JP2008053546A

JP2008053546A - 受光素子

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Publication number: JP2008053546A
Application number: JP2006229510A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Ishida; 智彦石田; Jun Ono; 小野　　純
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-03-06
Also published as: US20080049565A1; US7826332B2

Abstract

【課題】光記録媒体で反射した光を受光する受光素子に関し、安価かつ簡便な方法で製造することができ、短波長レーザー光源（波長４０２μｍ〜４１３μｍ）に対する受光素子を提供することを目的にする。
【解決手段】受光素子１は、受光部１１が形成されたシリコン基板９と、シリコン基板９を実装する回路基板７と、シリコン基板９と回路基板７とを電気的に接続し、少なくとも１つ以上の配線１５と、配線１５を覆うカバー層３、受光部１１が露出する露出部４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光記録媒体で反射した光を受光する受光素子に関する。

光ヘッドに用いられる受光素子は、受光部が形成された集積回路素子と、当該集積回路素子を実装する回路基板とを有している。また、受光素子は、集積回路素子に形成された電極パッドと、回路基板上に形成された電極端子と、電極パッドと電極端子とを接続する配線とで構成されたボンディング部を有している。さらに受光素子は、受光部及びボンディング部上を覆うように両基板に跨って配置されたカバー層を有している。カバー層は、ワイヤの保護や応力の緩和を行う。具体的には、カバー層は、水分による腐食や空気中の塵及び埃等による短絡不良がボンディング部で発生するのを防止する保護部材として機能する。

受光部は光記録媒体で反射した光を受光できるようになっている。受光素子は、受光部で受光した光の光量を光電変換して、ボンディング部から電気信号を出力するようになっている。当該電気信号に基づいて、光記録媒体に記録された情報を含む再生信号や光ヘッドの焦点誤差又はトラッキング誤差の調整に用いられる誤差検出信号が生成される。
特開２００５−５３６３号公報特開２００６−４１４５６号公報特開２００４−２１４２９１号公報特開２００５−４５０５１号公報特開２００３−３０９２７１号公報特開２００５−２６２６０号公報

ところで、次世代の光ヘッドの特徴として、記録密度を上げるために光源波長を短くする必要がある。例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）装置で用いられる光源波長は７８０ｎｍ付近であるが、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）装置で用いられる光源波長は６５０ｎｍである。また、現在では、４００ｎｍ付近まで光源波長が短くなっている。一般に、光源波長が短くなると、光学部品の色収差、透過率及び耐久性などの特性が変化し、４００ｎｍ付近を境にこれらの特性の変化が大きくなる。従って、ＣＤ装置やＤＶＤ装置で使用される光源波長帯において使用可能な光学部品でも、４００ｎｍ付近の光源を用いる場合には使用できない可能性がある。具体的には、樹脂を材料に用いる光学部品や接着剤などに、高出力な短波長光を長時間にわたって照射すると樹脂に化学変化が起こり、樹脂の透過率が変化したり樹脂が変形したりするなどの損傷を引き起こす場合がある。また、樹脂を使用せずにガラス材をレーザー光の光路に配置することも考えられるが、部品の加工コストや組み立てコストが高価になってしまうという問題がある。

本発明の目的は、安価かつ簡便な方法で製造することができ、短波長レーザー光源（波長４０２μｍ〜４１３μｍ）に対する受光素子を提供することにある。

上記目的は、受光部が形成された集積回路素子と、前記集積回路素子を実装する回路基板と、前記集積回路素子と前記回路基板とを電気的に接続し、少なくとも１つ以上のワイヤと、前記ワイヤを覆うカバー層と、前記受光部を露出する構造を備えることを特徴とする受光素子によって達成される。

上記本発明の受光素子であって、前記受光部は、短波長レーザー光を受光することを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記集積回路素子と前記回路基板とは、ワイヤ接続されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記カバー層は、不透明樹脂で形成されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記カバー層は、エポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂で形成されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記受光部の外周囲と前記露出部の内周囲との距離は、５０μｍ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、安価かつ簡便な方法で製造でき、短波長レーザー光源に対する受光素子が実現できる。

本発明の一実施の形態による受光素子の概略構成について図１乃至図６を用いて説明する。本実施の形態では、光ヘッドに用いられる受光素子１を例にとって説明する。本実施の形態による受光素子１の構造を説明する前に、比較例としての従来の受光素子３１の概略構成について図６を用いて説明する

