JP2002535709A - オプトエレクトロニクス・アセンブリ - Google Patents

オプトエレクトロニクス・アセンブリ

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Abstract

(57)【要約】 光学要素用のパッケージ（１０）およびパッケージを作製する方法を開示する。パッケージは、位置決めフロア（１４）とプラットフォーム（２０）と高さが精密に定められた任意選択のリング・フレーム（３２）とを有する準プレーナ基板（１２）を備える。光学構成部品は、基板のフロア、隆起されたプラットフォーム、およびフレーム上にピック・アンド・プレースされる。フレクシャ・アセンブリ（２４）によって、クリティカルな光学的位置合せを必要とする構成部品の位置決めが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は一般に光学構成部品を有するオプトエレクトロニクス・アセンブリお
よびそれを作成する方法に関する。より詳細には、本発明は、ほぼ平坦な基板や
フレクシャ(flexure）に載置した光学構成部品を有するアセンブリおよびそれを
製作する方法に関する。
【０００２】 （発明の背景） オプトエレクトロニクス構成部品を包含かつ保護し、これを光ファイバに結合
し、かつこれを電気的に接続するためのシールされたパッケージが必要とされて
いる。オプトエレクトロニクス・パッケージングは、オプトエレクトロニクス機
器製造における最も困難でコストのかかる作業の１つである。オプトエレクトロ
ニクス・パッケージによって、光学要素間のサブミクロンの位置合せ、高速の電
気接続、良好な熱放散、および高い信頼性が可能になる。このような特徴を与え
た結果、特にデバイスがファイバに結合された場合、オプトエレクトロニクス・
パッケージが１桁大きくなり、よりコストがかかり、かつ電子パッケージよりも
作製の難しいものになった。加えて、オプトエレクトロニクス・パッケージの設
計および関連する製作プロセスは、オートメーションに対してうまく適合してい
ない。その理由は、今日の高性能バタフライ・パッケージ(butterfly package）
が、多数の機械部品（サブマウント、ブラケット、フェルール）、３次元（３Ｄ
）位置合せ要件、および不便な機械アクセシビリティによって特徴付けられてい
るからである。
【０００３】 Ｋｏｖａｔｚによる米国特許第４９５３００６号は、端部結合された(edge-co
upled)オプトエレクトロニクス・デバイス用のパッケージを開示している。この
パッケージは、たとえばレーザなどのオプトエレクトロニクス・デバイスがレン
ズまたは光ファイバなどの外部の光学機器窓に結合できるように、窓を有するカ
バーを含む。このパッケージは密封性および高速の電気接続を可能にするが、位
置合せする方法を規定しておらず、かつ結合光学機器または光ファイバをコリメ
ーションさせもしくは結合させる方法を規定していない。
【０００４】 ＫｌｕｉｔｍａｎｓおよびＴｊａｓｓｅｎｓによる米国特許第５００５１７８
号、およびＳｈｉｇｅｎｏによる米国特許第５２２７６４６号も、光学的または
オプトエレクトロニクス構成部品用のパッケージを開示している。Ｋｌｕｉｔｍ
ａｎｓ等は、光ファイバに結合するレーザ・ダイオード向けのパッケージを論じ
ている。このパッケージは、レーザを高速で使用できるように伝導ロッドを含ん
でいる。Ｓｈｉｇｅｎｏは、封入されたレーザ・ダイオードを冷却するためのヒ
ート・シンクを開示しており、そのレーザ・ダイオードは光ファイバに結合され
ている。しかし、上述の特許双方では、パッケージを構築するとき、レーザ・ダ
イオードを光ファイバに位置合せすることが困難である。双方の設計では、複雑
な３Ｄ構成の多数の部品が用いられ、オートメーション・アセンブリには適して
いない。Ｆａｒｍｅｒによる米国特許第５６２８１９６号は、半導体レーザ用の
ヒート・シンクを含むパッケージを開示するが、レーザを他の光学機器と結合さ
せるための効率的な手段を提供していない。
【０００５】 本発明の実施態様は、この従来技術の限界を克服するものである。
【０００６】 （発明の概要） 一オプトエレクトロニクス・パッケージを説明する。一実施態様では、オプト
エレクトロニクス・パッケージは、フロアと、基板に結合された第１光学要素と
、第２光学要素と、第２光学要素を第１光学要素に光学的に位置合せするために
第２光学要素および基板に結合されたフレクシャとを有する。
【０００７】 本発明は、詳細な以下の記述、および本発明の様々な実施形態の添付図面から
より十分に理解されるが、これらは本発明を特定の実施形態に限定するために取
りあげられたのではなく、むしろ単に説明および理解を目的とするものである。
【０００８】 （本発明の詳細な説明） オプトエレクトロニクス・アセンブリについて記述する。以下の記述において
、説明を目的として、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特有な詳細
について記述する。しかし、当業者には、本発明はこれらの特有な詳細なしに実
施できることが明らかになるであろう。他の例については、本発明をあいまいに
することを回避するために、よく知られている構造およびデバイスをブロック図
の形態で示す。
【０００９】 （概略） オプトエレクトロニクス構成部品のパッケージおよびそのパッケージを作成す
る方法について開示する。一実施形態では、パッケージは、載置表面とパッケー
ジの底壁となる位置決めフロアを有する基板を備える。一実施形態では、基板と
その位置決めフロアはほぼ平面である。一実施形態では、１つまたは複数の隆起
プラットフォームが載置表面上に設けられている。隆起プラットフォームは、銅
タングステン、アルミニウム窒化物、ベリリウム酸化物、および窒化ホウ素など
