JP2003107293A - レセプタクル型光モジュール及びその生産方法 - Google Patents
レセプタクル型光モジュール及びその生産方法Info
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Abstract
ジュールを提供することである。 【解決手段】 レセプタクル型光モジュールであって、
複数のリードを有するリードフレームと、貫通穴を有
し、リードフレーム上に搭載されたL形状ブロックと、
L形状ブロックの貫通穴中に挿入固定された光ファイバ
を有するフェルールと、L形状ブロック上に搭載された
配線パターンを有するキャリアと、キャリア上に実装さ
れた光素子とを含んでいる。光モジュールはさらに、フ
ェルールの端面上に固定された光素子に隣接する端面が
球面状に加工されたGRINレンズと、光素子とGRI
Nレンズとの間の光結合部を覆う透明樹脂と、リードフ
レームの一部及びフェルールの一部を除き、リードフレ
ーム、L形状ブロック、フェルール、キャリア及び光素
子を包囲する樹脂モールドパッケージを含んでいる。
Description
ジュール及びその生産方法に関する。
システムにおいては、発光部(例えばレーザダイオー
ド)からの出射光を光ファイバ内に導入するために、発
光部と光ファイバ入射端面とを所定の位置関係で固定
し、これらの間に集光用のレンズを設けてなるレーザダ
イオードモジュール(LDモジュール)が使用される。
部品間の位置関係が直接的に光結合効率に影響を及ぼす
から、各構成部品は1μm以下という極めて高い精度で
位置決めされることが要求される。また、長期間この位
置決め精度が維持されることが要求される。
に実装される部品は、一般に表面実装型部品とスルーホ
ール型部品に分類される。表面実装型部品の代表例はL
SIであり、フラットパッケージ型といわれる形状をし
ている。
よって半田付けが行なわれる。即ち、ペースト状の半田
をプリント配線板に印刷し、このペースト半田部分に表
面実装型部品を粘着させ、半田の表面温度が220℃以
上となるコンベアー炉の中で半田付けを行なう。
量コンデンサや端子数の多いLSIである。端子数の多
いLSIはPGA(ピン・グリッド・アレイ)という端
子形態を成している。
半田付けという方法によって半田付けが行なわれる。即
ち、スルーホール実装型部品の端子をプリント配線板の
スルーホールに挿入し、プリント配線板を部品実装面と
反対の側から260℃程度の半田槽に入れ、半田付けを
行なう。
ルを表面実装型部品又はスルーホール実装型部品と同様
に半田付け工程でプリント配線板上に実装するには、所
謂ピグテール型と呼ばれる光ファイバコード付き光モジ
ュールは不向きである。
を有しており、このナイロン製被覆は耐熱性が80℃程
度しかないため、半田付け工程で溶けてしまう。また、
光ファイバコード自体が製造現場において収容や取扱の
不具合をもたらし、プリント配線板への実装効率を著し
く低下させることになる。
可能として製造コストの低減を図るには、光ファイバコ
ードを含まない所謂レセプタクル型光モジュールの提供
が不可欠となっている。
て米国特許第6,181,854B1に開示された光モ
ジュールが知られている。このレセプタクル型光モジュ
ールは、Si基板上にLDを実装し、Si基板に形成し
たV溝中に光ファイバを有するフェルールを挿入して接
着剤で固定する。
な断面形状の溝を有するブロックをフェルールを押える
ようにSi基板上に搭載し、フェルールの上部に滴下し
た接着剤を硬化させることでフェルールをSi基板のV
溝中で固定する。
にする必要がある。使用するLDは光ファイバに効率良
く光が入射されるようにスポットサイズを小さくしたL
D、即ちスポット・サイズ・変換LD(SSC−LD)
を使用している。
コーン樹脂を被せて樹脂封止をした後、フェルール先端
を外部に突出させるように全体をエポキシ樹脂でモール
