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WO2003028117A1 - Composite optical element and light receiving element device - Google Patents

Composite optical element and light receiving element device Download PDF

Info

Publication number
WO2003028117A1
WO2003028117A1 PCT/JP2002/009647 JP0209647W WO03028117A1 WO 2003028117 A1 WO2003028117 A1 WO 2003028117A1 JP 0209647 W JP0209647 W JP 0209647W WO 03028117 A1 WO03028117 A1 WO 03028117A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light receiving
light
substrate
receiving element
intermediate member
Prior art date
Application number
PCT/JP2002/009647
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hiroshi Yoshida
Tadashi Taniguchi
Masafumi Ozawa
Original Assignee
Sony Corporation
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 Sony Corporation filed Critical Sony Corporation
Priority to US10/416,720 priority Critical patent/US6853042B2/en
Priority to KR1020037007709A priority patent/KR100904245B1/ko
Publication of WO2003028117A1 publication Critical patent/WO2003028117A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • G11B7/1369—Active plates, e.g. liquid crystal panels or electrostrictive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • G—PHYSICS
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/123—Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate
    • G—PHYSICS
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
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    • G11B7/22—Apparatus or processes for the manufacture of optical heads, e.g. assembly
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector

Definitions

  • the present invention relates to an optical pickup device for writing an information signal on an optical recording medium such as an optical disk; or reading an information signal recorded on an optical recording medium.
  • the present invention relates to a composite optical element and a light receiving element device to be used.
  • Background technology Conventionally, in a recording / reproducing system that uses an optical disk such as a CD (Compact Disk), a so-called MD (a small-diameter magneto-optical disk with a diameter of 64 mm) or a DVD (Digital Versatile Disk) as a recording medium. Therefore, there is a demand for further miniaturization and weight reduction of the equipment as well as cost reduction. To meet such demands, individual components must be small, light, and inexpensive to manufacture.
  • the optical pickup device for an optical disk as described above integrates a semiconductor laser as a light source and a light receiving element such as a pin diode made of silicon (Si) as a base material, thereby reducing the size of the device itself. In addition, the weight is reduced and the price is reduced.
  • the light receiving element used in this optical pickup device receives the light reflected from the optical disk, converts the electric light into an electric signal, and incorporates an integrated circuit for processing and calculating the received light signal.
  • PDIC light-receiving device
  • a light source and a light-receiving element constituting the optical pickup device are integrated with optical components such as a prism, a lens, a diffraction grating, and a hologram to enable miniaturization.
  • optical components such as a prism, a lens, a diffraction grating, and a hologram to enable miniaturization.
  • these composite optical element has semiconductor lasers 101 and PD ICs 102, and optical elements such as lenses, prisms, diffraction gratings, and holograms arranged on a substrate 104. Or mechanically connected.
  • the semiconductor laser 101 is mounted on the submount 101a by a chip mounting process.
  • the submount 101a is attached to the PDIC 102 by die bonding.
  • the connection terminals of the submount 101a are electrically connected to the wiring pads of the PDIC substrate 102a constituting the PDIC 102.
  • a marker 102c indicating the position of the submount 101a is provided on the PDIC board 102a.
  • the submount 101a is attached by positioning the marker 101b provided on the submount 101a itself to the marker 102c so that the attachment position with respect to the PDIC board 102a is determined.
  • the light receiving element 102b is mounted on the PDIC 102 substrate of the PDIC 102.
  • the prism 103 is mounted on the PD IC 102 by a prism mounting process.
  • the PDIC 102 is mounted on the substrate 104 by a PDIC mounting process.
  • a marker 104a serving as a mark of the position is further provided in advance on the substrate 104 and each component, and the marker 104a is used as a reference for the alignment with respect to the substrate 104.
  • Each part is attached.
  • Such a positioning method is called “passive alignment”.
  • the accuracy of the composite optical element is determined by the accuracy of the positioning (alignment) process of each component with respect to the substrate.
  • the substrate 104 is provided with an electrode 104b for electrically connecting the PDIC 102.
  • the PDIC 102 and the electrode 104b are electrically connected by wire bonding, as indicated by arrows in FIG.
  • the components that make up the composite optical element are basically a semiconductor laser (light source) 101, a signal recording surface of an optical disk 107, and a light receiving section of a light receiving element 102b.
  • a semiconductor laser (light source) 101 is arranged so as to be mirror image point positions with respect to each other via the reflecting surface of the prism 103.
  • the positions of the parts are arranged so that they are offset from each other. If you do.
  • the luminous flux emitted from the semiconductor laser 101 is a diffused luminous flux, and is light that is slightly focused on the semiconductor laser side.
  • the light beam emitted from the semiconductor laser 101 is converted into a parallel light beam by the collimating lens 105 and condensed on the signal recording surface of the optical disk 107 by the objective lens 106.
  • the movement of the objective lens 106 is controlled in the forcing direction parallel to the optical axis so that the focus is always focused on the signal recording surface of the optical disk 107.
  • the light irradiated on the signal recording surface of the optical disc 107 is reflected by this signal recording surface, passes through the objective lens 106, the collimator lens 105, and the prism 103, and passes through the lens 10
  • the light is condensed by 8, 10 9 and returns to the light receiving element 102 b.
  • Each optical element is arranged such that the return light from the signal recording surface of the optical disk 107 is focused on the light receiving section of the light receiving element 102b. That is, in the semiconductor laser 101, the signal recording surface of the optical disk 107, and the light receiving portion of the light receiving element 102b, light is at the focal position. From this, it can be said that the light source, the signal recording surface, and the light receiving section are at the mirror image point position.
  • This composite optical element is not focused at the same time because the optical distances from the lens 110 to the respective light receiving sections are different from each other. However, it is possible to obtain a focus error signal, a tracking error signal, a reflection signal (RF signal) based on a returning light beam read from an optical disc, and the like to a practically acceptable level.
  • a focus error signal a tracking error signal
  • a reflection signal RF signal
  • the emission wavelength of a light source used in an optical pickup device has been shortened.
  • Read-only optical disk formed on a disc substrate phase-change optical disk with a phase-change recording layer to enable recording and reproduction of information signals
  • magneto-optical recording layer to enable recording and reproduction of information signals
  • Optical disks such as magneto-optical disks have been proposed.
  • Read-only optical disks and phase-change optical disks are provided with areas having different reflectivities in accordance with information signals recorded on the optical disks, and light flux reflected from the areas is provided.
  • the recorded information signal is read by detecting a change in light intensity due to a difference in reflectance of the information.
  • the recorded information signal is read based on the difference in the polarization angle of the return light using the magnetic Kerr effect in the magneto-optical recording layer.
  • optical pickup devices used for reading information signals from these optical disks are also required to be compatible with the respective systems.
  • These optical pickup devices are configured to use different composite optical elements so as to correspond to each optical disk having a different recording method.
  • a light receiving element 102 b of an optical pickup device used for reading out an information signal from a read-only optical disk on which an information signal is recorded by a pit pattern includes a focus error signal and an RF signal. It suffices if there is one 4-split light-receiving part 1 1 1 for detection and two light-receiving parts 1 1 2 and -1 1 3 for tracking error signal detection arranged at the position between them. ⁇
  • the configuration of the optical element for causing the return light from the optical disk to enter these light receiving sections is also simple.
  • FIG. 1 shows an optical pickup device used for reading out an information signal from a read-only optical disk on which an information signal is recorded by a pit pattern.
  • the light receiving element 102 b of the optical pickup device used to read out the information signal recorded on the magneto-optical disk has a focus error signal and an RF signal detection signal.
  • the light receiving sections 1 1 4 and 1 for detecting the light intensity for each different polarization state 15 is required. That is, since the magneto-optical signal is weak, it is necessary to perform differential detection using the two light receiving sections 1 14 and 1 15 on the light receiving element 102 b. The increase in the number of light receiving sections complicates the configuration of an optical element for causing return light from the optical disk to enter these light receiving sections.
  • the return light in order for the return light from the optical disk to enter these light receiving sections, the return light must be split into three light beams, and at least two prisms are required. You. At this time, the change in the polarization direction due to the magnetic Kerr effect is divided into P-polarized wave and S-polarized wave with respect to the reflecting surface of the prism. The light should be incident on one light-receiving part 114, and on the reflection surface of the other prism, the P-polarized wave should be reflected and incident on the other light-receiving part 115 of the light-receiving element 102b. Can be.
  • the structure of the composite optical element constituting the optical pickup device becomes complicated.
  • an optical pickup device used for reading an information signal of an optical disk such as a CD or a magneto-optical disk such as an MD in which an information signal is recorded by a pit pattern is provided with a light source that emits light having a wavelength of 780 nm.
  • Optical pickup devices used for DVDs use a light source that emits light with a wavelength of 65 nm
  • optical pickup devices used for optical discs capable of high-density recording include: A light source that emits light with a wavelength of 450 nm is used.
  • the imaginary part that is, the absorption is first concerned.
  • absorption of light having a wavelength shorter than around 400 nm is increased.
  • the light output of the light source needs to be higher to obtain the required return light, and furthermore, the optical element is deteriorated, which limits the degree of freedom in selecting the material of the optical element.
  • the diffraction angle becomes smaller as the light flux becomes shorter. For example, if the pitch of the diffraction grating is d, the diffraction angle 0 in this diffraction grating is expressed as follows.
  • n is the refractive index
  • the plurality of light receiving units formed on the PDIC need to be configured so that the light detection signal corresponding to the light beam incident on each light receiving unit can be detected independently for each size and interval. is there.
  • This is determined by the properties of the light receiving element and the fabrication process capability, and is not directly restricted by the wavelength of the light beam. That is, it can be said that the size and interval of each light receiving unit on the light receiving element are determined independently of the emission wavelength of the light source. Therefore, the size and the interval at which each light receiving unit can independently detect the light detection signal may be considered to be constant regardless of the emission wavelength of the light source.
  • the optical distance from the diffraction grating to each light-receiving unit must be increased in order to distribute the returned light to each light-receiving unit and receive the light. There is a risk that it will.
  • the allowable range is extremely narrow. It will be connected. In this case, it is impossible to adopt a configuration as described above in which the return light is condensed on a plurality of light receiving units by one lens. '
  • the alignment distance becomes longer because the optical distance becomes longer.
  • sufficient positioning cannot be performed. For example: If the optical distance from the diffraction grating to the light receiving unit is twice as large as the angle alignment accuracy with the same accuracy, the displacement between the light receiving unit and the optical spot is doubled. Such a positional shift between the light receiving unit and the light spot causes deterioration of the quality of the light detection signal to be detected, and in the worst case, it is expected that no detection signal is detected.
  • the signal detection system is complicated by the diversification of the optical disc and the increase in the recording density, and further, the assembly precision is required to be high.
