JP2000040714A - 光モジュールの組立装置及び組立方法 - Google Patents

光モジュールの組立装置及び組立方法

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JP2000040714A JP10209058A JP20905898A JP2000040714A JP 2000040714 A JP2000040714 A JP 2000040714A JP 10209058 A JP10209058 A JP 10209058A JP 20905898 A JP20905898 A JP 20905898A JP 2000040714 A JP2000040714 A JP 2000040714A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光モジュールのパッシブアライメントによる
組立てを高精度に行うことが可能な技術を提供する。 【解決手段】 光素子を搭載する基板を固定するステー
ジと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固
定された基板に位置合わせして固着するボンディングユ
ニットとを備えた光モジュール組立装置にて、前記ボン
ディングユニットが、前記光素子及びステージに固定さ
れた基板の位置を認識する検知ユニットと、この検知ユ
ニットによって得られる位置情報に基づいて光素子を基
板に対して位置合わせし固着するボンディングヘッドと
を有する。 【効果】 上述した手段によれば、パッシブアライメン
トによって光素子を基板に高精度に固定することができ
るので、光モジュールの生産性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光モジュールの組
立てに関し、特に、光モジュール組立ての自動化に適用
して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】今日の情報化社会では交換される情報の
種類も多様化しその量も飛躍的に増大し、大量の情報を
伝送する通信手段には更なる大容量化高速化が求められ
ている。このような大容量かつ高速の通信手段として光
ファイバーを用いた光通信が重要視されており、光通信
ネットワークを拡大し何れは加入者系の末端まで光ファ
イバーを設置する計画が進行されている。このような光
通信の端末装置として、ＬＤ（Laser Diode）及びＰＤ
（Photo Diode）等の光素子及び光ファイバーを同一基
板に固定搭載したハイブリッド構造の光モジュールが用
いられている。
【０００３】このような光モジュールの組立てでは、レ
ーザ光を伝送する光ファイバーを基板に固定し、この光
ファイバーにＬＤ或はＰＤからの光を発光或は受光し、
得られる入射パワー或は出射パワーの最大値が得られる
位置に位置合わせ固定する方法が採られており、このよ
うな実際に光素子を作動させながらアライメントを行う
方法はアクティブアライメントと呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなアクティブアライメントでは個々の光モジュール毎
に調整が必要となり量産化に向けて大きな障害となって
いる。このため、光素子を動作させることなく位置合わ
せを行うパッシブアライメントによって光モジュールを
組立てることが望ましいが、現状では必要な位置合わせ
精度を得るに到っていない。このような光モジュールの
組立てに関しては特願平６‐３０８６３５号にて開示さ
れ、また日立東京エレクトロニクス（株）発行「TECHNI
CAL REPORT」１９９６年春季号に記載されている。
【０００５】またこのような組立てを行っているため
に、作業の自動化が難しく、今後光モジュールが普及す
るためには量産性を向上させる必要がある。
【０００６】本発明の課題は、光モジュールのパッシブ
アライメントによる組立てを高精度に行うことが可能な
技術を提供することにある。本発明の他の課題は、光モ
ジュールのパッシブアライメントによる組立てを自動化
することが可能な技術を提供することにある。本発明の
前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の
記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。光素子を搭載する基板を固定する
ステージと、光素子を保持し、この光素子を前記ステー
ジに固定された基板に位置合わせして固着するボンディ
ングユニットとを備えた光モジュール組立装置にて、前
記ボンディングユニットが、前記光素子及びステージに
