JP4439313B2 - 光学モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスク装置で使用される光ピックアップ、光通信で使用される光送受信器等に設けられる光学モジュールに関する。

周知のように、ＣＤやＤＶＤ等の記録又は再生を行う光ディスク装置では、光ピックアップが使用されている。光ピックアップは、半導体レーザチップ、ハーフミラーや対物レンズ等の各種光学要素、反射光を検出する光検出器、フォーシング方向又はトラッキング方向に対物レンズを移動させるアクチュエータ等で構成されている。各種光学要素は、半導体レーザチップより出射されたレーザ光がディスクに至る光路、及びディスクから送られる反射光が光検出器に至る光路を与える。

光ディスク装置の小型化及び低コスト化を進めるためには、光ピックアップの小型化及び低コスト化が重要な課題となっている。また、ＣＤやＤＶＤ等の記録又は再生が確実に行われるためには、特に、回折格子や偏光ホログラム等の光学要素を具えたホログラムピックアップの場合、半導体レーザチップ、種々の光学要素、及び光検出器の位置を高精度で合わせる必要がある。従来より、これらの事情に基づいて、光ピックアップの構造に関して様々な提案が行われてきた。

例えば、特開１０−１８８３２６号公報に開示された光ピックアップでは(同公報の図１参照)、半導体基板に形成された凹部に面発光レーザ装置が配置されており、該面発光レーザ装置を覆うように、ビームスプリッタが基板に接合されている。該ビームスプリッタ上には、偏光ホログラムを介して対物レンズが接合されている。反射光を検出する光検出器は、基板上に移動可能に設けられたブロックの側面に設けられて、ビームスプリッタと対向するように配置されている。
特開１０−１８８３２６号公報

上記公報に開示された光ピックアップでは、以上の構成によって小型化が図られているが、ビームスプリッタ及び対物レンズを、高精度で位置合わせしながら接合する必要があるので、製造工程が煩雑化してしまう。また、この光ピックアップは、ビームスプリッタ及び対物レンズ等の光学要素に加えて、半導体レーザ装置及び光検出器が別体になっているので部品の数が多い。光ピックアップのコストを低減すると共に、光学要素を高精度で位置決めするためには、光ピックアップを構成する部品の数は、極力少ないことが好ましい。

光通信で用いられる光送受信器も、光ピックアップと同様に、半導体レーザ装置、種々の光学要素及び光検出器を具えているので、上記と同様な理由から、光送受信器を構成する部品の数は少ないことが好ましい。

本発明は、上記の問題を解決するものであり、光ピックアップや光送受信器等で使用される光学モジュール及びその製造方法を提供する。さらに詳細には、光ピックアップや光送受信器を構成する部品の数を低減すると共に、これらの量産性を向上させて製造コストを低減する光学モジュール及びその製造方法を提供する。

本発明の光学モジュールは、外部に送る出射光の経路を与えると共に、外部から送られる入射光の経路を与える光学素子と、前記入射光を検出する光検出器とを含む光学モジュールにおいて、前記光検出器は、基板に形成されており、前記光学素子は、一体的に形成された複数の光学要素で構成されており、さらに、前記光検出器上にて、前記基板と一体的に形成されていることを特徴とする。

さらに、本発明の光学モジュールでは、前記光学素子は、前記複数の光学要素に加えて、光ファイバーが挿入されるスリーブが一体的に形成されて構成されている。

また、本発明の光学システムは、上記の光学モジュールと、出射光を発生するレーザ装置とを具えており、前記レーザ装置と前記光学モジュールとは別体に設けられている。

また、本発明の光学モジュールの製造方法は、基板の表面上に複数の光検出器を形成する工程と、前記基板の前記表面上に第１樹脂層を設ける工程と、前記第１樹脂層を成形することにより、前記複数の光検出器上に、前記基板の表面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の第１部材を夫々作製する工程と、前記傾斜面に対して反射層を作製する工程と、前記第１部材が配置された前記基板の前記表面上に第２樹脂層を設ける工程と、前記第２樹脂層を成形することにより、表面にレンズが一体的に成形された複数の第２部材を前記第１部材上に夫々作製する工程と、前記基板をダイシングすることにより、前記光検出器と前記第１部材、前記反射層及び前記第２部材が一体的に成形されたビームスプリッタとを夫々有するチップに分離する工程とを備える。

光検出器を基板に形成し、ハーフミラー、対物レンズ及び回折格子等の複数の光学要素を光学素子として一体的に構成し、この光学素子を、検出器上にて基板と一体的に形成することによって、光ピックアップや光送受信器等における構成部品の数が低減される。また、このような構成を具える光学モジュールを用いることによって、光ピックアップや光送受信器等の製造工程において、高精度の位置合わせを伴った接合工程を行う回数を少なくできる。

例えば、光学モジュールは次のように製造される。まず、フォトダイオード等を用いた多数の光検出器をＳｉ等のウェハに形成する。このウェハ上に樹脂層を設けて、スタンプ法やドライエッチング法等を用いて成形することを１又は複数回繰り返すことによって、各光検出器上に光学素子を作製する。なお、必要に応じて、蒸着法やスパッタ法等を用いて金属薄膜を形成する工程が、光学素子の作製工程に加えられる。各光検出器上に光学素子が作製されると、ウェハをダイシングしてチップ化することにより、光学モジュールが完成する。このように、本発明の光学モジュールは、ウェハを連続的に処理することによって製造できるので、量産性に優れると共に低コストである。

