真空封止装置
【課題】 真空封止によって気密封止空間を形成する部品に変形が生じてもレンズ系とデバイスの相対距離、もしくは相対角度を正確に所望の値に配置することにより、光学信号の劣化を抑え、歩留まりを向上させ安価な真空封止装置を提供する。
【解決手段】 光学素子１１を有するリッド１０と、デバイス３が実装されるダイアタッチ面4を有するパッケージと、を接合することによって形成される中空部２を、真空状態で気密封止する真空封止装置において中空部２内にリッド１０が変形することを抑制する変形抑制部材を配設する。
【解決手段】 光学素子１１を有するリッド１０と、デバイス３が実装されるダイアタッチ面4を有するパッケージと、を接合することによって形成される中空部２を、真空状態で気密封止する真空封止装置において中空部２内にリッド１０が変形することを抑制する変形抑制部材を配設する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を有するリッドとパッケージによって、その内部に実装された電子デバイス部品を真空封止する真空封止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信装置や顕微鏡などの光学製品に搭載されるチップもしくは基板に、例えばレンズやミラー等の光学的機能を付加することにより、使用する部品点数の削減や製品の小型化、もしくは高機能化を目論んだ開発が盛んに行われている。これらのデバイスには、その機能を有効に発揮するために、また信頼性を確保するために、不活性ガスを封入した気密封止、もしくは真空気密封止が要求されることが多い。気密封止、もしくは真空気密封止されるデバイスに光学的機能が付されているため、気密空間を形成するためのリッド部品にも光学信号の入出力が可能な、光学窓や集光レンズなどの光学素子が必要になる。
【０００３】
このような気密封止装置において、真空空間を形成するためにリッドに光学素子が設けられている技術が、特許文献１に開示されている。図９を参照して、特許文献１の技術について簡単に説明する。
レンズ系１０５を保持する気密容器の上部構造１０６と、デバイスである赤外線撮像素子１０１が実装された気密構造の下部構造１１９と、を気密容器の上部構造と下部構造の突合せ部１２１で組み合わせ、気密容器の上部構造１０６と気密構造の下部構造１１９をレーザ溶接、もしくははんだを含むロウ材で真空気密封止接合する。気密容器の上部構造１０６と気密構造の下部構造１１９により形成される空間内に、必要な部品を実装することにより赤外線撮像部品（赤外線撮像素子１０１）を小型化可能にする。気密容器の上部構造１０６の寸法でレンズ系１０５の高さを調整することなく位置決め可能になるため、赤外線撮像素子１０１とレンズ系１０５の距離を調整する工程を省略することが可能になり、コストを低減させることが可能になる。
【０００４】
このように、集光用のレンズを保持する部品（レンズ系１０５を保持する気密容器の上部構造１０６）と、赤外線撮像素子が実装される部品（赤外線撮像素子１０１が実装された気密構造の下部構造１１９）を組み合わせ、その内部空間を真空気密封止する構造において、小型化および調整の簡易化をはかり、安価に製品を提供する。
【特許文献１】特開２０００−１６２０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
気密容器の上部構造１０６と気密構造の下部構造１１９により形成される空間は、気密容器の上部構造と下部構造の突合せ部１２１によってのみ接合されている。これらの部品は、その内部空間が真空雰囲気に気密封止されているため、例えば部品の肉厚が薄いなど気密容器の上部構造１０６、もしくは気密構造の下部構造１１９の剛性が十分確保されていない場合、大気圧によって押圧されることにより、内側に凹形状に変形してしまう可能性が生じる。
【０００６】
気密容器の上部構造１０６、もしくは気密構造の下部構造１１９の部品が、大気圧によって変形すると、それぞれに保持されているレンズ系１０５と赤外線撮像素子１０１の相対距離、もしくは相対角度が変化するため、レンズ系１０５と赤外線撮像素子１０１の距離もしくは角度を正確に設計どおりに配置することが困難になる。そのため、所望の光学像を赤外線撮像素子１０１に結ぶことが困難になり、画質が劣化してしまう虞が生じる
本発明は、この点に着目してなされたものであり、真空封止によって気密封止空間を形成する部品に変形が生じてもレンズ系とデバイスの相対距離、もしくは相対角度を正確に所望の値に配置することにより、光学信号の劣化を抑え、歩留まりを向上させ安価な真空封止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】
【０００７】
本発明は目的を達成するために、光を透過させる光学素子と前記光学素子を保持する枠体を有するリッドと、デバイスが実装され前記光学素子と前記枠体に対向するダイアタッチ面を有するパッケージと、を接合することによって前記リッドと前記パッケージに形成される中空部を、真空状態で気密封止する真空封止装置において、前記リッドと前記パッケージが接合した際に、前記リッドまたは前記パッケージにおける前記中空部内に配設され、前記リッドが変形することを抑制する変形抑制部材と、を具備することを特徴とする真空封止装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、真空封止によって気密封止空間を形成する部品に変形が生じてもレンズ系とデバイスの相対距離、もしくは相対角度を正確に所望の値に配置することにより、光学信号の劣化を抑え、歩留まりを向上させ安価な真空封止装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１乃至図４を参照して第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る真空封止装置の構成を示す図である。図２は、図１をＡ−Ａ線断面から見た図である。図３は、真空封止装置を有する真空チャンバの構成を示す図である。図４は、封止後の真空封止装置の構成を示す図である。なお図２において接合材９は図示を省略している。
【００１０】
図１に示すように真空封止装置は、パッケージ１とリッド１０から構成される。パッケージ１とリッド１０とは互いに対向する位置に位置決めされ、接合材９を介して封止接合される。ここで、パッケージ１とリッド１０とには接合材９を溶融させ合金を形成せしめるためにそれぞれ金属膜８，１２が成膜されている。パッケージ１とリッド１０との接合時には、金属膜８，１２によって接合材９が溶融して合金が形成されることにより、パッケージ１とリッド１０とが接合される。金属膜８はパッケージ１の上面１ａにのみ成膜され、金属膜１２は上面１ａに対向する当接面２２のみに成膜される。
【００１１】
接合材９は、例えば金錫はんだ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＺｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＩｎはんだ等の軟ロウ材を用いることができる。また金属膜８，１２は、同じ材料からなり、接合材９を加熱溶融させて合金を形成することが可能な材料であり、例えばＮｉメッキ膜の上に設けられた金メッキ膜などである。また金属膜８，１２は、はんだによって合金を形成することが可能な組成であれば良く、例えばメッキ若しくはスパッタによって成膜されるＮｉ／Ａｕ（接合材８に接触する側がＡｕ、パッケージ１若しくはリッド１０に接触する側がＮｉ）膜を用いることができる。
【００１２】
図１乃至図２に示すようにパッケージ１の内側には、デバイス３を実装（内蔵）可能な中空部（キャビティ）２が設けられている。デバイス３は、キャビティ２に設けられ、後述する光学素子１１と枠体１０ａに対向するダイアタッチ面４の略中央部に図示しない接合材によって実装されている。デバイス３の中心部３ａは、光軸１１ａ上に位置することが好適である。
【００１３】
またキャビティ２内には、パッケージ１の外側（封止されない側）との電気的接続を行うためのパッド６が設けられており、さらにパッケージ１の外側には、パッド６と電気的に接続されるリード５が設けられている。これによりパッケージ１の外側と内側は、電気的なＩ／Ｏが可能となる。また、デバイス３は、ワイヤボンド７によってパッド６に電気的に接続され、更に、リード５を介して真空封止装置の外部に設けられた図示しない電気回路に接続されている。このような構成により、パッケージ１内のデバイス３に電力を供給してデバイス３を駆動可能である。
【００１４】
