JP2016143704A - 複合基板の製造方法 - Google Patents

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隆典 山内
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Abstract

【課題】 第1基板に対する第2基板の位置精度を高くすることができる複合基板の製造方法を提供する。【解決手段】 複合基板の製造方法は、互いに非平行な第1側面120a及び第2側面120bを有する第2基板120を第1基板40上にはんだ付けして成る複合基板CS1の製造方法であって、第1基板上にはんだ7を介して第2基板を配置する第2基板配置工程と、はんだを加熱して第1基板上に第2基板をはんだつけするはんだ付工程と、を備える。第1基板40には、第1側面と当接する第1当接面60a及び第2側面と当接する第2当接面60bを有する位置決め部材が固定され、はんだ付工程において、はんだが溶融した状態で、第1側面と第1当接面とが当接し第2側面と第2当接面とが当接するように第2基板を位置決め部材に押し当てると共に第1基板を振動させる。【選択図】 図5

Description

本発明は、複合基板の製造方法に関し、基板同士を高い精度で接続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。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。このときレーザダイオードから出射する光の方向が設計と異なる場合、光ファイバに効率良く光が入射できない場合がある。従って、レーザダイオードのアライメントは重要である。
ところで、光モジュールとして、レーザダイオードが配置されたレーザマウントがサブマウントに配置されるものがある。この場合、上記のようにレーザダイオードから光が所定の方向に出射する必要があるため、サブマウント上におけるレーザマウントのアライメントが重要となる。下記特許文献1には、光素子を基板上にはんだ付けする光素子の実装方法が記載されている。この実装方法では、光素子及び基板のそれぞれに面積の大きな第1の電極と、第1の電極よりも面積の小さな第2の電極とが形成されることで、面方向のセルフアライメントがなされるとされている。
特開2003−243757号公報
しかし、上記特許文献1は、溶融したはんだの表面張力によりセルフアライメントを行うため、基板の僅かな傾きや外力により、光素子が基板に対してずれやすい。同様のことが第1基板上に第2基板をはんだ付けして複合基板を製造する場合にも生じる。従って、第2基板をより高い位置精度で第1基板上にはんだ付けしたいという要請がある。
そこで、本発明は、第1基板に対する第2基板の位置精度を高くすることができる複合基板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、本発明は、互いに非平行な第1側面及び第2側面を有する第2基板を第1基板上にはんだ付けして成る複合基板の製造方法であって、前記第1基板上にはんだを介して前記第2基板を配置する第2基板配置工程と、前記はんだを加熱して前記第1基板上に前記第2基板をはんだつけするはんだ付工程と、を備え、前記第1基板には、前記第1側面と当接する第1当接面及び前記第2側面と当接する第2当接面を有する位置決め部材が固定され、前記はんだ付工程において、前記はんだが溶融した状態で、前記第1側面と前記第1当接面とが当接し前記第2側面と前記第2当接面とが当接するように前記第2基板を前記位置決め部材に押し当てると共に前記第1基板を振動させることを特徴とするものである。
上記複合基板の製造方法によれば、第1基板に第2基板をはんだ付けする際、はんだの溶融状態において、第2基板を位置決め部材に押し当てるため、はんだの表面張力や意図しない第1基板の傾きにより、第2基板の位置が意図せずずれることを抑制することができる。このとき更に、第1基板に振動を加えるため、第2基板の第1側面と位置決め部材の第1当接面との間や、第2基板の第2側面と位置決め部材の第2当接面との間に隙間ができることを抑制することができる。こうして、位置決め部材と第2基板との小さなずれを抑制でき、第2基板を高い位置精度で第1基板にはんだ付けすることができる。従って、本発明の複合基板の製造方法によれば、第1基板に対する第2基板の位置精度が高い複合基板を製造することができる。
また、前記第2基板配置工程より前に前記位置決め部材を前記第1基板上に固定する固定工程を更に備えても良い。
この場合、位置決め部材を扱いやすい形状や大きさの治具とすることができる。また、はんだ付け工程後に位置決め部材を除去可能なように位置決め部材を固定しても良い。
或いは、前記位置決め部材は、前記第1基板と一体形成されても良い。
この場合、位置決め部材を第1基板上に固定する工程を不要とすることができ、複合基板の製造工程を簡易にすることができる。
