JP2009152299A - 光学デバイス及び光学デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ低コストな方法にて作製できる、光学機能領域が露出した、小型の光学デバイスを提供する。
【解決手段】光学デバイス１は、所定の配線パターンが形成された配線基板２の電極部と接続された光学素子４と、光学素子４上に搭載された受光素子を有する光学機能領域６とを有し、光学機能領域６を包含しない部分で樹脂封止され、光学機能領域６を露出させている開口凹部８は、垂直断面においてテーパー形状の第１側面１０ａ、およびその先端かつ光学機能領域６の上面近傍にて第１側面１０ａと１８０度以上の角θ１をなす第２側面１０ｂを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学デバイスおよび光学デバイスの製造方法に関し、特に光学素子とそれを搭載する配線基板とを備え、光学素子と配線基板との電気的接続部分を樹脂封止した光学デバイスおよびその製造方法に関するものである。

従来、固体撮像素子やＬＥＤなどの光学半導体素子を配線基板に搭載した光学デバイスは、受光機能あるいは発光機能を備えた光学機能面を保護するために、光学機能面の上方に透光性基板を配置した中空のパッケージ構造（例えば、特許文献２参照）や光学機能面上に透明樹脂を塗布した構造のデバイス（例えば、特許文献１参照）であった。

けれども、このような構造の光学デバイスにおいて、例えば波長４０５ｎｍという短波長の青紫レーザ光を受光あるいは発光させようとすると、透明樹脂は経時的に変色していき透過率が変化してしまうため使用することができず、また透光性基板として特殊なコーティングを施したガラス板を用いれば透過率の変化は生じないが、このようなガラス板は非常に高価であるためコストが大きくなってしまう。

上記の問題に対して、例えば特許文献３では、光学半導体素子の樹脂封止時に、凹部の先端形状が円錐台または角錐台状に設定された機能ピンを、封止金型のピン挿入孔を介して光学機能面の上方向近傍にて接触しないように位置決めし、機能ピンの凹部に設けられた貫通孔を通じて不活性ガスの噴射と吸引を循環することにより、封止樹脂が光学半導体素子の光学機能面に到達するより前に硬化させて、光学機能面上側に樹脂が塗布されない開口部を形成する光機能素子モジュール、或いは、機能ピンの凹部に設けられた貫通孔を通じて光学機能面上側の封止樹脂を真空吸着することにより、光学機能面上側の樹脂を剥離して開口部を形成する光機能素子モジュールが提案されている。
特開平９−２９８２４９号公報 特開２００３−３３２５４２号公報 特開２００３−２７３３７１号公報

上記特許文献３に記載の光機能素子モジュールの作製方法によれば、短波長の青紫レーザ光の受光あるいは発光の際に課題となる光学機能面上の樹脂の経時劣化は、機能ピンの凹部孔から噴射される不活性ガスによって封止樹脂の進入を防止、或いは機能ピンの凹部孔から真空吸着によって光学機能面上の封止樹脂を除去することで、封止後に全く樹脂に覆われない開口部を形成することにより、解消することが可能になる。しかしながら、特許文献３に記載された光機能素子モジュールの作製においては、受発光部である光学機能面上の樹脂除去に対して、不活性ガスの噴射や真空吸着といった付帯処理が発生するため、付帯処理用の膨大な装置が必要になり製造方法が複雑になってしまうという問題がある。

また、例えば小型の受光素子であるフォトセンサーにおいては、配線基板上に光機能素子を複数個搭載して一括封止成型した後に、ダイシングにて個片に裁断する工法が一般的であるが、特許文献３に記載の光機能素子モジュールの作製においては、個片ごとに不活性ガスの噴射、或いは真空吸引の機構を設ける必要があり、コストやタクトの面でも問題がある。同時に、配線基板の厚みバラつきや反りによって樹脂封止の信頼性が低下してしまう問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、簡単かつ低コストな工法にて作製できる、光学機能領域が露出した小型の光学デバイスを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の光学デバイスは、一方の面に光学機能領域を有する光学素子と、前記光学素子を搭載し、該光学素子と電気的に接続されている配線基板と、前記光学素子と前記配線基板とが電気的に接続されている部分を少なくとも封止する封止樹脂とを備え、前記光学機能領域を底面とし、少なくとも一部が前記封止樹脂から形成された側面を有する凹部をさらに備え、前記側面は、前記底面から前記凹部の深さの途中まで立ち上がっている第２側面と、該第２側面よりも上方に位置する第１側面とを有し、前記第１側面の上端によって囲まれた領域の面積よりも、前記第１側面の下端によって囲まれた領域の面積の方が小さく、前記第１側面と前記第２側面とは、両者の接続部において直接接続されており、１８０度を越える角度をなしている構成とした。

