JP2007108753A - メムスパッケージおよび光変調器モジュールパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】層間構成を異にすることで全体的な大きさを減らすことができるメムスモジュールパッケージを提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態によれば、下部基板３１０と、上記下部基板上に位置して、光信号を変調して上記下部基板を介して透過する光変調器３３０と、上記光変調器を駆動するために上記光変調器周辺に実装されるドライバＩＣ３２０（１）、３２０（２）と、上記光変調器を駆動するための信号を伝達するために上記下部基板に形成された回路配線３６０（１）、３６０（２）と、上記下部基板と対向して上記光変調器及び上記ドライバＩＣ上に位置して外部回路との信号連結機能をする印刷回路基板３５０とを含む光変調器モジュールパッケージが提供される。
【選択図】 図４ａ

Description

本発明は、メムスパッケージに関するものであり、特にメムスパッケージの構造、および光変調器モジュールパッケージに関するに関するものである。

光変調器は、光ファイバまたは光周波数帯の自由空間を伝送媒体とする場合に送信機にて信号を光に載せる（光変調）回路または装置である。光変調器は、光メモリ、 光ディスプレイ、プリンタ、光インターコネクション、ホログラムなどの分野に用いられ、現在、これを用いた表示装置の開発研究が活発に進行されている。

このような光変調器はメムス技術と係わるが、メムス（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）は半導体製造技術を用いてシリコン基板の上に ３次元の構造物を形成する技術である。このようなメムスの応用分野は非常に多様であって、例えば、車両用各種センサ、インクジェットプリンタヘッド、ＨＤＤ磁気ヘッド及び、小型化及び高機能化が急進展されている携帯型通信機器などを挙げることができる。

メムス素子は、機械的な動作をするために基板上にて微細駆動可能に基板より浮上された部分を有する。メムスは、マイクロ電気機械システムまたは素子と呼ぶことができるが、その応用の一つとして光学分野に応用されている。マイクロマシーニング技術を用いると１ｍｍより小さな光学部品を製作することができるし、これらの工学部品を用いてマイクロ光システムを具現することができる。別途で製作した半導体レーザを、あらかじめマイクロマシーニング技術により製作した固定台に装着し、マイクロフレネルレンズ、ビームスプリッター、４５°反射ミラーをマイクロマシーニング技術により製作して組立てることができる。既存の光学システムは、大きくて重い光学台の上にミラー、レンズなどを組み立て器具を用いてシステムを構成する。また、レーザの大きさも大きい。このように構成された光学システムの性能を得るためには、精緻なステージを用いて光軸及び反射角、反射面などを非常に多くの努力で整列しなければならない問題点がある。

現在、マイクロ光システムは、早い応答速度と少ない損失、集積化及びデジタル化の容易性などの長所により情報通信装置、情報ディスプレイ及び記録装置に採択されて応用されている。例えば、マイクロミラー、マイクロレンズ、光ファイバ固定台などのマイクロ光学部品は情報保存記録装置、大型画像表示装置、光通信素子、適応光学に応用することができる。

ここから、マイクロミラーは、上下方向、回転方向、滑る方向などの方向と動的及び静的な運動に応じていろいろに応用される。上下方向の運動は、位相補正器や回折器などに応用され、斜め方向運動はスキャナやスィッチ、光信号分配器、光信号減衰器、光源アレイなどに応用されるし、滑る方向運動は光遮蔽器やスィッチ光信号分配器などに応用される。

マイクロミラーは、応用に応じて大きさと個数が非常に異なり、動作方向及び動的または静的な動作に応じて応用が変わる。したがって、それに応ずるマイクロミラーの製作方法も変わる。

図１は、従来技術による光変調器モジュールパッケージの分解斜視図である。 図１を参照すると、光変調器モジュールパッケージ１００は、印刷回路基板１１０、光透過性基板１２０、 光変調器１３０、ドライバ集積回路（以下、「ＩＣ」：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１４０ａないし１４０ｄ、 熱放出板１５０及びコネクタ１６０を含む。

印刷回路基板１１０は、一般的に用いられる半導体パッケージ用印刷回路基板であり、光透過性基板１２０は、下面が印刷回路基板１１０ 上に付着される。そして印刷回路基板１１０に形成された穴に対応して光変調器１３０が光透過性基板１２０の上面に付着される。

光変調器１３０は、基板１１０の穴を介して入射される入射光を変調して回折光を出射する。光変調器１３０は、光透過性基板１２０上にフリップチップ接続されている。光変調器１３０の周りに接着剤が形成されていて外部環境から密封されるとともに、光透過性基板１２０の表面に沿って形成された電気配線により電気的な接続が維持される。

ドライバＩＣ１４０ａないし１４０ｄは、光透過性基板１２０に付着された光変調器１３０の周辺にフリップチップ接続されていて外部から入力される制御信号に応じて光変調器１３０に駆動電圧を提供する役目をする。熱放出板１５０は、光変調器１３０とドライバＩＣ１４０ａないし１４０ｄより発生される熱を放出するために具備されるが、この熱放出板１５０には熱をよく放出する金属性物質が用いられる。

図１に示した光変調器モジュールパッケージ１００の製造方法は、印刷回路基板１１０にコネクタ１６０を付着する段階と、光透過性基板１２０に光変調器１３０ 及びドライバＩＣ１４０ａないし１４０ｄを付着する段階と、光変調器１３０の周辺に接着剤を塗布してシーリングする段階と、印刷回路基板１１０に光透過性基板１２０を積層してワイヤボンディングを行う段階と、光変調器１３０及びドライバＩＣ１４０ａないし１４０ｄに熱放出板１５０を付着する段階を含んで行われる。

