CN102027341B - 分光模块 - Google Patents

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Abstract

在分光模块(1)中，因为光检测元件(5)被安装于中间基板(81)，所以能够防止介于基板(2)的前表面(2a)与中间基板(81)之间的光学树脂剂(63)进入到光检测元件(5)的光通过孔(50)内。因此，能够防止折射和散射等的发生并能够使光(L1)恰当地入射到基板(2)以及分光部(4)。而且，因为中间基板(81)的体积比基板(2)的体积小，所以中间基板(81)在分光模块(1)的环境温度发生变化时，在比基板(2)更加接近于光检测元件(5)的状态下发生膨胀·收缩。因此，与光检测元件(5)被安装于基板(2)的情况相比，能够可靠地防止起因于分光模块(1)的环境温度的变化而使光检测元件(5)的凸块连接发生破裂折断。

Description

分光模块
技术领域
本发明涉及对光进行分光并加以检测的分光模块。
背景技术
作为以往的分光模块，例如众所周知专利文献1～3中所记载的分光模块。在专利文献1中记载了具备使光透过的主体部、对从主体部的规定面侧入射到主体部的光进行分光并反射到规定面侧的分光部以及检测由分光部进行分光并反射的光的光检测元件，并将向分光部行进的光所通过的光通过孔形成于光检测元件的分光模块。根据如此的分光模块，能够防止在光通过孔与光检测元件的光检测部的相对位置关系上发生偏差。
专利文献1：日本特开2004-354176号公报
专利文献2：日本特开2000-65642号公报
专利文献3：日本特开平4-294223号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在如以上所述那样的分光模块中，因为如果用于将光检测元件安装于主体部的树脂剂进入到光检测元件的光通过孔内，那么在入射到主体部的光上可能会发生折射和散射等，所以防止折射和散射等的发生并将光恰当地入射到主体部是极为重要的。
本发明是有鉴于这样的情况而悉心研究的成果，以提供一种能够将光恰当地入射到主体部的分光模块为目的。
解决课题的技术手段
为了达到上述目的，本发明所涉及的分光模块的特征在于，具备使光透过的主体部、对从主体部的规定面侧入射到主体部的光进行分光并且反射到规定面侧的分光部、检测由分光部进行分光的光的光检测元件、被配置于规定面与光检测元件之间并使向分光部行进的光以及从分光部向光检测元件的光检测部行进的光透过的中间基板、以及介于规定面与中间基板之间的光学树脂剂，中间基板的体积比主体部的体积小，在光检测元件上形成有向分光部行进的光所通过的光通过孔，光检测元件由倒焊而与设置于中间基板上的第1配线电连接。
在该分光模块中，因为光检测元件被安装于中间基板，所以能够防止介于主体部的规定面与中间基板之间的光学树脂剂进入到光检测元件的光通过孔内。因此，根据该分光模块，能够防止发生折射和散射等并能够将光恰当地入射到主体部。而且，因为中间基板的体积比主体部的体积小，所以中间基板在分光模块的环境温度发生变化的时候，在比主体部更加接近于光检测元件的状态下发生膨胀·收缩。因此，与光检测元件被安装于主体部的情况相比较，能够可靠地防止起因于分光模块的环境温度的变化而使光检测元件的凸块连接发生破裂折断。
在本发明所涉及的分光模块中，优选，在中间基板与光检测元件之间，在除了向分光部行进的光的光路以及从分光部向光检测部行进的光的光路之外的区域上，配置树脂剂。根据该结构，能够防止在向分光部行进的光以及从分光部向光检测部行进的光上发生折射和散射等，并能够提高中间基板与光检测元件的连接强度，从而更加可靠地防止光检测元件的凸块连接发生破裂折断。
优选，本发明所涉及的分光模块具备被安装于规定面的配线基板，在配线基板上形成有配置了中间基板的开口部，并且设置有与第1配线电连接的第2配线。根据该结构，能够对不是通过光通过孔而要向分光部行进的光进行遮光。
发明的效果
根据本发明，在分光模块中，能够防止折射和散射等的发生并能够使光恰当地入射到主体部。
附图说明
图1是本发明所涉及的分光模块的一个实施方式的平面图。
图2是沿着图1的II-II线的截面图。
图3是图1的分光模块的下面图。
图4是图1的分光模块的主要部分放大截面图。
