JP7489961B2 - 受光装置、及び受光装置の製造方法 - Google Patents

受光装置、及び受光装置の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、受光装置、及び受光装置の製造方法に関する。
ＴＯＦ（Time of Flight）方式を利用して対象物までの距離を測定する技術として、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）システムが注目されている。そのため、ＬｉＤＡＲシステムに用いられる受光装置についても、様々な技術開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１７－２２４７５５号公報
ＬｉＤＡＲシステムでは、光源から出射されて対象物で反射された測距用レーザ光を、受光装置において如何に精度良く受光し得るかが重要となる。その一方で、測距用レーザ光を精度良く受光するために受光装置の厚さが増加することは望ましくない。
本開示は、測距用レーザ光を精度良く受光することができ、且つ装置の薄型化を図ることができる受光装置、及びそのような受光装置の製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一側面の受光装置は、複数の受光部が設けられた受光素子と、第１表面、及び第１表面とは反対側の第２表面を有し、第２表面が受光素子と向かい合うように受光素子上に固定されたガラスカバーと、を備え、ガラスカバーは、第１表面及び内部の少なくとも一方に設けられた複数の回折格子を含み、複数の回折格子のそれぞれは、ガラスカバーの第１表面に入射する測距用レーザ光を複数の受光部のそれぞれに集光するように構成されている。
この受光装置では、ガラスカバーが複数の回折格子を含み、複数の回折格子のそれぞれが、ガラスカバーに入射する測距用レーザ光を複数の受光部のそれぞれに集光するように構成されている。これにより、隣り合う受光部間でのクロストークの低減、及び複数の受光部のそれぞれにおける感度の向上を図ることができる。しかも、複数の回折格子がガラスカバーの第１表面及び内部の少なくとも一方に設けられている。これにより、受光素子とガラスカバーとの間に別部材として集光要素を設けることが不要となる。また、複数の回折格子がガラスカバーの第２表面に設けられている場合に比べ、受光素子から複数の回折格子までの距離が大きくなるため、受光素子にガラスカバーをより近接させた状態で、受光素子上にガラスカバーを固定することができる。よって、この受光装置によれば、測距用レーザ光を精度良く受光することができ、且つ装置の薄型化を図ることができる。
本開示の一側面の受光装置では、ガラスカバーは、受光素子から離間した状態で受光素子上に固定されていてもよい。これにより、受光素子から複数の回折格子までの距離を適切な距離とすることができ、ガラスカバーに入射する測距用レーザ光を複数の受光部のそれぞれに確実に集光させることができる。
本開示の一側面の受光装置では、ガラスカバーは、受光素子に接触した状態で受光素子上に固定されていてもよい。これにより、より一層の装置の薄型化を図ることができる。
本開示の一側面の受光装置は、測距用レーザ光を出射する光源を更に備え、複数の回折格子のそれぞれは、光源から出射されて対象物で反射された測距用レーザ光を複数の受光部のそれぞれに集光するように構成されていてもよい。これにより、対象物までの距離を精度良く測定することができる。
本開示の一側面の受光装置では、ガラスカバーは、ガラス基板と、ガラス基板における第１表面側の表面に設けられた第１膜と、を含み、複数の回折格子は、第１膜に形成されていてもよい。これにより、受光素子から複数の回折格子までの距離を適切な距離とすることができ、ガラスカバーに入射する測距用レーザ光を複数の受光部のそれぞれに確実に集光させることができる。
本開示の一側面の受光装置では、ガラスカバーは、ガラス基板を含み、複数の回折格子は、ガラス基板における第１表面側の表面に形成されていてもよい。これにより、受光素子から複数の回折格子までの距離を適切な距離とすることができ、ガラスカバーに入射する測距用レーザ光を複数の受光部のそれぞれに確実に集光させることができる。
本開示の一側面の受光装置では、ガラスカバーは、複数の回折格子に対して受光素子とは反対側に配置されたフィルタを更に含み、フィルタは、測距用レーザ光に対して透過性を有し、測距用レーザ光の波長以外の波長を有する光に対して遮光性を有してもよい。このように、複数の回折格子の前段にフィルタが設けられることで、測距用レーザ光の波長以外の波長を有する光を確実にカットすることができるので、受光素子においてＳＮ比を向上させることができる。
本開示の一側面の受光装置は、受光素子が配置された内側表面、及び内側表面とは反対側の外側表面、並びに、内側表面及び外側表面に開口する貫通孔を有し、受光素子を収容するパッケージをガラスカバーと共に構成する基板と、貫通孔の内面に設けられた金属膜と、貫通孔内に配置された金属ボールと、貫通孔内において金属膜と金属ボールとの間に配置され、貫通孔内に金属ボールを固定する半田部材と、を更に備え、貫通孔は、内側表面に位置する内側開口部、外側表面に位置する外側開口部、及び内側表面と外側表面との間に位置する中間開口部を含み、外側開口部は、金属ボールが通過可能な形状を呈しており、中間開口部は、金属ボールが通過不可能な形状を呈しており、金属膜は、貫通孔の内面のうち外側開口部と中間開口部との間に位置する側面に設けられた筒部を有し、金属ボールは、筒部に包囲されるように貫通孔内に配置されており、半田部材は、金属ボールから筒部に渡った状態で、筒部と金属ボールとの間の領域を封止していてもよい。これにより、受光装置の製造時に、例えば貫通孔を介してパッケージ内の脱気を実施しながら、半田部材によって貫通孔内に金属ボールを固定すると共に、半田部材によって金属膜の筒部と金属ボールとの間の領域を封止することができる。このとき、貫通孔の中間開口部の少なくとも一部が金属ボールによって塞がれる状態になるため、溶融した半田部材がパッケージ内に侵入するのを抑制することができる。更に、貫通孔の中間開口部が、金属ボールが通過不可能な形状を呈しており、半田部材が、金属ボールから金属膜の筒部に渡った状態で、金属膜の筒部と金属ボールとの間の領域を封止している。これにより、製造された受光装置では、金属ボールの固定状態が安定化するため、貫通孔の封止状態を確実に維持することができる。
本開示の一側面の受光装置では、中間開口部は、長尺形状を呈していてもよい。これにより、受光装置の製造時において、半田部材によって貫通孔内に金属ボールを固定する際に、貫通孔の中間開口部の一部が金属ボールによって塞がれない状態になるため、貫通孔を介してパッケージ内の脱気を確実に実施することができる。
本開示の一側面の受光装置では、貫通孔は、内側表面から外側表面に向かって広がるテーパ孔であってもよい。これにより、金属ボールが通過可能な形状を呈する外側開口部、及び金属ボールが通過不可能な形状を呈する中間開口部を含む貫通孔を容易且つ確実に得ることができる。
本開示の一側面の受光装置では、貫通孔は、外側表面側において拡幅された段付き孔であってもよい。これにより、金属ボールが通過可能な形状を呈する外側開口部、及び金属ボールが通過不可能な形状を呈する中間開口部を含む貫通孔を容易且つ確実に得ることができる。
本開示の一側面の受光装置では、金属膜は、外側開口部の外縁に沿って延在するように外側表面に設けられた鍔部を更に有し、筒部は、鍔部に接続されていてもよい。これにより、受光装置を実装する実装基板に、貫通孔の外側開口部及び金属膜の鍔部に対応する金属パターンを設けておき、金属膜の鍔部を当該金属パターンに接合することで、当該接合時に金属ボールが当該金属パターン上に落下したとしても、実装後の受光装置において貫通孔の封止状態を確実に維持することができる。
本開示の一側面の受光装置では、半田部材における外側開口部側の表面は、筒部と金属ボールとの間の領域において、内側開口部側に凹の曲面となっていてもよい。これにより、半田部材において局所的な応力の集中が起こるのを抑制することができ、貫通孔の封止状態をより確実に維持することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法は、複数の受光部が設けられた受光素子、並びに、第１表面、及び第１表面とは反対側の第２表面を有するガラスカバーを用意する第１工程と、第１工程の後に、第２表面が受光素子と向かい合うように受光素子上にガラスカバーを配置する第２工程と、第２工程の後に、ガラスカバーに加工用レーザ光を照射することにより、複数の集光要素をガラスカバーに形成する第３工程と、を備え、第３工程においては、ガラスカバーの第１表面に入射する測距用レーザ光を複数の集光要素のそれぞれが複数の受光部のそれぞれに集光するように複数の集光要素を形成する。
