JP2021034554A - 蓋体および光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接合材によって透光性が低下することがなく、光学特性が良好な光学装置を提供する。【解決手段】光学装置において、蓋体１００は、第１面１ａ、第１面１ａとは反対側の第２面１ｂ、第１面１ａから第２面１ｂに向って窪んだ凹部１１及び凹部１１の底面１１ａから第２面１ｂにかけて貫通する貫通孔１２を有している基板１と、凹部１１の底面１１ａ上に位置して貫通孔１２を塞ぐ板状の透光性部材２と、透光性部材２と基板１とを接合する接合材３と、を備える。透光性部材２は、透光性部材２の側面２１のみで接合材３により凹部１１の内面に接合されている。【選択図】図３

Description

受光素子等の光学素子を備える光学装置に用いられる蓋体に関するものである。

ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）用や、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）用等の光学素子を搭載するパッケージに接合されて、光学素子を気密に封止するための蓋体として、例えば、セラミック製の枠体の開口を塞いで光を透過するガラス板が接合されたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００８−１９２８６３号公報

従来の蓋体においては、枠体とガラス板（透光性部材）の板面（透光面）の外縁部との間に接合材を配置してこれらが接合されている。そのため、透光性部材の板面に接合材が付着しやすく、この接合材の厚みばらつきによって透光性部材が傾いて接合される場合があった。また、光学装置の小型化に伴って蓋体が小さくなると、透光面の外縁部よりも内側まで接合材が付着して透光性（光学特性）が低下する可能性があった。また、透光性部材の透光面には光学膜が設けられる場合があるが、透光性部材および光学膜が傾斜すると所定の光学特性が得られない場合もある。また、透光面上の光学膜に対して接合材を介して応力が加わって光学膜が剥がれてしまい、所定の光学特性が得られなくなる可能性があった。

本開示の１つの態様による蓋体は、第１面、該第１面とは反対側の第２面、前記第１面から前記第２面に向って窪んだ凹部、および該凹部の底面から前記第２面にかけて貫通する貫通孔を有している基板と、前記凹部の底面上に位置して前記貫通孔を塞ぐ板状の透光性部材と、該透光性部材と前記基板とを接合する接合材と、を備え、前記透光性部材は、前記透光性部材の側面のみで前記接合材により前記凹部の内面に接合されている。

また、本発明の１つの態様による光学装置は、上記蓋体と、配線基板と、該配線基板に搭載された光学素子とを備える。

本開示の１つの態様の蓋体によれば、上記構成であることから、接合材によって透光性が低下することがなく、良好な光学特性の光学装置を得ることができる。

本開示の１つの態様の光学装置によれば、上記構成であることから、光学特性に優れたものとなる。

蓋体の一例を示す斜視図であり、（ａ）は蓋体の第２面（上面）側からの斜視図であり、（ｂ）は蓋体の第１面（下面）側からの斜視図である。 図１に示す蓋体を分解して示す分解斜視図である。 （ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は（ａ）の第１面（下面）側からの平面図（下面図）である。 蓋体の他の一例を示す斜視図であり、（ａ）は蓋体の第２面（上面）側からの斜視図であり、（ｂ）は蓋体の第１面（下面）側からの斜視図である。 図４に示す蓋体を分解して示す分解斜視図である。 （ａ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は（ａ）の第１面（下面）側からの平面図（下面図）である。 図６（ａ）におけるＡ部の一例を拡大して示す断面図である。 蓋体の他の一例の要部を拡大して示す断面図である。 蓋体の他の一例の要部を拡大して示す断面図である。 蓋体の他の一例の要部を拡大して示す断面図である。 蓋体の他の一例の要部を拡大して示す断面図である。 光学装置の一例を示す断面図である。 光学装置の他の一例を示す断面図である。 光学装置の他の一例を示す断面図である。

本開示の実施形態の蓋体および光学装置について、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に蓋体および光学装置が使用されるときの上下を限定するものではない。

図１は蓋体の一例を示す斜視図であり、図１（ａ）は蓋体の第２面（上面）側からの斜視図であり、図１（ｂ）は蓋体の第１面（下面）側からの斜視図である。図２は図１（ａ）に示す蓋体を分解して示す分解斜視図である。図３（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の第１面（下面）側からの平面図（下面図）である。図４は蓋体の他の一例を示す斜視図であり、図４（ａ）は蓋体の第２面（上面）側からの斜視図であり、図４（ｂ）は蓋体の第１面（下面）側からの斜視図である。図５は図４（ａ）に示す蓋体を分解して示す分解斜視図である。図６（ａ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の第１面（下面）側からの平面図（下面図）である。図７は図６（ａ）におけるＡ部の一例を拡大して示す断面図である。図８〜図１１は、いずれも蓋体の他の一例の要部を拡大して示す断面図である。図１２は光学装置の一例を示す断面図である。図１３および図１４は光学装置の他の一例を示す断面図である。図１２および図１３は図１〜図３に示す例の蓋体を用いた光学装置の一例を示し、図１４は図４〜図６に示す例の蓋体を用いた光学装置の一例を示している。なお、図１〜図６の斜視図および平面図においては、他と区別しやすいように接合材にドット状の網掛けを施している。

