JP2016115720A - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性の高い光モジュールを製造し得る光モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】 光モジュール１の製造方法は、筐体の底板となる底面が平面状のベースプレート２を凸状の加熱面８ｓを有するヒーター８上に底面が加熱面８ｓに沿うように固定するプレート固定工程Ｐ２と、光学部品を搭載するサブマウント４をベースプレート２上にはんだ付けするサブマウントはんだ付工程Ｐ３と、サブマウント４がはんだ付けされたベースプレート２のヒーター８への固定を解放するプレート解放工程Ｐ４と、を備える。【選択図】 図１０

Description

本発明は、光モジュールの製造方法に関し、信頼性の高い光モジュールを製造する場合に好適なものである。

光モジュールの一つとして、レーザダイオードから出射する光が光ファイバを介して出射する光モジュールが知られている。この光モジュールでは、筐体内から筐体外に光ファイバが導出されており、筐体内には、レーザダイオード、ミラー、レンズ、光ファイバ等の光学部品が配置されている。それぞれのレーザダイオードから出射する光は、集光された後に光ファイバに入射して、筐体外において光ファイバから出射する。

このような光モジュールとして、光学部品をサブマウントに配置した後、当該サブマウントを筐体の底板上に配置するものがある。このような光モジュールは、光学部品が配置されたサブマウントを筐体内に配置し、サブマウントの底面がはんだ付けにより筐体の底板上に固定される。

下記特許文献１には、このような光モジュールが記載されている。特許文献１に記載の光モジュールでは、サブマウントの四隅にサブマウントと底板との間に介在するスペーサが配設されており、サブマウントは底板との間に広がった半田によって底板に接合されている。

特開２０１３−４７５２号公報

一般に、サブマウントは、使用時に温度が上昇する場合であっても光学部品同士の相対的位置が変化しないよう窒化アルミ等の線膨脹係数の比較的小さな材料から成る。一方、筐体は、一般に、取り扱いの容易性やコストから銅等の比較的線膨脹係数の大きな材料から成る。このためサブマウントを筐体の底板にはんだ付けにより固定した後、サブマウント及び底板の温度が下がると、バイメタル効果により底板におけるサブマウントの中心付近がサブマウント側に盛り上がるようにして底板が変形する傾向がある。従って、底板は、サブマウントと底板とを接続するはんだの外周側において、サブマウントから離れようとする。このためサブマウントと底板とを接続するはんだには、サブマウントの中心付近と比較して外周部には強い引っ張り応力が掛かる。この様にはんだの外周側で引っ張り応力が掛かると、はんだにクラックが入る可能性があり、光モジュールの信頼性低下が懸念される。

そこで、本発明は、信頼性の高い光モジュールを製造し得る光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光モジュールの製造方法は、筐体の底板となる底面が平面状のベースプレートを凸状の加熱面を有するヒーター上に前記底面が前記加熱面に沿うように固定するプレート固定工程と、前記ベースプレートよりも線膨脹係数が小さなサブマウントを前記ベースプレート上にはんだ付けするサブマウントはんだ付工程と、前記サブマウントがはんだ付けされた前記ベースプレートの前記ヒーターへの固定を解放するプレート解放工程と、を備えることを特徴とするものである。

底面が平面状のベースプレートを凸状の加熱面に沿うように固定することで、ベースプレートは反った状態となる。この状態で、ベースプレートとサブマウントとをはんだ付けすると、はんだの外周付近におけるベースプレートとサブマウントとの距離は、はんだの中心付近におけるベースプレートとサブマウントとの距離よりも大きくなる。その後、ベースプレートをヒーターから解放すると、ベースプレートは反った状態から元の平板状の状態に戻ろうとして、はんだの外周付近において、ベースプレートがサブマウント側に移動しようとして、はんだに圧縮応力を加える。その一方、はんだ付けが終了することでベースプレートの温度が下がると、上記のバイメタル効果により、はんだの外周付近においてベースプレートがサブマウントから離れようとして、はんだに引っ張り応力を加える。このようにベースプレートが元に戻ろうとする力とバイメタル効果による力とが相反する方向に働くため、はんだの外周部における上記引っ張り応力が緩和される。従って、本発明の光モジュールの製造方法によれば、はんだにクラックが入る懸念が低減され、信頼性の高い光モジュールを製造することができる。

また、前記サブマウントはんだ付工程において、前記サブマウントを前記ベースプレート側に押圧することが好ましい。

サブマウントを上記のように押圧することで、はんだの中心部付近の厚みを小さくすることができ、ベースプレートとサブマウントとのはんだ付けをより適切に行うことができる。

