JP2013055160A - 光透過性部材、光学装置およびそれらの製造方法 - Google Patents

光透過性部材、光学装置およびそれらの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】クラックの進行を抑制するために有利な構成を有する光透過性部材を提供する。
【解決手段】第１主面、第２主面および側面を有する光透過性部材は、前記第１主面、前記第２主面および前記側面には現れないように前記第１主面と前記第２主面との間に形成された複数の変質部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光透過性部材、それを含む光学装置、および、それらの製造方法に関する。
撮像素子などの光学素子を保護する保護部材やローパスフィルターとして、様々な光透過性部材が使用されている。光透過性部材は、それが組み合わされる撮像素子または発光素子などの光学素子の形状に合わせてホイールスクライブまたはレーザースクライブなどのダイシング方法によってダイシングされうる。
特許文献１には、ガラスに電子線を照射することによってガラスの表面層の網目構造の柔軟性を増加させ、これによりクラック抵抗を向上させることが開示されている。特許文献２には、素子部が形成されたシリコンからなる半導体ペレットの外周部分にイオン注入によって高歪み層を形成することが開示されている。この高歪み層は、素子部へのクラックの波及を阻止するように機能する。
特開２００４−６７４４３号公報 特開平６−２１２９２号公報
ガラスや水晶などの光透過性部材を切断する際に該光透過性部材にクラックが生じる場合がある。特許文献１の記載によれば、ガラスのクラック抵抗性が向上する。しかし、特許文献１に記載された発明は、クラックが生じた場合においてそのクラックの進行を抑制しようとするものではない。特許文献２に記載された発明は、光透過性部材に高歪み層を形成することによってクラックの波及を阻止するものではなく、シリコンからなる半導体ペレットに高歪み層を形成するものである。
本発明は、クラックの進行を抑制するために有利な構成を有する光透過性部材およびそれを含む光学装置を提供することを目的とする。
本発明の１つの側面は、第１主面、第２主面および側面を有する光透過性部材に係り、前記光透過性部材は、前記第１主面、前記第２主面および前記側面には現れないように前記第１主面と前記第２主面との間に形成された複数の変質部を有する。
本発明によれば、クラックの進行を抑制するために有利な構成を有する光透過性部材およびそれを含む光学装置が提供される。
第１実施形態の光透過性部材の構成を示す図。 第１実施形態の光透過性部材におけるクラックの進行の抑制効果を模式的に示す図。 第１実施形態の光透過性部材の構成を示す図。 第１実施形態の光透過性部材の構成を示す図。 第２実施形態の光学装置の構成を示す図。 第２実施形態の光学装置の製造方法を示す図。 第３実施形態の光学装置の構成を示す図。 第４実施形態の光学装置の構成を示す図。 第５実施形態の光学装置の構成を示す図。 第６実施形態の光学装置の構成を示す図。 比較例におけるクラックの進行を模式的に示す図。
以下、添付図面を参照しながら本発明のいくつかの実施形態を例示的に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
図１〜図４を参照しながら本発明の第１実施形態の光透過性部材１について説明する。図１（ａ）は光透過性部材１の斜視図、図１（ｂ）は光透過性部材１の平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’線における光透過性部材１の断面図である。光透過性部材１は、例えば、ガラス、水晶およびニオブ酸リチウムからなるグループから選択されるいずれか１つの材料で構成されうる。光透過性部材１は、第１主面４、第２主面５および側面６を有しうる。第１主面４および第２主面は、互いに反対側の面である。光透過性部材１は、典型的には４つの辺を含みうる。即ち、側面６は、典型的には４つの平面を含みうる。
