JP5922606B2 - 光スイッチモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、光信号の経路切り替えを行う光スイッチとして用いられる光スイッチモジュールに関するものである。
インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重化および低コスト化を実現する技術として、光MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術が脚光を浴びており、光MEMS技術を用いた光スイッチが開発されている(例えば、特許文献1参照。)。
光スイッチは、光信号を電気信号に変換することなく経路の切り替えを可能とするものである。この光スイッチを用いることにより、多重化された光信号であっても、これを波長毎に分波することなく経路の切り替えを実現することができる。近年では、多重化された光を波長毎に分波した後で分波した各々の波長の光の経路を個別に選択する波長選択スイッチが研究開発されており、ここにもMEMS技術を用いた光スイッチが用いられている(例えば、特許文献2,3参照。)。このような光スイッチは、例えば、使用している経路に障害が発生した際に別の経路に信号を振り分け、通信できる状態を維持するために用いられている。
光MEMS技術を用いた光スイッチの構成部品として最も特徴的なものが、可動反射体を備えたマイクロミラー素子を高密度に配列したMEMSミラーアレイである。MEMSミラーアレイは、マイクロミラー素子が、1次元的あるいは2次元的に配列されたものである。通常、MEMSミラーアレイは、1つの基板上に多数のマイクロミラー素子を搭載したマイクロミラー素子チップとして提供される。
MEMSミラーアレイは、大気中で使用すると、その大気に含まれる水分等の影響により例えば回動角などの特性が変動してしまうので、安定して動作することが困難である。このため、MEMSミラーアレイは、パッケージ等の筐体に収容して気密封止した状態で用いられる。このMEMSミラーアレイチップをパッケージに収容したMEMSミラーアレイモジュール(以下、「モジュール」とも言う。)の一例を図15〜図17に示す。
図15〜図17に示すモジュール900は、上部が開口した略直方体の筐体からなり、外部底面にピン901aが格子状に複数形成されたPGA(Pin Grid Array)パッケージ(以下、「パッケージ」とも言う。)901と、このパッケージ901内部底面に固定されたマイクロミラー素子チップ902と、パッケージ901の側壁部の上面に接合されたシールリング903と、中央部に開口904aが形成されたリッドフレーム904およびこのリッドフレーム904のパッケージ901と対向する側の面に接続されて開口部904aを塞ぐ透過窓905からなり、外縁部がシールリング903に固定されるリッド906とを備えている。
このようなモジュール900の製造方法は以下の通りである。
まず、マイクロミラー素子チップ902の基板底面の全体にはんだや接着剤を塗布した後、このマイクロミラー素子チップ902をパッケージ901の内部底面に搭載して、これらを接合する。接合された後、パッケージ901内部に形成された配線とマイクロミラー素子チップ902に形成されたパッドとをワイヤボンディング等で接続する。これにより、パッケージ901の外部底面に形成されたピン901aやモジュール900外部の端子とマイクロミラー素子チップ902とが電気的に接続される。
マイクロミラー素子チップ902が固定されると、パッケージ901の側壁部上面にあらかじめパッケージ製造時に接合固定されているシールリング903と透過窓905が取り付けられたリッドフレーム904とをレーザ溶接やシーム溶接などにより接合する。
これにより、モジュール900が製造されることとなる。
なお、図15〜図17に示すモジュール900では、透過窓905が、リッドフレーム904のパッケージ901側の面に取り付けられる場合を例に説明したが、透過窓905を取り付ける位置はこれに限定されない。例えば、図18に示すモジュール910のように、透過窓905をリッドフレーム904のパッケージ901と対向しない側の面に取り付けるようにしてもよい。また、図19に示すモジュール920のように、透過窓925を、リッドフレーム904のパッケージ901と対向しない側の面に、リッドフレーム904を含む平面に対して平行ではなく斜めに取り付けるようにしてもよい。
