JPWO2008099635A1 - 光学素子、電子モジュール及び電子モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、リフロー処理による光学素子の透過率の変化を抑制した光学素子、電子モジュール及び電子モジュールの製造方法を提供する。この光学素子は、硬化性樹脂と硬化剤からなる硬化性樹脂材料と少なくとも１種の添加剤とを有する光学材料からなる光学素子において、前記光学材料の波長４００ｎｍにおける透過率が、前記添加剤を添加していない硬化性樹脂材料の波長４００ｎｍにおける透過率よりも１〜１０％低いことを特徴とする。

Description

本発明は光学素子に関し、特にリフロー処理に対応可能な光学素子、電子モジュール及び電子モジュールの製造方法に関する。

従来、銀塩カメラやデジタルカメラ等の撮像光学系や光ピックアップ装置用光学系等に用いられる光学素子としては、ガラス製の光学素子やプラスチック製の光学素子が知られている。プラスチック製の光学素子は成形性に優れ低コストで製造できる為、好ましく用いられている。一般的に、撮像光学系や光ピックアップ装置用光学系の光学材料としては、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂が用いられている。

一方、回路基板上にＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）チップその他の電子部品を実装する場合において、回路基板の所定位置に予め半田ペーストを塗布（ポッティング）しておき、その位置に電子部品を載置した状態で当該回路基板を半田リフロー処理（加熱処理）に供し、当該回路基板に電子部品を実装する技術により、低コストで電子モジュールを製造する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

近年では、回路基板に対し電子部品のほかに光学素子を更に載置した状態で、光学素子と一体化された光学モジュールとして、上記のような半田リフロー処理をおこなうことにより、光学モジュールの生産システムにおいて更なる生産効率の向上が望まれている。

当然ながら、上述の半田リフロー処理を取り入れた生産システムにより製造させる光学モジュールにおいても、高コストなガラス製の光学素子よりも、低コストで製造可能なプラスチック製の光学素子を用いることが望まれている。しかしながら、一般的に用いられている熱可塑性樹脂を用いた光学材料からなる光学素子を用いた場合は、リフロー処理による熱で変形してしまい光学素子としての光学機能を発揮できないという問題が発生した。プラスチック材料のうち、熱可塑性樹脂に比べて耐熱性が高い材料としては、硬化性樹脂が知られている（例えば、特許文献２に開示された硬化性樹脂。）。

特許文献２の段落〔０００８〕、〔００３３〜００３５〕によれば、当該硬化性樹脂はリフロー処理のような熱処理に対してある程度耐性を有しているとされている。ところが、実際にリフロー処理を施した場合、リフロー処理の前後で光学素子の透過率の変化が発生することが判明した。

リフロー処理の前後で透過率に変化が発生してしまうと、リフロー処理前の光学素子の光学性能とリフロー処理後の光学性能が異なることとなり、撮像装置や光ピックアップ装置に用いられる光学素子のように高い精度が求められる場合問題となる場合があった。
特開２００１−２４３２０号公報 特開２００６−３３５８９４号公報

したがって、本発明の主な目的は、リフロー処理前後の透過率の変化を抑制し、リフロー処理後においてもリフロー処理前の光学性能を維持することが可能な光学素子を提供することにある。更には、本発明の他の目的は、そのような光学素子を搭載した電子モジュール及び電子モジュールの製造方法を提供することにある

本発明の第１の形態は、硬化性樹脂と硬化剤を含む硬化性樹脂材料と少なくとも１種の添加剤とを有する光学材料からなる光学素子において、前記光学材料の波長４００ｎｍにおける透過率が、前記添加剤を添加していない（前記添加剤を含まない）硬化性樹脂材料の波長４００ｎｍにおける透過率よりも１〜１０％低いことを特徴とする光学素子である。

「波長４００ｎｍにおける透過率」とは、３ｍｍ厚平板での測定値を指す。また球面を有するレンズの場合、レンズの透過率を測定し、この値を３ｍｍ厚の平板での測定値に変換することで得られる。

