JP2000091642A - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

光モジュールの製造方法

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JP2000091642A JP10252498A JP25249898A JP2000091642A JP 2000091642 A JP2000091642 A JP 2000091642A JP 10252498 A JP10252498 A JP 10252498A JP 25249898 A JP25249898 A JP 25249898A JP 2000091642 A JP2000091642 A JP 2000091642A
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optical
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裕之 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属キャップ型パッケージ構造の光半導体素
子と樹脂ハウジングを、耐候性能が高く、十分な接着強
度で、高精度で、且つ作業性よく組み立てる。 【解決手段】 レンズを内蔵している樹脂ハウジング１
２に対して、金属キャップ型パッケージ構造のレーザダ
イオード（光半導体素子）１４をレンズの光軸上に位置
するように芯だしして取り付ける。光半導体素子のス
テム部２６と樹脂ハウジングの端部１２ａとの接合面
に、第１の熱硬化性樹脂３０を点状に分散塗布し、芯だ
し接合を行った状態で、コイル３２に高周波電流を供給
してレーザダイオードのステム部を誘導加熱して第１の
熱硬化性樹脂を硬化させる仮固定工程と、レーザダイ
オードのステム部の外周面上で、樹脂ハウジングの端部
に沿って円周状に第２の熱硬化性樹脂を養生盛りし、雰
囲気加熱により第２の熱硬化性樹脂を硬化させる本固定
工程と、の２段階を経て製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属キャップ型パ
ッケージ構造の半導体発光素子又は半導体受光素子とレ
ンズとを樹脂ハウジングによって調芯保持する光モジュ
ールの製造方法に関するものである。更に詳しく述べる
と本発明は、それら光半導体素子と樹脂ハウジングと
を、高周波誘導加熱による第１の熱硬化性樹脂の仮固定
と、雰囲気加熱による第２の熱硬化性樹脂の本固定との
２段階を経て最終的に固定するようにした光モジュール
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光モジュールは、光半導体素子（例えば
レーザダイオード等の半導体発光素子あるいはフォトダ
イオード等の半導体受光素子）とレンズとを調芯保持し
た部品であり、光通信等の分野において使用されてい
る。例えば、データ通信を行うコンピュータシステムで
は、半導体発光素子のモジュールと半導体受光素子のモ
ジュールがボード上で対となって設置されている。この
ような光モジュールは、例えば、光半導体素子と、レン
ズと、前記光半導体素子やレンズを保持すると共に接続
相手の光プラグのフェルールを嵌合保持するハウジング
とから構成されており、光プラグ接続時に光半導体素子
とフェルールの光ファイバとがレンズを介して光学的に
結合する構造となっている。
【０００３】光モジュールに組み込むレンズとしては、
機械加工のみによって高精度の製品を容易に製造できる
ため安価であり、且つ方向性が全く無いためにレンズ実
装の際の方位調整が不要で組み立て易いという利点もあ
って、球レンズが多用されている。その他、非球面レン
ズや屈折率分布型ロッドレンズ等も用いられている。こ
れらのレンズをハウジングに固定する方法としては、通
常、ハウジングの凹部（レンズ装着部）にレンズを落と
し込んで位置決めした後、該レンズの周囲に樹脂接着剤
を塗布して熱硬化させる接着法、あるいはレンズ外径よ
りも若干大きめの低融点ガラスリング成形体をレンズの
外周に配置し加熱溶融させる溶着法などが採用されてい
た。