ここで、光学機能領域とは、固体撮像素子の撮像領域やＬＥＤの発光領域などの受光あるいは発光領域のことであり、本願発明においては配線基板にはリードフレームも含まれる。また凹部においては底面が下側であり、開口が上側である。第１側面と第２側面とのなす角度は、凹部の中に視点をおいたときの角度である。

本発明の第１の光学デバイスの製造方法は、一方の面に光学機能領域を有する光学素子を搭載し、該光学素子と電気的に接続されている配線基板を備えた光学デバイスの製造方法であって、前記光学素子の他方の面を配線基板に搭載する工程と、前記光学素子と前記配線基板とを電気的に接続する工程と、少なくとも前記光学素子と前記配線基板とを電気的に接続した部分を、金型を用いて樹脂封止する工程とを含み、前記金型は、前記配線基板の前記光学素子搭載面とは反対側の面に配置される下型と、該下型とともに前記光学素子を搭載した前記配線基板を挟み込む上型とからなり、前記上型は、前記光学機能領域に接触する凸部を有しており、前記凸部は頂部において前記光学機能領域と接触し、前記頂部は弾性体により形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の第２の光学デバイスの製造方法は、一方の面に光学機能領域を有する光学素子を搭載し、該光学素子と電気的に接続されている配線基板を備えた光学デバイスの製造方法であって、前記光学素子の他方の面を配線基板に搭載する工程と、前記光学素子と前記配線基板とを電気的に接続する工程と、少なくとも前記光学素子と前記配線基板とを電気的に接続した部分を、金型を用いて樹脂封止する工程とを含み、前記金型は、前記配線基板の前記光学素子搭載面とは反対側の面に配置される下型と、該下型とともに前記光学素子を搭載した前記配線基板を挟み込む上型とからなり、前記上型は、前記光学機能領域に向かって突出している凸部を有しており、前記凸部は頂部において前記光学機能領域の周縁部全周と接触するとともに該光学機能領域とは非接触であり、前記頂部は弾性体により形成されている構成としている。

なお、本発明の第１または第２の光学デバイスの製造方法において、弾性体の外径は、集積回路素子の受光素子ないし発光素子の対角よりも微かに大きく、高さ方向の形状が円柱型であってもよく、弾性体の外径が高さ方向の先端から中央部にかけて小さくなった鼓型であっても構わない。

更に、本発明の第１または第２の光学デバイスの製造方法において、弾性体の形状は、光学機能部領域で、受光素子ないし発光素子の対角よりも微かに大きい直径寸法にて中空としても良い。

加えて、本発明の第１または第２の光学デバイスの製造方法において、弾性体は、封止樹脂の成型温度で溶融することなく、かつ成型後の樹脂の冷却、固着前に弾性変形が緩和することのない物性特性を有する、或いは弾性体の側面に、成型前に封止樹脂との離型添加剤が塗布もしくは付着されているとしても構わない。これにより、本発明の光学デバイスにおける第１側面と第２側面との接続部分の形状が、より明確に形成可能となる。

本発明の光学デバイスの製造方法では、金型の凸部先端に設けられた弾性体が光学機能領域自体あるいはその周縁部に接触して樹脂封止が行われるので、封止段階で光学デバイスの上面に開口部を設けて光学機能領域を露出させることが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
−光学デバイスの構造−
本実施形態に係る光学デバイス１の構造を図１及び図２（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

図１に、実施形態１に係る光学デバイス１の構成を示す上斜視概念図を示す。また、図２（ａ）は実施形態１に係る光学デバイス１の断面図であり、図２（ｂ）は開口部の断面図である。光学デバイス１は、配線基板２に搭載された光学素子（受光素子）４を、光学機能領域（受光部）６が露出するように封止樹脂７によって樹脂封止して形成されている。

半導体素子である光学素子４は矩形平板状であり、一方の面の中央部分に光学機能領域６が形成されており、その面の周縁部には電極パッド（図示せず）が設けられている。配線基板２へは、光学素子４の光学機能領域６が形成されていない他方の面が載せられて固定される。即ち配線基板２の上に光学素子４が搭載されて、光学機能領域６は上方を向いている。

配線基板２には、光学素子４搭載領域の周囲に複数の貫通孔が設けられ、その孔にめっきおよび導電部材埋め込みが施されて貫通電極３ａが形成されている。貫通電極３ａは配線基板２の光学素子４搭載面側において、光学素子４の電極パッドとワイヤ５によって電気的に接続される接続配線に電気的に接続している。また、搭載面とは反対側の面において貫通電極３ａは、その面に設けられた外部接続電極３ｂと電気的に接続している。外部接続電極３ｂは外部回路と接続されて、電力の供給を受けたり信号の入出力を行ったりする。