本開示の１つの態様の蓋体１００は、第１面１ａ、該第１面１ａとは反対側の第２面１ｂ、前記第１面１ａから前記第２面１ｂに向って窪んだ凹部１１、および該凹部１１の底面１１ａから前記第２面１ｂにかけて貫通する貫通孔１２を有している基板１と、前記凹部１１の底面１１ａ上に位置して前記貫通孔１２を塞ぐ板状の透光性部材２と、該透光性部材２と前記基板１とを接合する接合材３と、を備え、前記透光性部材２は、前記透光性部材２の側面２１のみで前記接合材３により前記凹部１１の内面に接合されている。

このような蓋体１００によれば、接合材３によって透光性が低下することがなく、所定の光学特性を得ることができる。透光性部材２は板状であり、その厚み方向に光を透過させるものである。板状の透光性部材２の２つの主面（板面）が透光面２２となる。接合材３は透光性部材２の側面２１と接合されており、透光面２２とは接合されていない。透光性部材２は凹部１１の底面１１ａ上にあり底面１１ａに接している。透光性部材２の透光面２２と基板１の凹部１１の底面１１ａとの間に接合材３がないため、接合材３の厚みば
らつきによって透光性部材２が傾いて接合される可能性が低減されている。また、透光面２２に接合材３が付着していないため、光学特性（透光性）が低下する可能性が低減されている。また、透光性部材２の透光面２２に光学膜が設けられる場合には、光学膜による所定の光学特性を得ることができる。また、透光面２２上の光学膜に対して接合材３を介して応力が直接加わって光学膜が剥がれてしまい、所定の光学特性が得られなくなる可能性が低減されている。

図１〜図３に示す例の蓋体１００の基板１は平板状である。これに対して、図４〜図６に示す例のように、基板１が、凹部１１を取り囲んで第１面１ａから突出している枠部１３を有している蓋体１００とすることができる。このような構成の蓋体１００によれば、透光性部材２が基板１から突出しないため、透光性部材２が他の物品と接触して破損する可能性が低減される。そのため、気密封止性に優れた蓋体１００となる。

枠部１３は基板１の第１面１ａの外縁部に位置して、凹部１１を取り囲んでいる。そのため、基板１は、第１面１ａを底面とする、凹部１１より大きい凹部を有する形状となる。この大きい凹部は、蓋体１００（枠部１３の端面）を配線基板２００に接合した際に、光学素子３００を収容する空間を形成することができる。そのため、配線基板２００として、キャビティ２０３を有さない平板状のものを用いることができる。

図７に示す例のように、接合材３の露出する表面３１が凹曲面である蓋体１００とすることができる。このような構成の場合には、接合材３に加わる応力が凹曲面である表面３１で分散されて緩和されるので、接合材３が破損し難くなる。そのため、基板１への透光性部材２の接合信頼性に優れ、気密封止性に優れた光学装置６００を得ることができる蓋体１００となる。

図７に示す例の蓋体１００における凹部１１の内側面１１ｂは平坦である。これに対して、図８に示す例のように、凹部１１の内側面１１ｂが凸部１１ｃを有している蓋体１００とすることができる。これにより、接合材３と内側面１１ｂとの接合面積が増えて接合強度が高くなる。そのため、基板１への透光性部材２の接合信頼性に優れ、気密封止性に優れた光学装置６００を得ることができる蓋体１００となる。凸部１１ｃは、内側面１１ｂの深さ方向および平面方向の少なくとも１方向において複数個配置することができる。このときの内側面１１ｂは、例えば図３に示す例のような平面視が正方形である凹部１１においては、正方形の４つの辺部に位置する１つの内側面１１ｂのそれぞれのことである。図８に示す例では、内側面１１ｂは、深さ方向に複数個（多数の）の凸部１１ｃを有している。そのため、接合材３が深さ方向に動き難くなり、接合材３とともに透光性部材２が基板１からより外れ難いものとなる。

接合材３は凹部１１の底面１１ａにも接合しているので、底面１１ａもまた凸部１１ｃを有するものであってもよいが、その場合は底面１１ａにおける透光性部材２より外側（内側面１１ｂ側）の部分、透光性部材２の透光面２２と重ならない（接しない）部分とすることができる。底面１１ａの透光性部材２と重なる部分に凸部１１ｃがあると、透光面２２と底面１１ａとの間に接合材３が入り込みやすくなり、接合材３の入り込む量のばらつきによって透光面２２が底面１１ａに対して傾いて接合される可能性があるためである。

図７および図８に示す例の蓋体１００における接合材３の、透光性部材２の側面２１における凹部１１の底面１１ａからの高さ（図７〜図１１に示すＨ）と、透光性部材２の厚み（図７〜図１１に示すＴ）とは同じである。また、接合材３の高さＨは凹部１１の深さ（図７〜図１１に示すＤ）とも同じであり、透光性部材２の厚みＴと凹部１１の深さＤとは同じである。これに対して、図９に示す例のように、接合材３の、透光性部材２の側面
２１における凹部１１の底面１１ａからの高さが透光性部材２の厚みＴより小さい蓋体１００とすることができる。透光性部材２の厚みＴよりも小さくなるように接合材３の量を調整することで、蓋体１００の作製時に溶融した接合材３が透光性部材２の透光面２２上へ広がり難くなるため、透光面２２に接合材３が付着していない蓋体１００となり、光学特性（透光性）が低下する可能性が低減されたものとなる。