【０００４】光半導体素子やレンズを保持するハウジン
グは、かつては金属製のハウジングが多用されていた
が、最近ではレンズをインサートモールドで内蔵したり
複数の爪状突起で抱持することが可能なことなど、製作
性が優れ且つコストを低減できるといった観点から樹脂
成形したハウジングが用いられている。光半導体素子と
しては、素子本体を金属キャップ型パッケージで封止し
た構造のものが多い。
【０００５】レンズを内蔵している樹脂ハウジングに、
金属キャップ型パッケージ構造の光半導体素子を固定す
る方法としては、該パッケージのステム（台座）部の外
周面上で、前記樹脂ハウジングの端部に沿って円周状に
エポキシ等の熱硬化性樹脂を塗布し、加熱雰囲気あるい
は室温雰囲気で硬化させる方法が一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記のように、
レンズと光半導体素子の光軸を芯だしした状態を維持し
てエポキシなどの熱硬化性樹脂を塗布し硬化させる作業
は、硬化が完了するまで樹脂ハウジングと光半導体素子
とを治具等で保持し続けなければならず、硬化時間が数
十分以上と長いこともあって、作業性が非常に悪い。ハ
ウジングが従来のように金属製であれば、溶接などの手
法により短時間で効率よく、且つ強固に固定できるが、
樹脂ハウジングの場合には、そのような手法は採用でき
ない。
【０００７】そこで、紫外線硬化型（ＵＶ）接着剤によ
る秒間接着も考えられるが、接着強度が低いこと、ハウ
ジング内壁などへの垂れ込みなど未硬化部分が発生する
恐れがあること、耐候性能が比較的低いこと、などの問
題があり採用し難い。
【０００８】本発明の目的は、金属キャップ型パッケー
ジ構造の光半導体素子と樹脂ハウジングとを、耐候性能
が高く、十分な接着強度で、高精度で、しかも作業性よ
く組み立てることができる光モジュールの製造方法を提
供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、レンズを内蔵
している樹脂ハウジングに対して、金属キャップ型パッ
ケージ構造の光半導体素子を前記レンズの光軸上に位置
するように芯だしして取り付ける光モジュールの製造方
法である。また本発明は、レンズを内蔵すると共に接続
相手の光プラグのフェルールを嵌合保持する樹脂ハウジ
ングに対して、金属キャップ型パッケージ構造の光半導
体素子を前記レンズ及びフェルールの光軸上に位置する
ように芯だしして取り付ける光モジュールの製造方法で
ある。これら光モジュールの製造方法において、本発明
では、 光半導体素子のステム（台座）部と樹脂ハウジングの
端部との接合面に、第１の熱硬化性樹脂を点状に分散塗
布し、レンズ（及びフェルール）と光半導体素子との光
軸の芯だし接合を行った状態で、前記ステム部の外周を
囲むように位置するコイルに高周波電流を供給して光半
導体素子の前記ステム部を誘導加熱して前記第１の熱硬
化性樹脂を硬化させる仮固定工程と、 前記光半導体素子の前記ステム部の外周面上で、前記
樹脂ハウジングの端部に沿って円周状に第２の熱硬化性
樹脂を養生盛りし、雰囲気加熱により前記第２の熱硬化
性樹脂を硬化させる本固定工程と、の２段階を経て組み
立てるように構成しており、この点に特徴がある。
【００１０】コイルに高周波電流をコイルに供給する
と、コイル内部の金属物質が誘導加熱されることは周知
であり（高周波非接触加熱）、その原理は高周波誘導加
熱炉などに応用されている。本発明では、この高周波誘
導加熱方式を接着剤による仮固定の際の熱硬化に利用し
ている。この接着剤硬化のための加熱装置は、レンズと
光半導体素子との光軸の芯だし装置に組み入れなければ
ならず、構造的に制約条件が大きかったが、非接触で加
熱可能な本方式は、装置を小型化できるため、この点で
も好都合である。この加熱方式に適した接着剤（樹脂）
は、秒間硬化可能なこと、以降の工程や取り扱いでも剥
がれないこと、使用し易いこと、程よい粘度をもつこ
と、などが必要であり、２液性のエポキシ樹脂（粘度数
ｋｃｐｓ）が好適である。
【００１１】前記の仮固定工程を経ると、中間品単独で
（保持治具などを用いなくても）光半導体素子と樹脂ハ
ウジングの光軸を合わせた接合状態を維持できる。従っ
