JP2004271817A - 光モジュールおよび光モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュールを提供する。またこのような光モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】基板３ａ上に搭載された発光素子１と光ファイバ２とを光学的に結合し、光モジュールを製造する際に、基板３ａ上の光ファイバ搭載位置の周辺部に溝３ｂを形成し、上記搭載位置の周辺部にレーザを照射して基板３ａを塑性変形させることにより、基板上に搭載される発光素子１と光ファイバ２との相対位置を調整し、発光素子１と光ファイバ２とを光学的に結合させる。
【選択図】 図１
【解決手段】基板３ａ上に搭載された発光素子１と光ファイバ２とを光学的に結合し、光モジュールを製造する際に、基板３ａ上の光ファイバ搭載位置の周辺部に溝３ｂを形成し、上記搭載位置の周辺部にレーザを照射して基板３ａを塑性変形させることにより、基板上に搭載される発光素子１と光ファイバ２との相対位置を調整し、発光素子１と光ファイバ２とを光学的に結合させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信等に用いる光モジュール、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に使用する光モジュールは、発光素子または受光素子と光ファイバとが高効率で結合している必要がある。従来、発光モジュールを組立てるには、発光素子に給電し、発光素子からの光出力をモニタしながら、光ファイバの位置を調整しており、光ファイバとは別に調整固定用の構造体を光ファイバに設け、その構造体を発光素子を支持する支持体にＹＡＧレーザ溶接などで固定する方法がとられていた。
しかしながら、このような方法では部品点数が多くなり、生産性が悪いという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、発光素子と一体化したシリコン等の支持体の一部に溝部を設けておき、機械的寸法精度で定まる範囲内で光ファイバを固定し、ほとんど無調整で結合させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９８１８８公報（第３−４頁、図２、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献に示された光モジュールは、基板上に光素子及び光ファイバを集積実装したものであるが、その構造および組立方法においては、光軸無調芯で光素子と光ファイバを位置決めすることから、光ファイバの固定用Ｖ溝や光素子の給電用金属電極が各々精密に形成された高価なシリコン基板を使用する必要があった。このため光モジュールの低価格化にも限界があった。また、部品の寸法公差から必ずしも高結合効率が得られないことなどの問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュール、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光モジュールは、基板上に互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載された光モジュールにおいて、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品の周辺部に溝が形成されているものである。
【０００８】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、２個以上の光部品を光学的に結合し、光モジュールを製造する方法において、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部に溝を形成する工程、上記基板上に上記光部品を搭載する工程、および上記搭載位置の周辺部を塑性変形させることにより、上記２個以上の光部品の相対位置を調整する工程を施したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１に本発明の実施の形態１による光モジュールの構造を、図２に本実施の形態１に係わるリードフレーム構造を示す。本実施の形態１の光モジュールは、図１に示すように、基板３ａ上に、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光素子１と光ファイバ２とが搭載されたものである。基板３ａは、互いに光結合を必要とする発光素子１および光ファイバ２を支持する金属製の基板であり、光ファイバ２を取り巻くようにスリット状の溝３ｂが形成されている。また、基板３ａの外部にはリード電極３ｃが設けられており、発光素子１はワイヤ４によりリード電極３ｃと電気的に接続されている。リード電極３ｃと基板３ａとは、光モジュール製造工程においてリードカットされる前は、図２に示すリードフレーム構造３をなしており、一体に構成されている。
【００１０】
以下に、光モジュールの製造工程について説明する。発光素子１は、波長１．３ミクロンで発振するファブリーペローレーザである。発光素子１と光接続される光ファイバ２は、例えばφ１２５μｍ程度の石英系のシングルモード光ファイバである。
第１のステップは、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定する。次に、紫外線硬化性の接着剤にて、光ファイバ２を基板３ａ上の光ファイバ搭載位置に固定する。光ファイバ２の位置決めの際は、発光素子１の外形を組立基準とすることにより、発光素子１の出力光が光ファイバ２にある程度結合するようにする。
【００１１】
第２のステップは、上記組立体を形成後、発光素子１を発光させるための手段、および光結合を計測するための手段をもって、発光素子１と光ファイバ２との光結合状態を確認する。具体的には、図示を省略したプローブにて発光素子１を駆動させ、光パワーメータを用いて光ファイバ２へのモニタ出力光を検出する。その状態で、光ファイバ２を手動等で加圧する。基板３ａ上の光ファイバ搭載位置の周辺部には、上記光ファイバ搭載位置を取り巻くように予めスリット状の溝３ｂが形成されているため、加圧により基板３ａが弾性変形し、光ファイバ２の位置が移動する。光ファイバ２の移動方向及び移動量と光パワーメータの検出値とから、光結合効率が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
【００１２】
第３のステップは、第２のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、基板３ａに設けた溝３ｂの近傍を、図示を省略したレーザにより局部加熱し、所定量の熱歪みを与える。なお、局部加熱の方法はレーザ照射の他、紫外線照射等の光学的加熱手段によって行っても良い。図３はレーザ照射前の平面構成図、図４はレーザ照射前の組立体主要箇所の断面構成図である。図３において、光ファイバ２を取り巻くように設けられた溝３ｂは、Ｚ方向の溝３ｂＺ１及び３ｂＺ２、並びにＸ方向の溝３ｂＸより構成されている。
先ず、移動方向の制御について説明する。光ファイバ２の光軸を基板厚み方向（Ｙ方向）に調整する場合、図５に斜線で示す、溝３ｂの内側の領域６のうちのいずれかの箇所（例えば図５の位置６ａ）にレーザ光を照射する。原理としては、基板にレーザ光を照射すると、基板の一部が局所的に溶融した後に凝固する。その凝固の際、収縮力作用するので一部が塑性変形する。例えば基板上の位置６ａにレーザ光を照射すると、照射位置６ａ部分が収縮し、塑性変形するが、この照射位置６ａの周辺には予め溝３ｂが設けられているので、上記塑性変形により、図６に示すように光ファイバ先端はレーザ光を照射した側に移動する。図６は基板表面よりレーザ光を照射した場合であるが、光ファイバ先端を逆方向（Ｙ（−）方向）に移動させる場合は、基板の裏側からレーザ照射する。
また、光ファイバの光軸を基板幅方向（Ｘ方向）に調整する場合、図５に斜線で示す領域６のうちのＺ方向に形成される溝３ｂＺ１及び３ｂＺ２の近傍部分（例えば図５の位置６ｂ）にレーザ光を照射する。溝近傍部分を照射することで、図７に示すように、溝近傍部分が収縮し、塑性変形する。その結果、レーザ照射した側の溝の間隔が狭くなり、レーザを照射した方向に光ファイバ２の先端が移動する。光ファイバ先端を逆方向（Ｘ（−）方向）に移動させる場合は、Ｚ方向に形成される逆側の溝３ｂＺ２の近傍部分（例えば図５の位置６ｃ）をレーザ照射する。
【００１３】
光ファイバ先端の移動量を制御する一つの方法は、照射するレーザ光の出力を制御することで、基板の塑性変形量を調整する方法である。即ち、予め定めた特定の位置にレーザ照射を行い、所定の方向へ光ファイバを移動する場合の、レーザ出力と移動量との関係をバックデータとして用意し、このデータに基いてレーザ出力を制御する。
移動量を制御する別の方法は、レーザ光の照射位置を変えることで、光ファイバ先端の移動量を変化させる方法である。例えば基板厚み方向の移動量を調整する場合は、図８に示すように、領域６のうち、溝３ｂＸより遠い位置、即ち発光素子１からの距離が遠い位置（例えば図８の位置６ｄ）にレーザ光を照射すると、位置６ａに照射した場合と比べ、同じ照射量であっても光ファイバ先端の移動量が大きくなる。基板幅方向の移動量を調整する場合は、基板厚み方向の移動量調整の場合と同様、図９に示すように、発光素子１からの距離が遠い位置（例えば図９の位置６ｅ）にレーザ光を照射すると、位置６ｂに照射した場合と比べ、同じ照射量であっても光ファイバ先端の移動量が大きくなる。この場合も、予め計測しておいたバックデータに基いて制御すると調整が容易となる。