  • optical elements such as lenses, prisms, and diffractive optical elements are mounted on one surface of the base substrate, and semiconductor lasers and light receiving elements as light sources are mounted on the other surface of the substrate. Perform double-sided mounting, and in the assembly process, Positioning (active alignment) is performed while observing the state of the light detection signal.
  • the substrate, the optical element, the semiconductor laser, and the light receiving element need to be in a form suitable for such a configuration and the assembling process.
  • a light transmitting hole 1 16 is provided in the substrate 104, and the light receiving portion 102 c of the light receiving element 102 b is reflected by the optical disk through the light transmitting hole 116. It is necessary to configure so that the returned light can be detected.
  • the light receiving element 102 b must be connected to the substrate 104 so that the light receiving portion 102 c faces the substrate 104.
  • the electric signal detected based on the return light received by the light receiving element 102b must be extracted out of the package of the composite optical element.
  • a first configuration therefor there is a configuration in which wiring is provided on the substrate 104 and terminals of the light receiving element are directly joined to the wiring.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-22853 and Japanese Patent Publication No. 2000-183833 a light-receiving element and a base are described.
  • a relay board for mediating the extraction of the electrode is interposed between the electrode and the pole.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-228585 describes a configuration in which a light receiving element and a relay substrate are joined with an anisotropic conductive material.
  • Japanese Patent Publication No. 2000-01883368 discloses a configuration in which an optical element is mounted on one side of a relay board and a light receiving element is flip-chip bonded to the other side.
  • a third configuration uses a light receiving element having a configuration in which a light receiving portion and an electrode terminal are formed on surfaces opposite to each other.
  • the chip of the light receiving element is mounted in a resin mold package, wire bonding is performed, and the light receiving section side is resin molded.
  • a light receiving element chip is mounted on a hollow package made of a resin mold or ceramic, wire-bonded, and then covered with a glass substrate or a synthetic resin flat plate.
  • the complex optical element and PDIC light-receiving device
  • the assembly process instead of the conventional passive alignment, However, it is necessary to perform an active alignment.
  • the third configuration can be said to be the simplest of the first to third configurations described above.
  • bonding is performed using, for example, a UV (ultraviolet) curing resin so that the light receiving surface of the light receiving element 102 b is in contact with the substrate 104.
  • a UV (ultraviolet) curing resin so that the light receiving surface of the light receiving element 102 b is in contact with the substrate 104.
  • electrodes for signal extraction on the surface opposite to the light receiving surface, signals can be extracted outside the package.
  • the light receiving element 102 b provided on the substrate 104 is connected to the wire bonding pad 104 c provided on the substrate 104 and the light receiving element 102.
  • the wire bonding pads 102 d By providing wire bonding between the provided wire bonding pads 102 d, they are electrically connected on the substrate 104.
  • the first configuration that is, in a configuration in which a light receiving element having a light receiving section and an electrode section on the same surface is directly flip-chip bonded to a substrate, assembly and position adjustment are performed while observing a light detection signal from the light receiving element. It is difficult to perform tip alignment.
  • a conductor such as 1 17 must be contacted.
  • the probe pins 11 1 b are placed between the light receiving element 102 b and the substrate 104 when adjusting the position of the light receiving element 102 b. There must be enough space for 7 to enter. If the substrate 104 and the light-receiving element 102b remain in contact, P picture 2/09647
  • Position adjustment of light receiving element 102 b cannot be performed. If a gap is provided between the light-receiving element 102b and the substrate 104 during the position adjustment of the light-receiving element 102b, the spot size on the light-receiving surface during position adjustment and after assembly Will be different. For this reason, the output signal obtained accurately at the time of adjustment changes after assembling, making accurate position adjustment difficult.
  • the first and third configurations are adopted for at least one optical element such as a lens, a prism, and a diffractive element, and for a composite optical element in which a light emitting element and a light receiving element are mounted on both sides of a substrate. It is extremely difficult to do.
  • the light-receiving element When the light-receiving element is sealed in a package (PKG), if a light source that emits light with a short emission wavelength of, for example, about 400 nm, such as a blue-violet laser, is used as the light source, Since many materials absorb light in the band, it is no longer possible to use synthetic resin materials conventionally used for infrared light or visible light (red to blue). In other words, in a configuration in which a light receiving element chip is mounted on a resin mold package, wire bonding is performed, and then the light receiving unit side is resin molded, it is necessary to use a molding resin having a high transmittance in a short wavelength region. However, there are no suitable materials in consideration of moldability, sealing properties, etc.
  • An object of the present invention is to provide a novel composite optical element and a light receiving device which can solve the problems of the conventional technology as described above.
  • the composite optical element according to the present invention includes: a substrate; at least one optical element mounted on one surface of the substrate; a light emitting element and a light receiving element mounted on another surface of the substrate; And an intermediate member interposed between the light receiving element and the intermediate member.
  • the base material is a material having absorption characteristics at the emission wavelength of the light emitting element, and the intermediate member has a hole and a conductive part through which a light beam incident on the light receiving element passes.
  • the terminal has the terminal of the light receiving element and the conductor pattern on the substrate connected to each other.
  • the intermediate member functions as a relay board that connects the terminal of the light receiving element and the conductor pattern on the board.
  • Another composite optical element includes: a substrate; at least one optical element mounted on one surface of the substrate; a light emitting element and a light receiving element mounted on another surface of the substrate; An intermediate member interposed between the light receiving element and the intermediate member.
  • the intermediate member is made of a base material that is a transparent material that does not have absorption characteristics at the emission wavelength of the light emitting element, that is, has transparency.
  • the conductive portion connects the terminal of the light receiving element to the conductor pattern on the substrate.
  • a light receiving device includes a substrate, at least one optical element mounted on one surface of the substrate, a light receiving device mounted on another surface of the substrate, a substrate and the light receiving device.
  • the terminal of the light receiving element and the conductor pattern on the substrate are connected by the conductive portion.
  • At least one optical element is attached to one surface of a substrate having a conductor pattern, a light emitting element is attached to the other surface of the substrate, and then incident on the light receiving element.
  • a light receiving element is positioned and attached to an intermediate member having a hole through which a light beam passes and a part having conductivity and interposed between the substrate and the light receiving element. It is manufactured by attaching a member and further connecting the terminal of the light receiving element and the conductor pattern on the substrate by the conductive part of the intermediate member.
  • FIG. 1 is a plan view showing a process of assembling a conventional composite optical element.
  • FIG. 2 is a side view showing an optical pickup device configured using a composite optical element.
  • FIG. 3 is a side view showing another example of the conventional composite optical element.
  • FIG. 4 is a plan view showing a pattern of a light receiving section of the light receiving element in the composite optical element.
  • FIG. 5 is a plan view showing another example of the pattern of the light receiving section of the light receiving element in the composite optical element.
  • FIG. 6 is a side view showing a configuration of a main part of a conventional composite optical element.
  • FIG. 7A is a plan view showing a configuration of a conventional composite optical element
  • FIG. 7B is a side view thereof
  • FIG. 7C is a bottom view.
  • FIG. 8 is a side view showing an adjustment process of a conventional composite optical element. '
  • FIG. 9 is a side view showing the configuration of the composite optical element according to the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing a relay substrate formed of a material having no light transmittance and constituting a composite optical element.
  • FIG. 11 is a side view showing a state in which a wire ball bump is formed on a light receiving element using a wire bonder in a manufacturing process of the composite optical element.
  • FIG. 12 is a side view showing a state in which a wire ball bump on a light receiving element is being shaped in a manufacturing process of the composite optical element.
  • FIG. 13 is a side view showing a state in which the positioning of the light receiving element and the relay board is performed in the manufacturing process of the composite optical element.
  • FIG. 14 is a side view showing a main part in a state where the light receiving element and the relay board are bump-connected in the manufacturing process of the composite optical element.
  • FIGS. 15A to 15F are a perspective view and a side view showing a manufacturing process of the light receiving unit when the relay substrate of the composite optical element is transparent.
  • FIG. 16 is a plan view showing a transparent relay substrate constituting the composite optical element.
  • FIG. 17 is a side view showing a substrate to which a light emitting element and an optical element are attached in a manufacturing process of the composite optical element.
  • FIG. 18 is a side view showing the light receiving unit during the manufacturing process of the composite optical element. You.
  • FIG. 19 is a side view showing a state where the light receiving unit is positioned on the substrate in the manufacturing process of the composite optical element.
  • FIG. 20 is a side view showing a configuration of a collet for holding a light receiving unit in a manufacturing process of the composite optical element.
  • FIG. 21 is a plan view showing a pattern of a light receiving section of the light receiving element constituting the composite optical element.
  • FIG. 22 is a flowchart showing a process of manufacturing the relay board when the base material is ceramic.
  • FIG. 23 is a flowchart showing a manufacturing process of the relay board when the base material is a semiconductor.
  • FIG. 24 is a flowchart showing a process of manufacturing the relay board when the base material is a transparent material.
  • the composite optical element and the light receiving element device include: an optical element 2 including at least one lens, a prism, and a diffractive element attached to one surface of a substrate 1; A semiconductor laser 3 as a light emitting element and a light receiving element 4 attached to the other surface. A relay substrate 5 serving as an intermediate member is interposed between the substrate 1 and the light receiving element 4.
  • the method for manufacturing a composite optical element according to the present invention is a method for manufacturing such a composite optical element.
  • the substrate 1 is formed with a first through hole 8 for transmitting a light beam emitted from the semiconductor laser 3 to one surface side of the substrate 1.
  • the substrate 1 is formed with a second through hole 9 for allowing return light from an optical disk, which will be described later, to enter the light receiving element 4 from one surface side of the substrate 1.
  • the semiconductor laser 3 for example, a semiconductor laser having an emission wavelength band in the vicinity of 400 nm or in the ultraviolet range is used.
  • the relay substrate 5 is made of a material having absorption characteristics at the emission wavelength of the semiconductor laser 3. It is formed as a material. As a material having a characteristic of absorbing light having a wavelength of around 400 nm or a wavelength outside the ultraviolet range, a ceramic material such as alumina, aluminum nitride, or glass epoxy, or silicon. A semiconductor material that is any of gallium arsenic, indium monophosphorus, and zinc selenium can be used. As shown in FIG. 10, the relay substrate 5 formed using such a material is provided with a third through hole 6 for passing the return light from the optical disk. '
  • the third through hole 6 provided in the relay substrate 5 is formed in a size that allows at least the entire light receiving portion of the light receiving element 4 to face one surface of the substrate 1. Furthermore, if the third through hole 6 is large enough to face a marker for positioning provided on the light receiving element 4 arranged to be superimposed on the relay board 5, the assembling process is facilitated, and the assembling is facilitated.
  • the configuration of the device can be simplified.
  • the wiring 7 is provided on one surface of the relay board 5 as a conductive part.