この受光装置の製造方法では、受光素子上にガラスカバーを配置した後に、ガラスカバーに加工用レーザ光を照射することにより、複数の集光要素をガラスカバーに形成する。これにより、複数の集光要素のそれぞれが複数の受光部のそれぞれに対して精度良く位置決めされた受光装置を効率良く得ることができる。よって、この受光装置の製造方法によれば、上述したような受光装置を適切に製造することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、第２工程においては、ガラスカバーが受光素子から離れるように受光素子上にガラスカバーを固定してもよい。これにより、製造された受光装置において、受光素子から複数の集光要素までの距離を適切な距離とすることができ、ガラスカバーに入射する測距用レーザ光を複数の受光部のそれぞれに確実に集光させることができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、第２工程においては、ガラスカバーが受光素子に接触するように受光素子上にガラスカバーを固定してもよい。これにより、製造された受光装置において、より一層の装置の薄型化を図ることができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、ガラスカバーは、ガラス基板と、ガラス基板における第１表面側の表面に設けられた第１膜と、を含み、第３工程においては、第１膜に複数の集光要素を形成してもよい。これにより、加工用レーザ光の照射による影響が受光素子に及ぶのを抑制することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、複数の集光要素は、複数の回折格子であってもよい。これにより、加工用レーザ光の照射によって複数の集光要素をガラスカバーに容易に設けることができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、ガラスカバーは、ガラス基板を含み、第３工程においては、ガラス基板に複数の集光要素を形成してもよい。これにより、加工用レーザ光の照射によって様々な集光要素をガラスカバーに設けることができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、第３工程においては、ガラス基板における第１表面側の表面に複数の集光要素を形成してもよい。これにより、加工用レーザ光の照射による影響が受光素子に及ぶのを抑制することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、複数の集光要素は、複数の回折格子であってもよい。これにより、加工用レーザ光の照射によって複数の集光要素をガラスカバーに容易に設けることができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、第３工程においては、ガラス基板の内部に複数の集光要素を形成してもよい。これにより、加工用レーザ光の照射による影響が受光素子に及ぶのを抑制することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、複数の集光要素は、複数の回折格子、複数のレンズ面又は複数の導光部であってもよい。これにより、用途に応じた適切な集光要素をガラスカバーに設けることができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、ガラスカバーは、ガラス基板と、ガラス基板における第２表面側の表面に設けられた第２膜と、を含み、第２膜は、測距用レーザ光に対して透過性を有し、加工用レーザ光に対して遮光性を有してもよい。これにより、加工用レーザ光の照射による影響が受光素子に及ぶのをより確実に抑制することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、ガラスカバーは、ガラス基板を含み、ガラス基板は、測距用レーザ光に対して透過性を有し、加工用レーザ光に対して遮光性を有してもよい。これにより、加工用レーザ光の照射による影響が受光素子に及ぶのをより確実に抑制することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、第１工程においては、受光素子となる部分を複数含む半導体ウェハ、及びガラスカバーとなる部分を複数含むガラスウェハを用意し、第２工程においては、半導体ウェハ上にガラスウェハを固定し、第３工程においては、ガラスウェハに加工用レーザ光を照射することにより、受光素子となる部分ごとに複数の集光要素を形成してもよい。これにより、加工用レーザ光の照射によって複数の集光要素を効率良く形成することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法は、第３工程の後に、半導体ウェハ及びガラスウェハを受光素子となる部分ごとに切断する第４工程を更に備えてもよい。これにより、複数の受光装置を効率良く製造することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法は、上述した受光装置の製造方法であって、貫通孔の内面に金属膜が設けられた基板の内側表面に、受光素子を配置し、受光素子を収容するパッケージをガラスカバー及び基板によって構成する第５工程と、第５工程の後に、金属ボール、及び金属ボールを被覆する半田層を有する半田ボールを、外側開口部から貫通孔内に配置し、半田層を溶融させることで半田部材を形成する第６工程と、を備える。
この受光装置の製造方法によれば、溶融した半田層がパッケージ内に侵入するのを抑制しつつ、貫通孔を確実に封止することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、第６工程においては、半田ボールにレーザ光を照射することで、半田層を溶融させてもよい。これにより、半田層を局所的に加熱することができるため、受光装置等に熱的な影響が及ぶのを抑制することができる。
本開示の一側面の受光装置の製造方法では、第６工程においては、貫通孔を介してパッケージ内の脱気を実施しながら、半田層を溶融させてもよい。これにより、溶融した半田層がパッケージ内に侵入するのを抑制しつつ、貫通孔を介してパッケージ内の脱気を確実に実施することができる。
本開示によれば、測距用レーザ光を精度良く受光することができ、且つ装置の薄型化を図ることができる受光装置、及びそのような受光装置の製造方法を提供することが可能となる。
図１は、第１実施形態の受光装置を備える測距システムの構成図である。 図２は、図１に示される受光装置の斜視図である。 図３は、図２に示される受光装置の拡大図である。 図４は、図２に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図５は、図２に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図６は、図２に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図７は、第２実施形態の受光装置の斜視図である。 図８は、図７に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図９は、図７に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図１０は、図７に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図１１は、図７に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図１２は、第３実施形態の受光装置の斜視図である。 図１３は、図１２に示される受光装置のプリント配線基板の一部分の断面図である。 図１４は、図１３に示されるプリント配線基板の一部分の底面図である。 図１５は、図１２に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図１６は、図１２に示される受光装置の製造方法の一工程を示す図である。 図１７は、図１２に示される受光装置の実装方法の一工程を示す図である。 図１８は、図１２に示される受光装置の実装方法の一工程を示す図である。 図１９は、第１変形例のガラスカバーの拡大図である。 図２０は、第２変形例のガラスカバーの拡大図である。 図２１は、第３変形例のガラスカバーの拡大図である。 図２２は、第４変形例のガラスカバーの拡大図である。 図２３は、第５変形例のガラスカバー及び第６変形例のガラスカバーの断面図である。 図２４は、変形例の受光装置のプリント配線基板の一部分の断面図である。 図２５は、図２４に示されるプリント配線基板の一部分の底面図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する部分を省略する。
［第１実施形態］
図１に示されるように、測距システム１００は、光源１０と、受光装置１Ａと、を備えている。光源１０は、対象物Ａに向けて測距用レーザ光Ｌ１を出射する。光源１０は、例えば、発光ダイオード、半導体レーザ等の発光素子によって構成されている。受光装置１Ａは、光源１０から出射されて対象物Ａで反射された測距用レーザ光Ｌ１を受光する。測距システム１００は、ＴＯＦ（Time of Flight）方式を利用して対象物Ａまでの距離を測定するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）システムである。