固定された基板の位置を認識する検知ユニットと、この
検知ユニットによって得られる位置情報に基づいて光素
子を基板に対して位置合わせし固着するボンディングヘ
ッドとを有する。
【０００８】上述した手段によれば、パッシブアライメ
ントによって光素子を基板に高精度に固定することがで
きるので、組立て時間が短縮され、自動化も可能とな
る。このため光モジュールの生産性が向上する。
【０００９】以下、本発明の実施の形態を説明する。な
お、実施の形態を説明するための全図において、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１に示すのは、本発明の一実施
の形態である光モジュール組立装置の構成を示す図であ
る。本実施の形態の光モジュール組立装置は、光素子が
搭載される半導体基板１を供給する基板供給手段２と、
搭載されるＬＤ３ａ，ＰＤ３ｂ等の光素子３を供給する
素子供給手段４と、供給された半導体基板１に光素子３
を位置合わせして固着するボンディングユニットと、光
素子３の固着が完了した半導体基板１を移送する基板排
出手段７とからなっている。ボンディングユニットは、
供給された半導体基板１を固定するステージ５と、光素
子３を保持し、この光素子３を前記ステージ５に固定さ
れた半導体基板１に位置合わせして固着するボンディン
グヘッド６とを有している。
【００１１】基板供給手段としては、ダイシングされた
個々の半導体基板１が伸縮性のフィルムによって一体と
なっているウェハを載置するウェハテーブル８、ウェハ
テーブル８上の半導体基板１の位置情報を得るためのウ
ェハ認識装置９、前記位置情報に従って半導体基板１を
把持し、ステージ５上に移送する基板供給コレット１０
からなり、作業の進行につれてウェハテーブル８がＸＹ
方向に平面移動し供給される半導体基板１を供給位置に
移動させる。移動後の供給される半導体基板１の位置を
ウェハ認識装置９によって位置情報とし、この位置情報
に基づいて基板供給コレット１０が半導体基板１を取り
上げ、ステージ５上に移送する。移送された半導体基板
１は直交する２方向（図１では１方向のみ示す）から固
定部材１１によって押圧され、ステージの側壁１２と固
定部材１１とによってボンディング位置に固定される。
【００１２】素子供給手段４としては、ダイシングされ
た個々の光素子３が個別に収容されたトレイ１３を載置
するチップトレイテーブル１４、チップトレイテーブル
上の光素子の位置情報を得るための素子認識装置１５か
らなり、作業の進行につれてチップトレイテーブル１４
がＸＹ方向に平面移動し供給される光素子３を供給位置
に移動させる。移動後の供給される光素子３の位置を素
子認識装置１５によって位置情報とし、この位置情報に
基づいてボンディングヘッド６が光素子３を吸着し、ス
テージ５上に移送する。
【００１３】ステージ位置認識装置１６としてハロゲン
ランプ等の赤外線光源１７及び検知ユニット１８が設け
られており、赤外線光源１７の光をミラー１９によって
角度を変えて、半導体基板１の裏面から照射し、半導体
基板１を透過して得られた赤外線像から検知ユニット１
８によって半導体基板１の位置情報を得る。移送された
光素子３については可視光光源（後述する）の光によっ
て得られる直視像から検知ユニット１８によってその位
置情報を得る。
【００１４】こうして得られた位置情報に基づいて、ボ
ンディングヘッド６がＸＹ方向に移動しかつＸＹ方向と
直交するＺ軸を中心として回動し半導体基板１に対する
光素子３の平面位置及び取付け角度の位置合わせを行
う。
【００１５】位置合わせ完了後に、半導体基板１と光素
子３とはＡｕ‐Ｓｎハンダによってジャンクションダウ
ンで固着される。
【００１６】基板排出手段７としては、光素子３の固着
された光モジュール２０を移送する基板排出コレット２
１、移送された光モジュール２０を収容するトレイ２２
を載置するモジュールトレイテーブル２３からなり、作
業の進行につれてモジュールトレイテーブル２３がＸＹ
方向に平面移動し移送される光モジュール２０の収容位
置にモジュールトレイ２２を移動させる。
【００１７】図２は本実施の形態によるボンディングヘ
ッド６を示す縦断面図である。ボンディングヘッド６
は、ＸＹ方向に移動可能なアーム２４に回転軸受２５を
介してコレットホルダ２６を取付け、このコレットホル
ダ２６に対して中空筒状の鏡筒２７が上下方向即ちＺ方
向の移動及びＺ軸を中心とした回動を行う構成となって
いる。
【００１８】鏡筒２７は、図２中に断面を示すように、
コレットホルダ２６に取付けられた２つの軸受けベアリ
ング２８と接触し、矢印方向に例えば加圧力調整スプリ
ングのような付勢手段によって付勢されている。従って