図６は、光ヘッドに用いられる従来の受光素子３１の切断面を示している。図６に示すように、受光素子３１は、回路基板７に樹脂基板が用いられている。回路基板７のほぼ中央には、薄板形状のシリコン基板（集積回路素子）９が実装されている。シリコン基板９は、基板面のほぼ中央に形成された受光部１１を有している。受光部１１上を含みシリコン基板９の基板面のほぼ全面には、厚さが０．０５μｍ〜２μｍの透明保護膜（不図示）が形成されている。透明保護膜は、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ又はＳｉＯＮ等で形成されている。

また、シリコン基板９は、シリコン基板９の対向する一対の端辺に沿ってそれぞれ形成された複数の電極パッド１３を有している。シリコン基板９の当該端辺に沿って、回路基板７の対向する一対の端辺には、例えば電極パッド１３と同数の電極端子１５が形成されている。受光素子３１は、電極端子１５を用いて受光素子３１を実装する実装基板（不図示）と電気的に接続される。電極パッド１３は少なくとも１つ以上の配線（ワイヤ）１７により電極端子１５に電気的に接続されている。複数の電極パッド１３、複数の電極端子１５及び複数の配線１７によりボンディング部が構成されている。

受光素子３１は受光した光の光量を受光部１１で光電変換して電極パッド１３から電気信号を出力する。当該電気信号は配線１７及び電極端子１５を介して受光素子３１が実装された実装基板上の所定の回路に入力される。シリコン基板９、回路基板７、配線１７、電極パッド１３及び電極端子１５は透明樹脂で形成されたカバー層３３で封止されている。カバー層３３は、ほこりや異物、水分や各種の化学物質から両基板７、９及びボンディング部を保護している。

次に、本実施の形態の受光素子１について図１及び図２を用いて説明する。図１は、受光部１１の受光面の中心軸を含む面内で切断した受光素子１の断面を示している。図２は、受光部１１が形成されたシリコン基板９の基板面の法線方向に見て、受光部１１近傍を拡大して示している。図１に示すように、短波長レーザー光源に対応した受光素子１は、カバー層３の形状が従来の受光素子３１のカバー層３３の形状と異なる点を除いて同様の構造を有している。カバー層３は、配線１７を覆う非光入射領域５と、受光部１１の上方であって光入射領域２が露出されている露出部４とを有している。カバー層３は、例えば不透明樹脂のエポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂で形成されている。

シリコン基板９上の受光部１１は露出された構造となっている。受光部１１の上方には樹脂が存在しない。露出部４の内壁面５ａは、上方からみて円形に形成されている。また、カバー層３の非光入射領域５の光入射側の外表面５ｂは、シリコン基板９の基板面にほぼ平行に形成されている。受光部１１が露出する露出部４を設けることで、高出力な短波長光は、カバー層３の形成材料である樹脂に照射されることがなくなるので、当該樹脂の化学的変化による透過率変化や変形などが防止され、受光素子１の機能の向上を図ることができる。また、カバー層３は、受光部１１が露出する露出部４以外のシリコン基板９の基板面及び配線１７を含むボンディング部を保護する封止樹脂として機能する。このため、カバー層３は、全面を透明樹脂で封止した従来の受光素子３１のカバー層３３と同等の信頼性を維持できる。

受光素子が光ヘッド内で配置され、光ヘッド内の対物レンズが受光素子の上に配置される場合、受光素子は光ヘッドの配置方向にみて垂直に置かれることが多い。即ち、受光素子の受光面は鉛直方向に平行な方向に配置される。このため、受光素子上に自重によって自然堆積するほこりは少ないと考えられる。また、室内の空気中に存在する塵埃を調べたところ、綿埃と砂埃とに大別できることがわかった。綿埃は砂埃に比べると大きいので光ヘッドの内部にほとんど入り込まない。そこで、砂埃に着目し粉塵試験機によって実際の使用環境に近い状況を作り出して対粉塵性能の試験を行った結果、長時間試験した受光素子において、直径約３０μｍの砂埃が付着する可能性があることがわかった。これらの砂埃は、大きく重いため侵入経路としては封止樹脂（カバー層）に沿って移動することが考えられる。そこで、図２に示すように、シリコン基板９の受光部１１の外周囲のシリコン基板９上の露出部４の内周囲との最短距離ｌを５０μｍ以上離して配置する。これにより、侵入する砂埃が受光部１１まで到達することを防止できる。本実施の形態では、シリコン基板９の基板面の法線方向に見て、受光部１１はほぼ正方形状であり、露出部４はほぼ円形状である。このため、最短距離ｌは、受光部１１の外周囲の角部からシリコン基板９上の露出部４の内周囲までの距離になる。これにより、受光素子１の機能を維持できる。また、図２は円形の露出部を有した受光素子の図であるが、露出部が四角であってもよい。

