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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