JP2003101063A - 複合光学素子、受光素子装置及び複合光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成の小型化、軽量化を阻害することなく、
受光素子の位置が容易、かつ、高精度に調整できるよう
になされた。 【解決手段】 基板１の一面に取付けられた少なくとも
一つの光学素子２と、基板１の他面に取付けられた半導
体レーザ３及び受光素子４と、基板１と受光素子４との
間に介在された中間部材５とを備える。中間部材５は、
受光素子４に入射する光束が通過するための透孔６及び
導電性を有する部分を有し、この導電性を有する部分に
よって受光素子４の端子と基板１上の導体パターンとを
接続させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクの如き
光学記録媒体に対して情報信号の書込み及び読出しを行
う光学ピックアップ装置において使用される複合光学素
子及び受光素子装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、いわゆる「ＣＤ（登録商標）」、
「ＭＤ（登録商標）」、「ＤＶＤ（登録商標）」などの
光ディスクを記録媒体として使用する記録再生システム
においては、装置の小型、軽量化及び低価格化が望まれ
ている。このような要請に応えるためには、個々の構成
部品について、小型、軽量化、低価格化を図ることが必
要となる。そして、上述のような光ディスク用の光学ピ
ックアップ装置においては、光源となる半導体レーザ
と、受光素子であるシリコン（Ｓｉ）を母材としたＰｉ
ｎダイオードとを集積化することにより、装置の小型、
軽量化、低価格化を図っている。

【０００３】さらに、受光素子においては、受光信号の
処理演算をするＩＣ機能を内蔵させて、受光及び演算の
機能を有する部品として、いわゆる「ＰＤＩＣ」（受光
素子装置）として１チップ化し、装置構成の小型、軽量
化、低価格化を達成している。

【０００４】これら光源及び受光素子に、プリズム、レ
ンズ、回折格子、ホログラムなどの光学部品を加えて一
体化し、光学ピックアップ装置の主要部分の小型化を図
ることができる素子を、複合光学素子と呼んでいる。こ
の複合光学素子は、図１７に示すように、半導体レーザ
１０１、ＰＤＩＣ１０２、及び、レンズ、プリズム、回
折格子、ホログラムなどの光学素子１０３が、基板１０
４上に配置され、電気的、あるいは、機械的に接続され
て構成されている。

【０００５】半導体レーザ１０１は、チップマウント工
程によってサブマウント１０１ａに取付けられ、このサ
ブマウント１０１ａがダイボンド工程によってＰＤＩＣ
１０２に取付けられることにより、このＰＤＩＣ１０２
上に支持される。ＰＤＩＣ１０２は、ＰＤＩＣ基板１０
２ａに受光素子１０２ｂが取付けられて構成されてい
る。また、プリズム１０３がプリズムマウント工程によ
ってＰＤＩＣ１０２上に取付けられるとともに、このＰ
ＤＩＣ１０２がＰＤＩＣマウント工程によって基板１０
４上に取付けられる。

【０００６】この複合光学素子の製造においては、基板
１０４及び各部品に位置の目印となるマーカを予め作っ
ておき、このマーカを位置基準として、基板１０４に対
して各部品を位置決めして接合させる。このような位置
決め方法は、「パッシブアライメント」と言われる。こ
のような、各部品の基板に対する位置決め（アライメン
ト）工程は、複合光学素子の性能に重大な影響を与える
極めて重要な工程である。

【０００７】複合光学素子における各部品の位置は、基
本的には、図１８に示すように、半導体レーザ（光源）
１０１、光ディスク１０７の信号記録面及び受光素子１
０２ｂの受光部が、それぞれ互いにプリズム１０３の反
射面を介して鏡像点位置となるような位置である（な
お、各部品の位置は、意図的にずれをもたせた設計とす
る場合もある）。

【０００８】つまり、半導体レーザ１０１から発せられ
た光は、拡散光束であって、わずかに半導体レーザ側を
焦点とした光となっている。半導体レーザ１０１から出
射された光束は、コリメータレンズ１０５によって平行
光束となされ、対物レンズ１０６によって光ディスク１
０７の信号記録面上に集光される。このとき、対物レン
ズ１０６の位置は、光ディスク１０７の信号記録面上に
常に焦点が結ばれるように、フォーカスサーボによって
制御される。

【０００９】光ディスク１０７の信号記録面上に照射さ
れた光は、この信号記録面で反射され、対物レンズ１０
６、コリメータレンズ１０５及びプリズム１０３を経
て、レンズ１０８，１０９により集光されて、受光素子
１０２ｂに戻ってくる。各光学素子は、光ディスク１０
７の信号記録面からの戻り光が、受光素子１０２ｂの受
光部において、焦点になるように配置されている。すな
わち、半導体レーザ１０１、光ディスク１０７の信号記
録面、受光素子１０２ｂの受光部において、それぞれ光
は焦点位置にある。このため、光源、信号記録面、受光
部が鏡像点位置にあるといえる。

【００１０】一方、複合光学素子をより安価に提供する
ために、可能な限り部品点数を減らす努力も為されてい
る。例えば、図１９に示すように、光ディスクの信号記
録面からの光路長が互いに異なる受光素子１０２ｂ上の
複数の受光部のそれぞれに光を戻す構成において、それ
ぞれの受光部における光束を各受光部に対して合焦点と
するためのレンズを、１つのレンズ１１０とすることが
できる。

【００１１】この複合光学素子においては、厳密には、
レンズ１１０からそれぞれの受光部までの光学距離が異
なるため、同時に合焦点とはなっていない。しかしなが
ら、実用上許容できる程度に、フオーカスエラー信号、
トラッキングエラー信号、光ディスクから読み取られた
反射信号（ＲＦ信号）等を得ることが可能である。この
ような光学部品点数の削減、調整工程の簡素化により、
複合光学素子の小型化、低価格化が図られている。