、基板のフロアに取り付けられている熱伝導率の高い材料で作成されたサブマウ
ントでよい。隆起プラットフォームは、例えば、はんだ付けまたはろう付けによ
って取り付けることが可能であり、また、基板材料自体の一部とすることさえ可
能である。
【００１０】 一実施形態では、ダイオード・レーザ、変調器、検出器などの縁部発光デバイ
ス、サイド・マウント・デバイス、または導波路デバイスが隆起プラットフォー
ム上に載置されている。マイクロレンズ、フィルタ、スプリッタ、アイソレータ
などのミクロ光学要素は、パッケージのフロア上に直接載置されている。
【００１１】 一実施形態では、プラットフォームの高さと光学要素の高さは、縁部発光デバ
イスおよび光学要素が、自動的に垂直方向に位置合わせされるように、すなわち
これらの光学軸が、パッケージのフロアに平行な同じ共通面にあるように選択さ
れる。縁部発光デバイスのための隆起プラットフォームは、一度に３つの目的の
役に立つことが可能である：（ｉ）縁部発光デバイスを光学平面内に一致させる
ように高さを調整する、（ｉｉ）アクティブデバイスのための熱スプレッダとし
て役立つ、（ｉｉｉ）アクティブデバイスに電気的接続を行う。
【００１２】 一実施形態では、プラットフォームとフレームの高さは、１０分の１未満など
基板の長さの小さな割合に保たれており、したがって、アセンブリは、本質的に
２次元であり、ピック・アンド・プレイス・オートメーションを使用して製造す
ることができる。例えば、上記の実施形態に従う工業規格バタフライ・パッケー
ジを実現するために、寸法外の基板は、長さ２０ｍｍ、幅１２ｍｍに近いが、フ
レームおよびプラットフォームの高さは、０．２５ｍｍである。これは、わずか
にパッケージの長さの約１／８０であることを表している。これは、壁の高さが
通常１０ｍｍのオーダである従来のバタフライ・パッケージとは際立って対照的
である。基板、フレーム、およびプラットフォームのアセンブリがほぼ平面であ
ることにより、２次元（２Ｄ）機械視覚を備えた高精度のピック・アンド・プレ
イス機械によって、オプトエレクトロニクス要素を配置することが可能になる。
最新技術の市販されている機械は、１ミクロン未満のピック・アンド・プレイス
精度を達成することができる。そのような機械の例は、Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ Ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅ、Ｓａｉｎｔ−Ｊｅｏｉｒｅ、ＦｒａｎｃｅによるモデルＦＣ
２５０フリップ・チップ・ボンダである。そのような自動化されたピック・アン
ド・プレイス・アセンブリを使用して、数ミクロンの精度内で、側方およびトラ
バースの次元について、オプトエレクトロニクス要素間の光学関係を確立するこ
とができる。
【００１３】 構成部品間の高さの位置合わせは、隆起プラットフォームの高さによって、自
動的に設定される。サブマウント材料の正確な制御または研磨技術を使用して、
１ミクロンまたはそれ未満以内までプラットフォームの高さの制御を達成するこ
とができる。パッケージはほぼ平面なので、機械の安定性は、主に、基板の安定
性によって決定される。アルミナ・セラミックなどの非常に膨張率の低い材料を
基板に使用することによって、従来の３次元の手法よりはるかに良好な機械安定
性を有するパッケージが獲得される。
【００１４】 プラットフォーム上に１つまたは複数の光学要素を有するオプトエレクトロニ
クス・パッケージの実施形態について、本明細書で記述するが、そのような要素
をパッケージ・フロアの上に配置し、一方パッケージの他の光学要素をパッケー
ジ・フロアの上面の下に載置することは、十分本発明の教示内にあることに留意
されたい。
【００１５】 高性能のオプトエレクトロニクス・パッケージでは、重要な光学要素は、プラ
ットフォームの高さ制御と２次元ピック・アンド・プレイスの組合わせで獲得す
ることができる精度よりも高精度の配置が必要である。これは、高い光学結合効
率を達成するために、１ミクロンの精度未満内で位置合わせしなければならない
単一モード・ファイバの場合である。一実施形態では、そのような構成部品は、
垂直方向のわずかな調整を見込んでいる小型フレクシャを使用して載置される。
一実施形態では、フレクシャは、エッチングまたはスタンプされ、次いでプレス
して曲げられた薄いスプリング鋼で作成されている。フレクシャは、基板上また
はフレーム各側面上にある２つ以上の脚部を備えることが可能である。一実施形
態では、脚部は、光学要素を支持またはクランプするブリッジによって結合され
ている。スプリングの特性を有する材料の２つのセクションにより、脚部はブリ
ッジに結合される。
【００１６】 フレクシャは、自然な（湾曲していない）状態で、ブリッジに取り付けられて
いる光学構成部品の光学軸が、わずかにパッケージの光学平面の上にあるように
設計することが可能である。高さの最終調整は、フレクシャに圧力を加え、した
がって、ブリッジの高さを低くすることによって獲得される。基板の面に平行な
平面内でフレクシャをドラグすることは、側方方向の位置を修正するために好ま
しい。適切な位置合わせに達したとき、脚部は、永続的にフレームまたは基板に
取り付けられている。取付けは、例えば、レーザ溶接、はんだ付け、または接着
結合によることが可能である。フレクシャの設計に関する他の改良点は、フレク
シャが３つ以上の脚部を有することである。脚部の第１対は、粗い光学位置合わ
せの後にフレームに取り付けられる。次いで、２つの第１脚部を取り付けた後で
残っている残留柔軟性を使用して、フレクシャを再び精密に位置合わせする。最
適な位置に達したとき、残って入る脚部を取り付ける。
【００１７】 以下で記述するオプトエレクトロニクス・パッケージの一実施形態に関する他