本発明者らは検討の結果、硬化性樹脂材料を主成分とする光学素子をリフロー処理等の加熱処理に供する場合、硬化性樹脂材料の透過率を低減させる添加物を予め添加させることにより、加熱処理による透過率の変化を低減させることができることが判明した。このような構成により、撮像装置等の光学装置として実際に使用する際の透過率と、成形時の光学素子との間の光学性能の差を低減させることができる。

上記第１の形態においては、前記添加剤がリン系安定剤であることが好ましい。

上記第１の形態においては、前記硬化性樹脂がシリコーン系樹脂、エポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有する樹脂、アリルエステル樹脂又はアクリレート類を含有する樹脂であることが好ましい。

本発明の第２の形態は、前記第１の形態に記載の光学素子と、少なくとも電子部品と半田材料とが載置された電子基板とが組みつけられた状態で、前記半田材料が溶解される温度に加熱することにより得られた電子モジュールである。

本発明の第３の形態は、前記第１の形態に記載の光学素子と、少なくとも電子部品と半田材料が載置された電子基板とを組み付ける工程と、前記組みつけられた光学素子と前記電子基板とを、前記半田材料が溶解される温度に加熱する工程と、を有する電子モジュールの製造方法である。

本発明の上記の形態によれば、リフロー処理前後の透過率の変化を抑制し、リフロー処理後においてもリフロー処理前の光学性能を維持することができる光学素子、電子モジュール及び電子モジュールの製造方法を提供することができる（下記実施例参照）。

本発明の好ましい実施形態に係る光学素子の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 光学素子

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１に示す通り、光学素子１は凸状を呈したレンズとして機能するものであって回路基板と電子部品との半田付けに際したリフロー処理に対応可能なものである。光学素子１は、主には硬化性樹脂を主原料として構成されており、特にその硬化性樹脂に対し特定の添加剤が添加され、リフロー処理による透過率の変化が抑制されている。

本発明における光学素子の透過率変化の測定は、４００ｎｍの波長における透過率を測定するものとする。具体的には、３ｍｍ厚の成形物を作製し、日立製Ｕ４１００を使用して測定することができる。熱処理前後の光学素子の透過率変化を比較する場合は、光学素子を２６０℃の炉に投入し、３分後に取りだし、加熱処理前後の透過率を上記の方法で測定するものとする。光学素子が屈折力を有するレンズの場合、透過率測定時には、レンズ２枚を出射面同士で重ねて平行光を作り測定することで、３ｍｍ厚の成形板の透過率に換算することができる。

始めに、（１）硬化性樹脂と（２）添加剤との種類等について説明し、その後に（３）添加可能な硬化剤の種類等と（４）光学素子の製造方法とについて説明する。
（１）硬化性樹脂
硬化性樹脂は、紫外線や電子線の照射、加熱処理の何れかの操作によって硬化するものであり、硬化させることによって透明な樹脂組成物を形成するものである。本発明に用いられる硬化性樹脂は、下記本発明に用いられる添加剤の添加を受けて、その添加剤の添加後の光学材料の４００ｎｍの光に対する透過率が、添加剤の添加前の硬化性樹脂材料の透過率よりも１〜１０％低くなるものである。当該硬化性樹脂としては主には下記に列記したような種類の樹脂を使用することができる。
（１．１）エポキシ樹脂
３，４−エポキシシクロヘキシルメチル３′−４′−シクロヘキシルカルボキシレート等の脂環式エポキシ樹脂（国際公開第２００４／０３１２５７号パンフレット参照）を使用することができ、その他、スピロ環を含有したエポキシ樹脂や鎖状脂肪族エポキシ樹脂等も使用することができる。
（１．２）アダマンタン骨格を有する硬化性樹脂
２−アルキル−２−アダマンチル（メタ）アクリレート（特開２００２−１９３８８３号公報参照）、３，３′−ジアルコキシカルボニル−１,１′ビアダマンタン（特開２００１−２５３８３５号公報参照）、１，１′−ビアダマンタン化合物（米国特許第３３４２８８０号明細書参照）、テトラアダマンタン（特開２００６−１６９１７７号公報参照）、２−アルキル−２−ヒドロキシアダマンタン、２−アルキレンアダマンタン、１，３−アダマンタンジカルボン酸ジ−ｔｅｒｔ−ブチル等の芳香環を有しないアダマンタン骨格を有する硬化性樹脂（特開２００１−３２２９５０号公報参照）、ビス(ヒドロキシフェニル)アダマンタン類やビス（グリシジルオキシフェニル）アダマンタン（特開平１１−３５５２２号公報、特開平１０−１３０３７１号公報参照）等を使用することができる。
（１．３）アリルエステル化合物を含有する樹脂
芳香環を含まない臭素含有（メタ）アリルエステル（特開２００３−６６２０１号公報参照）、アリル（メタ）アクリレート（特開平５−２８６８９６号公報参照）、アリルエステル樹脂（特開平５−２８６８９６号公報、特開２００３−６６２０１号公報参照）、アクリル酸エステルとエポキシ基含有不飽和化合物の共重合化合物（特開２００３−１２８７２５号公報参照）、アクリレート化合物（特開２００３−１４７０７２号公報参照）、アクリルエステル化合物（特開２００５−２０６４号公報参照）等を好ましく用いることができる。
（１．４）アクリレート類を含有する樹脂
メタクリル酸エステル、アクリル酸エステルのモノマーからなる硬化性樹脂等を好ましく用いることができる。

