JP2001036181A - 光モジュールおよびそのはんだ接続高さ計測方法 - Google Patents
光モジュールおよびそのはんだ接続高さ計測方法Info
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- JP2001036181A JP2001036181A JP11205765A JP20576599A JP2001036181A JP 2001036181 A JP2001036181 A JP 2001036181A JP 11205765 A JP11205765 A JP 11205765A JP 20576599 A JP20576599 A JP 20576599A JP 2001036181 A JP2001036181 A JP 2001036181A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光素子を光素子搭載用の基板にはんだ接続する
際に、光素子の光軸を、基板に垂直な方向（光素子と基
板間の高さ）に精度よく計測できないために、はんだ接
続後の光素子の高さのばらつきが管理できず、光ファイ
バとの高い光結合効率が得られにくい。 【解決手段】光素子と、前記光素子が搭載される基板の
両方に、導体のメタライズを非接触で、対向かつ、直交
するように配置し、これらのメタライズ間の静電容量に
より、光素子と基板間の高さを計測可能とする。
際に、光素子の光軸を、基板に垂直な方向（光素子と基
板間の高さ）に精度よく計測できないために、はんだ接
続後の光素子の高さのばらつきが管理できず、光ファイ
バとの高い光結合効率が得られにくい。 【解決手段】光素子と、前記光素子が搭載される基板の
両方に、導体のメタライズを非接触で、対向かつ、直交
するように配置し、これらのメタライズ間の静電容量に
より、光素子と基板間の高さを計測可能とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
やフォトダイオード等の光素子と基板とのはんだ接続の
高さを高精度に計測して、光ファイバとの高効率な光結
合が可能な光モジュール、および、その製造方法に関す
るものである。
やフォトダイオード等の光素子と基板とのはんだ接続の
高さを高精度に計測して、光ファイバとの高効率な光結
合が可能な光モジュール、および、その製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】光素子と光ファイバとの光結合には、ミ
クロンオーダの光軸の調芯、固定が必要である。このた
め、組立が困難で、歩留まりが悪く、光モジュールの低
価格化の障害となっている。そこで、Ｓｉ基板上に形成
したＶ溝をガイドにした光ファイバの位置決めや、光素
子の高精度な位置決め方法が各種開発されて、光軸調芯
の不要な組立方法が適用されつつある。大きさ１ｍｍ角
程度以下のレーザーダイオードやフォトダイオード等の
光素子（以下、光素子で代表する。）をミクロンオーダ
の高精度で基板に位置決めし、はんだ接続する従来の方
法を示す。
クロンオーダの光軸の調芯、固定が必要である。このた
め、組立が困難で、歩留まりが悪く、光モジュールの低
価格化の障害となっている。そこで、Ｓｉ基板上に形成
したＶ溝をガイドにした光ファイバの位置決めや、光素
子の高精度な位置決め方法が各種開発されて、光軸調芯
の不要な組立方法が適用されつつある。大きさ１ｍｍ角
程度以下のレーザーダイオードやフォトダイオード等の
光素子（以下、光素子で代表する。）をミクロンオーダ
の高精度で基板に位置決めし、はんだ接続する従来の方
法を示す。
【０００３】位置決め方法として、例えば、特開平９−
１７８９８５号公報の記載の位置決めマーカを用いる方
法が知られている。光素子と、光素子搭載用の基板との
双方に位置決めマーカを付加しておき、マークの赤外線
の透過画像で、マークを重ね合わせたり、マークの相対
位置ずれを計測して位置決めしている。また、特開平６
−１６０６７６号公報では、光素子用搭載基板の表面を
鏡面にして、光素子に形成されたマーカを基板の表面で
反射させてマーカ同士を位置決めしている。また、位置
決めマーカを使用しない方法として、例えば、特開平２
−５８００５号公報の記載のように、光素子用の搭載基
板に位置合わせ用の電極を設けて、電極間の導通をモニ
タして位置決めする方法も有る。
１７８９８５号公報の記載の位置決めマーカを用いる方
法が知られている。光素子と、光素子搭載用の基板との
双方に位置決めマーカを付加しておき、マークの赤外線
の透過画像で、マークを重ね合わせたり、マークの相対
位置ずれを計測して位置決めしている。また、特開平６
−１６０６７６号公報では、光素子用搭載基板の表面を