また、前記はんだ付工程において、前記第1基板を超音波振動させることが好ましい。
超音波振動とは、20kHzを超える周波数の振動を指す。このような周波数の振動を加えることで、第1基板と第2基板との間の摩擦力を小さくすることができ、第2基板をより高い精度で位置させることができる。また、超音波で振動させることで、溶融したはんだ内の気泡を外部に放出することができる。
また、前記はんだ付工程において、前記第2基板の自重により前記第2基板が前記位置決め部材に押し当てられるように前記第1基板を傾斜することが好ましい。
このように第1基板が傾斜されることで、第2基板を上記位置決め部材に押圧するための治具を第2基板に接触させる必要が無い。従って、簡易な構成で第2基板の位置調整を精度良く行うことができる。
また、前記はんだ付工程において、前記第1基板を前記第1基板の面方向に垂直な方向に沿って振動させることが好ましい。
この場合、振動方向がアライメント方向と垂直になるため、位置決め部材と第2基板とが接触した状態で、振動により位置決め部材が第2基板を押し返して第2基板が治具から離れることを抑制することができる。
或いは、前記はんだ付工程において、前記第1基板を前記第1基板の面方向に沿って振動させることとしても好ましい。
この場合、第2基板が第1基板に対してスクラブされ、溶融したはんだ内の不要な気泡が外部に放出され易くなる。従って、より強固に第2基板と第1基板とをはんだ付けすることができる。
また、前記はんだ付工程において、前記第1基板を下側から振動させることとしても良い。
この場合前記はんだ付工程において、前記第1基板をヒーター上に配置し、前記第1基板を前記ヒーターの振動により振動させることが好ましい。
或いは、前記はんだ付工程において、前記第1基板の上側から前記第1基板を振動させることとしても良い。
また、前記第2基板はレーザダイオードが固定されるレーザマウントであり、前記第1基板は、前記レーザマウントが固定されるサブマウントであることが好ましい。
このようにして製造される複合基板を用いることで、サブマウントを用いた光モジュールを製造することができる。この光モジュールは、レーザマウントが高い位置精度でサブマウント上に固定されるため、光の出射方向を高い精度でコントロールすることができる。
以上のように、本発明によれば、第1基板に対する第2基板の位置精度を高くすることができる複合基板の製造方法が提供される。
本発明の実施形態に係る複合基板の製造方法により製造される複合基板を示す図である。 図1に示す複合基板の製造方法の工程を示すフローチャートである。 位置決め部材固定工程の様子を示す図である。 第2基板配置工程の様子を示す図である。 第2基板はんだ付工程の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る複合基板の製造方法を用いて製造され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。 光モジュールの蓋体を外した図である。 図1に示す蓋体を裏面から見る図である。 図6の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。 位置決め部材固定工程の様子を示す図である。 第2基板配置工程の様子を示す図である。 第2基板はんだ付工程の様子を示す図である。 部品接着工程の様子を示す図である。 サブマウントはんだ付工程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。 図3に示す第1基板と位置決め部材とを一体成形した例を示す図である。
以下、本発明に係る複合基板の製造方法およびそれを用いた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。
(1)複合基板の製造方法
図1は、本実施形態に係る複合基板の製造方法により製造される複合基板を示す図である。図1に示すように、本実施形態の複合基板CS1は、第1基板40上に第2基板120がはんだ70により固定されて成るものである。
第1基板40は、第2基板120の主面よりも大きな主面を有する平板状の基板であり、配線のパターンが形成され回路基板とされている場合や、当該パターンが形成されない場合がある。本実施形態では第1基板40にパターンが形成されていない例を示している。また、第1基板40は、少なくとも第2基板120がはんだ付けされる領域を有し、当該領域がはんだ付け可能とされる限りにおいて、当該領域が目視可能に他の領域と区分けされていている場合と区分けされていない場合とがある。第1基板40の第2基板120とはんだ付けされる領域は、例えば、銅や窒化アルミ等のはんだ付け可能な材料からなる。