光通信に用いられる光送受信器等の機器に使用される光学モジュールでは、光ファイバーが挿入されるスリーブを光学要素と一体的に形成することにより、これらの機器の量産性を高めて、コストを低減できる。

本発明の光学モジュールに、レーザ装置を一体化して設けることは可能であるが、上述のように樹脂を成形して光学素子を作製する場合に、例えば光学モジュールと半導体レーザ装置を一体化すると、半導体レーザ装置の劣化が促進されてしまう。樹脂が硬化時に収縮すると共に、樹脂の熱膨張係数が大きいからである。このような理由から、レーザ装置は、光学モジュールと別体にするのが好ましい。さらに、レーザ装置を光学モジュールと別体にすることで、レーザ装置、光学要素及び光検出器からなる光学系の光軸合わせを、レーザ装置の位置調整によって行うことが可能となる。

以下、本発明について図を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施例である光学モジュール(1)、及びこれとレーザ装置を組み合わせた光学システムを示す斜視図である。この光学モジュール(1)は、ＣＤ用の光ピックアップに使用されるものであり、基板(2)に形成された光検出器(3)と、光学素子(5)とを含んでいる。光学素子(5)は、光学モジュール(1)に並置されたレーザチップ(4)が発したレーザ光を、光学モジュール(1)の上方に配置されたディスク(図示せず)に送る光路を与えると共に、このディスクで反射されたレーザ光を光検出器(3)に送る光路を与える(図１及び図４にて、レーザ光の光束を一点鎖線で模式的に示す)。光検出器(3)は、基板(2)の中央部からレーザチップ(4)側にずれた位置にて、基板(2)の上部に形成されており、光学素子(5)は、光検出器(3)を覆うように、基板(2)と一体的に形成されている。光学素子(5)は、略矩形に形成されており、レーザチップ(4)側に位置する側面、及び該側面と繋がる２つの側面は、夫々、その直下にある基板(2)の側面と、略同一平面上に配置されている。

光学素子(5)は、略矩形のハーフミラー(6)、該ハーフミラー(6)の上部に形成された対物レンズ(7)、及び該ハーフミラー(6)の一側部に形成された回折格子(8)で構成されている。後述するように、光学素子(5)は、これら光学素子が一体的に成形されて作製されている。回折格子(8)は、レーザチップ(4)側に位置したハーフミラー(6)の一側面に形成されており、該レーザチップ(4)から出射されたレーザ光を回折する。

ハーフミラー(6)は、樹脂で形成された略三角柱状の第１半体(6a)及び第２半体(6b)と、これら半体(6a)(6b)間に設けられた反射層(6c)とで構成されている。本実施例では、第１半体(6a)、第２半体(6b)、対物レンズ(7)及び回折格子(8)は、後述する有機・無機ハイブリッド材料を用いて形成されている。なお、有機・無機ハイブリッド材料以外に、光学用エポキシ材料、シリコーン樹脂、ポリスチレン、フッ素化ポリイミド等の樹脂材料が用いられてもよい。反射層(6c)は、第１半体(6a)の傾斜面に形成されており、基板(2)の上面に対して略４５度の角度で傾いて配置されている。反射層(6c)は、反射率が約５０％になるように形成されており、回折格子(8)から送られた回折光の一部は、反射層(6c)にて上向きに反射され、該反射層(6c)の上方に配置された対物レンズ(7)で集光された後、ディスクに向けて出射される。本実施例では、反射層(6c)にＣｒ薄膜を用いている。光学素子(5)の外面には、必要に応じて、ＡＲコーディングが施されてもよい。

回折格子(8)で生じる回折光は、少なくとも０次回折光と、該０次回折光の左側にある１次回折光と、及び０次回折光の右側にある１次回折光とを含んでいる。ディスクで反射された０次回折光及びこれら１次回折光は、対物レンズ(7)を通って反射層(6c)に入射する。入射した０次回折光及び１次回折光の一部は、反射層(6c)を通って光検出器(3)に照射される。光検出器(3)は、第１検出部(3a)と、その両側に配置された第２検出部(3b)及び第３検出部(3c)とで構成されており、第１検出部(3a)には０次回折光が、第２検出部(3b)には一方の１次回折光が、第３検出部(3c)には他方の１次回折光が照射される。

第１検出部(3a)は、アレイ状に配列された４つのＰＩＮフォトダイオード部で構成されており、第２検出部(3b)及び第３検出部(3c)は、１つのＰＩＮフォトダイオード部で夫々構成されている。第１検出部(3a)の出力を用いて、フォーカシング信号及び情報信号が得られ、第２検出部(3b)乃至第３検出部(3c)の出力を用いて、トラッキング信号が得られる。なお、第１検出部(3a)においてフォーカシング信号を得るため、対物レンズ(7)は非球面レンズとされており、非点隔差が調整されている。基板(2)上には、これらＰＩＮフォトダイオード部の各アノードと接続された配線パターン(9)が夫々形成されており、これら配線パターン(9)の端部には、電極端子たる６個のパッド(10)が一列に並べて形成されている。配線パターン(9)及びパッド(10)は、例えばＡｌを用いて形成される。また、各ＰＩＮフォトダイオード部のカソードは、基板(2)の下面に設けられた電極(11)と接続されている。電極(11)には、Ａｕ−Ｓｉ合金等で形成された導電性金属層が用いられる。