ここで、 図１に示した光変調器モジュールパッケージ１００は、構成部品が非常に多い方であり、多数の部品を適正空間に実装しなければならないので、モジュールパッケージを最小化するのに限界がある。すなわち、光透過性基板１２０が印刷回路基板１１０上に位置することにより基板１１０は光透過性基板１２０より大きく形成されるし、したがって全体的な光変調器モジュールパッケージ１００の大きさが大きくなるという問題点がある。

本発明は、層間構成を異にすることで全体的な大きさを減らすことができるメムスモジュールパッケージを提供することを目的とする。

また、本発明は、光変調器を光透過性覆いに直接実装しないことで光透過性覆いに電気的／光学的特性が集中されないメムスモジュールパッケージを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、光変調器を保護するための多様な形状のキャップ、シーリング方法を用いることで全体的な大きさを減らすことができるメムスモジュールパッケージを提供することを目的とする。

本発明の他の技術的課題は、下記の説明により容易に理解することができる。

本発明の一実施形態によれば、下部基板と、上記下部基板上に位置して光信号を変調する光変調器と、上記光変調器を駆動するために上記光変調器周辺に実装されるドライバＩＣと、上記光変調器を駆動するための信号を伝達するために上記下部基板に形成される回路配線と、及び上記下部基板と対向して上記光変調器及び上記ドライバＩＣ上に位置して外部回路との信号連結機能をする印刷回路基板を含む光変調器モジュールパッケージが提供される。

ここで、上記下部基板は、上記光変調器に相応する部分が透明であって光透過ができる。

また、上記下部基板の光変調器に相応する部分は、光透過の損失が少ないように無反射光学コーティングされたガラスにより形成されていてもよい。

また、本発明の一実施例による光変調器モジュールパッケージは、上記印刷回路基板と上記光変調器の間に位置するとともに、上記光変調器の密封機能をするシーリングキャップをさらに含むことができる。

ここで、上記シーリングキャップは、上記光変調器素子と上記ドライバＩＣを収容することができるように内部に溝が形成されて、上記下部基板と密封され得る。

また、上記シーリングキャップは、上記光変調器素子のみ収容するかまたは上記ドライバＩＣをともに収容することができる。

ここで、上記下部基板は、ガラス基板のような光透過性基板、シリコンのような半導体基板、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ：Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）及び多層印刷回路基板の中の一つであってもよい。

また、本発明の一実施例による光変調器モジュールパッケージは、上記下部基板に上記光変調器に相応する部分に上記光信号が透過され得るホールが形成されるし、上記ホールを密封して光透過が可能な光透過性覆いをさらに含むことができる。

ここで、上記下部基板と上記印刷回路基板間の電気的連結は、ワイヤボンディングまたはＴＡＢの中の一つにより行ってもよい。

ここで、上記下部基板と上記印刷回路基板の間の電気的連結がワイヤボンディングにより行われる場合、ボンディングワイヤはエポキシ樹脂により保護され得る。

ここで、上記印刷回路基板は、軟性基板を一体型で含むことができる。

ここで、上記印刷回路基板は、外部回路との連結のためのコネクタを含むことができる。

ここで、上記光変調器及びドライバＩＣは一つの接着剤により上記下部基板上に実装することができる。

ここで、上記接着剤は、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ： Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ） または、非導電性フィルム（ＮＣＦ：Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）であってもよい。

ここで、上記光変調器はエポキシ樹脂によりサイドシーリングすることができる。

また、本発明の一実施例による光変調器モジュールパッケージは、上記光変調器が上記下部基板と繋がれる領域に形成された上記光変調器の駆動領域を保護するためのシーリングダムをさらに含むことができる。

本発明の他の実施形態によれば、下部基板と、上記下部基板上に位置して外部に信号を伝送するかまたは外部から信号を受信するためのメムス（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子と、上記メムス素子を駆動するために上記メムス素子周辺に実装されるドライバＩＣと、及び上記下部基板と対向して上記メムス素子及び上記ドライバＩＣ上に位置して外部回路との信号連結機能をする印刷回路基板を含むメムスパッケージを提供することができる。

また、本発明の一実施例によるメムスパッケージは、上記印刷回路基板と上記メムス素子の間に位置して上記メムス素子の密封機能をするシーリングキャップをさらに含むことができる。

ここで、上記シーリングキャップは、上記メムス素子と上記ドライバＩＣを収容するように内部に溝が形成されて、上記下部基板と密封することができる。

ここで、上記シーリングキャップは、上記メムス素子のみを収容するかまたは上記ドライバＩＣをともに収容することができる。

ここで、上記下部基板は、ガラス基板のような光透過性基板、シリコンのような半導体基板、低温同時焼成セラミック（以下、「ＬＴＣＣ」）、高温同時焼成セラミック（以下、「ＨＴＣＣ」）及び多層印刷回路基板の中の一つであってもよい。