第2基板120は、平板状の基板であり、第2基板120を平面視する場合に互いに非平行な第1側面120a及び第2側面120bと有している。本実施形態では、第2基板120は直方体の形状とされ、第1側面120aと第2側面120bとが互いに垂直に隣り合っている。また、第2基板120は、配線のパターンが形成され回路基板とされている場合や、当該パターンが形成されていない場合とがある。第1基板40に配線のパターンが形成されている場合、第2基板120は底面の第1基板40の配線と接続される位置がはんだ付けされる構造とされる。上記のように本実施形態では、第1基板40にパターンが形成されていない例を示しており、第2基板120の底面全体が第1基板40にはんだ付けされている。第2基板120は、例えば、銅、窒化アルミ、はんだ付け可能なセラミック等から成る。
次に、図1に示す複合基板CS1の製造方法について説明する。
図2は、複合基板CS1の製造方法の工程を示すフローチャートである。図2に示すように、本実施形態の複合基板CS1の製造方法は、位置決め部材固定工程P11と、第2基板配置工程P12と、第2基板はんだ付工程P13とを備える。
(位置決め部材固定工程P11)
位置決め部材固定工程P11は、位置決め部材である治具60を第1基板40上に固定する工程である。
図3は、本工程の様子を示す図である。ただし、図3では、理解の容易のため、第1基板40を見る視点を図1に対して第1基板40の面方向に沿って180度変えている。図3に示すように、治具60は、第2基板120の第1側面120aと当接する第1当接面60a及び第2基板120の第2側面120bと当接する第2当接面60bを有している。上記のように、第2基板120の第1側面120aと第2側面120bとは互いに垂直に隣り合っているため、治具60の第1当接面60aと第2当接面60bとは、互いに垂直に隣り合っている。また、本実施形態では、治具60は、概ねL字型の形状をしており、治具60の厚みは、第2基板120の厚みよりも小さくされることが好ましい。
図3において、破線で示す領域120sは、第2基板120が第1基板40上に固定されるべき位置、第2基板120の設計上の固定位置を示す領域である。治具60は、第2基板120が領域120sに固定される場合に、第2基板120の第1側面120aと治具60の第1当接面60aとが当接し第2基板120の第2側面120bと治具60の第2当接面60bとが当接するように、第1基板40上の破線で示す領域60sに固定される。治具60の固定は、例えば、接着剤を用いて固定する。この接着剤は第2基板はんだ付工程P13において溶融しないものであり、このような接着剤としては、例えば、熱硬化性の接着剤を挙げることができる。
(第2基板配置工程P12)
第2基板配置工程P12は、第1基板40上にはんだ70を介して第2基板120を配置する工程である。
図4は、本工程の様子を示す図である。なお、図4は、図3と異なり、図1と同じ視点で第1基板40を見る図である。本工程では、まず、第2基板120の底面にフィルム状のはんだ70を貼り付ける。はんだ70の貼り付けは、スキージ等を用いて第2基板120にフィルム状のはんだ70を押圧することで行う。
次に、図4に示すように、底面にはんだ70が貼り付けられた第2基板120をはんだ70が第1基板40側となるように第1基板40上に配置する。このとき、出来るだけ第2基板120が第1基板40の領域120s上に位置するように、第2基板120を配置する。また、第1基板40上に第2基板120が配置された後に第2基板120の位置を調整しても良い。このとき上記のように治具60の厚みが第2基板120の厚みよりも小さくされていれば、第2基板120の位置を調整する場合に、治具60が邪魔にならず調整し易いため好ましい。こうして、第1基板40上に第2基板120が配置された状態となる。
なお、本実施形態では、はんだ70は第2基板120の底面に貼り付けられたが、第1基板40の領域120s上にはんだ70が貼り付けられても良い。また、フィルム状のはんだ70を用いず、クリーム状のはんだを塗布しても良い。
(第2基板はんだ付工程P13)
第2基板はんだ付工程P13は、はんだ70を加熱溶融して第2基板120を第1基板40上にはんだ付けする工程である。
図5は、本工程の様子を示す図である。図5に示すように、本実施形態では、ヒーター80を用いてはんだ付けを行う。ヒーター80は、加熱面80sが水平に対して傾斜している。加熱面80sの水平に対する傾斜角は、例えば、1度〜2度とされる。また、ヒーター80には、超音波振動装置85が接続されている。この超音波振動装置85が振動することにより、加熱面80sは、加熱面80sに垂直な方向に振動することができる。
本工程では、傾斜した加熱面80s上に第2基板120が配置された第1基板40を配置する。このとき、図5に示すように、治具60が第2基板120よりも下方側となるように配置する。具体的には、第2基板120の第1側面120aよりも治具60の第1当接面60aが下方となるようにし、さらに、第2基板120の第2側面120bよりも治具60の第2当接面60bが下方となるようにして、第1基板40を配置する。この状態において、第1基板40は図示しない手段により加熱面80s上に固定されている。
次に加熱面80s上に第1基板40が配置された状態で、ヒーター80を加熱する。加熱面80sの加熱により第1基板40を介してはんだ70が加熱されて溶融する。溶融したはんだ70により第2基板120は第1基板40に対して移動し易くなる。このため、第2基板120は、自重により下方に移動しようとする。しかし第2基板120の下方には治具60が位置するため、第2基板120の第1側面120aと治具60の第1当接面60aとが当接し、第2基板120の第2側面120bと治具60の第2当接面60bとが当接する。つまり、第2基板120は、第1基板40の傾斜に起因し、自重により、第1基板40の面方向に沿って治具60に押し当てられる。
また、このようにはんだ70が溶融した状態で、超音波振動装置85を振動させ、ヒーター80の加熱面80sを介して第1基板40を下側から超音波振動させる。上記のように超音波振動装置85の振動により加熱面80sは面方向に垂直な方向に振動するため、第1基板40は、第1基板40の面方向に垂直な方向に沿って振動する。こうして、第1基板40が振動しながら、第2基板120は治具60に押し当てられる。このため、第1基板40が振動せずに第2基板120が治具60に押し当てられる場合と比べて、第2基板120の第1側面120aと治具60の第1当接面60aとがより密着し、第2基板120の第2側面120bと治具60の第2当接面60bとがより密着する。
その後、ヒーター80の温度を下げてはんだ70を固化させ、必要に応じて治具60を除去することで、図1に示す複合基板CS1を得る。
本実施形態の複合基板CS1の製造方法によれば、第1基板40に第2基板120をはんだ付けする際、はんだ70の溶融状態において、第1基板40に振動を加えながら第2基板120を治具60に押し当てるため、治具60と第2基板120とが当接する部位の摩擦等を低減することができ、第2基板120の第1側面120aと位置決め部材である治具60の第1当接面60aとの間や、第2基板120の第2側面120bと治具60の第2当接面60bとの間に隙間ができることを抑制することができる。従って、治具60と第2基板との小さなずれを抑制でき、第2基板120を高い位置精度で第1基板40上にはんだ付けすることができる。
また、本実施形態では第1基板40を超音波振動させているため、溶融したはんだ70内の気泡を外部に放出することができる。従って、第1基板40が振動せずに第2基板120が第1基板40にはんだ付けされる場合と比べて、より強固に第2基板120を第1基板40にはんだ付けすることができる。
また、本実施形態では、第1基板40が傾斜した状態ではんだ70が溶融するため、第2基板120の自重により第2基板120が治具60に押し当てられる。従って、第2基板120を治具60に押し当てるための他の治具を第2基板120に接触させる必要が無い。従って、簡易な構成で第2基板120の位置調整を精度良く行うことができる。
また、本実施形態では、第1基板40を第1基板40の面方向に垂直な方向に沿って振動させるため、振動方向がアライメント方向と垂直になる。従って、治具60と第2基板120とが接触した状態で、振動により治具60が第2基板120を押し返して第2基板120が治具から離れることを抑制することができる。
(2)光モジュールの製造方法
次に本実施形態の複合基板の製造方法を用いた光モジュールの製造方法について説明する。
<光モジュール>
まず、光モジュールについて説明する。
図6は、本実施形態に係る光モジュールを示す図であり、図7は、図6に示す光モジュールを別の視点から示す図である。
図6、図7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複合基板及び当該複合基板上に配置される光ファイバ50を含む光学部品と、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8は、光モジュール1の蓋体3を外した図である。なお、図8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8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。本実施形態の光モジュール1では、このサブマウント4が上記複合基板CS1の第1基板40に相当する。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、複数のレーザダイオード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。本実施形態では、レーザダイオード11が7つの例を示している。
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。従って、レーザマウント12の数はレーザダイオード11と同数とされる。本実施形態の光モジュール1では、それぞれのレーザマウント12が上記複合基板CS1の第2基板120に相当する。従って、それぞれのレーザマウント12は、レーザマウント12を平面視する場合に互いに非平行な第1側面12a及び第2側面12bを有している。本実施形態では、それぞれのレーザマウント12は直方体の形状とされ、第1側面120aと第2側面120bとが互いに垂直に隣り合っている。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における外周側の位置に例えばはんだ付け等により固定されている。
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が複合基板CS1の第1基板40に相当し、レーザマウント12が複合基板CS1の第2基板120に相当するため、サブマウント4と複数のレーザマウント12とにより複合基板CS2が構成されている。
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9は、図6、図7に示す蓋体3を裏面から見る図である。図9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6、図7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6、図7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6、図7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との間にシリコーン樹脂が介在して、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6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7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、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。
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8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に入射する。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。
<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10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10に示すように、本実施形態の光モジュールの製造方法は、位置決め部材固定工程P21と、第2基板配置工程P22と、第2基板はんだ付工程P23と、部品接着工程P24と、サブマウントはんだ付工程P25と、蓋体固定工程P26とを備える。
(位置決め部材固定工程P21)
上記のように、サブマウント4が複合基板CS1の第1基板40に相当し、サブマウント4が複合基板CS1の第2基板120に相当するレーザマウント12が複数とされる。従って、本製造方法での位置決め部材固定工程P21は、複合基板CS1の製造方法に用いた治具60と形状が異なる位置決め部材をサブマウント4上に固定する。
図11は、本工程の様子を示す図である。ただし、図11では、理解の容易のため、サブマウント4を見る視点を図8に対してサブマウント4の面方向に沿って180度変えている。図11に示すように、位置決め部材である治具6は、櫛歯状の形状に形成されている。治具6は、それぞれのレーザマウント12の第1側面12aと当接する複数の第1当接面6a、及び、それぞれのレーザマウント12の第2側面12bと当接する複数の第2当接面6bを有している。また、上記のようにレーザマウント12の第1側面12aと第2側面12bとは互いに垂直に隣り合っているため、治具6の互いに隣り合う第1当接面6aと第2当接面6bとは、互いに垂直とされている。また、本製造方法では、治具60の厚みは、図9に示すレーザダイオード11がレーザマウント12上に配置された状態でのレーザマウント12とレーザダイオード11を合わせた厚みよりも小さくされることが好ましい。
図11において、破線で示すそれぞれの領域12sは、レーザマウント12がサブマウント4上に固定されるべき位置、つまりそれぞれのレーザマウント12の設計上の固定位置を示す領域である。治具6は、レーザマウント12が領域12sに固定される場合に、それぞれのレーザマウント12の第1側面12aと治具6のそれぞれの第1当接面6aとが当接し、それぞれのレーザマウント12の第2側面12bと治具6のそれぞれの第2当接面6bとが当接するように、サブマウント4上の破線で示す領域6sに固定される。治具6の固定は、上記複合基板CS1の製造方法において第1基板40に治具60が固定された方法と同様に行う。