レーザチップ(4)は端面出射型であって、その出射面が回折格子(8)と対向するように配置されている。レーザチップ(4)は略矩形の形状をしており、レーザチップ(4)の上面には、レーザチップ(4)が具える半導体レーザ素子のアノードと電気的に接続する第１電極(12)が形成されている。レーザチップ(4)の下面には、半導体レーザ素子のカソードと電気的に接続する第２電極(13)が形成されている。第１電極(12)にはＺｎ/Ａｕ(下地側がＺｎ、表面側がＡｕで形成されている。以下、同様な記載において、材料を下地側から表面側に向けて左から右に記載する)で、第２電極(13)にはＡｕ・Ｇｅ/Ｎｉ/Ａｕ(Ａｕ・ＧｅはＡｕとＧｅの合金)で形成された導電性金属層が用いられる。レーザチップ(4)は、ヒートシンク(14)に固定されている。本実施例では、ヒートシンク(14)にｎ型Ｓｉ製の矩形のブロックを用いており、ヒートシンク(14)の上面及び下面には、Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕで形成された第１及び第２導電性金属層(15)(16)が夫々設けられている。レーザチップ(4)の第２電極(13)は、Ａｕ−Ｓｎ合金等のハンダ材を用いて第１導電性金属層(15)と接合されている。

図２は、光ピックアップに含まれる樹脂製のベース部材(20)に、光学モジュール(1)及びレーザチップ(4)が取り付けられた状態を示す斜視図である。板状のベース部材(20)には凹部(21)が形成されており、その凹部(21)の底面には、Ｃｕ等の導電性金属で形成された複数のリードフレーム(31-39)が配設されている。第１リードフレーム(31)は、凹部(21)の底面の大半を覆うと共に、両端部がベース部材(20)の対向する壁部を貫通して外方に延びる薄板状の装着部(31a)と、該装着部(31a)の一側部の略中央から延出し、ベース部材(20)の壁部を貫通して、装着部(31a)に対して垂直に延びる帯状の引出部(31b)とで構成されている。引出部(31b)の両側には、帯状の第２乃至第５リードフレーム(32-35)と、同じく帯状の第６乃至第９リードフレーム(36-39)とが該引出部(31b)と平行に配設されている。第２乃至第９リードフレーム(32-39)の一端部は、凹部(21)の底面に配置されており、ベース部材(20)の壁部を貫通して外方に延びている。

ベース部材(20)から突出する装着部(31a)の両端部は、光ピックアップに含まれる支持部材(図示せず)に夫々取り付けられる。各支持部材は、光ピックアップに含まれる１又は複数のアクチュエータと夫々接続されており、これらアクチュエータが駆動することによって、ベース部材(20)、結果として対物レンズ(7)がフォーカス方向又はトラッキング方向に移動する。また、装着部(31a)の両端部は、レーザチップ(4)で発生して、ヒートシンク(14)、さらには装着部(31a)を介して伝わる熱を放出する放熱板としても機能する。

光学モジュール(1)は、ベース部材(20)の凹部(21)内にて、第１リードフレーム(31)の装着部(31a)に固定される。光学モジュール(1)の電極(11)は、Ａｇペーストを用いて装着部(31a)に接合されて、光検出器(3)のＰＩＮフォトダイオードのカソードと第１リードフレーム(31)が電気的に接続される。また、光学モジュール(1)の基板(2)の上面に設けられた６個のパッド(10)の各々は、ベース部材(20)の凹部(21)内にて、第２乃至第７リードフレーム(32-37)の何れか一つの端部と、図中に黒線で示す導電性金属製のワイヤ(40)で接続される。なお、光検出器(3)の第１検出部(3a)と電気的に接続された４個のバッド(10)は、第２乃至第５リードフレーム(32-35)に、第２検出部(3b)と電気的に接続されたバッド(10)は、第６リードフレーム(36)に、第３検出部(3c)と電気的に接続されたバッド(10)は、第７リードフレーム(37)にワイヤ(40)で接続されている。本実施例では、ワイヤ(40)にＡｕワイヤが用いられている。

さらに、レーザチップ(4)が固定されたヒートシンク(14)も、Ａｇペースト又はハンダ材等を用いて装着部(31a)に固定される。レーザチップ(4)の第１電極(12)は、第９リードフレーム(39)の端部と、ワイヤ(40)で接続される。ヒートシンク(14)を装着部(31a)に最終的に固定する前に、レーザチップ(4)は、ディスクで反射された０次及び１次の回折光が、光検出器(3)に適切に照射されるように位置決めされる。即ち、レーザチップ(4)の位置を調整して、レーザチップ(4)、光学素子(5)及び検出器(3)の光軸合わせが行われる。