なお、１度のレーザ照射だけで最適な結合効率が得られない場合、複数回レーザ照射を行い、最適な結合効率が得られるまで繰り返し実施するとよい。
【００１４】
第４のステップは、図１０に示すように、発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンディングを行い、電気接続する。第５のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により各々切断し、図１に示す光モジュールを完成させる。
【００１５】
このように、本実施の形態では発光素子と光ファイバとが実装される基板の、光ファイバ搭載位置の周辺に、光ファイバを取り巻くようにスリット状の溝を形成したので、光ファイバ搭載位置の周辺部に熱歪を与えて、基板の一部を塑性変形させることにより、光ファイバ先端を所望の方向へ高精度に位置調整することができる。これらのことにより、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００１６】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２による光モジュールを示す斜視図である。本実施の形態２では、実施の形態１で示した光モジュールの基板の周囲を、図１１に示すように、樹脂５にてモールドし、基板上に搭載される２個の光部品１、２の位置関係を固定している。
本実施の形態２の光モジュールの製造方法を説明する。第４のステップまでは、実施の形態１と同様である。
第５のステップは、図１２に示すように、基板３ａの周囲、及びリード電極３ｃの一部分をエポキシ系樹脂５でモールドし、その後、リードフレーム３の各部を切断する。図１２では説明を容易にするため樹脂５の様子を一部省略している。
【００１７】
このように樹脂５にて基板の周囲をモールドし、２個の光部品１、２の位置関係を固定することにより、外力など環境変化によって調整した光部品相互の位置ずれが防止できるので、信頼性の高い光モジュールを提供できる。また、上記樹脂５にてリード電極３ｃと基板３ａとの位置関係も固定しているので、基板とリード電極とを確実に絶縁することができる。
【００１８】
実施の形態３．
実施の形態２では、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整し、光結合させた後に、樹脂５にて２つの光部品の位置関係を固定した。本実施の形態３では、先に樹脂５にて基板の周辺部を固定することにより、２個以上の光部品を外力より遮断し、２個以上の光部品が位置ずれを起こすことを防止した上で、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整し、光結合させる場合について説明する。
第１のステップは、実施の形態１と同様である。
第２のステップは、実施の形態１とは異なり、先に発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンディングを行い、電気接続する。
第３のステップは、基板３ａ及びリード電極３ｃの周辺部のみをエポキシ系樹脂にてモールドする。
第４のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により、各々切断する。
第５のステップは、上記組立体の発光素子１を駆動させ、光ファイバ２に入射される光出力をモニタする。本実施の形態では、実施の形態１と異なり、先に発光素子１とリード電極３ｃとの間がワイヤボンドされ、樹脂にて基板３ａとリード電極３ｃが固定かつ絶縁されているので、発光素子１を駆動させるために基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する。その状態で、実施の形態１と同様に、光ファイバ２を加圧し、基板を弾性変形させ、光結合効率が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｂの近傍に熱歪みを与える。調整方法は実施の形態１と同様である。
【００１９】
このように本実施の形態では、樹脂にて基板周辺部を固定した後で、基板の一部を塑性変形させ、発光素子と光ファイバの位置を調整するので、基板を樹脂で固定する際の、発光素子と光ファイバの微小位置ずれを懸念する必要なく、高結合効率な光モジュールを提供できる。
【００２０】
実施の形態４．
実施の形態２、３では、エポキシ系樹脂にて基板の周囲のみモールドしていた。本実施の形態４では、低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で基板全体をモールドし、基板上に搭載する２個以上の光部品を、外力及び外気より遮断する場合について説明する。
第４のステップまでは、実施の形態１と同様である。
第５のステップは、発光素子１、光ファイバ２、基板３ａ、及びリード電極３ｃの一部分を低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で覆うようにモールドし、その後リードフレーム３の各部を切断する。図１３に完成した光モジュールの斜視図を示す。
【００２１】
このように基板とリード電極を絶縁する樹脂にて基板全体をモールドし、基板上に搭載される光部品を封止することにより、２個以上の光部品を外力より遮断し、２個以上の光部品が位置ずれを起こすことを防止すると共に、湿度など環境変化による光部品の性能劣化を防止できるので、信頼性の高い光モジュールを提供できる。
【００２２】
実施の形態５．
図１４は本発明の実施の形態５による光モジュールを示す断面構成図である。実施の形態４では、低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で基板全体をモールドしていた。本実施の形態５では、透明シリコン樹脂５で基板全体をモールドする。また、透明シリコン樹脂５で基板全体をモールドする際、図１４に示すように、基板３ａの中央部が中空となるようにモールドし、光部品１、２の周囲に空隙が形成されるようにする。
【００２３】
一般的に、光モジュールの製造工程においては、その後工程において、発光素子１を発光させ、光ファイバ２で受光量を確認するモジュール検査工程がある。モジュール検査の際、発光素子１と光ファイバ２の結合が劣化していた場合は、基板３ａに樹脂を充填した際に発光素子と光ファイバとの位置が微小位置ずれしていることが考えられる。本実施の形態の光モジュールでは、透明シリコン樹脂でモールドを行い、かつ基板の中央部が中空となるようなモールド構造であるため、発光素子１と光ファイバ２との位置が微小位置ずれした場合でも、透明樹脂を透過させて、外部から再度レーザ照射、紫外線照射など光学的加熱手段により基板の一部を所望の方向に塑性変形させることができるので、高結合効率、高信頼性である光モジュールを提供できる。
【００２４】
なお、上記実施の形態においては透明シリコン樹脂を例に説明したが、透明樹脂に関しては、樹脂を透過した光学的加熱手段によって基板が熱歪みを起こすことが可能な透過率の樹脂であれば何でもよい。また、上記実施の形態においては、基板全体を透明樹脂でモールドしていたが、外部から光学的加熱手段が透過する箇所のみ、すなわち一部分のみが透明であってもよい。
【００２５】
実施の形態６．
図１５は本発明の実施の形態６による光モジュールの構造を示したものである。本実施の形態６では、発光素子１と光ファイバ２とを結ぶ光軸上に、レンズ７が配設されており、これら光部品１、２、７は基板３ａ上に配設され、互いに光結合を必要とする。レンズ７は形状として球状や柱状や凸状のものがあるが集光する機能をもつレンズである。また、基板３ａには、光ファイバ２を取り巻くように、スリット状の溝３ｂと、さらに溝３ｂの外側に形成され、溝３ｂの溝形状と９０度回転させたスリット状の溝３ｄとが形成されている。溝３ｄは、Ｘ方向の溝３ｄＸ１及び３ｄＸ２、並びにＺ方向の溝３ｄｚより構成されている。その他の部品は図１２に示したものと同様である。
【００２６】
本実施の形態６の光モジュールの製造方法を説明する。
第１のステップは、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定する。次に、紫外線硬化性の接着剤にて、レンズ７を基板３ａ上のレンズ搭載位置に固定する。レンズ７の位置決めの際は、基板３ａに図示省略した四角錐の凹部を設け、その場所に位置決め固定することにより、発光素子１の光軸から大きくずれないようにする。最後に、紫外線硬化性の接着剤にて、光ファイバ２を基板３ａ上の光ファイバ搭載位置に固定する。光ファイバ２の位置決めの際は、基板３ａに図示省略したＶ字を設け、その場所に位置決め固定することにより、レンズ７によって集光された発光素子１の出力光が光ファイバ２にある程度結合するようにする。
【００２７】
第２から第５のステップは、実施の形態３と同様である。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、基板３ａに設けた溝部近傍を図示省略したレーザを用いて熱による歪みを与える。基板厚み方向（Ｙ方向）および基板幅方向（Ｘ方向）、即ち光軸直交方向については、実施の形態１と同様、溝３ｂの内側の領域６のいずれかの箇所にレーザ照射を行い位置を調整する。光軸方向（Ｚ方向）に調整する場合は、図１６に示すように、溝３ｂの外側に形成した溝８ｄの内部の領域８のうち、Ｘ方向の溝３ｄＸ１及び３ｄＸ２の近傍部分（例えば図１６の位置９ａまたは９ｂ）にレーザ光を照射する。移動原理は、実施の形態１において基板の幅方向（Ｘ方向）を調整した時と同様であり、レーザ照射された基板箇所が収縮し、塑性変形し、光ファイバ先端が図１６に示したＺ方向に移動する（例えば、位置９ａを照射した場合はＺ（−）方向、位置９ｂを照射した場合はＺ（＋）方向）。