鏡筒２７は常にコレットホルダ２６に対して一定の位置
関係を保ちながら、コレット回転プーリ２９によってＺ
軸を中心とした回動を行う。
【００１９】また、ボンディングヘッド６は鏡筒２７の
上端に取付けた鍔３０と接触するＺ軸移動機構（図示せ
ず）によって上下に移動する。
【００２０】鏡筒２７の先端にはボンディングコレット
３１が取付けられており、ボンディングコレット３１に
は光素子の拡大像を得るための対物レンズ３２及び光素
子を吸着するための真空コレット３３が設けられてい
る。真空コレット３３は、通常０．３ｍｍ乃至０.６ｍ
ｍといった小さな光素子３を取り扱うために、小さな吸
着孔を穿った薄い吸着板３４と、この吸着板３４が真空
コレット３３内部と外気との圧力差によって変形するの
を防止する支持板３５とを有している。
【００２１】このボンディングヘッド６では光素子３の
位置情報は、ボンディングコレット３１の上方に設けた
可視光光源３６によって真空コレット３３に吸着した光
素子３を照明し、その像をハーフミラー３７に反射し
て、検知ユニット１８である認識用カメラに伝えられる
ことによって得られる。半導体基板１の位置情報は、ス
テージ５及び半導体基板１を透過した赤外線像が、ボン
ディングコレット３１及び鏡筒２７を通ってハーフミラ
ー３７に反射し、検知ユニット１８である認識用カメラ
に伝えられることによって得られる。この際に可視光光
源３６からの光はシャッタ３８によって遮断されてい
る。
【００２２】また、位置合わせの段階では半導体基板１
と光素子３とが離れているために、認識用カメラの焦点
は夫々に異なっており、焦点の変更を行わなければ鮮明
な像を得ることができない。このため本実施の形態では
焦点補正レンズ３９を設けている。通常、半導体基板１
の位置に対して光素子３は一定の高さとなっており、焦
点補正レンズ３９の有無によって、容易に半導体基板１
及び光素子３の何れについても鮮明な像を得ることがで
きる。
【００２３】本実施の形態では、照明光源３６、検知ユ
ニット１８及びこれらと検知対象物との光路を調整する
光学素子からなる光学系をボンディングヘッド６と一体
に構成したが、この光学系をボンディングヘッド６に対
して回動又は上下動させる位置調整装置を更に設けても
よい。また、こうした光学系及び位置調整装置をボンデ
ィングヘットと一体化せずに独立して設けてもよい。
【００２４】次に本実施の形態における位置合わせにつ
いて、図３を用いてより具体的に説明する。半導体基板
１には位置合わせのための４個所のインデクス４０及び
光ファイバ４１固定のためのファイバ溝４２が設けら
れ、ＬＤ３ａ及びＰＤ３ｂにも夫々２個所に位置合わせ
のためのインデクス４３，４４が設けられている。これ
らのインデクス４３を利用して半導体基板１の所定位置
に位置を合わせてＬＤ３ａを固定する。
【００２５】なお、図中の（ａ）では、ＬＤ３ａは光フ
ァイバ４１の端面からの反射による損失を防ぐために光
ファイバ４１の光軸に対してわずか角度をもたせてレー
ザ光を出射する。従って、ＬＤ３ａ後面からのレーザ光
をモニタするＰＤ３ｂもこのＬＤ３ａと同軸線上に固定
されている。図中の（ｂ）では、ＬＤ３ａは工程を簡略
化するために光ファイバ４１の光軸に対して同軸にレー
ザ光を出射する。従って、ＬＤ３ａ後面からのレーザ光
をモニタするＰＤ３ｂもこのＬＤ３ａと同軸線上に固定
されている。
【００２６】半導体基板１のインデクス４０及びファイ
バ溝４２は半導体の結晶面によるエッチングの方向性を
利用して断面三角形状の溝となっている。このため赤外
線光が透過する際に、各インデクス４０の斜面によって
反射されてしまうために、赤外線光は各インデクス４０
部分を透過しないので赤外線像では各インデクス４０が
暗部となって認識されることとなる。
【００２７】光ファイバ４１は光素子３取付け後にファ
イバ溝４２に固定されるが、ファイバ溝４２が断面三角
形状となっているために、上方から光ファイバ４１を押
圧して固定することによってファイバ溝４２と光ファイ
バ４１との位置は精度の高い固定が行われる。
【００２８】また、半導体基板１のインデクス４０はフ
ァイバ溝４２と同一工程にて同一のマスクを用いて行う
ので、ファイバ溝４２と半導体基板１のインデクス４０
とは常に一定の位置関係が保たれる。
【００２９】同様に、ＬＤ３ａ及びＰＤ３ｂのインデク
ス４３，４４は発光部或は受光部の素子形成工程によっ
て形成されるので、発光部或は受光部とＬＤ３ａ及びＰ
Ｄ３ｂのインデクス４３，４４とは常に一定の位置関係
が保たれる。しかしながらＬＤ３ａの発光面は劈開によ
って形成されるために、発光面とＬＤ３ａのインデクス
４３との位置関係は充分な精度で一定の位置関係とはな