図２に示されるように、受光装置１Ａは、プリント配線基板２と、受光素子３と、フレーム４と、ガラスカバー５と、を備えている。以下の説明では、受光装置１Ａに測距用レーザ光Ｌ１が入射する方向をＺ軸方向といい、Ｚ軸方向に垂直な一方向をＸ軸方向といい、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向という。なお、測距システム１００では、受光装置１Ａから対象物Ａまでの距離が受光装置１Ａのサイズに比べて非常に大きくなるため、測距用レーザ光Ｌ１は、Ｚ軸方向に平行に受光装置１Ａに入射するとみなすことができる。
プリント配線基板２は、例えば、矩形板状に形成されている。一例として、Ｘ軸方向におけるプリント配線基板２の長さは２０ｍｍ程度であり、Ｙ軸方向におけるプリント配線基板２の長さは１０ｍｍ程度であり、プリント配線基板２の厚さは１ｍｍ程度である。
受光素子３は、プリント配線基板２における光入射側（測距用レーザ光Ｌ１の入射側）の内側表面２ａに実装されている。受光素子３には、複数の受光部３ａが設けられている。本実施形態では、受光素子３は、Ｘ軸方向に沿って１次元に配列された複数の受光部３ａを有する表面入射型のリニアセンサである。各受光部３ａは、例えば、アバランシェ・フォトダイオードとして構成されており、画素として機能する。各受光部３ａは、例えば、矩形状に形成されている。一例として、Ｘ軸方向における各受光部３ａの長さは０．４５ｍｍであり、Ｙ軸方向における各受光部３ａの長さは０．４６ｍｍであり、隣り合う受光部３ａの中心間距離（ピッチ）は０．５５ｍｍである。なお、プリント配線基板２の内側表面２ａには、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の電子部品６も実装されている。
フレーム４は、Ｚ軸方向から見た場合に受光素子３及び電子部品６を包囲した状態で、プリント配線基板２の内側表面２ａに固定されている。フレーム４は、例えば、樹脂製のシートによってプリント配線基板２の内側表面２ａに固定されている。フレーム４は、プリント配線基板２の外縁に沿って延在する枠状の支持部材である。フレーム４における光入射側の表面４ａの高さ（プリント配線基板２の内側表面２ａからの距離）は、受光素子３の高さ及び電子部品６の高さよりも大きい。フレーム４は、例えば、ガラスエポキシ材料によって矩形枠状に形成されている。一例として、Ｘ軸方向におけるフレーム４の長さは２０ｍｍ程度であり、Ｙ軸方向におけるフレーム４の長さは１０ｍｍ程度であり、フレーム４の厚さは１ｍｍ程度である。
ガラスカバー５は、ガラス基板５０によって構成されている。ガラス基板５０は、測距用レーザ光Ｌ１に対して透過性を有するガラス材料によって、例えば、矩形板状に形成されている。一例として、Ｘ軸方向におけるガラス基板５０の長さは２０ｍｍ程度であり、Ｙ軸方向におけるガラス基板５０の長さは１０ｍｍ程度であり、ガラス基板５０の厚さは０．５ｍｍ程度である。
ガラスカバー５は、第１表面５ａ及び第２表面５ｂを有している。第１表面５ａは、ガラスカバー５における光入射側の表面であり、第２表面５ｂは、ガラスカバー５における第１表面５ａとは反対側の表面である。本実施形態では、第１表面５ａは、ガラス基板５０における光入射側の表面５０ａであり、第２表面５ｂは、ガラス基板５０における第１表面５ａとは反対側の表面５０ｂである。
ガラスカバー５は、第２表面５ｂが受光素子３と向かい合うように受光素子３上に固定されている。ガラスカバー５は、受光素子３から離間した状態で受光素子３上に固定されている。より具体的には、ガラスカバー５は、フレーム４における光入射側の開口を塞いだ状態で、ガラスカバー５の第２表面５ｂがフレーム４の表面４ａに固定されることにより、受光素子３上に固定されている。ガラスカバー５は、例えば、樹脂系の接着剤によってフレーム４の表面４ａに固定されている。一例として、受光素子３とガラスカバー５との間には、例えば、０．５ｍｍ程度の隙間が設けられている。
受光装置１Ａでは、プリント配線基板２、フレーム４及びガラスカバー５によって、受光素子３及び電子部品６を収容するパッケージが構成されている。当該パッケージは、受光素子３及び電子部品６が配置された空間を画定している。
ガラスカバー５は、複数の回折格子５１を含んでいる。複数の回折格子５１は、ガラスカバー５の第１表面５ａに設けられている。本実施形態では、複数の回折格子５１は、ガラス基板５０の表面５０ａに形成されている。複数の回折格子５１は、複数の受光部３ａと１対１で対応している。対応する回折格子５１及び受光部３ａにおいては、Ｚ軸方向から見た場合にそれらの少なくとも一部同士が重なっている。各回折格子５１は、Ｚ軸方向に平行にガラスカバー５の第１表面５ａに入射する測距用レーザ光Ｌ１（本実施形態では、光源１０から出射されて対象物Ａで反射された測距用レーザ光Ｌ１）を各受光部３ａに集光するように構成されている。つまり、各回折格子５１は、測距用レーザ光Ｌ１の波長に対応する波長を有する光を各受光部３ａに集光するように構成されている。
図３に示されるように、回折格子５１は、例えば、矩形状に形成されている。本実施形態では、回折格子５１は、ガラス基板５０の表面５０ａにおいて周囲の領域と屈折率が変化した複数の屈折率変化領域５１ａによって構成されている。屈折率変化領域５１ａにおける測距用レーザ光Ｌ１の透過率は、ガラス基板５０の表面５０ａのうちの屈折率変化領域５１ａ以外の領域における測距用レーザ光Ｌ１の透過率よりも低い。一例として、各屈折率変化領域５１ａは、Ｙ軸方向に沿って延在しており、隣り合う屈折率変化領域５１ａ間の距離は、Ｘ軸方向において中央から両側に行くほど小さくなっている。これにより、回折格子５１は、Ｚ軸方向に平行に入射した測距用レーザ光Ｌ１を、Ｙ軸方向に垂直な面内のみおいて集光する。したがって、回折格子５１によって集光された測距用レーザ光Ｌ１は、対応する受光部３ａ上において、Ｙ軸方向を長手方向とする照射領域Ｒ１を有することになる。一例として、Ｘ軸方向おける照射領域Ｒ１の幅は、Ｘ軸方向における受光部３ａの幅よりも小さく、Ｙ軸方向おける照射領域Ｒ１の幅は、Ｙ軸方向における受光部３ａの幅よりも大きい。
以上説明したように、受光装置１Ａでは、ガラスカバー５が複数の回折格子５１を含み、各回折格子５１が、ガラスカバー５に入射する測距用レーザ光Ｌ１を各受光部３ａに集光するように構成されている。これにより、隣り合う受光部３ａ間でのクロストークの低減、及び各受光部３ａにおける感度の向上を図ることができる。しかも、複数の回折格子５１がガラスカバー５の第１表面５ａに設けられている。これにより、受光素子３とガラスカバー５との間に別部材として集光要素を設けることが不要となる。また、複数の回折格子５１がガラスカバー５の第２表面５ｂに設けられている場合に比べ、受光素子３から複数の回折格子５１までの距離が大きくなるため、受光素子３にガラスカバー５をより近接させた状態で、受光素子３上にガラスカバー５を固定することができる。よって、受光装置１Ａによれば、測距用レーザ光Ｌ１を精度良く受光することができ、且つ装置の薄型化（Ｚ軸方向における薄型化）を図ることができる。
特に、受光装置１Ａでは、測距用レーザ光Ｌ１がＺ軸方向に平行にガラスカバー５の第１表面５ａに入射するとみなすことができるため、互いに同一のパターンを有する複数の回折格子５１を複数の集光要素として採用することが可能となっている。つまり、受光装置１Ａでは、測距用レーザ光Ｌ１の波長に対応する波長を有し且つＺ軸方向に平行にガラスカバー５の第１表面５ａに入射する光を各受光部３ａに効果的に集光することができればよいので、複数の回折格子５１を互いに同一のパターンで容易に且つ精度良く形成することができる。
なお、受光装置１Ａは、測距システム１００が車載用として使用される等、温度変化の大きな環境下で使用される場合がある。そのような場合、複数の集光要素として複数の回折格子５１をガラスカバー５に設けることは極めて有効である。それは、ガラス材料の熱膨張率が、樹脂材料に比べ、受光素子３を構成する半導体材料の熱膨張率に近く、また、ガラス材料が、樹脂材料に比べ、耐環境性が高いからである。複数の集光要素として複数の回折格子５１をガラスカバー５に設けることにより、温度変化の大きな環境下においても、ガラスカバー５に入射する測距用レーザ光Ｌ１を各受光部３ａに確実に集光させることができる。
また、受光装置１Ａでは、ガラスカバー５が、受光素子３から離間した状態で受光素子３上に固定されている。また、受光装置１Ａでは、複数の回折格子５１が、ガラスカバー５を構成するガラス基板５０の表面５０ａに形成されている。これらにより、受光素子３から複数の回折格子５１までの距離を適切な距離とすることができ、ガラスカバー５に入射する測距用レーザ光Ｌ１を各受光部３ａに確実に集光させることができる。
次に、受光装置１Ａの製造方法について説明する。まず、図４に示されるように、プリント配線基板２に受光素子３及び電子部品６が実装され且つプリント配線基板２にフレーム４が固定された状態で、受光素子３を用意する（第１工程）。その一方で、ガラスカバー５を用意する（第１工程）。続いて、図５に示されるように、フレーム４にガラスカバー５を固定することにより、ガラスカバー５が受光素子３から離れるように受光素子３上にガラスカバー５を固定する（第２工程）。
