収部材１６の厚みを調整することができる。ここで、光吸収部材１６を形成する方法としては、例えば、第１の材料からなる粉末、第２の材料からなる粉末を有機樹脂およびバインダとともに混練してスラリーを得て、印刷用のマスクの開口部からペーストを塗布するスクリーン印刷法や、インクジェット、ディスペンサー等による直接塗布する方法等が適用できる。
【００６７】
また、配線導体７が、第１基板２の内部に形成されていれば、配線導体７により第１基板２の内部にインダクタ等の機能部品を形成することもでき、高周波信号に対応できる。
【００６８】
なお、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。
【００６９】
例えば、上述の実施の形態の例では一つの光学装置１内に一つの光学素子４が形成されているが、一つの光学装置１内に複数の光学素子４を形成してもよい。
【００７０】
また、配線導体７の外部電気回路への電気的な接続は、外部端子として半田ボールを介して行なうものに限らず、リード端子や導電性接着剤等を介して行なってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光学装置の構成例を示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による光学装置の製造方法の一例を示した図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による光学装置の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１：光学装置
２：第１基板
３：第２基板
４：光学素子
５：第１表面
６：第１導体パターン
７：配線導体
８：電極
９：第２表面
１０：第２導体パターン
１１、１４：導体パッド
１２：接続端子
１３：第３表面
１５：封止部材
１６：光吸収部材
１７：第１粒子
１８：第２粒子
１９：封止材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に光学素子が形成された第１基板と、前記光学素子に対向する部位を有し、該部位が光を透過する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間で、前記光学素子の周囲に位置する光吸収部材と、前記光学素子および前記光吸収部材を取り囲む封止部材とを備えた光学装置。
【請求項２】
前記光吸収部材は、前記封止部材の内表面に形成されている請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光吸収部材は、光吸収性物質と樹脂とを含む請求項１または請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記封止部材は、金属を含む請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
第１表面に光学素子を有する第１基板と、第２表面を有する第２基板とを準備する工程と、
前記第１表面における前記光学素子の周囲または前記第２表面上に、第１融点Ｔ１を有する第１材料からなる第１粒子、並びに該第１融点よりも低い第２融点Ｔ２を有する第２材料と前記第１融点Ｔ２よりも高い第３融点Ｔ３とを有する第３材料からなる第２粒子を含む封止材を環状に設ける工程と、
前記封止材をＴ２以上かつ０．８Ｔ１未満の温度まで加熱して、前記第２材料を溶融させる工程と、
前記封止材を０．８Ｔ１以上に加熱して、前記第１粒子を粒成長させ、封止部材を形成する工程と、
前記第１表面または前記第２表面と前記封止部材とを接続することにより、前記第１表面と前記第２表面とを前記封止部材を介して接続する工程と
を有する光学装置の製造方法。
【請求項１】
表面に光学素子が形成された第１基板と、前記光学素子に対向する部位を有し、該部位が光を透過する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間で、前記光学素子の周囲に位置する光吸収部材と、前記光学素子および前記光吸収部材を取り囲む封止部材とを備えた光学装置。
【請求項２】
前記光吸収部材は、前記封止部材の内表面に形成されている請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光吸収部材は、光吸収性物質と樹脂とを含む請求項１または請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記封止部材は、金属を含む請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
第１表面に光学素子を有する第１基板と、第２表面を有する第２基板とを準備する工程と、
前記第１表面における前記光学素子の周囲または前記第２表面上に、第１融点Ｔ１を有する第１材料からなる第１粒子、並びに該第１融点よりも低い第２融点Ｔ２を有する第２材料と前記第１融点Ｔ２よりも高い第３融点Ｔ３とを有する第３材料からなる第２粒子を含む封止材を環状に設ける工程と、
前記封止材をＴ２以上かつ０．８Ｔ１未満の温度まで加熱して、前記第２材料を溶融させる工程と、
前記封止材を０．８Ｔ１以上に加熱して、前記第１粒子を粒成長させ、封止部材を形成する工程と、
前記第１表面または前記第２表面と前記封止部材とを接続することにより、前記第１表面と前記第２表面とを前記封止部材を介して接続する工程と
を有する光学装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１０７６９１（Ｐ２０１０−１０７６９１Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７９１９８（Ｐ２００８−２７９１９８）
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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