次に本実施の形態による受光素子１の製造方法について簡単に述べる。受光部１１の形成されたシリコンウェハをダイシングにより個々に分割する。分割したシリコン基板９の１つ１つをピックアップし、受光部１１が形成されたシリコン基板９基板面の裏面側を接着剤により回路基板９に実装する。接着剤乾燥後、シリコン基板９の電極パッド１３から回路基板７の電極端子１５にかけて配線１７により接続する。配線１７を含むワイヤ部分（ボンディング部）を保護するため、封止樹脂によりワイヤ部分を樹脂封止する。樹脂封止後に樹脂を乾燥する。これにより、ワイヤ部分をカバー層３で覆い、受光部１１を露出する露出部４を備えた受光素子１が完成する。本製造方法は、シリコン基板９を回路基板７にバンプ接続するなどの複雑な工法を用いないため、高価な製造装置を用いないで済み、製造設備の費用を抑えることができる。例えば、自動の塗布装置ではなく手作業で樹脂を塗布することで製造設備費用を抑えることができる。

また、露出部４を作る方法として次のような方法も考えられる。受光部１１の形成されたシリコンウェハをダイシングにより個々に分割する。分割したシリコン基板９の１つ１つをピックアップし、受光部１１が形成された回路基板７基板面の裏面側を接着剤により回路基板９に実装する。接着剤乾燥後、受光部１１の上部に水溶性の樹脂材料を塗布することで将来的に露出部４となる領域を覆う。次にシリコン基板９の電極パッド１３から回路基板９の電極端子１５にかけて配線１７により接続する。その後、配線１７を保護する樹脂材料によりワイヤ部分を封止する。封止樹脂の乾燥後、受光部１１の上部を覆った樹脂を水洗により除去するとワイヤ部分をカバー層３で覆い、受光部１１を露出する露出部４を備えた受光素子１が完成する。なお、受光部１１の上部を覆うものは樹脂でも金属でもかまわない。また、露出部４の領域を一時的に覆う部分はエッチングによって取り除いてもかまわない。この方法は、露出部４の形状寸法を制御することが可能である。間接的には、この方法は、樹脂の一括封止などの量産性を向上させることができる方法である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、受光素子１は、ワイヤ部分を封止するカバー層３、受光部１１を露出するに露出部４を有している。このため、受光素子１はレーザー光がカバー層３に照射されず、レーザー光によるカバー層３の劣化を防止できる。従って、受光素子１は短波長レーザー光源に対する受光素子に用いることができる。

特許文献５において、受光部上を開口した構造の受光素子が開示されている。しかし、当該受光素子には、次のような問題がある。（１）複数の基板を重ね合わせる構造であるので製造が難しい。（２）開口部となる基板が受光部よりも上部にある構造であり、本実施の形態の受光素子１とは構造が異なる。（３）開口部となる基板が配線層も兼ねており、本実施の形態の受光素子のように薄型化を図ることが難しい。（４）シリコン基板を保持する基板を別途用意する必要があり部材費が高くなる。（５）接続部の応力緩和のための樹脂の選択が難しい。（６）接続部及び開口部の検査が難しい。

本実施形態の受光素子１は、シリコン基板９を回路基板７に接着剤を用いて実装するだけの単純構造である。回路基板７とシリコン基板９とは配線１７により接続するため製造コストが安価である。高粘性液状封止材料を用いてワイヤ部分を保護することで、露出部４を作ることができる。検査は目視で樹脂の封止状態及び露出部４の大きさを確認できるため簡単である。