レーザチップ(4)の位置決め及び固定は、例えば、以下の記載のように行われる。Ａｇペーストを用いて光学モジュール(1)が装着部(31a)に固定された後、ワイヤボンディングが行われて、６個のパッド(10)と第２乃至第７リードフレーム(32-37)とがワイヤ(40)で接続される。次に、第１リードフレーム(31)の装着部(31a)に、ヒートシンク(14)を接合するためのＡｇペーストが塗布される。Ａｇペーストは、光学モジュール(1)の回折格子(8)側に塗布される。そして、塗布されたＡｇペーストを覆うようにヒートシンク(14)が配置される。

次に、検査用プローバ(図示せず)をレーザチップ(4)の第１電極(12)に当接させ、検査用コネクタ(図示せず)を第１乃至第７リードフレーム(31-37)に接続する。また、光学モジュール(1)の対物レンズ(7)の上方に、検査用のダミーディスク(図示せず)を配置する。検査用プローバ及び第１リードフレーム(31)に通電すると、レーザチップ(4)はレーザ光を発生し、該レーザ光は、光学素子(5)を通ってディスクで反射される。反射光は、光学素子(5)を通って、光検出部(3)に照射される。そして、ヒートシンク(14)を移動させつつ、第２乃至７リードフレーム(32-27)に接続された検査用コネクタを介して得られるＰＩＮフォトダイオード部の出力を検出することによって、適切なレーザチップ(4)の位置が求められる。

レーザチップ(4)の位置が確定すると、Ａｇペーストを加熱して固化させることによって、ヒートシンク(14)の第２導電性金属層(16)と、装着部(31a)の上面とを接合し、ヒートシンク(14)を装着部(31a)に固定する。その後、ワイヤボンディングが行われて、レーザチップ(4)の第１電極(12)と、第９リードフレーム(39)とがワイヤ(40)で接続される。なお、ヒートシンク(14)は、Ａｇペーストではなくハンダ材を用いて装着部(31a)に固定すると、放熱性が向上する。この場合、溶融させたハンダ材を覆うようにヒートシンク(14)が配置されて、レーザチップ(4)の位置調整後にハンダ材が冷却される。

図２示した構成では、光学モジュール(1)の６個のパッド(10)は、水平面内に並べて配置されており、第２乃至７リードフレーム(32-27)の端部は、パッド(10)の列の近傍に、この列に略平行に並べて配置されている。従って、図２に示すようなリードフレーム(31-39)を具えたベース部材(20)に、第１実施例の光学モジュール(1)を装着すると、例えば金属製のステムに光学モジュール(1)を装着する場合と比較して、ワイヤボンディングを容易に行えるという利点が得られる。また、図２に示した構成は、第１実施例の光学モジュール(1)が用いられていることに加えて、リードフレーム(31-39)が水平に配置されているので、光ピックアップを非常に薄型化できる利点も有している。

図３は、本発明の第２実施例の光学モジュール(1)、及びこれとレーザチップ(4)を組み合わせた光学システムの斜視図である。第２実施例の光学モジュール(1)の基板(2)は、第１実施例と比較して回折格子(8)側に延長されている。回折格子(8)側において、基板(2)の上面には、レーザチップ(4)の第２電極(13)と接合される導電性金属層(17)が、Ａｕ−Ｓｉ合金、Ａｕ−Ｓｎ等のハンダ材を順に積層して形成されている。第２実施例の光学モジュール(1)は、レーザチップ(4)が図３のように固定されていない状態で、例えば、図２に示すベース部材(20)に設けられた第１リードフレーム(31)の装着部(31a)に固定される。そして、パッド(10)と第２乃至第７リードフレーム(32-37)にワイヤボンディングが施された後、導電性金属層(17)上に、レーザチップ(4)が配置される。その後、先の説明とほぼ同様にして、レーザチップ(4)の位置調整が行われ、レーザチップ(4)は基板(2)に融着される。

第１実施例及び第２実施例の光学モジュール(1)は、端面出射型のレーザチップ(4)と組み合わせて使用されているが、以下に述べる実施例のように、ＶＣＳＥＬ(面発光型半導体レーザ)チップと組み合わされて使用されてもよい。

本発明の光学モジュールは、光通信に用いられる光送受信器にも使用可能である。図４は、本発明の第３実施例である光学モジュール(1)、及びこれとレーザ装置を組み合わせた光学システムの斜視図である。第３実施例の光学モジュール(1)では、光検出器(3)が１つのＰＩＮフォトダイオード部で構成されており、１個の配線パターン(9)及びパッド(10)が基板(2)の上面に形成されている。

光送受信器では、図４に示すように、光学モジュール(1)は、ＶＣＳＥＬチップ(41)と組み合わされて使用されるのが好ましい。ＶＣＳＥＬチップ(41)は、レーザ光の出射面を光学素子(5)の一側面に向けて配置される。なお、該側面に、先の実施例のような回折格子は形成されていない。ＶＣＳＥＬチップ(41)は、出射面が垂直に配置されるように、矩形のヒートシンク(42)に固定され、該ヒートシンク(42)は、矩形のブロック(43)に固定される。