ここで、上記下部基板と上記印刷回路基板間の電気的連結がワイヤボンディングまたはＴＡＢの中の一つにより行われてもよい。

ここで、上記下部基板と上記印刷回路基板間の電気的連結がワイヤボンディングにより行われる場合、ボンディングワイヤはエポキシ樹脂により保護することができる。

ここで、上記印刷回路基板は、軟性基板を一体型で含んでもよい。

ここで、上記印刷回路基板は、外部回路との連結のためのコネクタを含んでもよい。

ここで、上記メムス素子及びドライバＩＣは一つの接着剤により上記下部基板上に実装することができる。

ここで、上記メムス素子は、エポキシ樹脂によりサイドシーリングすることができる。

また、本発明の一実施例によるメムスパッケージは、上記メムス素子が上記下部基板と繋がれる領域に形成される上記メムス素子の駆動領域を保護するためのシーリングダムをさらに含むことができる。

以上のように、本発明によるメムスモジュールパッケージは、層間構成を異にすることで全体的な大きさを減らすことができる。

また、本発明によるメムスモジュールパッケージは、光変調器を光透過性覆いに直接実装しないので光透過性覆いに電気的／光学的特性が集中されない。

また、本発明によるメムスモジュールパッケージは、光変調器を保護するための多様な形状のキャップ、シーリング方法を用いることで全体的な大きさを減らすことができる。

以下、本発明によるメムスモジュールパッケージの好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照した以下の説明において、図面符号にかかわらず同一構成要素は同一な参照符号を付与してこれに対する重複される説明は略する。また、本発明の実施例は一般的に外部に信号を伝送するかまたは外部から信号を受信するためのメムスパッケージに適用することができ、本発明の好ましい実施例を詳しく説明する前に、本発明に適用されるメムスパッケージのうち光変調器に対して先に説明する。

光変調器は、大きく直接光のオン／オフを制御する直接方式と反射及び回折を用いる間接方式に分けられ、間接方式は、静電気方式と圧電方式に分けることができる。ここで、光変調器は駆動される方式に構わずに本発明に適用が可能である。

米国特許第５，３１１，３６０号明細書に開示された停電駆動方式格子光変調器は、反射表面部を有し基板上部に浮遊（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）する多数の、一定の距離で離隔する変形可能な反射型リボンを含む。

先ず、絶縁層がシリコン基板上に蒸着され、以後、犠牲二酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の蒸着工程が後続される。窒化シリコン膜は、リボンでパターニングされ二酸化シリコン層の一部がエッチングされてリボンが窒化物フレームにより酸化物スペーサ層上に維持されるようにする。単一波長λ₀を有する光を変調させるために、変調器はリボンの厚さと酸化物スペーサの厚さがλ₀／４になるように設計される。

リボン上の反射表面と基板の反射表面の間の垂直距離ｄに限定されたこのような変調器の格子振幅は、リボン（第１電極としての役目をするリボンの反射表面）と基板（第２電極としての役目をする基板下部の電導膜）間に電圧を印加することで制御される。

図２ａは、本発明に適用可能な間接光変調器のうち、圧電体を用いた一実施形態の回折型光変調器モジュールの斜視図であり、図２ｂは、本発明の好ましい実施例に適用可能な圧電体を用いた別の形態の回折型光変調器モジュールの斜視図である。図２ａ及び図２ｂを参照すると、基板２１０、絶縁層２２０、犠牲層２３０、リボン構造物２４０及び圧電体２５０を含む光変調器が示されている。

基板２１０は、一般的に用いられる半導体基板であり、絶縁層２２０は、エッチング停止層（ｅｔｃｈ ｓｔｏｐ ｌａｙｅｒ）として蒸着されるし、犠牲層として用いられる物質をエッチングするエッチャント（ここで、エッチャントはエッチングガスまたはエッチング溶液）に対して選択比の高い物質から形成される。ここで絶縁層２２０上には入射光を反射するために反射層２２０（ａ）及び２２０（ｂ）が形成されてもよい。

犠牲層２３０は、リボン構造物が絶縁層２２０と一定間隔で離隔され得るように両サイドよりリボン構造物２４０を支持し、中心部にて空間を形成する役目をする。

リボン構造物２４０は、上述したように入射光の回折及び干渉を起こして信号を光変調する役目をする。リボン構造物２４０の形態は、上述したように精電気方式により複数のリボン形状に構成され得るし、圧電方式によりリボンの中心部に複数のオープンホールを具備することもできる。また、圧電体２５０は、上部及び下部電極間の電圧差により発生する上下または左右の収縮または膨脹程度に応じてリボン構造物２４０を上下に動くように制御する。ここで、反射層２２０（ａ）及び２２０（ｂ）はリボン構造物２４０に形成されたホール２４０（ｂ）及び２４０（ｄ）に対応して形成される。

例えば、光の波長がλである場合、どんな電圧も印加されないかまたは所定の電圧が印加された状態でリボン構造物に形成された上部反射層２４０（ａ）及び２４０（ｃ）と下部反射層２２０（ａ）及び２２０（ｂ）の形成された絶縁層２２０ 間の間隔はｎλ／２（ｎは自然数）である。したがって、０次回折光（反射光）の場合、リボン構造物に形成された上部反射層２４０（ａ）、２４０（ｃ）より反射された光と絶縁層２２０より反射された光の間の全体経路差は ｎλであり補強干渉をして回折光は最大輝度を有する。ここで、＋１次及び −１次回折光の場合、光の輝度は相殺干渉により最小値を有する。

