JP2005311107A - 光学半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウィンドウリッドを備えた光学半導体装置に関し、ウィンドウリッドを改良して品質の向上及び製造コストの低下を図ることを課題とする。
【解決手段】 セラミック基板１０１の上面の凹部１０１ａ内にDMD本体１０２が実装してあり、ウィンドウリッド１０３が基板１０１上に凹部１０１ａを塞いでシームウェルドされて固定してあり内部１０４が気密封止してある構成である。ウィンドウリッド１０３は、薄い板材を絞り加工して形成したフレーム部材１０６とガラス板部材１２０とよりなる。フレーム部材１０６は、開口窓１０７を有する天板部１０８と、周囲側板部１０９と、フランジ部１１０とを有する。ガラス板部材１２０は、フレーム部材１０６の下側から空間１１１内に嵌合してあり、天板部１０８の下面１０８ａ及び周囲側板部１０９の内面１０９ａにマッチドタイプ溶着してある。
【選択図】 図３

Description

本発明はウィンドウリッドを備えた光学半導体装置に係り、特に、半導体型投射デバイスに関する。

図１（Ａ），（Ｂ）は従来の半導体型投射デバイス１０を示す。半導体型投射デバイス１０は、セラミック基板１１の上面の凹部１１ａ内にDMD(Digital Micromirror Device)本体１２が実装してあり、ウィンドウリッド１３が基板１１上に凹部１１ａを塞いで固定してあり内部１４が気密封止してある構成である。１５は光が透過する窓部である。

基板１１の凹部１１ａの周囲の上面には、金属層１１ｂが形成してある。ウィンドウリッド１３は、コバール(Kovar)製のフレーム部材１６とガラス板部材１７とよりなる。フレーム部材１６は、図２（Ｆ）に示すように、フレーム部１６ａとこれから外側に張り出したフランジ部１６ｂとよりなる。１６ｃは開口窓であり、フレーム部１６ａの内側に存在している。ガラス板部材１７はフレーム部１６ａの内側の開口窓１６ｃに嵌合してあり、ガラス板部材１７の周面とフレーム部１６ａの内周面との間は、気密性確保のためマッチドタイプ溶着してある。同じく気密性確保のため、フランジ部１６ｂは基板１１の金属層１１ｂに対してシームウェルドされている。フランジ部１６ｂはシームウェルドが良好になされるように、厚さｔ１は０．２５ｍｍと薄くしてある。１８はマッチドタイプ溶着部であり、１９はシームウェルド部である。
特開平２−６５１９０号公報

マッチドタイプ溶着は化学反応を伴なうものであるので、ガラス板部材１７内に微小な気泡やクラックが発生したりすることがある。発生した微小な気泡やクラックは周辺の部分とはいえ窓部１５に現れているため、窓部１５の周辺の部分を透過する光は気泡及びクラックの影響を受けて乱反射し、半導体型投射デバイス１０の特性に悪影響が出る場合がある。特に、窓部１５を大きく形成できない場合には、上記の影響は出易い。また、微小な気泡やクラックは半導体型投射デバイス１０の上方から見える部分に存在するため、外観的にもよくない。なお、量産した半導体型投射デバイス１０を上側から見た場合に、微小な気泡が窓部１５内に現れる発生率は８％、微小なクラックが窓部１５内現れる発生率は４％と比較的高かった。

マッチドタイプ溶着部１８による封止パスＬ１の長さをフレーム部１６ａの厚さでもって得ている構成である。しかし、フレーム部１６ａの厚さを所定以上に厚くすることは困難であり、封止パスは約３ｍｍに留まっており、それ以上に長くすることは出来なかった。

フレーム部材１６は、図２（Ａ）に示すように、厚さｔ２が約３ｍｍと厚い板材２０が素材であり、この厚い板材２０をプレス加工して打ち抜いて、同図（Ｂ）に示すように、一次窓開けをし、次いで、同図（Ｃ）に示すように、初期フレーム部１６ａ１の周囲の部分１６ａ２をスタンピング加工して潰して初期フランジ部１６ｂ１を形成し、更に、同図（Ｄ）に示すように、プレス加工して二次窓開けをして、開口窓１６ｃを形成し、同図（Ｅ）に示すように、初期フランジ部１６ｂ１の外周部をトリミングし、最後に、同図（Ｆ）に示すように、トリミング済みフランジ部１６ｂ２の上下面を研磨して、厚さをｔ１とすることによって製造している。

素材である板材２０の厚さｔ２がフランジ部１６ｂの厚さｔ１の１０倍以上あるため、潰す寸法が大きくなり、大型のスタンピング加工機が必要となる。しかも、スタンピング加工だけでは所定の寸法とすることが困難であり、スタンピング加工の後に研磨加工を行っている。このため、フレーム部材１６の製造コストが高くなってしまう。