封止樹脂７は、光学機能領域６を除いた光学素子４の表面と配線基板２の光学素子４搭載面、および光学素子４と配線基板２とを電気的に接続しているワイヤ５を封止している。光学機能領域６は封止樹脂７に設けられた貫通孔によって露出している。換言すると、光学デバイス１には光学機能領域６を底面とする開口凹部８が設けられており、開口凹部８の側面１０は封止樹脂７により形成されている。

開口凹部８の側面１０は、凹部深さ方向において２つの部分に分かれている。開口凹部８の最上面から下方へ行くに従って均一に先細になっていくテーパー形状の第１側面１０ａと、光学素子４の光学機能領域６上面近傍まで延びていて、第１側面１０ａと連続的に直接接続される第２側面１０ｂとより構成されている。第１側面１０ａの上端によって囲まれた領域の面積よりも第１側面１０ａの下端によって囲まれた領域の面積の方が小さい。第１側面１０ａと第２側面１０ｂとが接続部分でなす角θ１は約１９０〜２６０度である。

また、第２側面１０ｂは、第１側面１０ａとの接続部、ならびに開口凹部８の最下面である光学素子４と接触する部分の近傍で横断面半径が最小となり、中央部が膨らんだ太鼓型の円柱の側面形状となっており、その最大径と最小径の差は第１側面１０ａの最大径（上端部分径）と最小径（下端部分径）の差に対して非常に微々たるものである。ただし図では寸法差を誇張して示している。

更に、第２側面１０ｂの下部にて、高さ方向に非常に小さな寸法で第２側面１０ｂの段差部１０ｃが形成されている。この段差部１０ｃは、後述する製造方法にて、第２側面１０ｂを作製する弾性体（図示せず）の端部面取り形状が転写されることによって形成されるものである。

上述のように光学機能領域６を底面とする開口凹部８が形成されているので、波長４０５ｎｍのような短波長の光９を光学機能領域６がそのまま受光することができ、上部を樹脂やガラス板で保護されている光学デバイスに比べて減衰や反射、光強度の経時変化がなく好ましい。また上述の開口凹部８の形状により、開口凹部８に斜めに入射する外乱光は光学機能領域４に入射することなく外部に反射されて出て行きやすい。

−光学デバイスの製造方法−
図３（ａ）に、実施形態１に係る光学デバイス１の製造金型を示す断面図を示す。また、図３（ｂ）〜（ｄ）は実施形態１に係る光学デバイス１の製造方法のメカニズムの一部を示す概略断面図である。更に、図４（ａ）、（ｂ）は実施形態１に係るスリーブ（凸部）２０先端の弾性体の概略平面図および概略側面図であり、図５は実施形態１に係る光学デバイス１の製造方法においてスリーブ２０内の摺動ピン２１，２３の加圧と弾性体２４の変形状態を示す概略断面図である。

図示は省略しているが、まず連続した配線基板１１に光学素子４を一定寸法間隔で搭載する。連続した配線基板１１は、個々の配線基板が複数繋がっているものであり、後ほど切断されることにより個々の配線基板２となる。それから、光学素子４の電極パッドと、連続した配線基板１１の接続配線３ａとをワイヤボンディングによって電気的に接続する。

その後、図３（ａ）に示すように光学素子４を搭載した連続した配線基板１１を金型１２内に設置する。金型は下型１３と上側固定型１４、ならびにストリッパー型１５とからなる。ストリッパー型１５は規制バネ１６を介して上側固定型１４と一体化されており、本実施形態ではこの両者を上型と呼ぶことにする。

下型１３、上側固定型１４、ストリッパー型１５は、平面方向（図に対して垂直な面の方向）の同一座標にて孔部がそれぞれ形成されており（図３（ａ）の左側）、下型１３とストリッパー型１５の孔部にそれぞれ嵌合されたガイドブッシュ１７ａ、１７ｂの内径に上側固定型１４に固定されたガイドポスト１８が摺動するように設置されており、これらによって上型と下型１３とは連結されている。このように連結された下型１３ならびにストリッパー型１５で、連続した配線基板１１を挟み込む。

下型１３には連続した配線基板１１の光学素子４非搭載面が載せられ、その載せられる面は平らである。一方、ストリッパー型１５の、連続した配線基板１１の光学素子４に面している側には、光学素子４に向かって突出した凸部が設けられている。凸部はストリッパー型１５に固定、嵌合され先端に向けてその外形が細くなるテーパー上のスリーブ２０として形成されている。スリーブ２０は中空な部材であって、規制ユニット１９の一部である。

