JP2009134320A - 光モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【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、上記透明樹脂を透過するレーザまたは紫外線を上記透明樹脂の外部から照射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14
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (6)
- 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、上記透明樹脂を透過するレーザまたは紫外線を上記透明樹脂の外部から照射し上記搭載位置の周辺部をレーザ照射または紫外線照射により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。
- 少なくとも一部分が透明樹脂よりなる構造体は、基板全体を覆うことを特徴とする請求項1に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、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1または2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1または2に記載の光モジュールの製造方法。
- 2個以上の光部品は、発光素子と光ファイバとを含み、上記発光素子と上記光ファイバとの位置ずれを上記光ファイバの受光量により確認するモジュール検査工程をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の光モジュールの製造方法。
- モジュール検査工程後に再度レーザ照射または紫外線照射することを特徴とする請求項5に記載の光モジュールの製造方法。
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