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KR100904245B1 - 복합 광학 소자, 수광 소자 장치, 광학 픽업 장치 및 광디스크 장치 - Google Patents

복합 광학 소자, 수광 소자 장치, 광학 픽업 장치 및 광디스크 장치 Download PDF

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KR100904245B1
KR100904245B1 KR1020037007709A KR20037007709A KR100904245B1 KR 100904245 B1 KR100904245 B1 KR 100904245B1 KR 1020037007709 A KR1020037007709 A KR 1020037007709A KR 20037007709 A KR20037007709 A KR 20037007709A KR 100904245 B1 KR100904245 B1 KR 100904245B1
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KR
South Korea
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light receiving
substrate
receiving element
light
intermediate member
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KR1020037007709A
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English (en)
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KR20040031689A (ko
Inventor
요시다히로시
다니구치다다시
오자와마사후미
Original Assignee
소니 가부시끼 가이샤
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 소니 가부시끼 가이샤 filed Critical 소니 가부시끼 가이샤
Publication of KR20040031689A publication Critical patent/KR20040031689A/ko
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Publication of KR100904245B1 publication Critical patent/KR100904245B1/ko

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Abstract

본 발명은, 기판(1)의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자(2)와, 기판(1)의 다른 면에 장착된 반도체 레이저(3) 및 수광 소자(4)와, 기판(1)과 수광 소자(4) 사이에 개재된 중간 부재(중계 기판)(5)을 포함하는 복합 광학 소자이다. 중간 부재(5)는, 수광 소자(4)에 입사하는 광속을 투과시키기 위한 투공(6) 및 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자(4)의 단자와 기판(1) 상의 도체 패턴을 접속시키고 있다.
수광 소자, 중간 부재, 복합 광학 소자, 투공, 도전성 부분, 도체 패턴

Description

복합 광학 소자, 수광 소자 장치, 광학 픽업 장치 및 광디스크 장치{COMPOSITE OPTICAL ELEMENT, LIGHT RECEIVING ELEMENT DEVICE, OPTICAL PICK UP APPARATUS AND OPTICAL DISC APPARATUS}
본 발명은, 광디스크와 같은 광학 기록 매체에 대해서 정보 신호의 기록을 행하거나 또는 광학 기록 매체에 기록된 정보 신호의 판독을 행하는 광학 픽업 장치에 사용되는 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치에 관한 것이다.
종래, CD(Compact Disc), 직경을 64mm로 하는 소경의 광자기 디스크인 이른바 MD, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 광디스크를 기록 매체로서 사용하는 기록 재생 시스템에 있어서는, 장치의 보다 소형화 및 경량화와 함께, 저가격화가 요구되고 있다. 이러한 요청에 따르기 위해서는, 개개의 구성 부품이 소형이고 경량이며, 또한 염가로 제조할 수 있는 것이 필요하다. 전술한 바와 같은 광디스크용의 광학 픽업 장치는, 광원이 되는 반도체 레이저와, 실리콘(Si)을 모재로 한 Pin 다이오드와 같은 수광 소자를 집적화함으로써, 장치 자체의 소형화를 도모하는 동시에 경량화를 도모하고, 또한 저가격화를 실현하고 있다.
이 광학 픽업 장치에 사용되는 수광 소자는, 광디스크로부터 반사된 광을 수광하고, 전기 신호로 변환하여 출력하는 수광 신호의 처리 및 연산을 행하는 집적회로를 내장시켜, 수광과 수광된 광을 연산하여 전기 신호로 변환하여 출력하는 기능을 일체화한 1칩의 이른바 「PDIC」(수광 소자 장치)로서 구성함으로써, 이 수광 소자를 사용하는 광학 픽업 장치의 소형화와 함께 경량화를 도모하고, 보다 저가격화를 실현하고 있다.
여기서, 광학 픽업 장치를 구성하는 광원 및 수광 소자에, 프리즘, 렌즈, 회절 격자, 홀로그램 등의 광학 부품을 더하여 일체화하여 소형화를 가능하게 하는 소자를 복합 광학 소자라고 한다. 이 복합 광학 소자는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저(101)와 PDIC(102), 및 렌즈와 프리즘과 회절 격자와 홀로그램 등의 광학 소자가 기판(104) 상에 배치되고, 전기적으로, 또는 기계적으로 접속된다.
반도체 레이저(1O1)는, 칩 마운트 공정에 의해 서브 마운트(1O1a)에 장착된다. 서브 마운트(101a)는, 다이본드 공정에 의해 PDIC(102)에 장착된다. 이 때, 서브 마운트(101a)는, PDIC(102)를 구성하는 PDIC 기판(102a)의 배선 패드에 접속 단자가 전기적으로 접속된다. PDIC 기판(102a)에는, 서브 마운트(101a)의 설치 위치를 나타내는 마커(102c)가 형성되어 있다. 서브 마운트(101a)는, 서브 마운트(101a) 자체에 형성된 마커(101b)를 마커(102c)에 대응시킴으로써, PDIC 기판(102a)에 대한 장착 위치가 위치 결정되어 장착된다.
PDIC(102)의 PDIC 기판(102a)에는, 수광 소자(102b)가 장착된다. PDIC(102) 상에는, 프리즘 마운트 공정에 의해 프리즘(103)이 장착된다. PDIC(102)는, PDIC 마운트 공정에 의해 기판(104) 상에 장착된다.
이 복합 광학 소자의 제조에 있어서는, 또한 기판(104) 및 각 부품에 위치의 표적이 되는 마커(104a)를 미리 형성할 수 있고, 이들 마커(104a)를 위치 맞춤의 기준으로 하여 기판(104)에 대해서 각 부품이 장착된다. 이러한 위치 결정 방법은, 「패시브 얼라인먼트」라고 한다. 이러한, 각 부품의 기판에 대한 위치 결정(얼라인먼트) 공정의 정밀도에 따라, 복합 광학 소자의 정밀도가 결정된다.
그리고, 기판(104)에는, PDIC(102)를 전기적으로 접속하기 위한 전극(104b)이 형성되어 있다. PDIC(102)와 전극(104b) 간은, 도 1 중 화살표로 나타낸 바와 같이, 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속된다.
복합 광학 소자를 구성하는 각 부품은, 기본적으로는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저(광원)(101), 광디스크(107)의 신호 기록면 및 수광 소자(102b)의 수광부가, 각각 서로 프리즘(103)의 반사면을 통하여 경상점(鏡像点) 위치가 되도록 배치된다. 그리고, 각 부품의 위치는, 서로의 위치가 어긋나도록 배치하는 경우에 있다.
즉, 반도체 레이저(1O1)로부터 출사되는 광속(光束)은, 확산 수속이며, 약간 반도체 레이저 측을 초점으로 한 광으로 되어 있다. 반도체 레이저(101)로부터 출사된 광속은, 콜리메이터 렌즈(105)에 의해 평행 광속으로 되어 대물 렌즈(106)에 의해 광디스크(107)의 신호 기록면 상에 집광된다. 이 때, 대물 렌즈(106)는, 광디스크(107)의 신호 기록면 상에 항상 초점이 맺히도록 광축과 평행한 포커싱 방향으로 이동 제어된다.
광디스크(107)의 신호 기록면 상에 조사(照射)된 광은, 이 신호 기록면에서 반사되고, 대물 렌즈(106), 콜리메이터 렌즈(105) 및 프리즘(103)을 거쳐, 렌즈(108), (109)에 의해 집광되어, 수광 소자(102b)로 돌아온다. 각 광학 소자는, 광디스크(107)의 신호 기록면으로부터의 귀환광이, 수광 소자(102b)의 수광부에 있어서 초점을 맺도록 배치되어 있다. 즉, 반도체 레이저(101), 광디스크(107)의 신호 기록면, 수광 소자(102b)의 수광부에 있어서, 각각 광은 초점 위치에 있다. 이것으로부터, 광원, 신호 기록면, 수광부가 경상점 위치에 있다고 한다.