て、時間をかけて本固定を行っても、特に支障は生じな
い。そこで、光半導体素子と樹脂ハウジングとの養生接
着に、２液性のエポキシ樹脂（粘度数十ｋｃｐｓ）を用
い、雰囲気加熱により硬化させる。
【００１２】
【実施例】図１は本発明方法により製造する光モジュー
ルの一実施例を示す組立説明図である。球レンズ１０を
内蔵すると共に接続相手の光プラグのフェルール（図示
せず）を嵌合保持する樹脂ハウジング１２に、素子本体
を金属キャップ型パッケージで気密封止したレーザダイ
オード（光半導体素子）１４を取り付けることで製造す
る。その際、光プラグ接続時に、前記レーザダイオード
１４とフェルールの光ファイバとが前記球レンズ１０に
よって光学的に結合するように光軸の芯だしを行う。
【００１３】樹脂ハウジング１２は、全体がほぼ筒形状
を呈する一体成形品であり、一方の端部１２ａがレーザ
ダイオード１４の取り付け部、内部中央寄りが球レンズ
１０を固定する部分、中央から反対側の端部にかけてが
レセプタクル部１６となっている。レセプタクル部１６
は、接続相手の光プラグのフェルールが丁度嵌入するボ
ア（空洞部）１８を有する部分である。
【００１４】球レンズを固定する部は、中心軸の周囲
に、先端部がレーザダイオード１４の方に向かって突出
し且つ内周側に膨出（オーバーハング）した爪状突起２
０によって構成される。ここでは爪状突起２０は周方向
で均等に３分割されるように配列形成してある。爪状突
起２０の内側基端部から前記ボア１８にかけて、小口径
の貫通孔２２とやや大口径の貫通孔２４が光軸上で連続
するように形成され、それが光ビームの通路となる。
【００１５】各爪状突起２０は、樹脂ハウジング本体部
分とともに射出成形法によって一体的に成形される樹脂
部である。具体的には、爪状突起の先端膨出部分（オー
バーハング）は、成形金型の中心部に挿入するコアピン
の球面状先端部の基部に括れを形成しておき、樹脂を金
型内に射出した直後に該コアピンを無理抜きすることで
形成できる。
【００１６】ここでは樹脂ハウジング１２として平均粒
径約２０μｍのガラスビーズを５０重量％程度分散させ
た低異方性グレード液晶ポリマーを使用した。液晶ポリ
マー自体は線膨張係数の異方性が大きい（射出時の流動
方向では線膨張係数はほぼゼロ、それと直交する方向で
は線膨張係数は８×１０-5／℃程度）が、ガラスビーズ
を適量分散させることで異方性を低減できる（射出時の
流動方向及びそれと直交する方向とも線膨張係数は２×
１０-5／℃程度）からである。これによって、光モジュ
ールの実際の使用温度範囲（−２０〜＋７５℃）でレセ
プタクル部の内径2.5 mmφに対して内径変動量を0.005
mmに抑えることができた。
【００１７】球レンズの固定作業は、樹脂ハウジング１
２のレーザダイオード取付け側の端部１２ａを上向きに
して、各爪状突起２０の先端部分に球レンズ１０を放り
込み、棒状の圧入治具（図示せず）で圧入すればよい。
爪状突起２０は、樹脂の靭性によって外向きに撓んで内
部に球レンズ１０を受け入れ、該球レンズ１０はレンズ
着座面に当接して位置決めされる。その状態で、爪状突
起２０は元の形状に戻ろうとし、その復元反力で該球レ
ンズ１０は抱持固定される。
【００１８】このように球レンズ１０を内蔵した樹脂ハ
ウジング１２に、レーザダイオード１４を取り付ける。
ここでレーザダイオード１４は、そのステム部２６が樹
脂ハウジング１２の端部１２ａに当接するように金属キ
ャップ部分を樹脂ハウジング１２に挿入して調芯位置決
めされる。そして、高周波誘導加熱による仮固定と、雰
囲気加熱による本固定との２段階で接着を行う。
【００１９】まず、仮固定は次のように行う。図２に示
すように、樹脂ハウジング１２の端部１２ａに、ディス
ペンサなどにより均等間隔で４箇所、点状に（直径は１
mm以下、厚みは成り行き）第１の熱硬化性樹脂（接着
剤）３０を塗布する。ここで第１の熱硬化性樹脂３０と
しては、２液性のエポキシ樹脂（粘度３ｋｃｐｓ／Ｔｇ
＝１２４℃）を用いた。この樹脂ハウジング１２に、レ
ーザダイオード１４のステム部２６を接合し、該ステム
部２６の外周側に間隔をおいて図３に示すような１枚コ
イル（１ターンの金属板状コイル）３２を設置する。樹