ＶＣＳＥＬチップ(41)の出射面の一部領域には、Ｚｎ/Ａｕで形成された第１電極(44)が設けられている。ＶＣＳＥＬチップ(41)の第１電極(44)の一端には、レーザ光が通る開口(図示せず)が形成され、出射面の端部に配置された第１電極(44)の他端には、後述するようにワイヤ(40)の一端がボンディング(熱圧着)される。出射面と反対側の面には、Ａｕ・Ｇｅ/Ｎｉ/Ａｕで形成された第２電極(45)が設けられている。本実施例では、ヒートシンク(42)は、ｎ型Ｓｉで形成されており、ＶＣＳＥＬチップ(41)の第２電極(45)が接合される面には、第１導電性金属層(46)が、ブロック(43)と接合される面には第２導電性金属層(47)が形成されている。第１及び第２導電性金属層(46)(47)は、Ａｕ−Ｓｉ合金等の導電性金属を用いて形成されている。ブロック(43)は、本実施例では銅で形成されているが、熱伝導性及び電気伝導性の良好な金属であれば銅以外の材料を用いてもよい。ブロック(43)は、ＶＣＳＥＬチップ(41)及びヒートシンク(42)を支持する支持部材として、さらには、ＶＣＳＥＬチップ(41)で発生した熱を逃がす放熱体として機能すると共に、電極としても機能する。ＶＣＳＥＬチップ(41)の第２電極(45)とヒートシンク(42)の第１導電性金属層(46)とは、また、ヒートシンク(42)の第２導電性金属層(47)とブロック(43)とは、Ａｇペースト又はハンダ材等を用いて接合される。

図５は、光送受信器で使用される樹脂製のベース部材(20)に、第３実施例の光学モジュール(1)及びＶＣＳＥＬチップ(41)が取り付けられた状態を示す斜視図である。第１リードフレーム(31)の延出部(31b)の両側にリードフレーム(32')(33')が１個ずつ配置されている点を除いて、ベース部材(20)は、図２と同様に構成されている。リードフレーム(32')の一端はパッド(10)と、リードフレーム(33')の一端は、ＶＣＳＥＬチップ(41)の第１電極(44)の一端とワイヤ(40)で接続される。第１リードフレーム(31)の装着部(31a)の両端部は、光送受信器に含まれる支持部材(図示せず)に夫々取り付けられる。図５に示す構成を用いることによって、薄型の光送受信器を作製することが可能となる。

光学モジュール(1)は、図２と同様にして装着部(31a)に固定される。ＶＣＳＥＬチップ(41)の装着部(31a)への固定は、ＶＣＳＥＬチップ(41)及びヒートシンク(42)が固定されたブロック(43)の下面と、装着部(31a)の上面とを、例えばＡｇペースト又はハンダ材を用いて接合することによって行われる。その際、先の説明とほぼ同様にして、ＶＣＳＥＬチップ(41)の位置調整が行われる。なお、ＶＣＳＥＬチップ(41)の代わりに、端面出射型のレーザチップが用いられてもよく、光学素子(5)の外面に、必要に応じてＡＲコーディングが施されてもよい。

次に、本発明の光学モジュールの製造方法について、第１実施例の光学モジュールを例にして説明する。図６(a)乃至(d)及び図７(a)乃至(d)は、該光学モジュールの製造方法を説明する一部断面図である。まず、図６(a)に示すように、光検出器(3)等が形成されたＳｉウェハ(51)が準備される。Ｓｉウェハ(51)の上部には、フォトエッチングやイオン注入等のプロセスを施すことによって形成された複数の光検出器(3)がアレイ状又格子状に配列されており、各光検出器(3)について配線パターン(9)及びパッド(10)がプリントされている。さらに、Ｓｉウェハ(51)の下面には、例えばスパッタ法を用いて導電性金属層(52)が形成されている。そして、このようなＳｉウェハ(51)の上面に適当な量の樹脂溶液が垂らされて、第１樹脂層(53)が設けられる。

樹脂溶液は、例えば、以下のように作製される。まず、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン５.５ｍｌ、フェニルトリメトキシシラン５.７５ｍｌ、塩酸(２Ｎ)１.６５ｍ及びエタノール２０.５ｍｌを混合した後、この混合液を２４時間放置することによって、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン及びフェニルトリエトキシシランを加水分解して重縮合させる。このようにして得られた重縮合物４ｍｌに、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン１０ｍｇを重合開始剤として加えて、１００度で加熱する。加熱によりエタノールが蒸発除去されて粘性液体が得られる。この粘性液体１ｇに、トリメチルエトキシシラン３ｍｌ及び無水トリフルオロ酢酸０.８ｍｌを混合して、２４時間放置した後、１００度で加熱乾燥することによって、過剰のトリエチルエトキシシラン及び無水トリフルオロ酢酸を蒸発させて除去する。これによって、樹脂溶液が得られる。フェニルトリメトキシシランの代わりにジフェニルジメトキシシランを用いても良い。なお、以上に示した体積及び質量の具体的数値は、あくまで説明目的であり、作製する樹脂溶液の量に応じて適宜変更される。