上述したモジュール900,910,920のように、マイクロミラー素子チップ901を気密封止することにより、大気中の水分等の影響により発生する特性変動、例えば、回動角変動を抑制することができ、安定した動作が可能となる(例えば、特許文献4参照。)。
特開2003−057575号公報 特開2007−240728号公報 国際公開第2008/129988号 特開2011−8105号公報
しかしながら、上述したモジュールでは次のような問題があった。
上述したモジュールでは、マイクロミラー素子チップの基板の材料としてシリコン(Si、熱膨張係数2.9[ppm/K])を用い、パッケージの材料としてアルミナセラミック(Al23、熱膨張係数7.1[ppm/K])を用いており、これらの材料の熱膨張係数の差が約4[ppm/K]となっている。このため、図20に示すように、はんだ930によりマイクロミラー素子チップ902をパッケージ901に接合するときには、パッケージ901とマイクロミラー素子チップ902とをはんだ930の融点以上に加熱するため、この加熱によるパッケージ901とマイクロミラー素子チップ902との膨張量の差が大きくなる。例えば、マイクロミラー素子チップ902が一辺20[mm]の正方形で、はんだ930の融点250℃までパッケージ901とマイクロミラー素子チップ902を加熱した場合、それらの平面方向の膨張量の差は約10[μm]となる。この状態で接合されたモジュールをはんだ930の融点から室温まで戻すと、この温度低下による収縮量の差からパッケージ901とマイクロミラー素子チップ902との間に応力が発生し、この応力によって図21に示すようにマイクロミラー素子チップ902が変形し、この変形に伴ってマイクロミラー素子の駆動特性も変化してしまうことがあった。
また、パッケージは、アルミナセラミック等の粉体を有機溶剤等のバインダを用いてシート状にしたグリーンシートを各層の形状に合わせて打ち抜き加工や層間配線用のビア形成等を行い、配線層を印刷等で形成した後に挟み込んで積層し、それを焼結して作製される。このため、上下非対称な形状を有するパッケージの場合、積層された各層間に生じる応力の差から、図22に示すように、製造時にパッケージ901全体が歪むことにより、マイクロミラー素子チップを搭載する搭載面901bが凸状に変形する場合があった。この凸状の搭載面901bにマイクロミラー素子チップ902を接着剤940を用いて実装すると、この接着剤940の厚さは、マイクロミラー素子チップ902中央部よりも周辺部の方が厚くなる。すると、厚い方の接着剤940には、中央部の薄い接着剤940よりも硬化する際の収縮量が大きくなるので、この収縮量の差から応力が発生し、この応力によって図23に示すようマイクロミラー素子チップ902が変形し、この変形に伴ってマイクロミラー素子の駆動特性も変化してしまうことがあった。
そこで、本発明は上述したような課題を解決するためになされたものであり、マイクロミラー素子の変形が少ない光スイッチモジュールを提供することを目的とする。
上述したような課題を解決するために、本発明に係る光スイッチモジュールは、可動反射体を有するマイクロミラー素子を一方の面に備える板状のマイクロミラー素子チップと、一の面に前記マイクロミラー素子を固定する基板とを備え、前記基板は、前記一の面上に設けられた台座を備え、前記マイクロミラー素子チップは、前記台座を介して前記基板に固定され、前記台座のマイクロミラー素子チップの他方の面との接触面の面積は、前記他方の面の面積よりも小さいことを特徴とするものである。
上記光スイッチモジュールにおいて、台座は、柱状の部材からなるようにしてもよい。
ここで、台座の熱膨張率は、基板の熱膨張率とマイクロミラー素子チップの熱膨張率との間の値を有するようにしてもよい。
また、台座は、筒状に形成されているようにしてもよい。
また、上記光スイッチモジュールにおいて、台座は、基板と一体形成されているようにしてもよい。
また、上記光スイッチモジュールにおいて、基板は、一の面上に形成された凹部を有し、台座は、凹部に設けられるようにしてもよい。
また、上記光スイッチモジュールにおいて、台座の接触面における平面形状は、矩形、円形、八角形、楕円形のいずれか1つからなるようにしてもよい。
また、上記光スイッチモジュールにおいて、マイクロミラー素子チップは、複数のマイクロミラー素子がアレイ状に搭載されているようにしてもよい。