図９に示す例の蓋体１００における接合材３は、底面１１ａからの高さＨが凹部１１の深さＤよりも小さいものである。これに対して、図１０に示す例のように、透光性部材２の厚みＴが凹部１１の深さＤより大きい蓋体１００とすることができる。この場合も接合材３の、透光性部材２の側面２１における凹部１１の底面１１ａからの高さは透光性部材２の厚みＴより小さい。そして、接合材３の高さを凹部１１の深さＤと同じにしても、透光性部材２の側面２１における接合材３の高さＨは透光性部材２の厚みＴよりも小さくなるので、透光面２２へ広がり難くなる。一方、接合材３の高さＨは、凹部１１の深さＤと同じにすることができるので、図９に示す例と比較すると凹部１１の内側面１１ｂとの接合面積が大きくなる。よって、光学特性に優れるとともに、基板１への透光性部材２の接合信頼性に優れ、気密封止性に優れた光学装置６００を得ることができる蓋体１００となる。なお、透光性部材２の厚みＴが凹部１１の深さＤより大きいと、透光性部材２が第１面１ａから突出することになる。基板１が枠部１３を有している場合には、透光性部材２よりも枠部１３の方が第１面１ａからの突出が大きいので、透光性部材２が他の物品と接触して破損する可能性が低減され、より気密封止性に優れた蓋体１００となる。

図６〜図１０に示す例の蓋体１００における透光性部材２は、２つの透光面２２，２２（主面）が平行な平板であり、厚みが均一である。そのため、透光面２２と側面２１との間はほぼ直角である。これに対して、図１１に示す例のように、透光性部材２の側面２１が、透光面２２と交差する傾斜面２１ａを有している蓋体１００とすることができる。傾斜面２１ａは、透光面２２の内側（中央側）へ傾斜している面であり、図１１に示す例では平坦面であるが、全体として内側へ傾斜した面であればよく、湾曲した面、例えば凸曲面とすることもできる。図１１に示す例における透光性部材２の側面２１は、透光性部材２の一方の透光面２２と交差する傾斜面２１ａと他方の透光面２２と交差する傾斜面２１ａの二つを有している。透光性部材２は、この二つのうちいずれか一つの傾斜面２１ａを有するものとすることもできる。このような傾斜面２１ａを有していると、傾斜面２１ａと凹部１１の底面１１ａとの間、傾斜面２１ａの第１面１ａ側に空間が形成される。蓋体１００の作製時に接合材３の高さを凹部１１の深さＤと同じにしても、溶融した接合材３は、傾斜面２１ａで形成された空間に収まって透光面２２へ広がり難くなる。透光性部材２の透光面２２上へ広がり難くなるため、透光面２２に接合材３が付着していない蓋体１００となり、光学特性（透光性）が低下する可能性が低減されたものとなる。また、透光性部材２の側面２１における接合材３の高さＨが同じであっても、図７あるいは図９に示す例のような透光性部材２の側面２１が傾斜面２１ａを有さない（側面２１が透光面２２に対して垂直である）場合に比較して、接合材３と側面２１との接合面積が大きくなるため、基板１への透光性部材２の接合信頼性に優れ、気密封止性に優れた光学装置６００を得ることができる蓋体１００となる。なお、図１１に示した例においては、接合材３は傾斜面２１ａによる空間内においては凹部１１の底面１１ａのみと接合されているが、傾斜面２１ａにも接合されていてもよい。

図７〜図１１は基板１が図４〜図６に示す例のような枠部１３を有している場合の要部拡大図であるが、これら図７〜図１１を用いて説明した構成は、基板１が図１〜３に示す例のような平板状である場合にも適用することができる。

このような蓋体１００は、図１２〜図１４に示す例のように、配線基板２００上に搭載された光学素子３００を覆うように配線基板２００に接合され、光学素子３００を気密封
止することができる。すなわち、上記構成の蓋体１００と、配線基板２００と、配線基板２００に搭載された光学素子３００とを備える光学装置６００とすることができる。上記構成の蓋体１００を備えていることから、光学特性に優れた光学装置６００となる。

図１２に示す例の光学装置６００および図１３に示す例の光学装置６００は、いずれも図１〜図３に示す、平板状の基板１を有する蓋体１００を用いたものである。図１２に示す例の光学装置６００では、蓋体１００の基板１における第１面１ａが接合部材１１０によって配線基板２００に接合されている。これに対して、図１３に示す例の光学装置６００では、蓋体１００の基板１における第２面１ｂが接合部材１１０によって配線基板２００に接合されている。また、図１４に示す例の光学装置６００は、図４〜図６に示す、枠部１３を有する蓋体１００を用いたものである。図１４に示す例の光学装置６００では、蓋体１００の基板１における枠部１３の端面が接合部材１１０によって配線基板２００に接合されている。

図１２および図１３に示す例においては、配線基板２００は、光学素子３００を収容して搭載することができるキャビティ２０３（凹部）を有している。キャビティ２０３の底面に光学素子３００が搭載され、平板状の蓋体１００でキャビティ２０３の開口を蓋体１００で塞いで光学素子３００を気密封止している。平板状の蓋体１００を用いる場合でも、キャビティ２０３を有さない平板状の配線基板２００を用いることができる。この場合には光学素子３００の搭載領域を取り囲む枠体を備えている配線基板２００を用いればよい。キャビティ２０３を有する配線基板２００は、枠体と平板状の配線基板が一体化されたものということもできる。図１４に示す例においては、配線基板２００は平板状であるが、キャビティ２０３を有する配線基板２００を用いることもできる。