光透過性部材１は、第１主面４、第２主面５および側面６に現れないように第１主面４と第２主面５との間に形成された複数の変質部３を有する。ここで、複数の変質部３は、第１主面４と第２主面５との間に規則的に配列されうる。なお、意図せずに光透過性部材１の中に形成されうる格子欠陥などは、ランダムに配置され、一般的には、規則的には配列されない。複数の変質部３の少なくとも一部は、それらの集合によって配列面２３が構成されるように配列されうる。配列面２３は、光透過性部材１の中央部分を取り囲むように配置されうる。図１に示す例では、配列面２３は、４つの辺を含む４角形状の光透過性部材１の各辺に平行な平面を含む。複数の変質部３は、光透過性部材１の外周端（例えば、第１主面４または第２主面５の外周端、または側面６）からのクラックの進行を抑制するために有利である。
変質部３は、光透過性部材１の他の部分（変質部３以外の部分）とは性質が異なる部分である。具体的には、変質部３は、例えば、当該他の部分とは原子又は分子の結合状態が異なる部分、当該他の部分とは原子又は分子の密度が異なる部分、格子欠陥（例えば、転位、粒界など）を有する部分、または、空隙でありうる。特に、変質部３は、当該他の部分より原子又は分子の結合状態が弱い部分、当該他の部分より原子又は分子の密度が小さい部分、格子欠陥（例えば、転位、粒界など）を有する部分、または、空隙であることが好ましい。
前述のように、変質部３は、第１主面４、第２主面５および側面６に現れないように形成される。これにより、光透過性部材１に加わる応力に対する耐性を高めることができる。これとは異なり、変質部３が第１主面４、第２主面５および側面６の少なくともいずれかに現れるように形成されている場合には、光透過性部材１に加わる応力によって光透過性部材１が破損し易くなる。
複数の変質部３が配列された領域の第１主面４に直交する方向における幅ｔ２は、第１主面４と第２主面５との距離である光透過性部材１の厚さｔ１の３０％以上かつ７０％以下であることが好ましい。ｔ２／ｔ１＞７０％では、光透過性部材１の強度が弱くなりうる。ｔ２／ｔ１＜３０％では、クラックが進行する経路に変質部３が存在する確率が小さくなり、光透過性部材１の中央部分に向けてクラックが進行する可能性が高くなる。
複数の変質部３は、例えば、変質部３を有しない光透過性部材の内部にＹＡＧレーザー装置などのレーザー装置によってレーザー光を集光させ、その集光位置（焦点）を走査することによって形成することができる。
複数の変質部３のうち隣接する変質部３の間の最小距離ｄが大きいと、隣接する変質部３の間をクラックが突き抜ける可能性が高くなるので、クラックの進行の抑制効果が低下しうる。一方、最小距離ｄが小さくなると、光透過性部材１の強度が低下しうる。そこで、最小距離ｄは、１０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることが好ましい。
ここで、図２および図１１を参照しながら第１実施形態によるクラックの進行の抑制効果を説明する。図２には、第１実施形態によるクラック７の進行の抑制効果が模式的に示されており、クラック７は、図２（ａ）に示す状態から図２（ｂ）に示す状態に進行する。図２（ａ）に模式的に示すように光透過性部材１の外周端から内側方向に進行するクラック７は、その進行方向が図２（ｂ）に模式的に示すように第２主面５の方向に変更される。これにより、クラック７が光透過性部材１の中央部分に向かって進行することが防止されうる。ここで、変質部３に到達したクラック７は、変質部３に沿って進行した後に変質部３から出ることが多く、これによってクラック７の進行方向が変更されうる。なお、図２に示されていないが、変質部３に到達したクラック７は、第１主面４に向かうようにその進行方向が変更される場合もありうる。
図１１には、変質部３を有しない光透過性部材１におけるクラック７の進行が模式的に示されており、クラック７は、図１１（ａ）に示す状態から図１１（ｂ）に示す状態に進行する。
図３には、複数の変質部３の配列、即ち、配列面２３の配置の他の３つの例が示されている。図３（ａ）の例では、複数の変質部３の配列は、４角形状の光透過性部材１の４つの角部にそれぞれ配置された４つの配列面２３を含む。ここで、各配列面２３は、その法線が光透過性部材１の中央部分を向くように配置されている。図３（ｂ）の例では、複数の変質部３の配列は、光透過性部材１の中央部を二重に取り囲むように配置された２つの配列面２３を含む。複数の変質部３の配列は、光透過性部材１の中央部を取り囲む３重以上の配列面２３を含んでもよい。図３（ｃ）に示す例では、複数の変質部３の配列は、光透過性部材１の中央部分を連続的な曲面で取り囲む配列面２３を含む。