ド成型して光モジュールが完成する。
載されたレセプタクル型光モジュールは2つの問題点を
有している。一つは機械的剛性の不足であり、他の一つ
は特殊仕様LDの使用である。
タの着脱に耐えられる強度が必要である。このためモー
ルド樹脂だけで十分な強度を保つことは難しく、フェル
ールをSi基板とブロックで挟みこんで接着固定する等
の補強が必要となる。
着剤強度に依存するとともに、接着剤の充填量を制御し
ないとモールド成形時に樹脂が接合部に入りこんでしま
う等の問題がある。
リードフレームへの基板の接着時やモールド成形時の応
力により基板が反ってしまい光軸がずれて出力ロスを発
生させる要因となってしまう。
てるためのV溝に直交する断面長方形の溝が形成されて
いる。この溝の存在によりリードフレームへの基板の接
着時やモールド成形時の応力により基板が反ることが助
長される。
構造であるため、実装によるLDの劣化有無をモジュー
ル完成後に評価しなければならず、スクリーニング工程
での歩留まりが製品コストを大きく左右してしまう。
性を有する安価なレセプタクル型光モジュールを提供す
ることである。
有するレセプタクル型光モジュールの生産方法を提供す
ることである。
ると、複数のリードを有するリードフレームと;貫通穴
を有し、前記リードフレーム上に搭載されたブロック
と;前記ブロックの貫通穴中に挿入固定された光ファイ
バを有するフェルールと;前記ブロック上に搭載された
配線パターンを有するキャリアと;前記キャリア上に実
装された光素子と;前記フェルールの端面上に固定され
た前記光素子に隣接する端面が球面状の屈折率分布型レ
ンズと;前記光素子と前記屈折率分布型レンズとの間の
光結合部を覆う透明樹脂と;を具備したことを特徴とす
るレセプタクル型光モジュールが提供される。
る。フェルールを挿入固定したL形状ブロックを用いる
ことにより、機械的剛性が得られ、光コネクタ着脱時や
モールド成形時の圧力に耐えられる強度を確保すること
ができる。
するため、キャリアアセンブリでの信頼性評価が可能と
なり、モジュール組立歩留まりによるコスト高を抑える
ことができる。
される。好ましくは、透明樹脂はシリコーン樹脂から構
成される。好ましくは、屈折率分布型レンズの下方のL
形状ブロック上に形成された粘度の高い樹脂からなるダ
ムをさらに具備している。このダムにより透明度が高く
粘度の低いシリコーン樹脂の流出を防止し、光結合部の
樹脂封止を確実に達成できる。
を有するリードフレームと;貫通穴を有し、前記リード
フレーム上に搭載されたL形状ブロックと;前記L形状
ブロックの貫通穴中に挿入固定された光ファイバを有す
るフェルールと;前記L形状ブロック上に搭載された配
線パターンを有するキャリアと;前記キャリア上に実装
された光素子と;前記フェルールの端面上に固定された
前記光素子に隣接する端面が球面状に加工された屈折率
分布型レンズと;前記光素子と前記屈折率分布型レンズ
との間の光結合部を覆う透明樹脂と;前記リードフレー
ムの一部及び前記フェルールの一部を除き、前記リード
フレーム、前記L形状ブロック、前記フェルール、前記
キャリア及び前記光素子を包囲する樹脂モールドパッケ
ージと;を具備したことを特徴とするレセプタクル型光
モジュールが提供される。
タクル型光モジュールの生産方法であって、配線パター
ンを有するキャリア上に光素子を実装し、前記キャリア
の配線パターンと前記光素子の間を第1のワイヤーで接
続し、前記光素子のスクリーニング試験を実施し、貫通
穴を有するL形状ブロックを用意し、該L形状ブロック
の貫通穴中に光ファイバを有するフェルールを圧入し、
前記L形状ブロック上に光素子の実装された前記キャリ
アを実装し、屈折率分布型レンズを光軸調整して前記フ
ェルールの端面に接着し、前記L形状ブロックをリード
フレーム上に実装し、前記キャリアの配線パターンと前
記リードフレーム間を第2のワイヤーで接続し、前記光