の重要な特性は密封性である。標準的な設計では、これは、インストールした後
で適切にシールする必要がある電気的な接続、光学ウィンドウ、および光ファイ
バの通行を可能にするために穴がドリルされているパッケージの周囲に壁を追加
することによって達成される。次いで、光学パッケージをそのような壁の境界内
に構築し、最終製造ステップとして、パッケージをシールするためにシーリング
・リッドを追加する。壁をドリルして、そのような穴を通るすべての電気的およ
び光学的フィードスルーをシールすることは、コストと複雑さをパッケージに追
加することになる。例えば、高速電気的セラミック・フィードスルーと光ファイ
バ用Ｋｏｖａｒ管フィードスルーを有する商用バタフライ・ボックスは、何か光
学構成部品を追加する以前に、＄２００コストが余分にかかっている。本明細書
で記述するオプトエレクトロニクス・パッケージの実施形態は、追加された壁を
必要とせずに、密封性に対しはるかに簡単で費用効果の高い解決法を提供する。
一実施形態では、密封性は、リムがリング・フレームの外側部分にシールされて
いる角張った帽子状のキャップを使用することによって獲得される。密封エンク
ロージャの内側から外側への光ファイバのシールされた貫通を行うように、リン
グ・フレームに浅い溝を設けることが可能である。シールしたエンクロージャの
外部との電気接続は、基板の底面を通る充填されたビアによって提供される。
【００１８】 他の実施形態では、パッケージの外側のピンと、密封エンクロージャの内側の
電気的およびオプトエレクトロニクス構成部品に対する電気信号の分配は、パタ
ーンのセットとして基板の上面および底面上に直接プリントされている電気的接
続のセットによって容易になる。上面および底面の電気的に伝導性のパターンは
、密封充填ビアによって電気的に接続されている。したがって、パッケージの周
囲にあるピン、またはパッケージの下にあるボール・グリッド・アレイあるいは
同様の構造に信号を分配することは、配線を追加すること、または高価なスルー
壁の密封フィードスルーを必要とせずに達成することができる。この構成は、高
速オペレーションには非常に有利である：ビアは、一実施形態では２５０μｍの
オーダである基板材料の厚さを通りさえすれば良いので、非常に短い。さらに、
すべての余分な配線は、ほぼ排除されている。これにより、そうでなければパッ
ケージの高速オペレーションを制限することになる寄生キャパシタンスとインダ
クタンスの値が非常に低減される。
【００１９】 隆起プラットフォームを有するほぼ平面の基板は、フレクシャと共に、高精度
光学位置合わせベンチ、アクティブオプトエレクトロニクス構成部品のためのヒ
ートシンキング、シールした電気的フィードスルー、高速配線板、および密封的
にシール可能なエンクロージャを同時に提供する。
【００２０】 したがって、本発明の少なくとも１つの実施形態は、構成部品が容易におよび
精確にパッケージ内で位置合わされるように、光学構成部品のパッケージを提供
する。そのようなパッケージは、安価にオートメーション化可能な方法で製造す
ることが可能である。
【００２１】 本発明の光学パッケージのいくつかの実施形態では、パッケージ内の光学構成
部品の精確な位置合わせ、ならびに密封性、高い機械安定性、良好なヒート・シ
ンキング、およびパッケージの高速電気的オペレーションを保ちながら、低コス
トで大量生産することが可能であるということが有利である可能性がある。
【００２２】 図１はフレーム３２とフレクシャ２４を有する、オプトエレクトロニクス・ア
センブリ、すなわちパッケージ１０の一実施形態を示す。アセンブリは、位置決
めフロア１４を有する基板１２を備える。一実施形態では、位置決めフロア１４
はほぼ平面であり、基板１２は、アルミナまたはベリリウム酸化物など、熱膨張
率の係数が小さい電気的に絶縁性の材料からなる。一実施形態では、隆起プラッ
トフォーム２０が位置決めフロア１４に取り付けられているサブマウントによっ
て形成されている。
【００２３】 光学要素または構成部品は、位置決めフロア１４とプラットフォーム２０の上
に載置されている。一実施形態では、レンズ１６が基板１２の上に載置されてお
り、レーザ・ダイオードなどの縁部発光オプトエレクトロニクス要素１８は、プ
ラットフォーム２０の上に載置されている。他の光学構成部品を使用することが
可能である。
【００２４】 光学要素２２が、はんだ付け、ろう付け、または溶接などによって、フレクシ
ャ２４に取り付けられている。一実施形態では、フレクシャ２４は、２つの脚部
２６と２７、ブリッジ３０、および、脚部２６、２７とブリッジ３０との接合部
の２つのスプリング領域２８、２９を備える。一実施形態では、要素２２は、単
一モード光ファイバであるが、他の光学要素との光学的位置合わせを必要とする
任意の要素とすることが可能である。
【００２５】 フレーム３２は基板１２に取り付けられている。脚部２６と２７の端部がフレ
ーム３２に取り付けられている。フレクシャ２４と取付け方法については、以下
でより詳細に議論する。一実施形態では、フレーム３２は溝３６を有する突出ア
ーム３４を有する。溝３６により、パッケージの外部へのファイバ２２の密封貫
通が可能になる。
【００２６】 キャップ３８がフレーム３２に取り付けられて、気密シールとされている。位
置決めフロア１４を閉鎖および密封的にシールすることによって、内部の光学構
成部品を保護し、その性能が悪くなりおよび／または寿命が縮むのを防止するこ
とができる、制御された気体、液体、または真空の環境に保つことができる。一
実施形態では、キャップ３８は、角張った帽子の形状であり、フレーム３２の外
側部分および溝３６とファイバ２２の上に密封的にシールすることができる周辺
リッド４０を有する。シーム溶接、はんだ付け、または接着結合などのプロセス
によって密封シールとすることが可能である。
【００２７】 フレーム３２、プラットフォーム２０、および光学要素１６と１８の厚さは、