符号的说明
1…分光模块、2…基板(主体部)、2a…前表面(规定面)、3…透镜部(主体部)、4…分光部、5…光检测元件、5a…光检测部、50…光通过孔、51…配线基板、51a…开口部、52…配线(第2配线)、63…光学树脂剂、81…中间基板、82…配线(第1配线)、85…树脂剂。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。还有，在各个附图中，将相同的符号标注于相同或者相当的部分，从而省略重复的说明。
图1是本发明所涉及的分光模块的一个实施方式的平面图，图2是沿着图1的II-II线的截面图。如图1、2所示，分光模块1具备使从前表面(规定面)2a侧入射的光L1透过的基板(主体部)2、使入射到基板2的光L1透过的透镜部(主体部)3、对入射到透镜部3的光L1进行分光并且反射到前表面2a侧的分光部4、以及检测由分光部4进行分光的光L2的光检测元件5。分光模块1是一种由分光部4将光L1分光成对应于多个波长的光L2，并由光检测元件5检测该光L2，从而测定光L1的波长分布和特定波长成分的强度等的微型分光模块。
图3是图1的分光模块的下面图。如图2、3所示，基板2具有长方形板状(例如全长为15～20mm、全宽为11～12mm、厚度为1～3mm)的形状，透镜部3具有由与其底面3a大致垂直并且彼此大致平行的2个平面切割半球状的透镜而形成侧面3b的形状(例如曲率半径为6～10mm，底面3a的全长为12～18mm，底面3a的全宽(即侧面3b间距离)为6～10mm，高度为5～8mm)。基板2和透镜部3在基板2的后表面2b与透镜部3的底面3a一致的状态下，由BK7、Pyrex(注册商标)、石英等的光透过性玻璃、塑料等而被形成为一体。还有，透镜形状并不限定于球面透镜，也可以是非球面透镜。
如图1、2所示，在基板2的前表面2a上由树脂剂53而粘结有具有配置有长方形板状的中间基板81的截面长方形的开口部51a的长方形板状的配线基板51。在配线基板51上设置有由金属材料构成的配线(第2配线)52。配线52具有被配置于开口部51a的周围的多个垫片部52a、被配置于配线基板51的长边方向上的两端部的多个垫片部52b以及连接对应的垫片部52a和垫片部52b的多个连接部52c。
如图2、3所示，分光部4是具有被形成于透镜部3的外侧表面的衍射层6、被形成于衍射层6的外侧表面的反射层7、以及覆盖衍射层6、反射层7和透镜部3的外侧表面的钝化层54的反射型光栅(gratings)。衍射层6通过沿着基板2的长边方向并列设置多个光栅沟槽6a而被形成，光栅沟槽6a的延伸方向与大致垂直于基板2的长边方向的方向大致一致。衍射层6例如适用锯齿状截面的闪耀光栅(blazedgrating)、矩形状截面的二元光栅(binary grating)、正弦波状截面的全息光栅(holographic grating)等，并通过使光固化性的环氧树脂、丙烯酸树脂或者有机无机混合树脂等的复写(replica)用光学树脂光固化而被形成。反射层7为膜状，例如通过将Al或Au等蒸镀于衍射层6的外侧表面而被形成。还有，通过调整形成反射层7的面积，从而能够调整分光模块1的NA。钝化层54为膜状，例如通过将MgF2或SiOF2、有机膜蒸镀于衍射层6、反射层7和透镜部3的外侧表面而被形成。
图4是图1的分光模块的主要部分放大截面图。如图4所示，中间基板81被配置于配线基板51的开口部51a内，并由使光L1、L2透过的光学树脂剂63而被粘结于基板2的前表面2a(即光学树脂剂63介于基板2的前表面2a与中间基板81之间)。中间基板81由BK7、Pyrex(注册商标)、石英等的光透过性玻璃、塑料等构成，并使光L1、L2透过。中间基板81的体积比基板2的体积小，中间基板81的热容量比基板2的热容量小。
在中间基板81的前表面上，以使由金属材料构成的配线(第1配线)82、电连接部露出的方式，设置有覆盖配线82的绝缘层83以及光吸收层84。配线82以与配线基板51的各个垫片部52a相对应的方式被设置有多个，对应的配线82与垫片部52a由电线62而电连接。作为绝缘层83的材料，可以列举树脂和SiO2、SiN、SiON、TaO、TiO、TiN等以及它们的层叠膜。作为光吸收层84的材料，可以列举黑色抗蚀剂、放入填料(碳和氧化物等)的有色树脂(硅酮树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、复合树脂等)、Cr和Co等的金属或氧化金属、或者其层叠膜、多孔状的陶瓷和金属或者氧化金属。光吸收层84具有光L1所通过的光通过孔84a以及光L2所通过的光通过孔84b。还有，也可以使绝缘层83在光吸收层84的光通过孔84a内或者光通过孔84b内延伸，并使绝缘层83具有光学过滤器的功能。