鏡面にして、光素子に形成されたマーカを基板の表面で
反射させてマーカ同士を位置決めしている。また、位置
決めマーカを使用しない方法として、例えば、特開平２
−５８００５号公報の記載のように、光素子用の搭載基
板に位置合わせ用の電極を設けて、電極間の導通をモニ
タして位置決めする方法も有る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】位置決めマークを赤外
線の透過画像で計測する方法は、光素子搭載用の基板
が、Ｓｉ等の赤外線を透過する材質で構成されている場
合に限定され、光ファイバ整列用のＶ溝が加工しやすい
セラミックスやジルコニアの場合には、透過せずに使用
できない問題点がある。また、光素子のマーカを基板の
表面で反射させて計測する方法は、光素子を基板上に搭
載した状態で計測できないため、光素子と基板との接触
時の微小な位置ずれを計測、修正することができない問
題点がある。
線の透過画像で計測する方法は、光素子搭載用の基板
が、Ｓｉ等の赤外線を透過する材質で構成されている場
合に限定され、光ファイバ整列用のＶ溝が加工しやすい
セラミックスやジルコニアの場合には、透過せずに使用
できない問題点がある。また、光素子のマーカを基板の
表面で反射させて計測する方法は、光素子を基板上に搭
載した状態で計測できないため、光素子と基板との接触
時の微小な位置ずれを計測、修正することができない問
題点がある。
【０００５】電極間の導通をモニタして位置決めする方
法では、導通の有無のみしか判定できないために、位置
ずれ量の程度が計測しにくい問題点がある。
法では、導通の有無のみしか判定できないために、位置
ずれ量の程度が計測しにくい問題点がある。
【０００６】更に、上述のいずれの方法でも、基板に平
行な方向の位置合わせは可能だが、はんだ接続前後では
んだがつぶれて変化する、光素子と基板間の高さを計測
することができない問題点がある。
行な方向の位置合わせは可能だが、はんだ接続前後では
んだがつぶれて変化する、光素子と基板間の高さを計測
することができない問題点がある。
【０００７】本発明の目的は、光素子を光素子搭載用の
基板にはんだ接続する際に、光素子の光軸を、基板に垂
直な方向（光素子と基板間の高さ）に精度よく位置決め
可能な光モジュールの構造および、その製造方法並びに
はんだ接続高さ計測方法を提供することにある。
基板にはんだ接続する際に、光素子の光軸を、基板に垂
直な方向（光素子と基板間の高さ）に精度よく位置決め
可能な光モジュールの構造および、その製造方法並びに
はんだ接続高さ計測方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、光素子と、前記光素子が搭載される基板
の両方に、導体のメタライズを非接触で、対向かつ、直
交するように配置した光モジュールを構成する。
に、本発明は、光素子と、前記光素子が搭載される基板
の両方に、導体のメタライズを非接触で、対向かつ、直
交するように配置した光モジュールを構成する。
【０００９】また、本発明は、その一形態として、光素
子と、前記光素子が搭載される基板の両方に、導体のメ
タライズを非接触で、対向かつ、直交するように配置し
た構造とし、これらのメタライズ間の静電容量により、
該光素子と基板間の高さを計測可能とする。
子と、前記光素子が搭載される基板の両方に、導体のメ
タライズを非接触で、対向かつ、直交するように配置し
た構造とし、これらのメタライズ間の静電容量により、
該光素子と基板間の高さを計測可能とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００１１】（図１）は、本発明の光モジュールの実施
例を説明する斜視図を示す。（図２）は、（図１）の光
素子と基板の位置関係を示す平面図を示す。光素子であ
るレーザダイオード１を光ファイバ３に接続する場合、
高い光結合高率を得るには、レーザダイオード１のレー
ザ出射口１２よりレーザ光軸１１の方向に出射されたレ
ーザは、光ファイバの光軸３１に、ミクロンオーダの高
い搭載位置精度で一致しなければならない。そのため、
レーザダイオード１は基板２に、光素子の接続動作４１
により位置決めされ、一方、光ファイバ３は基板２のＶ
溝２６で拘束して位置決めされ、基板上の仮想中心軸２
１上で光結合される。レーザダイオード１は、Ｘ方向
（基板に平行な方向）と、Ｙ方向（基板に垂直な方向）
にミクロンオーダの精度ではんだ接続する必要がある。
Ｘ方向の位置決めは前述の従来の方法で可能なため、説
明は省略し、Ｙ方向の位置決めに関連する部分のみ図示
する。
例を説明する斜視図を示す。（図２）は、（図１）の光
素子と基板の位置関係を示す平面図を示す。光素子であ