図４には、配列面２３内における複数の変質部３の配列の３つの例が示されている。図４（ａ）に示す例では、複数の変質部３の配列は、第１主面４および第２主面５に沿った方向には連続的に配列され、該方向に直交する方向には断続的に配列された変質部３を含む。図４（ｂ）に示す例では、複数の変質部３の配列は、第１主面４および第２主面５に沿った方向および該方向に直交する方向の双方に関して断続的に配列された変質部３を含む。図４（ｃ）に示す例では、複数の変質部３の配列は、配列面２３内において千鳥状に配列された変質部３を含む。図４（ｃ）に示す例は、変質部３の配列密度を向上させクラックの進行の抑制効果を高めるために有利であるとともに、光透過性部材１の強度の低下を抑制するためにも有利である。
図５および図６を参照しながら本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態の説明として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態は、第１実施形態に代表される光透過性部材１を含む光学装置ＯＤを提供する。図５（ａ）は、光学装置ＯＤの平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ'線における断面図である。なお、図５（ａ）では、光透過性を有する光透過性部材１は省略されている。光学装置ＯＤは、光学素子９と、第２主面５が光学素子９に向くように配置された光透過性部材１とを備えている。光学素子９は、例えば、撮像素子（例えば、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ）または発光素子（例えば、ＬＥＤ、レーザー）でありうる。一例において、光学素子９は、撮像素子であり、１つの面に画素アレイ領域１０およびパッド１１を有し、他の面に外部端子１４を有し、パッド１１と外部端子１４とが貫通電極１３によって接続された構成を有しうる。光透過性部材１は、前述のように複数の変質部３（あるいは、それらが配列された配列面２３）を有する。
変質部３を有する光透過性部材１を用いて光学素子ＯＤを構成したことにより、光透過性部材１の外周端にクラックが発生したとしても、それが光透過性部材１の中央部分に進行することを抑制することができる。これにより、光透過性部材１の中央部分を透過する光がクラックの影響を受けることを防止することができる。例えば、光学素子９が撮像素子である場合には、光透過性部材１の中央部分（あるいは撮像領域）にクラックが進行すると、それが撮像される画像を劣化させうるが、変質部３によってこれが防止されうる。例えば、光学素子９が発光素子である場合には、光透過性部材１の中央部分にクラックが進行すると、それが光透過性部材１を通して放射される光の強度分布を不均一化しうるが、変質部３によってこれが防止されうる。
光学装置ＯＤは、更に、光学素子９と光透過性部材１との間に、光透過性部材１の第２主面５と接触するように配置された樹脂部材１２を更に備えうる。ここで、複数の変質部３の少なくとも一部は、光透過性部材１の第２主面５と交差する仮想面３０に配列され、樹脂部材１２は、第２主面５と仮想面３０との交線を覆う封止部分１２１を含みうる。封止部分１２１は、光透過性部材１の当該交線およびその付近の部分を封止する。このような構成によれば、光透過性部材１にクラックが発生し、それが変質部３を介して第２主面５の交線またはその付近にまで到達したとしても、そのクラックによって光透過性部材１の一部が脱落することが封止部分１２１によって防止される。
次に、図６を参照しながら第２実施形態の光学装置ＯＤの製造方法を説明する。光学装置ＯＤは、基板１５０を複数のチップにダイシングすることによって製造されうる。ここで、基板１５０は、複数の光学素子９を含む半導体基板９０と複数の光透過性部材１に相当する面積を有する光透過性基板１００とを複数の樹脂部材１２に相当する面積を有する樹脂部材１２０を介して結合した構成を有しうる。以下、光学装置ＯＤの製造方法をより具体的に説明する。光透過性基板１００は、第１主面４および第２主面５を有し、これはダイシング後の光透過性部材１における第１主面４および第２主面５と共通している。