例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｉ−ブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸オクタデシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸メチルシクロヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸トリシクロデシル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸イソボニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｉ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ジエチレングリコールエトキシレート、アクリル酸ｎ−ステアリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸テトラヒドロフルフリル等。
（２）添加剤
本発明添加剤としては、硬化性樹脂材料の透過率を１〜１０％低下させるものであれば、特に限定はないが、リン系安定剤から選ばれた少なくとも１種を使用することが好ましい。好ましいリン系安定剤としては、一般の樹脂工業で通常使用される物であれば格別な限定はなく、例えば、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリス（ノニルフェニル）ホスファイト、トリス（ジノニルフェニル）ホスファイト、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、１０−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）−９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキサイドなどのモノホスファイト系化合物；４，４′−ブチリデン−ビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェニル−ジ−トリデシルホスファイト）、４，４′イソプロピリデン−ビス（フェニル−ジ−アルキル（Ｃ１２〜Ｃ１５）ホスファイト）などのジホスファイト系化合物などが挙げられる。これらの中でも、モノホスファイト系化合物が好ましく、トリス（ノニルフェニル）ホスファイト、トリス（ジノニルフェニル）ホスファイト、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイトなどが特に好ましい。
（３）硬化剤
硬化剤は、硬化性樹脂材料を構成する上で使用されるものであり特に限定はない。また、本発明において、硬化性樹脂材料と、添加剤を添加した後の光学材料の透過率を比較する場合、硬化剤は添加剤には含まれないものとする。硬化剤としては、酸無水物硬化剤やフェノール硬化剤等を好ましく使用することができる。酸無水物硬化剤の具体例としては、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、３−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、４−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、あるいは３−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸と４−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸との混合物、テトラヒドロ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸等を挙げることができる。また、必要に応じて硬化促進剤が含有される。硬化促進剤としては、硬化性が良好で、着色がなく、熱硬化性樹脂の透明性を損なわないものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、２−エチル−４−メチルイミダゾール（２Ｅ４ＭＺ）等のイミダゾール類、３級アミン、４級アンモニウム塩、ジアザビシクロウンデセン等の双環式アミジン類とその誘導体、ホスフィン、ホスホニウム塩等を用いることができ、これらを１種、あるいは２種以上を混合して用いてもよい。