한편, 복합 광학 소자를 보다 염가로 제공하기 위해서, 가능한 한 부품수를 감소시키는 연구도 행해지고 있다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 광디스크의 신호 기록면으로부터의 광로 길이가 서로 상이한 수광 소자(102b) 상의 복수의 수광부의 각각으로 광을 되돌리는 구성에 있어서, 각각의 수광부에 있어서의 광속을 각 수광부에 대해서 합초점으로 하기 위한 렌즈를 1개의 렌즈(110)로 하고 있다.
이 복합 광학 소자는, 정확하게는 렌즈(110)로부터 각각의 수광부까지의 광학 거리가 상이하므로, 동시에 합초점으로는 되지 않는다. 그렇지만, 실용상 허용 할 수 있는 정도로, 포커스 에러 신호, 트래킹 에러 신호, 광디스크로부터 판독된 귀환 광속에 따른 반사 신호(RF신호) 등을 얻는 것이 가능하다. 이러한 광학 부품수의 삭감, 조정 공정의 간소화에 의해, 복합 광학 소자의 소형화를 도모하고, 저가격화를 실현할 수 있다.
그런데, 광디스크 등의 기록 미디어의 다양화와 함께 광학 픽업장치에 사용되는 광원의 발광 파장의 단파장화가 도모되고 있다.
기록 미디어의 다양화로서는, 정보 신호를 미소한 요철의 피트 패턴에 의해 디스크 기판에 형성한 재생 전용형의 광디스크, 상변화형의 기록층을 형성한 정보 신호의 기록 재생을 가능하게 한 상변화형 광디스크, 광자기 기록층을 형성하여 신호의 기록 재생을 가능하게 한 광자기 디스크 등의 광디스크가 제안되어 있다.
재생 전용형의 광디스크 및 상변화형의 광디스크는, 광디스크 상에 기록되는 정보 신호에 따라 반사율이 상이한 영역을 설정하고, 그 영역으로부터 반사되는 광속의 반사율의 상위에 따른 광강도의 변화를 검출함으로써 기록된 정보 신호의 판독이 행해진다. 광자기 디스크는, 광자기 기록층에 있어서의 자기 커 효과(Kerr effect)를 이용하여, 귀환광의 편광각의 상위에 따라 기록된 정보 신호의 판독이 행해진다.
이러한 다양한 기록 방식의 광디스크에 대응하도록, 이들 광디스크로부터 정보 신호의 판독을 행하기 위해 사용되는 광학 픽업 장치도, 각각의 방식에 대응하는 것이 요구되고 있다. 이들 광학 픽업 장치는, 기록 방식을 달리하는 각 광디스크에 대응하도록, 사용하는 복합 광학 소자의 구성을 달리하도록 하고 있다.
예를 들면, 피트 패턴에 의해 정보 신호를 기록한 재생 전용형의 광디스크로부터 정보 신호를 판독하기 위해 사용되는 광학 픽업 장치의 수광 소자(102b)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 포커스 에러 신호 및 RF신호 검출용의 하나의 4분할 수광부(111)와, 이것을 사이에 두는 위치에 배치된 트래킹 에러 신호 검출용의 2개의 수광부(112),(113)가 설치되어 있으면 되고, 광디스크로부터의 귀환광을 이들 수광부에 입사시키기 위한 광학 소자의 구성도 간소하다. 이것에 대하여, 광자기 디스크에 기록된 정보 신호를 판독하기 위해 사용되는 광학 픽업 장치의 수광 소자(102b)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 포커스 에러 신호 및 RF 신호 검출용의 하나의 4분할 수광부(111) 및 트래킹 에러 신호 검출용의 2개의 수광부(112),(113)에 더하여, 상이한 편광 상태마다 광강도를 검출하는 수광부(114),(115)가 필요하다. 즉, 광자기 신호는 미약하기 때문에, 수광 소자(102b) 상의 2개의 수광부(114),(115)를 사용하여 차동(差動) 검출을 하는 것이 필요하다. 이와 같이 수광부의 수가 증가함으로써, 광디스크로부터의 귀환광을 이들 수광부에 입사시키기 위한 광학 소자의 구성도 복잡하게 된다. 즉, 이들 수광부에 광디스크로부터의 귀환광을 입사시키기 위해서는, 귀환광을 3개의 광속으로 분기시키지 않으면 안되어, 적어도 2개의 프리즘이 필요하다. 이 때, 자기 커 효과에 의한 편광 방향의 변화에 대해서는, 프리즘의 반사면에 대한 P편광파, S편광파로 나누고, 1개의 프리즘의 반사면에서는 S편광파를 반사시켜 수광 소자(102b)의 하나인 수광부(114)에 입사시키고, 또 하나의 프리즘의 반사면에서는 P편광파를 반사시켜 수광 소자(102b)의 다른 수광부(115)에 입사시킴으로써 검출할 수 있다. 광디스크에 정보 신호가 전혀 기록되어 있지 않은 경우의 귀환광에 대하여, S편광파, P편광파의 강도가 동등해지도록, 복합 광학 소자의 배치를 결정하거나, 또는 예를 들면, 1/2 파장판 등의 광학 소자를 사용할 필요가 있다. 이와 같이, 기록 방식을 달리하는 다양한 광디스크에 대응하기 위해, 광학 픽업 장치를 구성하는 복합 광학 소자의 구조는 복잡해진다.
한편, 광원의 발광 파장의 단파장화에 대응하기 위해, 광학 픽업 장치를 구성하는 광학 소자의 굴절률 및 회절각이 문제가 된다. 예를 들면, 피트 패턴에 의해 정보 신호를 기록한 CD 등의 광디스크나 MD 등의 광자기 디스크의 정보 신호의 판독에 사용되는 광학 픽업 장치에는, 파장을 780nm로 하는 광을 출사하는 광원이 사용되고, DVD에 사용되는 광학 픽업 장치에는, 파장을 650nm로 하는 광을 출사하는 광원이 사용되고, 또한 고밀도 기록이 가능해지는 광디스크에 사용되는 광학 픽업 장치에는, 파장을 450nm로 하는 광을 출사하는 광원이 사용된다.
여기서, 광학 픽업 장치에 사용되는 광학 소자의 굴절률을 검토하는데, 그 허부(虛部), 즉 흡수가 우선 염려된다. 광학 픽업 장치의 광학 소자의 재료로서 사용되는 광학 유리나 합성 수지 재료에서는, 400nm 근방보다 짧은 파장의 광에 대해서는 흡수가 커진다. 이러한 흡수가 있으면, 필요한 귀환광을 얻기 위해 광원의 발광 출력을 로부터 높게 할 필요가 있고, 또한, 광학 소자의 변질이 발생하므로, 광학 소자의 재료 선정의 자유도가 제약된다. 회절각은, 광속이 단파장일수록 작아진다. 예를 들면, 회절 격자의 피치를 d로 하면, 이 회절 격자에 있어서의 회절각θ은, 다음과 같이 표현된다.
sinθ = mλ/(nd)···(1)
(그리고, m은 정수, λ은 파장, n는 굴절률이다.)
이 (1)식으로부터, 광속이 단파장이 되어 λ가 작아질수록, 피치 d 및 굴절률 n가 일정하면, 회절각θ은 작아진다.