また、上記印加された電圧と異なる適正電圧が圧電体２５０に印加される時、リボン構造物に形成された上部反射層２４０（ａ）及び２４０（ｃ）と下部反射層２２０（ａ）及び２２０（ｂ）の形成された絶縁層２２０ 間の間隔は（２ｎ＋１）λ／４（ｎは自然数）となる。したがって、０次回折光（反射光）の場合、リボン構造物に形成された上部反射層２４０（ａ）及び２４０（ｃ）と絶縁層２２０から反射された光の間の全体経路差は（２ｎ＋１）λ／２であり、相殺干渉をして回折光は最小輝度を有する。 ここで、 ＋１次及び−１次回折光の場合、補強干渉により光の輝度は最大値を有する。このような干渉の結果、光変調器は反射または回折光の光量を調節して信号を光に載せることができる。

以上では、リボン構造物２４０と下部反射層２２０（ａ）及び２２０（ｂ）が形成された絶縁層２２０との間の間隔が ｎλ／２ または（２ｎ＋１）λ／４である場合を説明したが、入射光の回折、反射により干渉される強さを調節することができる間隔で駆動可能な多様な実施例が本発明に適用され得ることは勿論である。

以下では、上述した図２ａに示されている形態の光変調器を中心として説明する。

図２ｃを参照すると、光変調器はそれぞれ第１ピクセル（ｐｉｘｅｌ ＃１）、第２ピクセル（ｐｉｘｅｌ ＃２）、．．．、第ｍピクセル（ｐｉｘｅｌ ＃ｍ）を担当するｍ個のマイクロミラー（１００−１、１００−２、．．．、１００−ｍ）から構成される。光変調器は、垂直走査線または水平走査線（ここで、垂直走査線または水平走査線はｍ個のピクセルから構成されることと仮定する）の１次元映像に対する映像情報を担当し、各マイクロミラー（１００−１、１００−２、．．．、１００−ｍ）は垂直走査線または水平走査線を構成するｍ個のピクセルの中のある一つのピクセルを担当する。よって、それぞれのマイクロミラーより反射及び回折された光は、以後光スキャン装置によりスクリーンに２次元映像で投写される。例えば、ＶＧＡ ６４０＊４８０解像度の場合、４８０個の垂直ピクセルに対して光スキャン装置（図示せず）の一面にて６４０回のモジュレーションをして光スキャン装置の一面当たり画面１フレームが生成される。ここで、 光スキャン装置は、ポリゴンミラー（ｐｏｌｙｇｏｎ ｍｉｒｒｏｒ）、回転バー（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｂａｒ）またはガルバノミラー（Ｇａｌｖａｎｏ ｍｉｒｒｏｒ） などであってもよい。

以下第１ピクセル（ｐｉｘｅｌ ＃１）を中心に光変調の原理に対して説明するが、異なるピクセルに対しても同一な内容が適用可能である。

本実施例において、リボン構造物２４０に形成されたホール２４０（ｂ）−１は二つであると仮定する。二つのホール２４０（ｂ）−１によりリボン構造物２４０の上部には三つの上部反射層２４０（ａ）−１が形成される。絶縁層２２０には二つのホール２４０（ｂ）−１に相応して二つの下部反射層が形成される。そして、第１ピクセル（ｐｉｘｅｌ ＃１）と第２ピクセル（ｐｉｘｅｌ ＃２）の間の間隔の部分に相応して絶縁層２２０にはまた一つの下部反射層が形成される。よって、各ピクセル当たり上部反射層２４０（ａ）−１と下部反射層の個数は等しくなり、図２ａを参照して上述したように０次回折光または１次回折光を用いて変調光の輝度を調節することが可能である。

図２ｄを参照すると、本発明の好ましい実施例に適用可能な回折型光変調器アレイによりスクリーンにイメージの生成される模式図が図示される。

垂直に配列されたｍ個のマイクロミラー、１００−１、１００−２、．．．、１００−ｍにより反射及び回折された光が、光スキャン装置より反射されてスクリーン２７０に水平にスキャンされて生成された画面、２８０−１、２８０−２、２８０−３、２８０−４、．．．、２８０−（ｋ−３）、２８０−（ｋ−２）、２８０−（ｋ−１）、２８０−ｋが図示される。光スキャン装置にて一度回転する場合一つの映像フレームが投写され得る。ここで、スキャン方向は、左側から右側方向に（矢印方向）に示されているが、他の方向（例えば、その逆方向）にも映像がスキャンされ得ることは自明である。

本発明による実施例は、印刷回路基板が光変調器の上に位置することにより全体的に大きさの小さな光変調器モジュールパッケージを形成する技術に関する。すなわち、 印刷回路基板が光変調器の上部に位置し、ドライバＩＣに光変調器を駆動するための信号が入力される印刷回路基板の配線は、ワイヤボンディングまたはテープによる自動ボンディング（ＴＡＢ：Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式により下部基板に結合する。本発明での下部基板は、光透過性基板、半導体基板、ＬＴＣＣ及びＨＴＣＣなどのようにファインピッチが可能である基板であれば本発明に適用可能である。ここで、光透過性基板を除いた他の基板の場合にはその中央に光の移動が可能となるようにホールが形成され、ホールは光透過性覆いにより密封され得る。

以上で、光変調器を一般的に示した斜視図、平面図に関して説明したが、以下では添付図面を参照して、本発明によるメムスモジュールパッケージを具体的な実施例を基準として説明する。本発明による実施例は大きく四つに区分されるが、以下で順次説明する。