また、前記サブマウントはんだ付工程において、前記サブマウントを振動させることが好ましい。

光モジュールの故障モードとして、ベースプレート或いはサブマウントとはんだとの間で故障する界面剥離モードと、はんだの内部で故障する凝集破壊モードとを挙げることができる。サブマウントを振動させるスクラブを行うことで、溶融したはんだ内部の気泡を外部に放出して、凝集破壊モードを防ぐことができる。特にサブマウントをベースプレート側に押圧しながらサブマウントを振動させる場合においては、はんだの酸化膜を破ることができるため、界面破壊モードを防ぐことができるため好ましい。

また、前記プレート解放工程の後、前記サブマウントと前記ベースプレートとを接続するはんだの外周側には、圧縮応力が掛かることが好ましい。

光モジュールを使用するために光モジュールの底板をヒートシンクに固定すると、固定による応力により底板は上記バイメタル効果による変形と同じ方向に変形する傾向がある。このような変形が生じると、底板とサブマウントとを接続するはんだの外周側に引っ張り応力が掛かる。そこで、上記のようにプレート解放工程後にはんだの外周側に圧縮応力が掛かっていれば、上記底板が変形するはんだの外周側にかかる引っ張り応力が緩和される。従って、信頼性のより高い光モジュールとすることができる。

以上のように、本発明によれば、信頼性の高い光モジュールを製造し得る光モジュールの製造方法が提供される。

本発明の実施形態に係る光モジュールを示す図である。 図１に示す光モジュールを別の視点から示す図である。 図１に示す光モジュールの蓋体を外した図である。 サブマウントがベースプレートに固定された様子を示す断面図である。 図１に示す蓋体を裏面から見る図である。 光モジュールの製造方法の工程を示すフローチャートである。 部品固定工程の様子を示す図である。 プレート固定工程の様子を示す図である。 プレート固定工程後の様子を示す図である。 サブマウントはんだ付工程後の様子を示す図である。 蓋体固定工程の様子を示す図である。

以下、本発明に係る光モジュールの製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

＜光モジュール＞
まず、本実施形態の光モジュールについて説明する。

図１は、本実施形態に係る光モジュールを示す図であり、図２は、図１に示す光モジュールを別の視点から示す図である。

図１、図２に示すように、本実施形態の光モジュール１は、ベースプレート２及び蓋体３から成る筐体と、筐体内に固定される光ファイバ５０を含む後述の光学部品と、一部の光学部品に電力を供給するコネクタ４１とを備えている。

図３は、図１に示す光モジュールの蓋体を外した図である。なお、図３では破線で光の様子が示されている。ベースプレート２は、筐体の底板となる底面が平面状のプレートであり、本実施形態では図３に示すように平板状の部材である。ベースプレート２は金属から成り、ベースプレート２を構成する金属としては銅やステンレススチール等を挙げることができる。ベースプレート２には外周部に複数のねじ孔２７が形成されている。

ベースプレート２上には、サブマウント４が固定されている。サブマウント４は、ベースプレート２側の底面の全面がはんだによりベースプレート２に固定されている。サブマウント４は、平板状の基板であり、ベースプレート２よりも線膨脹係数が小さな材料から成る。例えば、ベースプレート２が銅から成る場合、サブマウント４は窒化アルミからなる。このようにサブマウント４が小さい線膨脹係数の材料から成る理由は、サブマウント４上には光学部品が配置されるため、使用時において光学部品が発する熱によりサブマウント４が膨張して光モジュール１の光学的特性が変化することを抑制するためである。

サブマウント４上には、光ファイバ５０を含む光学部品が固定されている。本実施形態の光学部品は、レーザダイオード１１、コリメートレンズ１６、ミラー１３、第１集光レンズ１４、第２集光レンズ１５、光ファイバ５０を含んで構成される。

光源である複数のレーザダイオード１１は、複数の半導体層が積層されて成るファブリペロー構造を有する素子であり、例えば波長が９００ｎｍ帯のレーザ光を出射する。それぞれのレーザダイオード１１は、レーザマウント１２上にはんだ等により固定されており、レーザマウント１２を介してサブマウント４上に固定されている。レーザマウント１２は、レーザダイオード１１の高さを調整するための台であり、それぞれのレーザマウント１２は、サブマウント４における所定位置に例えばはんだ付け等により固定されている。なお、このようにレーザマウント１２がサブマウント４と別体とされて、レーザマウント１２がサブマウント４上に固定されても良いが、レーザマウント１２がサブマウント４と一体に成型されても良い。或いは、レーザダイオード１１の高さ調整が不要の場合、このレーザマウント１２は省略されても良い。

コリメートレンズ１６は、それぞれのレーザダイオード１１に対応してレーザマウント１２上に配置されている。コリメートレンズ１６は、レーザダイオード１１から出射する光のファスト軸方向の光、スロー軸方向の光をコリメートするレンズであり、一般的にファスト軸方向の光をコリメートするレンズ、スロー軸方向の光のコリメートするレンズの組み合わせからなる。またコリメートレンズ１６は、レーザダイオード１１と共にレーザマウント１２上に接着等により固定されている。なお、上記のようにレーザマウント１２が省略される場合、コリメートレンズ１６は、レーザダイオード１１と共にサブマウント４上に固定される。