またキャビティ２において、ダイアタッチ面４には、リッド１０がパッケージ１と接合した際に、リッド１０が後述する圧力によって変形することを抑制する変形抑制部材１３が配設されている。変形抑制部材１３は、リッド１０が変形した際に、光軸１１ａ方向において対向する面である当接面２２と当接する長さを有している。また変形抑制部材１３は、リッド１０が変形した際に、ダイアタッチ面４を基準として光学素子１１が光軸１１ａに沿ってダイアタッチ面４から所望する高さに設置される長さを有している。このように変形抑制部材１３は、デバイス３と光学素子１１の相対距離が所望する値になるようにリッド１０の高さを位置決めする長さを有する。
【００１５】
変形抑制部材１３の外形は、リッド１０（枠体１０ａ）の外形、または光学素子１１の外形と相似形（外形は同じで倍率が異なる）であることが好適である。そのため本実施形態の変形抑制部材１３は、例えば円柱形状を有している。変形抑制部材１３の先端部位１４における当接面（第１の当接面）１５は、ダイアタッチ面４と平行であり、上述した当接面２２と当接する。このようにダイアタッチ面４に配設される変形抑制部材１３は、先端部位１４において当接面２２に対向し、当接面２２に当接する当接面１５を有している。
【００１６】
本実施形態において変形抑制部材１３は、複数配設されており、光軸１１ａ（デバイス３の中心部３ａ）を中心に円周（同心円）上に均等な間隔にて配設されている。変形抑制部材１３は、例えば図２に示すように略１２０°間隔で３本配置されていることが好適である。
【００１７】
図１に示すようにキャビティ２の開口部２ａ側において、リッド１０はパッケージ１と対向する位置に配設される。リッド１０は、所望する波長を有する光をデバイス３上に透過、集光するために透明部材で構成された光学素子１１を有している。より詳細には、リッド１０には、光をデバイスに透過させる開口部１０ｂを有する枠体１０ａが配設されている。光学素子１１は、開口部１０ｂの上方おいて枠体１０ａに保持されている。枠体１０ａには、当接面１５が当接する当接面２２が設けられている。このようにリッド１０（枠体１０ａ）には、変形抑制部材１３（当接面１５）が当接する。
【００１８】
光学素子１１と開口部１０ｂの下方、且つダイアタッチ面４には、上述したデバイス３が実装されている。なおリッド１０がパッケージ１に当接する際に、光学素子１１の光軸１１ａが当接面２２に対して垂直になるように、リッド１０は光学素子１１を有する。またリッド１０がパッケージ１と対向する位置に配設された際、光学素子１１がデバイス３と対向する位置に配設される。
【００１９】
図３に示すように真空封止装置（接合材９によって接合されるパッケージ１とリッド１０）は、真空チャンバ１６に収容される。この真空チャンバ１６は、図示しないクランパーによって保持されるパッケージ１を載置するステージ１７と、リッド１０の上方に昇降可能に配置されているヒータツール１８と、ヒータツール１８を昇降可能に保持するヒータツール駆動機構１９から構成される。
【００２０】
パッケージ１の上方に配置されるリッド１０は、図示しない位置決め機構によってパッケージ１と対向する所望な位置に昇降可能に保持されている。またヒータツール１８は、リッド１０とパッケージ１とが接合する際、リッド１０の上部（光学素子１１が設けられる側）に接合材９を溶融可能な所望の温度に昇温可能であり、更にリッド１０に所望の荷重を与えるように当接可能である。
【００２１】
また真空チャンバ１６は、排気機構２０と、圧力調整機構２１を有している。排気機構２０は、真空チャンバ１６の内部圧力を所望する減圧雰囲気（例えば大気圧よりも低い圧力である真空状態）に調整する。また圧力調整機構２１は、真空チャンバ１６に不活性ガス（例えばＮ２）を流入させ、不活性ガスを充填した状態において、真空チャンバ１６の内部圧力を調整する。
【００２２】
なお、デバイス３と図示しない電気回路との電気的な接続は、ワイヤボンド７やリード５を用いることに限定されるものではなく、フィリップチップ実装やＰＧＡ（ピングリッドアレイ）によって接続しても良い。
【００２３】
パッケージ１とリッド１０の接合方法は、軟ロウ材を用いる接合材９に限定されるものではなく、シーム溶接やレーザ溶接等でもかまわない。
【００２４】
変形抑制部材１３の本数は、３本に限定するものではなく、１本以上あればよい。
【００２５】
光学素子１１は、集光機能を持たないガラス窓等であってもかまわない。
【００２６】
キャビティ２は、パッケージ１に設けられているが、リッド１０に設けられていても良いし、パッケージ１とリッド１０の両方に設けられていても良い。このようにキャビティ２は、パッケージ１とリッド１０が接合材９によって接合した際に、パッケージ１とリッド１０によって形成（内部封止）される空間であればよい。その際、変形抑制部材１３は、パッケージ１またはリッド１０の少なくとも一方におけるキャビティ２内に配設されていればよい。
【００２７】
変形抑制部材１３は、パッケージ１に配設されているが、リッド１０（例えば枠体１０ｂ）に配設さていても良いし、パッケージ１とリッド１０の両方に配設されていても良い。リッド１０に配設さている変形抑制部材１３は、光軸１１ａ方向において対向する面であるダイアタッチ面４と当接する長さを有している。また変形抑制部材１３の先端部位１４における当接面（第２の当接面）１５は、ダイアタッチ面４と平行であり、ダイアタッチ面４と当接する。このようにリッド１０に配設される変形抑制部材１３は、先端部位１４においてダイアタッチ面４に対向し、ダイアタッチ面４に当接する当接面１５を有している。
【００２８】
接合材９は、必ずしも予め金属膜８上に設けられている必要はなく、個別に金属膜８上に載置されても良く、また、リッド１０に成膜されている金属膜１２上に予め設けられていてもよい。
【００２９】
次に本実施形態の動作方法について説明する。
（Ｓｔｅｐ１）
接合材９を有するパッケージ１は、図示しない取り出し口から真空チャンバの１６内に搬入され、ステージ１７上に載置される。その際、パッケージ１は、図示しないクランパーによって保持される。
【００３０】
（Ｓｔｅｐ２）
同様に、リッド１０は、真空チャンバ１６内に搬入され、図示しない位置決め機構によってパッケージ１と対向する所望な位置に保持される。
【００３１】
（Ｓｔｅｐ３）
真空チャンバ１６の図示しない取り出し口が閉められた後、排気機構２０は真空チャンバ１６内の大気を排気する。さらに圧力調整機構２１は不活性ガスを真空チャンバ１６に流入させ、真空チャンバ１６内の内部圧力を所望する減圧雰囲気になるように調整する。
【００３２】
（Ｓｔｅｐ４）
真空チャンバ１６の内部圧力が所望する減圧雰囲気になった後、リッド１０は図示しない位置決め機構によってパッケージ１に対して所望の位置に位置決めされる。これにより金属膜１２は、接合材９と接触し、パッケージ１とリッド１０によって形成されるキャビティ２の内部圧力は、真空チャンバ１６の内部圧力と等しくなる。
【００３３】
（Ｓｔｅｐ５）
ヒータツール駆動機構１９は、ヒータツール１８を降下させ、ヒータツール１８をリッド１０に当接させる。またヒータツール駆動機構１９は、ヒータツール１８を押圧することにより、所望の荷重をリッド１０に加える。
【００３４】
（Ｓｔｅｐ６）
ヒータツール１８は、リッド１０に向けて熱を発生させる。ヒータツール１８によって発生した熱は、伝導および輻射によりリッド１０を加熱する。さらにこの熱は、リッド１０（金属膜１２）と当接する接合材９を加熱溶融する。
【００３５】
（Ｓｔｅｐ７）
接合材９が所望の温度によって加熱して溶融した後、接合材９は、金属膜８及び金属膜１２と合金を形成する。これによりパッケージ１とリッド１０は接合し、ヒータツール１８は加熱動作を終了する。この後、溶融している接合材９は、所望する温度まで所望する時間冷却され、固化される。
接合材９は金属膜８及び金属膜１２と合金を形成し、パッケージ１とリッド１０は接合することにより、パッケージ１とリッド１０によって形成されるキャビティ２は、所望する減圧雰囲気（例えば真空状態）にて、気密封止される。
【００３６】
（Ｓｔｅｐ８）
接合材９が冷却、固化した後、ヒータツール駆動機構１９は、ヒータツール１８を上昇させる。
【００３７】
（Ｓｔｅｐ９）
圧力調整機構２１は、真空チャンバ１６内部の圧力を大気圧に調整する。パッケージ１とリッド１０によって形成されるキャビティ２の内部圧力は、Ｓｔｅｐ３やＳｔｅｐ７における所望する減圧雰囲気であるが、外部圧力は大気圧になる。そのためパッケージ１及びリッド１０は、外部圧力と内部圧力の差圧分、大気圧によって押圧される。
【００３８】
（Ｓｔｅｐ１０）