本発明によれば、マイクロミラー素子チップとの接触面の面積がマイクロミラー素子チップの他方の面の面積よりも小さい台座を介してマイクロミラー素子チップを基板に固定することにより、マイクロミラー素子チップを基板に直接固定するときよりもマイクロミラー素子チップの接触面積が小さくなるので、マイクロミラー素子チップの接触面に発生する応力が小さくなるため、マイクロミラー素子チップの変形を少なくすることができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光スイッチモジュールの構成を模式的に示す断面図である。 図2は、図1のI-I線方向からの平面図である。 図3は、光スイッチモジュールの製造方法を説明するための図である。 図4は、光スイッチモジュールの製造方法を説明するための図である。 図5Aは、本発明の第1の実施の形態に係る光スイッチモジュールに搭載されたマイクロミラー素子チップの表面形状の測定結果を示す斜視図である。 図5Bは、図5Aの側面図である。 図6Aは、従来の光スイッチモジュールに搭載されたマイクロミラー素子チップの表面形状の測定結果を示す斜視図である。 図6Bは、図6Aの側面図である。 図7は、台座の形状例として、円形を用いた場合を説明するための平面図である。 図8は、台座の形状例として、多角形を用いた場合を説明するための平面図である。 図9は、台座の形状例として、楕円形を用いた場合を説明するための平面図である。 図10は、台座の形状例として、円筒形を用いた場合を説明するための平面図である。 図11は、台座の形状例として、溝付き円筒形を用いた場合を説明するための平面図である。 図12は、本発明の第2の実施の形態に係る光スイッチモジュールの構成を模式的に示す断面図である。 図13は、本発明の第3の実施の形態に係る光スイッチモジュールの構成を模式的に示す断面図である。 図14は、本発明の第4の実施の形態に係る光スイッチモジュールの構成を模式的に示す断面図である。 図15は、従来の光スイッチモジュールの構成を模式的に示す分解斜視図である。 図16は、従来の光スイッチモジュールの構成を模式的に示す斜視図である。 図17は、従来の光スイッチモジュールの構成を模式的に示す側部断面図である。 図18は、従来の光スイッチモジュールの構成を模式的に示す側部断面図である。 図19は、従来の光スイッチモジュールの構成を模式的に示す側部断面図である。 図20は、パッケージとマイクロミラー素子チップとをはんだで接合した状態を模式的に示す側部断面図である。 図21は、パッケージとマイクロミラー素子チップとをはんだで接合した状態を模式的に示す側部断面図である。 図22は、パッケージとマイクロミラー素子チップとを接着剤で接合した状態を模式的に示す側部断面図である。 図23は、パッケージとマイクロミラー素子チップとを接着剤で接合した状態を模式的に示す側部断面図である。
[第1の実施の形態]
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<光スイッチモジュールの構成>
図1,図2に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る光スイッチモジュール1は、上部が開口した略直方体の筐体を構成するパッケージ11と、このパッケージ11内部底面上に固定された台座12と、この台座12を介してパッケージ11内部に収容されるマイクロミラー素子チップ13と、パッケージ11の側壁部の上面に接合されたシールリング14と、このシールリング14を介して接合されたパッケージ11の開口を塞ぐリッド15とを備えている。
パッケージ11は、板状の基部111と、この基部111上面の外縁から立設された階段状の側壁部112と、基部111底面に格子状に複数形成されたピン113とを備えたPGA(Pin Grid Array)パッケージである。なお、側壁部112における階段のステップの部分には、マイクロミラー素子チップ13と電気的な接続を取るためのパッド(図示せず)が形成されている。側壁部112に囲まれた基部111の上面部分(以下、「搭載面」とも言う。)114にもマイクロミラー素子チップ13と電気的な接続を取るためのパッド(図示せず)が設けられている。これらのパッドは、ピン113や外部端子と接続されている。このようなパッケージ11は、アルミナセラミックやガラスセラミック等の粉体を有機溶剤等のバインダを用いてシート状にしたグリーンシートを積層し、焼結することにより形成される。