図３は、本発明の好ましい第１実施例によるキャップを用いて光変調器を保護する光変調器モジュールパッケージの斜視図であり、図４ａは本発明の好ましい第１実施例によるキャップを用いて光変調器を保護する光変調器モジュールパッケージの断面図である。図３及び図４ａを参照すると、下部基板３１０、ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）、接着剤３２５（１）及び３２５（２）、光変調器３３０、シーリングキャップ３４０、印刷回路基板３５０、ボンディングワイヤ３６０、フレキシブル基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＰＣＢ）３７０及びボンディングワイヤ保護用エポキシ樹脂３８０が図示される。また、図４ｂは本発明の好ましい第２実施例によるキャップを用いて下部基板３１０に所定のホールが形成された場合光変調器を保護する光変調器モジュールパッケージの断面図である。以下で、上述した第１実施例及び第２実施例を詳しく説明する。

下部基板３１０は、光変調器３３０に入射光が入射されるかまたは回折光が出射され得るように貫通ホール（Ｈ）が形成されるかまたは透明な材質から形成され、その内部または外面のうち少なくとも一つに回路が形成されている。下部基板３１０は一般的な半導体基板であってもよいが、光を透過することができるように最小限一部分が透明であるかまたはホールが形成されていてもよい。したがって、下部基板３１０は、ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）に外部制御回路（図示せず）から入力された制御信号を伝達する。ここで、ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）との電気的接続はフリップチップボンディングにより行うことができる。ここで、下部基板３１０はその一面に付着されて光変調器とドライバＩＣを基板に実装するための金属バンプをさらに含むことができる。金属バンプは、光変調器またはドライバ集積回路に形成された金属パッドとフリップチップ接続をすることができる。ここで、下部基板３１０は、放熱機能を有するＬＴＣＣ、ＨＴＣＣ、光透過性基板、半導体基板、印刷回路基板（多層印刷回路基板含み）、その他適当な構造物の中の一つであってもよい。

図４ａを参照すると、下部基板３１０が光透過性基板である場合、光透過性基板は光透過が可能となるように両面に無反射光学コーティングをすることができる。ここで、光透過性基板はガラス基板であってもよい。

図４ｂを参照すると、下部基板３１０が半導体基板、ＬＴＣＣ、ＨＴＣＣ及び印刷回路基板の中の一つである場合、下部基板３１０は透明ではないこともあるので、下部基板３１０には光変調器３３０に対応される領域に光変調器３３０に入射される入射光及び出射される出射光がパスすることができるホールが形成され得る。ここで、下部基板３１０に形成されたホールは、光透過が可能な光透過性覆い、例えば、ガラス（図示せず）により密封され得る。光透過性覆いのホールを密封する位置は、ホールの中央部分、上／下の部分など多様な位置に可能となる。

ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）は、光変調器３３０の周辺にフリップチップ接続されており、外部から入力される制御信号に応じて光変調器３３０に駆動電圧を提供する役目をする。また、ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）は、光変調器３３０の大きさ及び／または他の要求事項に応じて必要によりその数字は増減され得る。すなわち、図３を参照すると、ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）は二つが示されているが、本実施例はこれに限定されるものではない。

光変調器３３０は、下部基板３１０に形成された貫通ホールまたは透明な下部基板３１０を介して入射される入射光を変調して回折光を出射する役目をする。ここで、 光変調器３３０は、下部基板３１０にフリップチップ接続することができる。また、光変調器３３０は断面が長方形であって一方の方向が相対的により長く形成されている。

また、光変調器３３０及びドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）は、一つの接着剤により下部基板３１０ 上に実装され得る。すなわち、光変調器３３０ 及びドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）が下部基板３１０に実装される領域を区分して、一度の工程で一つの接着剤を下部基板３１０に塗布し、光変調器３３０及びドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）を下部基板３１０に実装することができる。ここで、チップを基板に電気的、機械的に付着するのに適する接着剤であれば、その形態に構わずに本発明に適用することができる。例えば、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、非導電性フィルム（ＮＣＦ：Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、非導電性ペースト（ＮＣＰ：Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）及び異方性導電性ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）の中の一つまたはそれらの組合により製造された接着剤が本発明に適用することができる。

シーリングキャップ３４０は、下部基板３１０と印刷回路基板３５０との間に位置し、光変調器３３０（ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）も含むことができる）を収容するために内部に溝が形成される。ここで、シーリングキャップ３４０は、下部基板３１０と接着媒介体により密封される。ここで、接着媒介体としては、エポキシ樹脂、ソルダー、フリットガラス（ｆｒｉｔｇｌａｓｓ） 及び液晶高分子（ＬＣＰ:Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）などの気密実装材であってもよいし、この場合シーリングキャップ３４０は下部基板３１０に密封することができる。よって、シーリングキャップ３４０は、光変調器３３０及び上記ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）を外部の湿気、圧力などから保護する役目をする。すなわち、シーリングキャップ３４０は、印刷回路基板３５０と光変調器３３０の間に位置して光変調器３３０の密封機能を発揮する。

ここで、 シーリングキャップ３４０の材質は、金属であってもよい。また、後述するように、シーリングキャップ３４０は省略されて印刷回路基板３５０が直接光変調器３３０及び上記ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）上に位置することもできる。本発明によるシーリングキャップ３４０が具備されない場合、光変調器３３０の周りにエポキシサイドシーリングするか、または光変調器３３０の内部にシーリングダムを形成して光変調器３３０及び上記ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）を外部の湿気、圧力などから保護することができる。