その際リッド１０は、図４に示すように大気圧によって押圧され、内側（パッケージ１側）に変形する。変形したリッド１０は当接面１５に当接し、変形量（歪み）は変形抑制部材１３によって抑制される。すなわちリッド１０の変形量は変形抑制部材１３の長さによって調整され、リッド１０は変形抑制部材１３の長さによって所望の位置に位置決めされる。これにより光学素子１１は、変形抑制部材１３によってダイアタッチ面４を基準として光軸１１ａに沿ってダイアタッチ面４から所望する高さに設置され、ダイアタッチ面４と所望の距離で配置される。
また光軸１１ａと当接面２２は垂直であるため、光軸１１ａは、ダイアタッチ面４に対して垂直に設置される。
【００３９】
（Ｓｔｅｐ１１）
デバイス３は、ダイアタッチ面４に実装されているため、真空封止装置は、デバイス３と光学素子１１との相対距離と、デバイス３に対する光軸１１ａの角度を、所望の値に調整配置する。
【００４０】
（Ｓｔｅｐ１２）
なお３本の変形抑制部材１３は、略１２０°の均等間隔でダイアタッチ面４に配設されおり、リッド１０が大気圧によって押圧され、内側（パッケージ１側）に変形した際、各変形抑制部材１３は、均等な応力でリッド１０を支持し、リッド１０の変形を抑制する。
【００４１】
（Ｓｔｅｐ１３）
パッケージ１は、クランパーから外され、真空チャンバ１６の図示しない取り出し口が開き、真空封止装置が取り出される。これにより本実施形態の動作が終了する。
【００４２】
このように本実施形態の真空封止装置において、キャビティ２を所望する減圧雰囲気（例えば大気圧よりも低い真空状態）で気密封止する際に、キャビティ２の内部圧力と外部圧力である大気圧との差圧によって、リッド１０が押圧され変形する。本実施形態の真空封止装置は、変形するリッド１０を変形抑制部材１３に当接させることにより、パッケージ１のダイアタッチ面４を基準として、相対距離と角度が所望する値を有するようにリッド１０パッケージ１に配設することができる。
【００４３】
従って本実施形態は、ダイアタッチ面４に実装されているデバイス３と光学素子１１の相対距離および角度を、所望の範囲内に調整配置する事が可能になり、光学信号の劣化を抑え、歩留まりを向上させた安価な真空封止装置を提供することが可能になる。
【００４４】
また本実施形態の真空封止装置は、３本の変形抑制部材１３によって当接面１５において均等な応力でリッド１０を支持するため、リッド１０の変形を抑制することができる。
【００４５】
なお変形抑制部材１３は、均等な応力でリッド１０を支持することができるのであれば、必ずしも円周上に均等な間隔に配設される必要はない。
【００４６】
次に図５乃至図６を参照して第１の実施形態の変形例について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る真空封止装置の構成を示す図である。図６は、封止後の真空封止装置の構成を示す図である。なお図２において接合材９は図示を省略している。なお、図５及び図６において、第１の実施形態と同様の構成については同じ参照符号を付し説明を省略する。
【００４７】
本実施形態のリッド３０の枠体３０ａは、リッド３０の厚み方向においてリッド３０を貫通している光学素子３１を保持している。この光学素子３１の投影面積は、３本の変形抑制部材１３によって形成され、中心部３ａを中心とする投影面積よりも大きい。そのためパッケージ１とリッド３０が接合し、第１の実施形態のように差圧によってリッド３０が変形した際、本実施形態の当接面１５は、光学素子３１に当接する。このようにダイアタッチ面４に配設される本実施形態の変形抑制部材１３は、先端部位１４において光学素子３１に対向し、光学素子３１に当接する当接面１５を有している。また本実施形態の変形抑制部材１３は、光学素子３１が傾いて配置されることを抑制し、デバイス３と光学素子３１の相対距離が傾きを含めて所望する値になるように光学素子３１の高さを位置決めする長さを有する。
【００４８】
次に本変形例の動作方法について説明する。
パッケージ１が真空チャンバの１６内に搬入される動作からパッケージ１及びリッド３０が大気圧によって押圧される動作は、前述した第１の実施形態のＳｔｅｐ１からＳｔｅｐ９までの動作と略同様であるため説明を省略する。
【００４９】
図６に示すように、リッド３０は、大気圧によって押圧され、内側（パッケージ１側）に変形する。変形したリッド３０の枠体３０ａに保持されている光学素子３１は当接面１５に当接し、光学素子３１の変形量は変形抑制部材１３によって抑制される。すなわち光学素子３１の変形量は変形抑制部材１３の長さによって調整され、光学素子３１は変形抑制部材１３の長さによって所望の位置に位置決めされる。これにより光学素子３１は、変形抑制部材１３によってダイアタッチ面４を基準として光軸１１ａに沿ってダイアタッチ面４から所望する高さに設置され、ダイアタッチ面４と所望の距離で配置される。
【００５０】
デバイス３は、ダイアタッチ面４に実装されているため、真空封止装置は、デバイス３と光学素子３１との相対距離と、デバイス３に対する光軸１１ａの角度を、所望の値に調整配置する。このように光学素子３１は、変形抑制部材１３によって抑制されるため、所望する高さ位置及び所望する角度で配置される。
【００５１】
本実施形態におけるこの後の動作は、前述した第１の実施形態のＳｔｅｐ１２からＳｔｅｐ１３までの動作と略同様であるため説明を省略する。
【００５２】
従って、剛性が弱いリッド３０が大気圧によって押圧された場合、本変形例の真空封止装置は、変形抑制部材１３によって、光学素子３１と、光学素子３１を保持するリッド３０の変形量をより低減させ、光学特性の劣化を抑えることが可能になる。また本実施形態は、光学素子３１と、光学素子３１を保持するリッド３０の変形量を低減させることにより、より光学特性の劣化を抑え、歩留まりを向上させた安価な真空封止装置を提供する事が可能になる。
【００５３】
また本変形例は、光学素子３１の変形量を変形抑制部材１３によって直接抑制させるため、第１の実施形態で示すように当接面２２に対して光軸１１ａを垂直になる様に真空封止装置を製造する必要は無くなる。従って本変形例は、第１の実施形態におけるリッド１０と比較してリッド３０の歩留まりを向上させることが可能な真空封止装置をより安価に提供する事が可能になる。
【００５４】
次に図７乃至図８を参照して第２の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態の真空封止装置におけるパッケージの上面図である。図８は、図７をＢ−Ｂ線断面から見た図である。なお図７において接合材９は図示を省略している。なお、図７及び図８において、第１の実施形態と同様の構成については同じ参照符号を付し説明を省略する。なお本実施形態のリッドは、第１の実施形態と略同様であるため、図示及び詳細な説明を省略する。
【００５５】
図７に示すように本実施形態の変形抑制部材４３の外形は、寸法（尺度）は異なるがリッド１０（枠体１０ａ）の外形、または光学素子１１の外形と相似形（外形は同じで倍率が異なる）である。また変形抑制部材４３は、例えば中空の円柱形状を有し、中空リング部品である。変形抑制部材４３は、デバイス３と光学素子１１の相対距離が所望する値になるようにリッド１０の高さを位置決めする長さを有する。
【００５６】
本実施形態の変形抑制部材４３の先端部位４４に形成される当接面４５は、ダイアタッチ面４と平行であり、当接面２２と当接する。このように変形抑制部材４３は、リッド１０がパッケージ１と接合した際に、リッド１０が変形することを抑制する。
【００５７】
なお本実施形態のリッド１０が、上述した変形例におけるリッド３０である場合、変形抑制部材４３は、上述した変形例のようにデバイス３と光学素子３１の相対距離が所望する値になるように光学素子３１の高さを位置決めする長さを有している。その際、当接面４５は、光学素子３１と当接し、これにより変形抑制部材４３はリッド１０がパッケージ１と接合した際に、光学素子３１と、光学素子３１を保持するリッド３０の変形を抑制する。
【００５８】
なお変形抑制部材４３は、ワイヤボンド７との干渉を防止するために切欠４３ａを有している。よってワイヤボンド７は、変形抑制部材４３に干渉せずにデバイス３と接続する。
【００５９】
本実施形態の動作方法は、前述した第１の実施形態の動作方法と略同様であるために詳細な説明は省略する。
前述した第１の実施形態において、変形抑制部材１３は、当接面１５において当接面２２と点当接するため、当接面１５に応力が集中する。しかし本実施形態において、変形抑制部材４３は、連続している面（当接面４５）において当接面２２と面当接する。このように本実施形態の変形抑制部材４３は、第１の実施形態よりも大きな面積で当接するために、応力を分散することができる。また当接面４５は、光学素子１１の外形と相似形であるため、本実施形態の変形抑制部材４３は、応力を均等に分散することができる。
