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

光スイッチモジュール Download PDF

Info

Publication number
JP5922606B2
JP5922606B2 JP2013051942A JP2013051942A JP5922606B2 JP 5922606 B2 JP5922606 B2 JP 5922606B2 JP 2013051942 A JP2013051942 A JP 2013051942A JP 2013051942 A JP2013051942 A JP 2013051942A JP 5922606 B2 JP5922606 B2 JP 5922606B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
micromirror element
element chip
package
pedestal
optical switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013051942A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014178453A (ja
Inventor
光男 碓氷
光男 碓氷
淳一 小舘
淳一 小舘
哲史 莊司
哲史 莊司
石原　隆子
隆子 石原
文洋 佐々
文洋 佐々
成 根本
成 根本
神　好人
好人 神
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2013051942A priority Critical patent/JP5922606B2/ja
Publication of JP2014178453A publication Critical patent/JP2014178453A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5922606B2 publication Critical patent/JP5922606B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/3201—Structure
    • H01L2224/32012—Structure relative to the bonding area, e.g. bond pad
    • H01L2224/32014—Structure relative to the bonding area, e.g. bond pad the layer connector being smaller than the bonding area, e.g. bond pad
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92247—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector

Landscapes

  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)

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（Ａｌ2Ｏ3、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（Ａｌ2Ｏ3、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。
JP2013051942A 2013-03-14 2013-03-14 光スイッチモジュール Expired - Fee Related JP5922606B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013051942A JP5922606B2 (ja) 2013-03-14 2013-03-14 光スイッチモジュール

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013051942A JP5922606B2 (ja) 2013-03-14 2013-03-14 光スイッチモジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014178453A JP2014178453A (ja) 2014-09-25
JP5922606B2 true JP5922606B2 (ja) 2016-05-24

Family

ID=51698472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013051942A Expired - Fee Related JP5922606B2 (ja) 2013-03-14 2013-03-14 光スイッチモジュール

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5922606B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016105440A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung optischer Komponenten unter Verwendung von Funktionselementen
JP6839562B2 (ja) * 2017-02-17 2021-03-10 スタンレー電気株式会社 電子部品用パッケージ及び電子部品用パッケージの製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0617928B2 (ja) * 1987-02-27 1994-03-09 日本碍子株式会社 光学素子複合体
JP2002214057A (ja) * 2001-01-12 2002-07-31 Mitsubishi Electric Corp 圧力センサ
US20040041254A1 (en) * 2002-09-04 2004-03-04 Lewis Long Packaged microchip
JP4489393B2 (ja) * 2003-08-21 2010-06-23 オリンパス株式会社 半導体装置
US8194305B2 (en) * 2003-11-01 2012-06-05 Silicon Quest Kabushiki-Kaisha Package for micromirror device
JP4582043B2 (ja) * 2006-03-31 2010-11-17 日本ビクター株式会社 光偏向子、光偏向器、及び表示装置
JP5293147B2 (ja) * 2008-03-19 2013-09-18 富士通株式会社 電子部品
JP5630015B2 (ja) * 2009-12-28 2014-11-26 株式会社ニコン 空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014178453A (ja) 2014-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102255742B1 (ko) 광검출 장치
US10895501B2 (en) Light-detecting device
TWI840809B (zh) 光檢測裝置
WO2016170903A1 (ja) 光学装置および光学装置の製造方法
JP5743075B2 (ja) 光学センサおよび光学センサの製造方法
JP2014082348A (ja) 光学素子収納用パッケージ、光学フィルターデバイス、光学モジュール、および電子機器
JP5922606B2 (ja) 光スイッチモジュール
JP2008235864A (ja) 電子装置
JP6457864B2 (ja) 光半導体素子パッケージおよび光半導体装置
JP6632647B2 (ja) 光検出装置
JP7023724B2 (ja) パッケージおよび電子装置
JP5958928B2 (ja) 光学デバイスの製造方法
JP5276458B2 (ja) 赤外線センサ
JP2019139243A (ja) 光検出装置
JP2014049562A (ja) 電子素子収納用パッケージおよび電子装置
JP6382615B2 (ja) 配線基板、電子装置および電子装置の実装構造
JP2005101438A (ja) 封止パッケージ
JP2016134579A (ja) 基板、及び電子ユニット
JP2017188581A (ja) 電子部品収納用パッケージおよび電子装置
JP2011048121A (ja) 撮像装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150113

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150826

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150924

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151119

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160412

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160414

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5922606

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees