CN101170895A - 光学模块制造方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了光学模块制造方法及装置。通过以下步骤来制造所述光学模块：对于具有设置有多个端子焊盘和多个接合焊盘的基板表面的基板，在所述多个端子焊盘上涂覆焊料材料；使用所述多个接合焊盘将具有多个端子和平坦顶面的光学元件封装安装在所述基板上，使得所述顶面基本平行于所述基板表面，并且在所述光学元件封装的底面与所述基板表面之间形成一间隙；在进行所述安装的同时对所述多个端子焊盘进行预加热；以及通过熔化所述焊料材料并随后对该焊料材料进行硬化，将所述多个端子焊盘电连接到所述光学元件封装的对应端子。

Description

光学模块制造方法及装置
技术领域
本发明总体上涉及光学模块制造方法及装置，更具体地说，涉及一种用于制造安装有诸如光接收元件的光学元件的光学模块的光学模块制造方法及光学模块制造装置。
背景技术
光学模块用在多种应用中，包括车辆、安全系统等的照相机。光学模块由基板、安装在该基板上的光学元件构成。例如，该光学元件是CCD或CMOS器件。
需要在不降低光学模块的可靠性的情况下减小光学模块的尺寸。为此，光学元件必须相对于基板准确定位，并且光学元件与基板上的其他部分之间的电连接必须不会容易地随时间或响应于外部施加的震动而劣化。
传统上，通过人工地将光学元件的端子焊接到基板上的对应端子上来人工地将光学元件安装在基板上。
但是当人工地将光学元件安装在基板上时，难以准确地相对于基板表面三维地定位光学元件。如果光学元件没有相对于基板表面呈平行状态安装，则光学元件的光轴将变得相对于基板表面的法线倾斜，从而降低了光学模块的性能。
可按照使光学元件的底面与基板表面不间断接触的方式来将光学元件安装在基板上，以确保光学元件相对于基板表面呈平行状态。但是当将光学元件的端子焊接到基板上的对应端子上时，焊料容易碎裂从而降低了光学模块的可靠性。焊料的碎裂发生在出现温度变化的时候，这是因为基板和光学元件所用的材料之间的热膨胀系数通常是不同的，并且光学元件与基板之间的不间断接触将使得无法吸收由热膨胀系数之间的差异导致的应力。此外，响应于外部施加的震动会发生焊料的碎裂，这是因为光学元件与基板之间的不间断接触将使得无法吸收震动。
此外，当人工地将光学元件的端子焊接到基板上的对应端子上时，难以均匀地控制施加到各端子的焊料量，特别是由于随着光学模块的尺寸的减小端子的间隔变得极短。因此，难以均匀地控制光学模块的可靠性。另外，人工焊接使得难以高效且低成本地制造光学模块。
例如，日本特开专利申请No.1-4095提出了一种将焊膏供应到表面安装型基板上的焊料供应装置。日本特开专利申请No.9-55565提出了一种提高了表面安装型部件的可拆性的印刷配线板。日本特开专利申请No.2006-66418提出了一种用于将电子部件平行于基板安装的安装装置。
传统上，存在如下问题：难以即使在光学模块尺寸减小的情况下也能制造具有期望性能和高可靠性的光学模块。
发明内容
因此，本发明的总体目的是提供一种抑制了上述问题的新颖且有用的光学模块制造方法及装置。
本发明的另一更具体的目的在于提供一种光学模块制造方法和光学模块制造装置，它们即使在光学模块尺寸减小的情况下也能制造具有期望性能和高可靠性的光学模块。
本发明的另一目的在于提供一种光学模块制造方法，该方法包括以下步骤：(a)对于具有设有多个端子焊盘和多个接合(landing)焊盘的基板表面的基板，在所述多个端子焊盘上涂覆焊料材料；(b)采用所述多个接合焊盘将具有多个端子和平坦顶面的光学元件封装安装在基板上，使得所述顶面基本平行于所述基板表面，并且在所述光学元件封装的底面与所述基板表面之间形成一间隙；(c)在执行步骤(b)的同时对多个端子焊盘进行预加热；以及(d)通过熔化所述焊料材料并随后对该焊料材料进行硬化，将所述多个端子焊盘电连接到所述光学元件封装的对应端子。根据本发明的光学模块制造方法，即使在光学模块尺寸减小的情况下，也可以制造具有期望性能和高可靠性的光学模块。