【００６０】
従って、剛性が弱いリッド１０が大気圧によって押圧された場合、本実施形態の真空封止装置は、変形抑制部材４３によってリッド１０の変形量をより低減させ、光学特性の劣化を抑えることが可能になる。また本実施形態は、リッド１０の変形量を低減させることにより、より光学特性の劣化を抑え、歩留まりを向上させた安価な真空封止装置を提供する事が可能になる。
【００６１】
なお、デバイス３がフリップチップ実装され、ワイヤボンド７が存在しない場合は、切欠４３ａは必要ない。
【００６２】
また当接面４５が、当接面２２、または光学素子１１と当接した際、本実施形態の変形抑制部材４３は応力を均等に分散することができるのであれば、変形抑制部材４３は中空の円柱形状を有する必要はなく、例えば中空の角柱形状であっても良い。
【００６３】
また本実施形態の真空封止装置は、上述したように第１の実施形態の変形例を組み込むことができる。
【００６４】
また本発明は、上記実施形態及び変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【００６５】
（付記１）
光を透過させる光学素子を有するリッドと、デバイスが実装されているダイアタッチ面を有するパッケージと、を接合することによって形成される中空部内を真空状態で気密封止する真空封止装置において、
前記中空部内における前記リッド、または前記パッケージの少なくとも一方に配設され、前記リッドが変形することを抑制する変形抑制部材と、
を具備することを特徴とする真空封止装置。
【００６６】
（付記２）
前記パッケージに配設されている前変形抑制部材は、先端部位において前記リッド、または前記光学素子に対向し、前記リッド、または前記光学素子に当接する第１の当接面を有し、
前記リッドに配設されている前記変形抑制部材は、先端部位において前記ダイアタッチ面に対向し、前記ダイアタッチ面に当接する第２の当接面を有し、
前記変形抑制部材は、前記リッドが変形した際に、前記第１の面が前記リッド、または前記光学素子に当接する長さと、前記第２の当接面が前記ダイアタッチ面に当接する長さと、前記ダイアタッチ面を基準として前記光学素子が前記光軸に沿って前記ダイアタッチ面から所望する高さに設置される長さを有することを特徴とする付記１に記載の真空封止装置。
【００６７】
（付記３）
前記変形抑制部材は、柱状形状を有すること特徴とする付記２に記載の真空封止装置。
【００６８】
（付記４）
前記変形抑制部材は複数配設され、前記第１の当接面と前記第２の当接面は、前記ダイアタッチ面と平行であることを特徴とする付記３に記載の真空封止装置。
【００６９】
（付記５）
複数の前記変形抑制部材は、前記光軸を中心に円周上に均等な間隔に配設されていることを特徴とする付記４に記載の真空封止装置。
【００７０】
（付記６）
前記変形抑制部材は、３本配設されており、３本の前記変形抑制部材は、前記光軸を中心に円周上に略１２０度間隔で均等に配設されていることを特徴とする付記５に記載の真空封止装置。
【００７１】
（付記７）
前記変形抑制部材は、円柱状形状を有すること特徴とする付記３に記載の真空封止装置。
【００７２】
（付記８）
前記変形抑制部材の外形は、前記リッド、または前記光学素子の外形と相似形であることを特徴とする付記７に記載の真空封止装置。
【００７３】
（付記９）
前記変形抑制部材の外形は、前記リッド、または前記光学素子の外形と相似形であることを特徴とする付記２に記載の真空封止装置。
【００７４】
（付記１０）
前記変形抑制部材は、中空の柱形状を有していることを特徴とする付記９に記載の真空封止装置。
【００７５】
（付記１１）
前記変形抑制部材は、中空の円柱形状を有していることを特徴とする付記１０に記載の真空封止装置。
【００７６】
（付記１２）
前記変形抑制部材は、中空リングを有していることを特徴とする付記１１に記載の真空封止装置。
【００７７】
（付記１３）
前記第１の当接面と前記第２の当接面は、前記ダイアタッチ面と平行であることを特徴とする付記１２に記載の真空封止装置。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る真空封止装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１をＡ−Ａ線断面から見た図である。
【図３】図３は、真空封止装置を有する真空チャンバの構成を示す図である
【図４】図４は、封止後の真空封止装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る真空封止装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、封止後の真空封止装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態の真空封止装置におけるパッケージの上面図である。
【図８】図８は、図７をＢ−Ｂ線断面から見た図である。
【図９】図９は、従来の気密封止装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…パッケージ、１ａ…上面、２…中空部（キャビティ）、２ａ…開口部、３…デバイス、３ａ…中心部、４…ダイアタッチ面、５…リード、６…パッド、７…ワイヤボンド、８…金属膜、９…接合材、１０…リッド、１０ａ…枠体、１０ｂ…開口部、１１…光学素子、１１ａ…光軸、１２…金属膜、１３…変形抑制部材、１４…先端部位、１５…当接面、１６…真空チャンバ、１７…ステージ、１８…ヒータツール、１９…ヒータツール駆動機構、２０…排気機構、２１…圧力調整機構、２２…当接面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を有するリッドとパッケージによって、その内部に実装された電子デバイス部品を真空封止する真空封止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信装置や顕微鏡などの光学製品に搭載されるチップもしくは基板に、例えばレンズやミラー等の光学的機能を付加することにより、使用する部品点数の削減や製品の小型化、もしくは高機能化を目論んだ開発が盛んに行われている。これらのデバイスには、その機能を有効に発揮するために、また信頼性を確保するために、不活性ガスを封入した気密封止、もしくは真空気密封止が要求されることが多い。気密封止、もしくは真空気密封止されるデバイスに光学的機能が付されているため、気密空間を形成するためのリッド部品にも光学信号の入出力が可能な、光学窓や集光レンズなどの光学素子が必要になる。
【０００３】
このような気密封止装置において、真空空間を形成するためにリッドに光学素子が設けられている技術が、特許文献１に開示されている。図９を参照して、特許文献１の技術について簡単に説明する。
レンズ系１０５を保持する気密容器の上部構造１０６と、デバイスである赤外線撮像素子１０１が実装された気密構造の下部構造１１９と、を気密容器の上部構造と下部構造の突合せ部１２１で組み合わせ、気密容器の上部構造１０６と気密構造の下部構造１１９をレーザ溶接、もしくははんだを含むロウ材で真空気密封止接合する。気密容器の上部構造１０６と気密構造の下部構造１１９により形成される空間内に、必要な部品を実装することにより赤外線撮像部品（赤外線撮像素子１０１）を小型化可能にする。気密容器の上部構造１０６の寸法でレンズ系１０５の高さを調整することなく位置決め可能になるため、赤外線撮像素子１０１とレンズ系１０５の距離を調整する工程を省略することが可能になり、コストを低減させることが可能になる。
【０００４】
このように、集光用のレンズを保持する部品（レンズ系１０５を保持する気密容器の上部構造１０６）と、赤外線撮像素子が実装される部品（赤外線撮像素子１０１が実装された気密構造の下部構造１１９）を組み合わせ、その内部空間を真空気密封止する構造において、小型化および調整の簡易化をはかり、安価に製品を提供する。
【特許文献１】特開２０００−１６２０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
気密容器の上部構造１０６と気密構造の下部構造１１９により形成される空間は、気密容器の上部構造と下部構造の突合せ部１２１によってのみ接合されている。これらの部品は、その内部空間が真空雰囲気に気密封止されているため、例えば部品の肉厚が薄いなど気密容器の上部構造１０６、もしくは気密構造の下部構造１１９の剛性が十分確保されていない場合、大気圧によって押圧されることにより、内側に凹形状に変形してしまう可能性が生じる。