그런데, PDIC 상에 형성하는 복수의 수광부는, 각각의 크기 및 간격에 대해, 각각의 수광부에 입사하는 광속에 대응한 광검출 신호를 독립하여 검출할 수 있도록 구성할 필요가 있다. 이것은, 수광 소자의 성질이나, 작성 공정 능력에 의해 결정되는 것이며, 광속의 파장에 따라서는 직접적인 제약은 받지 않는다. 즉, 수광 소자 상의 각 수광부의 크기 및 간격은, 광원의 발광 파장에 대해서는 독립하여 결정되고 있다고 해도 된다. 따라서, 각 수광부가 독립하여 광검출 신호를 검출할 수 있기 위한 크기 및 간격은, 광원의 발광 파장에 의하지 않고 일정하다고 생각해도 된다.
이 경우, 전술한 (1)식으로부터, 각 수광부로 귀환광을 분배하여 수광시키기 위해서는, 회절 격자로부터 각 수광부에 이르는 광학적 거리를 길게 하지 않으면 안되어, 구성이 대형화해 버릴 우려가 있다. 이 경우에는, 전술한 것처럼, 복합 광학 소자의 작성을 용이화하기 위해 귀환광의 합초 위치와 수광 소자의 위치를 허용 할 수 있는 범위 내에서 어긋나게 하려고 해도, 그 허용 범위가 현저히 좁아져 버린다. 이 경우에는, 전술한 것 같은, 귀환광을 1개의 렌즈에 의해 복수의 수광부에 집광시키는 구성이 채용되지 않게 된다.
실장의 수단으로서의 광학 소자의 위치 결정을 행하기 위해, 전술한 것처럼, 마커를 위치 결정의 표적으로서 사용하는 방법을 채용한 경우, 광학적 거리가 길어짐에 따라, 위치 맞춤 정밀도가 엄격해져, 충분한 위치 결정을 할 수 없게 된다. 예를 들면 동일한 정밀도에서의 각도 맞춤 정밀도에 대해, 회절 격자로부터의 수광부까지의 광학적 거리가 2배가 되게 하면, 수광부와 광스폿의 위치 어긋남은 2배가 된다. 이러한, 수광부와 광스폿과의 위치 어긋남은, 검출해야 할 광검출 신호의 품질의 열화를 가져와, 최악의 경우, 검출 신호가 전혀 검출되지 않는 것도 예상된다.
위에서 설명한 바와 같이, 광학 픽업 장치를 구성하는 복합 광학 소자는, 광 디스크의 다양화와 함께 기록 밀도의 고밀도화에 의해 신호 검출계가 복잡화하고, 또한 조립 정밀도의 고정밀화가 요구되고 있다.
이러한 요구를 만족시키기 위해, 베이스가 되는 기판의 일면에 렌즈, 프리즘, 회절 광학 소자 등의 광학 소자를 장착하고, 기판의 다른 면에 광원이 되는 반도체 레이저 및 수광 소자를 장착한다고 하는 양면 실장을 행하고, 또한 조립 공정에 있어서, 광검출 신호 상태를 보면서의 위치 결정(액티브 얼라인먼트)을 행하도록 하고 있다. 이러한 구성 및 조립 공정을 실현하기 위해서는, 기판, 광학 소자, 반도체 레이저 및 수광 소자를, 이러한 구성 및 조립 공정에 적합한 형태로 할 필요가 있다. 먼저, 도 6에 나타낸 바와 같이, 기판(104)에 광투과공(116)을 형성하고, 수광 소자(102b)의 수광부(102c)가, 이 광투과공(116)을 통해 광디스크에 의해 반사된 귀환광을 검출할 수 있도록 구성할 필요가 있다. 수광 소자(102b)는, 수광부(102c)를 기판(104)에 대향시키도록, 이 기판(104)에 접합될 필요가 있다.
수광 소자(102b)가 수광하는 귀환광에 따라 검출하는 전기 신호는, 복합 광학 소자의 패키지 밖으로 꺼내질 필요가 있다. 그러므로 제1 구성으로서, 기판(1 O4) 상에 배선을 행하여, 그 배선에 수광 소자의 단자를 직접 접합시키는 구성이 있다.
제2 구성으로서는, 예를 들면 일본국 특개 2000-228534 공보, 특개 2000-183368 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 수광 소자와 베이스극과의 사이에, 전극 인출을 중개하기 위한 중계 기판을 개재시키는 구성이 있다. 그리고, 특개2000-228534 공보에는, 수광 소자와 중계 기판을 이방성 도전 재료로 접합하는 구성이 기재되어 있다. 특개2000-183368 공보에는, 중계 기판의 일면 측에 광학 소자를 장착하고, 타면측에 수광 소자를 플립칩 본딩하는 구성이 기재되어 있다.
제3 구성으로서는, 수광부와 전극 단자가 서로 반대측의 면에 형성된 구성의 수광 소자를 사용하는 것이 있다.
그런데, 종래 사용되고 있는 수광 소자는, 수광부와 전극 단자를 동일한 면에 형성하고, 일면 및 다른 면의 양면에 수광부와 전극 단자를 각각 배치한 것은 없다.
종래의 복합 광학 소자는, 수광 소자를 패키지(PKG)에 밀봉하는 경우에는 수지 몰드 패키지에 수광 소자의 칩을 마운트하고, 와이어 본딩을 행하여, 수광부 측을 수지 몰드하는 구성이나, 수지 몰드나 세라믹으로 이루어지는 중공 패키지에 수광 소자의 칩을 마운트하고, 와이어 본딩을 행한 후, 유리 기판이나 합성 수지제의 평판 등으로 덮개를 하는 구성이 채용되고 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 복합 광학 소자 및 PDIC(수광 소자 장치)는, 신호 검출계의 구성이 복잡해지고, 조립 정밀도의 고정밀화가 요구되고, 조립 공정에 있어서는, 종래의 패시브 얼라인먼트가 아니고, 액티브 얼라이먼트를 행할 필요가 있다.
액티브 얼라인먼트를 가능하게 하는 구성으로서, 전술한 제1 내지 제3 구성 중에서는, 제3 구성이 가장 간소하다고 할 수 있다. 이 제3 구성에 있어서는, 도 7 (A) 내지 (C) 에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(102b)의 수광면이 기판(104)에 접하도록, 예를 들면 UV(자외선) 경화 수지로 접착을 하고, 신호 인출을 위한 전극을 수광면과는 반대의 면에 형성하여 둠으로써, 패키지 밖으로의 신호의 인출이 가능하다.
이러한 구성의 수광 소자의 제작에는, 해결하지 않으면 안되는 몇가지 기술 적 과제가 있다. 그 하나로서는, 광투과공의 형성을 들 수 있다. 이 수광 소자에 있어서는, 기판(104)의 두께 이상의 깊이의 광투과공(116)을 형성할 필요가 있고, 광투과공(116)의 개구 면적과 수광 소자(102b)의 크기와의 관계, 또는 광투과공(116)의 내주면에 설치할 필요가 있는 절연부, 삽입되는 전극재의 단선 및 신뢰성이라고 하는 문제가 고려되어, 이 형태의 수광 소자를 구성하는 것이 곤란하다.
그리고, 기판(104) 상에 형성되는 수광 소자(102b)는, 도 7 (C) 에 나타낸 바와 같이, 기판(104) 상에 설치한 와이어 본딩 패드(104c)와 수광 소자(102b)에 설치한 와이어 본딩 패드(102d) 간을 와이어 본딩으로 함으로써 기판(104) 상에 전기적으로 접속된다.
한편, 제1 구성, 즉 수광부, 전극부를 동일면에 구성한 수광 소자를 기판에 직접 플립칩 본딩하는 구성에서는, 수광 소자로부터의 광검출 신호를 보면서 조립 및 위치 조정을 행하는 액티브 얼라인먼트를 행하는 것은 곤란하다.