本发明的另一目的在于提供一种光学模块制造装置，该光学模块制造装置包括：可移动台单元，其上设置有基板，该基板的基板表面上安装有多个端子焊盘和多个接合焊盘；涂覆单元，其被构造为当所述台单元移到涂覆位置时将焊料材料涂覆在所述多个端子焊盘上；安装单元，其被构造为当所述台单元移到安装位置时使用所述多个接合焊盘将具有多个端子和平坦顶面的光学元件封装安装在所述基板上，使得所述顶面基本平行于所述基板表面，并在所述光学元件封装的底面与所述基板表面之间形成一间隙；预加热部，其被构造为在将所述光学元件封装安装在所述基板上的同时对所述多个端子焊盘进行预加热；以及焊接部，其被构造为通过熔化所述焊料材料并随后对所述焊料材料进行硬化来将所述多个端子焊盘电连接到所述光学元件封装的对应端子。根据本发明的光学模块制造装置，即使在光学模块尺寸减小的情况下，也可以制造具有期望性能和高可靠性的光学模块。
本发明的其他目的以及另外的特征将通过结合附图阅读以下详细说明而变得明显。
附图说明
图1是示出光学模块的顶视图；
图2是示出光学模块的底视图；
图3是示出光学模块的侧视图；
图4是示出处于在将光学元件封装安装到其上之前的状态的光学模块的基板的顶视图；
图5是示出光学元件封装的立体图；
图6是示出根据本发明的光学模块制造装置的实施例的正视图；
图7是示出光学模块制造装置的实施例的侧视图；
图8是示出光学元件封装供应部、加热头部以及底部加热器部的立体图；
图9是示出定位头机构以及冷却部的立体图；
图10A和图10B分别是示出定位头机构的正视图和侧视图；
图11是示出定位头机构的立体图；
图12是示出头清洁单元的立体图；
图13是示出头清洁单元的侧视图；
图14是用于说明根据本发明的光学模块制造方法的实施例的流程图；
图15是示出由本发明人进行的与头加热部的臂的表面材料有关的实验的结果的图表；
图16是示出由本发明人进行的与对这些臂进行清洁的效果有关的实验的结果的图表；以及
图17是示出光学模块制造装置的控制系统的系统框图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述根据本发明的光学模块制造方法和光学模块制造装置的实施例。
图1是示出通过根据本发明的光学模块制造方法和光学模块制造装置制造的光学模块的平面图(即，顶视图)，图2是示出该光学模块的底视图，并且图3是示出该光学模块的侧视图。
如图1到图3所示，光学模块1具有基板11，基板11具有顶面(或基板表面)11A和底面11B，并且在顶面11A和底面11B上设置有各种元件。定位孔12穿透基板11，在制造光学模块1的时候，在将基板11设置在光学模块制造装置中时以及在将光学模块1安装在基板11上的期望位置处时使用这些定位孔12。例如，基板11由FR-4或FR-5制成。
设置在基板11的顶面11A上的各种元件包括接合焊盘13、端子焊盘14以及光学元件封装15。光学元件封装15包括诸如CCD和CMOS器件的光接收元件。设置在基板11的底面11B上的各种元件包括数字信号处理器(DSP)封装21和连接器22。DSP封装21对输入到光学元件封装15和从光学元件封装15输出的信号进行处理。DSP封装21隔着基板11基本位于光学元件封装15的下面。连接器22设置为经由连接器(未示出)或线缆(未示出)将光学模块1电连接到外部设备(未示出)。设置在基板11的顶面11A和底面11B上的其他元件可以包括电感器、电容器和电阻器。
如稍后将描述的，当光学元件封装15安装在基板表面11A上时，光学元件封装15与基板表面11A之间的间隙由接合焊盘13确定。该间隙至少为150μm，以使得能够通过焊料31来保证端子焊盘14与光学元件封装15的端子152之间的良好电连接，并且该间隙例如可以设置在150μm到200μm的范围内。粘合剂(未示出)可以填充光学元件封装15与基板表面11A之间的间隙。优选的是，接合焊盘13的厚度为该间隙的大概2/3。在间隙为150μm的情况下，接合焊盘13的厚度优选地为大约100μm。
图4是示出了处于在将光学元件封装15安装在其上之前的状态下的光学模块1的基板11的平面图(即，顶视图)，而图5是示出光学元件封装15的立体图。
接合焊盘13可由任意适合的材料制成，并通过已知技术形成在基板表面11A上，以具有预定厚度和平坦顶面。端子焊盘14可由诸如铜的任意适合的导体材料制成，并通过已知技术形成在基板表面11A上。由适合的焊料材料制成的预定焊料图案印刷在包括端子焊盘14的基板表面11A上，以便于焊接阶段期间通过焊料材料进行电连接。如果接合焊盘13和端子焊盘14由相同的导体材料制成，则接合焊盘13和端子焊盘14可同时形成在基板表面11A上。在这种情况下，抗蚀剂层可以另外形成在导体层上以形成接合焊盘13。如图1所示，在光学元件封装15安装在基板11的顶面11A上的状态下，暴露出接合焊盘13并且部分暴露出端子焊盘14。
如图5所示，光学元件封装15由陶瓷封装150构成，陶瓷封装150具有其中设置有端子152的凹部151和设置在陶瓷封装150上并保护陶瓷封装150内的光接收元件的保护层153。保护层153由玻璃制成，并且保护层153具有基本垂直于光学元件封装15的光轴的平坦顶面。在光学元件封装15安装在基板表面11A上的状态下，光学元件封装15的光轴基本垂直于基板表面11A。
光学元件封装15在图1的平面图中具有矩形形状。例如，矩形光学元件封装15在平面图中的尺寸为8.4mm×8.4mm，以1mm的间距排列有总共14个端子152。端子焊盘14例如按照0.6mm的间距排列在基板表面11A上。基板表面11A上的接合焊盘13沿矩形光学元件封装15的相对两侧设置在平面图中的矩形光学元件封装15的外部，并且基板表面11A上的端子焊盘14和光学元件封装15的端子152中的每一个都沿着矩形光学元件封装15的至少一侧设置，并且端子焊盘14延伸到平面图中的矩形光学元件封装15的内部，如通过比较图1和图4可见。如图4和图5所示，端子焊盘14和端子152中的每一个都沿着矩形光学元件封装15的相对两侧设置。如图1所示，接合焊盘13沿着矩形光学元件封装15的与端子焊盘14和端子152所沿着设置的相对两侧不同的相对两侧设置。
如图3所示，端子焊盘14通过焊料31电连接到对应的端子152，焊料31包括印刷焊料材料以及随后施加的焊料材料。为了方便起见，图5示出了电连接端子焊盘14和端子152的对的焊料31。如图5所示，焊料在容纳对应端子152的凹部151内延伸，从而防止与相邻端子152短路。
基板11在避开光学元件封装15的位置处具有至少两个定位孔12。如图1、图2和图4所示，两个定位孔12设置在基本沿着矩形光学元件封装15的对角方向的位置处，矩形光学元件封装15基本位于基板表面11A的中部。
所暴露出的各个端子焊盘14的长度比通过焊料31将端子焊盘14电连接到光学元件封装15的对应端子152所需的最小长度要长。各个端子焊盘14(为这些端子焊盘14提供了印刷焊料材料)的长度小于或等于上述最小长度。所暴露出的各个端子焊盘14的长度可以比该最小长度至少长0.5mm，可以基于基板表面11A上的可用面积来适当地确定上限。在通过焊料31将端子焊盘14与光学元件封装15的对应端子152电连接时，可采用端子焊盘14的加热部分(对应于端子焊盘14的比最小长度长的长度)通过与加热探头接触将端子焊盘14预加热到适当温度，以使得能够迅速且稳定地熔化印刷焊料材料以及随后施加的焊料材料。
由于利用印刷的预定焊料图案来预涂覆端子焊盘14至少其最小长度，所以当随后施加焊料材料并熔化焊料材料以形成将端子焊盘14电连接到光学元件封装15的对应端子152的焊料31时，通过印刷的焊料材料促进了热传导。为了方便起见，假设该印刷焊料材料和随后施加的焊料材料都是使得能够快速且稳定地熔化焊料材料的Sn3Ag0.5Cu。
印刷焊料材料和随后施加的焊料材料可以由相同的材料(但具有不同的组分)制成。此外，印刷焊料材料和随后施加的焊料材料可由相互不同的材料制成。所印刷的焊料材料可能相对较硬，而优选的是，随后由分配器(dispenser)等施加的焊料材料相对较软，并且与所印刷的焊料材料相比在熔化时具有基本恒定的粘性。
在该特定情况下，基板11和光学元件封装15(即，陶瓷封装150)由热膨胀系数相互不同的材料制成，并且基板11和焊料31由具有基本相同的热膨胀系数的材料制成。优选的是，基板11由在XY方向上的线性膨胀系数为17ppm/℃到18ppm/℃且在Z方向上的线性膨胀系数为33ppm/℃的FR-5制成，焊料31由线性膨胀系数为21ppm/℃到23ppm/℃的Sn3Ag0.5Cu制成。陶瓷封装150在XYZ方向上的线性膨胀系数为7ppm/℃到8ppm/℃。XY方向是在平行于基板表面11A的平面上的相互垂直的方向，而Z方向垂直于基板表面11A。
由于可以通过已知技术(例如，在半导体器件制造工艺过程中使用的技术)来形成接合焊盘13，所以可以高精度地控制接合焊盘13的顶面的平坦度和接合焊盘13的厚度。另外，通过光学元件封装15的制造商来确保光学元件封装15的顶面(即，保护层153的平坦顶面)的平坦度。因此，如稍后所述，通过采用接合焊盘13和光学元件封装15的顶面来高精度地控制光学元件封装15相对于基板表面11A的平行状态以及光学元件封装15与基板表面11A之间的间隙，可以在光学元件封装15安装在基板表面11A上的状态下使得光学元件封装15的光轴基本垂直于基板表面11A，从而确保光学模块1的期望性能。还可以通过设置经准确控制的间隙以使得能够吸收由形成基板11和光学元件封装15的材料的热膨胀系数之间的差异所引起的应力，来提高光学模块1的可靠性。
此外，在以下情况下可以迅速且稳定地熔化焊料材料并且可以准确地控制施加给各个连接的焊料材料的量，从而提高光学模块1的可靠性：在通过印刷焊料材料和随后施加的焊料材料电连接端子焊盘14与光学元件封装15的对应端子152时，采用端子焊盘14的加热部分(对应于端子焊盘14的比最小长度长的长度)通过与加热探头接触而将端子焊盘14预加热到适当温度。
此外，由于当焊料31将端子焊盘14电连接到光学元件封装15的对应端子152时通过促进热传导的印刷焊料材料来对端子焊盘14预涂覆至少其最小长度，所以可以迅速且稳定地熔化焊料材料，并准确地控制施加给各个连接的焊料材料的量，从而还提高了光学模块1的可靠性。
因此，不必随后施加大量的焊料材料来确保对应端子焊盘14与端子152之间的确实电连接，并且因此防止相邻端子焊盘14与端子152的短路，如果随后施加过量的焊料材料则可能出现该短路。另一方面，如果为了防止相邻端子焊盘14与端子152的短路而随后施加了少量的焊料材料，则如果随后施加的焊料材料量不够，特别是当光学元件封装15与基板表面11A之间设置有间隙时，电连接可能不可靠。然而，由于对端子焊盘14的预加热和通过印刷焊料材料对端子焊盘14的预涂覆，使得在上述情况下可以获得确实且可靠的电连接。
当然，矩形光学元件封装15的大小、接合焊盘13的数量以及端子152(以及端子焊盘14)的数量并不限于以上描述的那些。接合焊盘13的形状也不限于图1和图4中所示的近似矩形形状。另外，可以仅沿矩形光学元件封装15的一侧设置端子152，由此设置对应的端子焊盘14。此外，在底面11B上(即，在与基板表面11A相对的表面上)设置DSP封装21和连接器22不是必需的，并且可以在基板表面11A上设置DSP封装21和连接器22中的至少一个。然而，从有效地利用基板11上的有限可用面积的角度来看，优选的是，将光学元件封装15和DSP封装21设置在基板11的相对表面上。
接着，将通过参照图6到图17来描述根据本发明的光学模块制造装置的实施例和光学模块制造方法的实施例。为了方便起见，假设采用光学模块制造装置和光学模块制造方法的实施例来制造上述光学模块1。
图6是示出根据本发明的光学模块制造装置的该实施例的正视图，图7是示出光学模块制造装置的该实施例的侧视图。如图6和图7所示，光学模块制造装置50具有X方向驱动轴51、可在X方向上沿X方向驱动轴51移动的台单元52、第一Y方向驱动轴和第二Y方向驱动轴53、第一Z方向驱动轴和第二Z方向驱动轴54、可沿第一Y方向驱动轴53在Y方向上移动且可沿第一Z方向驱动轴54在Z方向上移动的涂覆单元55、可沿第二Y方向驱动轴53在Y方向上移动且可沿第二Z方向驱动轴54在Z方向上移动的安装单元56、温度控制单元57、伺服控制器58、包括诸如启动按钮的操作按钮的操作部59、光学元件封装供应部60、加热头部61、清洁单元71、底部加热器部81以及控制部91。
温度控制单元57控制光学模块制造装置50的各个部分处的温度。伺服控制器58控制台单元51在X方向上的移动、以及涂覆单元55和安装单元56在Y方向上的移动。控制部91控制整个光学模块制造装置50的总体操作，包括涂覆单元55和安装单元56在Z方向上的移动。在该实施例中，温度控制单元57和伺服控制器58在控制部91的控制下执行控制。