規制ユニット１９は、スリーブ２０と、スリーブ２０内部を上下方向に移動可能な第１の摺動ピン２１、上側固定型１４の降下に応じた第１の摺動ピン２１からの押圧を受けて上下方向に弾性変形可能な内部バネ２２、ならびに内部バネ２２の弾性力にてスリーブ２０内を上下方向に移動可能な第２の摺動ピン２３とから構成されている。第１の摺動ピン２１の頭部は上側固定型１４に固定されており、内部バネ２２は上側が第１の摺動ピン２１下端と接触し、下側が第２の摺動ピン２３上端と接触する。

第２の摺動ピン２３の内部バネ２２と接触しない側の先端面、すなわち規制ユニット１９の凸部形成先端面には円柱形の弾性体２４が接着剤（図示せず）等によって固定されており、弾性体２４の固定されていない側の面は、金型１２に搭載された際に光学機能領域６と接触する。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、連続した配線基板１１を挟み込んだ時点では、ストリッパー型１５ならびに規制ユニット１９先端の弾性体２４は、配線基板１１ならびに光学素子４の光学機能領域６と接触しているものの、規制バネ１６あるいは規制ユニット１９の内部バネ２２はその自然長に対して全く変位していないため、これらのバネ１６，２２に弾性力は発生していない。なお、この時点では第１の摺動ピン２１は内部バネ２２には接触していない。

次に図３（ｃ）に示すように、上側固定型１４に力をかけて変位Ｌ１だけ下降させるとその変位量に応じた弾性荷重Ｆ１が、規制バネ１６よりストリッパー型１５を介して、連続した配線基板１１の配線パターンが設置されていない領域に加えられる。ただしこの時、第１の摺動ピン２１は変位Ｌ１だけ下降して規制ユニット１９の内部バネ２２の上端に接触するようになるが、内部バネ２２はその自然長に対して全く変位していないため、弾性体２４を弾性変形させることによって発生する光学素子４への弾性力は発生していない。

それから図３（ｄ）に示すように、上側固定型１４がさらに変位Ｌ２だけ下降して最下点（下死点）に達した際には、規制バネ１６からは変位量（Ｌ１＋Ｌ２）に応じた弾性荷重Ｆ２が、連続した配線基板１１の配線パターンが設置されていない領域に加えられる。一方、規制ユニット１９の第１の摺動ピン２１は上側固定型１４と連動して変位Ｌ２だけ下降するため、内部バネ２２が自然長に対して変位Ｌ２だけ収縮することによって発生する弾性荷重Ｆ３が、第２の摺動ピン２３と弾性体２４を介して、光学素子４の光学機能領域６に加えられる。

第２の摺動ピン２３の先端に固定された弾性体２４は、直径が第２の摺動ピン２３先端径よりわずかに大きく、かつスリーブ２０の先端径以下であるような、長手方向に一定寸法の円柱型である。第１の摺動ピン２１が上側固定型１４の下降にあわせて変位Ｌ２だけ下降した際に、第２の摺動ピン２３を介して内部バネ２２からの弾性荷重Ｆ３を弾性体２４が受けると、図４の点線部分に図示するように、高さ方向において両端の径は変化しないものの、高さ方向中央部ではその径が大きくなる円弧形状の太鼓型に弾性変形する。ここでの弾性変形の図示は誇張した図となっている。

なお、第２の摺動ピン２３が内部バネ２２によって弾性体２４側に押し付けられることにより弾性体２４は少し潰れるが、弾性体２４が存在するため凸部を形成するスリーブ２０および第２の摺動ピン２３が直接光学機能領域６に接触することはなく、凸部が光学機能領域６を傷つけてしまうことはない。即ち、スリーブ２０および第２の摺動ピン２３は金属等の硬い物質により作製されているので光学機能領域６に接触するとこの領域を傷つけてしまうおそれがあるのであるが、弾性体２４はフッ素ゴムやシリコーンゴム等からなっており、光学素子よりも柔らかいため接触しても傷つけるおそれはないのである。

次に、金型内に樹脂を導入して樹脂封止を行なう。樹脂封止により光学機能領域６以外の光学素子４表面およびワイヤ５、連続した配線基板１１の光学素子４搭載面は、封止樹脂７によって封止される。この時、図５に示すように、弾性体２４は第１の摺動ピン２１及び第２の摺動ピン２２の下降変位Ｌ２に応じた弾性荷重Ｆ３によって、図４に示すような太鼓型に弾性変形した状態で、光学機能領域６に押圧を加えながら樹脂封止されるため弾性体２４と光学機能領域６との間に封止樹脂が入り込むことはない。ここで、凸部を形成する規制ユニット１９のスリーブ２０は先端に向かうに連れて径が細くなるテーパ形状となっている。このため、樹脂封止後に金型１２を取り外す際に、凸部に封止樹脂７の一部が付着して取り去られることが防止される。図５に示すように、このテーパ形状の部分に樹脂が接触して封止が行われるのである。