シーリングキャップ３４０の材質は、熱膨脹係数が小さなコバーである場合、Ｆｅ５３％、Ｎｉ２９％、Ｃｏ１７％ の合金であり、インバーである場合、Ｆｅ６３％、 Ｎｉ３６％の合金材料である。シーリングキャップ３４０の断面の形状は帽子形状であり、 外部湿気から光変調器３３０を保護することができる。ここで、シーリングキャップ３４０は、従来技術による実装材料であるエポキシ樹脂に比べて湿気の浸透を効果的に防止することができる。特に、シーリングキャップ３４０が金属である場合は、湿気浸透防止の面において優れた効果を有する。ここで、シーリングキャップ３４０の熱膨脹係数は接着になる底面のガラス基板または光変調器３３０のそれと類似であり得る。上述したように、シーリングキャップ３４０の材料は、コバー（Ｋｏｖａｒ）またはインバー（Ｉｎｖａｒ）であってもよい。このようなコバー（Ｋｏｖａｒ）またはインバー（Ｉｎｖａｒ）は、熱膨脹係数が比較的小さいので、光変調器３３０の熱膨脹係数と同一または類似の熱膨張係数を持つものにすることができる。ここでシーリングキャップ３４０の熱膨脹係数は、コバー ５．８６ｐｐｍ／℃、 インバーが１．３ｐｐｍ／℃ である。

印刷回路基板３５０は、下部基板３１０と対向して光変調器３３０ 及び上記ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）上に位置し、ドライバＩＣ３２０（１）及び３２０（２）に光変調器３３０を駆動するための信号を伝達する回路配線が形成されて、下部基板３１０ 上に形成された回路配線と電気的に繋がれる。ここで、印刷回路基板３５０は、下部基板３１０にワイヤボンディング３６０されるかまたはテープを用いてボンディング（ＴＡＢ：Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）することができる。印刷回路基板３５０が下部基板３１０にワイヤボンディング３６０される場合、下部基板３１０と印刷回路基板３５０を互いにボンディングするワイヤ３６０は、エポキシ樹脂３８０により保護（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ、不働化）することができる。

フレキシブル基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＰＣＢ: 軟性基板）３７０は、撓むことができるので、柔軟に外部回路、例えば、マザーボード（Ｍｏｔｈｅｒ Ｂｏａｒｄ）から電気的信号を受信することができる。すなわち、狭い空間でもフレキシブル基板（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰＣＢ）３７０を用いて光変調器モジュールパッケージが収容され得る。この場合、フレキシブル基板３７０の一端に外部回路と結合するためのコネクタ（図示せず）を形成することができる。ここで、印刷回路基板３５０は、硬性基板とフレキシブル基板（軟性基板）３７０の脱着型または一体型であってもよい。すなわち、印刷回路基板３５０が硬性基板である場合、外部回路（外部制御基板、ここで、外部制御基板は硬性基板であってもよい）と電気的に結合されたフレキシブル基板（軟性基板）３７０と一体型で形成されてもよいし、またはフレキシブル基板（軟性基板）３７０と分離及び付着の可能な脱着型であってもよい。ボンディングワイヤ保護用エポキシ樹脂３８０は、ワイヤボンディングに使用されるワイヤ３６０を包むように形成されて外部の湿度、圧力などから保護する。

図５は、本発明の好ましい第２実施例による光変調器がサイドシーリングされた光変調器モジュールパッケージの断面図である。 図５を参照すると、下部基板５１０、ドライバＩＣ５２０（１）及び５２０（２）、接着剤５２５（１）及び５２５（２）、 光変調器５３０、エポキシ樹脂５３５（１）及び５３５（２）、印刷回路基板５４０、 ボンディングワイヤ５５０（１）及び５５０（２）、ボンディングワイヤ保護用エポキシ樹脂５６０が示されている。上述した第１実施例との相違点を主として説明する。

光変調器５３０は、エポキシ樹脂５３５（１）及び５３５（２）によりサイドシーリング（ｓｉｄｅ ｓｅａｌｉｎｇ）することができる。すなわち、光変調器５３０の周辺にエポキシ樹脂５３５（１）及び５３５（２）を塗布して光変調器５３０を保護することができる。すなわち、エポキシ樹脂５３５（１）及び５３５（２）は一般的に硬化樹脂の機械的性質が優れるだけでなく寸法安全性が非常によく、機械加工性がよいので、これを用いて光変調器５３０を保護することができる。ここで、光変調器５３０とドライバＩＣ５２０（１）及び５２０（２）の高さは実質的に互いに同一であってもよい。したがって、印刷回路基板５４０は光変調器５３０とドライバＩＣ５２０（１）及び５２０（２）の上部に直接位置することができる。

図６は、本発明の好ましい第３実施例によるダムの形成された光変調器モジュールパッケージの断面図である。図６を参照すると、下部基板６１０、ドライバＩＣ ６２０（１）及び６２０（２）、接着剤６２５（１）及び６２５（２）、光変調器６３０、 光変調器パッド６３３（１）及び６３３（２）、下部基板バンプ６３５（１）及び６３５（２）、シーリングダム６３７（１）及び６３７（２）、印刷回路基板６４０、ボンディングワイヤ６５０（１）及び６５０（２）及びボンディングワイヤ保護用エポキシ樹脂６６０が示されている。上述した第１実施例との相違点を主として説明する。

光変調器６３０の周りにシーリングダム６３７（１）及び６３７（２）を形成して密封してもよい。すなわち、光変調器６３０が下部基板６１０と接着剤などで繋がれる領域の内側に形成された光変調器６３０の微細駆動領域を保護するためにシーリングダム６３７（１）及び６３７（２）を具備してもよい。ここで、光変調器６３０と下部基板６１０は、光変調器パッド６３３（１）及び６３３（２）と下部基板バンプ６３５（１）及び６３５（２）により互いに電気的に結合する。