続いて、図６に示されるように、ガラスカバー５に加工用レーザ光Ｌ２を照射することにより、複数の回折格子５１をガラスカバー５に形成する（第３工程）。本実施形態では、ガラスカバー５に入射する測距用レーザ光Ｌ１を各回折格子５１が各受光部３ａに集光するように、複数の回折格子５１をガラス基板５０の表面５０ａに形成する。加工用レーザ光Ｌ２は、ガラス基板５０の表面５０ａに集光点が合わされた状態で、Ｚ軸方向に沿って受光素子３とは反対側からガラス基板５０の表面５０ａに照射される。加工用レーザ光Ｌ２の集光点は、例えば、受光部３ａを基準として、ガラス基板５０の表面５０ａにおいて走査される。加工用レーザ光Ｌ２は、例えば、フェムト秒レーザ光である。以上により、受光装置１Ａを得る。
以上説明したように、受光装置１Ａの製造方法では、受光素子３上にガラスカバー５を固定した後に、ガラスカバー５に加工用レーザ光Ｌ２を照射することにより、複数の回折格子５１をガラスカバー５に形成する。これにより、各回折格子５１が各受光部３ａに対して精度良く位置決めされた受光装置１Ａを効率良く得ることができる。よって、受光装置１Ａの製造方法によれば、受光装置１Ａを適切に製造することができる。
また、受光装置１Ａの製造方法では、ガラスカバー５が受光素子３から離れるように受光素子３上にガラスカバー５を固定する。これにより、製造された受光装置１Ａにおいて、受光素子３から複数の回折格子５１までの距離を適切な距離とすることができ、ガラスカバー５に入射する測距用レーザ光Ｌ１を各受光部３ａに確実に集光させることができる。
また、受光装置１Ａの製造方法では、ガラス基板５０の表面５０ａに複数の回折格子５１を形成する。これにより、加工用レーザ光Ｌ２の照射による影響が受光素子３に及ぶのを抑制することができる。
また、受光装置１Ａの製造方法では、複数の集光要素として複数の回折格子５１を形成する。これにより、加工用レーザ光Ｌ２の照射によって複数の集光要素をガラスカバー５に容易に設けることができる。
［第２実施形態］
図７に示されるように、受光装置１Ｂは、受光素子３に接触した状態でガラスカバー５が受光素子３上に固定されている点で、上述した受光装置１Ａと主に相違している。受光装置１Ｂでは、ガラスカバー５は、例えば、透過性を有する樹脂又はフィルム構造を有する樹脂製シート（接着層）によって受光素子３上に固定されている。本実施形態では、ガラスカバー５は、Ｚ軸方向から見た場合にガラスカバー５の外縁が受光素子３の外縁と一致する長尺状に形成されている。受光装置１Ｂにおいても、複数の回折格子５１は、ガラスカバー５の第１表面５ａに設けられており、各回折格子５１は、Ｚ軸方向に平行にガラスカバー５の第１表面５ａに入射する測距用レーザ光Ｌ１を各受光部３ａに集光するように構成されている。なお、受光素子３とガラスカバー５との間に接着層のみが存在する構成は、受光素子３に接触した状態でガラスカバー５が受光素子３上に固定されている構成に該当する。
以上の受光装置１Ｂによれば、上述した受光装置１Ａと同様の作用及び効果が奏されることに加え、より一層の装置の薄型化（Ｚ軸方向における薄型化）を図ることができる。特に、受光装置１Ｂでは、受光素子３に接触した状態でガラスカバー５が受光素子３上に固定されているため、例えば他の部材を介してガラスカバー５が受光素子３上に固定されている場合に比べ、受光素子３から複数の回折格子５１までの距離を正確に規定することができる。なお、受光素子３に接触した状態でガラスカバー５が受光素子３上に固定されている構成では、複数の回折格子５１を含むカバーがガラス基板５０によって構成されていることは、より重要である。ガラスの熱膨張率は、樹脂の熱膨張率よりも、受光素子３を構成する半導体材料の熱膨張率に近いことが一般的であり、温度変化の大きな環境（例えば、自動車の車内等）においても、対応する回折格子５１及び受光部３ａの間に位置ずれが生じ難いからである。
次に、受光装置１Ｂの製造方法について説明する。まず、図８に示されるように、受光素子３となる部分を複数含む半導体ウェハ３Ｗ、及びガラスカバー５となる部分（図示省略）を複数含むガラスウェハ５Ｗを用意する（第１工程）。半導体ウェハ３Ｗにおいては、複数の受光素子３となる複数の部分が２次元に配列されている。ガラスウェハ５Ｗは、複数の受光素子３となる複数の部分を覆う大きさを有している。続いて、図９に示されるように、例えば、透過性を有する樹脂又はフィルム構造を有する樹脂製シートによって、半導体ウェハ３Ｗ上にガラスウェハ５Ｗを固定する（第２工程）。これは、ガラスカバー５が受光素子３に接触するように受光素子３上にガラスカバー５を固定することに相当する。
続いて、図１０に示されるように、ガラスウェハ５Ｗに加工用レーザ光Ｌ２を照射することにより、受光素子３となる部分ごとに複数の回折格子５１を形成する（第３工程）。本実施形態では、ガラスカバー５に入射する測距用レーザ光Ｌ１を各回折格子５１が各受光部３ａに集光するように、複数の回折格子５１をガラスウェハ５Ｗの表面５Ｗａに形成する。これは、複数の回折格子５１をガラス基板５０の表面５０ａに形成することに相当する。表面５Ｗａは、ガラスウェハ５Ｗにおける半導体ウェハ３Ｗとは反対側の表面である。加工用レーザ光Ｌ２は、ガラスウェハ５Ｗの表面５Ｗａに集光点が合わされた状態で、Ｚ軸方向に沿って半導体ウェハ２Ｗとは反対側からガラスウェハ５Ｗの表面５Ｗａに照射される。加工用レーザ光Ｌ２の集光点は、例えば、受光素子３となる部分ごとに受光部３ａを基準として、ガラスウェハ５Ｗの表面５Ｗａにおいて走査される。加工用レーザ光Ｌ２は、例えば、フェムト秒レーザ光である。続いて、図１１に示されるように、半導体ウェハ３Ｗ及びガラスウェハ５Ｗを受光素子３となる部分ごとに切断する（第４工程）。以上により、複数の受光装置１Ｂを得る。
以上の受光装置１Ｂの製造方法によれば、上述した受光装置１Ａの製造方法と同様の作用及び効果が奏されることに加え、次のような作用効果が奏される。すなわち、受光装置１Ｂの製造方法によれば、製造された受光装置１Ｂにおいて、より一層の装置の薄型化を図ることができる。また、受光装置１Ｂの製造方法は、ウェハレベルで実施されるため、加工用レーザ光Ｌ２の照射によって複数の回折格子５１を効率良く形成することができ、結果として、複数の受光装置１Ｂを効率良く製造することができる。
［第３実施形態］
図１２に示されるように、第３実施形態の受光装置１Ｃは、プリント配線基板２に貫通孔２０が形成されている点で、上述した受光装置１Ａと主に相違している。受光装置１Ｃでは、プリント配線基板（基板）２、フレーム４及びガラスカバー５によって、受光素子３を収容するパッケージＰが構成されている。つまり、プリント配線基板２は、受光素子３を収容するパッケージＰをガラスカバー５と共に構成している。
図１３の（ａ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＹ軸方向に平行な断面図であり、図１３の（ｂ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＸ軸方向に平行な断面図である。図１３の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、貫通孔２０は、プリント配線基板２が有する内側表面２ａ及び外側表面２ｂに開口している。内側表面２ａは、受光素子３（図１２参照）が配置された表面であり、外側表面２ｂは、内側表面２ａとは反対側の表面である。貫通孔２０は、内側表面２ａから外側表面２ｂに向かって広がるテーパ孔である。貫通孔２０は、内側開口部２１、外側開口部２２及び中間開口部２３を含んでいる。内側開口部２１は、内側表面２ａに位置している。外側開口部２２は、外側表面２ｂに位置している。中間開口部２３は、内側表面２ａと外側表面２ｂとの間に位置している。
図１４に示されるように、外側開口部２２は、後述する金属ボール８が通過可能な形状を呈している。つまり、Ｚ軸方向から見た場合に、外側開口部２２は、いずれかの位置において金属ボール８の全体を含み得る形状を呈している。中間開口部２３は、金属ボール８が通過不可能な形状を呈している。つまり、Ｚ軸方向から見た場合に、中間開口部２３は、いずれの位置においても金属ボール８の全体を含み得ない形状を呈している。本実施形態では、中間開口部２３は、一方向を長手方向とする長尺形状（すなわち、一方向における幅が、当該一方向に垂直な方向における幅よりも大きい形状）を呈しており、Ｚ軸方向から見た場合に、長手方向における中間開口部２３の両端部が金属ボール８と重なっていない。内側開口部２１の形状は任意である。なお、Ｚ軸方向は、内側表面２ａ及び外側表面２ｂが対向する方向である。
一例として、内側開口部２１は、円形状を呈しており、外側開口部２２及び中間開口部２３のそれぞれは、Ｘ軸方向を長手方向とする長円形状を呈している。Ｚ軸方向から見た場合に、内側開口部２１は、中間開口部２３の内側に位置しており、中間開口部２３は、外側開口部２２の内側に位置している。なお、図１４では、後述する金属膜７及び半田部材９の図示が省略されている。
図１３の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、貫通孔２０の内面２０ａには、金属膜７が設けられている。金属膜７は、筒部７１と、鍔部７２と、を有している。筒部７１は、貫通孔２０の内面２０ａのうち外側開口部２２と中間開口部２３との間に位置する側面２０ｂに設けられている。鍔部７２は、外側開口部２２の外縁に沿って延在するようにプリント配線基板２の外側表面２ｂに設けられている。筒部７１は、鍔部７２に接続されている。本実施形態では、金属膜７は、内側開口部２１に至っている。金属膜７は、例えば、Ｃｕ、Ａｕのメッキによって形成されている。