図１２〜図１４に示す例の光学装置６００においては、配線基板２００に光学素子３００が搭載され、ボンディングワイヤ３１０により光学素子３００の電極（不図示）と配線基板２００の配線導体２０２とが電気的に接続されている。配線導体２０２のうち配線基板２００の蓋体１００に覆われない外表面（図１２〜図１４においては、蓋体１００が接合されている上面とは反対側の下面）に設けられた外部電極が外部電気回路と電気的に接続されると、搭載された光学素子３００が外部電気回路と電気的に接続される。すなわち、光学素子３００と外部電気回路とが、ボンディングワイヤ３１０および配線導体２０２を介して互いに電気的に接続される。

蓋体１００は、基板１、透光性部材２および基板１と透光性部材２とを接合する接合材３を備えている。

基板１は、第１面１ａおよび第１面１ａとは反対側の第２面１ｂとを有し、第１面１ａの中央部に凹部１１を有している。凹部１１は第１面１ａから第２面１ｂに向って窪んでいる。そして、この凹部１１の底面１１ａから第２面１ｂにかけて貫通する貫通孔１２を有している。言い換えれば、第１面１ａから第２面１ｂにかけて貫通し、第１面１ａにおける開口が第２面１ｂにおける開口よりも大きく、第１面１ａと第２面１ｂとの間に段差部を有している貫通孔１２を有している。

上述したように、図１〜図３に示す例の蓋体１００の基板１は平板状であるのに対して、図４〜図６に示す例の基板１は、凹部１１を取り囲んで第１面１ａから突出している枠部１３を有している。枠部１３は基板１の第１面１ａの外縁部に沿った枠形状であり、凹部１１を取り囲んでいる。基板１は、第１面１ａを底面とする、凹部１１より大きい凹部を有する形状であるということもできる。

基板１は、光学素子３００が発光または受光する光、例えば光学素子３００がデジタル
カメラ用のイメージセンサである場合には可視光を透過しない材料からなるものとすることができる。光学素子３００から出射された光は基板１の貫通孔１２を通って外部へ放射され、外部からの光は貫通孔１２を通って光学素子３００へ入射する。基板１が光を透過しない材料からなるものであると、基板１によって光学素子３００に出入りする光を、貫通孔１２の大きさや形状によって制限することが可能な、遮光部材として機能させることができる。

このような基板１の材質としては、上述したように光学素子３００が発光または受光する光を遮光することができるものであればよく、例えば、金属、セラミックス、樹脂等を用いることができ、これらの複合材料、複数種の樹脂等からなるものであってもよい。

また、光学素子３００が受光素子である場合に、受光素子の表面において反射した光が、蓋体１００の表面で反射して再度受光素子に入射しないようにするとよい。基板１における光学素子３００に対向する面（対向面）に光の反射を抑える処理を施すとよい。光学素子３００に対向する対向面は、図１２に示す例では第１面１ａであり、図１３に示す例では第２面１ｂであり、図１４に示す例では、第１面１ａである。図１４に示す例では、枠部１３の内側面にも同様の処理を施すとよい。反射を抑える処理としては、例えば、表面の色を黒色や褐色等の暗色にする、反射防止膜を設ける、面を荒らす、あるいはこれらを組みあわせるというような方法が挙げられる。

基板１の少なくとも対向面は絶縁性とすることができる。基板１を絶縁性のセラミックスや樹脂で形成してもよいし、金属板の下面に例えば絶縁性樹脂の膜を設けてもよい。このような構成にすると、ボンディングワイヤ３１０に蓋体１００が接触しても、複数のボンディングワイヤ３１０間で短絡してしまうことがない。そのため、光学装置６００を低背化するのに効果的である。

基板１は、耐湿性、耐熱性、剛性が高く、これらによって高い気密封止性を有する蓋体１００とすることが容易なセラミックスからなるものとすることができる。

基板１の外形の形状および寸法は、配線基板２００に接合部材１１０を介して接合することで光学素子３００を封止することができるような寸法および形状であればよく、配線基板２００および光学素子３００の形状および寸法と対応する形状および寸法に設定することができる。

貫通孔１２の形状および寸法は、光学素子３００の寸法および光学装置６００に求められる光学特性により設定することができる。図１〜図６に示す例の蓋体１００における基板１は１つの貫通孔１２を有しているが、貫通孔１２の数は少なくとも１つあればよく、複数の光学素子３００が搭載される場合には、これに対応するように複数の貫通孔１２を有するものすることができる。光学素子３００が複数である場合でも、大きい貫通孔１２を１つ設けることができるが、複数の光学素子３００のそれぞれに対応する位置に複数の貫通孔１２を設けると、基板１の剛性、上述した遮光性等の観点で有利である。

凹部１１の形状および寸法もまた、光学素子３００の寸法および光学装置６００に求められる光学特性により設定することができる。貫通孔１２が複数ある場合は、それに応じて複数個の凹部１１を設けることができるが、１つの凹部１１の底面１１ａに複数の貫通孔１２を設けることもできる。いずれの場合であっても、凹部１１の平面視の大きさは貫通孔１２の平面視の大きさよりも大きいものであり、貫通孔１２の周囲に凹部１１の底面１１ａが存在するものである。複数個の凹部１１を設けて、それぞれの凹部１１の底面１１ａから第２面１ｂにかけて貫通する貫通孔１２を設け、複数の貫通孔１２を塞ぐ複数の透光性部材２の側面２１と各凹部１１の内側面１１ｂとを接合材３で接合することができ
る。このようにすることで透光性部材２の大きさが小さくなり、透光性部材２と基板１との間の熱応力等が小さくなるため、気密封止の信頼性がより高いものとなる。