(第2基板配置工程P22)
本製造方法での第2基板配置工程P22は、第1基板としてのサブマウント4上にはんだ70を介して第2基板としてのそれぞれのレーザマウント12を配置する工程である。
図12は、本工程の様子を示す図である。なお、図12は、図11と異なり、図8と同じ視点でサブマウント4を見る図である。本工程では、まずレーザマウント12上にレーザダイオード11及びコリメートレンズ16を固定する。レーザダイオード11の固定は、例えばはんだ付けにより行う。コリメートレンズ16は、レーザダイオード11からの光がコリメートレンズ16に入射するようにレーザマウント12上に配置して固定する。コリメートレンズ16の固定は、例えば接着により行う。次に、複合基板CS1の製造方法において第2基板120の底面にフィルム状のはんだ70を貼り付けたのと同様にして、それぞれのレーザマウント12の底面にはんだ70を貼り付ける。
次に、図12に示すように、レーザダイオード11及びコリメートレンズ16が搭載され底面にはんだ70が貼り付けられたそれぞれのレーザマウント12をはんだ70がサブマウント4側となるようにサブマウント4上に配置する。このとき、出来るだけそれぞれのレーザマウント12がサブマウント4の領域12s上に位置するように、それぞれのレーザマウント12を配置する。また、サブマウント4上にレーザマウント12が配置された後にレーザマウント12の位置を調整しても良い。このとき上記のように治具6の厚みがレーザマウント12とレーザダイオード11を合わせた厚みよりも小さくされていれば、レーザマウント12の位置を調整する場合に、治具6が邪魔にならず調整し易いため好ましい。こうして、サブマウント4上にレーザマウント12が配置された状態となる。
なお、本実施形態では、はんだ70はレーザマウント12の底面に貼り付けられたが、複合基板CS1の製造方法と同様に、サブマウント4の領域12s上にはんだ70が貼り付けられても良い。また、フィルム状のはんだ70を用いず、クリーム状のはんだを塗布しても良い。
(第2基板はんだ付工程P23)
本製造方法での第2基板はんだ付工程P23は、はんだ70を加熱溶融して、第2基板としてのそれぞれのレーザマウント12を第1基板としてのサブマウント4上にはんだ付けする工程である。
図13は、本工程の様子を示す図である。図13に示すように、複合基板CS1の製造方法と同様に本製造方法においても、超音波振動装置85が接続され加熱面80sが傾斜したヒーター80を用いてはんだ付けを行う。
まず、加熱面80s上にそれぞれのレーザマウント12が配置されたサブマウント4を配置する。このとき、図13に示すように、治具6がそれぞれのレーザマウント12を支えられるよう、治具6がレーザマウント12よりも下方側となるように配置する。具体的には、それぞれのレーザマウント12の第1側面12aと対向する治具6のそれぞれの第1当接面6aが下方となるようにし、さらに、それぞれのレーザマウント12の第2側面12bと対向する治具6のそれぞれの第2当接面6bが下方となるようにして、サブマウント4を配置する。この状態において、サブマウント4は図示しない手段により加熱面80s上に固定されている。
次に加熱面80s上にサブマウント4が配置された状態で、ヒーター80を加熱してそれぞれのはんだ70を加熱し溶融する。溶融したはんだ70によりそれぞれのレーザマウント12はサブマウント4に対して移動し易くなる。このため、それぞれのレーザマウント12は、自重により下方に移動しようとする。しかしそれぞれのレーザマウント12の下方には治具6が位置するため、それぞれのレーザマウント12の第1側面12aと対向する治具6のそれぞれの第1当接面6aとが当接し、それぞれのレーザマウント12の第2側面12bと対向する治具6のそれぞれの第2当接面6bとが当接する。つまり、複合基板CS1の製造方法と同様に、本製造方法においてもレーザマウント12は、サブマウント4の傾斜に起因して、自重によりサブマウント4の面方向に沿って治具6に押し当てられる。
また、このようにはんだ70が溶融した状態で、複合基板CS1の製造方法と同様に超音波振動装置85を振動させ、ヒーター80の加熱面80sを介してサブマウント4を下側から超音波振動させる。このため、サブマウント4は、サブマウント4の面方向に垂直な方向に沿って振動する。こうして、サブマウント4が振動しながら、それぞれのレーザマウント12は治具6に押し当てられる。このため、サブマウント4が振動せずにそれぞれのレーザマウント12が治具6に押し当てられる場合と比べて、それぞれのレーザマウント12の第1側面12aと治具6のそれぞれの第1当接面6aとがより密着し、それぞれのレーザマウント12の第2側面12bと治具6のそれぞれの第2当接面6bとがより密着する。
その後、ヒーター80の温度を下げてはんだ70を固化させ、必要に応じて治具6を除去することで、サブマウント4とレーザマウント12とを備える複合基板CS2を得る。
(部品接着工程P24)