るレーザダイオード１を光ファイバ３に接続する場合、
高い光結合高率を得るには、レーザダイオード１のレー
ザ出射口１２よりレーザ光軸１１の方向に出射されたレ
ーザは、光ファイバの光軸３１に、ミクロンオーダの高
い搭載位置精度で一致しなければならない。そのため、
レーザダイオード１は基板２に、光素子の接続動作４１
により位置決めされ、一方、光ファイバ３は基板２のＶ
溝２６で拘束して位置決めされ、基板上の仮想中心軸２
１上で光結合される。レーザダイオード１は、Ｘ方向
（基板に平行な方向）と、Ｙ方向（基板に垂直な方向）
にミクロンオーダの精度ではんだ接続する必要がある。
Ｘ方向の位置決めは前述の従来の方法で可能なため、説
明は省略し、Ｙ方向の位置決めに関連する部分のみ図示
する。
【００１２】レーザダイオード１のはんだ接続面上に
は、はんだ接続用メタライズ１３、光素子側高さ計測用
メタライズ１４が形成され、相互に導通がある。基板２
の光素子搭載面２２上には、はんだ接続用メタライズ１
３と同一サイズの接続用はんだ２３と、これに導通を取
る引き出し電極部２４が形成される。更に、レーザダイ
オード１の光素子側高さ計測用メタライズ１４に直交し
た形状の基板側高さ計測用メタライズ２５が形成されて
いる。はんだ接続のために、（図２）のレーザダイオー
ド１を基板２上に搭載したを状態では、はんだ接続用メ
タライズ１３と接続用はんだ２３が重なり合って、点線
で囲まれるはんだ接続部５１を形成する。光素子側高さ
計測用メタライズ１４と基板側高さ計測用メタライズ２
５は相互に対向直交しており、メタライズ対向部５２が
形成される。
は、はんだ接続用メタライズ１３、光素子側高さ計測用
メタライズ１４が形成され、相互に導通がある。基板２
の光素子搭載面２２上には、はんだ接続用メタライズ１
３と同一サイズの接続用はんだ２３と、これに導通を取
る引き出し電極部２４が形成される。更に、レーザダイ
オード１の光素子側高さ計測用メタライズ１４に直交し
た形状の基板側高さ計測用メタライズ２５が形成されて
いる。はんだ接続のために、（図２）のレーザダイオー
ド１を基板２上に搭載したを状態では、はんだ接続用メ
タライズ１３と接続用はんだ２３が重なり合って、点線
で囲まれるはんだ接続部５１を形成する。光素子側高さ
計測用メタライズ１４と基板側高さ計測用メタライズ２
５は相互に対向直交しており、メタライズ対向部５２が
形成される。
【００１３】（図２）のＡＡ'を矢印方向から見た側面
断面図を（図３）（a）に、高さ計測時の等価回路を
（図３）（b）に示す。レーザダイオード１と基板２間
が接続用はんだ２３で接触した状態では、接続はんだ２
３に数マイクロメータ程度の厚みがあるため、光素子側
高さ計測用メタライズ１４と基板側高さ計測用メタライ
ズ２５との間には、数マイクロメータ程度の隙間がメタ
ライズ対向部空間５３として形成される。引き出し電極
部２４から接続用はんだ２３、はんだ接続用メタライズ
１３、光素子側高さ計測用メタライズ１４までは導通が
取れているため、メタライズ対向部空間５３を介して、
基板側高さ計測用メタライズ２５との間でコンデンサを
形成される。
断面図を（図３）（a）に、高さ計測時の等価回路を
（図３）（b）に示す。レーザダイオード１と基板２間
が接続用はんだ２３で接触した状態では、接続はんだ２
３に数マイクロメータ程度の厚みがあるため、光素子側
高さ計測用メタライズ１４と基板側高さ計測用メタライ
ズ２５との間には、数マイクロメータ程度の隙間がメタ
ライズ対向部空間５３として形成される。引き出し電極
部２４から接続用はんだ２３、はんだ接続用メタライズ
１３、光素子側高さ計測用メタライズ１４までは導通が
取れているため、メタライズ対向部空間５３を介して、
基板側高さ計測用メタライズ２５との間でコンデンサを
形成される。
【００１４】引き出し電極部２４と基板側高さ計測用メ
タライズ２５間に交流電圧Ｖoをかけると、この静電容
量に応じた電流Ｉsが計測可能な、（図３）（b）に示す
回路を構成できる。光素子側高さ計測用メタライズ１４
と基板側高さ計測用メタライズ２５は相互に対向直交し
ているため、レーザダイオード１と基板２間がＸ，Ｙ方
向に位置ずれしても、メタライズ対向部５２の対向面
積、つまりコンデンサを形成する電極面積は常に一定と
なる。このため、静電容量はメタライズ対向部空間５３
の隙間高さＺのみの関数になり、静電容量に応じた電流
Ｉsを計測すれば、隙間高さＺを計測可能となる。
タライズ２５間に交流電圧Ｖoをかけると、この静電容
量に応じた電流Ｉsが計測可能な、（図３）（b）に示す
回路を構成できる。光素子側高さ計測用メタライズ１４
と基板側高さ計測用メタライズ２５は相互に対向直交し
ているため、レーザダイオード１と基板２間がＸ，Ｙ方