台座12は、両端の接触面が矩形の柱状の部材からなり、その接触面は後述するマイクロミラー素子チップ13の底面131の平面形状よりも小さく形成されている。また、台座12は、パッケージ11の搭載面114を構成する材料の熱膨張率と、マイクロミラー素子チップ13の台座12との接触面を構成する材料の熱膨張率との間の値を有する材料から構成される。このような台座12は、一方の接触面とパッケージ11の搭載面114とが接着層120により接合されることによって、パッケージ11の搭載面114に固定されている。
マイクロミラー素子チップ13は、可動反射体として機能するミラー、このミラーを回動可能に支持するばね部材、および、このばね部材を支持するフレームが形成されたミラー基板と、このミラー基板に対向配置され、対応するミラーと対向する位置に電極が形成された電極基板とを備えている。上述したミラー、ばね部材、フレームおよび電極等により、1つのマイクロミラー素子が構成される。本実施の形態において、ミラー基板または電極基板にはミラーや電極が1次元的または2次元的に複数形成されており、これにより、マイクロミラー素子が1次元的または2次元的に複数配列されたマイクロミラーアレイが構成されている。このようなマイクロミラー素子チップ13は、全体として略直方体に形成されている。なお、マイクロミラー素子チップ13の上面には、ワイヤ19を介してパッケージ11の側壁部112に形成されたパッドと電気的に接続するためのパッド(図示せず)が形成されている。
このようなマイクロミラー素子チップ13は、底面131と台座12の他方の接着面とが接着層121により接合されることによって、台座12上に固定されている。
シールリング14は、平面視略矩形の輪状の部材からなり、パッケージ11上面にロウ付け等の方法により接合される。
リッド15は、中央部に開口151が形成された平面視略矩形の板状のリッドフレーム16と、一端がリッドフレーム16のパッケージ11と対向しない側の面に接合され、開口151を覆う筒状のシールリング17と、このシールリング17の他端に接続され、この他端を覆う透過窓18とから構成される。このようなリッド15は、リッドフレーム16の外縁部がシールリング14に溶接される等により、パッケージ11に固定されている。
ここで、透過窓18は、マイクロミラー素子への入射光やマイクロミラー素子からの反射光を透過させるためのものであって、入射光および反射光が透過可能な材料から構成されている。本実施の形態においては、透過窓18として板状のサファイアを用いている。この板状のサファイアは、上面および下面がC面となるように形成されている。また、透過窓18の両面には、不要反射によるノイズ光を低減するために、信号波長帯に対応した反射防止のための保護膜を設けるようにしてもよい。この保護膜は、誘電体膜を所定の層数だけ積層させることにより形成することができる。
<光スイッチモジュールの製造方法>
次に、本実施の形態に係る光スイッチモジュールの製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、パッケージ11の搭載面114の略中央部に、接着層120を介して台座12を載置する。また、台座12上面に、接着層121を塗布したのち、この台座12上面の接着層120上にマイクロミラー素子チップ13を搭載する。この後、これらを加熱することにより、図4に示すように、マイクロミラー素子チップ13を台座12を介してパッケージ11上に固定する。
ここで、接着層120,121としては、はんだやAgのフィラーを含むエポキシ系接着剤(以下、「Agペースト」とも言う。)等の導電性接着剤が用いられる。なお、接着層120,121としては、はんだやAgペーストなどの導電性を有する材料に限定されず、電気的な接続が必要ない場合には、熱硬化型接着剤や紫外線硬化型接着剤等を用いるようにしてもよい。
マイクロミラー素子チップ13が固定されると、ワイヤボンディング法により、パッケージ11の基部111底面に形成されたパッドとマイクロミラー素子チップ13に形成されたパッドとをワイヤ19により接続する。これにより、パッケージ11の基部111底面に形成されたピン113やパッケージ11外部の端子とマイクロミラー素子チップ13とが電気的に接続される。
ワイヤ19が形成されると、パッケージ11の上面にあらかじめ接合されているシールリング14とリッド15とを接合する。この接合は、例えば、乾燥窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下において、シールリング14と透過窓18が接合されたリッドフレーム16とをシーム溶接により溶接することにより行うことができる。これにより、マイクロミラー素子チップ13は、不活性ガスで満たされたパッケージ11内に封止されることとなる。