【０００６】
気密容器の上部構造１０６、もしくは気密構造の下部構造１１９の部品が、大気圧によって変形すると、それぞれに保持されているレンズ系１０５と赤外線撮像素子１０１の相対距離、もしくは相対角度が変化するため、レンズ系１０５と赤外線撮像素子１０１の距離もしくは角度を正確に設計どおりに配置することが困難になる。そのため、所望の光学像を赤外線撮像素子１０１に結ぶことが困難になり、画質が劣化してしまう虞が生じる
本発明は、この点に着目してなされたものであり、真空封止によって気密封止空間を形成する部品に変形が生じてもレンズ系とデバイスの相対距離、もしくは相対角度を正確に所望の値に配置することにより、光学信号の劣化を抑え、歩留まりを向上させ安価な真空封止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】
【０００７】
本発明は目的を達成するために、光を透過させる光学素子と前記光学素子を保持する枠体を有するリッドと、デバイスが実装され前記光学素子と前記枠体に対向するダイアタッチ面を有するパッケージと、を接合することによって前記リッドと前記パッケージに形成される中空部を、真空状態で気密封止する真空封止装置において、前記リッドと前記パッケージが接合した際に、前記リッドまたは前記パッケージにおける前記中空部内に配設され、前記リッドが変形することを抑制する変形抑制部材と、を具備することを特徴とする真空封止装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、真空封止によって気密封止空間を形成する部品に変形が生じてもレンズ系とデバイスの相対距離、もしくは相対角度を正確に所望の値に配置することにより、光学信号の劣化を抑え、歩留まりを向上させ安価な真空封止装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１乃至図４を参照して第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る真空封止装置の構成を示す図である。図２は、図１をＡ−Ａ線断面から見た図である。図３は、真空封止装置を有する真空チャンバの構成を示す図である。図４は、封止後の真空封止装置の構成を示す図である。なお図２において接合材９は図示を省略している。
【００１０】
図１に示すように真空封止装置は、パッケージ１とリッド１０から構成される。パッケージ１とリッド１０とは互いに対向する位置に位置決めされ、接合材９を介して封止接合される。ここで、パッケージ１とリッド１０とには接合材９を溶融させ合金を形成せしめるためにそれぞれ金属膜８，１２が成膜されている。パッケージ１とリッド１０との接合時には、金属膜８，１２によって接合材９が溶融して合金が形成されることにより、パッケージ１とリッド１０とが接合される。金属膜８はパッケージ１の上面１ａにのみ成膜され、金属膜１２は上面１ａに対向する当接面２２のみに成膜される。
【００１１】
接合材９は、例えば金錫はんだ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＺｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＩｎはんだ等の軟ロウ材を用いることができる。また金属膜８，１２は、同じ材料からなり、接合材９を加熱溶融させて合金を形成することが可能な材料であり、例えばＮｉメッキ膜の上に設けられた金メッキ膜などである。また金属膜８，１２は、はんだによって合金を形成することが可能な組成であれば良く、例えばメッキ若しくはスパッタによって成膜されるＮｉ／Ａｕ（接合材８に接触する側がＡｕ、パッケージ１若しくはリッド１０に接触する側がＮｉ）膜を用いることができる。
【００１２】
図１乃至図２に示すようにパッケージ１の内側には、デバイス３を実装（内蔵）可能な中空部（キャビティ）２が設けられている。デバイス３は、キャビティ２に設けられ、後述する光学素子１１と枠体１０ａに対向するダイアタッチ面４の略中央部に図示しない接合材によって実装されている。デバイス３の中心部３ａは、光軸１１ａ上に位置することが好適である。
【００１３】
またキャビティ２内には、パッケージ１の外側（封止されない側）との電気的接続を行うためのパッド６が設けられており、さらにパッケージ１の外側には、パッド６と電気的に接続されるリード５が設けられている。これによりパッケージ１の外側と内側は、電気的なＩ／Ｏが可能となる。また、デバイス３は、ワイヤボンド７によってパッド６に電気的に接続され、更に、リード５を介して真空封止装置の外部に設けられた図示しない電気回路に接続されている。このような構成により、パッケージ１内のデバイス３に電力を供給してデバイス３を駆動可能である。
【００１４】
またキャビティ２において、ダイアタッチ面４には、リッド１０がパッケージ１と接合した際に、リッド１０が後述する圧力によって変形することを抑制する変形抑制部材１３が配設されている。変形抑制部材１３は、リッド１０が変形した際に、光軸１１ａ方向において対向する面である当接面２２と当接する長さを有している。また変形抑制部材１３は、リッド１０が変形した際に、ダイアタッチ面４を基準として光学素子１１が光軸１１ａに沿ってダイアタッチ面４から所望する高さに設置される長さを有している。このように変形抑制部材１３は、デバイス３と光学素子１１の相対距離が所望する値になるようにリッド１０の高さを位置決めする長さを有する。
【００１５】
変形抑制部材１３の外形は、リッド１０（枠体１０ａ）の外形、または光学素子１１の外形と相似形（外形は同じで倍率が異なる）であることが好適である。そのため本実施形態の変形抑制部材１３は、例えば円柱形状を有している。変形抑制部材１３の先端部位１４における当接面（第１の当接面）１５は、ダイアタッチ面４と平行であり、上述した当接面２２と当接する。このようにダイアタッチ面４に配設される変形抑制部材１３は、先端部位１４において当接面２２に対向し、当接面２２に当接する当接面１５を有している。
【００１６】
本実施形態において変形抑制部材１３は、複数配設されており、光軸１１ａ（デバイス３の中心部３ａ）を中心に円周（同心円）上に均等な間隔にて配設されている。変形抑制部材１３は、例えば図２に示すように略１２０°間隔で３本配置されていることが好適である。
【００１７】
図１に示すようにキャビティ２の開口部２ａ側において、リッド１０はパッケージ１と対向する位置に配設される。リッド１０は、所望する波長を有する光をデバイス３上に透過、集光するために透明部材で構成された光学素子１１を有している。より詳細には、リッド１０には、光をデバイスに透過させる開口部１０ｂを有する枠体１０ａが配設されている。光学素子１１は、開口部１０ｂの上方おいて枠体１０ａに保持されている。枠体１０ａには、当接面１５が当接する当接面２２が設けられている。このようにリッド１０（枠体１０ａ）には、変形抑制部材１３（当接面１５）が当接する。
【００１８】
光学素子１１と開口部１０ｂの下方、且つダイアタッチ面４には、上述したデバイス３が実装されている。なおリッド１０がパッケージ１に当接する際に、光学素子１１の光軸１１ａが当接面２２に対して垂直になるように、リッド１０は光学素子１１を有する。またリッド１０がパッケージ１と対向する位置に配設された際、光学素子１１がデバイス３と対向する位置に配設される。
【００１９】
図３に示すように真空封止装置（接合材９によって接合されるパッケージ１とリッド１０）は、真空チャンバ１６に収容される。この真空チャンバ１６は、図示しないクランパーによって保持されるパッケージ１を載置するステージ１７と、リッド１０の上方に昇降可能に配置されているヒータツール１８と、ヒータツール１８を昇降可能に保持するヒータツール駆動機構１９から構成される。
【００２０】
パッケージ１の上方に配置されるリッド１０は、図示しない位置決め機構によってパッケージ１と対向する所望な位置に昇降可能に保持されている。またヒータツール１８は、リッド１０とパッケージ１とが接合する際、リッド１０の上部（光学素子１１が設けられる側）に接合材９を溶融可能な所望の温度に昇温可能であり、更にリッド１０に所望の荷重を与えるように当接可能である。
【００２１】
また真空チャンバ１６は、排気機構２０と、圧力調整機構２１を有している。排気機構２０は、真空チャンバ１６の内部圧力を所望する減圧雰囲気（例えば大気圧よりも低い圧力である真空状態）に調整する。また圧力調整機構２１は、真空チャンバ１６に不活性ガス（例えばＮ２）を流入させ、不活性ガスを充填した状態において、真空チャンバ１６の内部圧力を調整する。
【００２２】