第７のステップは、図１７に示すように、基板３ａの表面、裏面ともにエポキシ系接着剤にて蓋１０を接着してモジュールを完成させる。
【００２８】
このように基板３ａ上に発光素子１、レンズ７、及び光ファイバ２を実装し、光ファイバ２を取り巻くように形成された２重の溝３ｂ、３ｄの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、光ファイバ先端を光軸方向と、光軸に直交する２つの方向との合計３方向に対して高精度に位置調整することが可能となる。これらのことにより、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００２９】
また、本実施の形態では、実施の形態３と同様、基板３ａの周囲だけを樹脂５で固定し、その後、基板の一部を塑性変形させ、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整するので、基板３ａを樹脂で固定する際の、発光素子１と光ファイバ２との微小位置ずれを懸念する必要がない。さらに、本実施の形態では、最後に樹脂５よりなる構造体を密封するための蓋１０を設け、光部品を外気より遮断するようにしているので、湿度など環境変化による光部品の性能劣化を防止できる。これらのことにより、高結合効率、高信頼性な光モジュールを提供できる。
【００３０】
実施の形態７．
実施の形態６では、樹脂にて形成した構造体を密封するために基板の両面に蓋を設けていた。本実施の形態７では、光部品が実装されている面側の蓋を、基板３ａの周囲をモールドする時に一括して形成し、光部品の位置調整後、最後に基板３ａに設けたスリット状の溝を、基板裏面より樹脂にて充填している。また、本実施の形態７では、光部品の位置調整にあたって、基板３ａの光部品搭載位置の周辺部を予め塑性変形させておき、一方向のみから調整している。
【００３１】
以下、本実施の形態の光モジュールの製造方法を説明する。
本実施の形態７では、第１のステップの前ステップとして、図１８に示すように、発光素子１が搭載される基板上の搭載位置の周辺部を、予め定めた方向に塑性変形させておく。
その後の第１のステップ、第２のステップは、実施の形態６と同様である。
第３のステップにおいて、図１９に示すように、基板３ａ及びリード電極３ｃの周辺部をモールドする際に、基板３ａの、光部品１、２、７が実装されてる面側の蓋を樹脂５にて一括して形成する。このとき、図２０に示すように、光部品実装面側の樹脂部分（蓋部分）５は、実施の形態５のモールド構造と同様に、中空となるようにしておく。
第４のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により、各々切断する。
第５のステップは、上記組立体の発光素子１を駆動させ、光ファイバ２に入射される光出力をモニタする。発光素子１を駆動させるために基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する方法、および光ファイバからのモニタ出力光の検出手段は図示を省略する。その状態で、光ファイバ２を加圧し、基板を弾性変形させ、結合効率が最適となる方向および現位置からの移動量を算出する。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｂ、３ｄの近傍に熱歪みを与える。基板幅方向の２方向（Ｘ方向、Ｚ方向）に調整する場合は、実施の形態６と同様である。基板厚み方向（Ｙ方向）に調整する場合は、本実施の形態においては、図１８に示すように、予め基板３ａを変形させているので、調整方向は一方向となり、基板３ａが樹脂５にて覆われていない面側（ここでは基板裏面側）よりレーザ光を照射すれば、位置合わせができる。
第７のステップは、基板３ａに設けたスリット状の溝３ｂ、３ｄを、基板３ａの裏面よりエポキシ系樹脂にて充填し、封止することにより、基板３ａ上の光部品１、２、７の位置関係を固定するとともに、基板上に搭載される光部品１、２、７を外気より遮蔽する。
【００３２】
このように本実施の形態によれば、基板の周囲と光部品を実装した基板面側を樹脂よりなる構造体にて覆い、実装面と反対側の面から光部品の位置調整を行い、最後に基板に設けたスリット状の溝に樹脂を充填することにより、蓋等の部品点数及び蓋の接着工程等を削減できるため、封止性能がよく、外力に対して耐性の強い光モジュールを低コストで製造することができる。
また、光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部を、予め定めた方向に塑性変形させておくことにより、基板の塑性変形軸の調整方向を一方向にすることができ、生産性よく光モジュールを組み立てることができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では基板の一部をＹ方向に予め塑性変形させておいたが、他の方向に塑性変形させておいても良い。
また、調整する光部品の初期実装位置を予め定めた方向にずらせて実装してもよく、基板の塑性変形軸の調整方向を一方向にすることができ、生産性よく光モジュールを組み立てることができる。
【００３４】
実施の形態８．
上記各実施の形態では、基板３ａを塑性変形する手段として、レーザを使用していた。本実施の形態では、基板を塑性変形させる手段として、調整する光部品、または基板３ａを直接把持し、機械的に移動させる場合について説明する。
第５のステップまでは、実施の形態７と同様である。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、光ファイバ２の位置を移動させるステップである。本実施の形態では、光ファイバ２を直接把持し、強制変位を与える方法であり、図示省略した光ファイバ２を把持するハンドにて光ファイバ２をクランプし、所望の移動方向に、所望の移動量以上に光ファイバ２を移動させる。所望の移動量以上に光ファイバ２を移動させる理由は、基板３ａに弾性変形領域があるため光ファイバ２のクランプを開放すると元の位置に弾性変形量だけ元に戻るからである。よって、本実施の形態において光ファイバ２を移動させる量は、光ファイバ２のクランプを開放した後においても所望の位置となるように、基板３ａのスプリングバック量データに基づき定めた。
本実施の形態のように光ファイバ２をクランプし、基板３ａを機械的に塑性変形させて位置を修正する場合においても、基板３ａに溝３ｂ、３ｄが設けてあると、基板３ａに力を加えた際、所望の方向への基板３ａが変形するので高精度な位置合せが実現できる。
第７のステップは、実施の形態７と同様である。
【００３５】
このように本実施の形態によれば、基板を塑性変形させる手段として、調整する光部品または基板を直接把持し、移動させる手段を用いることにより、基板を塑性変形させるための機器が安価となり、安価な光モジュールを提供できる。
【００３６】
実施の形態９．
上記実施の形態６〜８では、光ファイバ２を取り巻くように２重の溝３ｂ、３ｄを形成する際、光軸に垂直な方向の調整用溝３ｂの外側に、光軸方向の調整用溝３ｄを設けていたが、コの字形状の２つの溝３ｂ、３ｄを内外入れ替えてもよい。
また、溝形状に関しては、溝を設けることにより溝と直交する方向に調整できる成分が得られるので、図２１に示すように、２つのＬ字形状の溝３ｂ、３ｄを対向させて配設しても同様なことが実現でき、同様な効果が得られる。
【００３７】
実施の形態１０．
上記実施の形態６〜９では、光ファイバ２の周辺部に２つの溝３ｂ、３ｄを形成していたが、２つの溝３ｂ、３ｄをそれぞれ異なる光部品の周辺部に設けても良い。例えば、図２２に示すように、光軸に垂直な方向の調整用溝３ｂは光ファイバ２を取り巻くように設け、光軸方向の調整用溝３ｄは発光素子１を取り巻くように設けてもよい。このようにしても、上記実施の形態６〜９と同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
【００３８】
また、図２３に示すように、溝３ｂをレンズ７に設ける、あるいはレンズ７に２重の溝３ｂ、３ｄを設けても、上記実施の形態６〜９と同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
【００３９】
実施の形態１１．
上記実施の形態６〜１０では、発光素子１と光ファイバ２との間に、集光機能をもつレンズ７を設けた場合を示したが、図２４に示すように、反射機能をもつミラー１１などの光学部品を設けても同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
図２４はこのミラー１１の周辺部に２つの溝３ｂ、３ｄを設けた例であるが、溝３ｂ、３ｄの位置は実施の形態９、１０と同様、いずれの光部品の周辺であっても良いし、分散させても良い。
【００４０】
実施の形態１２．
上記各実施の形態では基板上に搭載する光部品として、発光素子１と光ファイバ２とを例にとり説明したが、光の向きを逆にすることで受光素子と光ファイバとの場合も同様の方法で実施することができる。
【００４１】
また、これらの光部品に限らず、互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載される光モジュールに対しても適用することが可能である。
【００４２】
実施の形態１３．
図２５は本発明の実施の形態１３による光モジュールの構造を示したものである。本実施の形態１３では、実施の形態６による光モジュールの発光素子１に対しレンズ７と光ファイバが搭載されていない側に、受光素子１２が配設されている。また基板３ａには、受光素子１２を取り巻くようにスリット状の溝３ｅが形成されている。溝３ｅは、Ｚ方向の溝３ｅｚ１及び３ｅｚ２、並びにＸ方向の溝３ｅｘより構成されている。その他の部品は図１５に示したものと同様である。
一般に光通信に使用される発光素子１は、レンズ７と光ファイバ２が配設されている方向だけに発光するのではなく、その逆側すなわち受光素子１２側にも発光し、受光素子１２は発光素子１との光結合が要求される。受光素子１２と発光素子１との光結合は、溝３ｅの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、同様に高精度に位置調整することが可能となる。
【００４３】
本実施の形態１３の光モジュールの製造方法を説明する。
第１のステップは、実施の形態６の第１のステップにおいて、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定するだけでなく、基板３ａ上の受光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に受光素子１２を実装固定する。その他、レンズ７、光ファイバ２の実装方法は実施の形態６の第１ステップと同様である。
【００４４】
第２のステップは、実施の形態６の第２のステップにおいて、発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンドを行い電気接続するだけでなく、受光素子１２とリード電極３ｆとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンドを行い電気接続する。
第３のステップは、実施の形態６の第３のステップにおいて、基板３ａ及びリード電極３ｃ周辺部のみをエポキシ系樹脂５にてモールドするだけでなく、リード電極３ｆの周辺部もエポキシ系樹脂５にてモールドする。
【００４５】
第４から第６のステップは、実施の形態６と同様である。
第７のステップは、発光素子１を駆動させ、受光素子１２に入射する光出力をモニタする。発光素子１２を駆動させる方法としては、実施の形態６と同様に基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する。また受光素子１２に入射する光出力をモニタするために、基板３ａおよびリード電極３ｆに、図示省略した電流計を接続する。その状態で、受光素子１２近傍を加圧し、基板を弾性変形させ、電流計で計測した電流値が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
第８のステップは、第７のステップにより求められた現位置からの移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｅの近傍に熱歪みを与える。調整方法は、実施の形態１と同様である。
第９のステップは、実施の形態６の第７のステップと同様であり、エポキシ系接着剤にて蓋を接着してモジュールを完成させる。
【００４６】
このように基板３ａ上に発光素子１、レンズ７、光ファイバ２、及び受光素子１２を実装し、光ファイバ２を取り巻くように形成された２重の溝３ｂ、３ｄの周辺部、および受光素子１２を取り巻くように形成された溝３ｅの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、発光素子１に対して光ファイバ先端を、光軸方向と、光軸に直交する２つの方向との合計３方向に、発光素子１に対して受光素子を、光軸に直交する２方向に対して高精度に位置調整することが可能となり、生産性が高く、安価で高結合効率、高機能な光モジュールを提供できる。
【００４７】
また、図２６に示すように、発光素子１に対し、受光素子１２を基板幅方向（Ｘ方向）にのみ調整するのであれば、Ｚ方向に沿って受光素子１２の両側にスリット状の溝３ｇを形成するだけでよい。
【００４８】
なお、上記各実施の形態においては、スリット状の溝を形成するものを示したが、基板幅方向（Ｘ方向、Ｘ方向）の位置調整のみであれば、溝は必ずしも突き抜けていなくてもよい。
【００４９】
また、上記各実施の形態では、溝は光軸に直交するＸ方向と光軸に平行なＺ方向の両方、あるいはＸ方向とＺ方向のいずれか一方に沿って設け、各方向に直交する方向に夫々調整する例を示したが、溝の方向は上記方向に限らず、基板面（Ｘ−Ｚ平面）に沿った任意の２つの方向にそれぞれ設ければ良い。即ち、光部品を所定の方向に調整する際に、調整方向は、上記２つの方向に沿って設けられた溝にそれぞれ直交する２つの成分に分解できるため、分解された各成分の大きさに応じて、夫々の溝周辺を所定量、塑性変形させて位置調整すればよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、基板上に互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載された光モジュールにおいて、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品の周辺部に溝を形成したので、基板の一部を塑性変形させて光部品相互の高精度な位置調整ができ、安価かつ高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００５１】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、２個以上の光部品を光学的に結合し、光モジュールを製造する方法において、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部に溝を形成する工程、上記基板上に上記光部品を搭載する工程、および上記搭載位置の周辺部を塑性変形させることにより、上記２個以上の光部品の相対位置を調整する工程を施したので、生産性よく安価な部材で高精度な組立が実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わるリードフレーム構成を示す平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による光モジュールを示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態４による光モジュールを示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態５による光モジュールを示す断面構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態６による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態６に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図１７】この発明の実施の形態６による光モジュールの製造途中の構成を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図２１】この発明の実施の形態９による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２２】この発明の実施の形態１０による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２３】この発明の実施の形態１０による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２４】この発明の実施の形態１１による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２５】この発明の実施の形態１３による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２６】この発明の実施の形態１３による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【符号の説明】
１ 発光素子、２ 光ファイバ、３ リードフレーム、３ａ 基板、３ｂ，３ｄ，３ｅ，３ｇ 溝、３ｃ，３ｆ リード電極、４ ワイヤ、５ 樹脂、６，８領域、７ レンズ、１０ 蓋、１１ ミラー、１２ 受光素子。
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信等に用いる光モジュール、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に使用する光モジュールは、発光素子または受光素子と光ファイバとが高効率で結合している必要がある。従来、発光モジュールを組立てるには、発光素子に給電し、発光素子からの光出力をモニタしながら、光ファイバの位置を調整しており、光ファイバとは別に調整固定用の構造体を光ファイバに設け、その構造体を発光素子を支持する支持体にＹＡＧレーザ溶接などで固定する方法がとられていた。