ミラー１３は、それぞれのレーザダイオード１１に対応してサブマウント４上に配置されている。それぞれのミラー１３は、対応するレーザダイオード１１から出射しコリメートレンズ１６でコリメートされた光を反射して、ミラー１３に入射する光に対してサブマウント４の面方向に沿って垂直に出射するよう調整されている。本実施形態のミラー１３は、プリズムから構成されており、サブマウント４上に接着剤により固定されている。なお、ミラー１３は、反射膜が形成されたガラス体のように、プリズム以外から構成されても良い。

また、第１集光レンズ１４及び第２集光レンズ１５は、それぞれシリンドリカルレンズから成り、サブマウント４に接着により固定されている。第１集光レンズ１４は、それぞれのミラー１３で反射される光をファスト軸方向に集光し、第２集光レンズ１５は、第１集光レンズ１４から出射する光をスロー軸方向に集光する。こうして、第２集光レンズ１５から出射する光は所定の位置において光を集光する。なお、第２集光レンズ１５から出射する光が所望の位置で集光しない場合には、第２集光レンズ１５から出射する光を集光する集光レンズが更にサブマウント４上に配置されても良い。

光ファイバ５０は、パイプ状のホルダ５１に挿通されて、ホルダ５１に固定されている。本実施形態では、光ファイバ５０の光の入射端となる一端がホルダ５１から僅かに導出されている。ホルダ５１はファイバマウント５２に固定され、ファイバマウント５２はサブマウント４に固定されている。光ファイバ５０の一端は、第２集光レンズ１５から出射する光が、コアに入射可能な位置とされる。なお、本実施形態では、光ファイバ５０はホルダ５１に接着剤やはんだ付けにより固定されており、ホルダ５１はファイバマウント５２に接着されることで固定され、ファイバマウント５２はサブマウント４に接着により固定されている。

コネクタ４１は、一対の棒状の導体から形成されており、それぞれの導体は一対のコネクタホルダ４２に固定されている。それぞれのコネクタホルダ４２は、サブマウント４に接着されて固定されている。コネクタ４１の一方の導体は、コネクタ４１に最も近いレーザダイオード１１と図示しない金線により接続されており、それぞれのレーザダイオード１１は図示しない金線によりデイジーチェーン接続されている。また、コネクタ４１から最も離れたレーザダイオード１１は、コネクタ４１の他方の導体に図示しない金線により接続されている。

図４は、光学部品やコネクタが配置されたサブマウント４がベースプレート２に固定された様子を示す断面図である。なお、図４は理解の容易のため、特定のレーザダイオード１１から出射する光の光路に沿った図３の断面図としている。上記のようにサブマウント４は、ベースプレート２側の底面の全面がはんだ７によりベースプレート２に固定されている。この状態において、ベースプレート２は、サブマウント４の中心付近がサブマウント４側に盛り上がるようにして僅かに反っている。従って、サブマウント４の外周付近におけるベースプレート２とサブマウント４との距離は、サブマウント４の中心付近におけるベースプレート２とサブマウント４との距離よりも大きくされており、具体的には、はんだ７がサブマウント４の中心からサブマウント４の外周にかけて徐々に厚くされている。このため、サブマウント４の外周付近におけるはんだ７の厚みは、サブマウント４の中心付近におけるはんだ７の厚みよりも大きくされている。そして、本実施形態では、サブマウント４の外周付近、すなわちはんだの外周付近では、はんだに対してサブマウント４とベースプレート２とから受ける力により、サブマント及びベースプレート２の面方向に垂直な方向に圧縮応力が掛かっている。

図５は、図１に示す蓋体を裏面から見る図である。図５に示すように、本実施形態の蓋体３は、金属板がプレス加工されて成り、トッププレート３１と、枠体３２と、鍔部３３とから成る。

トッププレート３１は、筺体の天板となる部位であり、平板状の部材からなる。枠体３２は、トッププレート３１の周縁においてトッププレート３１に垂直に連結される部位である。また、枠体３２は、図１、図２に示すように蓋体３がベースプレート２上に配置された状態で、サブマウント４及びサブマウント４上の光学部品等を囲む大きさとされる。また、枠体３２には、光ファイバ５０を筺体内から筺体外に導出するための切り欠き３５ａ、および、コネクタ４１を筺体内から筺体外に導出するための切り欠き３５ｂが形成されている。鍔部３３は、枠体３２のトッププレート３１側とは反対側において、枠体３２に連結される部位であり、枠体３２に対して垂直（トッププレート３１と平行）に枠体３２の外側に広がるように延在している。また、鍔部３３における枠体３２のそれぞれの切り欠き３５ａ，３５ｂと隣り合う位置は、それぞれ切り欠かれている。また、鍔部３３には、複数のねじ孔３７が形成されており、これらのねじ孔３７が形成されている位置は、図１、図２に示すように蓋体３がベースプレート２上に配置された状態で、ベースプレート２に形成されたねじ孔２７と重なる位置とされている。