弾性体２４は、例えばフッ素樹脂系ゴムやシリコーンゴムのように、封止時の金型温度下で溶融しないガラス転位点が高く、冷却時に樹脂と固着しないような材料から構成されており、流動した封止樹脂の保圧ならび冷却完了後に、上側固定型１４ならびにストリッパー型１５の上昇による型圧の解放によって、弾性変形も解放されて太鼓型から元の円柱型に戻る。ただし弾性体２４の先端面の角部は面取りが行われていて、この形状が転写することで段差部１０ｃが形成される。一方、図１、図２に示す、樹脂封止された光学機能領域６上面の開口凹部８は、スリーブ２０のテーパー面にて形成された第１側面１０ａと、太鼓型に変形した弾性体２４にて形成された第２側面１０ｂと、段差部１０ｃを有する形状になる。

樹脂が固化したら、金型１２を外して樹脂封止された連続した配線基板１１を取り出す。

それから、図３（ｄ）に示すように、連続した配線基板１１の配線パターンが設置されていない領域をブレード２５を用いて切断し、個々の配線基板２からなる光学デバイス１に切り離す。こうして、光学デバイス１が出来上がる。

本実施形態においては、連続した配線基板１１上で電気的に接続された光学素子４の光学機能領域６は、テーパー形状のスリーブ２０内を上下する摺動ピン２３の先端に固定された弾性体２４の弾性変形によって加圧されるため、特許文献３に記載されているような光学機能領域６上面の樹脂を除去する後工程あるいは別工程を有することなく、封止段階で光学機能領域６の上面に開口凹部８を設けることが可能になる。また、連続した配線基板１１上の各光学素子４上の弾性体２４をの弾性変形量を、各々の規制ユニット１９内の内部バネ２２の収縮量によって制御することが可能になるため、配線基板１１の厚みバラつきや反りによって、受光素子もしくは発光素子が設けられた光学素子４上面において樹脂残りの問題のない開口凹部８を、非常に簡易かつ低コストで作製することが可能になる。このため、複数個取りで基板厚みのバラつきや反りが問題となる樹脂一括封止成型において、本実施形態の製法は非常に有効である。

また、特許文献３に記載された光機能素子モジュールは、パッケージ構成部材に設けられた孔部（凹部）周辺に存する封止樹脂の孔側端面の形状を制御することは非常に困難であるため、封止樹脂の孔側端面やパッケージ構成部材の孔部下縁において光が乱反射等して光学機能領域に入射してしまうという問題も有しているが、本実施形態の光学デバイス１にはこのような問題はない。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態に係る光学デバイスの構造を図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の断面図を用いて説明する。また、実施形態２に係る光学デバイス２６の製造法を図７の断面図、図８（ａ）、（ｂ）に示す弾性体の概略図、ならびに図９の断面図を用いて説明する。

図６（ａ）は実施形態２に係る光学デバイス２６の断面図であり、図６（ｃ）は開口部の断面図である。また、図６（ｂ）は実施形態１に係る光学デバイス１の開口部の概要を示す断面図である。

図６（ａ）、（ｃ）に示す実施形態２に係る光学デバイス２６においては、光学素子上面の開口凹部２８を構成する第１側面２７ａ，第２側面２７ｂ，ならびに段差部２７ｃのうち、第２側面２７ｂの形状が実施形態１と違っているが、配線基板２や光学素子４、ワイヤ５等は実施形態１と同じであるので、実施形態１と異なっている部分を以下に説明し、同じ部分の説明は省略する。

加えて、図７に、実施形態２に係る光学デバイスの製造金型を示す断面図を示す。また、図８（ａ）、（ｂ）は実施形態２に係る上型１４’の凸部３０先端の弾性体２９の概略平面図および概略側面図であり、図９は実施形態２に係る光学デバイス２６の製造方法において上型１４’の凸部３０先端の加圧と弾性体２９の変形状態を示す概略断面図である。

実施形態２が実施形態１と異なる点は、配線基板２および光学素子４に弾性力による加圧を加えるストリッパー型１５ならびに規制ユニット１９を省き、その代りに、連続する配線基板１１上の各光学機能領域６上に、上型１４’の凸部３０が設けられていることと、開口凹部２８の側面の形状とである。この上型１４’の凸部３０先端に弾性体２９が接着固定されている。

本実施形態に係る光学デバイス２６の凹部側面２７ａ、２７ｂ、２７ｃのうち、第１側面２７ａおよび段差部２７ｃは実施形態１と同じであるが、第２側面２７ｂは実施形態１とは異なっている。実施形態１の第２側面１０ｂは、第１側面１０ａとの接続部、ならびに開口凹部８の最下面である光学素子４と接触する部分の近傍で、寸法が最小となり中央部が膨らんだ太鼓型の円柱の側面形状となっているのに対して、本実施形態の第２側面２７ｂはストレート形状の平面になっている。また、第１側面２７ａと第２側面２７ｂとがなす角θ２は約１９０〜２６０度である。実施形態１における太鼓型の円柱形状の第２側面１０ｂの場合は、入射光の一部が側面に反射して、図６（ｂ）の光路ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅのように、光学機能領域６に達することなく光源側に戻ってしまうという乱反射が生じる。