しかしながら、このような方法では部品点数が多くなり、生産性が悪いという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、発光素子と一体化したシリコン等の支持体の一部に溝部を設けておき、機械的寸法精度で定まる範囲内で光ファイバを固定し、ほとんど無調整で結合させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９８１８８公報（第３−４頁、図２、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献に示された光モジュールは、基板上に光素子及び光ファイバを集積実装したものであるが、その構造および組立方法においては、光軸無調芯で光素子と光ファイバを位置決めすることから、光ファイバの固定用Ｖ溝や光素子の給電用金属電極が各々精密に形成された高価なシリコン基板を使用する必要があった。このため光モジュールの低価格化にも限界があった。また、部品の寸法公差から必ずしも高結合効率が得られないことなどの問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュール、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光モジュールは、基板上に互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載された光モジュールにおいて、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品の周辺部に溝が形成されているものである。
【０００８】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、２個以上の光部品を光学的に結合し、光モジュールを製造する方法において、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部に溝を形成する工程、上記基板上に上記光部品を搭載する工程、および上記搭載位置の周辺部を塑性変形させることにより、上記２個以上の光部品の相対位置を調整する工程を施したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１に本発明の実施の形態１による光モジュールの構造を、図２に本実施の形態１に係わるリードフレーム構造を示す。本実施の形態１の光モジュールは、図１に示すように、基板３ａ上に、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光素子１と光ファイバ２とが搭載されたものである。基板３ａは、互いに光結合を必要とする発光素子１および光ファイバ２を支持する金属製の基板であり、光ファイバ２を取り巻くようにスリット状の溝３ｂが形成されている。また、基板３ａの外部にはリード電極３ｃが設けられており、発光素子１はワイヤ４によりリード電極３ｃと電気的に接続されている。リード電極３ｃと基板３ａとは、光モジュール製造工程においてリードカットされる前は、図２に示すリードフレーム構造３をなしており、一体に構成されている。
【００１０】
以下に、光モジュールの製造工程について説明する。発光素子１は、波長１．３ミクロンで発振するファブリーペローレーザである。発光素子１と光接続される光ファイバ２は、例えばφ１２５μｍ程度の石英系のシングルモード光ファイバである。
第１のステップは、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定する。次に、紫外線硬化性の接着剤にて、光ファイバ２を基板３ａ上の光ファイバ搭載位置に固定する。光ファイバ２の位置決めの際は、発光素子１の外形を組立基準とすることにより、発光素子１の出力光が光ファイバ２にある程度結合するようにする。
【００１１】
第２のステップは、上記組立体を形成後、発光素子１を発光させるための手段、および光結合を計測するための手段をもって、発光素子１と光ファイバ２との光結合状態を確認する。具体的には、図示を省略したプローブにて発光素子１を駆動させ、光パワーメータを用いて光ファイバ２へのモニタ出力光を検出する。その状態で、光ファイバ２を手動等で加圧する。基板３ａ上の光ファイバ搭載位置の周辺部には、上記光ファイバ搭載位置を取り巻くように予めスリット状の溝３ｂが形成されているため、加圧により基板３ａが弾性変形し、光ファイバ２の位置が移動する。光ファイバ２の移動方向及び移動量と光パワーメータの検出値とから、光結合効率が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
【００１２】
第３のステップは、第２のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、基板３ａに設けた溝３ｂの近傍を、図示を省略したレーザにより局部加熱し、所定量の熱歪みを与える。なお、局部加熱の方法はレーザ照射の他、紫外線照射等の光学的加熱手段によって行っても良い。図３はレーザ照射前の平面構成図、図４はレーザ照射前の組立体主要箇所の断面構成図である。図３において、光ファイバ２を取り巻くように設けられた溝３ｂは、Ｚ方向の溝３ｂＺ１及び３ｂＺ２、並びにＸ方向の溝３ｂＸより構成されている。
先ず、移動方向の制御について説明する。光ファイバ２の光軸を基板厚み方向（Ｙ方向）に調整する場合、図５に斜線で示す、溝３ｂの内側の領域６のうちのいずれかの箇所（例えば図５の位置６ａ）にレーザ光を照射する。原理としては、基板にレーザ光を照射すると、基板の一部が局所的に溶融した後に凝固する。その凝固の際、収縮力作用するので一部が塑性変形する。例えば基板上の位置６ａにレーザ光を照射すると、照射位置６ａ部分が収縮し、塑性変形するが、この照射位置６ａの周辺には予め溝３ｂが設けられているので、上記塑性変形により、図６に示すように光ファイバ先端はレーザ光を照射した側に移動する。図６は基板表面よりレーザ光を照射した場合であるが、光ファイバ先端を逆方向（Ｙ（−）方向）に移動させる場合は、基板の裏側からレーザ照射する。
また、光ファイバの光軸を基板幅方向（Ｘ方向）に調整する場合、図５に斜線で示す領域６のうちのＺ方向に形成される溝３ｂＺ１及び３ｂＺ２の近傍部分（例えば図５の位置６ｂ）にレーザ光を照射する。溝近傍部分を照射することで、図７に示すように、溝近傍部分が収縮し、塑性変形する。その結果、レーザ照射した側の溝の間隔が狭くなり、レーザを照射した方向に光ファイバ２の先端が移動する。光ファイバ先端を逆方向（Ｘ（−）方向）に移動させる場合は、Ｚ方向に形成される逆側の溝３ｂＺ２の近傍部分（例えば図５の位置６ｃ）をレーザ照射する。
【００１３】
光ファイバ先端の移動量を制御する一つの方法は、照射するレーザ光の出力を制御することで、基板の塑性変形量を調整する方法である。即ち、予め定めた特定の位置にレーザ照射を行い、所定の方向へ光ファイバを移動する場合の、レーザ出力と移動量との関係をバックデータとして用意し、このデータに基いてレーザ出力を制御する。
移動量を制御する別の方法は、レーザ光の照射位置を変えることで、光ファイバ先端の移動量を変化させる方法である。例えば基板厚み方向の移動量を調整する場合は、図８に示すように、領域６のうち、溝３ｂＸより遠い位置、即ち発光素子１からの距離が遠い位置（例えば図８の位置６ｄ）にレーザ光を照射すると、位置６ａに照射した場合と比べ、同じ照射量であっても光ファイバ先端の移動量が大きくなる。基板幅方向の移動量を調整する場合は、基板厚み方向の移動量調整の場合と同様、図９に示すように、発光素子１からの距離が遠い位置（例えば図９の位置６ｅ）にレーザ光を照射すると、位置６ｂに照射した場合と比べ、同じ照射量であっても光ファイバ先端の移動量が大きくなる。この場合も、予め計測しておいたバックデータに基いて制御すると調整が容易となる。
なお、１度のレーザ照射だけで最適な結合効率が得られない場合、複数回レーザ照射を行い、最適な結合効率が得られるまで繰り返し実施するとよい。
【００１４】
第４のステップは、図１０に示すように、発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンディングを行い、電気接続する。第５のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により各々切断し、図１に示す光モジュールを完成させる。
【００１５】
このように、本実施の形態では発光素子と光ファイバとが実装される基板の、光ファイバ搭載位置の周辺に、光ファイバを取り巻くようにスリット状の溝を形成したので、光ファイバ搭載位置の周辺部に熱歪を与えて、基板の一部を塑性変形させることにより、光ファイバ先端を所望の方向へ高精度に位置調整することができる。これらのことにより、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００１６】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２による光モジュールを示す斜視図である。本実施の形態２では、実施の形態１で示した光モジュールの基板の周囲を、図１１に示すように、樹脂５にてモールドし、基板上に搭載される２個の光部品１、２の位置関係を固定している。
本実施の形態２の光モジュールの製造方法を説明する。第４のステップまでは、実施の形態１と同様である。
第５のステップは、図１２に示すように、基板３ａの周囲、及びリード電極３ｃの一部分をエポキシ系樹脂５でモールドし、その後、リードフレーム３の各部を切断する。図１２では説明を容易にするため樹脂５の様子を一部省略している。
【００１７】
このように樹脂５にて基板の周囲をモールドし、２個の光部品１、２の位置関係を固定することにより、外力など環境変化によって調整した光部品相互の位置ずれが防止できるので、信頼性の高い光モジュールを提供できる。また、上記樹脂５にてリード電極３ｃと基板３ａとの位置関係も固定しているので、基板とリード電極とを確実に絶縁することができる。
【００１８】
実施の形態３．