また、硬化剤として、有機過酸化物を適宜用いることができ、具体的には、日本油脂（株）製の商品名パーヘキサＨＣ、パーヘキサＶ、パーヘキサ２５Ｂ、パーブチルＰ、パーヘキシルＤ、パーロイルＴＣＰ、パーロイルＬ、パーオクタＯ、パーブチルＯ、パ−ブチルＬ、パーブチル３５５、パーヘキシルＩ、パーブチルＥ等が硬化剤として好適であるが、硬化剤はこれらに限られない。
（４）光学素子の製造方法
上記各物質を適宜調製し、その調製物（樹脂組成物）を成型する。当該成型工程では、上記調製工程で得られた樹脂組成物中の硬化性樹脂を光や熱で硬化させることで樹脂組成物を所定形状に成型し、本発明に係る光学素子を製造することができる。

具体的には、硬化性樹脂が紫外線や電子線硬化性樹脂の場合には、透光性の所定形状の金型等に樹脂組成物を充填するか、あるいは基板上に塗布した後、紫外線及び電子線を照射して硬化させれば良い。一方、硬化性樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、圧縮成型やトランスファー成型、射出成型等により硬化成型させれば良い。

また、シート状やフィルム状を呈する光学素子（例えば偏向子）を製造する場合には、硬化性樹脂として、可視光、紫外線及び電子線等の活性エネルギー線で硬化する「光硬化性樹脂」を適用するのが好ましい。この場合、樹脂組成物を透光性の所定形状の金型等に充填するか又は基板上に塗布し、その後に当該樹脂組成物に対し可視光、紫外線及び電子線等の活性エネルギー線を照射して当該樹脂組成物中の光硬化性樹脂を硬化させ、当該樹脂組成物を所定形状に成型する。

他方、光学面が球面や非球面の形状を呈し、光学面に微細な構造を有する光学素子（例えば対物レンズ）を製造する場合には、硬化性樹脂として熱で硬化する「熱硬化性樹脂」を適用するのが好ましい。

（１）試料の作製
（１．１）試料１の作製
樹脂Ａとして、信越化学株式会社製シリコーン樹脂ＬＰＳ−Ｌ−５００のＡ液を使用し、厚さ１ｍｍにて１５０℃で１時間硬化させ、さらに１５０℃で２時間硬化させて試料１を作製した。

（１．２）試料２の作製
試料１の樹脂Ａに、添加剤Ａとしてトリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイトを０．３％混合した以外は、試料１と同様の方法で試料２を作製した。

（１．３）試料３の作製
試料２の作製方法において、添加剤Ａの代わりに以下の添加剤Ｂを同量添加した以外は、試料１と同様の方法で試料３を作製した。

添加剤Ｂ：トリス（ジノニルフェニル）ホスファイト
（１．４）試料４の作製
試料２の作製方法において、添加剤Ａの代わりに以下の添加剤Ｃを同量添加した以外は、試料１と同様の方法で試料４を作製した。

添加剤Ｃ：オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート
（１．５）試料５の作製
試料２の作製方法において、添加剤Ａの代わりに以下の添加剤Ｄを同量添加した以外は、試料１と同様の方法で試料５を作製した。

添加剤Ｄ：ジステアリル３，３−チオジプロピオネート
（１．６）試料６の作製
試料２の作製方法において、添加剤Ａの代わりに以下の添加剤Ｅを同量添加した以外は、試料１と同様の方法で試料６を作製した。

添加剤Ｅ：ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）スクシネート
（１．７）試料７の作製
樹脂Ｂとして、ダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂に、無水フタル酸を樹脂Ｂと等質量添加し、厚さ１ｍｍにて１５０℃で１時間硬化させ、さらに１５０℃で２時間硬化させて試料７を作製した。

（１．８）試料８の作製
試料７の樹脂Ｂに、添加剤Ａを０．３％混合した以外は試料７と同様の方法で試料８を作製した。

（１．９）試料９の作製
樹脂Ａの代わりに、樹脂Ｃとして、特開２００２−１９３８８３号に記載の方法に従って調製した２−アルキル−２−アダマンチル（メタ）アクリレートを用いて硬化剤とし、日本油脂製のパーブチルＯを１％使用した以外は試料１と同様の方法で試料９を作製した。