貫通孔２０内には、金属ボール８が配置されている。金属ボール８は、金属膜７の筒部７１に包囲されるように貫通孔２０内に配置されている。より具体的には、金属ボール８のうちの外側開口部２２側の部分が金属膜７の筒部７１に包囲されている。金属ボール８は、球形状を呈している。金属ボール８の中心は、外側開口部２２と中間開口部２３との間に位置している。本実施形態では、金属ボール８は、中間開口部２３の一部（長手方向における中間開口部２３の両端部の間の部分）を塞いでいる。金属ボール８は、例えば、銅によって形成されている。
貫通孔２０内には、半田部材９が配置されている。半田部材９は、貫通孔２０内において金属膜７と金属ボール８との間に配置されており、貫通孔２０内に金属ボール８を固定している。より具体的には、半田部材９は、金属ボール８から金属膜７の筒部７１に渡った状態で、金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域を封止している。半田部材９は、Ｚ軸方向から見た場合に、金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域において環状に延在している。半田部材９における外側開口部２２側の表面９ａは、金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域において、内側開口部２１側に凹の曲面となっている（すなわち、フィレット形状を呈している）。本実施形態では、半田部材９は、内側開口部２１に至っており、外側開口部２２に至っていない。半田部材９は、例えば、ＳｎＡｇＣｕ、ＡｕＳｎによって形成されている。
以上のように構成された受光装置１Ｃの製造方法について説明する。なお、図１５の（ａ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＹ軸方向に平行な断面図であり、図１５の（ｂ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＸ軸方向に平行な断面図である。また、図１６の（ａ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＹ軸方向に平行な断面図であり、図１６の（ｂ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＸ軸方向に平行な断面図である。
まず、上述した受光装置１Ａの製造方法における第１工程及び第２工程を実施することで、プリント配線基板２の内側表面２ａに受光素子３等を配置し、プリント配線基板（基板）２、フレーム４及びガラスカバー５によってパッケージＰを構成する（第５工程）。プリント配線基板２の内側表面２ａに受光素子３等を配置する前に、プリント配線基板２には貫通孔２０が形成されており、貫通孔２０の内面２０ａには金属膜７が設けられている。
続いて、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、内側表面２ａに対して外側表面２ｂが上側に位置するようにパッケージＰ（図１２参照）を配置し、半田ボールＳを外側開口部２２から貫通孔２０内に配置する（第６工程）。半田ボールＳは、金属ボール８、及び金属ボール８を被覆する半田層９０を有するコア付き半田ボールである。金属ボール８の融点は、半田層９０の融点よりも高い。続いて、図１６の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、半田層９０を溶融させることで半田部材９を形成する（第６工程）。本実施形態では、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、貫通孔２０を介してパッケージＰ内の脱気を実施しながら（図１５の（ｂ）における破線の矢印参照）、半田ボールＳにレーザ光Ｌを照射することで半田層９０を溶融させる。
続いて、上述した受光装置１Ａの製造方法における第３工程を実施することで、受光装置１Ｃを得る。なお、上述した受光装置１Ａの製造方法における第３工程を実施した後に、上述した第６工程を実施してもよい。
以上のように製造された受光装置１Ｃの実装方法について説明する。なお、図１７の（ａ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＹ軸方向に平行な断面図であり、図１７の（ｂ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＸ軸方向に平行な断面図である。また、図１８の（ａ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＹ軸方向に平行な断面図であり、図１８の（ｂ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＸ軸方向に平行な断面図である。
まず、図１７の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、受光装置１Ｃを実装する実装基板２００を用意する。実装基板２００には、受光装置１Ｃにおける貫通孔２０の外側開口部２２及び金属膜７の鍔部７２に対応する金属パターン２０１が設けられており、金属パターン２０１上には、半田層２０２が設けられている。続いて、半田層２０２を介して金属パターン２０１上に外側開口部２２及び鍔部７２が位置するように、実装基板２００上にプリント配線基板２を配置する。
続いて、図１８の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、例えば加熱炉内において半田層２０２を溶融させることで、金属膜７の鍔部７２を金属パターン２０１に接合する。このとき、半田部材９（図１７の（ａ）及び（ｂ）参照）が溶融したとしても、溶融した半田部材９は、鍔部７２と金属パターン２０１との接合に寄与する。また、半田部材９が溶融することで、金属ボール８が金属パターン２０１上に落下したとしても、半田層２０２及び半田部材９によって金属ボール８が金属パターン２０１上に固定される。
以上説明したように、受光装置１Ｃによれば、受光装置１Ｃの製造時に、例えば貫通孔２０を介してパッケージＰ内の脱気を実施しながら、半田部材９によって貫通孔２０内に金属ボール８を固定すると共に、半田部材９によって金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域を封止することができる。このとき、貫通孔２０の中間開口部２３の少なくとも一部が金属ボール８によって塞がれる状態になるため、溶融した半田部材９がパッケージＰ内に侵入するのを抑制することができる。更に、貫通孔２０の中間開口部２３が、金属ボール８が通過不可能な形状を呈しており、半田部材９が、金属ボール８から金属膜７の筒部７１に渡った状態で、金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域を封止している。これにより、製造された受光装置１Ｃでは、金属ボール８の固定状態が安定化するため、貫通孔２０の封止状態を確実に維持することができる。
また、受光装置１Ｃでは、貫通孔２０の中間開口部２３が長尺形状を呈している。これにより、受光装置１Ｃの製造時において、半田部材９によって貫通孔２０内に金属ボール８を固定する際に、貫通孔２０の中間開口部２３の一部（本実施形態では、長手方向における中間開口部２３の両端部）が金属ボール８によって塞がれない状態になるため、貫通孔２０を介してパッケージＰ内の脱気を確実に実施することができる。
また、受光装置１Ｃでは、貫通孔２０が、内側表面２ａから外側表面２ｂに向かって広がるテーパ孔である。これにより、金属ボール８が通過可能な形状を呈する外側開口部２２、及び金属ボール８が通過不可能な形状を呈する中間開口部２３を含む貫通孔２０を容易且つ確実に得ることができる。
また、受光装置１Ｃでは、金属膜７が筒部７１及び鍔部７２を有しており、筒部７１が鍔部７２に接続されている。これにより、例えば、金属膜７の鍔部７２を実装基板２００の金属パターン２０１に接合する際に、金属ボール８が金属パターン２０１上に落下したとしても、実装後の受光装置１Ｃにおいて貫通孔２０の封止状態を確実に維持することができる。
また、受光装置１Ｃでは、半田部材９の表面９ａが、金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域において、内側開口部２１側に凹の曲面となっている。これにより、半田部材９において局所的な応力の集中が起こるのを抑制することができ、貫通孔２０の封止状態をより確実に維持することができる。
また、受光装置１Ｃの製造方法によれば、溶融した半田層９０がパッケージＰ内に侵入するのを抑制しつつ、貫通孔２０を確実に封止することができる。
また、受光装置１Ｃの製造方法では、半田ボールＳにレーザ光Ｌを照射することで、半田層９０を溶融させる。これにより、半田層９０を局所的に加熱することができるため、受光装置１Ｃ等に熱的な影響が及ぶのを抑制することができる。
また、受光装置１Ｃの製造方法では、貫通孔２０を介してパッケージＰ内の脱気を実施しながら、半田層９０を溶融させる。これにより、溶融した半田層９０がパッケージ内に侵入するのを抑制しつつ、貫通孔２０を介してパッケージＰ内の脱気を確実に実施することができる。