実施の形態２では、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整し、光結合させた後に、樹脂５にて２つの光部品の位置関係を固定した。本実施の形態３では、先に樹脂５にて基板の周辺部を固定することにより、２個以上の光部品を外力より遮断し、２個以上の光部品が位置ずれを起こすことを防止した上で、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整し、光結合させる場合について説明する。
第１のステップは、実施の形態１と同様である。
第２のステップは、実施の形態１とは異なり、先に発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンディングを行い、電気接続する。
第３のステップは、基板３ａ及びリード電極３ｃの周辺部のみをエポキシ系樹脂にてモールドする。
第４のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により、各々切断する。
第５のステップは、上記組立体の発光素子１を駆動させ、光ファイバ２に入射される光出力をモニタする。本実施の形態では、実施の形態１と異なり、先に発光素子１とリード電極３ｃとの間がワイヤボンドされ、樹脂にて基板３ａとリード電極３ｃが固定かつ絶縁されているので、発光素子１を駆動させるために基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する。その状態で、実施の形態１と同様に、光ファイバ２を加圧し、基板を弾性変形させ、光結合効率が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｂの近傍に熱歪みを与える。調整方法は実施の形態１と同様である。
【００１９】
このように本実施の形態では、樹脂にて基板周辺部を固定した後で、基板の一部を塑性変形させ、発光素子と光ファイバの位置を調整するので、基板を樹脂で固定する際の、発光素子と光ファイバの微小位置ずれを懸念する必要なく、高結合効率な光モジュールを提供できる。
【００２０】
実施の形態４．
実施の形態２、３では、エポキシ系樹脂にて基板の周囲のみモールドしていた。本実施の形態４では、低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で基板全体をモールドし、基板上に搭載する２個以上の光部品を、外力及び外気より遮断する場合について説明する。
第４のステップまでは、実施の形態１と同様である。
第５のステップは、発光素子１、光ファイバ２、基板３ａ、及びリード電極３ｃの一部分を低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で覆うようにモールドし、その後リードフレーム３の各部を切断する。図１３に完成した光モジュールの斜視図を示す。
【００２１】
このように基板とリード電極を絶縁する樹脂にて基板全体をモールドし、基板上に搭載される光部品を封止することにより、２個以上の光部品を外力より遮断し、２個以上の光部品が位置ずれを起こすことを防止すると共に、湿度など環境変化による光部品の性能劣化を防止できるので、信頼性の高い光モジュールを提供できる。
【００２２】
実施の形態５．
図１４は本発明の実施の形態５による光モジュールを示す断面構成図である。実施の形態４では、低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で基板全体をモールドしていた。本実施の形態５では、透明シリコン樹脂５で基板全体をモールドする。また、透明シリコン樹脂５で基板全体をモールドする際、図１４に示すように、基板３ａの中央部が中空となるようにモールドし、光部品１、２の周囲に空隙が形成されるようにする。
【００２３】
一般的に、光モジュールの製造工程においては、その後工程において、発光素子１を発光させ、光ファイバ２で受光量を確認するモジュール検査工程がある。モジュール検査の際、発光素子１と光ファイバ２の結合が劣化していた場合は、基板３ａに樹脂を充填した際に発光素子と光ファイバとの位置が微小位置ずれしていることが考えられる。本実施の形態の光モジュールでは、透明シリコン樹脂でモールドを行い、かつ基板の中央部が中空となるようなモールド構造であるため、発光素子１と光ファイバ２との位置が微小位置ずれした場合でも、透明樹脂を透過させて、外部から再度レーザ照射、紫外線照射など光学的加熱手段により基板の一部を所望の方向に塑性変形させることができるので、高結合効率、高信頼性である光モジュールを提供できる。
【００２４】
なお、上記実施の形態においては透明シリコン樹脂を例に説明したが、透明樹脂に関しては、樹脂を透過した光学的加熱手段によって基板が熱歪みを起こすことが可能な透過率の樹脂であれば何でもよい。また、上記実施の形態においては、基板全体を透明樹脂でモールドしていたが、外部から光学的加熱手段が透過する箇所のみ、すなわち一部分のみが透明であってもよい。
【００２５】
実施の形態６．
図１５は本発明の実施の形態６による光モジュールの構造を示したものである。本実施の形態６では、発光素子１と光ファイバ２とを結ぶ光軸上に、レンズ７が配設されており、これら光部品１、２、７は基板３ａ上に配設され、互いに光結合を必要とする。レンズ７は形状として球状や柱状や凸状のものがあるが集光する機能をもつレンズである。また、基板３ａには、光ファイバ２を取り巻くように、スリット状の溝３ｂと、さらに溝３ｂの外側に形成され、溝３ｂの溝形状と９０度回転させたスリット状の溝３ｄとが形成されている。溝３ｄは、Ｘ方向の溝３ｄＸ１及び３ｄＸ２、並びにＺ方向の溝３ｄｚより構成されている。その他の部品は図１２に示したものと同様である。
【００２６】
本実施の形態６の光モジュールの製造方法を説明する。
第１のステップは、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定する。次に、紫外線硬化性の接着剤にて、レンズ７を基板３ａ上のレンズ搭載位置に固定する。レンズ７の位置決めの際は、基板３ａに図示省略した四角錐の凹部を設け、その場所に位置決め固定することにより、発光素子１の光軸から大きくずれないようにする。最後に、紫外線硬化性の接着剤にて、光ファイバ２を基板３ａ上の光ファイバ搭載位置に固定する。光ファイバ２の位置決めの際は、基板３ａに図示省略したＶ字を設け、その場所に位置決め固定することにより、レンズ７によって集光された発光素子１の出力光が光ファイバ２にある程度結合するようにする。
【００２７】
第２から第５のステップは、実施の形態３と同様である。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、基板３ａに設けた溝部近傍を図示省略したレーザを用いて熱による歪みを与える。基板厚み方向（Ｙ方向）および基板幅方向（Ｘ方向）、即ち光軸直交方向については、実施の形態１と同様、溝３ｂの内側の領域６のいずれかの箇所にレーザ照射を行い位置を調整する。光軸方向（Ｚ方向）に調整する場合は、図１６に示すように、溝３ｂの外側に形成した溝８ｄの内部の領域８のうち、Ｘ方向の溝３ｄＸ１及び３ｄＸ２の近傍部分（例えば図１６の位置９ａまたは９ｂ）にレーザ光を照射する。移動原理は、実施の形態１において基板の幅方向（Ｘ方向）を調整した時と同様であり、レーザ照射された基板箇所が収縮し、塑性変形し、光ファイバ先端が図１６に示したＺ方向に移動する（例えば、位置９ａを照射した場合はＺ（−）方向、位置９ｂを照射した場合はＺ（＋）方向）。
第７のステップは、図１７に示すように、基板３ａの表面、裏面ともにエポキシ系接着剤にて蓋１０を接着してモジュールを完成させる。
【００２８】
このように基板３ａ上に発光素子１、レンズ７、及び光ファイバ２を実装し、光ファイバ２を取り巻くように形成された２重の溝３ｂ、３ｄの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、光ファイバ先端を光軸方向と、光軸に直交する２つの方向との合計３方向に対して高精度に位置調整することが可能となる。これらのことにより、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００２９】
また、本実施の形態では、実施の形態３と同様、基板３ａの周囲だけを樹脂５で固定し、その後、基板の一部を塑性変形させ、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整するので、基板３ａを樹脂で固定する際の、発光素子１と光ファイバ２との微小位置ずれを懸念する必要がない。さらに、本実施の形態では、最後に樹脂５よりなる構造体を密封するための蓋１０を設け、光部品を外気より遮断するようにしているので、湿度など環境変化による光部品の性能劣化を防止できる。これらのことにより、高結合効率、高信頼性な光モジュールを提供できる。
【００３０】
実施の形態７．
実施の形態６では、樹脂にて形成した構造体を密封するために基板の両面に蓋を設けていた。本実施の形態７では、光部品が実装されている面側の蓋を、基板３ａの周囲をモールドする時に一括して形成し、光部品の位置調整後、最後に基板３ａに設けたスリット状の溝を、基板裏面より樹脂にて充填している。また、本実施の形態７では、光部品の位置調整にあたって、基板３ａの光部品搭載位置の周辺部を予め塑性変形させておき、一方向のみから調整している。
【００３１】
以下、本実施の形態の光モジュールの製造方法を説明する。
本実施の形態７では、第１のステップの前ステップとして、図１８に示すように、発光素子１が搭載される基板上の搭載位置の周辺部を、予め定めた方向に塑性変形させておく。
その後の第１のステップ、第２のステップは、実施の形態６と同様である。