  • the c wiring 7 is made of nickel (Ni) as a base metal and gold (Au) deposited thereon. ing.
  • gold (Au) deposited thereon.
  • silver (Ag), tungsten (W), aluminum (A1), or the like can be used in addition to gold (Au) and nickel (Ni).
  • a force 7a for positioning the position of the light receiving element 4 disposed on the relay board 5. I have.
  • the light receiving element 4 constituting the composite optical element and the light receiving element device according to the present invention is mounted on the relay substrate 5 in advance.
  • a wire bonder 20 is placed on an electrode terminal made of, for example, aluminum (AI) provided on the light receiving element 4.
  • a gold (Au) wire ball bump 10 is formed by ultrasonic waves applied from an ultrasonic horn 207. Gold is supplied on the light receiving element 4 as a gold wire (Au wire) 202.
  • the light receiving element 4 is placed on the temperature-adjusted stage 203, and the entire light receiving element 4 is heated to 100 ° C. or more, so that the wire ball bumps 10 are formed favorably.
  • the light receiving element 4 is placed on a press base 204, and a flat press plate 2 having good flatness is formed. 2/09647
  • a marker for positioning is formed on the relay substrate 5 and the light receiving element 4, and positioning can be performed based on the marker.
  • This positioning is performed by the CCD camera 211 through the positioning prism 209 and the prism 210 arranged between the relay board 5 and the light receiving element 4 facing each other, and the marker of the relay board '5 is used. This is performed by simultaneously observing the marker of the light receiving element 4.
  • the positioning prism 209 has an inclined surface facing the relay substrate 5 and an inclined surface facing the light receiving element 4, so that the light from the relay substrate 5 and the light from the light receiving element 4 can be simultaneously emitted. Reach CCD camera 2 1 2.
  • the width of the wiring 7 of the relay board. 0 diameter 1! Is 60 m, and the width of wiring 7 is the diameter of wire ball bump 10! If it is wider than ⁇ !, the alignment process will be easier. That is, if the pitch P of the wire ball bump 10 and the pitch P 2 of the wire 7 are equalized, the difference between the width W i of the wire 7 and the diameter! ⁇ Of the wire pole bump 10 becomes the position at the time of joining. the deviation width W 2.
  • an ultrasonic wave is applied from the back surface of the light receiving element 4 via a suction collet 208 connected to the ultrasonic horn 207.
  • the wire ball bump 10 and the wiring 7 are electrically and mechanically joined by ultrasonic eutectic.
  • UV curable resin In this bonding, a small amount of ultraviolet (UV) curable resin is supplied to the four corners of the light receiving element 4 and the relay board 5 and cured, so that the light receiving element 4 and the relay board 5 are hardened. 5 is joined with stronger joining strength.
  • UV curable resin needs to be supplied so as not to reach the light receiving portion of the light receiving element 4.
  • an anisotropic conductive material is not used for joining the light receiving element 4 and the relay substrate 5.
  • the anisotropic conductive material includes a liquid and a film, and the liquid is generally expected to have low thixotropy and spread over the entire light receiving element 4. That is, the anisotropic conductive material may reach the light receiving portion of the light receiving element 4.
  • Some anisotropic conductive materials have a refractive index different from that of vacuum and are accompanied by light absorption.
  • the intensity of the light detection signal in the light emitting element 4 is reduced due to light absorption of the anisotropic conductive material, and Since the refractive index of the material is different from vacuum, the optical distance will be modulated. In this case, it is necessary to control the film thickness of the anisotropic conductive material that has reached the light receiving portion of the light receiving element 4, but such control is difficult. Is preferred.
  • the relay substrate 5 is formed of a base material made of a material having no absorption characteristics for light having an emission wavelength emitted from the semiconductor laser 3, that is, a transparent material having a property of transmitting light emitted from the semiconductor laser 3. In this case, there is no need to provide the above-described through-hole as shown in FIG. 15A.
  • an anti-reflection coating (AR coating) layer is provided on each surface 5a, .5b or any one of the surfaces of the relay substrate 5 according to the wavelength of light emitted from the semiconductor laser 3. It is desirable to apply.
  • materials that do not have absorption characteristics for light having an emission wavelength emitted from the semiconductor laser 3 include sapphire, optical glass, synthetic resin materials, group III nitride semiconductors, zinc oxide, and silicon oxide. Either can be used.
  • the wiring 7 including the bump electrode portion 17a is formed on the transparent relay substrate 5, as in the relay substrate 5 described above.
  • the wiring 7 electrically connects the light receiving element 4 to the bump electrode portion 17a for performing the above-described bump bonding and the terminal portion 17b for connecting to the outside. Is formed.
  • the light receiving element 4 shown in FIG. 15B is bump-bonded. On one surface side of the light receiving element 4, a light receiving section 4a is provided, and a large number of connection electrodes 4b on which peripheral ball bumps 10 are formed are provided on the periphery. 02 09647
  • the relay board 5 and the light receiving element 4 are formed with the surface on which the wiring 7 of the relay board 5 is provided and the electrode 4 b on which the wire pole bump 10 of the light receiving element 4 is formed. Butts are faced against each other. As shown in FIG. 15C, the relay board 5 and the light receiving element 4 which are brought into contact with each other are pressed from both sides as shown in FIG. 15D, and the electrode 4 b on the light receiving element 4 side is pressed through the wire ball bump 10. And the bump electrode 17a on the relay board 5 side are electrically connected and mechanically joined.
  • the junction board 5 and the light receiving element 4 joined to each other are bonded around each other with an adhesive or a sealing material such as low melting point glass 12 as shown in FIG. 15E and FIG. 15F. Covering seals the inside of the joint.
  • the outer surface of the light receiving element 4 may be protected by covering it with a synthetic resin, tape, or the like.
  • the light receiving element 4 is mounted on the relay substrate 5 and the joints between them are sealed with a sealing material such as low melting point glass 12 so that the light receiving unit as shown in FIG. 1 1 is configured.
  • the substrate 1 on which the optical element 2 and the semiconductor laser 3 are mounted, and the light receiving element 4 and the relay substrate 5 integrated as shown in FIG. Attach unit 1 1 The optical element 2 and the semiconductor laser 3 are attached to the substrate 1 by bonding.
  • This bonding may be a so-called temporary fixing that can be removed in a later step.
  • the adhesive to be used include silver (Ag) paste, thermosetting resin, and ultraviolet (UV) curable resin.
  • UV ultraviolet
  • the light receiving unit 11 is attached to the substrate 1 after positioning with respect to the substrate 1 on which the optical element 2 and the semiconductor laser 3 are mounted.
  • This positioning may be passive alignment in which positioning is performed using a manual force.However, in order to improve the position accuracy, the semiconductor laser 3 is made to emit light and the output signal from the light receiving unit 11 is observed while observing the output signal. It is desirable to employ an tactical alignment for positioning.
  • the semiconductor laser 3 is made to emit light, and the light flux L i emitted from the semiconductor laser 3 is reflected by using the dummy disk 220 to return the light flux L. Return it to the light receiving unit 1 as 2 .
  • the light receiving unit 11 is supported by the collet 2 19, and the relay board 5 is positioned so as to be in contact with the board 1. Position adjustment of the light receiving unit 11 in the X, Y, and Z directions perpendicular to each other can be performed while monitoring the output signal from the light receiving unit 11 while keeping the light receiving unit 11 in contact with the board 1 constantly. This is done by moving 1 1. Since the light receiving unit 11 is always in contact with the substrate 1, the optical path length from the dummy disk 220 to the light receiving surface of the light receiving element 4 is always kept constant.
  • the collet 219 supporting the light receiving unit 11 holds the periphery of the relay board 5 and has a probe 211 for extracting an output signal from the light receiving element 4. are doing.
  • the signal monitored in this adjustment differs depending on the arrangement of the light receiving unit in the light receiving element 4.
  • the light-receiving portion of the light-receiving element 4 receives the return light that is incident on the dummy disk 220 and reflected by the dummy disk 220 in a radial manner into four parts.
  • Force detectors A, B, C, and D detect force error signals by the astigmatic method, and return light beams on both sides of these light receivers A, B, C, and D are split into three parallel light receivers.
  • a tracking error signal is detected by the push-pull method, and the remaining two light receiving sections K and L perform differential detection to detect the RF signal.
  • the position of the light receiving unit 11 can be adjusted based on the following calculation result using the light detection output from each light receiving unit. That is, the following calculation is used for the X direction in FIG. 21 which is the direction along the recording track on the recording medium.
  • Adjustment in the direction of the optical axis of the light beam emitted from the semiconductor laser 3 in FIG. 21 is performed by moving the semiconductor laser 3 in the optical axis direction or by providing a through hole between the light receiving unit 11 and the substrate 1. Can be carried out by interposing a spacer having In addition, 09647
  • the adjustment in the Z direction in Fig. 21 is based on the semiconductor laser. 3 can be moved along the main surface of the substrate 1.
  • various patterns are used for the light receiving portion of the light receiving element 4 constituting the composite optical element, and the calculation for obtaining the signal to be monitored in the active alignment is appropriately determined according to the pattern of the light receiving portion.
  • the base material that constitutes the relay substrate 5 is a ceramic material that is any of aluminum, aluminum nitride, or glass epoxy, these materials are used.
  • a hole is formed in a material in which a plurality of relay substrates 5 are continuous, and separated into individual relay substrates 5.
  • step st 2 aluminum or two characterizing constituting the underlying layer of the wiring 7 is formed by printing, at step st 3, ⁇ sintering the underlayer following
  • step st an upper wiring material such as gold is formed on the underlying layer of the wiring 7 by a plating method.
  • step st5 the individual relay boards 5 are separated.
  • the ceramic material used here has the advantage that it is inexpensive and has high strength even if it is thin. '
  • the material forming the relay substrate 5 that is, the base material is any of silicon (Si), gallium-arsenic (GaAs), indium-lin (InP), or zinc selenium (ZnSe)
  • the wiring 7 is formed by a so-called dry etching method as shown in FIG. Since these semiconductor materials are all materials used in a general semiconductor manufacturing process, using this material has an advantage that a processing process is established. That is, in step stil, a mask for forming holes is formed, and in step st12, holes are formed by dry etching on a wafer in which a plurality of relay substrates 5 are connected. Next, in steps st13 to st15, printing, vapor deposition, and lift-off of the wiring pattern and marker are performed to form the wiring 7 and the force 7a. In step st16, the individual relay boards 5 To separate.
  • This step may be a general dicer step, or may be a cleavage step in which a break is made by making a cut.