【００１２】ところで、近年、光ディスク等の記録メデ
ィアの多様化、及び、光学ピックアップ装置における光
源の発光波長の短波長化が図られつつある。

【００１３】記録メディアの多様化としては、いわゆる
「ピットディスク」、「フェイズチェンジディスク」、
「ＭＯ（光磁気）ディスク」など、種々の方式の光ディ
スクが提案されていることが挙げられる。「ピットディ
スク」、「フェイズチェンジディスク」は、光ディスク
上に情報信号に応じて反射率の異なる場所をつくり、そ
の反射率の違いによる戻り光強度の変化を検出すること
で記録情報を読み出す方式である。「ＭＯ（光磁気）デ
ィスク」は、信号記録面における磁気カー効果を利用
し、戻り光の偏光角の違いから記録情報を読み出す方式
である。

【００１４】このような記録メディアの多様化は、これ
ら光ディスクから情報信号を読み出すための光学ピック
アップ装置の構成部品へも影響を与えており、複合光学
素子においても、複雑な光学設計が要求されるようにな
ってきている。

【００１５】例えば、図２０に示すように、「ＣＤ（登
録商標）」に代表される「ピットディスク」から情報信
号の読出しを行うためには、受光素子１０２ｂにおいて
は、フォーカスエラー信号及びＲＦ信号検出用の１つの
４分割受光部１１１と、これを挟む位置に配置されたト
ラッキングエラー信号検出用の２つの受光部１１２，１
１３とが設けられていればよく、したがって、光ディス
クからの戻り光をこれら受光部に入射させるための光学
素子の構成も簡素であった。これに対し、図２１に示す
ように、「ＭＤ（登録商標）」に代表される「ＭＯディ
スク」から情報信号の読出しを行うためには、フォーカ
スエラー信号及びＲＦ信号検出用の１つの４分割受光部
１１１及びトラッキングエラー信号検出用の２つの受光
部１１２，１１３のみならず、異なる偏光状態毎に光強
度を検出する受光部１１４，１１５が必要となる。すな
わち、光磁気信号は微弱であるため、受光素子１０２ｂ
上の２つの受光部１１４，１１５を用いて差動検出をす
ることが必要となる。このように受光部の数が増えるこ
とにより、光ディスクからの戻り光をこれら受光部に入
射させるための光学素子の構成も複雑になる。すなわ
ち、これら受光部に光ディスクからの戻り光を入射させ
るためには、戻り光を３本の光束に分岐させなければな
らず、少なくとも２つのプリズムが必要となる。このと
き、磁気カー効果による偏光方向の変化については、プ
リズムの反射面に対するＰ偏光波、Ｓ偏光波に分けて考
え、１つのプリズムの反射面ではＳ偏光波を反射させて
受光素子１０２ｂの一の受光部１１４へ入射させ、もう
１つのプリズムの反射面ではＰ偏光波を反射させて受光
素子１０２ｂの他の受光部１１５へ入射させることによ
り、検出することができる。そして、光ディスクに情報
信号が何ら記録されていない場合の戻り光について、Ｓ
偏光波、Ｐ偏光波の強度が等しくなるように、複合光学
素子の配置を決定するか、あるいは、例えば、〔１／
２〕波長板等の光学素子を用いる必要がある。このよう
に、近年の記録メディアの多様化によって、複合光学素
子の構造は複雑化することとなる。

【００１６】一方、光源の発光波長の短波長化について
は、光学素子の屈折率、及び、回折角の問題に帰着でき
る。例えば、「ＣＤ（登録商標）」、「ＭＤ（登録商
標）」では、一般的に７８０ｎｍ帯、「ＤＶＤ（登録商
標）」では６５０ｎｍ帯の波長の光が採用されており、
さらに、新規格の光ディスクにおいては、４００ｎｍ帯
の波長の光の使用が検討されている。光学素子の屈折率
の点で考えると、その虚部、すなわち、吸収がまず懸念
される。一般的に使用されている光学ガラスや合成樹脂
材料では、４００ｎｍ近傍よりも短波長の光について
は、吸収が大きくなる。このような吸収があると、必要
な戻り光を得るために光源の発光出力をより高くしなけ
ればならないのみならず、光学素子の変質が生ずるの
で、光学素子の材料選定の自由度が制約されることとな
る。そして、回折角については、光束が短波長であるほ
ど小さくなる。例えば、回折格子のピッチをｄとする
と、この回折格子における回折角θは、以下のように示
される。

【００１７】sinθ＝ｍλ／（ｎｄ）・・・（１）（∵
ｍは整数、λは波長、ｎは屈折率） この（１）式より、光束が短波長になってλが小さくな
るほど、ピッチｄ及び屈折率ｎが一定であれば、回折角
θは小さくなる。

【００１８】ところで、ＰＤＩＣ上に形成する複数の受
光部は、それぞれの大きさ及び間隔について、それぞれ
の受光部に入射する光束に対応した光検出信号が独立的
に検出できるように構成する必要がある。これは、受光
素子の性質や、作成工程能力によって決定されるもので
あり、光束の波長によっては直接の制約は受けない。す
なわち、受光素子上の各受光部の大きさ及び間隔は、光
源の発光波長に対しては独立して決定されているといっ
てよい。したがって、各受光部が独立的に光検出信号を
検出できるための大きさ及び間隔は、光源の発光波長に
依らず、一定と考えてよい。

【００１９】この場合、上述の（１）式より、各受光部
へ戻り光を分配して受光させるためには、回折格子から
各受光部に至る光学的距離を長くしなければならず、構
成が大型化してしまう虞れがある。また、この場合に
は、先述したように、複合光学素子の作成を容易化する
ために戻り光の合焦位置と受光素子の位置とを許容でき
る範囲内でずらそうとしても、その許容範囲が著しく狭
くなってしまう虞れがある。さらに、この場合には、先
述したような、戻り光を１つのレンズによって複数の受
光部に対して集光させるという構成は採れなくなる虞れ
がある。