部品接着工程P24は、サブマウント4上にレーザマウント12を介して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、第2基板はんだ付工程P23までにサブマウント4に搭載されていない光学部品及び光ファイバ50の入射端をサブマウント4上に接着して固定する工程である。図14は、本工程の様子を示す図である。
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8に示すようにそれぞれの光ファイバ50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。
(サブマウントはんだ付工程P25)
サブマウントはんだ付工程P25は、ベースプレート2上に光学部品が搭載されたサブマウント4及びレーザマウント12から成る複合基板CS2を配置してはんだ付けする工程である。図15は、本工程の様子を示す図である。なお、図15は、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断面で示している。
上記のように本実施形態の光モジュール1では、サブマウント4のベースプレート2側の面の全面がはんだ付けされる。そこで、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。
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。その後、ベースプレート2とサブマウント4とをはんだ付けする。このようにはんだ付けするには、図15に示すように、ベースプレート2をヒーター8上に配置してヒーター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。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。なお、少なくともはんだペーストが溶融している状態で、サブマウント4をベースプレート2側に押圧し、振動させることがサブマウント4、ベースプレート2のはんだ濡れ性を向上させ、かつ、溶融したはんだ7内の不要な気泡を外部に放出でき、適切にはんだ付けを行うことができる観点から好ましい。
こうして、図8に示すようにベースプレート2上にサブマウント4がはんだ7により固定された状態となる。
(蓋体固定工程P26)
蓋体固定工程P26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16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との間にシリコーン樹脂を介在させる場合には、当該シリコーン樹脂を予め鍔部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6、図7に示す光モジュール1を得る。
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、上記光モジュール1は、レーザダイオード11が複数であり、レーザマウント12もレーザダイオード11に対応して複数とされた。しかし、本発明により製造される光モジュールはこれに限らず、例えば、レーザダイオード11が1つでありレーザマウント12も1つであっても良い。
また、上記実施形態では、第1基板40やサブマウント4を傾けることにより、第2基板120やレーザマウント12の自重により、第2基板120やレーザマウント12を治具60や治具6に押し当てた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、第2基板120やレーザマウント12を治具に押し当てる他の治具が用いられても良い。この場合、ヒーター80の加熱面80sを傾斜させる必要が無く一般的なヒーターを用いることができる。
また、上記実施形態の第2基板はんだ付工程P13,P23では、超音波振動装置85を用いてヒーター80を振動させることで、第1基板40やサブマウント4を下側から振動させた。しかし、本発明は、第1基板40やサブマウント4に超音波振動装置85を当てて、第1基板40やサブマウント4を上側から振動させても良い。また、超音波よりも周波数で第1基板40やサブマウント4を振動させても良い。また、第1基板40やサブマウント4の面方向に沿って振動させても良い。
また、上記実施形態では、位置決め部材固定工程P11,P21を備え、当該工程で位置決め部材としての治具60,6を第1基板40,4上に固定した。しかし本発明はこれに限らない。例えば、位置決め部材が第1基板と一体成形されるものであっても良い。図17は、図3に示す第1基板40と位置決め部材とを一体成形した例を示す図である。図17において、位置決め部材600は、治具60と同じ大きさ同じ形状であり、治具60の第1当接面60aと同様の第1当接面600a、及び、治具60の第2当接面60bと同様の第1当接面600bを有する。位置決め部材600は、第1基板40を製造する過程で、第1基板40と一体とされて形成される。同様に、図11に示すサブマウント4と治具6と同じ形状の位置決め部材とを一体成形しても良い。このように第1基板と位置決め部材とが一体とされることで、上記実施形態の位置決め部材固定工程P11,P21を不要とすることができ、複合基板CS1,CS2の製造工程を簡易にすることができる。