本発明は上記課題を解決した光学半導体装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板に実装してある光学素子をウィンドウリッドによって封止した構成の光学半導体装置において、
該ウィンドウリッドは、
金属板を絞り加工して形成してあり、開口窓を有する該天板部と、該天板部の全周囲の縁の部分と繋がっており該天板部の下側の部分を全周に亘って囲む周囲側板部と、該周囲側板部の下縁の全周囲から外側に張り出しており、上記基板に固定されるフランジ部とよりなるフレーム部材と、
該フレーム部材の該天板部と該周囲側板部とによって形成されている空間内に収まって、該天板部の下面及び該周囲側板部の内面にマッチドタイプ溶着してあるガラス板部材とよりなる構成であることを特徴とする。

本発明によれば、マッチドタイプ溶着してある部分が開口窓よりも外側に位置しており且つフレーム部材の天板部の下側に隠される。よって、マッチドタイプ溶着部に気泡及びクラックが発生したとしても、これらは開口窓内には現れず、光学半導体装置の光学特性に悪い影響を及ぼさない。よって、気泡及びクラックによる影響を受けない光学半導体装置が実現できる。また、光学半導体装置は外観不良にはならない。

また、フレーム部材は、天板部の厚さに対応する厚さの金属板を絞り加工して形成してあるので、ウィンドウリッドの製造コストが従来に比べて安価となり、よって最終製品である光学半導体装置の製造コストが従来に比べて安価となる。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図３及び図４（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例１の半導体型投射デバイス１００を示す。半導体型投射デバイス１００は、図１に示す従来の半導体型投射デバイス１０とはウィンドウリッドが相違する構成であり、セラミック基板１０１の上面の凹部１０１ａ内に光学素子の一つであるDMD本体１０２が実装してあり、ウィンドウリッド１０３が基板１０１上に凹部１０１ａを塞いでシームウェルドされて固定してあり内部１０４が気密封止してある構成である。１０５は光が透過する窓部である。DMD本体１０２は超微小な鏡が数１０万個敷き詰めてあり、各鏡が駆動されて傾斜される構成のものである。基板１０１の凹部１０１ａの周囲の上面には、金属層１０１ｂが形成してある。１１９はシームウェルド部であり、後述するフランジ部１１０と金属層１０１ｂとの間に、ウィンドウリッド１０３の全周に亘って形成してある。

ウィンドウリッド１０３は、図５に示すように、コバール製でありキャップに似た形状のフレーム部材１０６とガラス板部材１２０とよりなる。

フレーム部材１０６は、図６（Ａ）に示す素材である厚さｔ１０が０．３ｍｍである金属板１３０を加工して形成してあり、中央に開口窓１０７を有する天板部１０８と、この天板部１０８の全周囲の縁の部分と繋がっており天板部１０８の下側の部分を全周に亘って囲む周囲側板部１０９と、この周囲側板部１０９の下縁の全周囲から外側に張り出しているフランジ部１１０とよりなる。フレーム部材１０６は、天板部１０８の下側の部分に、周囲側板部１０９によって囲まれた空間１１１を有する。フランジ部１１０の厚さは従来と同じくｔ１であり、０．２５ｍｍである。

ガラス板部材１２０は、厚さｔ２０が３ｍｍであり、上記の空間１１１に丁度嵌合する大きさであり、上面に、開口窓１０７に対応する大きさであって天板部１０８の厚さｔ１０に対応する寸法突き出している偏平な凸段部１２１を有する。この偏平な凸段部１２１が前記の窓部１０５を形成する。

ウィンドウリッド１０３は、フレーム部材１０６内にガラス板部材１２０をマッチドタイプ溶着し、次いで、ガラス板部材１２０の上面１２０ａ及び下面１２０ｂを研磨して完成する。１１８はマッチドタイプ溶着部である。

図５に示すように、ガラス板部材１２０は、フレーム部材１０６の下側から空間１１１内に嵌合してあり、且つ、凸段部１２１が開口窓１０７に嵌合してあり、天板部１０８の下面１０８ａ、周囲側板部１０９の内面１０９ａ、及び開口窓１０７の周縁の内面１０７ａと、ガラス板部材１２０のうちこれらに対向する図５中、梨地パターンで示す部分１２２との間が、気密性確保のためマッチドタイプ溶着してある。マッチドタイプ溶着してある部分は広く、よって、ガラス板部材１２０のフレーム部材１０６に対する接合強度は高い。また、封止パスＬ２は、周囲側板部１０９の内面１０９ａに沿い、続いて天板部１０８の下面１０８ａに沿い、更に開口窓１０７の周縁の内面１０７ａに沿うようになって、屈曲してあり、約６ｍｍであり、図１に示すウィンドウリッド１３の３ｍｍの封止パスＬ１に比較して約２倍長く、フレーム部材１０６とガラス板部材１２０との間のマッチドタイプ溶着部１１８の気密の信頼度は、図１に示すウィンドウリッド１３に比べて高い。