また、特許文献６において、受光部上を開口した構造の受光素子が開示されている。しかし、当該受光素子には、次のような問題がある。（１）モールド樹脂の金型が必要であるので、設備コストが高い。（２）モールディングによる樹脂封止で開口部を作ることが難しい。（４）リードフレームや受光素子裏面部分の樹脂の厚さがあるためパッケージが厚く、大きくなり、薄型化・小型化が難しいという問題がある。本実施の形態では、金型が不要であるため設備コストが低くなる。さらに、液状樹脂を滴下してカバー層３を形成することができるので実現性が高く製造も容易である。本実施の形態では、回路基板７の裏面には樹脂がないので薄型化を図ることできるため、薄型の光ヘッドに適した構造であるといえる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、光ヘッドに用いる受光素子を安価かつ簡便な方法で製造できる。さらに、受光素子１は、受光部１１が露出する露出部４を設けても埃やゴミが付着するのを防止して受光素子として十分な機能を発揮することができる。

次に、本実施の形態の変形例による受光素子１の概略構成について説明する。図４乃至図５は、第１乃至第３の変形例による受光素子１をそれぞれ示している。図４乃至図５は、受光部１１の受光面の中心軸を含む面内で切断した受光素子１の断面を示している。第１乃至第３の変形例による受光素子１は、図１に示す受光素子１に対してカバー層３の露出部４近傍の形状が異なる点に特徴を有している。

図３に示すように、第１の変形例による受光素子１は、断面において、露出部４の内壁面５ａが傾斜したカバー層３を有している。内壁面５ａは例えばすり鉢状に形成されている。図４に示すように、第２の変形例による受光素子１は、断面において、非光入射領域５の外表面５ｂが傾斜したカバー層３を有している。図５に示すように、第３の変形例による受光素子１は、断面において、露出部４の内壁面５ａが曲線状に形成されたカバー層３を有している。

第１乃至第３の変形例による受光素子１は、断面において、露出部４の内壁面５ａ又は非光入射領域５の外表面５ｂのいずれかが傾斜して形成されている。このため、露出部４に入り込んで滞留したほこりが受光部１１まで到達するのを防止することができる。例えば、第３の変形例の受光素子１は、露出部４の内壁面５ａがなだらかな円弧を描く形状であるため、露出部４に侵入したほこりが滞留し難く、望ましい形状である。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
受光素子１の回路基板７には、例えばフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を用いることが可能である。ＦＰＣを用いることでシリコン基板９を支持するための基板が不要となり、受光素子１をさらに薄く形成することができる。このことにより、ＦＰＣによって接続の自由度を維持しつつ、受光素子１を軽く薄くできる。薄型の光ヘッドには小型の受光素子が求められており、薄型の光ヘッドに受光素子１を搭載することが可能となる。

また、集積回路素子であるシリコン基板９は受光部１１を有していれば、シリコン基板９でなくてもよい。例えば、シリコン基板９に代えて、化合物半導体である窒化ガリウム半導体（ＧａＮ）に受光部１１が形成された基板でも、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

本発明の一実施の形態による受光素子１の概略構成を示す図である。本発明の一実施の形態による受光素子１の露出部４近傍の拡大図である。本発明の一実施の形態の第１の変形例による受光素子１の断面図である。本発明の一実施の形態の第２の変形例による受光素子１の断面図である。本発明の一実施の形態の第３の変形例による受光素子１の断面図である。従来の受光素子の断面図である。

符号の説明

１、３１受光素子
２光入射領域
３、３３カバー層
４露出部
５非光入射領域
７回路基板
９シリコン基板
１１受光部
１３電極パッド
１５電極端子
１７配線

Claims

受光部が形成された集積回路素子と、
前記集積回路素子を実装する回路基板と、
前記集積回路素子と前記回路基板とを電気的に接続し、少なくとも１つ以上のワイヤと、
前記ワイヤを覆い、前記受光部が露出されている構造を特徴とする受光素子。
請求項１記載の受光素子であって、
前記受光部は、短波長レーザー光を受光すること
を特徴とする受光素子。
請求項１又は２に記載の受光素子であって、
前記集積回路素子と前記回路基板とは、ワイヤ接続されていること
を特徴とする受光素子。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受光素子であって、
前記ワイヤを覆うカバー層は、不透明樹脂で形成されていること
を特徴とする受光素子。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の受光素子であって、
前記カバー層は、エポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂で形成されていること
を特徴とする受光素子。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受光素子であって、
前記受光部の外周囲と前記露出部の内周囲との距離は、５０μｍ以上であること
を特徴とする受光素子。