（１．１０）試料１０の作製
試料９の樹脂Ｃに、添加剤Ａを０．３％混合した以外は試料９と同様の方法で試料１０を作製した。

（１．１１）試料１１の作製
樹脂Ａの代わりに、樹脂Ｄとして、昭和電工株式会社製のアリルエステル樹脂ＢＡ９０１を用いて硬化剤とし、日本油脂製のパーブチルＯを１％使用した以外は試料１と同様の方法で試料１１を作製した。

（１．１２）試料１２の作製
試料１１の樹脂Ｄに、添加剤Ａを０．３％混合した以外は試料１１と同様の方法で試料１２を作製した。

（２）各試料の評価（各試料の透過率の測定）
透過率測定計（日立製作所Ｕ−４１００）を用いて４００ｎｍの光に対する各試料１〜１２の透過率を測定した。その測定結果を下記表１に示す。特に、硬化性樹脂に対し添加剤を添加した試料２〜６，８，１０，１２については、添加剤の添加前後での４００ｎｍの光に対する透過率の変化も測定し、その透過率の変化を算出した（透過率変化＝（添加前の透過率−添加後の透過率））。その算出結果を下記表１に示す。

その後、各試料１〜１２に対し２６０℃で３分間の熱処理（加熱処理）をおこない、その熱処理後において、透過率測定計（日立製作所Ｕ−４１００）を用いて４００ｎｍの光に対する各試料１〜１２の透過率を測定した。その後、熱処理前の透過率（添加剤が添加された試料については、添加後の透過率）と熱処理後の透過率との変化を算出した（変化＝（熱処理前の透過率−熱処理後の透過率））。その算出結果を下記表１に示す。

なお、表１中、「熱処理による透過率変化（％）」の項目における「○」、「×」の基準は下記の通りとした。

○：１０％以内
×：１１％以上

（３）まとめ
表１に記載の結果より明らかなように、硬化性樹脂材料に添加剤を添加することによって加熱前の透過率を低下させた本発明の試料２、３、８、１０、１２は、加熱前後の透過率変化が１０％以内に抑えられていた。加熱前の硬化性樹脂材料の透過率を添加剤により１〜１０％低下させていないもの、若しくは添加剤により１０％よりも大きく低下させた試料１、４〜７、９、１１は熱処理後に透過率が大きく変動してしまい、加熱前後における光学素子の光学性能が大きく異なることとなり、問題となった。以上から、本発明の硬化性樹脂に対し４００ｎｍの光に対する透過率を低下させる添加剤を添加することにより、２６０℃３分間による透過率低下を１０％以内とすることができ、実際のリフロー熱処理工程後においても加熱前の光学機能を大きく損なわず、同様の光学機能を発揮させることができることが判明した。

Claims (5)

1. 硬化性樹脂と硬化剤からなる硬化性樹脂材料と少なくとも１種の添加剤とを有する光学材料からなる光学素子において、
   前記光学材料の波長４００ｎｍにおける透過率が、前記添加剤を添加していない硬化性樹脂材料の波長４００ｎｍにおける透過率よりも１〜１０％低いことを特徴とする光学素子。
2. 請求の範囲第１項に記載の光学素子において、
   前記添加剤がリン系安定剤であることを特徴とする光学素子。
3. 請求の範囲第１項又は第２項に記載の光学素子において、
   前記硬化性樹脂がシリコーン系樹脂、エポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有する樹脂、アリルエステル樹脂又はアクリレート類を含有する樹脂であることを特徴とする光学素子。
4. 請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載の光学素子と、少なくとも電子部品と半田材料とが載置された電子基板とが組みつけられた状態で、前記半田材料が溶解される温度に加熱することにより得られた電子モジュール。
5. 請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載の光学素子と、少なくとも電子部品と半田材料が載置された電子基板とを組み付ける工程と、
   前記組みつけられた光学素子と前記電子基板とを、前記半田材料が溶解される温度に加熱する工程と、
   を有する電子モジュールの製造方法。