この蓋体３が、図１、図２に示すように、ベースプレート２上に配置された状態で、ベースプレート２と蓋体３とは、ベースプレート２のそれぞれのねじ孔２７と蓋体３のそれぞれのねじ孔３７とに螺入される複数のねじ２５により固定される。なお、特に図示しないが、本実施形態では、ベースプレート２と蓋体３の鍔部３３との間にシリコン樹脂が介在して、ベースプレート２と鍔部３３との間の気密が保たれている。

また、このように蓋体３が筐体の底板であるベースプレート２上に配置された状態で、図１に示すように、ホルダ５１が光ファイバ５０と共に切り欠き３５ａから導出している。そして、切り欠き３５ａにおいて、ホルダ５１と枠体３２との間には、ブッシュ５５が配置されて、ホルダ５１と枠体３２との間の隙間が埋められている。こうして、切り欠き３５ａにおける枠体３２と光ファイバとの間の隙間はブッシュ５５により封止されている。ブッシュ５５は、少なくとも枠体３２と接する部位が弾性変形可能な構成とされる。このようなブッシュ５５の構成としては、例えば、枠体３２と接する部位、ベースプレート２と接する部位及びホルダ５１と接する部位が変性シリコーン樹脂を主成分とする接着性の樹脂からなり、当該接着性の樹脂で囲まれる部位がポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）等の硬質な樹脂から成ることが挙げられる。なお、ブッシュ５５全体が弾性変形可能な樹脂から構成されても良い。

また、蓋体３がベースプレート２上に配置された状態で、図２に示すように、コネクタ４１が切り欠き３５ｂから導出している。そして、コネクタ４１と枠体３２との間には、ブッシュ４５が配置されており、切り欠き３５ｂにおける枠体３２とコネクタ４１との間の隙間はブッシュ４５により封止されている。ブッシュ４５は、少なくとも枠体３２と接する部位が弾性変形可能な樹脂からなり、例えば、ブッシュ５５と同様の樹脂からなる。

このような光モジュール１が使用される場合、レーザダイオード１１から発生する熱によりサブマンウト４が変形して光モジュール１の光学的特性が変化することを防止するために、光モジュール１は、シートシンクに取り付けられる。このように光モジュール１がヒートシンクに取り付けられる場合、光モジュール１の底板であるベースプレート２は、その中心付近が筐体の内側に盛り上がるようにして僅かに変形する場合がある。この場合、サブマウント４は平板状を保とうとするため、サブマウント４の外周側では、ベースプレート２とサブマウント４とが離れようとする。このため、ベースプレート２とサブマウント４とを接続するはんだ７の外周側には引っ張り応力が掛かる。しかし、本実施形態の光モジュール１では、上記のようにサブマウント４とベースプレート２とを接続するはんだ７の外周側に圧縮応力が掛かっているため、この圧縮応力と引っ張り応力とが相殺されて、はんだに掛かるサブマウント４に垂直な方向の応力が低減される。従って、本実施形態の光モジュールは、はんだ７にクラックが入ることが抑制されており、高い信頼性を有する。

次に、光モジュール１の光学的な動作について説明する。

コネクタ４１からそれぞれのレーザダイオード１１に所望の電力が供給されると、図２に示すように、それぞれのレーザダイオード１１は、それぞれのレーザダイオード１１に対応するそれぞれのコリメートレンズ１６に向かって光を出射する。この光は、上記のように例えば波長が９００ｎｍ帯のレーザ光とされる。それぞれのコリメートレンズ１６では、レーザダイオード１１から出射する光をコリメートして出射する。それぞれのコリメートレンズ１６から出射した光は、対応するそれぞれのミラー１３に入社する。それぞれのミラー１３は、入射する光を反射して、ミラー１３に入射する光に対して、ベースプレート２の面方向に沿った垂直な方向に出射する。ミラー１３から出射した光は第１集光レンズ１４に入射して、第１集光レンズ１４により光のファスト軸方向が集光される。第１集光レンズ１４から出射する光は、第２集光レンズ１５に入射して、第２集光レンズ１５により光のスロー軸方向が集光される。第２集光レンズ１５により集光された光は、光ファイバ５０のコアに入射して、光ファイバ５０を伝搬する。こうして、光ファイバ５０の他端から光が出射する。