  • a photolithography process using a semiconductor material has already been established in the semiconductor manufacturing process, and the line width, pitch, and thickness of the wiring 7 can be controlled with high precision. If the size accuracy of the wiring 7 and the size accuracy of the relay board 5 are low, that is, the tolerance is large, the board 1 needs to be sized according to the tolerance, so that the board 1 becomes large. As the size of the substrate 1 increases, the overall size of the composite optical element also increases. Therefore, since the size accuracy of the wiring 7 and the size accuracy of the relay substrate 5 are high, the size of the substrate 1 can be reduced, and the entire composite optical element can be reduced in size.
  • the semiconductor material used for the relay substrate 5 constituting the present invention does not absorb light having a band gap or less, the light emission wavelength of the light emitted from the semiconductor laser 3 as the light source is less than this band gap. It is not necessary to provide the through holes 6 in the relay board 5.
  • the base material that constitutes the relay substrate 5 is any one of sapphire, optical glass, synthetic resin material, Group III nitride semiconductor, zinc oxide, and silicon oxide. Even when the material does not absorb light in the wavelength band of the emitted light, it is not necessary to provide the through holes 6 in the relay substrate 5.
  • steps st 21 to st 23 a wiring pattern and a wiring pattern are formed on a wafer in which a plurality of relay substrates 5 are continuous. The steps of printing, vapor deposition, and lift-off of the marker are performed to form the wiring 7 and the marker.
  • the individual relay substrates 5 are separated by a dicer.
  • the formation of the wire ball bumps 10 on the light receiving element 4 is performed for each of the light receiving elements 4, but the wire pole bump 10 is formed in a state where a plurality of light receiving elements 4 are connected. It is also possible to form on a wafer.
  • the light receiving element 4 and the relay substrate 5 are also joined between the individual light receiving elements 4 and the relay substrate 5, but both are in the state of the wafer or any of these. Or One of them may be performed in a state of a wafer. Rather, from the viewpoint of productivity, it is desirable to perform the process in a wafer state.
  • the wire ball bump 10 is formed on the light receiving element 4 and the wiring 7 is formed on the relay substrate 5.
  • the wiring 7 is formed on the light receiving element 4 and the The bumps 10 may be formed.
  • the semiconductor laser 3 is used as the light source, but the type of light source used in the present study is not limited to the semiconductor laser.
  • a light emitting element using an organic material is used. You may.
  • the composite optical element or the light receiving device according to the present invention includes a substrate, at least one optical element attached to one surface of the substrate, and another surface of the substrate.
  • It has a hole, or is formed of a base material made of a transparent material having a characteristic of not absorbing the emission wavelength of light emitted from the light emitting element, has a conductive portion, and receives light by the conductive portion. Since the terminal of the element 'and the conductor pattern of the substrate soil are connected, active alignment for positioning while monitoring the light detection output from the light receiving element can be easily performed. The mounting accuracy of the child can be improved. By improving the mounting accuracy of the light receiving element, the accuracy can be improved according to the shorter wavelength of the light source, and it is possible to easily cope with an optical pickup device that employs complicated signal detection.

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Description

明細書 複合光学素子及び受光素子装置 技術分野 本発明は、 光ディスクの如き光学記録媒体に対して情報信号の書込みを行い； 或いは光学記録媒体に記録された情報信号の読出しを行う光学ピックアツプ装置 に用いられる複合光学素子及び受光素子装置に関する。 冃景技術 従来、 C D ( Compact Di sc) 、 直径を 6 4 m mとする小径の光磁気ディスクで あるいわゆる M D、 D V D (Digital Versati le D isc) などの光ディスクを記録 媒体として使用する記録再生システムにおいては、 装置の一層の小型化及び軽量 化とともに、 低価格化が望まれている。 このような要請に応えるためには、 個々 の構成部品が小型で軽量であり、 しかも、 安価に製造できることが必要となる。 上述のような光ディスク用の光学ピックアツプ装置は、 光源となる半導体レーザ と、 シリコン （S i ) を母材とした P i nダイオードの如き受光素子とを集積化 することにより、 装置自体の小型化を図るとともに軽量化を図り、 更に、 低価格 化を実現している。
この光学ピックアップ装置に用いられる受光素子は、 光ディスクから反射され た光を受光し、 電気信号に変換して出力する受光信号の処理及び演算を行う集積 回路を内蔵させ、 受光と受光された光を演算して電気信号に変換して出力する機 能を一体化した 1チヅプのいわゆる 「P D I C」 （受光素子装置） として構成す ることにより、 この受光素子を用いる光学ピックアップ装置の小型化とともに軽 量化を図り、 更には低価格化を実現している。
ここで、 光学ピヅクアップ装置を構成する光源及び受光素子に、 プリズム、 レ ンズ、 回折格子、 ホログラムなどの光学部品を加えて一体化し小型化を可能とす る素子を複合光学素子と称する。 この複合光学素子は、 図 1に示すように、 半導 体レーザ 1 0 1と PD I C 1 02、 及びレンズとプリズムと回折格子とホログラ ムなどの光学素子が基板 1 04上に配置され、 電気的に、 或いは機械的に接続さ れる。
半導体レーザ 1 0 1は、 チヅプマウント工程によってサブマウント 1 01 aに 取り付けられる。 サブマウント 1 0 1 aは、 ダイボンドエ程によって PD I C 1 02に取り付けられる。 このとき、 サブマウント 1 0 1 aは、 P D I C 102を 構成する PD I C基板 1 0 2 aの配線パッドに接続端子が電気的に接続される。 P D I C基板 1 02 aには、 サブマウント 1 0 1 aの配設位置を示すマーカ 1 0 2 cが設けられている。 サブマウント 1 0 1 aは、 サブマウント 1 0 1 a自体に 設けたマーカ 1 0 1 bをマーカ 1 02 cに対応させることにより、 P D I C基板 1 02 aに対する取付位置が位置決めされて取り付けられる。