まず、図６（ａ）に示す工程では、半導体基板９０と光透過性基板１００とを準備し、樹脂部材１２を介してそれらを接続する。樹脂部材１２としては、例えば封止樹脂が使用されうる。次いで、図６（ｂ）に示す工程では、レーザー照射装置２５を用いて、光透過性基板１００の各光透過性部材１となるべき領域の内部に複数の変質部３（配列面２３）を形成する。ここで形成される複数の変質部３は、第１主面４、第２主面５および側面６に現れないように第１主面４と第２主面５との間に形成される。次いで、図６（ｃ）に示す工程では、基板１５０（例えば、光透過性基板１００）にダイシングテープ２７を貼り付けて、側面６となるべき部分に変質部３が現れないようにダイシングブレード２６を用いて基板１５０をダイシングあるいは切断する。これにより、基板１５０は、複数の光学装置ＯＤに分割される。このダイシングにおいて光透過性部材１の外周端、即ちダイシングされる部分にクラックが生じうるが、このクラックが光透過性部材１の中央部分に進行することが変質部３によって抑制されうる。これにより、基板１５０のダイシング時やその後の光学装置ＯＤの操作・搬送時等におけるクラックの進行を抑制することができる。これにより、高い歩留まりで光学装置ＯＤを製造することができる。
以上は、光学装置ＯＤの製造方法であるが、該製造方法は、複数の変質部３を有する光透過性部材１の製造方法を包含するものと理解することができる。
図７を参照しながら本発明の第３実施形態を説明する。図７（ａ）は、光学装置ＯＤの平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ'線における断面図である。なお、図７（ａ）では、光透過性を有する光透過性部材１は省略されている。第３実施形態の光学装置ＯＤは、画素アレイ領域１０と光透過性部材１との間に空間２２が形成されるように、画素アレイ領域１０を取り囲む外側領域４０と光透過性部材１とを樹脂部材１２が結合している点で第２実施形態と異なる。ここで特に言及しない事項は、第２実施形態に従いうる。第３実施形態においても、光透過性部材１に変質部３を設けることにより、光透過性部材１の外周端にクラックが発生したとしても、それが光透過性部材１の中央部に進行することを抑制することができる。これにより、光透過性部材１の中央部を透過する光がクラックの影響を受けることを防止することができる。
複数の変質部３の少なくとも一部は、光透過性部材１の第２主面５と交差する仮想面３０に配列され、樹脂部材１２は、第２主面５と仮想面３０との交線を覆う封止部分１２１を含みうる。封止部分１２１は、光透過性部材１の当該交線およびその付近の部分を封止する。このような構成によれば、光透過性部材１にクラックが発生し、それが変質部３を介して第２主面５の交線またはその付近にまで到達したとしても、そのクラックによって光透過性部材１の一部が脱落することが封止部分１２１によって防止される。
図８を参照しながら本発明の第４実施形態を説明する。図８（ａ）は、光学装置ＯＤの平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＤ−Ｄ'線における断面図である。なお、図８（ａ）では、光透過性を有する光透過性部材１は省略されている。複数の変質部３の少なくとも一部が配列された仮想面３０は、光透過性部材１の第１主面４および第２主面５と交差している。第４実施形態の光学装置ＯＤは、光学装置ＯＤが第１主面４と仮想面３０との交線を覆う部分を含む樹脂部材１５を備えている点で第３実施形態と異なるが、ここで特に言及しない事項は、第３実施形態に従いうる。
第４実施形態によれば、光透過性部材１にクラックが発生し、それが変質部３を介して第２主面５の交線またはその付近にまで到達したとしても、そのクラックによって光透過性部材１の一部が脱落することが樹脂部材１２、１５によって防止される。
図９を参照しながら本発明の第５実施形態を説明する。図９（ａ）は、光学装置ＯＤの平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＥ−Ｅ'線における断面図である。なお、図９（ａ）では、光透過性を有する光透過性部材１は省略されている。第５実施形態では、光学装置ＯＤは、基板１６に搭載されている。基板１６は基板パッド１８を有し、光学素子９に設けられたパッド１１と基板パッド１８とが金属線１７によって接続されている。光学素子９、基板パッド１８および金属線１７は、樹脂部材１２によって覆われ、樹脂部材１２の上に光透過性部材１が配置されている。樹脂部材１２は、光学素子９、基板パッド１８および金属線１７を封止するとともに光学素子９および基板１６と光透過性部材１とを接続する。光透過性部材１には、前述の複数の変質部３が形成されている。
第５実施形態の光学装置ＯＤも、第２実施形態と同様に、複数の光学装置ＯＤを含む基板をダイシングすることによって製造されうる。第５実施形態においても、ダイシングにおいて光透過性部材１の外周端、即ちダイシングされる部分にクラックが生じうるが、このクラックが光透過性部材１の中央部に進行することが変質部３によって抑制されうる。これにより、基板１５０のダイシング時やその後の光学装置ＯＤの操作時にクラックが発生したとしても、そのクラックの進行を抑制することができる。これにより、高い歩留まりで光学装置ＯＤを製造することができる。