基板１２の長さまたは幅と比較して小さく保たれており、したがって、アセンブ
リは、本質的に平面状であり、２次元機械視覚を使用するピック・アンド・プレ
イス・オートメーション化アセンブリと矛盾しない。フレーム３２とプラットフ
ォーム２０の厚さは、基板１２の長さの１／１０未満であることが好ましく、光
学要素１６の厚さは、基板１２の長さの１／５未満であることが好ましい。一実
施形態では、フレーム３２とプラットフォーム２０の厚さは、０．２５０ミリメ
ートル、レンズ１６の高さは０．５ミリメートル、および基板１２の長さは約１
０ミリメートルである。
【００２８】 一実施形態では、位置決めフロア１４の上面上にある電気的に伝導性のパター
ン４４にアクティブ光学要素１８をワイヤ・ボンド４２で接続する。充填伝導性
ビア４６がパターン４４を、位置決めフロア１４の底面にある電気的に伝導性の
パターン４８に密封的に接続する。また、位置決めフロア１４の底面上にあるピ
ン５０は、他のビア（図示せず）を経て、パッケージの内側の電子構成部品に接
続するように設けられている。パターン４２および４４と充填ビア４６との組合
わせにより、密封エンクロージャの内側のオプトエレクトロニクス要素からパッ
ケージ１０の周囲にあるピン５０まで密封的に電気信号を分配するために、効率
的で寄生性の低い機構を提供できる。代替として、表面載置に対して、パッケー
ジの下のボール・グリッド・アレイに信号を分配することができる。
【００２９】 一実施形態では、パッケージ１０は、フレーム３２なしでも実現することがで
き、基板１２の材料により、キャップ３８とフレクシャ２４を直接基板１２上に
取り付けてもよい。この場合、溝３６を形成する能力は失われる可能性があるが
、キャップ３８上にフィードスルー管またはウィンドウを追加することによって
代用することができる。
【００３０】 代替実施形態では、フレクシャ２６が直接フロア１４に取り付けられ、一方キ
ャップ３８はフレーム３２に取り付けられる。他の代替実施形態では、フレーム
３２とプラットフォーム２０は、完全に平面な基板への金属インサートである。
他の実施形態では、２つの同軸フレームが使用されており、外側のものは取付け
キャップ３８上にあり、内側のものは、フレクシャ２４を取り付けるためのもの
である。
【００３１】 軸Ａは、図１に示すように、パッケージ１０を２等分する。図２Ａは、軸Ａに
沿って取った、アセンブリ１０の断面図である。プラットフォーム２０と位置決
めフロア１４上に載置された光学部品の垂直位置合わせは、プラットフォーム２
０の高さによってのみ制御されるので、この高さを正確に調節することは重要で
ある。通常、レーザ・ダイオードをマイクロレンズに位置合わせするために、５
μｍより良好な精度が必要である。一実施形態では、そのような精度は、フレー
ム２４とプラットフォーム２０が、その上に載置されている光学要素を含めて、
正確な高さに低減されるまで、プラットフォーム２０とフレーム３２を研磨する
ことによって達成することが可能である。
【００３２】 図２Ａは、研磨ステップ前のフレーム３２とプラットフォーム２０を有する基
板１２を示す。基板１２の上のプラットフォーム２０とフレーム３２の高さは、
参考のために示した光学要素１６の光学軸の高さよりわずかに高い。図２Ｂは、
精確な研磨後の光学要素１６を含むフレーム３２とプラットフォーム２０の高さ
を示し、したがって、フレーム３２とプラットフォーム２０は、再度参考のため
に示した光学要素１６の光学軸と整合するフロア１４より上の所定の高さを有す
る。図２Ｃは、プラットフォーム２０とフロア１４の上で、ピック・アンド・プ
レイスされている光学要素を示す。
【００３３】 一実施形態では、要素１８はレーザ・ダイオードであり、その放出された光は
収集され、レンズである要素１６によって、光ファイバである光学要素２２のコ
アに収束されている。レーザ、レンズ、およびファイバの位置合わせは、図２Ｄ
に示すように、基板１２とプラットフォーム２０の平坦化によって簡単になる。
光学平面Ｐは、フロア１６から距離ｈにある。レンズは、レンズの底面からある
距離にある光学軸ＯＡを有する。プラットフォーム２０は高さｈを有し、したが
って、プラットフォーム２０の上面は、光学平面Ｐにある。したがって、レーザ
から放出された光は、ほぼ光学平面Ｐに集光され、レンズを照射するレーザから
の光は、図２Ｄに示すように、光学軸ＯＡ上に集光される。
【００３４】 研磨技術の他に、プラットフォームの高さ制御を達成する他の技術を使用する
ことが可能であり、これには、厚さを増大するために、わずかに高さの低いプラ
ットフォームを電気めっきすること、わずかに高さの高いプラットフォームを精
確に化学的にエッチングすること、またはプラットフォームの精確なダイアモン
ド加工が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００３５】 図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、５Ａ、および５Ｂは、フレクシャ位置合わせデバイスお
よび位置合わせ方法を記述する。一実施形態では、フレクシャ２４は、ブリッジ
３０と２つの脚部２６、２７を備える。２つのスプリング領域２８、２９は、脚
部２６、２７をブリッジ３０に接続する。脚部２６、２７の末端はフレーム３２
の上にある。代替設計では、脚部の末端が直接基板１２上にある。ブリッジ３０
は光学要素２２を保持するものである。一実施形態では、光学要素２２は光ファ
イバを備える。一実施形態では、フレクシャ２４は平坦なスタンプしたまたはエ
ッチングしたスプリング鋼から作成されていることが好ましい。スプリング領域
２８、２９は、化学的に金属の厚さの半分を除去することによって創出すること
ができる。フレクシャ２４は、最初ほぼ平坦であり、プレスで形成されて、脚部