シーリングダム６３７は、共晶はんだ（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｓｏｌｄｅｒ） または金（Ａｕ） などの金属であってもよい。ここで、共晶はんだは ＡｕＳｎ などフラックスレス（ｆｌｕｘｌｅｓｓ）ソルダーであってもよいし、ＩｎＳｎ または Ｓｎ のようにソルダー合金のうち低い温度の融点を有するソルダーであって、本発明に適用時低い温度にて工程を行うことができるという長所がある。シーリングダム６３７として金属を用いる場合、光変調器素子６３０の信号配線は絶縁体により保護され得るし、下部基板６１０ 上にはシーリングダム６３７（１）及び６３７（２）と接合される部位に接着膜が形成され得る。

本発明は、上記実施例に限定されないし、多くの変形が本発明の思想内で当分野の通常の知識を持つ者によって可能であることは勿論である。

上記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当する技術分野の通常の知識を持った者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明及びその均等物の思想及び領域から脱しない範囲内にて本発明を多様に修正及び変更させることができるであろう。

また、上述した実施例は光変調器パッケージに関して説明したが、異なるタイプのメムス構成要素が上述した実施例に伴ってともにパッケージすることができる。このようなメムス装置または構成要素は、例えば、モーター装置または飛行機に使用される回転センサまたは推進センサ（ｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃ ｏｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒｓ）を含むことができる。異なるタイプのメムス装置は、慣性センサまたはローレンツセンサ（ｉｎｅｒｔｉａ ｓｅｎｓｏｒｓ ｏｒ Ｌｏｒｅｎｚ（ｍａｇｎｅｔｉｃ） ｆｏｒ ｓｅｎｓｏｒｓ）を含むことができる。このような追加的なタイプのメムス構成要素中基板は透明であるかまたは光を透過することができるようにホールが形成されなければならない。また、ＭＥＭＳ素子の場合、気密実装のためにサイドシーリング（ｓｉｄｅ ｓｅａｌｉｎｇ）、チップシーリング（ｃｈｉｐ ｓｅａｌｉｎｇ） なども可能である。 また、ファインピッチ連結（ｆｉｎｅ−ｐｉｔｃｈ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）のためにＡＣＦなどの接着剤をメムス素子と関連素子が共有することができる。このようなことを除いて、上述した本発明による実施例はこのような追加的なメムス構成要素または異なるメムス構成要素とともに使用され得る。

従来技術による光変調器モジュールパッケージの分解斜視図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な圧電体を用いる一実施形態の回折型光変調器モジュールの斜視図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な圧電体を用いる別の形態の回折型光変調器モジュールの斜視図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な回折型光変調器アレイの平面図である。 本発明の好ましい実施例に適用可能な回折型光変調器アレイによりスクリーンにイメージが生成される模式図である。 本発明の好ましい第１実施例による光変調器モジュールパッケージの斜視図である。 本発明の好ましい第１実施例による光変調器モジュールパッケージの断面図である。 本発明の好ましい第２実施例による光変調器モジュールパッケージの断面図である。 本発明の好ましい第３実施例による光変調器モジュールパッケージの断面図である。 本発明の好ましい第４実施例による光変調器モジュールパッケージの断面図である。

符号の説明

１００−１、１００−２、．．．、１００−ｍ マイクロミラー
２１０ 基板
２２０ 絶縁層
２２０（ａ）、２２０（ｂ） 下部反射層
２３０ 犠牲層
２４０ リボン構造物
２４０（ｂ）、２４０（ｂ）−１、２４０（ｄ） ホール
２４０（ａ）、 ２４０（ａ）−１、２４０（ｃ） 上部反射層
２５０ 圧電体
２７０ スクリーン
２８０−１、２８０−２、２８０−３、２８０−４、．．．、２８０−（ｋ−３）、２８０−（ｋ−２）、２８０−（ｋ−１）、２８０−ｋ 画面
３１０、５１０、６１０ 下部基板
３２０（１）、３２０（２）、５２０（１）、５２０（２）、６２０（１）、６２０（２） ドライバＩＣ
３２５（１）、３２５（２）、５２５（１）、５２５（２）、６２５（１）、６２５（２） 接着剤
３３０、５３０、６３０ 光変調器
３４０ シーリングキャップ
３５０、５４０、６４０ 印刷回路基板
３６０（１）、３６０（２）、５５０（１）、５５０（２）、６５０（１）、６５０（２） 回路配線（ボンディングワイヤ）
３７０ フレキシブル基板
３８０、５６０、６６０ ボンディングワイヤ保護用エポキシ樹脂
５３５（１）、５３５（２） エポキシ樹脂
６３３（１）、６３３（２） 光変調器パッド
６３５（１）、６３５（２） 下部基板バンプ
６３７（１）、６３７（２） シーリングダム
Ｈ 貫通ホール

Claims (30)