【００２０】さらに、実装の手段としての光学素子の位
置決めについて考えると、先述したように、マーカを位
置決めの目印として用いる方法を採った場合、光学的距
離が長くなることによって、位置合わせ精度が厳しくな
り、十分な位置決めができなくなる虞れがある。例え
ば、同一の精度での角度合わせ精度に対し、回折格子か
らの受光部までの光学的距離が２倍になるとすると、受
光部と光スポットの位置ずれは２倍になる。このよう
な、受光部と光スポットとの位置ずれは、検出すべき光
検出信号の品質の劣化をもたらし、最悪の場合、検出信
号が全く検出されないことも予想される。

【００２１】上述のように、光学ピックアップ装置を構
成する複合光学素子においては、近年の光ディスクの多
様化、高密度化によって、信号検出系が複雑化し、ま
た、組立て精度の高精度化が要求されている。

【００２２】このような課題に対しては、ベースとなる
基板の一面側にレンズ、プリズム、回折光学素子などの
光学素子を取付け、基板の他面側に、光源となる半導体
レーザ及び受光素子を取付けるという、いわゆる、両面
実装を行い、さらに、組立工程において、光検出信号の
状態を見ながらの位置決め（アクティブアライメント）
を行うことによって解決することが考えられる。

【００２３】このような構成及び組立工程を実現するた
めには、基板、光学素子、半導体レーザ及び受光素子
を、このような構成及び組立工程に適合した形態とする
必要がある。まず、図２２に示すように、基板１０４に
光透過孔１１６を設け、受光素子１０２ｂの受光素子
が、この光透過孔１１６を通して、光ディスクからの戻
り光を検出できるようにする必要がある。また、受光素
子１０２ｂは、受光部を基板１０４に対向させる方向と
して、この基板１０４に接合される必要がある。

【００２４】そして、受光素子１０２ｂにおいて戻り光
を受光したことにより出力される電気信号は、複合光学
素子のパッケージ外に取り出される必要がある。そのた
めの第１の構成としては、基板１０４上に配線を施し、
その配線に受光素子の端子を直接接合させる構成が考え
られる。

【００２５】また、第２の構成としては、例えば、特開
２０００−２２８５３４公報、特開２０００−１８３３
６８公報に記載されているように、受光素子と基極との
間に、電極取出しを仲介するための中継基板を介在させ
る構成が考えられる。なお、特開２０００−２２８５３
４には、受光素子と中継基板とを異方性導電材料で接合
する構成が記載されている。特開２０００−１８３３６
８では、中継基板の一面側に光学素子を取付け、他面側
に受光素子をフリップチップボンディングする構成が記
載されている。

【００２６】さらに、第３の構成としては、受光部と電
極端子とが互いに反対側の面に形成された構成の受光素
子を使用することが考えられる。

【００２７】ところが、従来、受光素子においては、受
光部と電極端子とは同一面側に構成されており、一面側
及び他面側に受光部と電極端子とをそれぞれ配置した構
成のものはない。

【００２８】また、従来の複合光学素子においては、受
光素子をパッケージ（ＰＫＧ）に封止する場合には、樹
脂モールドパッケージに受光素子のチップをマウント
し、ワイヤボンド後、受光部側を樹脂モールドする構成
や、または、樹脂モールドやセラミックからなる中空パ
ッケージに受光素子のチップをマウントし、ワイヤボン
ド後、ガラス基板や合成樹脂平板等でふたをする構成が
採られている。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、複合光
学素子及びＰＤＩＣ（受光素子装置）においては、信号
検出系の複雑化及び組立て精度の高精度化が必要となっ
ており、組立て工程においては、従来のパッシブアライ
メントではなく、アクティブアライメントを行う必要が
生じてきている。

【００３０】アクティブアライメントを可能とする構成
として、前述した第１乃至第３の構成のうちでは、第３
の構成がもっともシンプルであるといえる。この第３の
構成においては、図２３に示すように、受光素子の受光
面が基板１０４に接するように、例えば、ＵＶ（紫外
線）硬化樹脂で接着をし、信号取り出しのための電極を
受光面とは反対の面に形成しておくことにより、パッケ
ージ外への信号の取り出しが可能である。

【００３１】しかしながら、新規にこのような構成の受
光素子を作成することを考えると、解決せねばならない
技術課題が多く残されている。その一つとしては、コン
タクトホール（ビアホール）の形成が挙げられる。すな
わち、この受光素子においては、基板厚以上の深さのホ
ールを設けなくてはならないため、ホールの開口面積と
受光素子の大きさとの関係、あるいは、ホール側壁に設
けなければならない絶縁部、挿入される電極材の断線及
び信頼性といった問題が考えられ、現時点では、この形
態の受光素子を構成することは困難である。

【００３２】一方、第１の構成、すなわち受光部、電極
部を同一面に構成した受光素子を基板に直接フリップチ
ップボンディングする構成では、受光素子からの光検出
信号を見ながら組み立て及び位置調整をするアクティブ
アライメントを行うことは困難である。

【００３３】この第１の構成を採りつつ、位置決め中に
受光素子からの光検出信号を見るためには、図２４に示
すように、受光素子１０２ｂの電極部に、例えば、プロ
ーブピン１１７などの電導体を接触させなければならな
い。すなわち、第１の方式においてアクティブアライメ
ントを行うには、受光素子１０２ｂの位置調整時に、こ
の受光素子１０２ｂと基板１０４との間に、プローブピ
ン１１７が入るだけの空隙（スペース）を設けねばなら
ない。すなわち、基板１０４と受光素子１０２ｂを接触
させたままでは、この受光素子１０２ｂの位置調整は行
えない。受光素子１０２ｂの位置調整中に、この受光素
子１０２ｂと基板１０４との間に空隙を設けると、位置
調整時と組み立て後で、受光面上におするスポットサイ
ズが異なることとなる。このため、調整時には良好であ
った出力信号が組立後において悪化することとなり、位
置調整が困難となる。