이 제1 구성을 채용하면서, 위치 결정 중에 수광 소자로부터의 광검출 신호를 출력시키기 위해서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(102b)의 전극부에, 예를 들면, 프로브핀(117) 등의 전도체를 접촉시킬 필요가 있다. 즉, 제1 방식에 있어서 액티브 얼라인먼트를 행하는데는, 수광 소자(102b)의 위치 조정시에, 이 수 광 소자(102b)와 기판(104) 사이에, 프로브핀(117)이 들어갈 만큼의 공극(空隙)을 형성하지 않으면 안된다. 기판(104)과 수광 소자(102b)를 접촉시킨 채로는, 수광 소자(102b)의 위치 조정은 행할 수 없다. 수광 소자(102b)의 위치 조정 중에, 이 수광 소자(102b)와 기판(104) 사이에 공극을 형성하면, 위치 조정시와 조립 후에, 수광면 상에서는 스폿 사이즈가 달라져 버린다. 이 때문에, 조정시에는 정확하게 얻어진 출력 신호가, 조립 후에 있어서 변화해 버려 정확한 위치 조정이 곤란해진다.
이상의 점으로부터, 제1 및 제3 구성은, 렌즈, 프리즘, 회절 소자 등의 광학 소자의 적어도 하나와, 발광 소자와, 수광 소자를 기판의 양면에 실장하는 복합 광학 소자에 채용하는 것은 극히 곤란하다.
수광 소자를 패키지(PKG)에 밀봉하는 경우에, 광원에 청자(靑紫) 레이저와 같은 발광 파장이 예를 들면 400nm정도의 짧은 파장의 광을 출사하는 것을 사용하면, 몰드 수지에 이 파장 대역의 광을 흡수하는 것이 많기 때문에, 적외광이나 가시 광선(적~청)용으로 종래부터 사용되어 온 합성 수지 재료를 사용할 수 없게 된다.
즉, 수지 몰드 패키지에 수광 소자의 칩을 마운트하고, 와이어 본딩을 행한 후, 수광부 측을 수지 몰드하는 구성에 있어서는, 단파장역으로 투과율이 높은 몰드 수지를 사용하는 것이 필요하지만, 성형성, 밀봉성 등도 고려하면 적절한 재료가 없다. 수지 몰드나 세라믹으로 이루어지는 중공(中空) 패키지에 수광 소자의 칩을 마운트하고, 와이어 본딩을 행한 후, 유리 기판이나 합성 수지제의 평판 등으로 덮개를 하는 구성에 있어서는, 제조 코스트가가 높아지거나, 전체의 크기도 커져 버린다.
본 발명의 목적은, 전술한 바와 같은 종래의 기술이 가지고 있는 문제점을 해소할 수 있는 신규의 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 소형화 및 경량화를 도모하고, 또한 수광 소자의 위치가 용이하고 또한 고정밀도로 조정할 수 있는 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관한 복합 광학 소자는, 기판과, 이 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와, 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와, 기판과 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재를 구비하고, 중간 부재를 구성하는 모재는, 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성을 갖는 재료이며, 중간 부재는, 수광 소자에 입사하는 광속이 통과하기 위한 구멍부 및 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴이 접속되어 있다. 그리고, 중간 부재는 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴을 접속하는 중계 기판으로서 기능한다.
본 발명에 관한 다른 복합 광학 소자는, 기판과, 이 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와, 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와, 기판과 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재를 구비하고, 중간 부재는, 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성을 가지지 않는, 즉 투과 특성을 갖는 투명 재료인 모재 로 이루어지고, 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴이 접속되어 있다.
본 발명에 관한 수광 소자 장치는, 기판과, 이 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와, 기판의 다른 면에 장착된 수광 소자와, 기판과 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재를 구비하고, 중간 부재는, 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성을 가지지 않는, 즉 투과 특성을 갖는 투명 재료인 모재로 이루어지고, 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴이 접속되어 있다.
본 발명에 관한 복합 광학 소자는, 도체 패턴을 갖는 기판의 일면에 최소한 하나의 광학 소자를 장착하고, 기판의 다른 면에 발광 소자를 장착하고, 이어서, 수광 소자에 입사하는 광속이 통과하기 위한 구멍부 및 도전성을 갖는 부분을 가지고 기판과 수광 소자 사이에 개재되는 중간 부재에 수광 소자를 위치 결정하여 장착하고, 그 후, 기판의 다른 면에 중간 부재를 장착하고, 또한, 중간 부재의 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴을 접속시킴으로써 제조된다.
본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해 얻을 수 있는 구체적인 이점은, 이하에 있어서 도면을 참조하여 설명되는 실시예의 설명으로부터 한층 명백하게 될 것이다.
도 1은, 종래의 복합 광학 소자의 조립 공정을 나타낸 평면도이다.
도 2는, 복합 광학 소자를 사용하여 구성된 광학 픽업 장치를 나타낸 측면도이다.
도 3은, 종래의 복합 광학 소자의 다른 예를 나타낸 측면도이다.
도 4는, 복합 광학 소자에 있어서의 수광 소자의 수광부의 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 5는, 복합 광학 소자에 있어서의 수광 소자의 수광부의 패턴의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 6은, 종래의 복합 광학 소자의 주요부의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 7 (A)는, 종래의 복합 광학 소자의 구성을 나타낸 평면도이며, 도 7 (B)는 그 측면도이며, 도 7 (C)는 저면도이다.
도 8은, 종래의 복합 광학 소자의 조정 공정을 나타낸 측면도이다.
도 9는, 본 발명에 관한 복합 광학 소자의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 10은, 복합 광학 소자를 구성하는 광투과성을 가지지 않는 재료로 형성된 중계 기판을 나타낸 평면도이다.
도 11은, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 와이어 본더를 사용하여 수광 소자 상에 와이어 볼 범프를 형성하고 있는 상태를 나타낸 측면도이다.
도 12는 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 수광 소자 상의 와이어 볼 범프를 정형하고 있는 상태를 나타낸 측면도이다.
도 13은, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 수광 소자와 중계 기판과의 위치 결정을 행하고 있는 상태를 나타낸 측면도이다.
도 14는, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 수광 소자와 중계 기판이 범프 접합되는 상태의 주요부를 나타낸 측면도이다.
도 15 (A) 내지 도 15 (F)는, 복합 광학 소자의 중계 기판이 투명한 경우에 있어서의 수광 유닛의 제조 공정을 나타낸 사시도 및 측면도이다.
도 16은, 복합 광학 소자를 구성하는 투명한 중계 기판을 나타낸 평면도이다.
도 17은, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 발광 소자 및 광학 소자가 장착된 기판을 나타낸 측면도이다.
도 18은, 복합 광학 소자의 제조 공정 중에 있어서의 수광 유닛을 나타낸 측면도이다.
도 19는, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서, 수광 유닛을 기판에 위치 결정 하고 있는 상태를 나타낸 측면도이다.
도 20은, 복합 광학 소자의 제조 공정에 있어서 수광 유닛을 유지하는 콜렛의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 21은, 복합 광학 소자를 구성하는 수광 소자의 수광부의 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 22는, 모재가 세라믹인 경우의 중계 기판의 제조 과정을 나타낸 플로 차트이다.
도 23은, 모재가 반도체인 경우의 중계 기판의 제조 과정을 나타낸 플로 차트이다.
도 24는, 모재가 투명 재료인 경우의 중계 기판의 제조 과정을 나타낸 플로 차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명에 관한 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 기판(1)의 일면측에 장착된 적어도 1개의 렌즈와 프리즘과 회절 소자를 포함하는 광학 소자(2)와, 기판(1)의 다른 면에 장착된 발광 소자인 반도체 레이저(3)와 수광 소자(4)를 구비하고 있다. 기판(1)과 수광 소자(4) 사이에는, 중간 부재가 되는 중계 기판(5)이 개재되어 있다. 본 발명에 관한 복합 광학 소자의 제조 방법은, 이러한 복합 광학 소자를 제조하기 위한 방법이다.