これに対して、実施形態２の光学デバイス２６では、第２側面２７ｂが平面のため、入射光は光路ａ’ →ｂ’ →ｃ’あるいはa’’ →b’’ →c’’のように、全て確実に側面に反射して光学機能領域６に到達することが可能になる。なお、第２側面２７ｂを形成するための弾性体２９表面には、例えばシリコン系樹脂のような離型剤４０が塗布されており、封止の際に、その一部が第２側面２７ｂの表面に転写されて、潤滑面が生成される。

次に、本実施形態に係る光学デバイス２６の製造方法において、実施形態１と異なる点を図７に示す金型を中心に以下に説明する。

上型１４’には下型１３と接触するように規制バネ（図示せず）が設けられており、上型１４’が変位Ｌ２下降するとその変位量に応じた弾性荷重Ｆ２が、規制バネより連続した配線基板１１の配線パターンが設置されていない領域に加えられる。更に、上型１４’には光学機能領域６に対向して突出している凸部３０が設けられており、この凸部３０先端に固定された弾性体２９を介して、光学素子４の光学機能領域６に加重Ｆ２が加えられる。

凸部３０の先端に固定された弾性体２９は、図８（ｂ）に示すように、中央部が窪んだ円柱形であり、詳しく説明すると、長手方向において中央部分が最小径になっていくように窪んでいく曲率が一定である鼓型である。上型１４’が変位Ｌ２だけ下降した際に、弾性体２９が凸部３０を介して弾性荷重Ｆ２を受けると、図８の点線部分に図示するように、高さ方向において両端の径は変化しないものの、中央部が膨らみ、鼓型から円柱型へと弾性変形する。

なお、上型１４’の凸部３０が光学機能領域６の方へ押し付けられることにより弾性体２９は少し潰れるが、弾性体２９があるため凸部３０が直接光学機能領域６に接触することはなく、光学機能領域６を傷つけてしまうことはない。この効果は実施形態１と同じである。

また、凸部３０は先端に向かうに連れて径が細くなるテーパ形状となっている。このため、樹脂封止後に金型１２を取り外す際に、凸部３０に封止樹脂７の一部が付着して取り去られることが防止される。この効果は実施形態１と同じである。

次に、金型内に樹脂を導入して樹脂封止を行なうが、この際、凸部３０先端の弾性体２９によって、図９に示すような高さ方向にストレートな円柱型に弾性変形した状態で、光学機能素子４に押圧を加えながら樹脂封止されるため、弾性体２９と光学機能領域６との間に封止樹脂が入り込まない。なおこの際、弾性体２９の円柱側面には、シリコーンなどの離型剤２８が塗布されている。

実施形態２の光学デバイス２６の製造方法においては、実施形態１に比べて、ストリッパー型や各光学素子上のテーパー形状の規制ユニットがないため、より簡単な構成で、実施形態１と同じ効果を奏することが可能である。また、弾性体２９の弾性変形時に側面がストレートの円柱型に弾性変形するために、光学デバイス２９側面での入射光の乱反射が防止されてより受光率の高い光学デバイスを実現可能になる。更に、弾性体２９の円柱側面に離型剤２８が塗布されていることにより、金型離型時の樹脂付着防止効果が上昇する。

上記以外の点では、本実施形態の光学デバイス２６およびその製造方法は、実施形態１と同じ効果を奏する。

（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態に係る光学デバイスの製造方法を、図１０（ａ）、（ｂ）ならびに図１１を用いて説明する。なお、実施形態３に係る光学デバイスは、実施形態１に係る光学デバイス１と同一の構成であるため、その説明を省略する。

図１０（ａ）、（ｂ）は実施形態３に係るスリーブ２０’先端の弾性体３１の概略平面図および概略側面図であり、図１１は実施形態３に係る光学デバイス１の製造方法においてスリーブ２０’内の第２の摺動ピン２３の加圧と弾性体３１の変形状態を示す概略断面図である。

実施形態３に係る光学デバイス１の製造方法において、実施形態１と異なる点は、第２の規制ピン２３の先端に接着固定されているのが円柱型の弾性体２４ではなく、光学機能領域６よりも若干寸法の大きい非接触部（中空部）を備えた中空円筒型の弾性体３１であることである。なお、配線基板２やワイヤ５等は実施形態１と同じであるので、実施形態１と異なっている部分を以下に説明し、同じ部分の説明は省略する。