しかも、ウィンドウリッド１０３が基板１０１上にシームウェルドされた状態において、マッチドタイプ溶着部１１８はフレーム部材１０６の天板部１０８の下側にあり、微小な気泡及びクラックは、天板部１０８によって隠されて窓部１０５内には殆ど現れない。量産した半導体型投射デバイス１００を上側から見た場合に、微小な気泡が窓部１０５内現れる発生率は０．１％、微小なクラック窓部１０５内現れる発生率は０．２％と非常に低かった。よって、量産した半導体型投射デバイス１００の殆ど全部について、窓部１０５の中央を部分を透過する光は勿論、窓部１０５の周辺の部分を透過する光についても微小な気泡及びクラックの影響を受けずに窓部１０５を透過し、半導体型投射デバイス１００は微小な気泡及びクラックの影響を受けずに良好な特性を有する。

上記のフレーム部材１０６は、図６（Ａ）に示すように、厚さｔ１０が天板部１０８の厚さｔ１０に等しい０．３ｍｍと薄い板材１３０が素材であり、この薄い板材１３０を絞り加工して、同図（Ｂ）に示す第１段階フレーム部材１０６−１を形成し、次いで、打ち抜き加工を行って一次窓開けをし、同図（Ｃ）に示す第１段階フレーム部材１０６−１の天板部の中央に第１段階の開口窓１０７−１を形成し、次いで、第１段階フランジ部１１０Ａに対してスタンピング加工を行って、第１段階フランジ部１１０Ａを潰して同図（Ｄ）に示す第２段階フランジ部１１０Ｂを形成する。第１段階フランジ部１１０Ａの厚さはｔ１０（０．３ｍｍ）であるので、スタンピング加工によって潰す寸法は僅かであり、スタンピング加工機は小型のもので足り、しかも、スタンピング加工だけで目標とする厚さｔ１（０．２５ｍｍ）とすることが可能となり、スタンピング加工の後の研磨加工は不要である。

次いで、図６図（Ｅ）に示すように、プレス加工して寸法出しのための二次窓開けをして、開口窓１０７を形成し、最後に、同図（Ｆ）に示すように、第２段階フランジ部１１０Ｂの外周部をトリミングする。これによって、フランジ部１１０が形成されて、フレーム部材１０６が製造される。

ここで、薄い板材１３０は、図２（Ａ）に示す従来の厚い板材２０に比較して材料費は安価である。また、上記のように、第１段階フランジ部１１０Ａの厚さが目標とする厚さに近いためスタンピング加工して潰す寸法は少なく、よって、スタンピング加工機は小型のもので足り、しかも、スタンピング加工だけで目標の寸法とすること可能となり、従来は必要であったスタンピング加工の後の研磨加工は不要である。このため、フレーム部材１０６の製造コストは従来に比較して安価である。

本発明は、DMD本体１０２の代わりに、LCOS(Liquid Crystal Silicon:反射型液晶)、CCD，或いはCMOS等の光学素子を基板の凹部内に実装し、上記のウィンドウリッド１０３を基板上にシームウェルドした構成とすることも可能である。

従来の半導体型投射デバイスを示す図である。 図１中のフレーム部材の製造工程を示す図である。 本発明の実施例１の半導体型投射デバイスを一部断面して示す斜視図である。 図３の半導体型投射デバイスを示す図である。 図３及び図４中のウィンドウリッドを示す図である。 図５中のフレーム部材の製造工程を示す図である。

符号の説明

１００ 半導体型投射デバイス
１０１ セラミック基板
１０２ DMD本体
１０３ ウィンドウリッド
１０５ 窓部
１０６ フレーム部材
１０７ 開口窓
１０８ 天板部
１０９ 周囲側板部
１１０ フランジ部
１１８ マッチドタイプ溶着部
１１９ シームウェルド部
１２０ ガラス板部材
１２１ 偏平な凸段部

Claims (3)

1. 基板に実装してある光学素子をウィンドウリッドによって封止した構成の光学半導体装置において、
   該ウィンドウリッドは、
   金属板を絞り加工して形成してあり、開口窓を有する天板部と、該天板部の全周囲の縁の部分と繋がっており該天板部の下側の部分を全周に亘って囲む周囲側板部と、該周囲側板部の下縁の全周囲から外側に張り出しており、上記基板に固定されるフランジ部とよりなるフレーム部材と、
   該フレーム部材の該天板部と該周囲側板部とによって形成されている空間内に収まって、該天板部の下面及び該周囲側板部の内面にマッチドタイプ溶着してあるガラス板部材とよりなる構成であることを特徴とする光学半導体装置。
2. 請求項１に記載の光学半導体装置において、
   上記フレーム部材の上記フランジ部は、上記天板部の厚さよりも薄く、絞り加工後に、スタンピング加工によって厚さ寸法が決定されている構成であることを特徴とする光学半導体装置。
3. 請求項１に記載の光学半導体装置において、
   上記ガラス板部材は、その上面に上記開口窓に対応する偏平な凸段部を有する形状であり、
   該偏平な凸段部が上記開口窓に嵌合して該開口窓内に配してある構成であることを特徴とする光学半導体装置。
   

Images