っていない。また、発光面は赤外線による透過像では明
瞭に捕らえることが難しい。
【００３０】このために本実施の形態では可視光光源３
６を設け、この光源３６によって照明し発光面の位置情
報を得ている。この発光面の位置情報とＬＤ３ａのイン
デクス４３の位置情報に基づいて、ＬＤ３ａをファイバ
溝４２に対して一定の位置関係となるべくアーム２４の
移動及び鏡筒２７の回動を行って位置合わせを行い、半
導体基板１にＬＤ３ａを固定する。この後同様にして、
固定されたＬＤ３ａの位置情報とＰＤ３ｂのインデクス
４４の位置情報に基づいて、ＰＤ３ｂを一定の位置関係
となるべく位置合わせを行い、半導体基板１にＰＤ３ｂ
を固定する。
【００３１】次に、このようにして半導体基板１にＬＤ
３ａ及びＰＤ３ｂを固定した光モジュール２０は、パッ
ケージに封止される。図４は光モジュールのパッケージ
封止状態を説明する斜視図である。
【００３２】光モジュール２０は、セラミック等のパッ
ケージ４５に収容固着される。パッケージ４５には実装
基板に実装される際に光モジュール２０の外部端子とな
るピン４６が固定されており、このピン４６はパッケー
ジ４５に形成された配線４７によってパッケージ４６内
部に設けられた電極４８と導通している。
【００３３】一方半導体基板１には複数の配線４９が設
けられており、この配線４９の一端に設けられた電極５
０とパッケージ４５の電極４８とがワイヤボンディング
等によって導通される。半導体基板１に設けられた配線
４９の他端は、ＬＤ３ａ或はＰＤ３ｂと導通される。Ｌ
Ｄ３ａ及びＰＤ３ｂは配線４９の他端に形成された電極
上にジャンクションダウンで固着されており、これによ
ってＬＤ３ａ或はＰＤ３ｂの一方の電極が配線４９と接
続されており、夫々の他方の電極はボンディングワイヤ
５１等により半導体基板１の配線４９の他端に形成され
た電極５２と接続されている。このようにして半導体基
板１の固着と配線接続が終了する。
【００３４】光ファイバ４１はパッケージ４５の挿入孔
５３からパッケージ４５内に挿入され、半導体基板１の
ファイバ溝４２に押圧され、レジン塗布等の方法によっ
て固定され、このレジン塗布によって挿入孔５３も密封
される。光ファイバ４１の固定後に、パッケージ４１は
パッケージ４１開口をリッド５４で覆いリッド５４とパ
ッケージ４１とをハンダ等によって密封する。
【００３５】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。
【００３６】例えば、光モジュールとしてはＬＤ及びＰ
Ｄが搭載されたものに限定されず、ＬＤ或はＰＤのみを
搭載したものにも本発明は適用が可能であり、パッケー
ジとしてもセラミック以外に樹脂封止のものでも適用が
可能である。
【００３７】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 （１）本発明によれば、光モジュールの半導体基板上に
光素子をパッシブアライメントによって高精度に位置合
わせすることができるという効果がある。 （２）本発明によれば、上記効果（１）により、光モジ
ュールの生産性を短時間で行うことができるという効果
がある。 （３）本発明によれば、光モジュールの組立てを自動化
することができるという効果がある。 （４）本発明によれば、上記効果（２）（３）により、
光モジュールの生産性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である光モジュール組立
装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態である光モジュール組立
装置のボンディングヘッドを示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光モジュールにお
ける位置合わせについて、説明する平面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である光モジュールのパ
ッケージ封止状態を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、２…基板供給手段、３…光素子、３ａ
…ＬＤ、３ｂ…ＰＤ、４…素子供給手段、５…ステー
ジ、６…ボンディングヘッド、７…基板排出手段、８…
ウェハテーブル、９…ウェハ認識装置、１０…基板供給
コレット、１１…固定部材、１２…側壁、１３，２２…
トレイ、１４…チップトレイテーブル、１５…素子認識
装置、１６…ステージ認識装置、１７…赤外線光源、１
８…検知ユニット、１９…ミラー、２０…光モジュー
ル、２１…基板排出コレット、２３…モジュールトレイ