PD I C 1 0 2の PD I C.基板 1 02 aには、 受光素子 1 02 bが取り付けら れる。 PD I C 1 02上には、 プリズムマウント工程によってプリズム 103が 取り付けられる。 PD I C 1 02は、 PD I Cマウント工程によって基板 1 04 上に取り付けられる。 '
この複合光学素子の製造においては、 更に基板 1 04及び各部品に位置の目印 となるマーカ 1 04 aを予め設けておき、 これらマーカ 1 04 aを位置合わせの 基準として、 基板 1 04に対して各部品が取り付けられる。 このような位置決め 方法は、 「パッシブァライメント」 と称される。 このような、 各部品の基板に対 する位置決め (ァライメント） 工程の精度により、 複合光学素子の精度が決定さ れる。
なお、 基板 1 04には、 P D I C 1 02を電気的に接続するための電極 1 04 bが設けられている。 P D I C 1 02と電極 1 04 bとの間は、 図 1中矢印で示 すように、 ワイヤボンディングによって電気的に接続される。
複合光学素子を構成する各部品は、 基本的には、 図 2に示すように、 半導体レ 一ザ （光源） 1 0 1、 光ディスク 1 07の信号記録面及び受光素子 1 02 bの受 光部が、 それそれ互いにプリズム 1 03の反射面を介して鏡像点位置となるよう に配置される。 なお、 各部品の位置は、 互いの位置にずれをもたせるように配置 する場合にある。
つまり、 半導体レーザ 1 0 1から出射される光束は、 拡散光束であって、 わず かに半導体レーザ側を焦点とした光となっている。 半導体レーザ 1 0 1から出射 された光束は、 コリメ一夕レンズ 1 0 5によって平行光束となされ、 対物レンズ 1 0 6によって光ディスク 1 0 7の信号記録面上に集光される。 このとき、 対物 レンズ 1 0 6は、 光ディスク 1 0 7の信号記録面上に常に焦点が結ばれるように 光軸と平行なフォー力シング方向に移動制御される。
光ディスク 1 0 7の信号記録面上に照射された光は、 この信号記録面で反射さ れ、 対物レンズ 1 0 6、 コリメ一夕レンズ 1 0 5及びプリズム 1 0 3を経て、 レ ンズ 1 0 8、 1 0 9により集光されて、 受光素子 1 0 2 bに戻ってくる。 各光学 素子は、 光ディスク 1 0 7の信号記録面からの戻り光が、 受光素子 1 0 2 bの受 光部において焦点を結ぶように配置されている。 すなわち、 半導体レーザ 1 0 1、 光ディスク 1 0 7の信号記録面、 受光素子 1 0 2 bの受光部において、 それそれ 光は焦点位置にある。 このことから、 光源、 信号記録面、 受光部が鏡像点位置に あるといえる。
一方、 複合光学素子をより安価に提供するために、 可能な限り部品点数を減ら' す工夫もされている。 例えば、 図 3に示すように、 光ディスクの信号記録面から の光路長が互いに異なる受光素子 1 0 2 b上の複数の受光部のそれぞれに光を戻 す構成において、 それそれの受光部における光束を各受光部に対して合焦点とす るためのレンズを 1つのレンズ 1 1 0としている。
この複合光学素子は、 正確にはレンズ 1 1 0からそれそれの受光部までの光学 距離が異なるため、 同時に合焦点とはなっていない。 しかしながら、 実用上許容 できる程度に、 フォーカスエラー信号、 トラヅキングエラー信号、 光ディスクか ら読み取られた戻りの光束に基づく反射信号 （R F信号） 等を得ることが可能で ある。 このような光学部品点数の削減、 調整工程の簡素化により、 複合光学素子 の小型化を図り、 低価格化を実現することができる。
ところで、 光デイスク等の記録メディァの多様化とともに光学ピヅクァヅプ装 置に用いられる光源の発光波長の短波長化が図られている。
記録メディアの多様化としては、 情報信号を微小な凹凸のピットパターンによ りディスク基板に形成した再生専用型の光ディスク、 相変化型の記録層を設けた 情報信号の記録再生を可能とした相変化型光ディスク、 光磁気記録層を設け情報 信号の記録再生を可能とした光磁気ディスクなどの光ディスクが提案されている 再生専用型の光ディスク及び相変化型の光ディスクは、 光ディスク上に記録さ れる情報信号に応じて反射率の異なる領域を設け、 その領域から反射される光束 の反射率の相違による光強度の変化を検出することで記録された情報信号の読取 りが行われる。 光磁気ディスクは、 光磁気記録層における磁気カー効果を利用し、 戻り光の偏光角の相違に基づいて記録された情報信号の読取りが行われる。
このような多様な記録方式の光ディスクに対応するように、 これら光ディスク から情報信号を読取りを行うために用いられる光学ピックアップ装置も、 それそ' れの方式に対応するものが要求されている。 これら光学ピックアップ装置は、 記 録方式を異にする各光ディスクに対応するように、 用いる複合光学素子の構成を 異にするようにしている。
例えば、 ピットパターンにより情報信号を記録した再生専用型の光ディスクか ら情報信号を読み出すために用いられる光学ピックアップ装置の受光素子 1 0 2 bは、 図 4に示すように、 フォーカスエラー信号及び R F信号検出用の 1つの 4 分割受光部 1 1 1と、 これを挾む位置に配置されたトラッキングエラー信号検出 '用の 2つの受光部 1 1 2、 -1 1 3とが設けられていればよく、 ·光ディスクからの 戻り光をこれら受光部に入射させるための光学素子の構成も簡素である。 これに 対し、 光磁気ディスクに記録された情報信号を読み出すために用いられる光学ピ ヅクァヅプ装置の受光素子 1 0 2 bは、 図 5に示すように、 フォーカスエラー信 号及び R F信号検出用の 1つの 4分割受光部 1 1 1及びトラヅキングエラー信号 検出用の 2つの受光部 1 1 2、 1 1 3に加えて、 異なる偏光状態毎に光強度を検 出する受光部 1 1 4、 1 1 5が必要となる。 すなわち、 光磁気信号は微弱である ため、 受光素子 1 0 2 b上の 2つの受光部 1 1 4、 1 1 5を用いて差動検出をす ることが必要となる。 このように受光部の数が増えることにより、 光ディスクか らの戻り光をこれら受光部に入射させるための光学素子の構成も複雑になる。 す なわち、 これら受光部に光ディスクからの戻り光を入射させるためには、 戻り光 を 3本の光束に分岐させなければならず、 少なくとも 2つのプリズムが必要とな る。 このとき、 磁気カー効果による偏光方向の変化については、 プリズムの反射 面に対する P偏光波、 S偏光波に分け、 1つのプリズムの反射面では S偏光波を 反射させて受光素子 1 0 2 bの一の受光部 1 1 4へ入射させ、 もう 1つのプリズ ムの反射面では P偏光波を反射させて受光素子 1 0 2 bの他の受光部 1 1 5へ入 射させることにより検出することができる。 光ディスクに情報信号が何ら記録さ れていない場合の戻り光について、 S偏光波、 P偏光波の強度が等しくなるよう に、 複合光学素子の配置を決定するか、 或いは、 例えば、 1 / 2波長板等の光学 素子を用いる必要がある。 このように、 記録方式を異にする多様な光ディスクに 対応するため、 光学ピックアップ装置を構成する複合光学素子の構造は複雑化す ることとなる。
一方、 光源の発光波長の短波長化に対応するため、 光学ピックアップ装置を構 成する光学素子の屈折率及び回折角が問題となる。 例えば、 ピットパターンによ り情報信号を記録した C D等の光ディスクや M D等の光磁気ディスクの情報信号 の読取りに用いられる光学ピックアップ装置には、 波長を 7 8 0 n mとする光を 出射する光源が用いられ、 D V Dに用いられる光学ピックアップ装置には、 波長 を 6 5 0 n mとする光を出射する光源が用いられ、 更に高密度記録が可能とざれ る光ディスクに用いられる光学ピックァヅプ装置には、 波長を 4 5 0 n mとする 光を出射する光源が用いられる。 . ここで、 光学ピックアツプ装置に用いられる光学素子の屈折率を検討するに、 その虚部、 すなわち、 吸収がまず懸念される。 光学ピックアップ装置の光学素子 の材料として用いられる光学ガラスや合成樹脂材料では、 4 0 0 n m近傍よりも 短い波長の光については吸収が大きくなる。 このような吸収があると、 必要な戻 り光を得るために光源の発光出力をより高くする必要があり、 更に、 光学素子の 変質が生ずるので、 光学素子の材料選定の自由度が制約される。 回折角は、 光束 が短波長であるほど小さくなる。 例えば、 回折格子のピッチを dとすると、 この 回折格子における回折角 0は、 以下のように示される。
sin0 = πι λ / ( n d ) · . · ( 1 )
(なお、 mは整数、 人は波長、 nは屈折率である。 ）
この （ 1 ) 式より、 光束が短波長になってえが小さくなるほど、 ピッチ d及び 屈折率 nが一定であれば、 回折角 0は小さくなる。
ところで、 P D I C上に形成する複数の受光部は、 それそれの大きさ及び間隔 について、 それそれの受光部に入射する光束に対応した光検出信号が独立して検 出できるように構成する必要がある。 これは、 受光素子の性質や、 作成工程能力 によって決定されるものであり、 光束の波長によっては直接の制約は受けない。 すなわち、 受光素子上の各受光部の大きさ及び間隔は、 光源の発光波長に対して は独立して決定されているといってよい。 したがって、 各受光部が独立して光検 出信号を検出できるための大きさ及び間隔は、 光源の発光波長によらず一定と考 えてよい。
この場合、 上述の （ 1 ) 式より、 各受光部へ戻り光を分配して受光させるため には、 回折格子から各受光部に至る光学的距離を長く しなければならず、 構成が 大型化してしまうおそれがある。 この場合には、 上述したように、 複合光学素子 の作成を容易化するために戻り光の合焦位置と受光素子の位置とを許容できる範 囲内でずらそうとしても、 その許容範囲が著しく狭くなつてしまう。 この場合に は、 上述したような、 戻り光を 1つのレンズによって複数の受光部に集光させる 構成が採れなくなる。 '
実装の手段としての光学素子の位置決めを行うため、 上述したように、 マーカ を位置決めの目印として用いる方法を採った場合、 光学的距儺が長くなる'ことに' よって、 位置合わせ精度が厳しくなり、 十分な位置決めができなくなる。 例えば; 同一の精度での角度合わせ精度に対し、 回折格子からの受光部までの光学的距離 が 2倍になるとすると、 受光部と光スポッ トの位置ずれは 2倍になる。 このよう な、 受光部と光スポットとの位置ずれは、 検出すべき光検出信号の品質の劣化を もたらし、 最悪の場合、 検出信号が全く検出されないことも予想される。
上述のように、 光学ピックアップ装置を構成する複合光学素子は、 光ディスク の多様化とともに記録密度の高密度化によって信号検出系が複雑化し、 更には組 立精度の高精度化が要求されている。
このような要求を満たすため、 ベースとなる基板の一の面にレンズ、 プリズム、 回折光学素子などの光学素子を取り付け、 基板の他の面に光源となる半導体レ一 ザ及び受光素子を取り付けるという両面実装を行い、 更に、 組立工程において、 光検出信号の状態を見ながらの位置決め （アクティブァライメント） を行うよう にしている。 このような構成及び組立工程を実現するためには、 基板、 光学素子、 半導体レーザ及び受光素子を、 このような構成及び組立工程に適合した形態とす る必要がある。 まず、 図 6に示すように、 基板 1 0 4に光透過孔 1 1 6を設け、 受光素子 1 0 2 bの受光部 1 0 2 cが、 この光透過孔 1 1 6を通して光ディスク により反射された戻り光を検出できるように構成する必要がある。 受光素子 1 0 2 bは、 受光部 1 0 2 cを基板 1 0 4に対向させるように、 この基板 1 0 4に接 合される必要がある。
受光素子 1 0 2 bが受光する戻り光に基づいて検出する電気信号は、 複合光学 素子のパッケージ外に取り出される必要がある。 そのための第 1の構成として、 基板 1 0 4上に配線を施し、 その配線に受光素子の端子を直接接合させる構成が ある。