脂ハウジング１２とレーザダイオード１４とを光軸の芯
だし接合を行った状態で保持し、コイル３２に高周波電
流を供給する。例えば、周波数２ＭHz、電力６００Ｗ程
度、電流２Ａ程度とし、約１５秒間通電する。これによ
り、レーザダイオード１４のステム部２６に渦電流が流
れて、最終的に２００℃程度まで昇温する。
【００２０】レーザダイオード１４の保持には、その形
状に見合ったセラミックス製の爪状のリングを用いるの
がよい。このリングを介して、熱伝導性のよくない樹脂
（フェノール樹脂等）でドリルコレットのようにレーザ
ダイオード１４を保持する。保持具が一般的な金属（例
えばステンレス鋼）だと、高周波加熱時に治工具に吸熱
され肝心のレーザダイオードの昇温が困難になる。逆
に、熱絶縁性が高い樹脂（スーパーエンジニアリングプ
ラスチックス）を用いると、保熱の効果が大きすぎて治
工具自体の損傷（軟化、溶解）が生じ実用的でない。ま
た加熱によるインパクトが大きく、芯だしされた光軸が
ずれ込むことがある。それらに対して上記のような本実
施例で用いた方式では、このような問題点が解消され大
量生産が可能で、光軸ずれによるパワー変動が大きく減
少した。
【００２１】上記の仮固定用のエポキシ樹脂は、昇温と
ともに粘度低下→硬化のプロセスを経るため、点状に分
布した樹脂は、昇温とともに樹脂ハウジング１２の端部
１２ａをリング状に回り込んでから硬化する。また、短
時間で加熱・硬化するため、そのインパクトによる光軸
の芯ずれ量は６μｍ以下に抑えられ、パワー変動は５％
以内減で仮固定できた。これにより、レーザダイオード
１４と樹脂ハウジング１２が光軸を正確に保持したま
ま、以降の工程に進むことができる十分な接着強度（引
っ張り強度≧５ｋｇｆ）をもつ中間品を得ることができ
た。
【００２２】このように仮固定した中間品は、そのまま
では強度が不十分で実用的でない。そこで、次にレーザ
ダイオード１４と樹脂ハウジング１２との間の養生接着
を行う。図４に示すように、第２の熱硬化性樹脂４０、
ここでは２液性のエポキシ樹脂（粘度４０〜５０ｋｃｐ
ｓ／Ｔｇ＝１２０℃）を樹脂ハウジング１２の端部１２
ａに沿って、レーザダイオード１４のステム部２６の外
周面上に全周にわたって養生盛りを行い、雰囲気加熱
（約１００℃で２時間程度）により硬化し本固定する。
これにより、最終的な接着が完了し、初期の接着強度は
２５ｋｇｆ以上と大きく、高温・高湿（８５℃／８５
％）の環境下においても、従来の金属製モジュールと殆
ど変わらない特性が得られた。
【００２３】光モジュールに光プラグを接続すると、光
プラグのフェルールがレセプタクル部１６に嵌入する。
その時、光半導体素子が例えば上記のようにレーザダイ
オード１４であれば、該レーザダイオード１４からの出
射光は球レンズ１０で集光されてフェルールの光ファイ
バの端面に集光し入射するように、光学的な軸合わせが
達成される。光半導体素子が例えばフォトダイオードで
あれば、光モジュールに光プラグを接続した時、フェル
ールの光ファイバの端面からの出射光は球レンズで集光
されてフォトダイオードに入射するように、光学的な軸
合わせが達成される。
【００２４】なお本実施例（図１）では、樹脂ハウジン
グ１２の球レンズ装着側の側壁に、外部雰囲気との空気
貫流が可能な２個の貫通孔４２を対称位置に形成してあ
る。この貫通孔４２は、雰囲気温度変化に伴い樹脂ハウ
ジング１２の内部に発生する結露を防止する機能を果た
す。
【００２５】上記の実施例は、樹脂ハウジングとしてレ
セプタクル部も一体的に成形した構造であるが、レセプ
タクル部を有しない構造もある。そのようなレセプタク
ル部の無い構造の光モジュールをそのまま使用する場合
もあるが、レセプタクル部を別に作製して接合する構成
とすることも可能であり、そうするとレセプタクル部に
は光ファイバのフェルールの抜き差しに対する耐久性の
高い材質を選定できる利点が生じる。
【００２６】樹脂ハウジング内でのレンズの保持は、上
記実施例のような爪状突起による抱持のみならず、レン
ズをインサート成形することで樹脂ハウジング内にレン
ズを埋め込む方式でもよい。あるいは、接着剤（ガラス
や樹脂）でレンズを樹脂ハウジングに接着する方法でも