기판(1)에는, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 광속을 기판(1)의 일면측에 투과시키기 위한 제1 투공(透孔)(8)이 형성되어 있다. 이 기판(1)에는, 후술하는 광디스크로부터의 귀환광을 기판(1)의 일면측에서 수광 소자(4)에 입사시키기 위한 제2 투공(9)이 형성되어 있다. 반도체 레이저(3)에는, 예를 들면, 400nm부근, 또는 이로부터 자외측(紫外側)의 발광 파장 대역을 갖는 반도체 레이저가 사용되고 있다.
중계 기판(5)은, 반도체 레이저(3)의 발광 파장에서 흡수 특성을 갖는 재료를 모재로 하여 형성되어 있다. 이러한 4OOnm 부근, 또는 이로부터 자외측의 파장의 광을 흡수하는 특성을 갖는 재료로서는, 알루미나, 질화 알루미늄, 또는, 유리 에폭시 중 어느 하나의 세라믹 재료, 또는 실리콘, 갈륨-비소, 인듐-인, 또는 징크 셀렌(ZnSe)의 어느 하나의 반도체 재료를 사용할 수 있다. 이러한 재료를 사용하여 형성된 중계 기판(5)에는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 광디스크로부터의 귀환광을 통하기 위한 제3 투공(透孔)(6)이 형성되어 있다.
중계 기판(5)에 형성되는 제3 투공(6)은, 적어도 수광 소자(4)의 수광부 전체를 기판(1)의 일면측에 임하게 할 수 있는 크기로 형성되어 있다. 또한, 제3 투공(6)은, 중계 기판(5) 상에 중첩되도록 설치되는 수광 소자(4)에 형성한 위치 결정을 위한 마커를 임하게 하는 크기로 하면, 조립 공정을 용이하게하고, 조립에서 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
중계 기판(5)의 일면에는, 도전성을 갖는 부분으로서 배선(7)이 형성되어 있다. 배선(7)은, 니켈(Ni)을 베이스 메탈로 하고, 그 위에 금(Au)을 피착하고 있다. 배선(7)을 구성하는 재료에는, 금(Au), 니켈(Ni) 외, 은(Ag), 텅스텐(W), 알루미늄(A1) 등을 사용할 수 있다.
중계 기판(5)의 배선(7)이 설치된 일면에는, 이 중계 기판(5) 상에 형성되는 수광 소자(4)의 형성 위치의 위치 결정을 도모하기 위한 마커(7a)가 형성되어 있다.
본 발명에 관한 복합 광학 소자 및 수광 소자 장치를 구성하는 수광 소자(4)는, 미리 중계 기판(5)에 장착되어 있다.
수광 소자(4)를 중계 기판(5)에 장착하기 위해서는, 먼저, 도 11에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(4)에 형성된, 예를 들면, 알루미늄(Al)으로 이루어지는 전극 단자 상에, 예를 들면, 와이어 본더(201)를 사용하여, 초음파혼(207)으로부터 인가 되는 초음파에 의해, 금(Au)의 와이어 볼 범프(10)를 형성한다. 금은, 금 와이어(Au 와이어)(202)로서 수광 소자(4) 상에 공급된다. 이 때, 온도 조절이 부가된 스테이지(203)에 수광 소자(4)를 탑재하고, 수광 소자(4) 전체를 100˚C이상으로 가열함으로써 와이어 볼 범프(10)가 양호하게 형성된다.
다음에, 도 12에 나타낸 바와 같이, 각 와이어 볼 범프(10)의 높이를 갖추기 위해, 수광 소자(4)를 프레스용 기대(基臺)(204)에 탑재하고, 평탄성이 양호한 평판형의 프레스판(205)을 사용하여 프레스 처리를 한다. 이 때, 프레스판(205)의 수광 소자(4)에 대한 강하량은, 프레스용 기대(204) 상에 탑재한 스페이서(206)에 의해 규제된다.
다음에, 도 13에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(5)에, 와이어 볼 범프(10)가 형성된 수광 소자(4)를 접합한다. 이 접합, 즉 범프 접합은, 초음파 혼(207)에 의해 흡착 콜렛(208)을 통하여 수광 소자(4)를 지지하고, 100˚C정도로 가열한 온도 조절이 부가된 스테이지(203)에 탑재된 중계 기판(5)에 대하여, 이 수광 소자(4)를 가압하여 초음파 진동시킴으로써 행한다.
이 때, 중계 기판(5) 및 수광 소자(4)에, 위치 맞춤용의 마커를 형성하여 두고, 이 마커에 따라 위치 결정을 행할 수 있다. 이 위치 결정은, 대향된 중계 기판(5) 및 수광 소자(4) 사이에 배치된 위치 결정용 프리즘(209) 및 프리즘(210)을 통하여, CCD 카메라(212)에 의해, 중계 기판(5)의 마커와 수광 소자(4)의 마커를 동시에 관찰함으로써 행한다. 위치 결정용 프리즘(209)은, 중계 기판(5)에 향한 경사면과 수광 소자(4)에 향한 경사면을 가지고 있고, 중계 기판(5)으로부터의 광 과 수광 소자(4)로부터의 광을, 동시에 CCD 카메라(212)에 도달시킨다.
이 접합에 있어서, 중계 기판(5)의 배선(7) 상에 수광 소자(4)의 와이어 볼 범프(10)가 확실하게 접하게 할 필요가 있다. 배선(7)에 와이어 볼 범프(10)가 확실하게 접하도록 하기 위해서는, 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(5)의 배선(7)의 폭 W1를 100μm로 하고, 와이어 볼 범프(l0)의 지름 R1를 60μm로 한다고 한 바와 같이, 배선(7)의 폭 W1를 와이어 볼 범프(10)의 지름 R1 보다 넓게 해 두면, 위치 맞춤 공정이 용이해진다. 즉, 와이어 볼 범프(10)의 피치 P1와 배선(7)의 피치 P2를 동등하게 해두면, 배선(7)의 폭 W1와 와이어 볼 범프(1O)의 지름 R1와의 차이가, 접합시의 위치 어긋남 폭 W2가 된다.
위치 결정 후, 도 13에 나타낸 바와 같이, 초음파 혼(207)에 접속된 흡착 콜렛(208)을 통하여, 수광 소자(4)의 배면으로부터 초음파를 인가한다. 이 초음파에 의해, 초음파 공정에 의해, 와이어 볼 범프(10)와 배선(7)과는, 전기적으로 또한 기계적으로 접합된다.
이 접합에 있어서, 수광 소자(4) 및 중계 기판(5)의 네 코너 부분에, 자외선(UV) 경화형 수지를 소량 공급하여 경화시킴으로써, 이들 수광 소자(4)와 중계 기판(5)이 한층 견고한 접합 강도를 가지고 접합된다. 단, 자외선 경화형 수지는, 수광 소자(4)의 수광부에는 도달하지 않도록 공급할 필요가 있다.
그리고, 수광 소자(4)와 중계 기판(5)과의 접합에는, 이방성 도전 재료는 사 용하지 않는 것이 바람직하다. 이방성 도전 재료에는, 액상, 막상의 것이 있지만, 액상의 것은, 일반적으로는 칙소성이 낮고, 수광 소자(4)의 전체에 퍼져 버릴 것이 예상된다. 즉, 이방성 도전 재료는, 수광 소자(4)의 수광부에까지 도달해 버릴 우려가 있다. 이방성 도전 재료에는, 진공과는 상이한 굴절률을 가지고, 광의 흡수를 수반하는 것도 있다. 이방성 도전 재료가 수광 소자(4)의 수광부에 도달하고 있는 경우에는, 이방성 도전 재료의 광의 흡수에 의해, 발광 소자(4)에 있어서의 광검출 신호의 강도가 약해져, 이방성 도전 재료의 굴절률이 진공과 상이하므로, 광학 거리가 변조되게 된다. 이 경우에는, 수광 소자(4)의 수광부에 도달한 이방성 도전 재료의 막두께를 제어할 필요가 있지만, 이러한 제어는 곤란하므로, 이방성 도전 재료는 사용하지 않는 것이 바람직하다.