以上説明したように、本発明によれば、第1基板に対する第2基板の位置精度を高くすることができる複合基板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(第1基板)
6,60・・・治具
6a,60a・・・第1当接面
6b,60b・・・第2当接面
7・・・はんだ
8,80・・・ヒーター
11・・・レーザダイオード
12・・・レーザマウント(第2基板)
12a・・・第1側面
12b・・・第2側面
13・・・ミラー
14・・・集光レンズ
15・・・集光レンズ
16・・・コリメートレンズ
40・・・第1基板
45,55・・・ブッシュ
50・・・光ファイバ
52・・・ファイバマウント
85・・・超音波振動装置
120・・・第2基板
120a・・・第1側面
120b・・・第2側面
CS1,CS2・・・複合基板
P11,P21・・・位置決め部材固定工程
P12,P22・・・第2基板配置工程
P13,P23・・・第2基板はんだ付け付工程
P24・・・部品接着工程
P25・・・サブマウントはんだ付工程
P26・・・蓋体固定工程

Claims (11)

  1. 互いに非平行な第1側面及び第2側面を有する第2基板を第1基板上にはんだ付けして成る複合基板の製造方法であって、
    前記第1基板上にはんだを介して前記第2基板を配置する第2基板配置工程と、
    前記はんだを加熱して前記第1基板上に前記第2基板をはんだつけするはんだ付工程と、
    を備え、
    前記第1基板には、前記第1側面と当接する第1当接面及び前記第2側面と当接する第2当接面を有する位置決め部材が固定され、
    前記はんだ付工程において、前記はんだが溶融した状態で、前記第1側面と前記第1当接面とが当接し前記第2側面と前記第2当接面とが当接するように前記第2基板を前記位置決め部材に押し当てると共に前記第1基板を振動させる
    ことを特徴とする複合基板の製造方法。
  2. 前記第2基板配置工程より前に前記位置決め部材を前記第1基板上に固定する固定工程を更に備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の複合基板の製造方法。
  3. 前記位置決め部材は、前記第1基板と一体形成される
    ことを特徴とする請求項1に記載の複合基板の製造方法。
  4. 前記はんだ付工程において、前記第1基板を超音波振動させる
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の複合基板の製造方法。
  5. 前記はんだ付工程において、前記第2基板の自重により前記第2基板が前記位置決め部材に押し当てられるように前記第1基板を傾斜する
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の複合基板の製造方法。
  6. 前記はんだ付工程において、前記第1基板を前記第1基板の面方向に垂直な方向に沿って振動させる
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の複合基板の製造方法。
  7. 前記はんだ付工程において、前記第1基板を前記第1基板の面方向に沿って振動させる
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の複合基板の製造方法。
  8. 前記はんだ付工程において、前記第1基板を下側から振動させる
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の複合基板の製造方法。
  9. 前記はんだ付工程において、前記第1基板をヒーター上に配置し、前記第1基板を前記ヒーターの振動により振動させる
    ことを特徴とする請求項8に記載の複合基板の製造方法。
  10. 前記はんだ付工程において、前記第1基板の上側から前記第1基板を振動させる
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の複合基板の製造方法。
  11. 前記第2基板はレーザダイオードが固定されるレーザマウントであり、
    前記第1基板は、前記レーザマウントが固定されるサブマウントである
    ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の複合基板の製造方法。
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