２６、２７とスプリング領域２８、２９を成形し、次いで、材料にスプリングの
特性を付与するために、高温でアニールされる。一実施形態では、フレクシャ２
４は、約１７０ミクロンの厚さであり、スプリング領域２８、２９は、約８５ミ
クロンの厚さである。以下から、光学要素２２の精確な３次元位置合わせを見込
むために、脚部２６、２７、ブリッジ３０、スプリング領域２８、２９の設計方
法が明らかになるであろう。
【００３６】 このプロセスは、まず、はんだ付けまたは接着結合などのプロセスによって、
光学要素２２をフレクシャ２４のブリッジ３０に取り付けることによって開始す
る。次いで、フレクシャ２４と取り付けた光学要素をピックして、図４Ａに示す
ように、光学アセンブリ１０上の粗い位置合わせに降下させる。この時点では、
フレクシャ２４は、これ以上の取付け方法を備えずに、単にフレーム３２の上（
または、リングのない実施形態では基板１２の上）にある。少なくとも１つの第
１光学要素１６は、すでに光学アセンブリ１０に取り付けられており、光学軸Ｏ
Ａを決め、その軸に対して、光学要素２２とその光学軸ＢＣがフレクシャ２４を
用いて位置合わせされる。一実施形態では、レーザ・ダイオード１８とレンズ１
６は、フレクシャ２４を位置合わせする前に、光学アセンブリの上に取り付けら
れている。一実施形態では、図３Ｂの上側のアセンブリ１０の側面図に示すよう
に、フレクシャ２４は光学軸ＢＣが光学軸ＯＡより高いように設計されている。
一実施形態では、フレクシャ２４に圧力が加えられていないとき、ＢＣはＯＡよ
り約１００から２００ミクロン高い。図３Ｂのアセンブリの上面図は、軸ＯＡと
ＢＣが、また、フレクシャ２４の水平面位置合わせにおいて、互いにずれていて
もよいことを示している。
【００３７】 取外し可能位置合わせツール５２を使用して、ブリッジ３０の上端に圧力を加
える。また、ツール５２は、ブリッジ３０上の整合グリッピング穴５８、５９に
係合している同軸端５６、５７を有するピン５５、５４を備える。図４Ａおよび
５Ｂの位置合わせツールの形状は、単に例として与えられていることは明らかで
ある。当業者によって、一時的にフレクシャ上にクランプし、ブリッジ３０に圧
力を加える能力を有する他のツールを設計することが可能である。例えば、フレ
クシャの溝とツールの整合セットをピンと穴をかみ合わせた設計に置き換えるこ
とができる。また、真空ツールを使用することもできる。
【００３８】 精巧な位置合わせのステップ中に、ツール５２は、ブリッジ３０の上まで下げ
られる。同軸端５６、５７は、穴５８、５９に緊密に係合されている。ツールは
ブリッジ３０に圧力を加え、その圧力下で、スプリング領域２８、２９を湾曲さ
せる。これにより、今度は、脚部２６、２７が離れて広がり、図４Ｂに示すよう
に、軸ＯＡと位置合わせするように軸ＢＣが下げられる。また、ツール５２は、
載置フロア１４の面に平行な平面内で動かされて、図４Ｃの上面図からわかるよ
うに、軸ＯＡとＢＣの水平方向および長手方向の位置合わせが実現されるまで、
ツール５２と共にフレクシャ２４と脚部２６をドラグする。一実施形態では、レ
ーザ１８に動力を供給し、フレクシャ２４を精巧に位置合わせしながら、ファイ
バの出力に結合されたパワーを測定することによって、位置合わせを監視する。
一度所望の位置合わせが獲得された後は、脚部の末端部は、リング・フレーム３
２または基板１２に取り付けられる。１つの取付けプロセスは、レーザ光６２に
よるレーザ・マイクロ溶接であり、これにより、溶接スポット６０、６１が形成
される。溶接スポットは、永続的に、金属脚部２６を金属リング・フレーム３２
に取り付ける。ＵＶ治療可能接着剤またははんだ付けなど、他の取付けプロセス
を使用することも可能である。脚部の最終取付けが完了した後、ツール５２は、
アセンブリから上昇され、図４Ｂおよび４Ｃに示すように、位置合わせされたア
センブリが残される。
【００３９】 ほとんどの取付けプロセスは、取付けオペレーション中に、些少な望ましくな
いシフトまたはドリフトを含む。接着剤の場合は、シフトは、通常、接着剤の収
縮によって生じる。はんだ付けの場合は、シフトは、通常、凝固段階中のはんだ
の体積の変化、および温度サイクル中の部品の膨張および収縮によって生じる。
レーザ溶接の場合は、一般に溶接後のシフトが観測される。図５Ａは、そのよう
なシフトを低減またはさらには最小限に抑え、より優れた位置合わせの精度と再
現性を可能にする１つのフレクシャの実施形態を示す。図５Ａのフレクシャ７０
は、２対の脚部、すなわち脚部２６、２７の前対、および脚部７４、７５の後対
を備える。脚部の前対は、図５Ｂに示すように、光学要素１６の付近に配置され
、ツール５２とグリッピング穴５８、５９を使用して位置合わせされており、前
述した方法に従う。前対２６、２７は、前述したように、溶接スポット６０、６
１などを使用して、永続的にフレーム３２に取り付けられている。取付け後のシ
フトは、ツール５２と脚部７４、７５の後対の付近に配置されている後部グリッ
ピング穴７６、７７とを使用することによって、第２位置合わせステップで修正
される。フレクシャ７０の残留柔軟性により、フレクシャ７０の後部をツール５
２で動かすことによって、光学要素２２の先端８０のわずかな位置合わせの修正
が可能になる。第２位置合わせ後、後部の脚部は、レーザ溶接スポット７８、７
９によって、フレーム３２に取り付けられる。次いで、位置合わせツール５２を
アセンブリから上昇させる。
【００４０】 詳細な記述は、例示のために多くの特有なものを含むが、当業者なら、添付の
詳細に対する多くの変形および変更が、本発明の範囲内にあることを理解するで
あろう。図６は、パッケージの実施形態に関する変形と他の改良を示す。この実
施形態では、光学要素１６は、その位置を保つために、スプリング・リーフ８１