よい。それらの場合には、レンズは球レンズのみなら
ず、非球面レンズあるいは屈折率分布型ロッドレンズな
どでもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明は上記のように、高周波誘導加熱
により第１の熱硬化性樹脂を硬化させる仮固定工程と、
第２の熱硬化性樹脂を養生盛りして雰囲気加熱により硬
化させる本固定工程との２段階を経るように構成した光
モジュールの製造方法であるから、耐候性能が高く、十
分な接着強度をもち、且つ高精度で組み立てることがで
きるし、作業性が極めて良好で、量産性に優れているな
どの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法による光モジュールの製造方法の一
実施例を示す組立説明図。
【図２】仮固定用の第１の熱硬化性樹脂の塗布状態を示
す説明図。
【図３】仮固定工程を示す説明図。
【図４】本固定工程を示す説明図。
【符号の説明】
１０ 球レンズ １２ 樹脂ハウジング １４ レーザダイオード（光半導体素子） ２６ ステム部 ３０ 第１の熱硬化性樹脂 ３２ コイル ４０ 第２の熱硬化性樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 AA03 AA18 AA30 2H043 AE02 AE04 AE23 AE24 5F041 AA31 DA71 DB06 DC26 DC84 EE04 EE16 FF14 5F088 AA01 BA16 BB01 EA09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レンズを内蔵している樹脂ハウジングに
    対して、金属キャップ型パッケージ構造の光半導体素子
    を前記レンズの光軸上に位置するように芯だしして取り
    付ける光モジュールの製造方法において、 光半導体素子のステム部と樹脂ハウジングの端部との接
    合面に、第１の熱硬化性樹脂を点状に分散塗布し、レン
    ズと光半導体素子との光軸の芯だし接合を行った状態
    で、前記ステム部の外周を囲むように位置するコイルに
    高周波電流を供給して光半導体素子の前記ステム部を誘
    導加熱して前記第１の熱硬化性樹脂を硬化させる仮固定
    工程と、 前記光半導体素子の前記ステム部の外周面上で、前記樹
    脂ハウジングの端部に沿って円周状に第２の熱硬化性樹
    脂を養生盛りし、雰囲気加熱により前記第２の熱硬化性
    樹脂を硬化させる本固定工程と、の２段階を経て組み立
    てることを特徴とする光モジュールの製造方法。
  2. 【請求項２】 レンズを内蔵すると共に接続相手の光プ
    ラグのフェルールを嵌合保持する樹脂ハウジングに対し
    て、金属キャップ型パッケージ構造の光半導体素子を前
    記レンズ及びフェルールの光軸上に位置するように芯だ
    しして取り付ける光モジュールの製造方法において、 光半導体素子のステム部と樹脂ハウジングの端部との接
    合面に、第１の熱硬化性樹脂を点状に分散塗布し、レン
    ズ及びフェルールと光半導体素子との光軸の芯だし接合
    を行った状態で、前記ステム部の外周を囲むように位置
    するコイルに高周波電流を供給して光半導体素子の前記
    ステム部を誘導加熱して前記第１の熱硬化性樹脂を硬化
    させる仮固定工程と、 前記光半導体素子の前記ステム部の外周面上で、前記樹
    脂ハウジングの端部に沿って円周状に第２の熱硬化性樹
    脂を養生盛りし、雰囲気加熱により前記第２の熱硬化性
    樹脂を硬化させる本固定工程と、の２段階を経て組み立
    てることを特徴とする光モジュールの製造方法。
  3. 【請求項３】 第１の熱硬化性樹脂及び第２の熱硬化性
    樹脂として、ともに２液性のエポキシ樹脂を使用し、第
    １の熱硬化性樹脂は粘度が数ｋｃｐｓで、第２の熱硬化
    性樹脂は粘度が数十ｋｃｐｓである請求項１又は２記載
    の光モジュールの製造方法。
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