중계 기판(5)이, 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 발광 파장의 광에 대해 흡수 특성을 가지지 않는 재료, 즉, 반도체 레이저(3)로부터 출사한 광을 투과시키는 특성을 갖는 투명한 재료를 모재로 하여 형성되는 경우에는, 도 15 (A)에 나타낸 바와 같이, 전술한 것 같은 투공을 형성할 필요가 없다. 이 경우에는, 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 광의 발광 파장에 따라 중계 기판(5)의 각 면(5a),(5b) 또는 어느 한쪽 면에, 무반사 코트(AR코트)층을 행하는 일이 바람직하다. 여기서, 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 발광 파장의 광에 대해 흡수 특성을 가지지 않는 재료로서는, 사파이어, 광학 유리, 합성 수지 재료, III족 질화물 반도체, 산화 아연, 산화 실리콘의 어느 것이든 사용할 수 있다.
이 투명한 중계 기판(5) 상에는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 전술한 중계 기판(5)과 마찬가지로, 범프용 전극부(17a)를 포함하는 배선(7)이 형성되어 있다. 이 배선(7)은, 수광 소자(4)와 전술한 바와 같은 범프 접합을 행하기 위한 범프용 전극부(17a)와, 외부와의 접속을 하기 위한 단자부(17b)를 전기적으로 접속하도록 형성되어 있다.
이 경우에도, 전술한 중계 기판(5)과 마찬가지로, 도 15 (B)에 나타낸 수광 소자(4)가 범프 접합된다. 수광 소자(4)의 한쪽 면측에는, 수광부(4a)가 설치되고, 주위 에지부에 와이어 볼 범프(10)가 형성되는 다수의 접속용의 전극(4b)이 형성되어 있다.
중계 기판(5)과 수광 소자(4)는, 도 15 (C)에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(5)의 배선(7)에 형성된 면과 수광 소자(4)의 와이어 볼 범프(10)가 형성된 전극(4b)이 형성된 면을 대향시켜 맞댈 수 있다. 도 15 (C) 에 나타낸 바와 같이 맞댈 수 있었던 중계 기판(5)과 수광 소자(4)는, 도 15 (D) 에 나타낸 바와 같이, 양면으로부터 가압되고, 와이어 볼 범프(10)를 통하여 수광 소자(4) 측의 전극(4b)과 중계 기판(5) 측의 범프용 전극부(17a)를 전기적으로 접속하는 동시에 기계적으로 접합된다.
서로 접합된 중계 기판(5)과 수광 소자(4)는, 도 15 (E) 및 도 15 (F)에 나타낸 바와 같이, 서로의 접합부의 주위를 접착제 또는 저융점 유리(12) 등의 밀봉 재료를 사용하여 덮는 것에 의해 접합부로부터 내측을 밀봉한다. 수광 소자(4)의 외측면은, 합성 수지나 테이프 등으로 덮는 것에 의해 보호하도록 해도 된다.
이와 같이 하여, 중계 기판(5)에 수광 소자(4)가 실장되어 서로의 접합부가 저융점 유리(12)등의 밀봉 재료에 의해 밀봉됨으로써, 도 15 (F)에 나타낸 바와 같은 수광 유닛(11)이 구성된다.
다음에, 도 17에 나타낸 바와 같이, 광학 소자(2) 및 반도체 레이저(3)가 장착된 기판(1)에 대해서, 도 18에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(4)와 중계 기판(5)을 일체화시킨 수광 유닛(11)을 장착한다. 광학 소자(2) 및 반도체 레이저 (3)는, 기판(1)에 대해 접착에 의해 장착된다. 이 접착은, 후의 공정에서 떼어낼 수 있도록 한, 이른바, 임시 부착이라도 된다. 사용할 접착제로서는 예를 들면, 은(Ag) 페이스트, 열경화형 수지, 자외선(UV) 경화형 수지 등을 들 수 있다. 그리고, 접착시에 있어서의 열변형을 억제하기 위해서는, 저온열 경화형 수지, 또는, 자외선 경화형 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
수광 유닛(11)은, 광학 소자(2) 및 반도체 레이저(3)가 장착된 기판(1)에 대한 위치 결정을 행하고 나서, 기판(1)에 접착하여 장착한다. 이 위치 결정은, 마커를 사용한 위치 결정을 행하는 패시브 얼라이먼트라도 되지만, 위치 정밀도를 높이기 위해서는, 반도체 레이저(3)를 발광시켜, 수광 유닛(11)으로부터의 출력 신호를 보면서 위치 결정을 행하는 액티브 얼라이먼트를 채용하는 것이 바람직하다.
액티브 얼라인먼트를 행하는 경우에는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저(3)를 발광시켜, 더미 디스크(220)를 사용하여, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 광속 L1를 반사시켜 귀환 광속 L2로 하여 수광 유닛(11) 측으로 되돌린다. 이 때, 수광 유닛(11)을 콜렛(219)에 지지하고, 중계 기판(5)을 기판(1)에 접촉시키는 상태로 위치시킨다. 수광 유닛(11)의 서로 직교하는 X방향, Y방향, Z방향의 3방향의 위치 조정은, 수광 유닛(11)으로부터의 출력 신호를 모니터하면서, 항상 기판(1)에 접촉시킨 상태로, 수광 유닛(11)을 이동시킴으로써 행한다. 수광 유닛(11)이 항상 기판(1)에 접촉하고 있으므로, 더미 디스크(220)로부터 수광 소자(4)의 수광면까지의 광로 길이는, 항상 일정하게 유지된다.
수광 유닛(11)을 지지하는 콜렛(219)은, 도 20에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(5)의 주위를 지지하는 동시에, 수광 소자(4)로부터의 출력 신호를 꺼내기 위한 프로브(211)를 가지고 있다.
이 조정에 있어서 모니터하는 신호는, 수광 소자(4)에 있어서의 수광부의 배치에 따라서 상이하다. 예를 들면, 수광 소자(4)의 수광부가, 도 21에 나타낸 바와 같이, 더미 디스크(220)에 입사되고 이 더미 디스크(220)에 의해 반사된 귀환광을 방사형으로 4분할하여 수광하는 수광부 A, B, C, D에 의해 비점 격차법에 따르는 포커스 에러 신호를 검출하고, 이들 수광부 A, B, C, D의 양측의 각각 귀환광을 평행을 3분할하여 수광하는 수광부 E, I, F, 수광부 G, J, H에 있어서, 푸시풀법에 따른 트래킹 에러 신호를 검출하고, 또한 남은 2개의 수광부 K, L에 의해, 차동 검출을 행하여 RF신호를 검출하는 수광부인 경우, 각 수광부로부터의 광검출 출력을 이용한 이하의 연산 결과에 따라서, 수광 유닛(11)의 위치 조정을 행할 수 있다. 즉, 기록 매체 상의 기록 트랙에 따른 방향인 도 21 중 X방향에 대해서는 이하의 연산을 이용한다.
(A+D)-(B+C)
기록 매체의 기록 트랙에 직교하는 방향인 도 21 중 Y방향에 대해서는, 이하의 연산을 사용한다.