［変形例］
本開示は、上述した第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態に限定されない。例えば、ガラス基板５０は、表面５０ａ及び表面５０ｂが互いに平行となるように配置されたものに限定されず、表面５０ｂに対して表面５０ａが傾斜するように配置されたものであってもよい。各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、複数の回折格子５１がガラス基板５０の内部に形成されていてもよい。この場合にも、加工用レーザ光Ｌ２の照射による影響が受光素子３に及ぶのを抑制することができる。また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、図１９に示されるように、ガラスカバー５が、ガラス基板５０と、ガラス基板５０の表面５０ａに設けられた第１膜５２と、を含み、複数の回折格子５１が、第１膜５２に形成されていてもよい。これにより、受光素子３から複数の回折格子５１までの距離を適切な距離とすることができ、ガラスカバー５に入射する測距用レーザ光Ｌ１を複数の受光部３ａのそれぞれに確実に集光させることができる。図１９に示される例では、第１膜５２に形成された複数のスリットによって、各回折格子５１が構成されている。この場合、各回折格子５１において、各スリット内の領域は、第１膜５２において周囲の領域と屈折率が変化した屈折率変化領域に相当する。つまり、図１９に示される例では、測距用レーザ光Ｌ１の透過率が第１膜５２よりも高い屈折率変化領域によって、回折格子５１が構成されている。第１膜５２は、例えば、ＳｉＮ膜である。
また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、受光素子３が、２次元に配列された複数の受光部３ａを有するエリアセンサであってもよい。
一例として、Ｘ軸方向を行方向とし且つＹ軸方向を列方向として複数の受光部３ａがマトリックス状に配列されている場合、各回折格子５１は、Ｘ軸方向に沿って延在する複数の屈折率変化領域５１ａを含む第１層と、Ｙ軸方向に沿って延在する複数の屈折率変化領域５１ａを含む第２層と、を有していてもよい。第１層において、隣り合う屈折率変化領域５１ａ間の距離がＹ軸方向において中央から両側に行くほど小さくなるように複数の屈折率変化領域５１ａが形成されていれば、Ｚ軸方向に平行に入射した測距用レーザ光Ｌ１を、Ｘ軸方向に垂直な面内において集光させることができる。Ｚ軸方向から見た場合に第１層と重なる第２層において、隣り合う屈折率変化領域５１ａ間の距離がＸ軸方向において中央から両側に行くほど小さくなるように複数の屈折率変化領域５１ａが形成されていれば、Ｚ軸方向に平行に入射した測距用レーザ光Ｌ１を、Ｙ軸方向に垂直な面内おいて集光させることができる。したがって、マトリックス状に配列された複数の受光部３ａのそれぞれに測距用レーザ光Ｌ１を確実に集光させることができる。
また、一例として、Ｘ軸方向を行方向とし且つＹ軸方向を列方向として複数の受光部３ａがマトリックス状に配列されている場合、各回折格子５１は、同心円状に形成された複数の屈折率変化領域５１ａによって構成されていてもよい。隣り合う屈折率変化領域５１ａ間の距離が中心から外側に行くほど小さくなるように複数の屈折率変化領域５１ａが形成されていれば、マトリックス状に配列された複数の受光部３ａのそれぞれに測距用レーザ光Ｌ１を確実に集光させることができる。
また、受光装置１Ｂでは、ガラスカバー５がダイレクトボンディングによって受光素子３上に固定されてもよい。この場合、受光装置１Ｂの製造方法では、第２工程において、ガラスウェハ５Ｗがダイレクトボンディングによって半導体ウェハ３Ｗ上に固定される。ダイレクトボンディングは、例えば、プラズマ活性化接合（Plasma Activation Bonding）、表面活性化接合（ＳＡＢ：Surface-activated Room-temperature Bonding）、原子拡散接合（ＡＤＢ：Atomic Diffusion Bonding）、陽極接合（Anodic Bonding）、フュージョンボンディング（Fusion Bonding）、親水化接合（Hydrophilic Bonding）等である。
また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、測距用レーザ光Ｌ１を出射する光源１０を備えていてもよい。これにより、対象物Ａまでの距離を精度良く測定することができる。
また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの製造方法では、図１９に示されるように、ガラスカバー５が、ガラス基板５０と、ガラス基板５０の表面５０ａに設けられた第１膜５２と、を含む場合、ガラスカバー５に加工用レーザ光Ｌ２を照射することにより、複数の回折格子５１を第１膜５２に形成してもよい。これにより、加工用レーザ光Ｌ２の照射による影響が受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃに及ぶのを抑制しつつ、加工用レーザ光Ｌ２の照射によって複数の集光要素をガラスカバー５に容易に設けることができる。
また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、図２０に示されるように、ガラスカバー５が、複数の回折格子５１に対して受光素子３とは反対側に配置されたフィルタ５４を更に含み、フィルタ５４が、測距用レーザ光Ｌ１に対して透過性を有し、測距用レーザ光Ｌ１の波長以外の波長を有する光に対して遮光性を有してもよい。フィルタ５４において、測距用レーザ光Ｌ１の透過率は、測距用レーザ光Ｌ１の波長以外の波長を有する光の透過率よりも高い。このように、複数の回折格子５１の前段にフィルタ５４が設けられることで、測距用レーザ光Ｌ１の波長以外の波長を有する光を確実にカットすることができ、受光素子３においてＳＮ比を向上させることができる。一例として、フィルタ５４は、測距用レーザ光Ｌ１に対して透過性を有し、測距用レーザ光Ｌ１の波長以外の波長を有する光に対して遮光性を有するバンドパスフィルタである。
また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの製造方法では、ガラスカバー５に加工用レーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス基板５０の内部に複数の回折格子（集光要素）５１を形成してもよい。また、複数の回折格子５１に替えて、図２１に示されるように、複数のレンズ面（集光要素）５３を形成してもよい。図２１に示される例では、各レンズ面５３は、Ｚ軸方向に平行に入射した測距用レーザ光Ｌ１を、Ｙ軸方向に垂直な面内のみおいて集光するシリンドリカルレンズ面である。また、複数の回折格子５１に替えて、図２２に示されるように、複数の導光部（集光要素）５５を形成してもよい。図２２に示される例では、各導光部５５は、Ｘ軸方向において向かい合い且つ受光部３ａに近付くほど間隔が小さくなるように形成された１対の導光領域５５ａによって構成されている。このように、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの製造方法では、用途に応じた適切な集光要素をガラスカバー５に設けてよい。なお、上述した各集光要素は、ガラス基板５０の内部において周囲の領域と屈折率が変化した屈折率変化領域によって構成されている。
また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの製造方法では、図２３の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ガラスカバー５が、ガラス基板５０と、ガラス基板５０の表面５０ｂに設けられた第２膜５６と、を含み、第２膜５６が、測距用レーザ光Ｌ１に対して透過性を有し、加工用レーザ光Ｌ２に対して遮光性を有していてもよい。第２膜５６において、測距用レーザ光Ｌ１の透過率は、加工用レーザ光Ｌ２の透過率よりも高い。これにより、加工用レーザ光Ｌ２の照射による影響が受光素子３に及ぶのをより確実に抑制することができる。なお、第２膜５６は、加工用レーザ光Ｌ２を吸収する膜であってもよいし、加工用レーザ光Ｌ２を反射する膜であってもよい。一例として、第２膜５６は、測距用レーザ光Ｌ１に対して透過性を有し、加工用レーザ光Ｌ２に対して遮光性を有するバンドパスフィルタである。
また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの製造方法では、ガラスカバー５が、ガラス基板５０を含み、ガラス基板５０が、測距用レーザ光Ｌ１に対して透過性を有し、加工用レーザ光Ｌ２に対して遮光性を有していてもよい。この場合、ガラス基板５０における測距用レーザ光Ｌ１の透過率は、ガラス基板５０における加工用レーザ光Ｌ２の透過率よりも高い。これにより、加工用レーザ光Ｌ２の照射による影響が受光素子３に及ぶのをより確実に抑制することができる。一例として、ガラス基板５０は、測距用レーザ光Ｌ１よりも加工用レーザ光Ｌ２に対して高い吸収性を有する顔料を含むガラス基板である。