ここで、シールリング14とリッド15との接合は、シーム溶接に限定されず、各種接合方法を用いることができる。例えば、レーザ溶接により行うようにしてもよい。この場合には、シールリング14の形状は矩形に限定されず,例えば円形や楕円形など、各種形状を用いることができる。また、熱硬化型接着剤や紫外線硬化型接着剤等により接合するようにしてもよい。
このような工程を経て、光スイッチモジュール1が製造されることとなる。
製造された光スイッチモジュール1は、マイクロミラー素子チップ13が台座12を介してパッケージ11の搭載面114に固定されている。ここで、台座12のマイクロミラー素子チップ13との接触面の面積は、マイクロミラー素子チップ13の底面131の面積よりも小さくなっている。このため、従来のように、マイクロミラー素子チップ13の底面131全体をパッケージ11の搭載面114に接触させて固定する場合よりも、マイクロミラー素子チップ13を固定する際に発生する応力が小さくなるので、マイクロミラー素子チップ13の変形を少なくすることができる。
また、搭載面114が凸状に変形している場合であっても、マイクロミラー素子チップ13を搭載面114に直接に固定する場合よりも搭載面114との接触面積が小さい台座12を搭載面114に固定するので、その凸状部分の変形の影響が小さくなるので、マイクロミラー素子チップ13の変形をより防ぐことができる。
また、台座12は、パッケージ11の搭載面114を構成する材料の熱膨張率と、マイクロミラー素子チップ13の台座12との接触面を構成する材料の熱膨張率との間の値を有する材料から構成されるので、台座12とパッケージ11との間に発生する応力および台座12とマイクロミラー素子チップ13との間に発生する応力それぞれが、マイクロミラー素子チップ13をパッケージ11に直接固定した場合にこれらの間に発生する応力よりも小さくなるので、マイクロミラー素子チップ13の変形をより防ぐことができる。
<測定結果>
本実施の形態に係る光スイッチモジュール1による効果を確認するために、ダミーのマイクロミラー素子チップ(以下、「ダミーチップ」とも言う。)13を作製し、このダミーを搭載した光スイッチモジュール1を作製してそのダミーチップ表面の形状を測定した。この測定結果を図5A,図5Bに示す。また、比較例として、ダミーチップ13の底面131全体に接着層120を形成してパッケージ11の搭載面114に固定した場合の測定結果を図6A,図6Bに示す。
ここで、パッケージ11の材料には、アルミナセラミック(Al23、熱膨張係数7.1[ppm/K])を用いた。台座12は、接触面の大きさが4[mm]×4[mm]、厚さが0.3[mm]であり、材料としてコバール(Fe−Ni−Co合金、熱膨張係数5.0[ppm/K])を用いた。ダミーのマイクロミラー素子チップ13は、底面131の大きさが18[mm]×10[mm]であり、材料としてシリコン(Si、熱膨張係数2.9[ppm/K])を用いた。 また、この測定にはレーザ測定計を用い、ダミーのマイクロミラー素子チップ13表面の17[mm]×9[mm]の領域を1[mm]ピッチの格子状に分割した各領域について測定を行った。
従来と同様、マイクロミラー素子チップ13の底面131全体に接着層120を形成してパッケージ11の搭載面114に固定した場合、図6A,図6Bに示すように、Agペーストの硬化収縮により、マイクロミラー素子チップ13が凸状に変形している。
一方、本実施の形態に係る光スイッチモジュール1は、図5A,図5Bに示すように、マイクロミラー素子チップ13に変形が殆ど発生していない。
以上説明したように、本実施の形態によれば、マイクロミラー素子チップ13の底面131との接触面の面積がその底面131の面積よりも小さい台座12を介してマイクロミラー素子チップ13をパッケージ11の搭載面114に固定することにより、マイクロミラー素子チップ13を搭載面114に直接固定するときよりもマイクロミラー素子チップ13の接触面積が小さくなるので、マイクロミラー素子チップ13の接触面に発生する応力が小さくなるため、マイクロミラー素子チップ13の変形を少なくすることができる。結果として、マイクロミラー素子の駆動特性の変化も防ぐことができる。
なお、本実施の形態において、台座12は、平面視略矩形の形状を有する場合を例に説明したが、台座12の形状はこれに限定されず適宜自由に設定することができる。そこで、台座12の形状例について、図7〜図11に示す。