中间基板81被配置于基板2的前表面2a与光检测元件5之间，光检测元件5被安装于中间基板81上。光检测元件5被形成为长方形板状(例如全长为5～10mm，全宽为1.5～3mm，厚度为0.1～0.8mm)，在光检测元件5的分光部4侧的面上形成有光检测部5a。光检测部5a是CCD影像传感器、PD阵列或者CMOS影像传感器等，多个通道(channel)通过在与分光部4的光栅沟槽6a的延伸方向大致垂直的方向(即光栅沟槽6a的并列设置方向)上排列而成。
另外，在光检测元件5中形成有在通道的排列方向上与光检测部5a并列设置且通过向分光部4行进的光L1的光通过孔50。光通过孔50是在与基板2的长边方向大致垂直的方向上延伸的狭缝(例如长度为0.5～1mm，宽度为10～100μm)，并在相对于光检测部5a被高精度地定位的状态下通过蚀刻等形成。还有，在光检测元件5的与分光部4相反的一侧的面上形成有遮光膜(图中没有表示)。该遮光膜对不是通过光通过孔50而要向分光部4行进的光L1或者对要直接入射到光检测部5a的光L1进行遮光。
再有，在光检测元件5的分光部4侧的面上，以与中间基板81的各个配线82相对应的方式设置有多个电极58，对应的配线82和电极58由凸块14而电连接(即光检测元件5由倒焊而与中间基板81的配线82电连接)。由此，光检测部5a中所产生的电信号通过电极58、凸块14、中间基板81的配线82、电线62以及配线基板51的配线52而被取出至外部。还有，在中间基板81与光检测元件5之间除了光L1、L2的光路之外的区域上，以覆盖凸块14的方式涂布树脂剂85。
在如以上所述构成的分光模块1中，光L1通过光检测元件5的光通过孔50、光吸收层84的光通过孔84a、中间基板81以及光学树脂剂63而从基板2的前表面2a侧入射到基板2，并在基板2以及透镜部3内行进而到达分光部4。到达分光部4的光L1由分光部4而被分光成对应于多个波长的光L2。被分光的光L2由分光部4分光并且反射到基板2的前表面2a侧，在透镜部3以及基板2内行进，并通过光学树脂剂63、中间基板81以及光吸收层84的光通过孔84b而到达光检测元件5的光检测部5a。到达光检测部5a的光L2由光检测元件5检测。
对上述的分光模块1的制造方法进行说明。
首先，用模具一体成形基板2以及透镜部3，之后，将分光部4形成于透镜部3。具体来说，相对于在透镜部3的顶点附近滴下的复写用光学树脂，遮掩刻出了对应于衍射层6的光栅的光透过性的母光栅(master grating)。然后，在该状态下通过照射光而使复写用光学树脂固化，优选，为了稳定化，通过实施加热固化，从而形成具有多个光栅沟槽6a的衍射层6。之后，对母光栅进行脱模，通过将Al或Au等蒸镀于衍射层6的外侧表面从而形成反射层7，进一步通过将MgF2等蒸镀于衍射层6、反射层7以及透镜部3的外侧表面从而形成钝化层54。
另一方面，准备设置有配线82、绝缘层83和光吸收层84的中间基板81以及形成有光通过孔50的光检测元件5，将光检测元件5的电极58作为端子电极，并由凸块14与所对应的中间基板81的配线82相电连接。然后，在中间基板81与光检测元件5之间，以覆盖凸块14的方式，从侧方涂布树脂剂85。
接着，由光学树脂剂63将安装有光检测元件5的中间基板81粘结于基板2的前表面2a。进一步由树脂剂53将配线基板51粘结于基板2的前表面2a。然后，由电线62电连接所对应的中间基板81的配线82与配线基板51的配线52，从而获得分光模块1。
如以上所说明的那样，在分光模块1中，因为光检测元件5被安装于中间基板81，所以能够防止介于基板2的前表面2a与中间基板81之间的光学树脂剂63进入到光检测元件5的光通过孔50内。因此，能够防止折射和散射等的发生并能够使光L1恰当地入射到基板2以及分光部4。