なお、デバイス３と図示しない電気回路との電気的な接続は、ワイヤボンド７やリード５を用いることに限定されるものではなく、フィリップチップ実装やＰＧＡ（ピングリッドアレイ）によって接続しても良い。
【００２３】
パッケージ１とリッド１０の接合方法は、軟ロウ材を用いる接合材９に限定されるものではなく、シーム溶接やレーザ溶接等でもかまわない。
【００２４】
変形抑制部材１３の本数は、３本に限定するものではなく、１本以上あればよい。
【００２５】
光学素子１１は、集光機能を持たないガラス窓等であってもかまわない。
【００２６】
キャビティ２は、パッケージ１に設けられているが、リッド１０に設けられていても良いし、パッケージ１とリッド１０の両方に設けられていても良い。このようにキャビティ２は、パッケージ１とリッド１０が接合材９によって接合した際に、パッケージ１とリッド１０によって形成（内部封止）される空間であればよい。その際、変形抑制部材１３は、パッケージ１またはリッド１０の少なくとも一方におけるキャビティ２内に配設されていればよい。
【００２７】
変形抑制部材１３は、パッケージ１に配設されているが、リッド１０（例えば枠体１０ｂ）に配設さていても良いし、パッケージ１とリッド１０の両方に配設されていても良い。リッド１０に配設さている変形抑制部材１３は、光軸１１ａ方向において対向する面であるダイアタッチ面４と当接する長さを有している。また変形抑制部材１３の先端部位１４における当接面（第２の当接面）１５は、ダイアタッチ面４と平行であり、ダイアタッチ面４と当接する。このようにリッド１０に配設される変形抑制部材１３は、先端部位１４においてダイアタッチ面４に対向し、ダイアタッチ面４に当接する当接面１５を有している。
【００２８】
接合材９は、必ずしも予め金属膜８上に設けられている必要はなく、個別に金属膜８上に載置されても良く、また、リッド１０に成膜されている金属膜１２上に予め設けられていてもよい。
【００２９】
次に本実施形態の動作方法について説明する。
（Ｓｔｅｐ１）
接合材９を有するパッケージ１は、図示しない取り出し口から真空チャンバの１６内に搬入され、ステージ１７上に載置される。その際、パッケージ１は、図示しないクランパーによって保持される。
【００３０】
（Ｓｔｅｐ２）
同様に、リッド１０は、真空チャンバ１６内に搬入され、図示しない位置決め機構によってパッケージ１と対向する所望な位置に保持される。
【００３１】
（Ｓｔｅｐ３）
真空チャンバ１６の図示しない取り出し口が閉められた後、排気機構２０は真空チャンバ１６内の大気を排気する。さらに圧力調整機構２１は不活性ガスを真空チャンバ１６に流入させ、真空チャンバ１６内の内部圧力を所望する減圧雰囲気になるように調整する。
【００３２】
（Ｓｔｅｐ４）
真空チャンバ１６の内部圧力が所望する減圧雰囲気になった後、リッド１０は図示しない位置決め機構によってパッケージ１に対して所望の位置に位置決めされる。これにより金属膜１２は、接合材９と接触し、パッケージ１とリッド１０によって形成されるキャビティ２の内部圧力は、真空チャンバ１６の内部圧力と等しくなる。
【００３３】
（Ｓｔｅｐ５）
ヒータツール駆動機構１９は、ヒータツール１８を降下させ、ヒータツール１８をリッド１０に当接させる。またヒータツール駆動機構１９は、ヒータツール１８を押圧することにより、所望の荷重をリッド１０に加える。
【００３４】
（Ｓｔｅｐ６）
ヒータツール１８は、リッド１０に向けて熱を発生させる。ヒータツール１８によって発生した熱は、伝導および輻射によりリッド１０を加熱する。さらにこの熱は、リッド１０（金属膜１２）と当接する接合材９を加熱溶融する。
【００３５】
（Ｓｔｅｐ７）
接合材９が所望の温度によって加熱して溶融した後、接合材９は、金属膜８及び金属膜１２と合金を形成する。これによりパッケージ１とリッド１０は接合し、ヒータツール１８は加熱動作を終了する。この後、溶融している接合材９は、所望する温度まで所望する時間冷却され、固化される。
接合材９は金属膜８及び金属膜１２と合金を形成し、パッケージ１とリッド１０は接合することにより、パッケージ１とリッド１０によって形成されるキャビティ２は、所望する減圧雰囲気（例えば真空状態）にて、気密封止される。
【００３６】
（Ｓｔｅｐ８）
接合材９が冷却、固化した後、ヒータツール駆動機構１９は、ヒータツール１８を上昇させる。
【００３７】
（Ｓｔｅｐ９）
圧力調整機構２１は、真空チャンバ１６内部の圧力を大気圧に調整する。パッケージ１とリッド１０によって形成されるキャビティ２の内部圧力は、Ｓｔｅｐ３やＳｔｅｐ７における所望する減圧雰囲気であるが、外部圧力は大気圧になる。そのためパッケージ１及びリッド１０は、外部圧力と内部圧力の差圧分、大気圧によって押圧される。
【００３８】
（Ｓｔｅｐ１０）
その際リッド１０は、図４に示すように大気圧によって押圧され、内側（パッケージ１側）に変形する。変形したリッド１０は当接面１５に当接し、変形量（歪み）は変形抑制部材１３によって抑制される。すなわちリッド１０の変形量は変形抑制部材１３の長さによって調整され、リッド１０は変形抑制部材１３の長さによって所望の位置に位置決めされる。これにより光学素子１１は、変形抑制部材１３によってダイアタッチ面４を基準として光軸１１ａに沿ってダイアタッチ面４から所望する高さに設置され、ダイアタッチ面４と所望の距離で配置される。
また光軸１１ａと当接面２２は垂直であるため、光軸１１ａは、ダイアタッチ面４に対して垂直に設置される。
【００３９】
（Ｓｔｅｐ１１）
デバイス３は、ダイアタッチ面４に実装されているため、真空封止装置は、デバイス３と光学素子１１との相対距離と、デバイス３に対する光軸１１ａの角度を、所望の値に調整配置する。
【００４０】
（Ｓｔｅｐ１２）
なお３本の変形抑制部材１３は、略１２０°の均等間隔でダイアタッチ面４に配設されおり、リッド１０が大気圧によって押圧され、内側（パッケージ１側）に変形した際、各変形抑制部材１３は、均等な応力でリッド１０を支持し、リッド１０の変形を抑制する。
【００４１】
（Ｓｔｅｐ１３）
パッケージ１は、クランパーから外され、真空チャンバ１６の図示しない取り出し口が開き、真空封止装置が取り出される。これにより本実施形態の動作が終了する。
【００４２】
このように本実施形態の真空封止装置において、キャビティ２を所望する減圧雰囲気（例えば大気圧よりも低い真空状態）で気密封止する際に、キャビティ２の内部圧力と外部圧力である大気圧との差圧によって、リッド１０が押圧され変形する。本実施形態の真空封止装置は、変形するリッド１０を変形抑制部材１３に当接させることにより、パッケージ１のダイアタッチ面４を基準として、相対距離と角度が所望する値を有するようにリッド１０パッケージ１に配設することができる。
【００４３】
従って本実施形態は、ダイアタッチ面４に実装されているデバイス３と光学素子１１の相対距離および角度を、所望の範囲内に調整配置する事が可能になり、光学信号の劣化を抑え、歩留まりを向上させた安価な真空封止装置を提供することが可能になる。
【００４４】
また本実施形態の真空封止装置は、３本の変形抑制部材１３によって当接面１５において均等な応力でリッド１０を支持するため、リッド１０の変形を抑制することができる。
【００４５】
なお変形抑制部材１３は、均等な応力でリッド１０を支持することができるのであれば、必ずしも円周上に均等な間隔に配設される必要はない。
【００４６】
次に図５乃至図６を参照して第１の実施形態の変形例について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る真空封止装置の構成を示す図である。図６は、封止後の真空封止装置の構成を示す図である。なお図２において接合材９は図示を省略している。なお、図５及び図６において、第１の実施形態と同様の構成については同じ参照符号を付し説明を省略する。
【００４７】
本実施形態のリッド３０の枠体３０ａは、リッド３０の厚み方向においてリッド３０を貫通している光学素子３１を保持している。この光学素子３１の投影面積は、３本の変形抑制部材１３によって形成され、中心部３ａを中心とする投影面積よりも大きい。そのためパッケージ１とリッド３０が接合し、第１の実施形態のように差圧によってリッド３０が変形した際、本実施形態の当接面１５は、光学素子３１に当接する。このようにダイアタッチ面４に配設される本実施形態の変形抑制部材１３は、先端部位１４において光学素子３１に対向し、光学素子３１に当接する当接面１５を有している。また本実施形態の変形抑制部材１３は、光学素子３１が傾いて配置されることを抑制し、デバイス３と光学素子３１の相対距離が傾きを含めて所望する値になるように光学素子３１の高さを位置決めする長さを有する。