図7に示す台座21は、接触面が略円形の円柱状に形成されている。このように接触面を円形とすることにより、接触面が矩形の場合よりも接触面の縁部に発生する応力集中を緩和することができるので、マイクロミラー素子チップ13の変形量を小さくすることができる。
図8に示す台座22は、接触面が略八角形の角柱状に形成されている。このように接触面を八角形とすることにより、上述した接触面が円形の場合と同様、接触面が矩形の場合よりも接触面の縁部に発生する応力集中を緩和することができるので、マイクロミラー素子チップ13の変形量を小さくすることができる。
また、台座22は、対向する側面が平行であるので、ピンセット等で掴みやすく、取り扱いが容易である。
図9に示す台座23は、接触面が略楕円形の柱状に形成されている。この台座22は、接触面が円形の台座21と同様に、マイクロミラー素子チップ13の変形量をより小さくすることができる。
図10に示す台座24は、接触面が略楕円形の筒状に形成されている。この台座24は、柱状に形成された台座と比較して、中空部分がマイクロミラー素子チップ13と接触していないために応力が中心部に発生しないので、マイクロミラー素子チップ13の変形量をより小さくすることができる。
なお、図10においては、筒状の台座の接触面が楕円形の場合を例に説明したが、その平面形状は楕円形に限定されず、例えば、矩形、円形、八角形など、適宜自由に設定できることは言うまでもない。
図11に示す台座25は、接触面が略楕円形の筒状に形成され、かつ、その接触面に同心の楕円形の溝25aが形成されたものである。この構成により、マイクロミラー素子チップ13との接触面積を同じ外形寸法を有する台座に比べて、より小さくすることができる。結果として、マイクロミラー素子チップ13の変形量をより小さくすることができる。
なお、図11において、溝25aが筒状の台座25と同心の楕円状に形成される場合を例に説明したが、溝25aの平面形状はこれに限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、図11において、溝25aを1つ形成する場合について説明したが、その数量は1つに限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、図11においては、接触面が楕円形の場合を例に説明したが、その形状は楕円形に限定されず、例えば、矩形、円形、八角形など、適宜自由に設定できる。このとき、溝25aの形状についても、その平面形状に応じて適宜自由に設定することができる。
なお、本実施の形態において、透過窓18は、リッドフレーム16のパッケージ11と対向しない側の面において、リッドフレーム16の平面に対して斜めに取り付けられているが、透過窓を取り付ける位置や角度はこれに限定されない。例えば、図15に示したように、透過窓をリッドフレームのパッケージ側の面にリッドフレームと平行に取り付けるようにしてもよい。また、図18に示すように、透過窓をリッドフレームのパッケージと対向しない側の面において、リッドフレームと平行に取り付けるようにしてもよい。
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、パッケージの搭載面に凹部を形成し、この凹部に台座を配置したものである。したがって、本実施の形態において、上述した第1の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
図12に示すように、本実施の形態に係る光スイッチモジュール2は、上部が開口した略直方体の筐体に形成されたパッケージ20と、このパッケージ20の内部底面上に固定された台座12と、この台座12を介してパッケージ20内部に固定されるマイクロミラー素子チップ13と、パッケージ20の側壁部の上面に接合されたシールリング14と、このシールリング14を介してパッケージ20の開口を塞ぐリッド15とを備えている。
ここで、パッケージ20の搭載面114には、基部111の下面側に彫り込まれた平面視略矩形の凹部115が形成されている。この凹部115内に台座12が固定される。
このようなパッケージ20は、凹部115に対応するパターンをあらかじめ形成したグリーンシートを積層することにより、アルミナセラミックやガラスセラミック等の焼結体を用いて形成することができる。
本実施の形態によれば、搭載面114に凹部115を設け、この凹部115に台座12を設けることにより、マイクロミラー素子チップ13をよりパッケージ11の基部111側に配置して、マイクロミラー素子チップ13と側壁部112に形成されたパッドとの距離を短くすることができる。これにより、ワイヤ19の長さを短くできるので、このワイヤ19によるインダクタンス成分を低減することができる。