第 2の構成としては、 例えば、 特開 2 0 0 0— 2 2 8 5 3 4公報、 特鬨 2 0 0 0— 1 8 3 3 6 8公報に記載されているように、 受光素子と基極との間に、 電極 取出しを仲介するための中継基板を介在させる構成がある。 なお、 特閧 2 0 0 0 - 2 2 8 5 3 4公報には、 受光素子と中継基板とを異方性導電材料で接合する構 成が記載されている。 特鬨 2 0 0 0 - 1 8 3 3 6 8公報には、 中継基板の一面側 に光学素子を取り付け、 ·他面側に受光素子をフリツプチップボンディングする構 成が記載されている。
第 3の構成としては、 受光部と電極端子とが互いに反対側の面に形成された構 成の受光素子を使用するものがある。 ·
ところが、 従来用いられている受光素子は、 受光部と電極端子とを同一の面に 設け、 一の面及び他の面の両面に受光部と電極端子とをそれそれ配置したものは ない。
従来の複合光学素子は、 受光素子をパッケージ （P K G ) に封止する場合には、 樹脂モールドパヅケージに受光素子のチップをマウントし、 ワイヤボンディング を施し、 受光部側を樹脂モールドする構成や、 樹脂モールドやセラミックからな る中空パッケージに受光素子のチヅプをマウントし、 ワイヤボンディングを施し た後、 ガラス基板や合成樹脂製の平板等で蓋をする構成が採られている。 上述のように、 複合光学素子及び P D I C (受光素子装置） は、 信号検出系の 構成が複雑となり、 組立精度の高精度化が要求され、 組立工程においては、 従来 のパヅシブァライメントではなく、 ァクティプアライメントを行う必要がある。 アクティブァライメントを可能とする構成として、 前述した第 1乃至第 3の構 成のうちでは、 第 3.の構成がもっとも簡素あるといえる。 この第 3の構成におい ては、 図 7 A乃至図 7 Cに示すように、 受光素子 1 0 2 bの受光面が基板 1 0 4 に接するように、 例えば U V (紫外線） 硬化樹脂で接着をし、 信号取出しのため の電極を受光面とは反対の面に形成しておくことにより、 パッケージ外への信号 の取出しが可能である。
このような構成の受光素子を作成には、 解決せねばならないいくつかの技術課 題がある。 その一つとしては、 光透過孔の形成が挙げられる。 この受光素子にお いては、 基板 1 0 4の厚さ以上の深さの光透過孔 1 1 6を設ける必要があり、 光 透過孔 1 1 6の闘口面積と受光素子 1 0 2 bの大きさとの関係、 或いは、 光透過 孔 1 1 6の内周面に設ける必要がある絶縁部、 挿入される電極材の断線及び信頼 性といった問題が考えられ、 この形態の受光素子を構成することが困難である。 なお、 基板 1 0 4上に配設される受光素子 1 0 2 bは、 図 7 Cに示すように、 基板 1 0 4上に設けたワイヤボンディングパッド 1 0 4 cと受光素子 1 0 2 に 設けたワイヤボンディングパッド 1 0 2 d間をワイヤボンディングにすることに よって基板 1 0 4上に電気的に接続される。
一方、 第 1の構成、 すなわち受光部、 電極部を同一面に構成した受光素子を基 板に直接フリップチップボンディングする構成では、 受光素子からの光検出信号 を見ながら組立て及び位置調整をするァクティプアライメントを行うことは困難 である。
この第 1の構成を採りつつ、 位置決め中に受光素子からの光検出信号を出力さ せるためには、 図 8に示すように、 受光素子 1 0 2 bの電極部に、 例えば、 プロ —ブピン 1 1 7などの電導体を接触させる必要がある。 すなわち、 第 1の方式に おいてァクティプアライメントを行うには、 受光素子 1 0 2 bの位置調整時に、 この受光素子 1 0 2 bと基板 1 0 4との間に、 プローブピン 1 1 7が入るだけの 空隙を設けねばならない。 基板 1 0 4と受光素子 1 0 2 bを接触させたままでは、 P 画 2/09647
9 受光素子 1 0 2 bの位置調整は行えない。 受光素子 1 0 2 bの位置調整中に、 こ の受光素子 1 0 2 bと基板 1 0 4との間に空隙を設けると、 位置調整時と組立後 で、 受光面上におするスポットサイズが異なってしまう。 このため、 調整時には 正確に得られた出力信号が、 組立後において変化してしまい正確な位置調整が困 難となる。
以上の点から、 第 1及び第 3の構成は、 レンズ、 プリズム、 回折素子などの光 学素子の少なく一つと、 発光素子と、 受光素子とを基板の両面に実装する複合光 学素子に採用することは極めて困難である。
受光素子をパッケージ （P K G ) に封止する場合に、 光源に青紫レーザの如く 発光波長が例えば 4 0 0 n m程度の短い波長の光を出射するもの.を用いると、 モ —ルド樹脂にこの波長帯域の光を吸収するものが多いため、 赤外光や可視光 （赤 〜青） 用に従来より用いられてきた合成樹脂材料を用いることができなくなる。 すなわち、 樹脂モールドパヅケージに受光素子のチヅプをマウントし、 ワイヤ ボンディングを施した後、 受光部側を樹脂モールドする構成においては、 短波長 域で透過率の高いモールド樹脂を用いることが必要となるが、 成形性、 封止性等 も考慮すると適切な材料がない。 樹脂モールドゃセラミックからなる中空パヅケ 一ジに受光素子のチヅプをマウントし、 ワイヤボンディングを施した後、 ガラス 基板や合成樹脂製の平板等で蓋をする構成においでは、'製造コヌ十が高 ·くなるば かりか、 全体の大きさも大きくなつてしまう。 発明の鬨示 ' 本発明の目的は、 上述したような従来の技術が有している問題点を解消し得る 新規な複合光学素子及び受光素子装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、 小型化及び軽量化を図り、 しかも受光素子の位置が容易 且つ高精度に調整できる複合光学素子及び受光素子装置を提供することにある。 本発明に係る複合光学素子は、 基板と、 この基板の一の面に取り付けられた少 なくとも一つの光学素子と、 基板の他の面に取り付けられた発光素子及び受光素 子と、 基板と受光素子との間に介在された中間部材とを備え、 中間部材を構成す る母材は、 発光素子の発光波長において吸収特性を有する材料であり、 中間部材 は、 受光素子に入射する光束が通過するための孔部及び導電性を有する部分を有 し、 この導電性を有する部分によって受光素子の端子と基板上の導体パターンと が接続されている。 なお、 中間部材は受光素子の端子と基板上の導体パターンを 接続する中継基板として機能する。
本発明に係る他の複合光学素子は、 基板と、 この基板の一の面に取り付けられ た少なくとも一つの光学素子と、 基板の他の面に取り付けられた発光素子及び受 光素子と、 基板と受光素子との間に介在された中間部材とを備え、 中間部材は、 発光素子の発光波長において吸収特性を有しない、 すなわち透過特性を有する透 明材料である母材からなり、 導電性を有する部分を有し、 この導電性を有する部 分によって受光素子の端子と基板上の導体パターンとが接続されている。
本発明に係る受光素子装置は、 基板と、 この基板の一の面に取り付けられた少. なくとも一つの光学素子と、 基板の他の面に取り付けられた受光素子と、 基板と 受光素子との間に介在された中間部材とを備え、 中間部材は、 発光素子の発光波 長におけて吸収特性を有しない、 すなわち透過特性を有する透明材料である母材 からなり、 導電性を有する部分を有し、 この導電性を有する部分によって受光素 子の端子と基板上の導体パターンとが接続されている。
- 本究明に係る複合光学素子は、 導体パターンを有する基板の一.の面に少な と も一つの光学素子を取り付け、 基板の他の面に発光素子を取り付け、 次いで、 受 光素子に入射する光束が通過するための孔部及び導電性を有する部分を有し基板 と受光素子との間に介在される中間部材に受光素子を位置決めして取り付け、 そ の後、 基板の他の面に中間部材を取り付け、 更に、 中間部材の導電性を有する部 分によって受光素子の端子と基板上の導体パターンとを接続させることによって 製造される。
本発明の更に他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下におい て図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう < 図面の簡単な説明 図 1は、 従来の複合光学素子の組立工程を示す平面図である。
図 2は、 複合光学素子を用いて構成された光学ピックアップ装置を示す側面図 である。
図 3は、 従来の複合光学素子の他の例を示す側面図である。
図 4は、 複合光学素子における受光素子の受光部のパターンを示す平面図であ る。
図 5は、 複合光学素子における受光素子の受光部のパ夕一ンの他の例を示す平 面図である。
図 6は、 従来の複合光学素子の要部の構成を示す側面図である。
図 7 Aは、 従来の複合光学素子の構成を示す平面図であり、 図 7 Bはその側面 図であり、 図 7 Cは底面図である。
図 8は、 従来の複合光学素子の調整工程を示す側面図である。'
図 9は、 本発明に係る複合光学素子の構成を示す側面図である。 ， 図 1 0は、 複合光学素子を構成する光透過性を有しない材料で形成された中継 基板を示す平面図である。
図 1 1は、 複合光学素子の製造工程においてワイヤボンダを用い 受光素子上 にワイヤボールバンプを形成している状態を示す側面図である。
図 1 2は 複合光学素子の製造工程において受光 ¾子上のワイヤボールバンプ. を整形している状態を示す側面図である。
図 1 3は、 複合光学素子の製造工程において受光素子と中継基板との位置決め を行っている状態を示す側面図である。 · 図 1 4は、 複合光学素子の製造工程において受光素子と中継基板とがバンプ接 合されている状態の要部を示す側面図である。
図 1 5 A乃至図 1 5 Fは、 複合光学素子の中継基板が透明である場合における 受光ュニットの製造工程を示す斜視図及び側面図である。
図 1 6は、 複合光学素子を構成する透明な中継基板を示す平面図である。
図 1 7は、 複合光学素子の製造工程において発光素子及び光学素子が取り付け られた基板を示す側面図である。
図 1 8は、 複合光学素子の製造工程中における受光ユニットを示す側面図であ る。
図 1 9は、 複合光学素子の製造工程おいて、 受光ユニットを基板に位置決めし ている状態を示す側面図である。
図 2 0は、 複合光学素子の製造工程において受光ュニットを保持するコレツト の構成を示す側面図である。
図 2 1は、 複合光学素子を構成する受光素子の受光部のパターンを示す平面図 である。
図 2 2は、 母材がセラミックである場合の中継基板の製造過程を示すフローチ ヤートである。
図 2 3は、 母材が半導体である場合の中継基板の製造過程を示すフ ーチヤ一 トである。
図 2 4は、 母材が透明材料である場合の中継基板の製造過程を示すフローチヤ —トである。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の実施の形態を.図面を参照しながら説明する。
本発明に係る複合光学素子及び受光素子装置は、 図 ·9に示すように r基板 1の 一の面側に取り付けられた少なくとも 1つのレンズとプリズムと回折素子を含む 光学素子 2と、 基板 1の他の面に取り付けられた発光素子である半導体レ一ザ 3 と受光素子 4とを備えている。 基板 1と受光素子 4との間には、 中間部材となる 中継基板 5が介在されている。 本発明に係る複合光学素子の製造方法は、 このよ うな複合光学素子を製造するための方法である。
基板 1には、 半導体レーザ 3から出射された光束を基板 1の一の面側に透過さ せるための第 1の透孔 8が形成されている。 この基板 1には、 後述する光デイス クからの戻り光を基板 1の一の面側より受光素子 4に入射させるための第 2の透 孔 9が形成されている。 半導体レーザ 3には、 例えば、 4 0 0 n m付近、 又はこ れより紫外側の発光波長帯域を有する半導体レーザが用いられている。