图4中所示的基板11(其由预定的印刷焊料图案(印刷焊料材料)预涂覆并且还未安装有光学元件封装15)设置在台单元52上。对于该基板11，涂覆单元55通过分配器将焊料材料(或焊膏，对应于上述随后施加的焊料材料)施加在端子焊盘14上，该焊料材料将在后续焊接阶段期间与印刷的焊料材料一起熔化，该后续焊接阶段采用加热头部61来熔化焊料材料并通过焊料31电连接端子焊盘14与光学元件封装15的对应端子152。通过在伺服控制器58的控制下沿Y方向移动涂覆单元55、在控制部91的控制下沿Z方向移动涂覆单元55、以及在伺服控制器58的控制下沿X方向移动台单元52，来将焊料材料施加到也已由印刷焊料材料预涂覆的端子焊盘14。
接着，台单元52在伺服控制器58的控制下沿X方向移动到加热头部61的位置处。安装单元56在伺服控制器58的控制下沿Y方向移动并在控制部91的控制下沿Z方向移动，以由吸取头101来抓取由光学元件封装供应部60提供的光学元件封装15，并将光学元件封装15放置于设置在台单元52上的基板11上。
图8是示出了光学元件封装供应部60、加热头部61以及底部加热器部81的立体图。另外，图9是示出定位头机构以及冷却部的立体图。图10A和图10B分别是示出定位头机构的正视图和侧视图，图11是示出定位头机构的立体图。
同时执行通过底部加热器部81从底面11B对基板11的加热、以及通过安装单元56的定位头机构将光学元件封装15相对于基板11的定位。底部加热器部81在温度控制单元57的控制下，通过经由台单元52中的孔吹入热空气预定时间来加热底面11B，从而准备迅速且稳定地熔化焊料材料。另外，加热头部61的加热探头(未示出)在控制部91的控制下接触端子焊盘14的加热部分，并在温度控制单元57的控制下将端子焊盘14预加热到适当温度。另一方面，定位头机构在控制部91的控制下沿Z方向将吸取头101的支腿102降低到基板表面11A的对应接合焊盘13上，从而将光学元件封装15定位为相对于基板表面11A呈平行状态，并将光学元件封装15与基板表面11A之间的间隙准确地控制为期望值。定位头机构形成复制机构，该复制机构用于使光学元件封装15的顶面复制基板表面11A。可以仅设置底部加热器部81和加热探头之一。另外，底部加热器部81和/或加热探头构成预加热装置。
此后，加热头部61的一对臂在控制部91的控制下沿Z方向下降以接触在硬化时将形成焊料31的焊料材料，并且当在温度控制部57的控制下将该对臂加热到期望温度时熔化焊料材料，以将端子焊盘14电连接到光学元件封装15的对应端子152。温度传感器(未示出)设置在该对臂的附近，并且温度控制部57基于从该温度传感器输出的检测信号来检测臂的温度。在控制部91的控制下沿Z方向远离基板11将加热头部61的臂升起之后，图9中示出的冷却部103在温度控制部57的控制下向焊料材料吹气以使熔化的焊料材料硬化来形成焊料31。加热头部61和冷却部103构成焊接装置。
优选的是，加热头部61的臂的横截面形状允许热量有效地传导到焊料材料。在这种特定情况下，各个臂的横截面形状使得沿平行于图8中的XZ平面的平面的横截面面积朝向该臂的与焊料材料接触的部分逐渐减小。
图12是示出头清洁单元71的立体图，图13是示出头清洁单元71的侧视图。头清洁单元71在控制部91的控制下在任意定时清洁加热头部61，以去除加热头部61上的残留焊剂(flux)并提高焊料31的加热或熔化稳定性。更具体地说，头清洁单元71具有多个刀片(如图13中的FL所示)，这些刀片沿Y方向相对于加热头部61的该对臂的下表面移动，以刮去粘附在该对臂的下表面上的残留焊剂。
图14是用于说明根据本发明的光学模块制造方法的该实施例的流程图。
在图14中，在步骤S1通过操作员手动地或者通过机器人(未示出)自动地将基板11设置在台单元52上，控制部91响应于从台单元52的基板传感器(未示出)输出的检测信号检测到基板11设置在台单元52上。当操作员按下操作部59的启动按钮时，在步骤S2，由检测到通过按下启动按钮而发出的启动信号的控制部91启动光学模块制造处理。在步骤S3，在伺服控制器58的控制下，台单元52沿X方向移动到涂覆单元55的工作位置(即，涂覆位置)。在步骤S4，涂覆单元55在控制部91的控制下通过分配器将焊料材料(或焊膏，对应于随后施加的上述焊料材料)施加到端子焊盘14上，该焊料材料在后续焊接阶段期间与印刷的焊料材料一起熔化，该后续焊接阶段采用加热头部61来熔化焊料材料并通过焊料31电连接端子焊盘14与光学元件封装15的对应端子152。