本実施形態に係る光学デバイス１の製造方法においては、第２の摺動ピン２３の先端に固定された弾性体３１は、直径が第２の摺動ピン２３の先端径よりわずかに大きく、かつスリーブ２０の先端径以下であるような、長手方向に一定寸法の中空円筒型である。また、弾性体３１の下端おいて内径は光学機能領域６の最大径（矩形の場合は対角線長さ）よりも大きく設定されており、弾性体３１は光学機能領域６の周りの全周に接触するが、光学機能領域６そのものには非接触となる。

弾性体３１は、第１の摺動ピン２１が上側固定型１４の下降にあわせて変位Ｌ２だけ下降した際に、第２の摺動ピン２３を介して内部バネ２２からの弾性荷重Ｆ３を受けると、図１１の点線部分に図示するように、高さ方向において両端の径は変化しないものの、中央部に向けてその外径が大きくなる円弧形状の太鼓型に弾性変形する。なお、この図は弾性変形の度合いを極端に誇張して描いている。

この際に、内径方向にも中央部に向けて円弧形状の太鼓型に弾性変形するため、中空部は中央部にて最小径となるが、光学機能領域６は弾性体３１には常に非接触である。そのため、弾性体３１からの負荷が全く発生しないため、光学機能領域６は全くダメージの心配がない。加えて、実施形態１の光学デバイス１の製造方法と同量の弾性荷重Ｆ３が光学素子４に加えられるものの、弾性体３１の接触面積が実施形態１の弾性体２４に比較して小さいため、（荷重）÷（接触面積）にて算出される光学素子４への面圧は大きくなる。従って、封止時の流動樹脂の光学機能領域６への進入に対する機密性がより向上するため、開口凹部８での樹脂付着のない光学デバイス１をより確実に提供可能になる。

上記以外の点では、本実施形態の光学デバイス１およびその製造方法は、実施形態１と同じ効果を奏する。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されない。例えば、金型の上型の凸部は、先細のテーパ形状である必要はなく、一定の径で突出していても良い。凸部あるいは規制ユニットと光学機能領域との接触を防止するものはフッ素系樹脂ゴムやシリコーンゴムに限定されず、例えばレジストなどのように、凸部に対するクッションの役割を果たし後工程で容易に除去できるものであればどのようなものであっても構わない。

光学素子の素材は、Ｓｉであってもよいし、ＳｉＣやＧａＮ等の化合物半導体など、光学機能を発揮できる素材であればどのようなものでもよい。光学機能領域は発光領域であってもよい。

配線基板の素材は、ポリイミド等の樹脂、セラミック等、配線基板素材として使用できるものであればどのようなものでもよい。またリードフレームであってもよい。

実施形態２において離型剤は弾性体に付着あるいは練り込まれたものであってもよい。

実施形態３において弾性体３１の形状は円筒形に限定されず、先端がリング状となるように先端面に窪みを設けた形状であってもよい。また、弾性体３１の先端が光学機能領域６に接触しても構わない。

以上説明したように、本発明に係る光学デバイスは、小型で光学機能領域が露出しており、短波長の光を受発光する光学デバイス等として有用である。加えて、本発明に係る光学デバイスの製造方法は、光学機能領域の露出を、後工程や付帯工程ではなく光学デバイスの樹脂封止工程にて作製でき、非常に簡易かつ低コストな製造方法として有用である。

実施形態１に係る光学デバイスの構成を示す上斜視概念図である。 （ａ）実施形態１に係る光学デバイスの構成を示す断面図であり、（ｂ）実施形態１に係る光学デバイスの開口部を示す断面図である。 （ａ）実施形態１に係る光学デバイスの製造金型を示す断面図であり、（ｂ）実施形態１に係る光学デバイスの製造金型による、製造方法のメカニズムを示す概略断面図である。 （ａ）実施形態１に係る上型のスリーブ先端の弾性体の平面図であり、（ｂ）実施形態１に係るスリーブ先端の弾性体の側面図である。 実施形態１に係る光学デバイスの製造方法において、スリーブ内の摺動ピンの加圧と弾性体の変形状態を示す概略断面図である。 （ａ）実施形態２に係る光学デバイスの構成を示す断面図であり、（ｂ）実施形態１に係る光学デバイスの開口部における課題の概要を示す断面図であり、（ｃ）実施形態２に係る光学デバイスの開口部を示す断面図である。 実施形態２に係る光学デバイスの製造金型を示す断面図である。 （ａ）実施形態２に係る上型の凸部先端の弾性体の平面図であり、（ｂ）実施形態２に係る上型の凸部先端の弾性体の側面図である。 実施形態２に係る光学デバイスの製造方法において、上型の凸部先端の加圧と弾性体の変形状態を示す概略断面図である。 （ａ）実施形態３に係るスリーブ先端の弾性体の平面図であり、（ｂ）実施形態３に係るスリーブ先端の弾性体の側面図である。 実施形態３に係る光学デバイスの製造方法において、スリーブ内の摺動ピンの加圧と弾性体の変形状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１、２６ 光学デバイス
２ 配線基板
３ａ 貫通電極（樹脂基板表側の電極端子）
３ｂ 外部接続電極（樹脂基板裏側の電極端子）
４ 光学素子
５ ワイヤ
６ 光学機能領域
７ 封止樹脂
８、２８ 開口凹部
９ 短波長の入射光
１０ａ、２７ａ 第１側面
１０ｂ、２７ｂ 第２側面
１０ｃ、２７ｃ 段差部
１１ 連続した配線基板
１２ 金型
１３ 下型
１４ 上側固定型
１４’ 上型
１５ ストリッパー型
１６ 規制バネ
１７ａ ストリッパー型１５のガイドブッシュ
１７ｂ 下型１３のガイドブッシュ
１８ ガイドポスト
１９ 規制ユニット
２０、２０’ スリーブ
２１ 第１の摺動ピン
２２ 内部バネ
２３ 第２の摺動ピン
２４、２９、３１ 弾性体
３０ 上型の凸部
４０ 離型剤