Ｓｉウェハ(51)の上面が、上記のような樹脂溶液で形成された第１樹脂層(53)で覆われた後、図６(b)に示すように、金属製又樹脂製の第１スタンパ(54)を用いて、光学素子(5)の第１半体(6a)の成形が行われる。第１スタンパ(54)の下部には、第１半体(6a)の形状を象った複数の第１凹部(55)が、アレイ状又は格子状に配列されており、第１スタンパ(54)が第１樹脂層(53)に押し付けられると、第１スタンパ(54)の下面は、Ｓｉウェハ(51)の上面と当接し、各光検出器(3)の上側に第１凹部(55)が配置される。これによって、各第１凹部(55)は、第１樹脂層(53)を形成していた樹脂溶液で充填される。この後、約４時間１２０℃で加熱して、樹脂溶液を硬化させると、各光検出器(3)上にて、光学素子(5)の第１半体(6a)が、Ｓｉウェハ(51)と一体的に作製される。

その後、図６(c)に示すように、第１スタンパ(54)が除去されて、図６(d)に示すように、各第１半体(6a)の傾斜面に、Ｃｒ薄膜の反射層(6c)が一体的に作製される。例えば、反射層(6c)は、蒸着法により形成される。Ｃｒは、傾斜面以外の領域に付着しないように、傾斜面の法線方向に沿って飛ばされる。

次に、図７(a)に示すように、上述の樹脂溶液をＳｉウェハ(51)上に垂らすことによって、第１半体(6a)を覆うように第２樹脂層(56)が設けられる。その後、図７(b)に示すように、第２スタンパ(57)を用いて、光学素子(5)の第２半体(6b)、対物レンズ(7)及び回折格子(8)が成形される。第２スタンパ(57)の下部には、光学素子(5)の外形を象った複数の第２凹部(58)が、アレイ状又は格子状に配列されている。第２凹部(58)の底面は、対物レンズ(7)を成形するために椀状に形成されており、また、回折格子(8)を転写するための凹凸パターン(59)が、第２凹部(58)の内面に形成されている。第２スタンパ(57)は、各凹部(58)内に第１半体(6a)が収まるように第２樹脂層(56)に押し付けられる。第２スタンパ(57)の下面は、Ｓｉウェハ(51)の上面と当接し、第２凹部(58)における第１半体(6a)上の空間は、第２樹脂層(56)を形成していた樹脂溶液で充填される。この後、約４時間１２０℃で加熱して、樹脂溶液を硬化させる。これにより、光学素子(5)を構成するハーブミラー(6)、対物レンズ(7)及び回折格子(8)が一体的に成形されると共に、光学素子(5)は、Ｓｉウェハ(51)と一体的に形成される。

この後、図７(c)に示すように、第２スタンパ(57)が除去された後、Ｓｉウェハ(51)をダイシングすることにより、図７(d)に示すようにチップ化された光学モジュール(1)が完成する。なお、上記の製造工程では、パッド(10)が樹脂で覆われないように光学素子(5)が作製されるが、配線パターン(9)やパッド(10)も樹脂で覆われるように光学素子(5)を成形して、最後に、ドライエッチング等を施すことによって各パッド(10)周辺の樹脂を除去して、これらパッド(10)を露出させてもよい。

図２において、ハンダ材を用いて光学モジュール(1)のヒートシンク(14)を第１リードフレーム(31)に固定すると、Ａｇペーストを用いる場合よりも放熱性が向上する。しかしながら、ハンダ材を用いると比較的高い熱が光学モジュール(1)に加わる可能性がある。本実施例では、光学素子(5)の大半は、上記の条件で合成した樹脂溶液を固化させた有機・無機ハイブリッド材料を用いて形成されている。この有機・無機ハイブリッド材料のガラス転移点は約３５０℃であって非常に高い。故に、本実施例の有機・無機ハイブリッド材料を用いると、光学モジュール(1)をベース部材(20)の第１リードフレーム(31)に固定する際にハンダ材を熱で溶融させても、光学素子(5)が変形することはない。

本発明の光学モジュールは、光学素子(5)に、光ファイバーが挿入されるスリーブも一体的に成形されるのが好ましい。図８は、本発明の第４実施例の光学モジュール(1)を用いたスリーブ付送受信器の断面図である。スリーブ付送受信器は、略円筒状の外形を有する本体部(61)を具えており、該本体部(61)は、Ｆｅ又はコバール等の導電性金属で形成された円盤状のステム(62)と、該ステム(62)に固定された絶縁性樹脂製のキャップ(63)とを具えている。ステム(62)には、３つの棒状のリード部材(64a-c)が固定されている。第１及び第２リード部材(64a)(64b)の一端は、ステム(62)の上面より上方へ突出している。図９(a)は、ステム(62)の上面図、図９(b)は、ステム(62)の下面図である。第１及び第２リード部材(64a)(64b)は、ステム(62)を貫通する孔に挿入されており、ハーメチックシール(65)を用いてステム(62)に固定されると共に、ステム(62)と絶縁されている。第３リード部材(64c)の一端は、抵抗溶接等によって、ステム(62)の下面に接合されている。