なお、本実施の形態において、凹部115が平面視略矩形の平面形状を有する場合を例に説明したが、その平面形状は矩形に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、台座12の形状についても適宜自由に設定することができ、図7〜図11で示した形状を適用することもできる。
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第2の実施の形態におけるパッケージの搭載面の凹部に、台座として機能する凸部を形成したものである。したがって、本実施の形態において、上述した第2の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
図13に示すように、本実施の形態に係る光スイッチモジュール3は、上部が開口した略直方体の筐体に形成されたパッケージ30と、このパッケージ30の内部底面上に形成された凸部116に固定されるマイクロミラー素子チップ13と、パッケージ30の側壁部の上面に接合されたシールリング14と、このシールリング14を介してパッケージ30の開口を塞ぐリッド15とを備えている。
ここで、パッケージ30の搭載面114には、基部111の下面側に彫り込まれた平面視略矩形の凹部115と、この凹部115の中央部から突出した直方体の柱状の凸部116とが形成されている。
この凸部116の上面は、マイクロミラー素子チップ13の底面131の平面形状よりも小さく形成されている。すなわち、凸部116のマイクロミラー素子チップ13との接触面の面積は、その接触面と接触するマイクロミラー素子チップ13の底面の面積よりも小さくなっている。このような凸部116は、パッケージ30の一構成要素として、パッケージ30の他の構成要素と一体形成されている。
このようなパッケージ30は、接着層121を介して、凸部116の接触面とマイクロミラー素子チップ13の底面131とが接合されことにより、マイクロミラー素子チップ13が固定される。
また、パッケージ30は、凹部115および凸部116に対応するパターンをあらかじめ形成したグリーンシートを積層し、焼結することにより、アルミナセラミックやガラスセラミック等を用いて形成することができる。
このように、本実施の形態によれば、台座として機能する凸部116をパッケージ30に一体形成することにより、台座の組み立て工程が不要になるので、製造コストを低減することができる。
また、本実施の形態によれば、マイクロミラー素子チップ13の底面131との接触面の面積がその底面131の面積よりも小さい凸部116を介してマイクロミラー素子チップ13を固定することにより、マイクロミラー素子チップ13の底面131全体を固定するときよりもマイクロミラー素子チップ13の接触面積が小さくなるので、マイクロミラー素子チップ13の接触面に発生する応力が小さくなるため、マイクロミラー素子チップ13の変形を小さくすることができる。
なお、本実施の形態において、凸部116の平面形状が平面視略矩形の場合を例に説明したが、この平面形状は矩形に限定されず、例えば、図7〜図11を参照して説明した台座12の平面形状の何れかを適用することもできる。
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第3の実施の形態におけるパッケージの底面に、ピンの代わりにはんだボールを形成したものである。したがって、本実施の形態において、上述した第3の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
図14に示すように、本実施の形態に係る光スイッチモジュール4は、上部が開口した略直方体の筐体に形成されたパッケージ40と、このパッケージ40の内部底面上に形成された凸部116に固定されるマイクロミラー素子チップ13と、パッケージ40の側壁部の上面に接合されたシールリング14と、このシールリング14を介してパッケージ40の開口を塞ぐリッド15とを備えている。