蓋体１００の基板１の寸法は、配線基板２００および光学素子３００の寸法に応じて設定されるものである。図１〜図６に示す例のような、１つの光学素子３００を封止する蓋体１００であり、１つの凹部１１および貫通孔１２を有する場合には、蓋体１００の基板１の寸法は、例えば以下のように設定することができる。基板１は、一辺の長さが５ｍｍ〜２０ｍｍの矩形状で、厚みが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの板状とすることができる。この場合の凹部１１は一辺の長さが３ｍｍ〜１５ｍｍの矩形状で深さが０．２ｍｍ〜１ｍｍとし、貫通孔１２は一辺の長さが１ｍｍ〜１０ｍｍの矩形状とすることができる。矩形状とは、厳密な矩形ではなく、図１〜図３に示す例の基板１の外形および貫通孔１２の形状のような、矩形の角部が丸められた形状等も含むものである。また、矩形状に限られるものではなく、円形や楕円形とすることもできる。凹部１１および貫通孔１２が、角が丸められた矩形状あるいは円形状であると、応力が集中しやすい角がないので角を起点とするクラックが発生する可能性が低減され、気密封止の信頼性が高いものとなる。

基板１は、例えば以下のようにして作製することができる。基板１が金属からなる場合であれば、金属板を切削加工あるいは金型によるプレス加工することで作製することができる。基板１がセラミックスからなる場合であれば、セラミック粉末を金型プレス等で成型加工して焼成することで作製することができる。あるいはセラミックグリーンシートを積層して形成した積層体を焼成することで作製することができる。セラミックスからなる板を切削加工で所定形状にすることで基板１を作製することもできる。基板１が樹脂からなる場合であれば、例えば射出成型等の金型成形によって作製することができる。いずれの場合であっても、凹部１１、凹部１１の内側面１１ｂの凸部１１ｃ、貫通孔１２および枠部１３も同時に形成することができる。金型で成型する場合は金型により形成することができる。グリーンシートを用いる場合は、積層する前に、凹部１１や貫通孔１２となる孔を金型等でグリーンシートに形成しておけばよい。凹部１１となる孔を形成する際に、金型のギャップを調整することで、孔の内面すなわち凹部１１の内側面１１ｂを荒れた面にすることができ、これにより凹部１１の内側面１１ｂが図８に示す例のような細かい凸部１１ｃを有するものとなる。切削加工によって基板１を作製する場合には、加工粗さが粗くなるようにして凹部１１の内側面１１ｂを形成すればよい。凸部１１ｃの高さは、例えば、接合材３の幅より小さく、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍとすることができる。あるいは、表面粗さＲｚを、例えば３０μｍ〜１００μｍとすることができる。

透光性部材２は、例えばガラス、サファイアまたは樹脂等の光学素子３００が受光または発光する光を透過する材料からなるものである。透光性部材２がガラスやサファイア等の無機材料であると、耐熱性、耐湿性、硬度に優れており、また上述したセラミックスからなる基板１との熱膨張係数の差が小さいため、気密封止の信頼性がより高いものとなる。

透光性部材２の平面視の寸法は、貫通孔１２より大きく凹部１１より小さい寸法である。透光性部材２の厚みＴは、図１〜図３に示す例のように凹部１１の深さＤより小さい厚みであってもよいし、図４〜図９および図１１に示す例のように凹部１１の深さＤと同じであってもよいし、図１０に示す例のように凹部１１の深さＤより大きい厚みであってもよい。透光性部材２の厚みＴが凹部１１の深さＤより大きいと、透光性部材２が第１面１ａから突出することになる。図１〜図３に示す例のように基板１が枠部１３を有さない場合は、透光性部材２が他の物品と接触して破損する可能性があるため、透光性部材２の厚みＴを凹部１１の深さＤより小さいものとすることができる。基板１が枠部１３を有している場合には、透光性部材２よりも枠部１３の方が第１面１ａからの突出が大きいので、透光性部材２が他の物品と接触して破損する可能性が低減される。また、透光性部材２の
厚みＴを大きくして、接合材３との接合面である側面２１の面積を大きくすることができ、接合信頼性を高めることができるため、より気密封止の信頼性に優れた蓋体１００となる。

透光性部材２の平面視の形状は、基板１の凹部１１の平面視の形状と相似形であると、透光性部材２の側面２１と凹部１１の内側面１１ｂとの間の距離、すなわち接合材３の平面方向の幅を透光性部材２の周りにおいて同程度にすることができる。これにより、これらの間の接合強度に偏りがなくなるので接合信頼性が高まる。図１〜図３に示す例においては、凹部１１および透光性部材２の平面視の形状はいずれも正方形でこれらは相似であるある。これに対して、厳密な相似形でなくてもよく、例えば図４〜６に示す例においては、凹部１１の平面視の形状は角を丸めた正方形であるのに対して、透光性部材２の平面視の形状は、正方形の４つの角部が隅切り角である。このように透光性部材２が方形などの角部を有する形状である場合には、角部を落とした形状とすることができる。これにより、透光性部材２の角部を起点として接合材３にクラックが入る可能性が低減される。また、応力が集中しやすい角部における接合材３の幅が大きくなるので、接合信頼性が高くなる。