中継基板 5は、 半導体レ一ザ 3の発光波長において吸収特性を有する材料を母 材として形成されている。 このような 4 0 0 n m付近、 又はこれより紫外側の波 長の光を吸収する特性を有する材料としては、 アルミナ、 窒化アルミニウム、 又 は、 ガラスエポキシのいずれかであるセラミック材料、 或いは、 シリコン、 ガリ ゥムーヒ素、 インジウム一燐、 又はジンクセレンのいずれかである半導体材料を 用いることができる。 このような材料を用いて形成された中継基板 5には、 図 1 0に示すように、 光ディスクからの戻り光を通すための第 3の透孔 6が設けられ ている。 '
中継基板 5に設けられる第 3の透孔 6は、 少なくとも受光素子 4の受光部全体 を基板 1の一の面側に臨ませることができる大きさに形成されている。 更に、 第 3の透孔 6は、 中継基板 5上に重ね合わせるように配設される受光素子 4に設け た位置決めのためのマーカを臨ませる大きさとすれば、 組立工程を容易にし、 組 立て装置の構成を簡素化することができる。
中継基板 5の一の面には、 導電性を有する部分として配線 7が設けられている c 配線 7は、 ニッケル （N i ) を下地メタルとし、 その上に金 （A u ) を被着して いる。 配線 7を構成する材料には、 金 （A u ) 、 ニッケル （N i ) の他、 銀 （A g ) 、 タングステン （W) 、 アルミニウム （A 1 ) 等を用いることができる。 中継基板 5の配線 7が設けられた一の面には、 この中継基板 5上に配設される 受光素子 4の配設位置の位置決めを図るためのマ一力 ·7 aが設け.られている。 ' ·· 本発明に係る複合光学素子及び受光素子装置を構成する受光素子 4は、 予め中 継基板 5に取り付けられている。
受光素子 4を中継基板 5に取り付けるためには、 まず、 図 1 1に示すように、 受光素子 4に設けられた、 例えば、 アルミニウム （A I ) からなる電極端子の上 に、 例えば、 ワイヤボンダ 2 0 1を用いて、 超音波ホーン 2 0 7から印加される 超音波により、 金 （A u ) のワイヤボールバンプ 1 0を形成する。 金は、 金ワイ ャ （A uワイヤ） 2 0 2として、 受光素子 4上に供給される。 このとき、 温度調 節付きステージ 2 0 3に受光素子 4を載置し、 受光素子 4全体を 1 0 0 ° C以上 に加熱することによりワイヤボールバンプ 1 0が良好に形成される。
次に、 図 1 1に示すように、 各ワイヤボールバンプ 1 0の高さをそろえるため に、 受光素子 4をプレス用基台 2 0 4に載せ、 平坦性の良い平板状のプレス板 2 2/09647
14
0 5を用いてプレス処理をする。 このとき、 プレス板 2 0 5の受光素子 4に対す る降下量は、 プレス用基台 2 0 4上に載せたスぺーサ 2 0 6によって規制される c 次に、 図 1 3に示すように、 中継基板 5に、 ワイヤボールバンプ 1 0が形成さ れた受光素子 4を接合する。 この接合、 すなわちバンプ接合は、 超音波ホーン 2 0 7により吸着コレット 2 0 8を介して受光素子 4を保持し、 1 0 0 ° C程度に 加熱した温度調節付きステージ 2 0 3に載せた中継基板 5に対し、 この受光素子 4を押圧して超音波振動させることにより行う。 '
このとき、 中継基板 5及び受光素子 4に、 位置合わせ用のマーカを形成してお き、 このマーカに基づいて位置決めを行うことができる。 この位置決めは、 対向 された中継基板 5及び受光素子 4の間に配置された位置決め用プリズム 2 0 9及 びプリズム 2 1 0を介して、 C C Dカメラ 2 1 2によって、 中継基板 ' 5のマーカ と受光素子 4のマーカとを同時に観察することにより行う。 位置決め用プリズム 2 0 9は、 中継基板 5に向いた傾斜面と受光素子 4に向いた傾斜面とを有してお り、 中継基板 5からの光と受光素子 4からの光とを、 同時に C C Dカメラ 2 1 2 に到達させる。
この接合において、 中継基板 5の配線 7上に受光素子 4のワイヤボールバンプ 1 0が確実に接するように必要がある。 配線 7にワイヤボールバンプ 1 0が確実 に接するようにするためには、 例えば、 図 1 4に示すように、 中継基板. &の配線 7の幅 を 1 0 0〃mとし、 ワイヤボールバンプ 1 0の径1 ！を 6 0 mとする というように、 配線 7の幅 をワイヤボールバンプ 1 0の径！^ !よりも広くして おくと、 位置合わせ工程が容易となる。 すなわち、 ワイヤボールバンプ 1 0のピ ヅチ P と配線 7のピッチ P 2とを等しく しておけば、 配線 7の幅 W iとワイヤポー ルバンプ 1 0の径!^との差が、 接合時の位置ずれ幅 W2となる。
位置決め後、 図 1 3に示すように、 超音波ホーン 2 0 7に接続された吸着コレ ッ ト 2 0 8を介して、 受光素子 4の裏面より超音波を印加する。 この超音波によ つて、 超音波共晶により、 ワイヤボールバンプ 1 0と配線 7とは、 電気的且つ機 械的に接合される。
この接合において、 受光素子 4及び中継基板 5の四隅部分に、 紫外線 （U V ) 硬化型樹脂を少量供給して硬化させることにより、 これら受光素子 4と中継基板 5とが一層強固な接合強度をもって接合される。 但し、 紫外線硬化型樹脂は、 受 光素子 4の受光部には到達しないように供給する必要がある。
なお、 受光素子 4と中継基板 5との接合には、 異方性導電材料は用いないこと が好ましい。 異方性導電材料には、 液状、 膜状のものがあるが、 液状のものは、 一般的にはチクソ性が低く、 受光素子 4の全体に広がってしまうことが予想され る。 すなわち、 異方性導電材料は、 受光素子 4の受光部にまで到達してしまうお それがある。 異方性導電材料には、 真空とは異なる屈折率を有し、 光の吸収を伴 うものもある。 異方性導電材料が受光素子 4の受光部に到達している場合には、 異方性導電材料の光の吸収により、 発光素子 4における光検出信号の強度が弱ま り、 異方性導電材料の屈折率が真空と異なるので、 光学距離が変調されることに なる。 この場合には、 受光素子 4の受光部に到達した異方性導電材料の膜厚を制 御する必要があるが、 このような制御は困難であるから、 異方性導電材料は用い ないことが好ましい。
中継基板.5が、 半導体レーザ 3から出射される発光波長の光に対し吸収特性を 有しない材料、 すなわち、 半導体レーザ 3から出射した光を透過させる特性を有 する透明な材料を母材として形成されている場合には、 図 1 5 Aに示すように、 上述したような透孔を設ける必要がない。 この場合には、 半導体レーザ 3から出 射される光の究光波長に応じて中継基板 5の各面 5 a、 .5 b又はいずれ:か一方の 面に、 無反射コート （A Rコート） 層を施すことが望ましい。 ここで、 半導体レ —ザ 3から出射される発光波長の光に対し吸収特性を有しない材料としては、 サ ファイア、 光学ガラス、 合成樹脂材料、 I I I族窒化物半導体、 酸化亜鉛、 酸化ジリ コンのいずれかを用いることができる。
この透明な中継基板 5上には、 図 1 6に示すように、 上述した中継基板 5と同 様に、 バンプ用電極部 1 7 aを含む配線 7が形成されている。 この配線 7は、 受 光素子 4と上述のようなバンプ接合を行うためのバンプ用電極部 1 7 aと、 外部 との接続をするための端子部 1 7 bとを電気的に接続するように形成されている。 この場合にも、 上述の中継基板 5と同様に、 図 1 5 Bに示す受光素子 4がバン プ接合される。 受光素子 4の一方の面側には、 受光部 4 aが設けられ、 周縁部に ヮィャボールバンプ 1 0が形成される多数の接続用の電極 4 bが設けられている。 02 09647
16 中継基板 5と受光素子 4は、 図 1 5 Cに示すように、 中継基板 5の配線 7設け られた面と受光素子 4のワイヤポールバンプ 1 0が形成された電極 4 bが形成さ れた面を対向させて突き合わせられる。 図 1 5 Cに示すように突き合わせられた 中継基板 5と受光素子 4は、 図 1 5 Dに示すように、 両面から押圧され、 ワイヤ ボールバンプ 1 0を介して受光素子 4側の電極 4 bと中継基板 5側のバンプ用電 極部 1 7 aとを電気的に接続するとともに機械的に接合される。
互いに接合された中継基板 5と受光素子 4は、 図 1 5 E及び図 1 5 Fに示すよ うに、 互いの接合部の周囲を接着剤或いは低融点ガラス 1 2等の封止材料を用い て覆うことによって接合部より内側を封止する。 受光素子 4の外方側の面は、 合 成樹脂やテープ等で覆うことによって保護するようにしてもよい。
このようにして、 中継基板 5に受光素子 4が実装され、 互いの接合部が低融点 ガラス 1 2等の封止材料により封止されることにより、 図 1 5 Fに示すような受 光ュニヅト 1 1が構成される。 ·
次に、 図 1 7に示すように、 光学素子 2及び半導体レーザ 3が取り付けられた 基板 1に対して、 図 1 8に示すように、 受光素子 4と中継基板 5とを一体化させ た受光ユニット 1 1を取り付ける。 光学素子 2及び半導体レーザ 3は、 基板 1に 対して接着によって取り付けられる。 この接着は、 後の工程で取外しができるよ うな、 いわゆる、 -.仮止めであってもよい。 使用する接着剤としては、.例えば、 銀 ( A g ) ペースト、 熱硬化型樹脂、 紫外線 （U V ) 硬化型樹脂などが挙げられる ( なお、 接着時における熱変形を抑えるためには、 低温熱硬化型樹脂、 或いは、 紫 外線硬化型樹脂を用いることが望ましい。
受光ユニット 1 1は、 光学素子 2及び半導体レーザ 3が取り付けられた基板 1 に対する位置決めを行ってから、 基板 1に接着して取り付ける。 この位置決めは、 マ一力を用いた位置決めを行うパヅシプアライメントでもよいが、 位置精度を高 めるためには、 半導体レーザ 3を発光させて、 受光ユニット 1 1からの出力信号 を見ながら位置決めを行うァクティプアライメントを採用することが望ましい。 アクティブァライメントを行う場合には、 図 1 9に示すように、 半導体レーザ 3を発光させ、 ダミーディスク 2 2 0を用いて、 半導体レーザ 3から出射された 光束 L iを反射させ戻りの光束 L 2として受光ュニット 1 1側に戻す。 このとき、 受光ュニット 1 1をコレッ ト 2 1 9に支持し、 中継基板 5を基板 1に接触させる 状態に位置させる。 受光ユニット 1 1の互いに直交する X方向、 Y方向、 Z方向 の 3方向の位置調整は、 受光ュニット 1 1からの出力信号をモニタしながら、 常 に基板 1に接触させた状態で、 受光ュニット 1 1を移動させることにより行う。 受光ュニット 1 1が常に基板 1に接触していることにより、 ダミーディスク 2 2 0から受光素子 4の受光面までの光路長は、 常に一定に保たれる。
受光ュニヅト 1 1を支持するコレヅト 2 1 9は、 図 2 0に示すように、 中継基 板 5の周囲を保持するとともに、 受光素子 4からの出力信号を取り出すためのブ ローブ 2 1 1を有している。
この調整においてモニタする信号は、 受光素子 4における受光部の配置によつ て異なる。 例えば、 受光素子 4の受光部が、 図 2 1に示すように、 ダミーデイス ク 2 2 0に入射されこのダミーディスク 2 2 0によって反射された戻'り光を放射 状に 4分割して受光する受光部 A、 B、 C、 Dにより非点隔差法によるフォー力 スエラー信号を検出し、 これら受光部 A、 B、 C、 Dの両側のそれそれ戻り光を 平行に 3分割して受光部する受光部 E、 I、 F、 受光部 G、 J、 Hにおいて、 プ ヅシュプル法によるトラヅキングエラー信号を検出し、 更に、 残る 2つの受光部 K、 Lによって、 差動検出を行って R F信号を検出する受光部である場合、 各受 光部からの光検出出力を用いた以下の演算結果に基づいて、 受.光ュニッ十 1 1の 位置調整を行うことができる。 すなわち、 記録媒体上の記録トラックに沿う方向 である図 2 1中 X方向については以下の演算を用いる。