【００３４】以上の点から、第１及び第３の構成は、レ
ンズ、プリズム、回折素子などの光学素子の少なく一つ
と、発光素子と、受光素子とを基板に対して両面実装す
る複合光学素子においては、採用することは極めて困難
であるといえる。

【００３５】そして、受光素子をパッケージ（ＰＫＧ）
に封止する場合においては、光源の発光波長が、例え
ば、４００ｎｍ（青紫レーザ）程度に短くなると、モー
ルド樹脂にこの波長帯域の光を吸収するものが多いた
め、赤外光や可視光（赤〜青）用に従来より用いられて
きた合成樹脂材料が使えない場合が多く存在する。

【００３６】すなわち、樹脂モールドパッケージに受光
素子のチップをマウントし、ワイヤボンド後、受光部側
を樹脂モールドする構成においては、短波長域で透過率
の高いモールド樹脂を用いることが必要となるが、成形
性、封止性等も考えると、適切な材料がない。また、樹
脂モールドやセラミックからなる中空パッケージに受光
素子のチップをマウントし、ワイヤボンド後、ガラス基
板や合成樹脂平板等でふたをする構成においては、比較
的コストが高くなり、また、全体の大きさとしても一回
り大きくなってしまう。

【００３７】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、構成の小型化、軽量化を阻害す
ることなく、受光素子の位置が容易、かつ、高精度に調
整できるようになされた複合光学素子及び受光素子装置
を提供しようとするものである。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る複合光学素子は、基板と、この基板の
一面に取付けられた少なくとも一つの光学素子と、基板
の他面に取付けられた発光素子及び受光素子と、基板と
受光素子との間に介在された中間部材とを備え、中間部
材をなす母材は、発光素子の発光波長において吸収を有
する材料であり、中間部材は、受光素子に入射する光束
が通過するための孔部及び導電性を有する部分を有し、
この導電性を有する部分によって該受光素子の端子と基
板上の導体パターンとを接続させていることを特徴とす
る。

【００３９】また、本発明に係る複合光学素子は、基板
と、この基板の一面に取付けられた少なくとも一つの光
学素子と、基板の他面に取付けられた発光素子及び受光
素子と、基板と受光素子との間に介在された中間部材と
を備え、中間部材は、発光素子の発光波長における吸収
のない透明材料である母材からなり、導電性を有する部
分を有し、この導電性を有する部分によって該受光素子
の端子と基板上の導体パターンとを接続させていること
を特徴とする。

【００４０】さらに、本発明に係る受光素子装置は、基
板と、この基板の一面に取付けられた少なくとも一つの
光学素子と、基板の他面に取付けられた受光素子と、基
板と受光素子との間に介在された中間部材とを備え、中
間部材は、発光素子の発光波長における吸収のない透明
材料である母材からなり、導電性を有する部分を有し、
この導電性を有する部分によって該受光素子の端子と基
板上の導体パターンとを接続させていることを特徴とす
る。

【００４１】また、本発明に係る複合光学素子の製造方
法は、導体パターンを有する基板の一面に少なくとも一
つの光学素子を取付け、基板の他面に発光素子を取付
け、受光素子に入射する光束が通過するための孔部及び
導電性を有する部分を有し基板と該受光素子との間に介
在される中間部材に該受光素子を位置決めして取り付け
ておき、基板の他面に中間部材を取付け、中間部材の導
電性を有する部分によって受光素子の端子と基板上の導
体パターンとを接続させることを特徴とするものであ
る。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００４３】本発明に係る複合光学素子及び受光素子装
置は、図１に示すように、基板１の一面側に取付けられ
た少なくとも１つのレンズ、プリズム、回折素子などの
光学素子２と、基板１の他面側に取付けられた発光素子
である半導体レーザ３及び受光素子４とを備えて構成さ
れている。そして、基板１と受光素子４との間には、中
間部材となる中継基板５が介在されて配設されている。
そして、本発明に係る複合光学素子の製造方法は、この
ような複合光学素子を製造するための方法である。

【００４４】基板１には、半導体レーザ３が発した光束
を基板１の一面側に出射させるための第１の透孔８が形
成されている。また、この基板１には、後述する光ディ
スクからの戻り光を基板１の一面側より受光素子４に入
射させるための第２の透孔９が形成されている。半導体
レーザ３は、例えば、４００ｎｍ付近、または、これよ
り紫外側の発光波長帯域を有する半導体レーザである。

【００４５】中継基板５は、半導体レーザ３の発光波長
において吸収を有する材料（アルミナ、窒化アルミニウ
ム、または、ガラスエポキシのいずれかであるセラミッ
ク材料、あるいは、シリコン、ガリウム−ヒ素、インジ
ウム−燐、または、ジンクセレンのいずれかである半導
体材料）を母材として形成され、図２に示すように、光
ディスクからの戻り光を通すための第３の透孔６を有し
ている。

【００４６】この第３の透孔６は、少なくとも受光素子
４の受光部全体が基板１の一面側に臨むことができる大
きさとなっている。さらに、この第３の透孔６を、受光
素子４に印された位置決めのためのマーカがこの第３の
透孔６を通して見える大きさとすれば、組立工程を簡易
にし、また、組立て装置の構成を簡易にすることができ
る。

【００４７】そして、この中継基板５の主面部には、導
電性を有する部分として、ニッケル（Ｎｉ）を下地メタ
ルとし、その上に金（Ａｕ）を配置した配線７が設けら
れている。この配線７をなす材料は、金（Ａｕ）、ニッ
ケル（Ｎｉ）の他、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、
アルミニウム（Ａｌ）などとしてもよい。また、この中
継基板５上には、位置決めのためのマーク７ａが形成さ
れている。