第３のステップにおいて、図１９に示すように、基板３ａ及びリード電極３ｃの周辺部をモールドする際に、基板３ａの、光部品１、２、７が実装されてる面側の蓋を樹脂５にて一括して形成する。このとき、図２０に示すように、光部品実装面側の樹脂部分（蓋部分）５は、実施の形態５のモールド構造と同様に、中空となるようにしておく。
第４のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により、各々切断する。
第５のステップは、上記組立体の発光素子１を駆動させ、光ファイバ２に入射される光出力をモニタする。発光素子１を駆動させるために基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する方法、および光ファイバからのモニタ出力光の検出手段は図示を省略する。その状態で、光ファイバ２を加圧し、基板を弾性変形させ、結合効率が最適となる方向および現位置からの移動量を算出する。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｂ、３ｄの近傍に熱歪みを与える。基板幅方向の２方向（Ｘ方向、Ｚ方向）に調整する場合は、実施の形態６と同様である。基板厚み方向（Ｙ方向）に調整する場合は、本実施の形態においては、図１８に示すように、予め基板３ａを変形させているので、調整方向は一方向となり、基板３ａが樹脂５にて覆われていない面側（ここでは基板裏面側）よりレーザ光を照射すれば、位置合わせができる。
第７のステップは、基板３ａに設けたスリット状の溝３ｂ、３ｄを、基板３ａの裏面よりエポキシ系樹脂にて充填し、封止することにより、基板３ａ上の光部品１、２、７の位置関係を固定するとともに、基板上に搭載される光部品１、２、７を外気より遮蔽する。
【００３２】
このように本実施の形態によれば、基板の周囲と光部品を実装した基板面側を樹脂よりなる構造体にて覆い、実装面と反対側の面から光部品の位置調整を行い、最後に基板に設けたスリット状の溝に樹脂を充填することにより、蓋等の部品点数及び蓋の接着工程等を削減できるため、封止性能がよく、外力に対して耐性の強い光モジュールを低コストで製造することができる。
また、光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部を、予め定めた方向に塑性変形させておくことにより、基板の塑性変形軸の調整方向を一方向にすることができ、生産性よく光モジュールを組み立てることができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では基板の一部をＹ方向に予め塑性変形させておいたが、他の方向に塑性変形させておいても良い。
また、調整する光部品の初期実装位置を予め定めた方向にずらせて実装してもよく、基板の塑性変形軸の調整方向を一方向にすることができ、生産性よく光モジュールを組み立てることができる。
【００３４】
実施の形態８．
上記各実施の形態では、基板３ａを塑性変形する手段として、レーザを使用していた。本実施の形態では、基板を塑性変形させる手段として、調整する光部品、または基板３ａを直接把持し、機械的に移動させる場合について説明する。
第５のステップまでは、実施の形態７と同様である。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、光ファイバ２の位置を移動させるステップである。本実施の形態では、光ファイバ２を直接把持し、強制変位を与える方法であり、図示省略した光ファイバ２を把持するハンドにて光ファイバ２をクランプし、所望の移動方向に、所望の移動量以上に光ファイバ２を移動させる。所望の移動量以上に光ファイバ２を移動させる理由は、基板３ａに弾性変形領域があるため光ファイバ２のクランプを開放すると元の位置に弾性変形量だけ元に戻るからである。よって、本実施の形態において光ファイバ２を移動させる量は、光ファイバ２のクランプを開放した後においても所望の位置となるように、基板３ａのスプリングバック量データに基づき定めた。
本実施の形態のように光ファイバ２をクランプし、基板３ａを機械的に塑性変形させて位置を修正する場合においても、基板３ａに溝３ｂ、３ｄが設けてあると、基板３ａに力を加えた際、所望の方向への基板３ａが変形するので高精度な位置合せが実現できる。
第７のステップは、実施の形態７と同様である。
【００３５】
このように本実施の形態によれば、基板を塑性変形させる手段として、調整する光部品または基板を直接把持し、移動させる手段を用いることにより、基板を塑性変形させるための機器が安価となり、安価な光モジュールを提供できる。
【００３６】
実施の形態９．
上記実施の形態６〜８では、光ファイバ２を取り巻くように２重の溝３ｂ、３ｄを形成する際、光軸に垂直な方向の調整用溝３ｂの外側に、光軸方向の調整用溝３ｄを設けていたが、コの字形状の２つの溝３ｂ、３ｄを内外入れ替えてもよい。
また、溝形状に関しては、溝を設けることにより溝と直交する方向に調整できる成分が得られるので、図２１に示すように、２つのＬ字形状の溝３ｂ、３ｄを対向させて配設しても同様なことが実現でき、同様な効果が得られる。
【００３７】
実施の形態１０．
上記実施の形態６〜９では、光ファイバ２の周辺部に２つの溝３ｂ、３ｄを形成していたが、２つの溝３ｂ、３ｄをそれぞれ異なる光部品の周辺部に設けても良い。例えば、図２２に示すように、光軸に垂直な方向の調整用溝３ｂは光ファイバ２を取り巻くように設け、光軸方向の調整用溝３ｄは発光素子１を取り巻くように設けてもよい。このようにしても、上記実施の形態６〜９と同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
【００３８】
また、図２３に示すように、溝３ｂをレンズ７に設ける、あるいはレンズ７に２重の溝３ｂ、３ｄを設けても、上記実施の形態６〜９と同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
【００３９】
実施の形態１１．
上記実施の形態６〜１０では、発光素子１と光ファイバ２との間に、集光機能をもつレンズ７を設けた場合を示したが、図２４に示すように、反射機能をもつミラー１１などの光学部品を設けても同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
図２４はこのミラー１１の周辺部に２つの溝３ｂ、３ｄを設けた例であるが、溝３ｂ、３ｄの位置は実施の形態９、１０と同様、いずれの光部品の周辺であっても良いし、分散させても良い。
【００４０】
実施の形態１２．
上記各実施の形態では基板上に搭載する光部品として、発光素子１と光ファイバ２とを例にとり説明したが、光の向きを逆にすることで受光素子と光ファイバとの場合も同様の方法で実施することができる。
【００４１】
また、これらの光部品に限らず、互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載される光モジュールに対しても適用することが可能である。
【００４２】
実施の形態１３．
図２５は本発明の実施の形態１３による光モジュールの構造を示したものである。本実施の形態１３では、実施の形態６による光モジュールの発光素子１に対しレンズ７と光ファイバが搭載されていない側に、受光素子１２が配設されている。また基板３ａには、受光素子１２を取り巻くようにスリット状の溝３ｅが形成されている。溝３ｅは、Ｚ方向の溝３ｅｚ１及び３ｅｚ２、並びにＸ方向の溝３ｅｘより構成されている。その他の部品は図１５に示したものと同様である。
一般に光通信に使用される発光素子１は、レンズ７と光ファイバ２が配設されている方向だけに発光するのではなく、その逆側すなわち受光素子１２側にも発光し、受光素子１２は発光素子１との光結合が要求される。受光素子１２と発光素子１との光結合は、溝３ｅの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、同様に高精度に位置調整することが可能となる。
【００４３】
本実施の形態１３の光モジュールの製造方法を説明する。
第１のステップは、実施の形態６の第１のステップにおいて、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定するだけでなく、基板３ａ上の受光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に受光素子１２を実装固定する。その他、レンズ７、光ファイバ２の実装方法は実施の形態６の第１ステップと同様である。
【００４４】
第２のステップは、実施の形態６の第２のステップにおいて、発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンドを行い電気接続するだけでなく、受光素子１２とリード電極３ｆとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンドを行い電気接続する。
第３のステップは、実施の形態６の第３のステップにおいて、基板３ａ及びリード電極３ｃ周辺部のみをエポキシ系樹脂５にてモールドするだけでなく、リード電極３ｆの周辺部もエポキシ系樹脂５にてモールドする。
【００４５】
第４から第６のステップは、実施の形態６と同様である。
第７のステップは、発光素子１を駆動させ、受光素子１２に入射する光出力をモニタする。発光素子１２を駆動させる方法としては、実施の形態６と同様に基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する。また受光素子１２に入射する光出力をモニタするために、基板３ａおよびリード電極３ｆに、図示省略した電流計を接続する。その状態で、受光素子１２近傍を加圧し、基板を弾性変形させ、電流計で計測した電流値が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