このように光モジュール１が動作する際、入力する電力の一部が光エネルギーとして出射するが、他の一部は熱エネルギーとなる。この熱エネルギーの多くはレーザダイオード１１から発生し、レーザダイオード１１で発生する熱の多くはサブマウント４を介してベースプレート２に伝達して、ベースプレート２の温度を上げようとするが、ベースプレート２は、ベースプレート２の下面に設置されるヒートシンクにより冷却される。

＜光モジュールの製造方法＞
次に本実施形態の光モジュールの製造方法について説明する。

図５は、本実施形態の光モジュール１の製造方法の工程を示すフローチャートである。図５に示すように、本実施形態の光モジュールの製造方法は、部品固定工程Ｐ１と、プレート固定工程Ｐ２と、サブマウントはんだ付け工程Ｐ３と、プレート解放工程Ｐ４と、蓋体固定工程Ｐ５とを備える。

（部品固定工程Ｐ１）
部品固定工程Ｐ１は、サブマウント４上に配置されたレーザダイオード１１から出射する光が光ファイバ５０に入射するように、レーザダイオード１１を含む光学部品及び光ファイバ５０の入射端をサブマウント４上に固定する工程である。図７は、本工程の様子を示す図である。

レーザダイオード１１は、上記のようにレーザマウント１２を介してサブマウント４上に固定される。従って、レーザダイオード１１をサブマウント４上に配置する前に、レーザダイオード１１をレーザマウント１２上に配置して固定する。固定は、例えばはんだ付けにより行う。また、コリメートレンズ１６は、レーザダイオード１１と同様にレーザマウント１２を介してサブマウント４上に固定される。従って、レーザダイオード１１からの光がコリメートレンズ１６に入射するようにコリメートレンズ１６をレーザマウント１２上に固定する。本固定は、例えば接着により行う。このようにレーザダイオード１１及びコリメートレンズ１６が固定された後、レーザダイオード１１及びコリメートレンズ１６が搭載されたレーザマウント１２をサブマウント４上に配置して固定する。本固定は、例えばはんだ付けにより行う。

コネクタ４１は、上記のようにコネクタホルダ４２を介してサブマウント４上に配置される。従って、コネクタ４１をサブマウント４上に配置する前に、それぞれの棒状の導体をコネクタホルダ４２に挿通して、導体をコネクタホルダに固定する。この固定は、例えば接着により行う。そして、導体が固定されたそれぞれのコネクタホルダ４２をサブマウント４上に配置して固定する。この固定は、例えば接着により行う。次に、コネクタ４１の一方の導体と最もコネクタ４１に近いレーザダイオード１１とを金線により接続し、さらに、それぞれのレーザダイオード１１を金線によりデイジーチェーン接続し、さらに、コネクタ４１から最も離れたレーザダイオード１１とコネクタ４１の他方の導体とを金線により接続する。こうして、コネクタ４１とそれぞれのレーザダイオード１１とが電気的に接続され、コネクタ４１を介してそれぞれのレーザダイオード１１に電力を供給可能な状態となる。

光ファイバ５０は、上記のように、ホルダ５１に固定された状態で、ファイバマウント５２を介して、サブマウント４上に配置される。従って、光ファイバ５０をサブマウント４上に配置する前に、光ファイバ５０をホルダ５１に挿通して固定する。この際、図６に示すように、事前に光ファイバ５０にブッシュ５５を挿通しておく。更に、光ファイバ５０が被覆層で被覆されている場合には、光ファイバ５０の入射端となる一方の端部から所定の距離だけ被覆層を剥離する。そして、光ファイバ５０をホルダ５１に挿通して、光ファイバ５０をホルダに固定する。このとき、本実施形態では、ホルダ５１から光ファイバ５０の入射端が僅かに導出された状態とする。光ファイバ５０のホルダ５１への固定は、はんだ付けや熱硬化性樹脂等の樹脂等により行えばよい。次に、ホルダ５１をファイバマウント５２に固定する。この固定は、例えば接着により行う。なお、ホルダ５１とファイバマウント５２とが一体形成されていても良い。そして、光ファイバ５０が固定されたファイバマウント５２をサブマウント４上に配置して固定する。この固定は、例えば接着により行う。

第１集光レンズ１４、第２集光レンズ１５は、上記のようにサブマウント４上に直接配置され固定される。この固定は、例えば接着により行う。具体的には、サブマウント４上の第１集光レンズ１４、第２集光レンズ１５が配置されるそれぞれの位置に接着剤を塗布して、接着剤が塗布されたサブマウント４上に第１集光レンズ１４、第２集光レンズ１５を配置して、接着剤を固化することで固定する。

それぞれのミラー１３は、上記のようにサブマウント４上に直接配置され固定される。この固定は、例えば接着により行う。具体的には、サブマウント４上のミラー１３が配置されるそれぞれの位置に接着剤を塗布して、接着剤が塗布されたサブマウント４上にミラー１３を配置して、接着剤を固化することで固定する。