Claims (9)

1. 一方の面に光学機能領域を有する光学素子と、
   前記光学素子を搭載し、該光学素子と電気的に接続されている配線基板と、
   前記光学素子と前記配線基板とが電気的に接続されている部分を少なくとも封止する封止樹脂と
   を備え、
   前記光学機能領域を底面とし、少なくとも一部が前記封止樹脂から形成された側面を有する凹部をさらに備え、
   前記側面は、前記底面から前記凹部の深さの途中まで立ち上がっている第２側面と、該第２側面よりも上方に位置する第１側面とを有し、
   前記第１側面の上端によって囲まれた領域の面積よりも、前記第１側面の下端によって囲まれた領域の面積の方が小さく、
   前記第１側面と前記第２側面とは、両者の接続部において直接接続されており、１８０度を越える角度をなしている、光学デバイス。
2. 一方の面に光学機能領域を有する光学素子を搭載し、該光学素子と電気的に接続されている配線基板を備えた光学デバイスの製造方法であって、
   前記光学素子の他方の面を配線基板に搭載する工程と、
   前記光学素子と前記配線基板とを電気的に接続する工程と、
   少なくとも前記光学素子と前記配線基板とを電気的に接続した部分を、金型を用いて樹脂封止する工程と
   を含み、
   前記金型は、前記配線基板の前記光学素子搭載面とは反対側の面に配置される下型と、該下型とともに前記光学素子を搭載した前記配線基板を挟み込む上型とからなり、
   前記上型は、前記光学機能領域に接触する凸部を有しており、
   前記凸部は頂部において前記光学機能領域と接触し、
   前記頂部は弾性体により形成されている、光学デバイスの製造方法。
3. 前記凸部は、前記頂部を除いてテーパ状である、請求項２に記載されている光学デバイスの製造方法。
4. 前記頂部の先端面は前記光学機能領域よりも広い面積を有しており、該光学機能領域に接触する際には該光学機能領域全体を覆い隠す、請求項２または３に記載されている光学デバイスの製造方法。
5. 前記頂部は円柱形である、請求項２から４のいずれか一つに記載されている光学デバイスの製造方法。
6. 前記頂部は、軸方向の中央部が窪んだ鼓形状の円柱形である、請求項５に記載されている光学デバイスの製造方法。
7. 一方の面に光学機能領域を有する光学素子を搭載し、該光学素子と電気的に接続されている配線基板を備えた光学デバイスの製造方法であって、
   前記光学素子の他方の面を配線基板に搭載する工程と、
   前記光学素子と前記配線基板とを電気的に接続する工程と、
   少なくとも前記光学素子と前記配線基板とを電気的に接続した部分を、金型を用いて樹脂封止する工程と
   を含み、
   前記金型は、前記配線基板の前記光学素子搭載面とは反対側の面に配置される下型と、該下型とともに前記光学素子を搭載した前記配線基板を挟み込む上型とからなり、
   前記上型は、前記光学機能領域に向かって突出している凸部を有しており、
   前記凸部は頂部において前記光学機能領域の周縁部全周と接触するとともに該光学機能領域とは非接触であり、
   前記頂部は弾性体により形成されている、光学デバイスの製造方法。
8. 前記頂部は円筒形である、請求項７に記載されている光学デバイスの製造方法。
9. 前記頂部の側面には、封止樹脂に対する離型剤が存している、請求項４から８のいずれか一つに記載されている光学デバイスの製造方法。

Images