素子と前記屈折率分布型レンズの間の光結合部を透明樹
脂で封止し、前記リードフレームの一部及び前記フェル
ールの一部を除き、前記リードフレーム、前記L形状ブ
ロック、前記フェルール、前記キャリア及び前記光素子
を覆うように樹脂モールド成型する、各ステップから構
成されることを特徴とするレセプタクル型光モジュール
の生産方法が提供される。
施形態のレセプタクル型光モジュール2の斜視図が示さ
れている。複数のリード4aを有するリードフレーム4
上にフェルールアセンブリ6が搭載されている。フェル
ールアセンブリ6上にはキャリアアセンブリ8が搭載さ
れている。
するL形状金属ブロック10に中心穴中に光ファイバ1
4が挿入固定されたフェルール12を圧入して構成され
ている。金属ブロック10は例えばステンレス鋼から形
成される。
成された外径1.25mmの円筒型フェルールである。
フェルール12はアルミナ等のセラミックや金属から形
成することも可能である。
リ8はセラミックキャリア16を有しており、キャリア
16の底面をメタライズ処理して、L形状ブロック10
に半田付けで固定されている。キャリア16の表面上に
はアース電極パターン22及び一対の信号電極パターン
24,26が形成されている。
ード(LD)18及びモニタフォトダイオード(モニタ
PD)20が実装されている。LD18と信号電極パタ
ーン24は金ワイヤー28でボンディング接続され、モ
ニタPD20と信号電極パターン26は金ワイヤー30
でボンディング接続されている。
に先端32aを球面状に加工した屈折率分布型レンズ
(グレイティッド・インデックス・レンズ;GRINレ
ンズ)32が接着されている。
ン22とリードフレーム4は金ワイヤー34でボンディ
ング接続され、信号電極パターン24,26とリードフ
レーム4は金ワイヤー36,38でそれぞれボンディン
グ接続されている。
及びLD18とモニタPD20の光結合部はシリコーン
樹脂等の透明樹脂40で覆われ封止されている。
ルール12の一部を除き、リードフレーム4、L形状ブ
ロック10、フェルール12、キャリア16、LD18
及びモニタPD20はモールド成型された樹脂モールド
パッケージ42で封止されている。
ュール2の組立工程を説明する。まずステップS10
で、セラミックキャリア16のアース電極パターン22
上にLD18及びモニタPD20をAuSn半田等によ
り実装する。
ア16の信号電極パターン24の間を金ワイヤー28で
ボンディング接続し、モニタPD20とキャリア16の
信号電極パターン26の間を金ワイヤー30でボンディ
ング接続して、キャリアアセンブリ8が完成する。
子組立信頼度を評価するためスクリーニング試験を行な
い、キャリアアセンブリ8の良否判定を行なう(ステッ
プS12)。
ラント・コントロール試験(ACC試験)及びオートマ
チック・パワー・コントロール試験(APC試験)等を
含んでいる。
アアセンブリ8をフェルールアセンブリ6に搭載し半田
で固定する(ステップS13)。このとき、光出力のロ
スを抑え、且つ次工程での光軸調整範囲を絞り込むた
め、LD18と光ファイバ14との光軸ずれをできるだ
け抑える必要があり、図5及び図6に示すような画像認
識を用いた部品実装方法を採用する。
の端面と対向するように配置したCCDカメラ52で光
ファイバ14の中心位置の三次元位置データ(X,Y,
Z軸)を読み取る。
く示されるように、キャリアアセンブリ8をクランプ機
構46の一対のクランパ48にて掴み、フェルールアセ
ンブリ6への実装位置近傍まで持ってくる。
46に取り付けた45度傾斜ミラー50と同じ高さまで
矢印53で示すようにY軸方向に垂直に移動させる。こ
こで、45度傾斜ミラー50はLD18上に位置し、C
CDカメラ52にはLD18上面部が写し出される。
18の中心位置を算出する。そして、光ファイバ中心位
置座標とLD18の位置座標よりキャリアアセンブリ8