步骤S4包括步骤S41到S47。在步骤S41涂覆单元55沿Z方向下降，在步骤S42将焊料材料分配到端子焊盘14上。在步骤S43中，台单元52沿X方向移动，以在端子焊盘14上施加并涂覆焊料材料至少上述最小长度，在步骤S44停止分配焊料材料。在步骤S45涂覆单元55沿Z方向升起，并且在步骤S46确定是否使用焊料材料涂覆了基板11上的所有端子焊盘14。如果步骤S46中的判定结果为“是”，则处理进行到步骤S5。另一方面，如果步骤S46中的判定结果为“否”，则在步骤S47中沿X方向移动台单元52并且/或者沿Y方向移动涂覆单元55，以准备涂覆下一端子焊盘14，并且处理返回到步骤S41。
在步骤S5，在伺服控制器58的控制下沿X方向将台单元52移动到安装单元56的工作位置(即，安装位置)。在步骤S6，通过操作员手动地或者通过机器人(未示出)自动地将光学元件封装15设置在光学元件封装供应部60上。在步骤S7响应于检测光学元件封装15的供应部传感器(未示出)的输出来确定光学元件封装15是否设置在光学元件封装供应部60上。控制部91可以响应于供应部传感器的输出来检测光学元件封装15是否设置在光学元件封装供应部60上。如果步骤S7中的判定结果为“是”，则在步骤S8，安装单元56在伺服控制器58的控制下沿Y方向移动到光学元件封装供应部60上方，并且在步骤S9，在控制部91的控制下沿Z方向下降。在步骤S10，在控制部91的控制下，安装单元56通过吸取头101抓取设置在光学元件封装供应部60上的光学元件封装15，并且在步骤S11响应于检测光学元件封装15的吸取头传感器(未示出)的输出来确定吸取头101是否已抓取到光学元件封装15。控制部91可以响应于吸取头传感器的输出来检测吸取头101是否已抓取到光学元件封装15。如果步骤S11中的判定结果为“是”，则在步骤S12，在控制部91的控制下沿Z方向升起安装单元56。随后在步骤S13，在伺服控制器58的控制下将安装单元56沿Y方向移动到台单元58上的基板11上方。
同时执行步骤S14到S20以及步骤S21到S23。在步骤S21，在控制部91的控制下，沿Z方向升起底部加热器部81，并且加热头部61的加热探头在控制部91的控制下接触端子焊盘14的加热部分，并在温度控制单元57的控制下将端子焊盘14预加热到适当温度。在步骤S22，在温度控制单元57的控制下，底部加热器部81通过台单元52中的孔将热空气吹到基板11的底面11B上预定时间(例如10秒)，以准备迅速且稳定地熔化端子焊盘14上的焊料材料。在步骤S23，在该预定时间之后，底部加热器部81在温度控制单元57的控制下停止吹热空气，并在控制部91的控制下沿Z方向下降。另外，加热头部61的加热探头在控制部91的控制下与端子焊盘14分离。
另一方面，在步骤S14，载承光学元件封装15的安装单元56在控制部91的控制下沿Z方向下降。安装单元56的定位头机构将吸取头101的支腿102下降到基板表面11A上的对应接合焊盘13上，并在步骤S15，在控制部91的控制下按下接合焊盘13预定时间(例如，10秒)，从而将光学元件封装15定位为相对于基板表面11A呈平行状态，并且将光学元件封装15与基板表面11A之间的间隙准确地控制为期望值。在步骤S16，在控制部91的控制下沿Z方向将加热头部61的臂下降到与焊料材料接触的位置，并在温度控制部57的控制下将加热头部61的该对臂加热到期望温度，以熔化与各个臂接触的焊料材料。优选的是，在各个臂与焊料材料接触之前将各个臂的温度升高到期望温度。因此，将光学元件封装15定位为相对于基板表面11A平行的状态，并将光学元件封装15与基板表面11A之间的间隙精确地控制为期望值，并且熔化用于将端子焊盘14与光学元件封装15的对应端子152电连接的焊料材料。在步骤S17，在控制部91的控制下沿Z方向升起加热头部61的该对臂。在步骤S18，在控制部91或温度控制单元57的控制下，冷却部103向焊料材料吹气预定时间(例如，4秒)，以使熔化的焊料材料硬化来形成焊料31。此后，在步骤S19，在控制部91的控制下沿Z方向升起安装单元56，并且在步骤S20，在伺服控制器58的控制下沿X方向将台单元52移动到卸载位置，在卸载位置处可以通过操作员手动地或者通过机器人(未示出)自动地将完成的光学模块1从台单元52移开。