【００４８】この複合光学素子及び受光素子装置におい
ては、受光素子４は、予め中継基板５に取り付けてお
く。すなわち、まず、図３に示すように、受光素子４に
設けられた、例えば、アルミニウム（ＡＩ）からなる電
極端子の上に、例えば、ワイヤボンダ２０１を用いて、
超音波により、金（Ａｕ）のワイヤボールバンプ１０を
形成する。金は、金ワイヤ（Ａｕワイヤ）２０２とし
て、受光素子４上に供給される。このとき、温度調節付
きステージ２０３に受光素子４を載置させておくことに
より、受光素子４全体を１００°Ｃ以上に加熱しておく
と、ワイヤボールバンプ１０が良好に形成される。

【００４９】次に、図４に示すように、各ワイヤボール
バンプ１０の高をそろえるために、受光素子４をプレス
用基台２０４に載せ、平坦性の良い平板状のプレス板２
０５を用いてプレス処理をする。このとき、プレス板２
０５の降りる高さは、プレス用基台２０４上に載せたス
ペーサ２０６によって規制される。

【００５０】次に、図５に示すように、中継基板５に、
ワイヤボールバンプ１０が形成された受光素子４を接合
させる。この接合（バンプ接合）は、超音波ホーン２０
７により吸着コレット２０８を介して受光素子４を保持
し、１００°Ｃ程度に加熱した温度調節付きステージ２
０３に載せた中継基板５に対し、この受光素子４を押接
させて超音波振動させることにより行う。

【００５１】このとき、中継基極５及び受光素子４に、
位置合わせ用のマーカを形成しておき、このマーカに基
づいて位置決めを行うことができる。この位置決めは、
対向された中継基板５及び受光素子４の間に配置された
位置決め用プリズム２０９及びプリズム２１０を介し
て、ＣＣＤカメラ２１１によって、中継基板５のマーカ
と受光素子４のマーカとを同時に観察することにより行
う。位置決め用プリズム２０９は、中継基板５に向いた
傾斜面と受光素子４に向いた傾斜面とを有しており、中
継基板５からの光と受光素子４からの光とを、同時にＣ
ＣＤカメラ２１１に到達させるようになっている。

【００５２】この接合においては、中継基板５の配線７
上に受光素子４のワイヤボールバンプ１０が確実に接す
るようにしなければならない。配線７にワイヤボールバ
ンプ１０が確実に接するようにするためには、例えば、
図６に示すように、中継基板５の配線７の幅を１００μ
ｍとし、ワイヤボールバンプ１０の径を６０μｍとする
というように、配線７の幅をワイヤボールバンプ１０の
径よりも広くしておくと、位置合わせ工程が容易とな
る。すなわち、ワイヤボールバンプ１０のピッチと配線
７のピッチとを等しくしておけば、配線７の幅とワイヤ
ボールバンプ１０の径との差が、接合時の位置ずれのマ
ージン（許容値）となる。

【００５３】位置決め後、図５に示すように、超音波ホ
ーン２０７につながった吸着コレット２０８を介して、
受光素子４の裏面より超音波を加える。この超音波によ
って、超音波共晶により、ワイヤボールバンプ１０と配
線７とは、電気的に、かつ、物理的にも、接合される。

【００５４】この接合において、受光素子４及び中継基
板５の四隅部分に、紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂を少量供
給して、硬化させることにより、これら受光素子４及び
中継基板５間の物理的な接合強度を確保することができ
る。ただし、紫外線硬化型樹脂は、受光素子４の受光部
には到達しないようにすることが必要である。

【００５５】なお、これら受光素子４と中継基板５との
接合においては、異方性導電材料は用いない方が好まし
い。異方性導電材料には、液状、膜状のものがあるが、
液状のものは、一般的にはチクソ性が低く、受光素子４
の全体に広がってしまうことが予想される。すなわち、
異方性導電材料は、受光素子４の受光部にまで到達して
しまう虞れがある。そして、異方性導電材料には、真空
とは異なる屈折率を有し、光の吸収を伴うものもある。
したがって、異方性導電材料が受光素子４の受光部に到
達している場合には、異方性導電材料の光の吸収によ
り、発光素子４における光検出信号の強度が弱まり、ま
た、異方性導電材料の屈折率が真空と異なるので、光学
距離が変調されることになる。この場合には、受光素子
４の受光部に到達した異方性導電材料の膜厚を制御しな
ければならないことになるが、このような制御は困難で
あるから、異方性導電材料は用いない方がよいのであ
る。

【００５６】そして、中継基板５が、半導体レーザ３の
発光波長において吸収を有しない材料（サファイア、光
学ガラス、合成樹脂材料、III族窒化物半導体、酸化亜
鉛、酸化シリコン）を母材として形成されている場合に
は、図７中の（ａ）に示すように、上述したような透孔
を設ける必要がない。この場合には、半導体レーザ３の
発光波長に対じて、中継基板５の両面、または、片面
に、無反射コート（ＡＲコート）が施すとよい。

【００５７】この透明な中継基板５上には、図８に示す
ように、上述した中継基板５と同様に、バンプ用電極部
を含む配線７が形成されている。すなわち、この配線７
は、受光素子４と上述のようなバンプ接合を行なうため
のバンプ用電極部と、外部との接続をするための端子部
分とを有し、これらをつなげた状態に形成されている。

【００５８】この場合にも、上述の中継基板５と同様
に、図７中の（ｂ）に示す受光素子４がバンプ接合され
る。すなわち、図７中の（ｃ）に示すように、ワイヤボ
ールバンプ１０が電極上に形成された受光素子４と、中
継基板５とを、図７中の（ｄ）に示すように、接合（バ
ンプ接合）する。

【００５９】この後、図７中の（ｅ）及び（ｆ）に示す
ように、受光側４及び中継基板５の接合部の周囲を接着
剤、低融点ガラス１２などで被い、接合部より内側を封
止する。また、受光素子４の裏面部は、樹脂やテープ等
で保護してもよい。