(A+B)-(D+C)
또는,
(E+G)-(F+H)
반도체 레이저(3)로부터 출사된 광속의 광축 방향인 도 21 중 Z방향의 조정은, 반도체 레이저(3)을 광축 방향으로 이동시키거나, 또는 수광 유닛(11) 및 기판(1)의 사이에 투공을 갖는 스페이서를 개재시킴으로써 행할 수 있다. 그리고, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 광속을 90˚편향시켜 기판(1) 측에 입사시키는 프리즘이 기판(1)에 장착되어 있는 경우에는, 도 21 중 Z방향의 조정은, 반도체 레이저(3)를 기판(1)의 주면에 따라 이동시키는 것에 의해 행할 수 있다.
그리고, 복합 광학 소자를 구성하는 수광 소자(4)의 수광부의 패턴은, 여러 가지의 것이 사용되고, 액티브 얼라인먼트에 있어서 모니터하는 신호를 얻기 위한 연산은, 수광부의 패턴에 따라 적당히 결정된다.
다음에, 중계 기판(5)을 제조하는 공정을 설명한다.
중계 기판(5)를 제조하려면 , 먼저 중계 기판(5)을 구성하는 재료인 모재가, 알루미나, 질화 알루미늄, 또는 유리 에폭시의 어느 세라믹 재료인 경우에는, 이들의 재료는 가시 광선 대역의 광을 투과시키지 않기 때문에, 도 22에 나타낸 바와 같이, 먼저, 스텝 st1에 있어서, 복수매의 중계 기판(5)이 연속된 상태의 재료에 구멍을 뚫어, 개개의 중계 기판(5)으로 분리하기 위한 홈을 형성하여 둔다. 다음 에, 스텝 st2에 있어서, 배선(7)의 베이스층을 구성하는 알루미늄 또는 니켈을 인쇄에 의해 형성하고, 스텝 st3에 있어서, 이 베이스층을 소결시킨다. 다음의 스텝 st4에 있어서는, 배선(7)의 베이스층 상에 금 등의 상 배선재를 도금법에 의해 형성한다. 스텝 st5에 있어서, 개개의 중계 기판(5)으로 분리한다. 여기서 사용하는 세라믹 재료는, 염가이며, 두께를 얇게 해도 강도가 강하다고 하는 이점을 가진다.
중계 기판(5)을 이루는 재료, 즉 모재가, 실리콘(Si), 갈륨-비소(GaAs), 인듐-인(InP), 또는 징크셀렌(ZnSe) 중 어느 하나의 반도체 재료인 경우에는, 도 23에 나타낸 바와 같이, 이른바 드라이에칭 방법에 따라 배선(7)을 형성한다. 이들 반도체 재료는, 모두 일반적인 반도체 제조 공정에 있어서 사용되는 재료이므로, 이 재료를 사용하는 것은, 가공 프로세스가 확립되어 있다고 하는 이점이 있다. 즉, 스텝 st11에 있어서, 구멍뚫기용의 마스크를 형성하여 두고, 스텝 st12에 있어서, 복수매의 중계 기판(5)이 연결된 상태의 웨이퍼에 대해, 드라이 에칭에 의한 구멍뚫기를 행한다. 다음에, 스텝 st13 내지 스텝 st15에 있어서, 배선 패턴 및 마커의 인쇄, 증착, 리프트 오프를 행하고, 배선(7) 및 마커(7a)를 형성한다. 스텝 st16에 있어서, 다이서 컷에 의해, 개개의 중계 기판(5)으로 분리한다.
여기서 사용하는 반도체 재료는, 벽개성(劈開性)이 있으므로, 웨이퍼 상에 있어서 복수의 중계 기판을 만들어, 후에 개개의 중계 기판(5)으로 분리하는 것이 용이하다. 이 공정은, 일반적인 다이서 공정이라도 되고, 상처를 내어 브레이크하는 벽개 공정이라도 된다. 반도체 재료를 사용한 포토리소그라피의 공정도 반도체 제조 공정에 있어서 이미 확립되어 있고, 배선(7)의 선폭, 피치 및 두께를 고정밀 도로 제어할 수 있다. 배선(7)의 사이즈 정밀도, 중계 기판(5)의 사이즈 정밀도가 낮은, 즉 공차가 크면, 기판(1)에 있어서도 그 공차에 따른 마진을 취할 필요가 있기 때문에, 기판(1)이 커져 버린다. 기판이 커지면, 복합 광학 소자의 전체의 크기도 커져 버린다. 따라서, 배선(7)의 사이즈 정밀도, 중계 기판(5)의 사이즈 정밀도가 높으므로, 기판(1)을 작게 할 수 있어, 복합 광학 소자의 전체를 작게 할 수 있다.
본 발명을 구성하는 중계 기판(5)에 사용되는 반도체 재료는, 밴드 갭 이하의 광을 흡수하는 것이 없기 때문에, 광원인 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 광의 발광 파장이 이 밴드 갭 이하인 경우는, 중계 기판(5)에 투공(6)을 설치할 필요는 없다.
또한, 중계 기판(5)을 구성하는 재료인 모재가, 사파이어, 광학 유리, 합성 수지 재료, III족 질화물 반도체, 산화 아연, 산화 실리콘 중 어느 하나이며, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 광의 파장 대역의 광을 흡수하지 않는 재료인 경우에도, 중계 기판(5)에 투공(6)을 형성할 필요는 없다. 이 경우, 중계 기판(5)을 제조하기 위해서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 스텝 st21 내지 스텝 st23에서, 복수매의 중계 기판(5)이 연속된 상태의 웨이퍼에 대하여, 배선 패턴 및 마커의 인쇄, 증착, 리프트 오프의 각 공정을 행하여, 배선(7) 및 마커를 형성한다. 스텝t24에 있어서, 다이서 컷에 의해 개개의 중계 기판(5)으로 분리한다.
전술한 각 예에 있어서는, 수광 소자(4)에의 와이어 볼 범프(10)의 형성은, 수광 소자(4)의 개개로 대하여 행하고 있지만, 와이어 볼 범프(1O)는, 복수의 수광 소자(4)가 늘어선 상태의 웨이퍼 상에서 형성하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 전술한 각 예에 있어서는, 수광 소자(4)와 중계 기판(5)과의 접합도, 개개의 수광 소자(4) 및 중계 기판(5) 사이에 행하고 있지만, 모두 웨이퍼 상태, 또는 이들의 어느 한쪽이 웨이퍼 상태에서 행해도 된다. 오히려, 생산성의 관점으로부터는, 웨이퍼 상태로 행하는 것이 바람직하다.
전술한 예에 있어서는, 수광 소자(4)에 와이어 볼 범프(10)를 형성하고, 중계 기판(5)에 배선(7)을 형성하고 있지만, 수광 소자(4)에 배선(7)을 형성하고, 중계 기판(5)에 와이어 볼 범프(10)를 형성하도록 해도 된다.
또한, 전술한 예에서는, 광원으로서 반도체 레이저(3)를 사용하고 있지만, 본 발명에 사용하는 광원의 종류는 반도체 레이저에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 유기 재료를 사용한 발광 소자 등이라도 된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 복합 광학 소자 또는 수광 소자 장치는, 기판과, 이 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와, 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자, 또는 수광 소자와, 기판과 수광 소자 사이에 개재된 중계 부재를 구비하고, 이 중계 부재가, 수광 소자에 입사하는 광속을 투과시키기 위한 구멍을 가지거나, 또는 발광 소자로부터 출사되는 광의 발광 파장을 흡수하지 않는 특성을 갖는 투명 재료로 이루어지는 모재에 의해 형성되고, 도전성을 갖는 부분을 가지고, 이 도전성을 갖는 부분에 의해 수광 소자의 단자와 기판 상의 도체 패턴을 접속시키고 있으므로, 수광 소자로부터의 광검출 출력을 모니 터하면서 위치 결정을 행하는 액티브 얼라인먼트를 용이하게 행할 수 있고, 수광 소자의 마운트 정밀도를 향상시킬 수 있다. 수광 소자의 마운트 정밀도의 향상에 의해, 광원의 단파장화에 따른 정밀도의 향상을 실현할 수 있어, 복잡한 신호 검출을 채용하는 광학 픽업 장치에도 용이하게 대응할 수 있다.