なお、全ての光学部品及び光ファイバ５０をサブマウント４上に固定する前に、レーザダイオード１１から出射しコリメートレンズ１６を介してミラー１３に入射する光が光ファイバ５０のコアの入射するように、いずれかの光学部品或いは光ファイバ５０をサブマウント４上において、位置の微調整をする必要がある。ミラー１３の位置を微調整する。具体的には、ミラー１３以外の光学部品及びコネクタ４１がサブマウント４上に固定し、コネクタ４１から電力を供給することでレーザダイオード１１から光が出射可能な状態とする。また、光ファイバ５０をサブマウント４上に固定する。その後、接着剤が塗布されたサブマウント４上にミラー１３を配置して、コネクタ４１から電力をレーザダイオード１１に印加し、それぞれのレーザダイオード１１から光を出射する。このレーザダイオード１１から出射する光が光ファイバ５０のコアに入射するようにそれぞれのミラー１３の位置を微調整する。例えば、光ファイバ５０の他端から出射する光のエネルギーが最大となるように、ミラー１３の位置を微調整する。こうしてミラー１３の位置が確定する。そして、ミラー１３の位置が確定した後に、ミラー１３が配置されている接着剤を固化して、ミラー１３を固定する。

こうして、図２に示すようにそれぞれの光ファイバを含む光学部品、コネクタ４１がサブマウント４上に固定される。

（プレート固定工程Ｐ２）
プレート固定工程Ｐ２は、ベースプレート２をヒーター上に固定する工程である。図８は本工程の様子を示す図であり、図９は本工程後の様子を示す図である。

図８に示すようにヒーター８の上面である加熱面８ｓは凸状の形状とされている。サブマウント４が配置される領域の中心が凸状の加熱面８ｓの最上部に位置するようにベースプレート２をヒーター８上に配置する。上記のようにベースプレート２の底面は平面状であるため、ベースプレート２の外周付近はヒーター８の加熱面８ｓから離れ、ベースプレート２の中心付近はヒーター８の加熱面８ｓに接触する。

次にベースプレート２をヒーター８に固定する。固定は、例えば、図９に示すように、ベースプレート２のねじ孔２７にねじ８１を螺入することで、ヒーター８にねじ止めすることで行う。この場合、ヒーター８にはねじ孔２７に対応する位置にねじ孔が形成されている。そして、ベースプレート２の底面がヒーター８の加熱面８ｓに沿うように、ベースプレート２が変形するまでねじ８１を締める。こうして、図９に示すように、ベースプレート２の底面が加熱面８ｓに沿うように、ベースプレート２がヒーター８に固定される。

（サブマウントはんだ付工程Ｐ３）
サブマウントはんだ付工程Ｐ３は、光学部品が搭載されたサブマウント４をベースプレート２上にはんだ付けする工程である。図１０は、本工程後の様子を示す図である。なお、本工程までにサブマウント４上に光学部品が搭載されれば、上記部品固定工程Ｐ１とプレート固定工程Ｐ２とが逆に順に行われても良い。

本工程では、ベースプレート２におけるサブマウント４が配置される領域にはんだペーストを塗布する。なお、当該はんだペーストの塗布は、プレート固定工程Ｐ２の前に行われても良い。

次に、ベースプレート２に塗布されたはんだペースト上に光学部品が搭載されたサブマウント４を配置する。このとき、ベースプレート２の最上部にサブマウント４の中心が位置するようにサブマウント４を配置することが好ましい。

その後、ヒーター８をはんだペーストが溶融する温度まで加熱して、はんだペーストを溶融する。このとき、サブマウント４をベースプレート２側に押圧することが好ましい。この押圧は、例えば、サブマウント４を吸着コレットに固定し、当該吸着コレットをベースプレート２側に押しつけるようにしてサブマウント４に荷重を掛ければよい。このようにサブマウント４を押圧することで、はんだ７の中心部付近の厚みを小さくすることができ、ベースプレート２とサブマウント４とのはんだ付けをより適切に行うことができる。またこのとき、サブマウント４を振動させることが好ましい。この振動は、上記コレットを振動させればよい。なお、上記サブマウント４の押圧と振動の一方のみを行っても良い。光モジュール１の故障モードとして、ベースプレート２或いはサブマウント４とはんだ７との間で故障する界面剥離モードと、はんだ７の内部で故障する凝集破壊モードとを挙げることができる。はんだ７が溶融している間に、サブマウント４を振動させるスクラブを行うことで、溶融したはんだ７の内部の気泡を外部に放出して、凝集破壊モードを防ぐことができる。また、上記のようにサブマウント４をベースプレート２側に押圧している状態で、サブマウント４を振動させる場合においては、はんだ７の酸化膜を破ることができるため、界面破壊モードを防ぐことができるため好ましい。