光学モジュール(1)は、光検出器(3)が形成された基板(2)と、該基板(2)と一体的に形成された光学素子(5)とを具えており、光学素子(5)が、一体的に形成されたハーフミラー(6)、対物レンズ(7)及びスリーブ(71)で構成されている点を除いて、第３実施例の光学モジュールと同様な構成を具える。スリーブ(71)は、対物レンズ(7)を囲うように、ハーフミラー(6)の第２半体(6b)の上部に一体的に形成されている。Ａｇペースト又はハンダ材等を用いて、基板(2)の下面に形成された電極(11)とステム(62)の上面とが接合されて、光学モジュール(1)は、ステム(62)に固定されている。基板(2)のパッド(10)は、第２リード部材(64b)の上端と、ワイヤ(40)で接続されている。

光学モジュール(1)の横には、ＶＣＳＥＬチップ(41)、ヒートシンク(42)及びブロック(43)が配置されている。ＶＣＳＥＬチップ(41)の出射面に形成された第１電極(44)の一端は、第１リード部材(64a)の上端とワイヤ(40)により接続されている。第３実施例と同様に、ＶＣＳＥＬチップ(41)は、ｎ型Ｓｉ製のヒートシンク(42)に固定されており、ヒートシンク(42)は、Ｃｕ製のブロック(43)に固定されている。ブロック(43)の下面は、Ａｇペースト又はハンダ材等を用いてステム(62)の上面と接合される。

有底筒状のキャップ(63)は、基板(2)及びＶＣＳＥＬチップ(41)等を囲うようにステム(62)の上側に配置される。キャップ(63)の端部は、ステム(62)の端部と接着剤(66)を用いて接着される。接着剤(66)には、例えば、エポキシ系の接着剤が用いられる。キャップ(63)の底部中央には、端部にフランジが形成された円筒部(67)が形成されており、その中にスリーブ(71)が挿入される。スリーブ(71)の先端部は、円筒部(67)から上方へ突出しており、スリーブ(71)と円筒部(67)の間は、シール剤(68)で封止される。シール剤(68)には、例えば、エポキシ系の接着剤が用いられる。

図１０(a)乃至(c)は、第４実施例の光学モジュール(1)の製造方法を説明する一部断面図である。Ｓｉウェハ(51)の上面に、ハーフミラー(6)の第１半体(6a)を作製するまでは、図６(a)乃至(d)に関して先に行った説明と同様に行われる。その後、図７(a)と同様に、Ｓｉウェハ(51)上に第２樹脂層(56)が設けられる。第２樹脂層(56)は、第１実施例の光学モジュールを製造する場合と比較してかなり厚く設けられる。

次に、図１０(a)に示すように、第２スタンパ(57)を用いて、光学素子(5)の第２半体(6b)、対物レンズ(7)及びスリーブ(71)が成形される。第２スタンパ(57)には、光学素子(5)を象った複数の第２凹部(58)がアレイ状又は格子状に形成されている。第２凹部(58)の底面は、対物レンズ(7)を成形するために腕状に形成されると共に、その周囲には、スリーブ(71)を成形するために深い環状の溝が形成されている。なお、第２凹部(58)には、図７(b)に示したような回折格子(8)を転写する凹凸パターン(59)は設けられない。

第２スタンパ(57)は、各第２凹部(58)内に第１半体(6a)が収まるように第２樹脂層(56)に押し付けられる。第２スタンパ(57)の下面は、Ｓｉウェハ(51)の上面と当接し、第２凹部(58)における第１半体(6a)上の空間は、第２樹脂層(56)を形成していた樹脂溶液で充填される。その後、樹脂溶液が硬化されて、スリーブ(71)を含んだ光学素子(5)が一体的に成形されると共に、該光学素子(5)は、Ｓｉウェハ(51)と一体的に形成される。

この後、図１０(b)に示すように、第２スタンパ(57)が除去された後、Ｓｉウェハ(51)をダイシングすることにより、図１０(c)に示すようにチップ化された光学モジュール(1)が完成する。なお、上記の製造工程では、第１実施例の光学モジュールと同様に、パッド(10)が樹脂で覆われないように光学素子(5)が作製されるが、配線パターン(9)やパッド(10)も樹脂で覆われるように光学素子(5)を成形して、最後に、ドライエッチング等を施すことによって周辺の樹脂を除去して、パッド(10)を露出させてもよい。

図１１(a)乃至(d)は、スリーブ付送受信器の組立て工程を示す側面図である。まず、図１１(a)に示すように、第１乃至第３リード部材(64a-c)が装着されたステム(62)の上面に、光学モジュール(1)が固定される。そして、基板(2)のパッド(10)(図１１(a)乃至(d)では図示せず)と、第２リード部材(64b)の上端と、ワイヤ(40)で接続するワイヤボンディングが行われる。

次に、ステム(62)の上面にて、光学モジュール(1)の横側にＡｇペーストが塗布され、図１０(b)に示すように、ＶＣＳＥＬチップ(41)及びヒートシンク(42)が固定されたブロック(43)が、Ａｇペーストを覆うようにステム(62)の上面に配置される。そして、ＶＣＳＥＬチップ(41)の位置調整の後、Ａｇペーストを加熱してヒートシンク(14)をステム(62)に固定される。