の実装位置を算出し、算出された位置にキャリアアセン
ブリ8を実装するように図6に示すようにクランプ機構
46を移動して、キャリアアセンブリ8をL形状ブロッ
ク10に半田接合する。
キャリアアセンブリ8をフェルールアセンブリ6に実装
後、ステップS14に進んでGRINレンズ32を光軸
調整してフェルール12に接着固定する。GRINレン
ズの光軸調整は、図8に示す光軸調整機構を用いて行な
う。
可能なジンバル56を有している。フェルールアセンブ
リ保持機構54のジンバル56上にフェルールアセンブ
リ6を搭載する。
ニット60が三軸ステージ58に取り付けられている。
レンズ保持ユニット60のフィンガ62にてGRINレ
ンズ32を保持し、GRIN32をキャリアアセンブリ
8とフェルール12の間に配置する。
端面がフェルール12の端面と平行になるようにフェル
ールアセンブリ保持機構54のジンバル56を回転させ
て面合わせを行ない、この位置でフェルールアセンブリ
保持機構54をクランプする。
ンズ32の端面間距離が5〜10μmになるようにGR
INレンズ32をレンズ保持ユニット60で移動する。
バコード66に接続された図示しない光コネクタを嵌合
する。光ファイバコード66の他端は光パワーメータ6
8に接続されている。
3,65をキャリア16のアース電極パターン22及び
信号電極パターン24にそれぞれあて、LD18に駆動
電流を負荷する。
平面でスパイラルサーチやクロスサーチを行なうことに
より、光パワーメータ68の出力が最大になるように合
わせこむ。即ち、GRINレンズ32の光軸調整を行な
う。
ェルール12の間に熱硬化併用型UV接着剤を塗布し、
GRINレンズ32とフェルール12の端面間の距離が
3μm程度となるようにGRINレンズ32を近づけた
後、再度光軸調整をしてから紫外線を照射して接着剤を
硬化させる。
赤外光に対して透明なものであるから、接着剤硬化後に
おいてもLD18からの光信号の透過には支障なく、光
信号は光ファイバ14に結合される。
フェルールアセンブリ6をリードフレーム4に熱硬化型
導電性接着剤等を用いて実装固定する。次いで、ステッ
プS16に進んで、リードフレーム4とキャリアアセン
ブリ8の間を金ワイヤー34,36,38でボンディン
グ接続する。
8と光ファイバ14との間の光結合部及びLD18とモ
ニタPD20の間の光結合部を熱硬化型透明シリコーン
樹脂40で封止する。
の場合、GRINレンズ32の円筒部からキャリア16
にかけて樹脂を塗布すると、レンズ端面に気泡が入り易
くなってしまう。
れ出さないようにGRINレンズ32とキャリア16側
面の間に粘度の高い樹脂を充填してダムを形成する必要
があるが、GRINレンズ32とキャリア16との間の
間隙部が狭いために充填時に気泡が入り易くなってしま
う。
の端面32aを図3に示すように球面状に加工し、間隙
部への樹脂の充填の容易化を図る。GRINレンズ32
の端面を球面加工したことにより、レンズ形状に沿って
樹脂が充填されるため、樹脂中に気泡が入り難くなる。
フレーム4の一部及びフェルール12の一部を除き、リ
ードフレーム4、L形状ブロック10、フェルール1
2、キャリア16、LD18及びモニタPD20をエポ
キシ樹脂をモールド成型し封止する。
フレーム4を切断しリード端子4aのフォーミングを行
ない、特性を確認して(ステップS20)、光モジュー
ルが完成する(ステップS21)。
部(ダム)を有する第1実施形態の変形例を示してい
る。透明封止樹脂40として粘度が低い(例えば4,0
00mPa・s)樹脂を使用する場合、GRINレンズ
32とキャリア16の間隙部への樹脂の充填が困難とな
る。
率分布型レンズ32の球面状部分32aの真下部分をキ
ャリア16の側面と共に挟むように透明樹脂40よりも
粘度の高い樹脂による樹脂流動阻止部44を形成する。
てキャリア16の後方に同様な樹脂からなる樹脂流動阻