( A + D ) 一 ( Β + C )
記録媒体の記録トラックに直交する方向である図 2 1中 Υ方向については、 以 下の演算を用いる。
( Α + Β ) 一 ( D + C )
又は、
( E + G ) - ( F + Η )
半導体レーザ 3から出射された光束の光軸方向である図 2 1中 Ζ方向の調整は、 半導体レーザ 3を光軸方向に移動させるか、 或いは、 受光ユニット 1 1及び基板 1の間に透孔を有するスぺーサを介在させることにより行うことができる。 なお、 09647
18 半導体レーザ 3から出射された光束を 9 0 ° 偏向させて基板 1側に入射させるプ リズムが基板 1に取り付けられている場合には、 図 2 1中 Z方向の調整は、 半導 体レーザ 3を基板 1の主面に沿って移動させることによって行うことができる。 なお、 複合光学素子を構成する受光素子 4の受光部のパターンは、 種々のもの が用いられ、 ァクティプアライメントにおいてモニタする信号を得るための演算 は、 受光部のパターンに応じて適宜決定される。
次に、 中継基板 5を製造する工程を説明する。
中継基板 5を製造するには、 まず中継基板 5を構成する材料である母材が、 ァ ルミナ、 窒化アルミニウム、 又はガラスエポキシのいずれかであるセラミヅク材 料である場合には、 これらの材料は可視光帯域の光を透過させないため、 図 2 2 に示すように、 まず、 ステヅプ s t 1において、 複数枚の中継基板 5が連続され た状態の材料に孔を開け、 個々の中継基板 5に分離するための溝を形成しておく c 次に、 ステップ s t 2において、 配線 7の下地層を構成するアルミニウム又は二 ヅケルを印刷により形成し、 ステップ s t 3において、 この下地層を焼結させる < 次のステツプ s t においては、 配線 7の下地層の上に金等の上配線材をメヅキ 法により形成する。 ステップ s t 5において、 個々の中継基板 5に分離する。 こ こで用いるセラミヅク材料は、 安価であり、 厚みを薄く しても強度が強いという 利点を有する。 . '
中継基板 5をなす材料、 すなわち母材が、 シリコン （S i ) 、 ガリウムーヒ素 ( G a A s ) 、 インジウムー憐 （I n P ) 、 又はジンクセレン （Z n S e ) のい ずれかである半導体材料である場合には、 図 2 3に示すように、 いわゆるドライ エッチングの方法によって配線 7を形成する。 これら半導体材料は、 いずれも一 般的な半導体製造工程において用いられる材料であるので、 この材料を用いるこ とは、 加工プロセスが確立されているという利点がある。 すなわち、 ステヅプ s t i lにおいて、 孔開け用のマスクを形成しておき、 ステヅプ s t 1 2において、 複数枚の中継基板 5がつながった状態のウェハに対し、 ドライエッチングによる 孔開けを行う。 次に、 ステップ s t 1 3乃至ステップ s t 1 5において、 配線パ 夕一ン及ぴマーカの印刷、 蒸着、 リフトオフを行い、 配線 7及びマ一力 7 aを形 成する。 ステヅプ s t 1 6において、 ダイサ一カヅトにより、 個々の中継基板 5 に分離する。
ここで用いる半導体材料は、 劈開性があるため、 ウェハ上において複数の中継 基板を作り込み、 後に個々の中継基板 5に分離することが容易である。 この工程 は、 一般的なダイサー工程であってもよいし、 傷を入れておいてブレークする劈 開工程であってもよい。 半導体材料を用いたホトリソグラフィの工程も半導体製 造工程において既に確立されており、 配線 7の線幅、 ピッチ及び厚さを高精度に 制御できる。 配線 7のサイズ精度、 中継基板 5のサイズ精度が低い、 すなわち公 差が大きいと、 基板 1においてもその公差に応じたマ一ジンを取る必要があるた め、 基板 1が大きくなつてしまう。 基板 1が大きくなると、 複合光学素子の全体 の大きさも大きくなつてしまう。 したがって、 配線 7のサイズ精度、 中継基板 5 のサイズ精度が高いことにより、 基板 1を小さくでき、 複合光学素子の全体を小 さくできる。
本発明を構成する中継基板 5に用いられる半導体材料は、 バンドギャップ以下 の光を吸収することがないので、 光源である半導体レーザ 3から出射される光の 発光波長がこのバンドギャップ以下である場合は、 中継基板 5に透孔 6を設ける 必要はない。
更に、 中継基板 5を構成する材料である母材が、 サファイア、 光学ガラス、 合 成樹脂材料、 Ι Π族窒化物半導体、 酸化亜鉛、 酸化シリコンのいずれかであり、, '半 導体レーザ 3から出射された光の波長帯域の光を吸収しない材料である場合にも、 中継基板 5に透孔 6を設ける必要はない。 この場合、 中継基板 5を製造するため には、 図 2 4に示すように、 ステップ s t 2 1乃至ステツプ s t 2 3で、 複数枚 の中継基板 5が連続した状態のウェハに対し、 配線パターン及びマーカの印刷、 蒸着、 リフトオフの各工程を施し、 配線 7及びマーカを形成する。 ステップ' s t 2 4において、 ダイサ一力ヅトにより個々の中継基板 5に分離する。
上述の各例においては、 受光素子 4へのワイヤボールバンプ 1 0の形成は、 受 光素子 4の個々について行っているが、 ワイヤポールバンプ 1 0は、 複数の受光 素子 4が連なった状態のウェハ上で形成することも可能である。 同様に、 上述の 各例においては、 受光素子 4と中継基板 5との接合も、 個々の受光素子 4及び中 継基板 5の間で行っているが、 ともにウェハの状態、 或いは、 これらのいずれか 一方がウェハの状態で行ってもよい。 むしろ、 生産性の観点からは、 ウェハの状 態で行うことが望ましい。
上述の例においては、 受光素子 4にワイヤボールバンプ 1 0を形成し、 中継基 板 5に配線 7を形成しているが、 受光素子 4に配線 7を形成し、 中継基板 5にヮ ィャボ一ルバンプ 1 0を形成するようにしてもよい。
更に、 上述の例では、 光源として半導体レーザ 3を用いているが、 本究明に用 いる光源の種類は半導体レ ザに限定されるものではなく、 例えば、 有機材料を 用いた発光素子などであってもよい。 産業上の利用可能性 . 上述のように、 本発明に係る複合光学素子又は受光素子装置は、 基板と、 この 基板の一の面に取り付けられた少なくとも一つの光学素子と、 基板の他の面に取 り付けられた発光素子及び受光素子、 又は受光素子と、 基板と受光素子との間に 介在された中継部材とを備え、 この中継部材が、 受光素子に入射する光束を透過 させるための孔を有するか、 又は発光素子から出射される光の発光波長を吸収し ない特性を有する透明材料からなる母材により形成され、 導電性を有する部分を 有し、 この導電性を有する部分によって受光素子'の端子と基板土の導体パターン とを接続させているので、 受光素子からの光検出出力をモニタしながら位置決め を行うアクティブァライメントを容易に行うことができ、 受光素子のマウント精 度を向上させることができる。 受光素子のマウント精度の向上により、 光源の短 波長化に応じた精度の向上を実現でき、 複雑な信号検出を採用する光学ピックァ ップ装置にも容易に対応することができる。
本発明に係る複合光学素子又は受光素子装置を製造するに当たっては、 従来よ り用いられている既存の設備を用いることができるため、 製造コストを増加させ ることなく製造できる。

Claims

請求の範囲
1 . 基板と、
上記基板の一の面に取り付けられた少なくとも一つの光学素子と、
上記基板の他の面に取り付けられた発光素子及び受光素子と、
上記基板と上記受光素子との間に介在された中間部材と
を備え、
上記中間部材は、 上記発光素子が発する光の発光波長において吸収特性を有す る材料により形成されるとともに、 上記受光素子に入射する光束を透過するため の孔及び導電性を有する部分を有し、 上記導電性を有する部分によって上記受光 素子の端子と上記基板上の導体パターンとを接続させている複合光学素子。
2 . 上記中間部材は、 アルミナ、 窒化アルミニウム、 又はガラスエポキシのいず れか一の材料により形成されている請求の範囲第 1項記載の複合光学素子。
3 . 上記中間部材は、 シリコン、 ガリウム一ヒ素、 インジウム一燐、 又はジンク セレンのいずれかの材料により形成されている請求の範囲第 1項記載の複合光学
4 . 上記中間部材には、 導電性を有する部分に接続された電極パッドが形成され、 上記受光素子には、 端子に接銃された電極パッドが形成され、 - · 上記中間部材の電極パッドと上記受光素子の電極パッドとは、 フリップチップ ボンドにより、 上記受光素子の受光面を上記中間部材側に向けた状態で接合され ている請求の範囲第 1項記載の複合光学素子。
5 . 基板と、
上記基板の一の面に取り付けられた少なくとも一つの光学素子と、
上記基板の他の面に取り付けられた発光素子及び受光素子と、
上記基板と上記受光素子との間に介在された中間部材と
を備え、
上記中間部材は、 上記発光素子が発する光の発光波長において吸収特性のない 透明材料により形成されるとともに、 導電性を有する部分を有し、 上記導電性を 有する部分によって上記受光素子の端子と上記基板上の導体パターンとを接続さ せている複合光学素子。
6 . 上記中間部材は、 サファイア、 光学ガラス、 合成樹脂材料、 I I I族窒化物半導 体、 酸化亜鉛、 S i Cのいずれか一の材料により形成されている請求の範囲第 5 項記載の複合光学素子。
7 . 上記中間部材の少なくとも一方の面には、 上記発光素子が発する光の発光波 長の光に対して無反射となる A Rコート膜が形成されていること請求の範囲第 5 項記載の複合光学素子。
8 . 上記中間部材には、 導電性を有する部分に接続された電極パッドが形成され、 上記受光素子には、 端子に接続された電極パッドが形成され、
上記中間部材の電極パッドと上記受光素子の電極パッドとは、 フリヅプチップ ボンドにより、 上記受光素子の受光面を上記中間部材側に向けた状態で接合され ている請求の範囲第 5項記載の複合光学素子。 .
9 . 上記中間部材と上記受光素子との間は、 封止材料によって封止されているこ とを特徴とする請求の範囲第 5項記載の複合光学素子。
1 0 . 基板と、
上記基板の一の面に取り付けられた少なくとも一つの光学素子と、
• 上記基板の他の面に取り付けられた発光素子及び受光素子と、
上記基板と 記受光素子との間に介在された中間部材と …… .
を備え、 · ■
上記中間部材は、 上記発光素子が発する光の発光波長において吸収特性のない 透明材料により形成されるとともに、 導電性を有する部分を有し、 上記導電性を 有する部分によって上記受光素子の端子と上記基板上の導体パターンとを接続さ せている受光素子装置。
1 1 . 導体パターンを有する基板の一の面に少なくとも一つの光学素子を取り付 け、
上記基板の他の面に発光素子を取り付け、
次いで、 上記受光素子に入射する光束が通過するための孔及び導電性を有する 部分を有し上記基板と上記受光素子との間に介在される中間部材に上記受光素子 を位置決めして取り付け、 その後、 上記基板の他の面に上記中間部材を取り付け、
上記中間部材の導電性を有する部分によって、 上記受光素子の端子と上記基板 上の導体パターンとを接続させる
複合光学素子の製造方法。
1 2 . 上記光学素子は、 上記基板に設けられ上記発光素子が発した光束を透過さ せるための透孔を基準として上記基板に対して位置決めして取り付ける請求の範 囲第 1 1項記載の複合光学素子の製造方法。
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