【００４８】
次に本変形例の動作方法について説明する。
パッケージ１が真空チャンバの１６内に搬入される動作からパッケージ１及びリッド３０が大気圧によって押圧される動作は、前述した第１の実施形態のＳｔｅｐ１からＳｔｅｐ９までの動作と略同様であるため説明を省略する。
【００４９】
図６に示すように、リッド３０は、大気圧によって押圧され、内側（パッケージ１側）に変形する。変形したリッド３０の枠体３０ａに保持されている光学素子３１は当接面１５に当接し、光学素子３１の変形量は変形抑制部材１３によって抑制される。すなわち光学素子３１の変形量は変形抑制部材１３の長さによって調整され、光学素子３１は変形抑制部材１３の長さによって所望の位置に位置決めされる。これにより光学素子３１は、変形抑制部材１３によってダイアタッチ面４を基準として光軸１１ａに沿ってダイアタッチ面４から所望する高さに設置され、ダイアタッチ面４と所望の距離で配置される。
【００５０】
デバイス３は、ダイアタッチ面４に実装されているため、真空封止装置は、デバイス３と光学素子３１との相対距離と、デバイス３に対する光軸１１ａの角度を、所望の値に調整配置する。このように光学素子３１は、変形抑制部材１３によって抑制されるため、所望する高さ位置及び所望する角度で配置される。
【００５１】
本実施形態におけるこの後の動作は、前述した第１の実施形態のＳｔｅｐ１２からＳｔｅｐ１３までの動作と略同様であるため説明を省略する。
【００５２】
従って、剛性が弱いリッド３０が大気圧によって押圧された場合、本変形例の真空封止装置は、変形抑制部材１３によって、光学素子３１と、光学素子３１を保持するリッド３０の変形量をより低減させ、光学特性の劣化を抑えることが可能になる。また本実施形態は、光学素子３１と、光学素子３１を保持するリッド３０の変形量を低減させることにより、より光学特性の劣化を抑え、歩留まりを向上させた安価な真空封止装置を提供する事が可能になる。
【００５３】
また本変形例は、光学素子３１の変形量を変形抑制部材１３によって直接抑制させるため、第１の実施形態で示すように当接面２２に対して光軸１１ａを垂直になる様に真空封止装置を製造する必要は無くなる。従って本変形例は、第１の実施形態におけるリッド１０と比較してリッド３０の歩留まりを向上させることが可能な真空封止装置をより安価に提供する事が可能になる。
【００５４】
次に図７乃至図８を参照して第２の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態の真空封止装置におけるパッケージの上面図である。図８は、図７をＢ−Ｂ線断面から見た図である。なお図７において接合材９は図示を省略している。なお、図７及び図８において、第１の実施形態と同様の構成については同じ参照符号を付し説明を省略する。なお本実施形態のリッドは、第１の実施形態と略同様であるため、図示及び詳細な説明を省略する。
【００５５】
図７に示すように本実施形態の変形抑制部材４３の外形は、寸法（尺度）は異なるがリッド１０（枠体１０ａ）の外形、または光学素子１１の外形と相似形（外形は同じで倍率が異なる）である。また変形抑制部材４３は、例えば中空の円柱形状を有し、中空リング部品である。変形抑制部材４３は、デバイス３と光学素子１１の相対距離が所望する値になるようにリッド１０の高さを位置決めする長さを有する。
【００５６】
本実施形態の変形抑制部材４３の先端部位４４に形成される当接面４５は、ダイアタッチ面４と平行であり、当接面２２と当接する。このように変形抑制部材４３は、リッド１０がパッケージ１と接合した際に、リッド１０が変形することを抑制する。
【００５７】
なお本実施形態のリッド１０が、上述した変形例におけるリッド３０である場合、変形抑制部材４３は、上述した変形例のようにデバイス３と光学素子３１の相対距離が所望する値になるように光学素子３１の高さを位置決めする長さを有している。その際、当接面４５は、光学素子３１と当接し、これにより変形抑制部材４３はリッド１０がパッケージ１と接合した際に、光学素子３１と、光学素子３１を保持するリッド３０の変形を抑制する。
【００５８】
なお変形抑制部材４３は、ワイヤボンド７との干渉を防止するために切欠４３ａを有している。よってワイヤボンド７は、変形抑制部材４３に干渉せずにデバイス３と接続する。
【００５９】
本実施形態の動作方法は、前述した第１の実施形態の動作方法と略同様であるために詳細な説明は省略する。
前述した第１の実施形態において、変形抑制部材１３は、当接面１５において当接面２２と点当接するため、当接面１５に応力が集中する。しかし本実施形態において、変形抑制部材４３は、連続している面（当接面４５）において当接面２２と面当接する。このように本実施形態の変形抑制部材４３は、第１の実施形態よりも大きな面積で当接するために、応力を分散することができる。また当接面４５は、光学素子１１の外形と相似形であるため、本実施形態の変形抑制部材４３は、応力を均等に分散することができる。
【００６０】
従って、剛性が弱いリッド１０が大気圧によって押圧された場合、本実施形態の真空封止装置は、変形抑制部材４３によってリッド１０の変形量をより低減させ、光学特性の劣化を抑えることが可能になる。また本実施形態は、リッド１０の変形量を低減させることにより、より光学特性の劣化を抑え、歩留まりを向上させた安価な真空封止装置を提供する事が可能になる。
【００６１】
なお、デバイス３がフリップチップ実装され、ワイヤボンド７が存在しない場合は、切欠４３ａは必要ない。
【００６２】
また当接面４５が、当接面２２、または光学素子１１と当接した際、本実施形態の変形抑制部材４３は応力を均等に分散することができるのであれば、変形抑制部材４３は中空の円柱形状を有する必要はなく、例えば中空の角柱形状であっても良い。
【００６３】
また本実施形態の真空封止装置は、上述したように第１の実施形態の変形例を組み込むことができる。
【００６４】
また本発明は、上記実施形態及び変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【００６５】
（付記１）
光を透過させる光学素子を有するリッドと、デバイスが実装されているダイアタッチ面を有するパッケージと、を接合することによって形成される中空部内を真空状態で気密封止する真空封止装置において、
前記中空部内における前記リッド、または前記パッケージの少なくとも一方に配設され、前記リッドが変形することを抑制する変形抑制部材と、
を具備することを特徴とする真空封止装置。
【００６６】
（付記２）
前記パッケージに配設されている前変形抑制部材は、先端部位において前記リッド、または前記光学素子に対向し、前記リッド、または前記光学素子に当接する第１の当接面を有し、
前記リッドに配設されている前記変形抑制部材は、先端部位において前記ダイアタッチ面に対向し、前記ダイアタッチ面に当接する第２の当接面を有し、
前記変形抑制部材は、前記リッドが変形した際に、前記第１の面が前記リッド、または前記光学素子に当接する長さと、前記第２の当接面が前記ダイアタッチ面に当接する長さと、前記ダイアタッチ面を基準として前記光学素子が前記光軸に沿って前記ダイアタッチ面から所望する高さに設置される長さを有することを特徴とする付記１に記載の真空封止装置。
【００６７】
（付記３）
前記変形抑制部材は、柱状形状を有すること特徴とする付記２に記載の真空封止装置。
【００６８】
（付記４）
前記変形抑制部材は複数配設され、前記第１の当接面と前記第２の当接面は、前記ダイアタッチ面と平行であることを特徴とする付記３に記載の真空封止装置。
【００６９】
（付記５）
複数の前記変形抑制部材は、前記光軸を中心に円周上に均等な間隔に配設されていることを特徴とする付記４に記載の真空封止装置。
【００７０】
（付記６）
前記変形抑制部材は、３本配設されており、３本の前記変形抑制部材は、前記光軸を中心に円周上に略１２０度間隔で均等に配設されていることを特徴とする付記５に記載の真空封止装置。
【００７１】
（付記７）
前記変形抑制部材は、円柱状形状を有すること特徴とする付記３に記載の真空封止装置。
【００７２】
（付記８）
前記変形抑制部材の外形は、前記リッド、または前記光学素子の外形と相似形であることを特徴とする付記７に記載の真空封止装置。
【００７３】
（付記９）
前記変形抑制部材の外形は、前記リッド、または前記光学素子の外形と相似形であることを特徴とする付記２に記載の真空封止装置。
【００７４】
（付記１０）
前記変形抑制部材は、中空の柱形状を有していることを特徴とする付記９に記載の真空封止装置。
【００７５】
（付記１１）
前記変形抑制部材は、中空の円柱形状を有していることを特徴とする付記１０に記載の真空封止装置。