1. 下部基板と、
   前記下部基板上に位置し、光信号を変調して前記下部基板を介して透過する光変調器と、
   前記光変調器を駆動するために前記光変調器周辺に実装されるドライバ集積回路（以下、ＩＣ）と、
   前記光変調器を駆動するための信号を伝達するために前記下部基板に形成された回路配線と、
   前記下部基板と対向して前記光変調器及び前記ドライバＩＣ上に位置して外部回路との信号連結機能をする印刷回路基板
   を含む光変調器モジュールパッケージ。
2. 前記下部基板は、前記光変調器に相応する部分が透明で光透過が可能であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器モジュールパッケージ。
3. 前記下部基板の光変調器に相応する部分は、光透過が可能となるように無反射光学コーティングしたガラスにより形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光変調器モジュールパッケージ。
4. 前記印刷回路基板と前記光変調器の間に位置して前記光変調器の密封機能をするシーリングキャップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光変調器モジュールパッケージ。
5. 前記シーリングキャップは、前記光変調器素子と前記ドライバＩＣを収容するように内部に溝が形成されること、および前記下部基板と密封されることを特徴とする請求項４に記載の光変調器モジュールパッケージ。
6. 前記シーリングキャップは、前記光変調器素子と前記ドライバＩＣを収容することを特徴とする請求項４に記載の光変調器モジュールパッケージ。
7. 前記シーリングキャップは、前記光変調器素子を収容することを特徴とする請求項４に記載の光変調器モジュールパッケージ。
8. 前記下部基板は、半導体基板、低温同時焼成セラミック（以下、「ＬＴＣＣ」）、高温同時焼成セラミック（以下、「ＨＴＣＣ」）及び多層印刷回路基板の中の一つであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光変調器モジュールパッケージ。
9. 前記下部基板は、前記光変調器の相応する部分に前記光信号が透過され得るホールが形成されて、前記ホールを密封して光透過が可能な光透過性覆いをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の光変調器モジュールパッケージ。
10. 前記下部基板と前記印刷回路基板間の電気的連結は、ワイヤボンディングまたはテープによる自動化ボンディング（以下、「ＴＡＢ」、Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）の中の一つにより行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光変調器モジュールパッケージ。
11. 前記下部基板と前記印刷回路基板間の電気的連結が、ワイヤボンディングにより行われる場合ボンディングワイヤはエポキシ樹脂により保護されることを特徴とする請求項１０に記載の光変調器モジュールパッケージ。
12. 前記印刷回路基板は、軟性基板を一体型で含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光変調器モジュールパッケージ。
13. 前記印刷回路基板は、外部回路との連結のためのコネクタを含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光変調器モジュールパッケージ。
14. 前記光変調器及びドライバＩＣは、一つの接着剤により前記下部基板上に実装されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光変調器モジュールパッケージ。
15. 前記接着剤は、異方性導電性フィルム（以下、「ＡＣＦ」、 Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ） または非導導性フィルム（以下、「ＮＣＦ」、 Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）であることを特徴とする請求項１４に記載の光変調器モジュールパッケージ。
16. 前記光変調器は、エポキシ樹脂によりサイドシーリングされることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光変調器モジュールパッケージ。
17. 前記光変調器が前記下部基板と繋がれる領域に形成された前記光変調器の駆動領域を保護するためのシーリングダムをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光変調器モジュールパッケージ。
18. 下部基板と、
    前記下部基板上に位置して、外部に信号を伝送するかまたは外部から信号を受信するためのメムス（ＭＥＭＳ、ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）素子と、
    前記メムス素子を駆動するために前記メムス素子周辺に実装されるドライバＩＣと、
    前記下部基板と対向して前記メムス素子及び前記ドライバＩＣ上に位置して外部回路との信号連結機能をする印刷回路基板
    を含むメムスパッケージ。
19. 前記印刷回路基板と前記メムス素子の間に位置して前記メムス素子の密封機能をするシーリングキャップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のメムスパッケージ。
20. 前記シーリングキャップは、前記メムス素子と前記ドライバＩＣを収容するように内部に溝が形成されて、前記下部基板とエポキシ樹脂、ソルダー、フリットガラス及びＬＣＰの中の一つにより密封されることを特徴とする請求項１９に記載のメムスパッケージ。
21. 前記シーリングキャップは、前記メムス素子と前記ドライバＩＣを収容することを特徴とする請求項１９に記載のメムスパッケージ。
22. 前記シーリングキャップは、前記メムス素子を収容することを特徴とする請求項１９に記載のメムスパッケージ。
23. 前記下部基板は、半導体基板、ＬＴＣＣ、ＨＴＣＣ及び多層印刷回路基板の中の一つであることを特徴とする請求項１８〜２２のいずれか一項に記載のメムスパッケージ。
24. 前記下部基板と前記印刷回路基板間の電気的連結は、ワイヤボンディングまたはＴＡＢの中の一つにより行われることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載のメムスパッケージ。
25. 前記下部基板と前記印刷回路基板間の電気的連結が、ワイヤボンディングにより行われる場合、ボンディングワイヤはエポキシ樹脂により保護されることを特徴とする請求項２４に記載のメムスパッケージ。
26. 前記印刷回路基板は、軟性基板を一体型で含むことを特徴とする請求項１８〜２５のいずれか一項に記載のメムスパッケージ。
27. 前記印刷回路基板は、外部回路との連結のためのコネクタを含むことを特徴とする請求項１８〜２６のいずれか一項に記載のメムスパッケージ。
28. 前記メムス素子及びドライバＩＣは、一つの接着剤により前記下部基板上に実装されることを特徴とする請求項１８〜２７のいずれか一項に記載のメムスパッケージ。
29. 前記メムス素子は、エポキシ樹脂によりサイドシーリングされることを特徴とする請求項１８〜２８のいずれか一項に記載のメムスパッケージ。
30. 前記メムス素子が、前記下部基板と繋がれる領域に形成された前記メムス素子の駆動領域を保護するためのシーリングダムをさらに含むことを特徴とする請求項１８〜２９のいずれか一項に記載のメムスパッケージ。

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