向に位置ずれしても、メタライズ対向部５２の対向面
積、つまりコンデンサを形成する電極面積は常に一定と
なる。このため、静電容量はメタライズ対向部空間５３
の隙間高さＺのみの関数になり、静電容量に応じた電流
Ｉsを計測すれば、隙間高さＺを計測可能となる。
【００１５】次に、実際の計測手順を（図４）に示すフ
ローチャート図で説明する。まず、光素子（本実施例で
は、レーザダイオード１）を基板２上でＸＹ方向に位置
決めする。次に、引き出し電極部２４と、基板側高さ計
測用メタライズ２５とに、それぞれプローブピン等を押
し当てて、外部の静電容量計測回路に接続し、はんだ固
定前の光素子高さ（隙間高さ）Ｚを計測し、計測終了
後、プローブピンを退避させる。そして、はんだを加
熱、溶融後、冷却固定する。再び、プローブピンを押し
当てて、外部の静電容量計測回路に接続し、はんだ固定
後の光素子高さ（隙間高さ）Ｚを計測し、Ｙ方向（高
さ）位置の合否を判定する。
ローチャート図で説明する。まず、光素子（本実施例で
は、レーザダイオード１）を基板２上でＸＹ方向に位置
決めする。次に、引き出し電極部２４と、基板側高さ計
測用メタライズ２５とに、それぞれプローブピン等を押
し当てて、外部の静電容量計測回路に接続し、はんだ固
定前の光素子高さ（隙間高さ）Ｚを計測し、計測終了
後、プローブピンを退避させる。そして、はんだを加
熱、溶融後、冷却固定する。再び、プローブピンを押し
当てて、外部の静電容量計測回路に接続し、はんだ固定
後の光素子高さ（隙間高さ）Ｚを計測し、Ｙ方向（高
さ）位置の合否を判定する。
【００１６】以上の構成、手順により、はんだ接続前後
の光素子高さの測定が可能となる。
の光素子高さの測定が可能となる。
【００１７】なお、上記実施例では、基板上に接続はん
だが形成されていたが、光素子側に接続はんだが形成さ
れていてもなんら問題は無い。
だが形成されていたが、光素子側に接続はんだが形成さ
れていてもなんら問題は無い。
【００１８】
【発明の効果】以上の実施例で述べたように，本発明に
よれば，次のような効果が得られる。
よれば，次のような効果が得られる。
【００１９】１．光素子を光素子搭載用の基板にはんだ
接続する際に、光素子の光軸を、基板に垂直な方向（光
素子と基板間の高さ）に精度よく計測可能となり、光フ
ァイバとの光結合効率の安定化が図れる効果がある。
接続する際に、光素子の光軸を、基板に垂直な方向（光
素子と基板間の高さ）に精度よく計測可能となり、光フ
ァイバとの光結合効率の安定化が図れる効果がある。
【００２０】２．高さ計測用メタライズの付加は、光素
子および、基板の蒸着マスクの一部変更のみで、光素子
および、基板の製造工程には変更は不要なため、量産時
の製造コストの上昇は少なく抑えられる。一方、光素子
の接続工程での光素子の高さばらつきを小さくすること
ができ、容易に高い光結合高率を有する光素子の接続が
得られる。光素子の製造、基板への接続を総合すると、
歩留り率の良い光素子の接続ができ、光モジュ−ル完成
段階でのコストが下がる効果がある。
子および、基板の蒸着マスクの一部変更のみで、光素子
および、基板の製造工程には変更は不要なため、量産時
の製造コストの上昇は少なく抑えられる。一方、光素子
の接続工程での光素子の高さばらつきを小さくすること
ができ、容易に高い光結合高率を有する光素子の接続が
得られる。光素子の製造、基板への接続を総合すると、
歩留り率の良い光素子の接続ができ、光モジュ−ル完成
段階でのコストが下がる効果がある。
【図１】本発明の光モジュールの実施例を説明する斜視
図。
図。
【図２】図１の光素子と基板の位置関係を示す平面図。
【図３】図２のＡＡ'矢印方向から見た側面断面図と高
さ計測時の等価回路図。
さ計測時の等価回路図。
【図４】計測手順を示すフローチャート図。
１…レーザダイオード、２…基板、３…光ファイバ、１
１…レーザの光軸、１２…レーザ出射口、１３…はんだ
接続用メタライズ、１４…光素子側高さ計測用メタライ
ズ、２１…基板上の仮想中心軸、２２…光素子搭載面、
２３…接続用はんだ、２４…引き出し電極部、２５…基
板側高さ計測用メタライズ、２６…Ｖ溝、２７…光ファ
イバ被覆固定面、３１…光ファイバの光軸、３２…光フ
ァイバ被覆、４１…光素子の接続動作、４２…光ファイ
バの搭載動作、５１…はんだ接続部、５２…メタライズ
対向部、５３…メタライズ対向部空間。
１…レーザの光軸、１２…レーザ出射口、１３…はんだ
接続用メタライズ、１４…光素子側高さ計測用メタライ
ズ、２１…基板上の仮想中心軸、２２…光素子搭載面、
２３…接続用はんだ、２４…引き出し電極部、２５…基
板側高さ計測用メタライズ、２６…Ｖ溝、２７…光ファ
イバ被覆固定面、３１…光ファイバの光軸、３２…光フ
ァイバ被覆、４１…光素子の接続動作、４２…光ファイ