【００６０】このようにして、中継基板５に受光素子４
が実装された受光ユニット１１が構成される。

【００６１】次に、図９に示すように、光学素子２及び
半導体レーザ３が取付けられた基板１に対して、図１０
に示すように、受光素子４と中継基板５とを一体化させ
た受光ユニット１１を取り付ける。光学素子２及び半導
体レーザ３は、基板１に対しては、接着によって取付け
る。この接着は、後の工程で取り外しができるような、
いわゆる、仮止めであってもよい。使用する接着剤とし
ては、例えば、銀（Ａｇ）ペースト、熱硬化型樹脂、紫
外線（ＵＶ）硬化型樹脂などが挙げられる。なお、接着
時における熱変形を抑えるためには、低温熱硬化型樹
脂、あるいは、紫外線硬化型樹脂を用いることが望まし
い。

【００６２】受光ユニット１１は、光学素子２及び半導
体レーザ３が取付けられた基板１に対する位置決めを行
ってから、基板１に接着して取付ける。この位置決め
は、マーカを用いた位置決め（パッシブアライメント）
でもよいが、位置精度を高めるためには、半導体レーザ
３を発光させて、受光ユニット１１からの出力信号を見
ながら行なう位置決め（アクティブアライメント）とす
ることができる。

【００６３】アクティブアライメントを行なう場合に
は、図１１に示すように、半導体レーザ３を発光させ、
ダミーディスク２１０を用いて、半導体レーザ３からの
光束を反射させて戻す。そして、受光ユニット１１を、
コレット２０９によって支持して、中継基板５を基板１
に接触させる状態に位置させる。受光ユニット１１の位
置調整は、この受光ユニット１１からの出力信号をモニ
タしながら、常に基板１に接触させた状態で、受光ユニ
ット１１を移動させることにより行う。受光ユニット１
１が常に基板１に接触していることにより、ダミーディ
スク２１０から受光素子４の受光面までの光路長は、常
に一定に保たれる。

【００６４】受光ユニット１１を支持するコレット２０
９は、図１２に示すように、中継基板５の周囲部を保持
するとともに、受光素子４からの出力信号を取り出すた
めのブローバ２１１を有して構成されている。

【００６５】この調整においてモニタする信号の種類
は、受光素子４における受光部の配置によって異なる。
例えば、受光素子４の受光部が、図１３に示すように、
戻り光を放射状に４分割して受光する受光部Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄにより非点隔差法によるフォーカスエラー信号を
検出し、これら受光部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの両側のそれぞれ
戻り光を平行に３分割して受光部する受光部Ｅ，Ｉ，
Ｆ、受光部Ｇ，Ｊ，Ｈにおいて、プッシュプル法による
トラッキングエラー信号を検出し、さらに、残る２つの
受光部Ｋ，Ｌによって、差動検出を行ってＲＦ信号（Ｍ
Ｏ信号）を検出する受光部である場合、各受光部からの
光検出出力を用いた以下の演算結果に基づいて、受光ユ
ニット１１の位置調整を行うことができる。すなわち、
記録媒体上の記録トラックに沿う方向であるＸ方向につ
いては、以下の演算を用いる。

【００６６】（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） また、記録トラックに直交する方向であるＹ方向につい
ては、以下の演算を用いる。

【００６７】（Ａ＋Ｂ）−（Ｄ＋Ｃ） または、 （Ｅ＋Ｇ）−（Ｆ＋Ｈ） また、半導体レーザ３からの光束の光軸方向であるＺ方
向についての調節は、半導体レーザ３を光軸方向に動か
すか、あるいは、受光ユニット１１及び基板１の間に孔
を有するスペーサを配設することにより行うことができ
る。なお、半導体レーザ３から発せられた光束を９０°
偏向させて基板１側に入射させるプリズムが基板１に取
付けられている場合には、Ｚ方向の調節は、半導体レー
ザ３を基板１の主面に沿って移動させることによって行
うことができる。

【００６８】なお、この複合光学素子における受光素子
４の受光部のパターンは種々考えられ、アクティブアラ
イメントにおいてモニタする信号を得るための演算は、
受光部のパターンに応じて、適宜決定される。

【００６９】以下、中継基板５の作成方法について説明
する。中間基板５をなす材料（母材）が、アルミナ、窒
化アルミニウム、または、ガラスエポキシのいずれかで
あるセラミック材料である場合には、これらの材料は可
視光帯域の光を透過させないため、図１４に示すよう
に、まず、ステップｓｔ１において、複数枚の中継基板
５がつながった状態の材料に孔開けを行い、個々の中継
基板５に分離するための溝を形成しておく。次に、ステ
ップｓｔ２において、配線７の下地（アルミニウム、ニ
ッケル）を印刷処理により形成し、ステップｓｔ３にお
いて、この下地を焼結させる。次のステップｓｔ４にお
いては、配線７の下地の上に上配線材（金など）のメッ
キ処理を行う。そして、ステップｓｔ５において、個々
の中継基板５に分離（ブレーク）する。これらセラミッ
ク材料は、安価であり、厚みを薄くしても強度が強いと
いう利点を有する。

【００７０】また、中間基板５をなす材料（母材）が、
シリコン（Ｓｉ）、ガリウム−ヒ素（ＧａＡｓ）、イン
ジウム−燐（ＩｎＰ）、または、ジンクセレン（ＺｎＳ
ｅ）のいずれかである半導体材料である場合には、図１
５に示すように、いわゆるドライエッチングの方法によ
って、配線７を形成する。これら半導体材料は、いずれ
も一般的な半導体製造工程において用いられる材料であ
るので、加工プロセスが確立されているということが利
点である。すなわち、ステップｓｔ１１において、孔開
け用のマスクを形成しておき、ステップｓｔ１２におい
て、複数枚の中継基板５がつながった状態のウエハに対
し、ドライエッチングによる孔開けを行う。次に、ステ
ップｓｔ１３乃至ステップｓｔ１５において、配線パタ
ーン及びマーカの印刷、蒸着、リフトオフを行い、配線
７及びマーカを形成する。そして、ステップｓｔ１６に
おいて、ダイサカットにより、個々の中継基板５に分離
する。