また、各受光装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの製造方法では、受光素子３上にガラスカバー５を配置した状態で、ガラスカバー５に加工用レーザ光Ｌ２を照射することにより、複数の集光要素をガラスカバー５に形成し、その後に、受光素子３上にガラスカバー５を固定してもよい。
また、受光装置１Ｃでは、図２４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、プリント配線基板２に形成された貫通孔２０が、外側表面２ｂ側において拡幅された段付き孔であってもよい。なお、図２４の（ａ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＹ軸方向に平行な断面図であり、図２４の（ｂ）は、プリント配線基板２のうち貫通孔２０を含む部分のＸ軸方向に平行な断面図である。
図２４の（ａ）及び（ｂ）に示される例（以下、「変形例の受光装置１Ｃ」という）では、外側表面２ｂに形成された凹部２４、及び凹部２４の底面２４ａに形成された孔部２５によって、貫通孔２０が構成されている。変形例の受光装置１Ｃでは、内側表面２ａに位置する孔部２５の開口部が貫通孔２０の内側開口部２１に相当し、外側表面２ｂに位置する凹部２４の開口部が貫通孔２０の外側開口部２２に相当し、凹部２４の底面２４ａに位置する孔部２５の開口部が貫通孔２０の中間開口部２３に相当する。
このように、貫通孔２０が段付き孔である場合にも、金属ボール８が通過可能な形状を呈する外側開口部２２、及び金属ボール８が通過不可能な形状を呈する中間開口部２３を含む貫通孔２０を容易且つ確実に得ることができる。
変形例の受光装置１Ｃについて、より詳細に説明する。図２５に示されるように、外側開口部２２は、金属ボール８が通過可能な形状を呈している。中間開口部２３は、金属ボール８が通過不可能な形状を呈している。変形例の受光装置１Ｃでは、中間開口部２３は、一方向を長手方向とする長尺形状を呈しており、Ｚ軸方向から見た場合に、長手方向における中間開口部２３の両端部が金属ボール８と重なっていない。内側開口部２１の形状は任意である。
一例として、内側開口部２１及び中間開口部２３のそれぞれは、Ｘ軸方向を長手方向とする長円形状を呈しており、外側開口部２２は、円形状を呈している。変形例の受光装置１Ｃでは、内側開口部２１及び中間開口部２３は、同一の形状を呈している。Ｚ軸方向から見た場合に、内側開口部２１及び中間開口部２３は、外側開口部２２の内側に位置している。なお、図２５では、金属膜７及び半田部材９の図示が省略されている。
図２４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、貫通孔２０の内面２０ａには、金属膜７が設けられている。金属膜７は、筒部７１と、鍔部７２と、を有している。筒部７１は、貫通孔２０の内面２０ａのうち外側開口部２２と中間開口部２３との間に位置する側面２０ｂ（すなわち、凹部２４の側面２４ｂ）に設けられている。鍔部７２は、外側開口部２２の外縁に沿って延在するようにプリント配線基板２の外側表面２ｂに設けられている。筒部７１は、鍔部７２に接続されている。変形例の受光装置１Ｃでは、金属膜７は、内側開口部２１に至っている。
貫通孔２０内には、金属ボール８が配置されている。金属ボール８は、金属膜７の筒部７１に包囲されるように貫通孔２０内に配置されている。より具体的には、金属ボール８のうちの外側開口部２２側の部分が金属膜７の筒部７１に包囲されている。金属ボール８は、球形状を呈している。金属ボール８の中心は、外側開口部２２と中間開口部２３との間に位置している。変形例の受光装置１Ｃでは、金属ボール８は、中間開口部２３の一部（長手方向における中間開口部２３の両端部の間の部分）を塞いでいる。
貫通孔２０内には、半田部材９が配置されている。半田部材９は、貫通孔２０内において金属膜７と金属ボール８との間に配置されており、貫通孔２０内に金属ボール８を固定している。より具体的には、半田部材９は、金属ボール８から金属膜７の筒部７１に渡った状態で、金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域を封止している。半田部材９は、Ｚ軸方向から見た場合に、金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域において環状に延在している。半田部材９における外側開口部２２側の表面９ａは、金属膜７の筒部７１と金属ボール８との間の領域において、内側開口部２１側に凹の曲面となっている。変形例の受光装置１Ｃでは、半田部材９は、内側開口部２１及び外側開口部２２のそれぞれに至っていない。ただし、半田部材９の一部は、孔部２５内にも配置されている。
変形例の受光装置１Ｃによっても、上述した第３実施形態の受光装置１Ｃと同様の作用及び効果が奏される。
なお、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、受光素子３が配置される基板は、例えば、セラミック、プラスチック等によって形成された基板等、プリント配線基板２以外の基板であってもよい。また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、受光素子３が配置される基板は、フレーム４に相当する部分を有していてもよい。
また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、中間開口部２３が長尺形状を呈する場合、中間開口部２３の形状は、長円形状に限定されず、楕円形状、長方形状等であってもよい。また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、中間開口部２３は、金属ボール８が通過不可能な形状を呈していれば、長尺形状を呈していなくてもよい。また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、貫通孔２０は、テーパ孔及び段付き孔以外の孔であってもよい。
また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、金属膜７は、鍔部７２を有していなくてもよい。また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、金属膜７は、内側開口部２１に至っていなくてもよい。
また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、半田部材９は、金属ボール８のうちの外側開口部２２側の部分を覆っていなくてもよいし、或いは、当該部分を覆っていてもよい。また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃでは、金属ボール８と中間開口部２３との間に半田部材９の一部が存在していてもよいし、或いは、金属ボール８が中間開口部２３に接触していてもよい。
また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃのそれぞれの製造方法では、半田層９０を溶融させる際に、貫通孔２０を介してパッケージＰ内の脱気を実施しなくてもよい。その場合には、パッケージＰを形成する際に、パッケージＰ内のガスが膨張することに起因してパッケージＰが破損するのを抑制することができる。また、第３実施形態の受光装置１Ｃ及び変形例の受光装置１Ｃのそれぞれの製造方法では、加熱炉内において半田層９０を溶融させてもよい。
参考として、貫通孔２０に関する構成は、受光素子及び発光素子の少なくとも１つを収容するパッケージのうち、受光素子及び発光素子の少なくとも１つが配置される基板に適用可能である。その場合、光デバイスは、受光素子及び発光素子の少なくとも１つと、受光素子及び発光素子の少なくとも１つが配置された内側表面、及び内側表面とは反対側の外側表面、並びに、内側表面及び外側表面に開口する貫通孔を有する基板を含み、受光素子及び発光素子の少なくとも１つを収容するパッケージと、貫通孔の内面に設けられた金属膜と、貫通孔内に配置された金属ボールと、貫通孔内において金属膜と金属ボールとの間に配置され、貫通孔内に金属ボールを固定する半田部材と、を備える。当該光デバイスでは、貫通孔は、内側表面に位置する内側開口部、外側表面に位置する外側開口部、及び内側表面と外側表面との間に位置する中間開口部を含み、外側開口部は、金属ボールが通過可能な形状を呈しており、中間開口部は、金属ボールが通過不可能な形状を呈しており、金属膜は、貫通孔の内面のうち外側開口部と中間開口部との間に位置する側面に設けられた筒部を有し、金属ボールは、筒部に包囲されるように貫通孔内に配置されており、半田部材は、金属ボールから筒部に渡った状態で、筒部と金属ボールとの間の領域を封止している。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…受光装置、２…プリント配線基板（基板）、２ａ…内側表面、２ｂ…外側表面、３…受光素子、３ａ…受光部、３Ｗ…半導体ウェハ、５…ガラスカバー、５ａ…第１表面、５ｂ…第２表面、５Ｗ…ガラスウェハ、７…金属膜、８…金属ボール、９…半田部材、９ａ…表面、１０…光源、２０…貫通孔、２０ａ…内面、２０ｂ…側面、２１…内側開口部、２２…外側開口部、２３…中間開口部、５０…ガラス基板、５０ａ…表面、５０ｂ…表面、５１…回折格子（集光要素）、５２…第１膜、５３…レンズ面（集光要素）、５４…フィルタ、５５…導光部（集光要素）、５６…第２膜、７１…筒部、７２…鍔部、９０…半田層、Ａ…対象物、Ｌ１…測距用レーザ光、Ｌ２…加工用レーザ光、Ｌ…レーザ光、Ｐ…パッケージ、Ｓ…半田ボール。