【００７６】
（付記１２）
前記変形抑制部材は、中空リングを有していることを特徴とする付記１１に記載の真空封止装置。
【００７７】
（付記１３）
前記第１の当接面と前記第２の当接面は、前記ダイアタッチ面と平行であることを特徴とする付記１２に記載の真空封止装置。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る真空封止装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１をＡ−Ａ線断面から見た図である。
【図３】図３は、真空封止装置を有する真空チャンバの構成を示す図である
【図４】図４は、封止後の真空封止装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る真空封止装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、封止後の真空封止装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態の真空封止装置におけるパッケージの上面図である。
【図８】図８は、図７をＢ−Ｂ線断面から見た図である。
【図９】図９は、従来の気密封止装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…パッケージ、１ａ…上面、２…中空部（キャビティ）、２ａ…開口部、３…デバイス、３ａ…中心部、４…ダイアタッチ面、５…リード、６…パッド、７…ワイヤボンド、８…金属膜、９…接合材、１０…リッド、１０ａ…枠体、１０ｂ…開口部、１１…光学素子、１１ａ…光軸、１２…金属膜、１３…変形抑制部材、１４…先端部位、１５…当接面、１６…真空チャンバ、１７…ステージ、１８…ヒータツール、１９…ヒータツール駆動機構、２０…排気機構、２１…圧力調整機構、２２…当接面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させる光学素子と前記光学素子を保持する枠体を有するリッドと、デバイスが実装され前記光学素子と前記枠体に対向するダイアタッチ面を有するパッケージと、を接合することによって前記リッドと前記パッケージに形成される中空部を、真空状態で気密封止する真空封止装置において、
前記リッドと前記パッケージが接合した際に、前記リッドまたは前記パッケージにおける前記中空部内に配設され、前記リッドが変形することを抑制する変形抑制部材と、
を具備することを特徴とする真空封止装置。
【請求項２】
前記変形抑制部材は、前記リッドが変形した際に、光軸方向において前記変形抑制部材に対向する面に当接する長さと、前記ダイアタッチ面を基準として前記光学素子が前記光軸に沿って前記ダイアタッチ面から所望する高さに設置される長さを有することを特徴とする請求項１に記載の真空封止装置。
【請求項３】
前記変形抑制部材は、前記リッド、または前記パッケージの少なくとも一方に配設され、柱状形状を有すること特徴とする請求項１乃至２に記載の真空封止装置。
【請求項４】
前記変形抑制部材は複数配設され、前記変形抑制部材の先端部位における当接面は、光軸方向において前記変形抑制部材に対向する面と当接し、前記ダイアタッチ面と平行であることを特徴とする請求項２乃至３に記載の真空封止装置。
【請求項５】
複数の前記変形抑制部材は、前記光軸を中心に円周上に均等な間隔に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の真空封止装置。
【請求項６】
複数の前記変形抑制部材は、３本配設されており、３本の前記変形抑制部材は、前記光軸を中心に円周上に略１２０度間隔で均等に配設されていることを特徴とする請求項４乃至５に記載の真空封止装置。
【請求項７】
前記変形抑制部材の外形は、前記リッド、または前記光学素子の外形と相似形であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の真空封止装置。
【請求項８】
前記変形抑制部材は、前記リッド、または前記パッケージの少なくとも一方に配設され、中空リングを有していることを特徴とする請求項７に記載の真空封止装置。
【請求項９】
前記変形抑制部材の先端部位における当接面は、光軸方向において前記変形抑制部材に対向する面と当接し、前記ダイアタッチ面と平行であることを特徴とする請求項７乃至８に記載の真空封止装置。
【請求項１０】
前記パッケージの前記ダイアタッチ面に配設される前記変形抑制部材は、先端部位において前記枠体に当接する当接面を有することを特徴とする請求項１乃至９に記載の真空封止装置。
【請求項１１】
前記パッケージの前記ダイアタッチ面に配設される前記変形抑制部材は、先端部位において前記光学素子に当接する当接面を有することを特徴とする請求項１乃至９に記載の真空封止装置。
【請求項１２】
前記リッドに配設される前記変形抑制部材は、先端部位において前記ダイアタッチ面に当接する当接面を有することを特徴とする請求項１乃至９に記載の真空封止装置。
【請求項１】
光を透過させる光学素子と前記光学素子を保持する枠体を有するリッドと、デバイスが実装され前記光学素子と前記枠体に対向するダイアタッチ面を有するパッケージと、を接合することによって前記リッドと前記パッケージに形成される中空部を、真空状態で気密封止する真空封止装置において、
前記リッドと前記パッケージが接合した際に、前記リッドまたは前記パッケージにおける前記中空部内に配設され、前記リッドが変形することを抑制する変形抑制部材と、
を具備することを特徴とする真空封止装置。
【請求項２】
前記変形抑制部材は、前記リッドが変形した際に、光軸方向において前記変形抑制部材に対向する面に当接する長さと、前記ダイアタッチ面を基準として前記光学素子が前記光軸に沿って前記ダイアタッチ面から所望する高さに設置される長さを有することを特徴とする請求項１に記載の真空封止装置。
【請求項３】
前記変形抑制部材は、前記リッド、または前記パッケージの少なくとも一方に配設され、柱状形状を有すること特徴とする請求項１乃至２に記載の真空封止装置。
【請求項４】
前記変形抑制部材は複数配設され、前記変形抑制部材の先端部位における当接面は、光軸方向において前記変形抑制部材に対向する面と当接し、前記ダイアタッチ面と平行であることを特徴とする請求項２乃至３に記載の真空封止装置。
【請求項５】
複数の前記変形抑制部材は、前記光軸を中心に円周上に均等な間隔に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の真空封止装置。
【請求項６】
複数の前記変形抑制部材は、３本配設されており、３本の前記変形抑制部材は、前記光軸を中心に円周上に略１２０度間隔で均等に配設されていることを特徴とする請求項４乃至５に記載の真空封止装置。
【請求項７】
前記変形抑制部材の外形は、前記リッド、または前記光学素子の外形と相似形であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の真空封止装置。
【請求項８】
前記変形抑制部材は、前記リッド、または前記パッケージの少なくとも一方に配設され、中空リングを有していることを特徴とする請求項７に記載の真空封止装置。
【請求項９】
前記変形抑制部材の先端部位における当接面は、光軸方向において前記変形抑制部材に対向する面と当接し、前記ダイアタッチ面と平行であることを特徴とする請求項７乃至８に記載の真空封止装置。
【請求項１０】
前記パッケージの前記ダイアタッチ面に配設される前記変形抑制部材は、先端部位において前記枠体に当接する当接面を有することを特徴とする請求項１乃至９に記載の真空封止装置。
【請求項１１】
前記パッケージの前記ダイアタッチ面に配設される前記変形抑制部材は、先端部位において前記光学素子に当接する当接面を有することを特徴とする請求項１乃至９に記載の真空封止装置。
【請求項１２】
前記リッドに配設される前記変形抑制部材は、先端部位において前記ダイアタッチ面に当接する当接面を有することを特徴とする請求項１乃至９に記載の真空封止装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２９８２０５（Ｐ２００８−２９８２０５Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４５６３１（Ｐ２００７−１４５６３１）
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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