その後、はんだが固化する温度までヒーター８の温度を下げ、はんだを固化する。こうして、図１０に示すようにはんだ７によりサブマウント４がベースプレート２上に固定された状態となる。

（プレート解放工程Ｐ４）
プレート解放工程Ｐ４は、ベースプレート２のヒーター８への固定を解放する工程である。

上記のように本実施形態では、ベースプレート２がヒーター８にねじ止めされている。従って、このねじ８１を外すことで、ベースプレート２をヒーター８から解放する。こうして、図３、図４に示すように、光学部品等が搭載されたサブマウント４が、はんだ７によりベースプレート２上に固定された状態となる。

なお、ベースプレート２がヒーター８に固定されている状態では、上記のように、ベースプレート２はヒーター８の加熱面８ｓに沿って変形している。このため、ベースプレート２をヒーター８から解放すると、ベースプレート２の弾性力により、ベースプレート２は元の状態に戻ろうとする。このベースプレート２の元に戻ろうとする力により、はんだ７の外周部付近には、ベースプレート２とサブマウント４とから圧縮応力が掛かる。また、はんだ７の中心部付近では、ベースプレート２とサブマウント４とが離れようとするため、はんだ７に引っ張り応力が掛かる。

一方、はんだ７が固化して更にベースプレート２の温度が低下すると、ベースプレート２の線膨脹係数とサブマウント４の線膨脹係数との差により、バイメタル効果が生じる。このバイメタル効果により、ベースプレート２におけるはんだ付けされている領域の中心付近がサブマウント側に盛り上がるようにして、ベースプレート２は変形しようとする。一方、サブマウント４は、ベースプレート２に比べて変形しようとしない。このバイメタル効果によるベースプレートが変形しようとする力により、はんだ７の外周部付近には引っ張り応力が掛かる。また、はんだ７の中心部付近では、はんだ７に圧縮応力が掛かる。

このため、上記のベースプレート２の弾性力によりはんだ７に掛かる応力と、ベースプレート２のバイメタル効果による変形ではんだ７に掛かる応力とが相殺し合って、はんだ７に応力が小さくなる。なお、本実施形態では、ベースプレート２がヒーター８から解放され、ベースプレート２が冷却した後、はんだ７の外周部付近に圧縮応力が掛かっている状態とされる。すなわち、バイメタル効果に起因してはんだ７に掛かる応力よりも、ベースプレート２の弾性力に起因してはんだ７に掛かる応力が大きい状態とされる。

（蓋体固定工程Ｐ５）
蓋体固定工程は、枠体３２及びトッププレート３１を含む蓋体３をベースプレート２上に固定する工程である。図１１は、本工程の様子を示す図である。

本工程では、まず、光学部品、コネクタ４１が搭載されたサブマウント４がはんだ７により固定されたベースプレート２上に蓋体３を配置する。このとき、枠体３２がサブマウント４を囲むようにして、切り欠き３５ａからホルダ５１と共に光ファイバ５０を枠体３２の外側に導出させると共に、切り欠き３５ｂからコネクタ４１を枠体３２の外側に導出させる。また、ベースプレート２のそれぞれのねじ孔２７と鍔部３３のそれぞれのねじ孔３７とが貫通するように、ベースプレート２と蓋体３とを位置合わせする。なお、上記のようにベースプレート２と蓋体３の鍔部３３との間にシリコン樹脂を介在させる場合には、当該シリコン樹脂を予め鍔部３３におけるベースプレート２側の面に貼り付けておく。こうして、ベースプレート２上に蓋体３が配置される。

次に、互いに貫通したベースプレート２のねじ孔２７と鍔部３３のねじ孔３７のそれぞれにねじ２５を螺入して、蓋体３をベースプレート２上に固定する。更に、上記のように予め光ファイバ５０に挿通しておいたブッシュ５５を切り欠き３５ａに嵌め込んで固定する。また、コネクタ４１のそれぞれの導体をブッシュ４５の孔に挿通して、ブッシュ４５を切り欠き３５ｂに嵌め込んで固定する。ブッシュ５５やブッシュ４５の固定は、例えば接着により行う。

こうして、図１、図２に示す光モジュールを得る。

以上説明したように、本実施形態の光モジュール１の製造方法では、底面が平面状のベースプレート２を凸状の加熱面８ｓに沿うようにヒーター８に固定した状態で、ベースプレート２とサブマウント４とをはんだ付けした後、ベースプレート２を解放する。このため、ベースプレートは弾性力により、反った状態から元の状態に戻ろうとして、はんだの外周付近においてはんだに圧縮応力を加える。一方、はんだ付けが終了することでベースプレート２の温度が下がると、バイメタル効果により、はんだの外周付近においてはんだに引っ張り応力を加える。このため、はんだ７の外周部では、上記のベースプレートの弾性力による圧縮応力により、上記のバイメタル効果による引っ張り応力が緩和される。このため、本実施形態の光モジュール１の製造方法によれば、はんだ７にクラックが入る懸念が低減され、信頼性の高い光モジュールを製造することができる。