透光性部材２は、上記材料の大型の板材から所定寸法、所定形状に切り出すことによって作製することができる。図１１に示す例のように、透光性部材２の側面２１が、透光面２２と交差する傾斜面２１ａを有している場合には、切り出した板材の主面と側面の間の角を研磨加工等によって研磨することで、側面２１が傾斜面２１ａを有する透光性部材２とすることができる。

透光性部材２は、透光面２２に光学膜を有するものとすることができる。光学膜としては、蓋体１００が適用される光学装置６００の光学素子３００に必要とされる光学特性に応じて選択され、例えば、反射防止膜、赤外線カットフィルタ、遮光膜などが挙げられる。反射防止膜、赤外線カットフィルタは、例えば多層の誘電体薄膜で透光面２２を被覆することで、遮光膜は透光用の孔を有する樹脂膜で透光面２２を被覆することで形成することができる。光学膜は、２つの透光面２２・２２のうちの一方だけに設けてもよいし、両方に設けてもよい。

接合材３は、上述した透光性部材２と基板１とを接合して気密封止することができるものであればよく、樹脂またはガラスを用いることができる。耐熱性、耐湿性および接合強度の観点からはガラスを用いることができる。はんだやろう材のような金属製の接合材３を用いることもできるが、金属製の接合材３はガラスからなる透光性部材２およびセラミックスからなる基板１を直接接合することができない。そのため、透光性部材２の側面および基板１の凹部１１の内側面１１ｂおよび底面１１ａの透光性部材２の側面より外側に位置する部分に接合用の金属膜を形成する必要がある。このような金属膜は、金属粉末を焼結させたいわゆるメタライズ金属、金属薄膜で形成することができる。このような金属膜の形成が不要で、耐熱性、耐湿性、接合強度および上述したガラス等からなる透光性部材２およびセラミックスからなる基板１と熱膨張係数の近いガラスを用いることで、低コストで気密封止の信頼性に優れた蓋体１００とすることができる。

透光性部材２と基板１とは、例えば以下のようにして接合材３で接合することができる。接合材３がガラスである場合には、所定形状のガラス（接合材３）を透光性部材２の側面２１と基板１の凹部１１の内側面１１ｂとの間に配置して加熱処理して、溶融したガラス（接合材３）で接合することができる。図７〜図１０に示す例のように、接合材３の露出する表面を凹曲面とするには、例えば、ガラス粉末または有機バインダーと混合されたガラス粉末をプレス成型で枠状にしたプリフォーム、あるいはガラス粉末と有機溶剤および有機バインダーを含むガラスペーストを用いて作製することができる。このとき、プリ
フォームの厚み、ガラスペーストの量は凹部１１の深さＤまたは透光性部材２の厚みＴと同じであると、溶融したガラス（接合材３）は、凹部１１の内側面１１ｂおよび透光性部材２の側面２１の全面に接合される。そのため、凹部１１の内側面１１ｂにおける接合材３の高さは、内側面１１ｂの高さ（＝凹部１１の深さＤ）と同程度になり、透光性部材２の側面２１における接合材３の高さは、透光性部材２の厚みＴと同程度となる。そして、凹部１１の内側面１１ｂと透光性部材２の側面２１と間における接合材３の高さは、内側面１１ｂの高さ（＝凹部１１の深さＤ）および透光性部材２の厚みＴより小さくなる。プリフォームあるいはガラスペースト中に含まれ、加熱処理で消失する有機バインダーあるいは空隙の分だけ高さが小さくなり、溶融したガラスの表面張力によって表面は凹曲面となる。接合材３が樹脂である場合にも、樹脂製プリフォームや樹脂ペーストを用いると、加熱処理の際の軟化、硬化収縮等によって同様の凹曲面を形成することができる。接合材３がろう材等の金属材料である場合にも、ろう材プリフォームやろう材ペーストを用いると加熱処理の際の溶融等によって同様の凹曲面を形成することができる。

光学装置６００は、このような構成の蓋体１００と、配線基板２００と、配線基板２００に搭載された光学素子３００とを備える。上述したように、配線基板２００に光学素子３００が搭載され、光学素子３００の電極（不図示）と配線基板２００の配線導体２０２とが電気的に接続されている。この光学素子３００を保護するため、また光学膜により所定の光学特性を付与するために、蓋体１００（の透光性部材２）が光学素子３００を覆うようにして配線基板２００に接合されている。

配線基板２００は、絶縁基板２０１と配線導体２０２とを含んでおり、光学素子３００を支持し、光学素子３００と外部回路とを電気的に接続するためのものである。

絶縁基板２０１は、例えば、図１２〜図１４に示す例のように、複数の絶縁層２０１ａが積層されて一体化されたものである。絶縁基板２０１は、図１２および図１３に示す例のような上面に開口するキャビティ２０３を有するものとすることができる。このキャビティ２０３の開口を塞ぐように蓋体１００を固定することで、キャビティ２０３内に搭載した光学素子３００の封止が容易にできる。図１２に示す例のキャビティ２０３は、開口と底面の大きさが同じである。これに対して図１３に示す例のキャビティ２０３は、開口の大きさが底面の大きさより大きく、開口と底面との間に段部を有するキャビティ２０３とすることができる。この段部に光学素子３００の電極と接続する配線導体２０２を設けることで、ボンディングワイヤ３１０による接続性が向上する。図１２および図１３に示す例では、図１〜図３に示す例の平板状の基板１を備える蓋体１００を用いた例であるが、キャビティ２０３を有する配線基板２００に対して、図４〜図６に示す例のような枠部１３を有する基板１を備える蓋体１００を用いることもできる。