によって、位置決めフロア１４に押し付けられている。スプリング・リーフ８１
は、レーザ溶接などによって、フレーム３２に取り付けられている。スプリング
・リーフ８１の載置は、光学要素１６とフロア１４の間で、接着またははんだの
層を必要としないという利点を有する。
【００４１】 図６のパッケージ実施形態は光ダイオードなどの光学要素８２を備えている。
これは、フロア上に直接載置されており、その光学軸は、他の光学要素１６およ
び１８の平面内にない。光ダイオード８２は、バック・ファセット・パワー・モ
ニタとして使用することができる。
【００４２】 図６のパッケージ実施形態は、さらに、フロア１４上に載置され、ワイヤ・ボ
ンド４２と伝導性パターン４４に電気的に接続されている、インピーダンス整合
レジスタなどの電子構成部品８４を備える。当業者なら、サーミスタ、チョーク
、集積回路などの他の電子要素をオプトエレクトロニクス・パッケージの内側に
同様な方式で載置および接続することができることを理解するであろう。
【００４３】 また、図６のパッケージは、基板１２の上面上に、周辺コンタクト・パッド８
８を含む。コンタクト・パッド８８は、ビア８６、底面伝導性パターン４８、充
填ビア４６、および上面伝導性パターン４４により、内部電気要素８４に接続さ
れている。
【００４４】 図７は、光学パッケージの他の実施形態を示す。この実施形態では、ファイバ
９２は、フレクシャ９４によって適所に保持されている分配ブラッグ反射（ＤＢ
Ｒ）格子９０を備える。レーザ９３は、ファイバ９２に光を放出する。一実施形
態では、レーザ９３は、レーザ導波路へのファセットによって光が反射すること
を防止するために、反射防止コーティング・フロント・ファセットまたは反射防
止アングルド・フロント・ファセットを有する。格子９０は、所定の波長を再び
強くレーザ９３に反射する。よく知られている接着技術または結合技術を使用し
て、要素および／またはそのような要素を支持する隆起プラットフォームを載置
することが可能である。それにより、格子９０ならびにレーザ９３の空洞を有す
るレーザ・システムが創出される。図７のレーザ・システムは、格子９０に対応
する所定の波長に等しい共振波長を有する。この実施形態の利点は、レーザ・フ
ァセットに関するファイバの位置の優れた機械安定性であり、これにより、モー
ド・ホップの出現を防止し、アセンブリのコストを下げる。
【００４５】 本発明の多くの変更および修正は、以上の記述を読んだ後では、間違いなく当
業者には明らかになるであろうが、例として示し記述した特定の実施形態は、限
定的と見なされることを決して意図していないことを理解されたい。したがって
、様々な実施形態の詳細に対する参照は、本発明にとって本質的であると見なさ
れるそれらの特徴のみを列挙している請求項の範囲を限定することを意図してい
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 オプトエレクトロニクス・パッケージ・アセンブリの一実施形態を示す図であ
る。
【図２Ａ】 平坦化前の図１のフレーム・アセンブリの側断面図である。
【図２Ｂ】 フレームおよび隆起されたプラットフォームを平坦化した後の図２Ａのフレー
ム・アセンブリを示す図である。
【図２Ｃ】 ２つの光学構成部品が平坦化された基板上にピック・アンド・プレース・オー
トメーションによってどのように配置されるかを示す図である。
【図２Ｄ】 結果として得られた要素の光学的位置合せを垂直平面内で示す図である。
【図３Ａ】 取外し可能な位置決めツールで位置合せする前のアセンブリの斜視図である。
【図３Ｂ】 フレクシャの位置合せ前のアセンブリの側面図である。
【図３Ｃ】 フレクシャの位置合せ前のアセンブリの上面図である。
【図４Ａ】 取外し可能な位置決めツールを用いてフレクシャが位置合されたアセンブリの
斜視図である。
【図４Ｂ】 フレクシャの脚部を位置合せし最終取付けした後のアセンブリの側面図である
。
【図４Ｃ】 フレクシャの脚部を位置合せし取付けた後のアセンブリの上面図である。
【図５Ａ】 ４脚フレクシャの一実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】 ４脚フレクシャの裏脚部を用いた微細位置合せを示す図である。
【図６】 光学要素、追加電子機器、およびセンサのスプリング・リーフ取付け、ならび
に上向き周辺コンタクトを有する代替実施形態を示す図である。
【図７】 光学構成部品用パッケージ第３の実施形態を示す側断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (52)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フロアを有する基板と、 基板に結合された第１光学要素と、 第２光学要素と、 第２光学要素を第１の光学要素との光学的位置合して維持するために第２光学
    要素および基板に結合されたフレクシャと を有するオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つの隆起されたプラットフォームを基板が有し
    、第１光学要素が基板上の１つの隆起されたプラットフォームに載置された請求
    項１に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  3. 【請求項３】 さらに、第１光学要素およびフレクシャの周囲にシールを生
    成させる、基板に結合されたキャップを備える請求項１に記載のオプトエレクト
    ロニクス・パッケージ。
  4. 【請求項４】 キャップがシーム溶接キャップを含む請求項３に記載のオプ
    トエレクトロニクス・パッケージ。
  5. 【請求項５】 キャップがハンダ付けされたキャップを含む請求項３に記載
    のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  6. 【請求項６】 キャップが接着性キャップを含む請求項３に記載のオプトエ
    レクトロニクス・パッケージ。
  7. 【請求項７】 シールが密封シールを含む請求項３に記載のオプトエレクト
    ロニクス・パッケージ。
  8. 【請求項８】 さらに、基板に取付けられたフレームを備え、キャップによ
    りシールが生成される請求項３に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  9. 【請求項９】 第１光学要素が端部発光オプトエレクトロニクス要素を含み
    、第２光学要素が光ファイバを含む請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・
    パッケージ。
  10. 【請求項１０】 さらに、隆起されたプラットフォームから離隔されてフロ
    アの部分上に載置され、かつ光ファイバおよび端部発光オプトエレクトロニクス
    要素に対しかつそれらの間で光学的位置合せされたレンズを備えた請求項９に記
    載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  11. 【請求項１１】 フロアが実質的にプレーナである請求項１に記載のオプト
    エレクトロニクス・パッケージ。
  12. 【請求項１２】 基板が電気的絶縁材料を含む請求項１に記載のオプトエレ
    クトロニクス・パッケージ。
  13. 【請求項１３】 電気的絶縁材料がセラミックである請求項１２に記載のオ
    プトエレクトロニクス・パッケージ。
  14. 【請求項１４】 基板がアルミナを含む請求項１に記載のオプトエレクトロ
    ニクス・パッケージ。
  15. 【請求項１５】 基板が酸化ベリリウムを含む請求項１に記載のオプトエレ
    クトロニクス・パッケージ。
  16. 【請求項１６】 第１光学要素が端部結合オプトエレクトロニクス要素を含
    む請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  17. 【請求項１７】 端部結合オプトエレクトロニクス要素が端部発光オプトエ
    レクトロニクス要素を含む請求項１６に記載のオプトエレクトロニクス・パッケ
    ージ。
  18. 【請求項１８】 端部発光オプトエレクトロニクス要素がレーザ・ダイオー
    ドを含む請求項１６に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  19. 【請求項１９】 第２光学要素がレンズを含む請求項１に記載のオプトエレ
    クトロニクス・パッケージ。
  20. 【請求項２０】 第２光学要素が単一モード光ファイバを含む請求項１に記
    載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  21. 【請求項２１】 フレクシャが、 少なくとも２つの脚部と、 ブリッジと、 前記少なくとも２つの脚部にブリッジを結合させるスプリング領域対と を備えた請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  22. 【請求項２２】 さらに、基板に取り付けられたフレームを備え、フレクシ
    ャの脚部がフレームに取り付けされた請求項１に記載のオプトエレクトロニクス
    ・パッケージ。
  23. 【請求項２３】 さらに基板に取り付けられる突出アームを備えた請求項１
    に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  24. 【請求項２４】 突出アームが、パッケージに対する外側の位置への第３光
    学要素の密封貫通を可能にする溝を含む請求項１に記載のオプトエレクトロニク
    ス・パッケージ。
  25. 【請求項２５】 さらに、第１導電パターンを備えた請求項１に記載のオプ
    トエレクトロニクス・パッケージ。
  26. 【請求項２６】 少なくとも１つの第１または第２光学要素が第１導電パタ
    ーンに電気的に接続された請求項２５に記載のオプトエレクトロニクス・パッケ
    ージ。
  27. 【請求項２７】 少なくとも１つの第１または第２光学要素が第１導電パタ
    ーンにワイヤ・ボンドされた請求項２５に記載のオプトエレクトロニクス・パッ
    ケージ。
  28. 【請求項２８】 さらに、１つまたは複数の密封ビアによって第１導電パタ
    ーンに結合された第２導電パターンを備えた請求項２５に記載のオプトエレクト
    ロニクス・パッケージ。
  29. 【請求項２９】 さらに、パッケージに対する電気的接続を可能にするため
    に第２導電パターンに結合された少なくとも１つのコンタクトを備えた請求項２
    ８に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  30. 【請求項３０】 フレクシャが、 第１脚部対と、 第２脚対と、 第１脚部対と第２脚部対を結合させるブリッジと、 ブリッジを第１および第２脚部対に結合させるスプリング領域対と を備えた請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  31. 【請求項３１】 第１の側に第１導電パターンを有し、第２の側に第２導電
    パターンを有する基板であって、第１および第２導電パターンが１つまたは複数
    のビアを介して互いに結合された基板と、 基板上の隆起されたプラットフォーム上に載置された光学要素と、 基板に結合され、第１光学要素と光学的に位置合せされた第２光学要素と を備えたオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  32. 【請求項３２】 さらに、１つまたは複数のビアに結合された１つまたは複