第８のステップは、第７のステップにより求められた現位置からの移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｅの近傍に熱歪みを与える。調整方法は、実施の形態１と同様である。
第９のステップは、実施の形態６の第７のステップと同様であり、エポキシ系接着剤にて蓋を接着してモジュールを完成させる。
【００４６】
このように基板３ａ上に発光素子１、レンズ７、光ファイバ２、及び受光素子１２を実装し、光ファイバ２を取り巻くように形成された２重の溝３ｂ、３ｄの周辺部、および受光素子１２を取り巻くように形成された溝３ｅの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、発光素子１に対して光ファイバ先端を、光軸方向と、光軸に直交する２つの方向との合計３方向に、発光素子１に対して受光素子を、光軸に直交する２方向に対して高精度に位置調整することが可能となり、生産性が高く、安価で高結合効率、高機能な光モジュールを提供できる。
【００４７】
また、図２６に示すように、発光素子１に対し、受光素子１２を基板幅方向（Ｘ方向）にのみ調整するのであれば、Ｚ方向に沿って受光素子１２の両側にスリット状の溝３ｇを形成するだけでよい。
【００４８】
なお、上記各実施の形態においては、スリット状の溝を形成するものを示したが、基板幅方向（Ｘ方向、Ｘ方向）の位置調整のみであれば、溝は必ずしも突き抜けていなくてもよい。
【００４９】
また、上記各実施の形態では、溝は光軸に直交するＸ方向と光軸に平行なＺ方向の両方、あるいはＸ方向とＺ方向のいずれか一方に沿って設け、各方向に直交する方向に夫々調整する例を示したが、溝の方向は上記方向に限らず、基板面（Ｘ−Ｚ平面）に沿った任意の２つの方向にそれぞれ設ければ良い。即ち、光部品を所定の方向に調整する際に、調整方向は、上記２つの方向に沿って設けられた溝にそれぞれ直交する２つの成分に分解できるため、分解された各成分の大きさに応じて、夫々の溝周辺を所定量、塑性変形させて位置調整すればよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、基板上に互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載された光モジュールにおいて、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品の周辺部に溝を形成したので、基板の一部を塑性変形させて光部品相互の高精度な位置調整ができ、安価かつ高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００５１】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、２個以上の光部品を光学的に結合し、光モジュールを製造する方法において、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部に溝を形成する工程、上記基板上に上記光部品を搭載する工程、および上記搭載位置の周辺部を塑性変形させることにより、上記２個以上の光部品の相対位置を調整する工程を施したので、生産性よく安価な部材で高精度な組立が実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わるリードフレーム構成を示す平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による光モジュールを示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態４による光モジュールを示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態５による光モジュールを示す断面構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態６による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態６に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図１７】この発明の実施の形態６による光モジュールの製造途中の構成を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図２１】この発明の実施の形態９による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２２】この発明の実施の形態１０による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２３】この発明の実施の形態１０による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２４】この発明の実施の形態１１による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２５】この発明の実施の形態１３による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２６】この発明の実施の形態１３による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【符号の説明】
１ 発光素子、２ 光ファイバ、３ リードフレーム、３ａ 基板、３ｂ，３ｄ，３ｅ，３ｇ 溝、３ｃ，３ｆ リード電極、４ ワイヤ、５ 樹脂、６，８領域、７ レンズ、１０ 蓋、１１ ミラー、１２ 受光素子。
Claims (12)
- 基板上に互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載された光モジュールにおいて、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品の周辺部に溝が形成されていることを特徴とする光モジュール。
- 溝は基板を貫通するスリット状の溝であることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
- ２個以上の光部品の位置関係を固定する固定手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の光モジュール。
- 固定手段の少なくとも一部分が透明樹脂よりなる構造体であり、上記構造体は２個以上の光部品と空隙を介して、上記２個以上の光部品を覆うように配設されていることを特徴とする請求項３記載の光モジュール。
- ２個以上の光部品を光学的に結合し、光モジュールを製造する方法において、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部に溝を形成する工程、上記基板上に上記光部品を搭載する工程、および上記搭載位置の周辺部を塑性変形させることにより、上記２個以上の光部品の相対位置を調整する工程を施したことを特徴とする光モジュールの製造方法。
- ２個以上の光部品の相対位置を調整する工程の後に、上記２個以上の光部品の位置関係を固定する工程を施したことを特徴とする請求項５記載の光モジュールの製造方法。
- ２個以上の光部品の相対位置を調整する工程の前に、基板の周辺部を固定し、上記２個以上の光部品を外力より遮断する工程を施したことを特徴とする請求項５記載の光モジュールの製造方法。
- ２個以上の光部品の相対位置を調整する工程の後に、２個以上の光部品の位置関係を固定すると同時に２個以上の光部品を外気より遮断する工程を施すことを特徴とする請求項５記載の光モジュールの製造方法。
- 搭載位置の周辺部を塑性変形させる手段は、搭載位置の周辺部への局部加熱による手段であることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の光モジュールの製造方法。
- ２個以上の光部品を光学的に結合し、光モジュールを製造する方法において、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部に溝を形成する工程、上記基板上に上記光部品を搭載する工程、上記２個以上の光部品と空隙を介して、上記２個以上の光部品を覆うように、少なくとも一部分が透明樹脂よりなる構造体を配設し、上記２個以上の光部品を外力より遮断する工程、および上記透明樹脂を透過させて外部から上記搭載位置の周辺部を局部加熱し、上記搭載位置の周辺部を塑性変形させることにより、上記２個以上の光部品の相対位置を調整する工程を施したことを特徴とする光モジュールの製造方法。
- ２個以上の光部品の相対位置を調整する工程の前に、２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部を、予め定めた方向に塑性変形させておくことを特徴とする請求項５ないし１０のいずれかに記載の光モジュールの製造方法。
- 基板上に光部品を搭載する工程において、２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品を、予め定めた方向にずらして実装することを特徴とする請求項５ないし１０のいずれかに記載の光モジュールの製造方法。
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