また、絶縁基板２０１は、図１４に示す例のような、キャビティ２０３を有さない平板状のものとすることができる。この場合は、蓋体１００の枠部１３によって光学素子３００を収容する空間が形成される。平板状の配線基板２００の上と平板状の蓋体１００との間に枠体を設けることでもこのような空間を形成することができる。枠部１３を有する蓋体１００を用いると、接合箇所が少ないので、接合時の加熱の光学素子３００への影響、気密封止の信頼性、コストの点で有利である。

絶縁基板２０１の寸法は、搭載される光学素子３００の寸法に応じて設定されるものである。例えば、矩形の一辺の長さが５ｍｍ〜２５ｍｍで、厚みが０．８ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。キャビティ２０３の寸法は、キャビティ２０３に収容されて底面に搭載される光学素子３００の大きさによるが、例えば矩形の一辺の長さが３ｍｍ〜１２ｍｍで、深さが０．５ｍｍ〜２ｍｍとすることができる。キャビティ２０３が段部を有する場合は、段部の幅（キャビティ２０３の内側面からの長さ）が、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍ
ｍで、キャビティ２０３の底面からの高さが０．２ｍｍ〜１．２ｍｍである。

絶縁基板２０１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ムライト質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる複数の絶縁層２０１ａが積層されて形成されている。図１２〜図１４に示す例では絶縁層２０１ａは４層であるが、絶縁層２０１ａの層数はこれらに限られるものではない。

絶縁基板２０１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。すなわち、まず、絶縁層２０１ａとなるセラミックグリーンシートを作製する。酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を適当な有機バインダーおよび有機溶剤とともにシート状に成形して四角シート状の複数のセラミックグリーンシートを作製する。次にこれらのセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する。キャビティ２０３は、セラミックグリーンシートに金型等を用いて貫通孔を設けておけばよい。その後、この積層体を1300〜1600℃の温度で焼成することによって絶縁基板２０１を製作することができる。

絶縁基板２０１を含む配線基板２００は、このような配線基板２００となる複数の基板領域が母基板に配列された多数個取り基板として製作することもできる。複数の基板領域を含む母基板を、基板領域毎に分割して複数の配線基板２００をより効率よく製作することもできる。この場合には、母基板のうち基板領域の境界に沿って分割用の溝が設けられていてもよい。また、多数個取り基板の各基板領域に光学素子３００を搭載した後に、これを分割して複数の光学装置６００を得るようにしてもよい。

絶縁基板２０１の表面および内部には配線導体２０２が設けられている。例えば、図１２〜図１４に示す例においては、絶縁基板２０１の上面またはキャビティ２０３内には光学素子３００と接続するための接続パッドが設けられている。また、絶縁基板２０１の下面には、外部電気回路と接続するための外部電極が設けられている。これら接続パッドと外部電極とは、絶縁基板２０１の内部に設けられた貫通導体および内部配線層を含む内部配線によって電気的に接続されている。貫通導体は絶縁層２０１ａを貫通し、内部配線層は絶縁層２０１ａ間に配置されている。外部電極は絶縁基板２０１の下面ではなく、下面から側面にかけて、あるいは側面に設けられていてもよい。

配線導体２０２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）等の金属、またはこれらの金属を含む合金の金属材料を導体材料として主に含むものである。このような金属材料は、メタライズ層またはめっき層等の金属層として絶縁基板の表面に設けられている。この金属層は、１層でもよく、複数層でもよい。また、メタライズで絶縁基板の内部に設けられている。

配線導体２０２の接続パッド、内部配線層および外部電極は、例えば、タングステンのメタライズ層である場合には、タングステンの粉末を有機溶剤および有機バインダーと混合して作製した金属ペーストを絶縁基板となるセラミックグリーンシートの所定位置にスクリーン印刷法等の方法で印刷して焼成する方法で形成することができる。また、このうち、接続パッドおよび外部電極となるメタライズ層の露出表面には、電解めっき法または無電解めっき法等のめっき法でニッケルおよび金等のめっき層がさらに被着されていてもよい。この場合、前述したように多数個取り基板の形態で配線基板２００または光学装置６００を製作する際に、複数の基板領域の配線導体を互いに電気的に接続させておけば、複数の配線基板２００の配線導体２０２に一括してめっき層を被着させることもできる。また、内部配線の貫通導体は、上記の金属ペーストの印刷に先駆けてセラミックグリーンシートの所定の位置に貫通孔を設け、上記と同様の金属ペーストをこの貫通孔に充填して
おくことで形成することができる。

なお、配線基板２００の絶縁基板２０１は、絶縁層２０１ａを樹脂で形成することもできる。この場合でも上記と同様の効果を奏する光学装置６００を得ることができる。従来周知の樹脂製配線基板の製造方法を用いて作製することができる。セラミック焼結体からなる絶縁層２０１ａで構成された絶縁基板２０１は、耐熱性、耐湿性、剛性が高いので気密封止性、光学素子３００の搭載精度に優れている。