    数のコンタクトを備えた請求項３１に記載のオプトエレクトロニクス・パッケー
    ジ。
  33. 【請求項３３】 １つまたは複数のコンタクトが１つまたは複数のピンを備
    えた請求項３２に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  34. 【請求項３４】 １つまたは複数のコンタクトが１つまたは複数のボール・
    グリッド・アレイ（ＢＧＡ）コンタクトを含む請求項３２に記載のオプトエレク
    トロニクス・パッケージ。
  35. 【請求項３５】 さらにフレクシャを備えた請求項３１に記載のオプトエレ
    クトロニクス・パッケージ。
  36. 【請求項３６】 フレクシャが、 少なくとも２つの脚部と、 ブリッジと、 ブリッジを前記少なくとも２つの脚部に結合させる一対のスプリング領域と を含む請求項３５に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  37. 【請求項３７】 さらに、基板に取り付けられたフレームを備え、フレクシ
    ャの脚部がフレームに取り付けられた請求項３５に記載のオプトエレクトロニク
    ス・パッケージ。
  38. 【請求項３８】 さらに、基板に取り付けられた突出アームを備えた請求項
    ３１に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  39. 【請求項３９】 突出アームが、パッケージに対する外側の位置への第３光
    学要素の密封貫通を可能にする溝を含む請求項３８に記載のオプトエレクトロニ
    クス・パッケージ。
  40. 【請求項４０】 フレクシャが、 第１脚部対と、 第２脚部対と、 第１脚部対と第２脚部対とを結合させるブリッジと、 ブリッジを第１および第２脚部対に結合させるスプリング領域対と を含む請求項３５に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  41. 【請求項４１】 さらに、第１光学要素および第２光学要素の周囲にシール
    を生成させる、基板に結合されたキャップを備えた請求項３１に記載のオプトエ
    レクトロニクス・パッケージ。
  42. 【請求項４２】 シールが密封シールを含む請求項４１に記載のオプトエレ
    クトロニクス・パッケージ。
  43. 【請求項４３】 隆起されたプラットフォームを備えたフロアを有する基板
    と、 隆起されたプラットフォームに載置された光学要素と、 フロアに結合された第２光学要素と、 フロアに対して第２光学要素の位置を維持するように結合されたスプリング・
    リーフと、 第３光学要素と、 第３光学要素を第１および第２光学要素と位置合せして維持するように、第３
    光学要素および基板に結合されたフレクシャと を備えた、オプトエレクトロニクス・パッケージ。
  44. 【請求項４４】 スプリング・リーフが溶接スプリング・リーフを含む請求
    項４３に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  45. 【請求項４５】 さらに、 基板の第１の側にある第１導電パターンと、 基板の第２の側にある第２導電パターンとを備え、第１および第２導電パター
    ンが１つまたは複数の密封ビアを介して結合された、 請求項４３に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  46. 【請求項４６】 第１および第２の隆起されたプラットフォームを備えたフ
    ロアを有する基板と、 第１の隆起されたプラットフォームに結合されたレーザと、 分配されたブラッグ格子を有し、第２の隆起されたプラットフォームに結合さ
    れ、レーザと光学的に位置合せされたファイバと を備えた、オプトエレクトロニクス・パッケージ。
  47. 【請求項４７】 レーザがアングル・フロント・ファセットを有して、光の
    反射を該ファセットにより防止する請求項４６に記載のオプトエレクトロニクス
    ・パッケージ。
  48. 【請求項４８】 レーザが反射防止コーティングされたフロント・ファセッ
    トを有して、光の反射を該ファセットにより防止する請求項４６に記載のオプト
    エレクトロニクス・パッケージ。
  49. 【請求項４９】 レーザが、該格子に対応する所定の波長に等しい共振波長
    を有する請求項４６に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  50. 【請求項５０】 複数の隆起されたプラットフォームを備えたフロアを有す
    る基板と、 複数の隆起されたプラットフォームの第１のプラットフォーム上に載置された
    第１光学要素と、 複数の隆起されたプラットフォームの第２のプラットフォーム上に載置された
    第２光学要素と、 複数の隆起されたプラットフォームの第３のプラットフォーム上に載置された
    第３光学要素とを備え、第２および第３光学要素は互いに光学的に位置合せされ
    ているオプトエレクトロニクス・パッケージ。
  51. 【請求項５１】 第１光学要素が端部発光光学要素を含み、第２光学要素が
    レンズを含み、第３光学要素がファイバを含む請求項５０に記載のオプトエレク
    トロニクス・パッケージ。
  52. 【請求項５２】 該複数の光学要素の第２の光学要素がスペーサを含む請求
    項５０に記載のオプトエレクトロニクス・パッケージ。
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