根据本发明人进行的实验，可以确定，对于安装有具有上述尺寸的光学元件封装15和上述数量的端子焊盘14的光学模块1，可确保光学元件封装15基本平行于基板表面11A，并且可以确定，安装误差相对于理想平行状态仅在±50μm的范围内，从而有效地抑制了安装误差。
加热头部61的该对臂的至少与焊料材料接触的表面部分可以由SUS、Cu+Cr、G04+Cr等制成。图15是示出由本发明人进行的与头加热部61的臂的表面材料相关的实验的结果的图表。根据由本发明人进行的实验，从臂温度升高到大约300℃或更高的期望温度花费相对短的时间的角度出发，可以确定Cu+Cr或G04+Cr是优选的臂表面材料，如图15中的符号“o”所示。但是从臂的耐用性(即使在头清洁单元71的刀片刮擦该表面时)的角度出发，可以确定SUS或者G04+Cr是优选的臂表面材料，如图15中的符号“o”所示。在图15中，符号“x”表示从熔化开始时间或耐用性的角度出发，该材料不适于用作臂表面材料。因此，可以确定，G04+Cr尤其优选用作形成加热头部61的该对臂的至少表面部分的臂材料。
图16是示出由本发明人进行的与对臂进行清洁的效果相关的实验结果的图表。根据由本发明人进行的实验，还发现，在重复加热并熔化焊料材料之后粘附在加热头部61的该对臂的表面上的焊剂逐渐增加了焊料熔化时间。发现在加热头部61针对50个安装有具有上述尺寸的光学元件封装15和上述数量的端子焊盘14的光学模块1执行焊料熔化操作之后，如图16所示，焊料材料熔化时间从大约1秒增加到大约10秒。因此，发现例如通过每50个光学模块1手动地清洁加热头部61的臂可有效地减少焊料材料熔化时间，如图16所示。此外，还发现例如通过如图16中的虚线所示自动地定期进行清洁，如图16中的粗箭头所示，有效地将焊料材料熔化时间减少到大约5秒或更少。
图17是示出光学模块制造装置51的控制系统的系统框图。图17所示的控制系统包括伺服控制器58、温度控制部57以及控制部91。将从上述各种传感器输出的检测信号输入到控制部91。控制部91控制Z方向驱动部603，该Z方向驱动部603沿Z方向驱动并移动涂覆单元55、安装单元56以及加热头部61。控制部91还对光学模块制造装置51的各个部分执行各种控制操作。当然，Z方向驱动部603可以通过用于驱动涂覆单元55、安装单元56以及加热头部61的多个驱动装置来构成。
伺服控制器58在控制部91的控制下控制用于沿X方向驱动并移动台单元52的X方向驱动部601。另外，伺服控制器58在控制部91的控制下控制用于沿Y方向驱动并移动涂覆单元55和安装单元56的Y方向驱动部602。温度控制部57在控制部91的控制下控制底部加热器部81、冷却部103、加热头部61的加热探头等。当然，Y方向驱动部602可以由用于驱动涂覆单元55和安装单元56的多个驱动装置来形成。
本申请要求于2006年10月27日在日本专利局提交的日本专利申请No.2006-291992的优选权，在此通过引用将其并入。
此外，本发明并不限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。

Claims (18)

1.一种光学模块制造方法，该光学模块制造方法包括以下步骤：
(a)对于具有设置有多个端子焊盘和多个接合焊盘的基板表面的基板，在所述多个端子焊盘上涂覆焊料材料；
(b)使用所述多个接合焊盘将具有多个端子和平坦顶面的光学元件封装安装在所述基板上，使得所述顶面基本平行于所述基板表面，并且在所述光学元件封装的底面与所述基板表面之间形成一间隙；
(c)在执行步骤(b)的同时对所述多个端子焊盘进行预加热；以及
(d)通过熔化所述焊料材料并随后对该焊料材料进行硬化，将所述多个端子焊盘电连接到所述光学元件封装的对应端子。