図１０を参照しながら本発明の第６実施形態を説明する。図１０（ａ）は、光学装置ＯＤの平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＦ−Ｆ'線における断面図である。なお、図１０（ａ）では、光透過性を有する光透過性部材１は省略されている。第６実施形態は、光学素子９がキャビティー基板１９のキャビティー部２１に配置されている点で第４実施形態と異なる。ここで特に言及しない事項は、第４実施形態に従いうる。第６実施形態においても、第４実施形態と同様の効果が得られる。

Claims (12)

  1. 第１主面、第２主面および側面を有する光透過性部材であって、
    前記第１主面、前記第２主面および前記側面には現れないように前記第１主面と前記第２主面との間に形成された複数の変質部を有する、
    ことを特徴とする光透過性部材。
  2. 前記複数の変質部が配列された領域の前記第１主面に直交する方向における幅は、前記第１主面と前記第２主面との距離の３０％以上かつ７０％以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光透過性部材。
  3. 前記変質部は、空隙を含む、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光透過性部材。
  4. 前記変質部は、レーザー光の照射によって形成された部分を含む、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光透過性部材。
  5. 前記複数の変質部のうち隣接する変質部の間の最小距離が１０μｍ以上かつ１００μｍ以下である、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光透過性部材。
  6. 光学素子と、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光透過性部材と、を備え、
    前記光透過性部材は、前記第２主面が前記光学素子に向くように配置されている、
    ことを特徴とする光学装置。
  7. 前記光学素子と前記光透過性部材との間に配置された樹脂部材を更に備える、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
  8. 前記光学素子は、画素アレイ領域とそれを取り囲む外側領域とを含み、
    前記光学装置は、前記画素アレイ領域と前記光透過性部材との間に空間が形成されるように前記外側領域と前記光透過性部材とを結合する樹脂部材を更に備える、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
  9. 前記複数の変質部の少なくとも一部は、前記第２主面と交差する仮想面に配列され、
    前記樹脂部材は、前記第２主面と前記仮想面との交線を覆う部分を含む、
    ことを特徴とする請求項７又は８に記載の光学装置。
  10. 前記複数の変質部の少なくとも一部は、前記第１主面と交差する仮想面に配列され、
    前記光学装置は、前記第１主面と前記仮想面との交線を覆う部分を含む樹脂部材を更に備える、
    ことを特徴とする請求項７又は８に記載の光学装置。
  11. 光透過性部材を製造する製造方法であって、
    光透過性基板の内部に複数の変質部を形成する工程と、
    前記複数の変質部が前記光透過性部材の側面となるべき部分に現れないように前記光透過性基板をダイシングして前記光透過性部材を得る工程と、
    を含むことを特徴とする光透過性部材の製造方法。
  12. 光学素子と、１つの面が前記光学素子に向くように配置された光透過性部材とを有する光学装置の製造方法であって、
    前記光学素子が形成された半導体基板と光透過性基板とを結合してなる基板の内部に複数の変質部を形成する工程と、
    前記複数の変質部が前記光透過性部材の側面となるべき部分に現れないように前記半導体基板および前記光透過性基板をダイシングして前記光学装置を得る工程と、
    を含むことを特徴とする光学装置の製造方法。
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