テーブル、２４…アーム、２５…回転軸受、２６…コレ
ットホルダ、２７…鏡筒、２８…軸受けベアリング、２
９…コレット回転プーリ、３０…鍔、３１…ボンディン
グコレット、３２…対物レンズ、３３…真空コレット、
３４…吸着板、３５…支持板、３６…可視光光源、３７
…ハーフミラー、３８…シャッタ、３９…焦点補正レン
ズ、４０，４３，４４…インデクス、４５…パッケー
ジ、４６…ピン、４７，４９…配線、４８，５０，５２
…電極、５１…ボンディングワイヤ、５３…挿入孔、５
４…リッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｍ ５Ｆ０８８ Ｈ０１Ｓ 5/30 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ Ｆターム(参考） 2H037 BA02 DA03 DA12 2H047 CC05 4M105 EE16 EE17 5F047 CA08 FA15 FA16 FA18 FA73 5F073 FA21 FA27 5F088 AA01 BA16 EA11 GA02 JA03 JA10 LA01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光素子を搭載する基板を固定するステー
    ジと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固
    定された基板に位置合わせして固着するボンディングユ
    ニットとを備えた光モジュール組立装置であって、 前記ボンディングユニットが、前記光素子及びステージ
    に固定された基板の位置を認識する検知ユニットと、こ
    の検知ユニットによって得られる位置情報に基づいて光
    素子を基板に対して位置合わせし固着するボンディング
    ヘッドとを有することを特徴とする光モジュールの組立
    装置。
  2. 【請求項２】 前記光素子或はステージに固定された基
    板を照明する照明光源として可視光光源を有することを
    特徴とする請求項１に記載の光モジュールの組立装置。
  3. 【請求項３】 前記光素子或はステージに固定された基
    板を照明する照明光源として、赤外線透過照明光源を有
    することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光
    モジュールの組立装置。
  4. 【請求項４】 更に、光素子を搭載する基板を供給する
    基板供給手段と、搭載する光素子を供給する素子供給手
    段と、光素子の固着された基板を移送する基板排出手段
    とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何
    れか一項に記載の光モジュールの組立装置。
  5. 【請求項５】 光素子を搭載する基板を固定するステー
    ジと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固
    定された基板に位置合わせして固着するボンディングユ
    ニットとによる光モジュール組立方法であって、 前記ボンディングユニットが、前記光素子及びステージ
    に固定された基板の位置を認識する検知ユニットと、光
    素子を基板に対して位置合わせし固着するボンディング
    ヘッドとを有し、前記ステージ上の基板及び光素子の位
    置を前記検知ユニットによって認識し、検知ユニットに
    よって得られる位置情報に基づいて、ボンディングコレ
    ットが光素子を基板に対して位置合わせし固着すること
    を特徴とする光モジュールの組立方法。
  6. 【請求項６】 前記光素子或はステージに固定された基
    板を照明する照明光源として可視光光源を有することを
    特徴とする請求項５に記載の光モジュールの組立方法。
  7. 【請求項７】 前記光素子或はステージに固定された基
    板を照明する照明光源として、赤外線透過照明光源を有
    することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光
    モジュールの組立方法。
  8. 【請求項８】 更に、基板供給手段によって光素子を搭
    載する基板を供給し、素子供給手段によって搭載する光
    素子を供給し、基板排出手段によって光素子の固着され
    た基板を移送することを特徴とする請求項５乃至請求項
    ７の何れか一項に記載の光モジュールの組立方法。
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