ここで、パッケージ40は、板状の基部111と、この基部111上面の外縁から立設された階段状の側壁部112と、基部111底面に格子状に複数形成されたはんだボール117とを備えたBGA(Ball Grid Array)パッケージからなる。なお、側壁部112における階段のステップの部分には、マイクロミラー素子チップ13と電気的な接続を取るためのパッド(図示せず)が形成されている。また、台座12が搭載される側壁部112に囲まれた搭載面114にもマイクロミラー素子チップ13と電気的な接続を取るためのパッド(図示せず)が設けられている。これらのパッドは、はんだボール117や外部端子と接続されている。このようなパッケージ30は、アルミナセラミックやガラスセラミック等の焼結体により形成される。
また、搭載面114には、基部111の下面側に彫り込まれた平面視略矩形の凹部115と、この凹部115の中央部から突出した直方体の柱状の凸部116とが形成されている。
基部111の底面にピンを設けた光スイッチモジュールの場合、この光スイッチモジュールを実装するプリント基板に孔を開けて、この孔をピンが貫くように実装されるので、光スイッチモジュールがプリント基板の変形の影響を受けやすい。これに対して、本実施の形態では、はんだボール117が形成されているので、プリント基板の変形の影響を受けにくい。
なお、上述した第1,第2の実施の形態において、パッケージ11,20に形成されたピン113を、本実施の形態におけるはんだボール117に置き換えることができることは言うまでもない。
また、上述した第1〜第4の実施の形態において、マイクロミラー素子チップ13に搭載されるマイクロミラー素子の数量は、1つ以上であれば、適宜自由に設定することができる。マイクロミラー素子チップ13内におけるマイクロミラー素子の配置についても、適宜自由に設定することができる。
また、上述した第1〜第4の実施の形態において、光スイッチモジュールが筺体を構成するパッケージと、このパッケージの開口を塞ぐリッドとから構成される場合を例に説明したが、光スイッチモジュールの構成はこれに限定されず、例えば、板状のパッケージと、開口部がパッケージの一の面に当接する筺体からなるリッドとから構成されるようにしてもよい。
本発明は、光スイッチモジュールなど、基板を他の部材に実装する各種装置に適用することができる。
1〜4…光スイッチモジュール、11,20,30,40…パッケージ、12,21〜25…台座、13…マイクロミラー素子チップ、14…シールリング、15…リッド、16…リッドフレーム、17…シールリング、18…透過窓、19…ワイヤ、111…基部、112…側壁部、113…ピン、114…搭載面、115…凹部、116…凸部、117…はんだボール、120,121…接着層、131…底面。

Claims (6)

  1. 可動反射体を有するマイクロミラー素子を一方の面に備える板状のマイクロミラー素子チップと、
    一の面に前記マイクロミラー素子を固定する基板と
    を備え、
    前記基板は、前記一の面上に設けられ、柱状の部材からなる台座を備え、
    前記マイクロミラー素子チップは、前記台座を介して前記基板に固定され、
    前記台座は、筒状に形成され、
    前記台座のマイクロミラー素子チップの他方の面との接触面の面積は、前記他方の面の面積よりも小さい
    ことを特徴とする光スイッチモジュール。
  2. 請求項1記載の光スイッチモジュールにおいて、
    前記台座の熱膨張率は、前記基板の熱膨張率と前記マイクロミラー素子チップの熱膨張率との間の値を有する
    ことを特徴とする光スイッチモジュール。
  3. 請求項1または2記載の光スイッチモジュールにおいて、
    前記台座は、前記基板と一体形成されている
    ことを特徴とする光スイッチモジュール。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光スイッチモジュールにおいて、
    前記基板は、前記一の面上に形成された凹部を有し、
    前記台座は、前記凹部に設けられる
    ことを特徴とする光スイッチモジュール。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光スイッチモジュールにおいて、
    前記台座の前記接触面における平面形状は、矩形、円形、八角形、楕円形のいずれか1つからなる
    ことを特徴とする光スイッチモジュール。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光スイッチモジュールにおいて、
    前記マイクロミラー素子チップは、複数の前記マイクロミラー素子がアレイ状に搭載されている
    ことを特徴とする光スイッチモジュール。
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