また、本実施形態の光モジュール１の製造方法では、プレート解放工程Ｐ４の後、サブマウント４とベースプレート２とを接続するはんだ７の外周側には、圧縮応力が掛かるようにされている。このため、光モジュール１を使用するために光モジュール１の底板を図示しないヒートシンクに固定する際に、ベースプレート２がバイメタル効果による変形と同じ様に変形する場合であっても、はんだの外周側にかかる引っ張り応力が緩和される。従って、光モジュール１はより信頼性を高めることができる。

以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、プレート解放工程Ｐ４の後において、はんだ７には応力が掛かっていない状態とされても良く、はんだ７の外周側にバイメタル効果による引っ張り応力が残存していても良い。ただし、上記のように、プレート解放工程Ｐ４の後、はんだ７の外周側には圧縮応力が掛かることが好ましい。

また、上記実施形態では、筐体の底板となるベースプレート２が平板状であり、枠体３２を有する蓋体３をベースプレート２上に配置する構成とした。しかし、本発明はこのような構成に限らず、例えば、枠体３２が予めベースプレート２に接合されていても良い。この場合、ヒーター８上に上記実施形態と同様にして、ベースプレート２を固定する。その後、サブマウント４を枠体３２内に収まるようにしてはんだペーストが塗布されたベースプレート２上に配置し、予め枠体３２に設けられた孔から光ファイバ５０とコネクタ４１を導出させる。その後、上記実施形態と同様にして、はんだ７によりベースプレート２にサブマウント４を固定し、ベースプレート２をヒーター８から解放する。その後、筐体の天板となるトッププレート３１を枠体３２に固定する。このような工程によっても、光モジュールは製造可能であるが、ベースプレート２を加熱面８ｓに沿ってヒーター８上に固定し易くする観点から、上記実施形態の様に、ベースプレート２が枠体３２を別体とされ、平板状とされることが好ましい。

また、鍔部３３は必須の構成はない。鍔部３３が無い場合、枠体３２を直接ベースプレート２上に固定する。この場合、はんだ付けにより固定したり、枠体３２にねじ孔を形成しておきベースプレート２にねじ止めして固定したりすれば良い。このように鍔部３３を有さない場合、光モジュール１を小型化することができる。ただし、鍔部３３を有することで、安定して容易に枠体３２をベースプレート２上に固定することができる。

また、上記実施形態では、はんだ７がサブマウント４の中心からサブマウント４の外周にかけて徐々に厚くされた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、上記光モジュールの製造方法を用いて製造された光モジュール１において、ベースプレート２の元に戻ろうとする力により、結果として、はんだ７の厚みが全体的に均一とされても良い。

以上説明したように、本発明によれば、信頼性の高い光モジュールを製造し得る光モジュールの製造方法が提供され、例えば、ファイバレーザ装置等の分野において使用することができる。

１・・・光モジュール
２・・・ベースプレート
３・・・蓋体
４・・・サブマウント
８・・・ヒーター
８ｓ・・・加熱面
１１・・・レーザダイオード
１２・・・レーザマウント
１３・・・ミラー
１４・・・第１集光レンズ
１５・・・第２集光レンズ
３１・・・トッププレート
３２・・・枠体
３３・・・鍔部
４１・・・コネクタ
４２・・・コネクタホルダ
４５・・・ブッシュ
５０・・・光ファイバ
５１・・・ホルダ
５２・・・ファイバマウント
５５・・・ブッシュ
Ｐ１・・・部品固定工程
Ｐ２・・・プレート固定工程
Ｐ３・・・サブマウントはんだ付工程
Ｐ４・・・プレート解放工程
Ｐ５・・・蓋体固定工程

Claims (4)

1. 筐体の底板となる底面が平面状のベースプレートを凸状の加熱面を有するヒーター上に前記底面が前記加熱面に沿うように固定するプレート固定工程と、
   前記ベースプレートよりも線膨脹係数が小さなサブマウントを前記ベースプレート上にはんだ付けするサブマウントはんだ付工程と、
   前記サブマウントがはんだ付けされた前記ベースプレートの前記ヒーターへの固定を解放するプレート解放工程と、
   を備える
   ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 前記サブマウントはんだ付工程において、前記サブマウントを前記ベースプレート側に押圧する
   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。
3. 前記サブマウントはんだ付工程において、前記サブマウントを振動させる
   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。
4. 前記プレート解放工程の後、前記サブマウントと前記ベースプレートとを接続するはんだの外周側には、圧縮応力が掛かる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
   
   

Images