본 발명에 관한 복합 광학 소자 또는 수광 소자 장치를 제조하는데 있어서는, 종래부터 사용되고 있는 기존의 설비를 사용하는 것이 생기기 때문에, 제조 코스트를 증가시키지 않고 제조할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판과,
    상기 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와,
    상기 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와,
    상기 기판과 상기 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재
    를 포함하며,
    상기 중간 부재는 상기 발광 소자가 발하는 광의 발광 파장에서 흡수 특성을 갖는 재료로 형성되는 동시에 상기 수광 소자에 입사하는 광속(光束)을 투과하기 위한 구멍 및 도전성을 갖는 부분을 가지며, 상기 도전성을 갖는 부분에 의해 상기 수광 소자의 단자와 상기 기판 상의 도체 패턴이 접속되는,
    복합 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 부재는 알루미나, 질화 알루미늄, 또는 유리 에폭시 중 어느 하나의 재료로 형성되는, 복합 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중간 부재는 실리콘, 갈륨-비소, 인듐-인, 또는 징크셀렌(ZnSe) 중 어느 하나의 재료로 형성되는, 복합 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간 부재에는 도전성을 갖는 부분에 접속되는 전극 패드가 형성되며,
    상기 수광 소자에는 단자에 접속되는 전극 패드가 형성되고,
    상기 중간 부재의 전극 패드와 상기 수광 소자의 전극 패드는 플립칩 본드에 의해 상기 수광 소자의 수광면이 상기 중간 부재 측으로 향한 상태로 접합되는, 복합 광학 소자.
  5. 기판과,
    상기 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와,
    상기 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와,
    상기 기판과 상기 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재
    를 포함하며,
    상기 중간 부재는 상기 발광 소자가 발하는 광의 발광 파장에서 흡수 특성이 없는 투명 재료로 형성되는 동시에 도전성을 갖는 부분을 가지며, 상기 도전성을 갖는 부분에 의해 상기 수광 소자의 단자와 상기 기판 상의 도체 패턴이 접속되는, 복합 광학 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중간 부재는 사파이어, 광학 유리, 합성 수지 재료, III족 질화물 반도체, 산화 아연, SiC 중 어느 하나의 재료로 형성되는, 복합 광학 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 중간 부재의 적어도 한쪽 면에는 상기 발광 소자가 발하는 광의 발광 파장의 광에 대하여 무반사가 되는 AR 코트막이 형성되는, 복합 광학 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 중간 부재에는 도전성을 갖는 부분에 접속되는 전극 패드가 형성되며,
    상기 수광 소자에는 단자에 접속되는 전극 패드가 형성되고,
    상기 중간 부재의 전극 패드와 상기 수광 소자의 전극 패드는 플립칩 본드에 의해 상기 수광 소자의 수광면이 상기 중간 부재 측으로 향한 상태로 접합되는, 복합 광학 소자.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 중간 부재와 상기 수광 소자 사이가 밀봉 재료에 의해 밀봉되어 있는, 복합 광학 소자.
  10. 기판과,
    상기 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와,
    상기 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와,
    상기 기판과 상기 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재
    를 포함하며,
    상기 중간 부재는 상기 발광 소자가 발하는 광의 발광 파장에서 흡수 특성이 없는 투명 재료로 형성되는 동시에 도전성을 갖는 부분을 가지며, 상기 도전성을 갖는 부분에 의해 상기 수광 소자의 단자와 상기 기판 상의 도체 패턴이 접속되는,
    수광 소자 장치.
  11. 도체 패턴을 갖는 기판의 일면에 적어도 하나의 광학 소자를 장착하고,
    상기 기판의 다른 면에 발광 소자를 장착하며,
    이어서, 수광 소자에 입사하는 광속이 통과하기 위한 구멍 및 도전성을 갖는 부분을 가지며 상기 기판과 상기 수광 소자 사이에 개재되는 중간 부재에 상기 수광 소자를 위치 결정하여 장착하며,
    그 후, 상기 기판의 다른 면에 상기 중간 부재를 장착하고,
    상기 중간 부재의 도전성을 갖는 부분에 의해 상기 수광 소자의 단자와 상기 기판 상의 도체 패턴을 접속시키는,
    복합 광학 소자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광학 소자는 상기 기판에 설치되어 상기 발광 소자가 발한 광속을 투과시키기 위한 투공(透孔)을 기준으로 상기 기판에 대한 위치를 결정하여 장착하는, 복합 광학 소자의 제조 방법.
  13. 발광 소자 및 수광 소자에 적어도 하나의 광학 소자를 더하여 일체화된 복합 광학 소자를 구비하는 광학 픽업 장치로서,
    상기 복합 광학 소자는,
    기판과,
    상기 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와,
    상기 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와,
    상기 기판과 상기 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재
    를 포함하며,
    상기 중간 부재를 이루는 모재는, 상기 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성을 가지는 재료로 형성되고,
    상기 중간 부재는, 상기 수광 소자에 입사하는 광속(光束)이 통과하기 위한 구멍 및 도전성을 갖는 부분을 가지며, 상기 도전성을 갖는 부분에 의해 상기 수광 소자의 단자와 상기 기판 상의 도체 패턴이 접속되어 있는,
    광학 픽업 장치.
  14. 발광 소자 및 수광 소자에 적어도 하나의 광학 소자를 더하여 일체화된 복합 광학 소자를 구비하는 광학 픽업 장치로서,
    상기 복합 광학 소자는,
    기판과,
    상기 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와,
    상기 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와,
    상기 기판과 상기 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재
    를 포함하며,
    상기 중간 부재는, 상기 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성이 없는 투명 재료인 모재로 이루어지고, 도전성을 갖는 부분을 가지며, 상기 도전성을 갖는 부분에 의해 상기 수광 소자의 단자와 상기 기판 상의 도체 패턴을 접속시키고 있는,
    광학 픽업 장치.
  15. 발광 소자 및 수광 소자에 적어도 하나의 광학 소자를 더하여 일체화된 복합 광학 소자를 구비하는 광학 픽업 장치를 포함하는 광디스크 장치로서,
    상기 복합 광학 소자는,
    기판과,
    상기 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와,
    상기 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와,
    상기 기판과 상기 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재
    를 포함하며,
    상기 중간 부재를 이루는 모재는, 상기 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성을 가지는 재료로 형성되고,
    상기 중간 부재는, 상기 수광 소자에 입사하는 광속(光束)이 통과하기 위한 구멍 및 도전성을 갖는 부분을 가지며, 상기 도전성을 갖는 부분에 의해 상기 수광 소자의 단자와 상기 기판 상의 도체 패턴이 접속되어 있는,
    광디스크 장치.
  16. 발광 소자 및 수광 소자에 적어도 하나의 광학 소자를 더하여 일체화된 복합 광학 소자를 구비하는 광학 픽업 장치를 포함하는 광디스크 장치로서,
    상기 복합 광학 소자는,
    기판과,
    상기 기판의 일면에 장착된 적어도 하나의 광학 소자와,
    상기 기판의 다른 면에 장착된 발광 소자 및 수광 소자와,
    상기 기판과 상기 수광 소자 사이에 개재된 중간 부재
    를 포함하며,
    상기 중간 부재는, 상기 발광 소자의 발광 파장에서 흡수 특성이 없는 투명 재료인 모재로 이루어지고, 도전성을 갖는 부분을 가지며, 상기 도전성을 갖는 부분에 의해 상기 수광 소자의 단자와 상기 기판 상의 도체 패턴을 접속시키고 있는,
    광디스크 장치.
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