止部45を形成し、キャリア16上から流動する樹脂の
更なる流動を阻止する。樹脂流動阻止部44,45は、
粘度の高い(例えば80,000mPa・s)樹脂で形
成する。
布型レンズ32の球面状部分32aの真下部分に対応す
るL形状ブロック10上の領域を囲むように樹脂流動阻
止部47を形成する。囲み方としては、透明樹脂40よ
りも粘度の高い樹脂のみで取り囲んでも良いし、図示す
るようにキャリア16の側面と共同して取り囲んでもよ
い。
キャリア16の後方側に透明樹脂40よりも粘度の高い
樹脂による樹脂流動阻止部49を形成し、キャリア16
上から誘導する樹脂の受け部としての囲み部を設けても
良い。囲み方としては、透明樹脂40よりも粘度の高い
樹脂のみで取り囲んでも良いし、図示するようにキャリ
ア16の側面と共同して取り囲んでも良い。
ル型光モジュール2Aの斜視図を示している。リードフ
レーム4´上にはフェルールアセンブリ6に加えてドラ
イバIC72等が実装された電気回路ユニット70が搭
載されている。
ブリ6の間は金ワイヤー74でボンディング接続され、
フェルールアセンブリ6と電気回路ユニット70の間は
金ワイヤー76でボンディング接続されている。
うに光モジュール2Aの全体が樹脂モールドパッケージ
42´で封止されている。本実施形態では、光モジュー
ル2Aを光−電気変換モジュールとしたものであり、更
なるモジュールの小型化を図ることができる。
フレームと;貫通穴を有し、前記リードフレーム上に搭
載されたブロックと;前記ブロックの貫通穴中に挿入固
定された光ファイバを有するフェルールと;前記ブロッ
ク上に搭載された配線パターンを有するキャリアと;前
記キャリア上に実装された光素子と;前記フェルールの
端面上に固定された前記光素子に隣接する端面が球面状
の屈折率分布型レンズと;前記光素子と前記屈折率分布
型レンズとの間の光結合部を覆う透明樹脂と;を具備し
たことを特徴とするレセプタクル型光モジュール。
いる付記1記載のレセプタクル型光モジュール。
フレームと、貫通穴を有し、前記リードフレーム上に搭
載されたブロックと、前記ブロックの貫通穴中に挿入固
定された光ファイバを有するフェルールと、前記ブロッ
ク上に搭載された配線パターンを有するキャリアと、前
記キャリア上に実装された光素子と、前記フェルールの
端面上に固定され、前記光素子との隣接面が球面状の屈
折率分布型レンズと、前記光素子と前記屈折率分布型レ
ンズとの間の光結合部を覆う透明樹脂と、前記ブロック
上に設けられた樹脂流動阻止手段と、を備えたことを特
徴とするレセプタクル型光モジュール。
透明樹脂より粘度の高い樹脂よりなる付記3記載のレセ
プタクル型光モジュール。
フレームと;貫通穴を有し、前記リードフレーム上に搭
載されたL形状ブロックと;前記L形状ブロックの貫通
穴中に挿入固定された光ファイバを有するフェルール
と;前記L形状ブロック上に搭載された配線パターンを
有するキャリアと;前記キャリア上に実装された光素子
と;前記フェルールの端面上に固定された前記光素子に
隣接する端面が球面状に加工された屈折率分布型レンズ
と;前記光素子と前記屈折率分布型レンズとの間の光結
合部を覆う透明樹脂と;前記リードフレームの一部及び
前記フェルールの一部を除き、前記リードフレーム、前
記L形状ブロック、前記フェルール、前記キャリア及び
前記光素子を包囲する樹脂モールドパッケージと;を具
備したことを特徴とするレセプタクル型光モジュール。
の生産方法であって、配線パターンを有するキャリア上
に光素子を実装し、前記キャリアの配線パターンと前記
光素子の間を第1のワイヤーで接続し、前記光素子のス
クリーニング試験を実施し、貫通穴を有するL形状ブロ
ックを用意し、該L形状ブロックの貫通穴中に光ファイ
バを有するフェルールを圧入し、前記L形状ブロック上
に光素子の実装された前記キャリアを実装し、屈折率分
布型レンズを光軸調整して前記フェルールの端面に接着