Claims (28)

  1. 複数の受光部が設けられた受光素子と、
    第１表面、及び前記第１表面とは反対側の第２表面を有し、前記第２表面が前記受光素子と向かい合うように前記受光素子上に固定されたガラスカバーと、
    前記受光素子が配置された内側表面、及び前記内側表面とは反対側の外側表面、並びに、前記内側表面及び前記外側表面に開口する貫通孔を有し、前記受光素子を収容するパッケージを前記ガラスカバーと共に構成する基板と、
    前記貫通孔の内面に設けられた金属膜と、
    前記貫通孔内に配置された金属ボールと、
    前記貫通孔内において前記金属膜と前記金属ボールとの間に配置され、前記貫通孔内に前記金属ボールを固定する半田部材と、を備え、
    前記ガラスカバーは、前記第１表面及び内部の少なくとも一方に設けられた複数の回折格子を含み、
    前記複数の回折格子のそれぞれは、前記ガラスカバーの前記第１表面に入射する測距用レーザ光を前記複数の受光部のそれぞれに集光するように構成されており、
    前記貫通孔は、前記内側表面に位置する内側開口部、前記外側表面に位置する外側開口部、及び前記内側表面と前記外側表面との間に位置する中間開口部を含み、
    前記外側開口部は、前記金属ボールが通過可能な形状を呈しており、
    前記中間開口部は、前記金属ボールが通過不可能な形状を呈しており、
    前記金属膜は、前記貫通孔の前記内面のうち前記外側開口部と前記中間開口部との間に位置する側面に設けられた筒部を有し、
    前記金属ボールは、前記筒部に包囲されるように前記貫通孔内に配置されており、
    前記半田部材は、前記金属ボールから前記筒部に渡った状態で、前記筒部と前記金属ボールとの間の領域を封止しており、
    前記中間開口部は、長尺形状を呈している、受光装置。
  2. 前記ガラスカバーは、前記受光素子から離間した状態で前記受光素子上に固定されている、請求項１に記載の受光装置。
  3. 前記ガラスカバーは、前記受光素子に接触した状態で前記受光素子上に固定されている、請求項１に記載の受光装置。
  4. 前記測距用レーザ光を出射する光源を更に備え、
    前記複数の回折格子のそれぞれは、前記光源から出射されて対象物で反射された前記測距用レーザ光を前記複数の受光部のそれぞれに集光するように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の受光装置。
  5. 前記ガラスカバーは、ガラス基板と、前記ガラス基板における前記第１表面側の表面に設けられた第１膜と、を含み、
    前記複数の回折格子は、前記第１膜に形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の受光装置。
  6. 前記ガラスカバーは、ガラス基板を含み、
    前記複数の回折格子は、前記ガラス基板における前記第１表面側の表面に形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の受光装置。
  7. 前記ガラスカバーは、前記複数の回折格子に対して前記受光素子とは反対側に配置されたフィルタを更に含み、
    前記フィルタは、前記測距用レーザ光に対して透過性を有し、前記測距用レーザ光の波長以外の波長を有する光に対して遮光性を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の受光装置。
  8. 前記貫通孔は、前記内側表面から前記外側表面に向かって広がるテーパ孔である、請求項１～７のいずれか一項に記載の受光装置。
  9. 前記貫通孔は、前記外側表面側において拡幅された段付き孔である、請求項１～７のいずれか一項に記載の受光装置。
  10. 前記金属膜は、前記外側開口部の外縁に沿って延在するように前記外側表面に設けられた鍔部を更に有し、
    前記筒部は、前記鍔部に接続されている、請求項１～９のいずれか一項に記載の受光装置。
  11. 前記半田部材における前記外側開口部側の表面は、前記筒部と前記金属ボールとの間の前記領域において、前記内側開口部側に凹の曲面となっている、請求項１～１０のいずれか一項に記載の受光装置。
  12. 複数の受光部が設けられた受光素子、並びに、第１表面、及び前記第１表面とは反対側の第２表面を有するガラスカバーを用意する第１工程と、
    前記第１工程の後に、前記第２表面が前記受光素子と向かい合うように前記受光素子上に前記ガラスカバーを配置する第２工程と、
    前記第２工程の後に、前記ガラスカバーに加工用レーザ光を照射することにより、複数の集光要素を前記ガラスカバーに形成する第３工程と、を備え、
    前記第３工程においては、前記ガラスカバーの前記第１表面に入射する測距用レーザ光を前記複数の集光要素のそれぞれが前記複数の受光部のそれぞれに集光するように前記複数の集光要素を形成する、受光装置の製造方法。
  13. 前記第２工程においては、前記ガラスカバーが前記受光素子から離れるように前記受光素子上に前記ガラスカバーを固定する、請求項１２に記載の受光装置の製造方法。
  14. 前記第２工程においては、前記ガラスカバーが前記受光素子に接触するように前記受光素子上に前記ガラスカバーを固定する、請求項１２に記載の受光装置の製造方法。
  15. 前記ガラスカバーは、ガラス基板と、前記ガラス基板における前記第１表面側の表面に設けられた第１膜と、を含み、
    前記第３工程においては、前記第１膜に前記複数の集光要素を形成する、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の受光装置の製造方法。
  16. 前記複数の集光要素は、複数の回折格子である、請求項１５に記載の受光装置の製造方法。
  17. 前記ガラスカバーは、ガラス基板を含み、
    前記第３工程においては、前記ガラス基板に前記複数の集光要素を形成する、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の受光装置の製造方法。
  18. 前記第３工程においては、前記ガラス基板における前記第１表面側の表面に前記複数の集光要素を形成する、請求項１７に記載の受光装置の製造方法。
  19. 前記複数の集光要素は、複数の回折格子である、請求項１８に記載の受光装置の製造方法。
  20. 前記第３工程においては、前記ガラス基板の内部に前記複数の集光要素を形成する、請求項１７に記載の受光装置の製造方法。
  21. 前記複数の集光要素は、複数の回折格子、複数のレンズ面又は複数の導光部である、請求項２０に記載の受光装置の製造方法。
  22. 前記ガラスカバーは、ガラス基板と、前記ガラス基板における前記第２表面側の表面に設けられた第２膜と、を含み、
    前記第２膜は、前記測距用レーザ光に対して透過性を有し、前記加工用レーザ光に対して遮光性を有する、請求項１２～２１のいずれか一項に記載の受光装置の製造方法。
  23. 前記ガラスカバーは、ガラス基板を含み、
    前記ガラス基板は、前記測距用レーザ光に対して透過性を有し、前記加工用レーザ光に対して遮光性を有する、請求項１２～２１のいずれか一項に記載の受光装置の製造方法。
  24. 前記第１工程においては、前記受光素子となる部分を複数含む半導体ウェハ、及び前記ガラスカバーとなる部分を複数含むガラスウェハを用意し、
    前記第２工程においては、前記半導体ウェハ上に前記ガラスウェハを固定し、
    前記第３工程においては、前記ガラスウェハに前記加工用レーザ光を照射することにより、前記受光素子となる部分ごとに前記複数の集光要素を形成する、請求項１２～２３のいずれか一項に記載の受光装置の製造方法。
  25. 前記第３工程の後に、前記半導体ウェハ及び前記ガラスウェハを前記受光素子となる部分ごとに切断する第４工程を更に備える、請求項２４に記載の受光装置の製造方法。
  26. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の受光装置の製造方法であって、
    前記貫通孔の前記内面に前記金属膜が設けられた前記基板の前記内側表面に、前記受光素子を配置し、前記受光素子を収容する前記パッケージを前記ガラスカバー及び基板によって構成する第５工程と、
    前記第５工程の後に、前記金属ボール、及び前記金属ボールを被覆する半田層を有する半田ボールを、前記外側開口部から前記貫通孔内に配置し、前記半田層を溶融させることで前記半田部材を形成する第６工程と、を備える、受光装置の製造方法。
  27. 前記第６工程においては、前記半田ボールにレーザ光を照射することで、前記半田層を溶融させる、請求項２６に記載の受光装置の製造方法。
  28. 前記第６工程においては、前記貫通孔を介して前記パッケージ内の脱気を実施しながら、前記半田層を溶融させる、請求項２６又は２７に記載の受光装置の製造方法。
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