【００７１】これら半導体材料の特徴としては、劈開性
があるため、ウエハ上において複数の中継基板を作り込
み、後に個々の中継基板５に分離することが容易である
ことが挙げられる。この工程は、一般的なダイサ工程で
あってもよいし、傷を入れておいてブレークする劈開工
程であってもよい。また、ホトリソグラフィの工程も確
立されており、配線７の線幅、ピッチ及び厚さが高精度
に制御できるという利点がある。もし、配線７のサイズ
精度、中継基板５のサイズ精度が低い（公差が大きい）
と、基板１においてもその公差に応じたマージンを取る
必要があるため、基板１の大きさは大きくなってしま
う。基板１が大きくなると、複合光学素子の全体の大き
さも大きくなってしまう。したがって、配線７のサイズ
精度、中継基板５のサイズ精度が高いことにより、基板
１の大きさを小さくでき、複合光学素子の全体の大きさ
も小さくすることができる。

【００７２】なお、これら半導体材料は、バンドギャッ
プ以下の光に対しては吸収を起こさないので、光源であ
る半導体レーザ３の発光波長がこのバンドギャップ以下
に対応している場合は、中継基板５に孔を設ける必要は
ない。

【００７３】さらに、中間基板５をなす材料（母材）
が、サファイア、光学ガラス、合成樹脂材料、III族窒
化物半導体、酸化亜鉛、酸化シリコンのいずれかであ
り、半導体レーザ３から発せられた光束の波長帯域の光
を吸収しない材料である場合には、この中継基板５に透
孔６を設ける必要はない。したがって、この場合、中継
基板５の作成は、図１６に示すように、ステップｓｔ２
１乃至ステップｓｔ２３で、複数枚の中継基板５がつな
がった状態のウエハに対し、配線パターン及びマーカの
印刷、蒸着、リフトオフを行い、配線７及びマーカを形
成する。そして、ステップｓｔ２４において、ダイサカ
ットにより、個々の中継基板５に分離する。

【００７４】なお、上述の実施の形態においては、受光
素子４へのワイヤボールバンプ１０の形成は、受光素子
４の個々について行っているが、このワイヤボールバン
プ１０は、複数の受光素子４が連なった状態のウエハ上
で形成することも可能である。同様に、上述の実施の形
態においては、受光素子４と中継基板５との接合も、個
々の受光素子４及び中継基板５の間で行っているが、と
もにウエハの状態、あるいは、これらのいずれか一方が
ウエハの状態で行ってもよい。むしろ、生産性の観点か
らは、ウエハの状態で行う工程の方が望ましい。

【００７５】また、上述の実施の形態においては、受光
素子４にワイヤボールバンプ１０を形成し、中継基板５
に配線７を形成しているが、受光素子４に配設７を形成
し、中継基板５にワイヤボールバンプ１０を形成するこ
ととしてもよい。

【００７６】さらに、上述の実施の形態では、光源とし
て半導体レーザ３を用いているが、本発明における光源
の種類は限定されるものではない。例えば、光源は、有
機材料を用いた発光素子などであってもよい。

【００７７】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る複合光学素
子、受光素子装置及び複合光学素子の製造方法において
は、基板と、この基板の一面に取付けられた少なくとも
一つの光学素子と、基板の他面に取付けられた発光素子
及び受光素子、または、受光素子と、基板と受光素子と
の間に介在された中間部材とを備え、この中間部材は、
受光素子に入射する光束が通過するための孔を有する
か、または、発光素子の発光波長における吸収のない透
明材料である母材からなり、導電性を有する部分を有
し、この導電性を有する部分によって受光素子の端子と
基板上の導体パターンとを接続させる。

【００７８】したがって、この複合光学素子、受光素子
装置及び複合光学素子の製造方法においては、受光素子
からの光検出出力をモニタしながら位置決めを行うアク
ティブアライメントを容易に行うことができ、受光素子
のマウント精度を向上させることができる。そして、受
光素子のマウント精度の向上により、光源の短波長化に
よる要求精度の向上に対応することができる。また、複
雑な信号検出原理にも対応することができる。

【００７９】そして、本発明を実施した製造にあたって
は、従来より使用されている既存の設備を用いることが
できるため、安価に製造することができる。

【００８０】すなわち、本発明は、構成の小型化、軽量
化を阻害することなく、受光素子の位置が容易、かつ、
高精度に調整できるようになされた複合光学素子及び受
光素子装置を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合光学素子の構成を示す側面図
である。

【図２】上記複合光学素子を構成する不透明な中継基板
の形状を示す平面図である。

【図３】上記複合光学素子の製造工程においてワイヤボ
ンダを用いて受光素子上にワイヤボールバンプを形成し
ている状態を示す側面図である。

【図４】上記複合光学素子の製造工程において受光素子
上のワイヤボールバンプを整形している状態を示す側面
図である。

【図５】上記複合光学素子の製造工程において受光素子
と中継基板との位置決めを行っている状態を示す側面図
である。

【図６】上記複合光学素子の製造工程において受光素子
と中継基板とがバンプ接合されている状態の要部を示す
側面図である。

【図７】上記複合光学素子の中継基板が透明である場合
における受光ユニットの製造工程を示す斜視図及び側面
図である。

【図８】上記複合光学素子を構成する透明な中継基板の
形状を示す平面図である。

【図９】上記複合光学素子の製造工程において発光素子
及び光学素子が取付けられた基板の構成を示す側面図で
ある。

【図１０】上記複合光学素子の製造工程における受光ユ
ニットの構成を示す側面図である。

【図１１】上記複合光学素子の製造工程において受光ユ
ニットを基板に対して位置決めしている状態を示す側面
図である。

【図１２】上記複合光学素子の製造工程において受光ユ
ニットを保持するコレットの構成を示す側面図である。

【図１３】上記複合光学素子における受光素子の受光部
のパターンを示す平面図である。

【図１４】母材がセラミックである場合の中継基板の製
造過程を示すフローチャートである。

【図１５】母材が半導体である場合の中継基板の製造過
程を示すフローチャートである。

【図１６】母材が透明材料である場合の中継基板の製造
過程を示すフローチャートである。

【図１７】従来の複合光学素子の構成を示す分解平面図
である。

【図１８】従来の複合光学素子を用いて構成された光学
ピックアップ装置の構成を示す側面図である。

【図１９】従来の複合光学素子の構成の他の例を示す側
面図である。

【図２０】複合光学素子における受光素子の受光部のパ
ターンを示す平面図である。

【図２１】複合光学素子における受光素子の受光部のパ
ターンの他の例を示す平面図である。

【図２２】従来の複合光学素子の要部の構成を示す側面
図である。

【図２３】従来の複合光学素子の構成を示す平面図、側
面図及び底面図である。

【図２４】従来の複合光学素子における調整工程を示す
側面図である。

【符号の説明】

１ 基板、２ 光学素子、３ 発光素子、４ 受光素
子、５ 中間部材、６孔、７ 配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沢 正文 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5D119 AA01 AA38 CA09 FA25 KA28 LB06 MA03 NA08 5D789 AA01 AA38 CA09 FA25 KA28 LB06 MA03 NA08 5F089 BA04 CA20 EA01 EA10 GA01 GA10

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、 上記基板の一面に取付けられた少なくとも一つの光学素
   子と、 上記基板の他面に取付けられた発光素子及び受光素子
   と、 上記基板と上記受光素子との間に介在された中間部材と
   を備え、 上記中間部材をなす母材は、発光素子の発光波長におい
   て吸収を有する材料であり、 上記中間部材は、上記受光素子に入射する光束が通過す
   るための孔部及び導電性を有する部分を有し、この導電
   性を有する部分によって該受光素子の端子と上記基板上
   の導体パターンとを接続させていることを特徴とする複
   合光学素子。
2. 【請求項２】 中間部材をなす母材は、アルミナ、窒化
   アルミニウム、または、ガラスエポキシのいずれかであ
   るセラミック材料であることを特徴とする請求項１記載
   の複合光学素子。
3. 【請求項３】 中間部材をなす母材は、シリコン、ガリ
   ウム−ヒ素、インジウム−燐、または、ジンクセレンの
   いずれかである半導体材料であることを特徴とする請求
   項１記載の複合光学素子。
4. 【請求項４】 中間部材には、導電性を有する部分に接
   続された電極パッドが形成され、 受光素子には、端子に接続された電極パッドが形成さ
   れ、 これら中間部材の電極パッドと受光素子の電極パッドと
   は、フリップチップボンドにより、受光素子の受光面を
   中間部材側に向けた状態で接合されていることを特徴と
   する請求項１記載の複合光学素子。
5. 【請求項５】 基板と、 上記基板の一面に取付けられた少なくとも一つの光学素
   子と、 上記基板の他面に取付けられた発光素子及び受光素子
   と、 上記基板と上記受光素子との間に介在された中間部材と
   を備え、 上記中間部材は、上記発光素子の発光波長における吸収
   のない透明材料である母材からなり、導電性を有する部
   分を有し、この導電性を有する部分によって該受光素子
   の端子と上記基板上の導体パターンとを接続させている
   ことを特徴とする複合光学素子。
6. 【請求項６】 中間部材をなす母材は、サファイア、光
   学ガラス、合成樹脂材料、III族窒化物半導体、酸化亜
   鉛、ＳｉＣのいずれかであることを特徴とする請求項１
   記載の複合光学素子。
7. 【請求項７】 中間部材の少なくとも片面には、発光素
   子の発光波長に対して無反射となるＡＲコート膜が形成
   されていることを特徴とする請求項５記載の複合光学素
   子。
8. 【請求項８】 中間部材には、導電性を有する部分に接
   続された電極パッドが形成され、 受光素子には、端子に接続された電極パッドが形成さ
   れ、 これら中間部材の電極パッドと受光素子の電極パッドと
   は、フリップチップボンドにより、受光素子の受光面を
   中間部材側に向けた状態で接合されていることを特徴と
   する請求項５記載の複合光学素子。
9. 【請求項９】 中間部材と受光素子の周囲部との間は、
   封止材料によって封止されていることをを特徴とする請
   求項５記載の複合光学素子。
10. 【請求項１０】 基板と、 上記基板の一面に取付けられた少なくとも一つの光学素
    子と、 上記基板の他面に取付けられた受光素子と、 上記基板と上記受光素子との間に介在された中間部材と
    を備え、 上記中間部材は、上記発光素子の発光波長における吸収
    のない透明材料である母材からなり、導電性を有する部
    分を有し、この導電性を有する部分によって該受光素子
    の端子と上記基板上の導体パターンとを接続させている
    ことを特徴とする受光素子装置。
11. 【請求項１１】 導体パターンを有する基板の一面に少
    なくとも一つの光学素子を取付け、 上記基板の他面に発光素子を取付け、 受光素子に入射する光束が通過するための孔部及び導電
    性を有する部分を有し上記基板と該受光素子との間に介
    在される中間部材に、該受光素子を位置決めして取り付
    けておき、 上記基板の他面に上記中間部材を取付け、 上記中間部材の導電性を有する部分によって、上記受光
    素子の端子と上記基板上の導体パターンとを接続させる
    ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 光学素子は、基板に設けられ発光素子
    が発した光束が通過するための透孔を基準として、該基
    板に対して位置決めして、該基板に取付けることを特徴
    とする請求項１１記載の複合光学素子の製造方法。