2.根据权利要求1所述的光学模块制造方法，其中，所述步骤(b)通过在所述光学元件封装的顶面由定位头机构保持的状态下将所述定位头机构的支腿推靠在所述多个接合焊盘上来确定所述间隙，并且所述步骤(d)在确定了所述间隙的状态下使得加热头部的被加热的臂接触并熔化所述焊料材料。
3.根据权利要求1所述的光学模块制造方法，其中，所述步骤(c)从所述基板表面的相反侧对所述基板进行预加热。
4.根据权利要求1所述的光学模块制造方法，其中，所述步骤(c)通过使加热探头接触所述多个端子焊盘的未涂覆有所述焊料材料的部分来对所述多个端子焊盘进行预加热。
5.根据权利要求1所述的光学模块制造方法，其中，所述多个端子焊盘在步骤(a)之前预涂覆有焊料材料。
6.根据权利要求1所述的光学模块制造方法，其中，所述间隙至少为150μm。
7.根据权利要求1所述的光学模块制造方法，其中，所述光学元件封装包括CCD或CMOS器件，并且所述步骤(b)将所述光学元件封装安装在所述基板表面上，使得所述光学元件封装的光轴基本垂直于所述基板表面。
8.根据权利要求1所述的光学模块制造方法，其中，所述光学元件封装在平面图中具有矩形形状，所述多个接合焊盘沿平面图中的所述矩形光学元件封装的相对两侧设置在所述基板表面上，并且所述多个端子焊盘沿着平面图中的所述矩形光学元件封装的对应两侧设置在所述基板表面上。
9.根据权利要求8所述的光学模块制造方法，该光学模块制造方法进一步包括以下步骤：
(e)利用穿透所述基板的一对定位孔将所述基板设置在台单元上，并且所述定位孔设置在避开所述矩形光学元件封装的位置处并且基本沿着所述矩形光学元件封装的对角方向。
10.一种光学模块制造装置，该光学模块制造装置包括：
可移动台单元，其上设置有基板，该基板的基板表面上安装有多个端子焊盘和多个接合焊盘；
涂覆单元，其被构造为当所述台单元移到涂覆位置时将焊料材料涂覆在所述多个端子焊盘上；
安装单元，其被构造为当所述台单元移到安装位置时使用所述多个接合焊盘将具有多个端子和平坦顶面的光学元件封装安装在所述基板上，使得所述顶面基本平行于所述基板表面，并在所述光学元件封装的底面与所述基板表面之间形成一间隙；
预加热部，其被构造为在将所述光学元件封装安装在所述基板上的同时对所述多个端子焊盘进行预加热；以及
焊接部，其被构造为通过熔化所述焊料材料并随后对所述焊料材料进行硬化来将所述多个端子焊盘电连接到所述光学元件封装的对应端子。
11.根据权利要求10所述的光学模块制造装置，其中：
所述安装单元具有带有多个支腿的定位头机构，并且通过在所述光学元件封装的顶面由所述定位头机构保持的状态下将所述定位头机构的支腿推靠在所述多个接合焊盘上来确定所述间隙；并且
所述焊接部具有多个臂，并且在确定了所述间隙的状态下使得被加热的臂接触并熔化所述焊料材料。
12.根据权利要求10所述的光学模块制造装置，其中，所述预加热部具有底部加热器部，该底部加热器部被构造为从所述基板表面的相反侧对所述基板进行预加热。
13.根据权利要求10所述的光学模块制造装置，其中，所述预加热部具有加热探头，所述加热探头被构造为通过接触所述多个端子焊盘的未涂覆有所述焊料材料的部分来对所述多个端子焊盘进行预加热。
14.根据权利要求10所述的光学模块制造装置，其中，设置在移动到所述涂覆位置的所述台单元上的所述基板的所述多个端子焊盘预涂覆有焊料材料。
15.根据权利要求10所述的光学模块制造装置，其中，所述间隙至少为150μm。
16.根据权利要求10所述的光学模块制造装置，其中，所述光学元件封装包括CCD或CMOS器件，并且所述安装单元将所述光学元件封装安装在所述基板表面上，使得所述光学元件封装的光轴基本垂直于所述基板表面。
17.根据权利要求10所述的光学模块制造装置，其中，所述光学元件封装在平面图中具有矩形形状，所述多个接合焊盘沿平面图中的所述矩形光学元件封装的相对两侧设置在所述基板表面上，并且所述多个端子焊盘沿着平面图中的所述矩形光学元件封装的对应两侧设置在所述基板表面上。
18.根据权利要求17所述的光学模块制造装置，其中，利用穿透所述基板的一对定位孔将所述基板设置在所述台单元上，并且所述定位孔设置在避开所述矩形光学元件封装的位置处并且基本沿着所述矩形光学元件封装的对角方向。
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