バの搭載動作、５１…はんだ接続部、５２…メタライズ
対向部、５３…メタライズ対向部空間。
Claims (4)
- 【請求項１】光素子表面のメタライズ層と基板表面のメ
タライズ層上のはんだ層の溶融接合により、光素子を基
板に搭載・接続する光モジュールにおいて、光素子のは
んだ接続面と同一表面上に、はんだ接続用メタライズ層
以外に高さ計測用メタライズ層を設け、該光素子がはん
だ接続される基板表面上に、該光素子の高さ計測用のメ
タライズ層と非接触で、対向かつ、直交する高さ計測用
メタライズ層を設けた構造を特徴とする光モジュール。 - 【請求項２】光素子表面のメタライズ層と基板表面のメ
タライズ層上のはんだ層の溶融接合により、光素子を基
板に搭載・接続する方法において、光素子のはんだ接続
面と同一表面上に、はんだ接続用メタライズ層以外に高
さ計測用メタライズ層を設け、該光素子がはんだ接続さ
れる基板表面上に、該光素子の高さ計測用のメタライズ
層と非接触で、対向かつ、直交する高さ計測用メタライ
ズ層を設けた構造とし、これらのメタライズ層間の静電
容量により、該光素子と基板間の高さを計測することを
特徴とする光モジュールのはんだ接続高さ計測方法。 - 【請求項３】請求項１記載の光モジュールにおいて、接
続用のはんだ層が光素子表面のはんだ接続用メタライズ
層上に形成された構造を特徴とする光モジュール。 - 【請求項４】請求項２記載の光素子を基板に搭載・接続
する方法において、接続用のはんだ層が光素子表面のは
んだ接続用メタライズ層上に形成された構造を特徴とす
る光モジュールのはんだ接続高さ計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11205765A JP2001036181A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 光モジュールおよびそのはんだ接続高さ計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11205765A JP2001036181A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 光モジュールおよびそのはんだ接続高さ計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001036181A true JP2001036181A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=16512309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11205765A Pending JP2001036181A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 光モジュールおよびそのはんだ接続高さ計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001036181A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007086206A1 (ja) * | 2006-01-25 | 2007-08-02 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | 光モジュール及び光モジュールの製造方法 |
-
1999
- 1999-07-21 JP JP11205765A patent/JP2001036181A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007086206A1 (ja) * | 2006-01-25 | 2007-08-02 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | 光モジュール及び光モジュールの製造方法 |
| JP2007199254A (ja) * | 2006-01-25 | 2007-08-09 | Mitsumi Electric Co Ltd | 光モジュール及び光モジュールの製造方法 |
| US7684661B2 (en) | 2006-01-25 | 2010-03-23 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Optical module and method of producing optical module |
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