し、前記L形状ブロックをリードフレーム上に実装し、
前記キャリアの配線パターンと前記リードフレーム間を
第2のワイヤーで接続し、前記光素子と前記屈折率分布
型レンズの間の光結合部を透明樹脂で封止し、前記リー
ドフレームの一部及び前記フェルールの一部を除き、前
記リードフレーム、前記L形状ブロック、前記フェルー
ル、前記キャリア及び前記光素子を覆うように樹脂モー
ルド成型する、各ステップから構成されることを特徴と
するレセプタクル型光モジュールの生産方法。
後に、前記リードフレームを切断し、各リードをフォー
ミングするステップを更に具備した付記6記載のレセプ
タクル型光モジュールの生産方法。
止するステップの前に、粘度の高い樹脂でダムを形成す
るステップを更に具備した付記6記載のレセプタクル型
光モジュールの生産方法。
ができる。
ックを用いることにより、十分な機械的剛性が得られ、
光コネクタ着脱時やモールド成形時の圧力に耐えられる
強度を確保することができる。
使用されている一般的なLDを用いるため、汎用性があ
り低価格化を図ることができる。
るため、キャリアアセンブリでの信頼度評価が可能とな
り、モジュール組立歩留まりによるコスト高を抑えるこ
とができる。
レームや金属パッケージに実装可能であり、用途に応じ
た製品設計が可能となる。
トである。
正面図、図7(B)はその右側面図である。
有する第1実施形態の変形例を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 複数のリードを有するリードフレーム
と;貫通穴を有し、前記リードフレーム上に搭載された
ブロックと;前記ブロックの貫通穴中に挿入固定された
光ファイバを有するフェルールと;前記ブロック上に搭
載された配線パターンを有するキャリアと;前記キャリ
ア上に実装された光素子と;前記フェルールの端面上に
固定された前記光素子に隣接する端面が球面状の屈折率
分布型レンズと;前記光素子と前記屈折率分布型レンズ
との間の光結合部を覆う透明樹脂と;を具備したことを
特徴とするレセプタクル型光モジュール。 - 【請求項2】 複数のリードを有するリードフレーム
と、 貫通穴を有し、前記リードフレーム上に搭載されたブロ
ックと、 前記ブロックの貫通穴中に挿入固定された光ファイバを
有するフェルールと、 前記ブロック上に搭載された配線パターンを有するキャ
リアと、 前記キャリア上に実装された光素子と、 前記フェルールの端面上に固定され、前記光素子との隣
接面が球面状の屈折率分布型レンズと、 前記光素子と前記屈折率分布型レンズとの間の光結合部
を覆う透明樹脂と、 前記ブロック上に設けられた樹脂流動阻止手段と、 を備えたことを特徴とするレセプタクル型光モジュー
ル。 - 【請求項3】 レセプタクル型光モジュールの生産方法
であって、 配線パターンを有するキャリア上に光素子を実装し、 前記キャリアの配線パターンと前記光素子の間を第1の
ワイヤーで接続し、 前記光素子のスクリーニング試験を実施し、 貫通穴を有するL形状ブロックを用意し、 該L形状ブロックの貫通穴中に光ファイバを有するフェ
ルールを圧入し、 前記L形状ブロック上に光素子の実装された前記キャリ
アを実装し、 屈折率分布型レンズを光軸調整して前記フェルールの端
面に接着し、 前記L形状ブロックをリードフレーム上に実装し、 前記キャリアの配線パターンと前記リードフレーム間を
第2のワイヤーで接続し、 前記光素子と前記屈折率分布型レンズの間の光結合部を
透明樹脂で封止し、 前記リードフレームの一部及び前記フェルールの一部を
除き、前記リードフレーム、前記L形状ブロック、前記
フェルール、前記キャリア及び前記光素子を覆うように
樹脂モールド成型する、 各ステップから構成されることを特徴とするレセプタク
ル型光モジュールの生産方法。
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