另外，中间基板81的体积比基板2的体积小，中间基板81的热容量比基板2的热容量小(即中间基板81在体积和热容量方面，比基板2更接近于光检测元件5)。因此，中间基板81在分光模块1的环境温度发生变化的时候，在比基板2更加接近于光检测元件5的状态下发生膨胀·收缩。因此，与光检测元件5被安装于基板2的情况相比较，能够可靠地防止起因于分光模块1的环境温度的变化而使光检测元件5的凸块连接发生破裂折断。
另外，因为中间基板81的体积比基板2的体积小，中间基板81的热容量比基板2的热容量小，所以在中间基板81与光检测元件5的倒焊的加热压接的时候，与基板2相比较，则能够在短时间内使中间基板81达到规定的温度(例如150℃～200℃)。因此，可以缩短用于将光检测元件5安装于中间基板81的生产节拍时间(tact time)。
另外，因为由光学树脂剂63将安装有光检测元件5的中间基板81粘结于基板2的前表面2a，所以在粘结时能够防止对光检测元件5的光检测部5a产生损坏。而且，因为在粘结时相对于基板2的前表面2a能够用力按压中间基板81，所以能够使光学树脂剂63的厚度均匀化，并能够除去光学树脂剂63内的气泡。
另外，在中间基板81与光检测元件5之间，在除了向分光部4行进的光L1的光路以及从分光部4向光检测部5a行进的光L2的光路之外的区域上介有树脂剂85。由此，能够防止在光L1、L2上发生折射和散射等，并能够提高中间基板81与光检测元件5之间的连接强度，从而能够更加可靠地防止光检测元件5的凸块连接发生破裂折断。
另外，形成有配置了中间基板81的开口部51a的配线基板51被粘结于基板2的前表面2a。根据该配线基板51，能够对不是通过被安装于中间基板81的光检测元件5的光通过孔50而要向分光部4行进的光进行遮光。
本发明并不限定于上述的实施方式。
例如，也可以将基板2和透镜部3作为不同的个体，并由光学树脂剂等进行接合。在此情况下，在基板2与透镜部3之间也可以形成具有向分光部4行进的光L1所通过的光通过孔以及向光检测元件5的光检测部5a行进的光L2所通过的光通过孔的光吸收层。根据该结构，能够以到达所希望的区域的方式限制一边扩展一边行进的光，并且能够有效地限制杂散光入射到光检测元件5。另外，在光吸收层中，通过使各个光通过孔的尺寸不同，从而能够调整光学NA。
另外，也可以由复写成型用的光透过性低熔点玻璃或塑料等将透镜部3和衍射层6形成为一体。还有，相对于基板2的前表面2a的中间基板81的粘结以及相对于基板2的前表面2a的配线基板51的粘结等，有直接进行的情况和经由任意的层间接地进行的情况。
产业上的利用可能性
根据本发明，在分光模块中，能够防止折射和散射等的发生并能够使光恰当地入射到主体部。

Claims (3)

1.一种分光模块，其特征在于，
具备：
主体部，使光透过；
分光部，对从所述主体部的规定面侧入射到所述主体部的光进行分光并反射到所述规定面侧；
光检测元件，检测由所述分光部进行分光的光；
中间基板，被配置于所述规定面与所述光检测元件之间，并使向所述分光部行进的光以及从所述分光部向所述光检测元件的光检测部行进的光透过；以及
光学树脂剂，介于所述规定面与所述中间基板之间，
所述中间基板的体积比所述主体部的体积小，
所述中间基板的热容量比所述主体部的热容量小，
在所述光检测元件中形成有向所述分光部行进的光所通过的光通过孔，所述光检测元件由倒焊而与设置于所述中间基板的第1配线电连接。
2.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，
在所述中间基板与所述光检测元件之间，在除了向所述分光部行进的光的光路以及从所述分光部向所述光检测部行进的光的光路之外的区域上，配置有树脂剂。
3.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，
具备被安装于所述规定面的配线基板，
在所述配线基板上形成有配置了所述中间基板的开口部，并且设置有与所述第1配线电连接的第2配线。
CN2009801172799A 2008-05-15 2009-05-07 分光模块 Expired - Fee Related CN102027341B (zh)

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