光学素子３００は、光信号を電気信号に変換する素子である、例えばフォトダイオード、ラインセンサ、イメージセンサ等の受光素子、および発光ダイオード（Light Emitting
Diode：ＬＥＤ）、レーザーダイオード等の発光素子が挙げられる。

光学素子３００は、例えば、図１２および図１３に示す例のように配線基板２００のキャビティ２０３の底面に載置され、接合材（不図示）によって接合されて固定される。光学素子３００の上面の外周部の電極（不図示）と、配線基板２００に設けられた配線導体２０２（接続パッド）とは、Ａｕまたはアルミニウム（Ａｌ）等からなるボンディングワイヤ３１０により電気的に接続される。光学素子３００で変換された電気信号は、ボンディングワイヤ３１０および配線導体２０２を介して配線基板２００の下面等の外表面に電気的に導出される。

光学素子３００を配線基板２００に接合固定するための接合材は、はんだを含むろう材、ガラスまたはエポキシ樹脂等の樹脂接着剤を用いることができる。接合材が樹脂接着剤の場合には、シリコーンゴムやウレタンゴム等のより柔軟なものを用いることで接合材によって熱応力等を吸収することもできる。接合材がはんだを含むろう材である場合は、配線基板２００のキャビティ２０３の底面にめっき膜やメタライズ層等の金属膜で形成される接合金属層を設ける。

光学素子３００と配線導体２０２との電気的な接続はワイヤボンディングに限られず、いわゆるフリップチップ接続であってもよい。この場合の光学素子３００は、はんだや導電性接着剤等の導電性接続材および樹脂を主成分とするアンダーフィル材等で配線基板２００に固定される。

光学素子３００は、蓋体１００で封止されるとともに保護されている。蓋体１００は接合部材１１０を介して配線基板２００に接合されている。

蓋体１００を配線基板２００に接合する接合部材１１０は、樹脂接着剤、ガラス、はんだを含むろう材を用いることができる。接合部材１１０がろう材である場合には、配線基板２００の上面外縁部にめっき膜やメタライズ層等の金属膜で形成される接合金属層を設ける。また蓋体１００（の基板１）が樹脂やセラミックスのような、ろう材の濡れ性（接合性）が低い材料からなる場合であれば、上述したように蓋体１００にも接合金属層を設ける。接合部材１１０が樹脂またはガラスからなる場合はこのような接合金属層を設ける必要はない。樹脂に比較して、ガラスおよびろう材は耐湿性、耐熱性、強度に優れており気密封止性および気密封止の信頼性の点では有利である。

接合部材１１０による蓋体１００と配線基板２００との接合は、例えば以下のようにして行なうことができる。接合部材１１０となる液状の樹脂接着剤またはガラスペーストあるいはろう材ペースト等の前駆体を配線基板２００の上面に、クリーン印刷あるいはディスペンサにより塗布する。その上に蓋体１００を載置し、加熱または紫外線照射による硬化、あるいは加熱による溶融後の冷却によって、前駆体を硬化することによって、接合部材１１０を介して蓋体１００と配線基板２００とが接合され、光学装置６００となる。液
状の樹脂接着剤またはガラスペーストあるいはろう材ペーストの代わりに、半硬化の樹脂シートあるいは板（箔）状のろう材プリフォーム、ガラスプリフォームを用いることもできる。

１・・・基板
１ａ・・・第１面
１ｂ・・・第２面
１１・・・凹部
１１ａ・・・（凹部の）底面
１１ｂ・・・（凹部の）内側面
１１ｃ・・・凸部
１２・・・貫通孔
１３・・・枠部
２・・・透光性部材
２１・・・（透光性部材の）側面
２１ａ・・・傾斜面
２２・・・（透光性部材の）透光面（主面）
３・・・接合材
３１・・・（接合材の）表面
１００・・・蓋体
１１０・・・接合部材
２００・・・配線基板
２０１・・・絶縁基板
２０１ａ・・・絶縁層
２０２・・・配線導体
２０３・・・キャビティ
３００・・・光学素子
３１０・・・ボンディングワイヤ
６００・・・光学装置

Claims (8)

1. 第１面、該第１面とは反対側の第２面、前記第１面から前記第２面に向って窪んだ凹部、および該凹部の底面から前記第２面にかけて貫通する貫通孔を有している基板と、
   前記凹部の底面上に位置して前記貫通孔を塞ぐ板状の透光性部材と、
   該透光性部材と前記基板とを接合する接合材と、を備え、
   前記透光性部材は、前記透光性部材の側面のみで前記接合材により前記凹部の内面に接合されている蓋体。
2. 前記基板は、前記凹部を取り囲んで前記第１面から突出している枠部を有している請求項１に記載の蓋体。
3. 前記接合材の露出する表面は凹曲面である請求項１または請求項２に記載の蓋体。
4. 前記凹部の内側面は凸部を有している請求項１から請求項３のいずれかに記載の蓋体。
5. 前記接合材は、前記透光性部材の前記側面における前記凹部の底面からの高さが前記透光性部材の厚みより小さい請求項１から請求項４のいずれかに記載の蓋体。
6. 前記透光性部材の厚みは前記凹部の深さより大きい請求項５に記載の蓋体。
7. 前記透光性部材の側面は、透光面と交差する傾斜面を有している請求項５または請求項６に記載の蓋体。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の蓋体と、配線基板と、該配線基板に搭載された光学素子とを備える光学装置。
   

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