ＶＣＳＥＬチップ(41)の位置調整は、先の実施例と基本的に同様に行われる。ＶＣＳＥＬチップ(41)の第１電極(44)(図１１(a)乃至(d)では図示せず)に検査用プローバを接触させる。また、光ファイバー(図示せず)を準備し、光ファイバーの一端をスリーブ(71)に、他端を光パワーメータに接続する。そして、第３リード部材(64c)に接続した検査用コネクタと検査用プローバに通電し、ＶＣＳＥＬチップ(41)でレーザ光を発生させる。ＶＣＳＥＬチップ(41)より出射されたレーザ光は、光ファイバーを通って光パワーメータでその強度が測定される。測定された光の強度が最大となるように、ブロック(43)、即ちＶＣＳＥＬチップ(41)を移動させて、ＶＣＳＥＬチップ(41)の位置を確定する。なお、ブロック(43)は、ハンダ材を用いてステム(62)に固定されてもよい。

ブロック(43)がステム(62)に固定された後、図１１(c)に示すように、ＶＣＳＥＬチップ(41)の第１電極(44)と第１リード部材(64a)の上端をワイヤ(40)で接続するワイヤボンディングが行われる。その後、ステム(62)の端部に、接着剤(66)が塗布される。そして、図１１(d)に示すように、ステム(62)に、キャップ(63)が装着され、スリーブ(71)とキャップ(63)の円筒部(67)との間に、シール剤(68)を流し込んで封止が行われる。これにより、図８に示すスリーブ付送受信器が完成する。

なお、第４実施例の光学モジュール(1)でも、第１半体(6a)を形成する樹脂と、第２半体(6b)、対物レンズ(7)及びスリーブ(71)を形成する樹脂とに屈折率が互いに異なる樹脂を用いることによって、反射層(6c)が省略されてもよい。また、光学素子(5)の外面に、必要に応じてＡＲコーディングが施されてもよい。

対物レンズ(7)の表面のみにＡＲコーディングが施されてもよく、該表面のみに、反射率が１０〜４０％の誘電体膜(例えば、ＴｉＯ₂を９２４Åの厚さでＥＢ蒸着法等で積層させることにより約３０％の反射率が得られる)を形成すると、レーザチップ(4)又はＶＣＳＥＬチップ(41)から出射した光は、ハーブミラー(6)の反射層(6c)で反射されて、その反射光の一部が対物レンズ(7)の表面で反射し、反射層(6c)を通って光検出器(3)に入射する。これにて、光検出器(3)を、レーザチップ(4)又はＶＣＳＥＬチップ(41)から出射した光の出力モニタとして使用することが可能となる。従って、対物レンズ(7)の表面にＡＲコーディングを施して、その反射率を高めることで、本発明を用いてＴＯＳＡ(Transmitter Optical Assembly)を作製することができる。

上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明の第１実施例の光学モジュール、及びこれとレーザチップを組み合わせた光学システムを示す斜視図である。 光ピックアップで用いられるベース部材に、本発明の第１実施例である光学モジュール及びレーザチップが取り付けられた状態を示す斜視図である。 本発明の第２実施例の光学モジュール、及びこれとレーザチップを組み合わせた光学システムの斜視図である。 本発明の第３実施例の光学モジュール、及びこれとＶＣＳＥＬチップを組み合わせた光学システムの斜視図である。 光送受信器で用いられるベース部材に、第３実施例の光学モジュール及びＶＣＳＥＬチップが取り付けられた状態を示す斜視図である。 図６(a)乃至(d)は、光学モジュールの製造方法を説明する一部断面図である。 図７(a)乃至(d)は、光学モジュールの製造方法を説明する一部断面図である。 本発明の第４実施例の光学モジュールを用いたスリーブ付送受信器の断面図である。 図９(a)は、本発明の第４実施例の光学モジュールを用いたスリーブ付送受信器が具えるステムの上面図、図９(b)は、同下面図である。 図１０(a)乃至(c)は、第４実施例の光学モジュールの製造方法を説明する一部断面図である。 図１１(a)乃至(d)は、本発明の第４実施例の光学モジュールを用いたスリーブ付送受信器の組立て工程を示す側面図である。

符号の説明

(1) 光学モジュール
(2) 基板
(3) 光検出器
(4) レーザチップ
(5) 光学素子
(6) ハーフミラー
(6a) 第１半体
(6b) 第２半体
(6c) 反射層
(7) 対物レンズ
(8) 回折格子
(51) ウェハ
(53) 第１樹脂層
(54) 第１スタンパ
(56) 第２樹脂層
(57) 第２スタンパ
(71) スリーブ

Claims (4)

1. 基板の表面上に複数の光検出器を形成する工程と、
   前記基板の前記表面上に第１樹脂層を設ける工程と、
   前記第１樹脂層を成形することにより、前記複数の光検出器上に、前記基板の表面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の第１部材を夫々作製する工程と、
   前記傾斜面に対して反射層を作製する工程と、
   前記第１部材が配置された前記基板の前記表面上に第２樹脂層を設ける工程と、
   前記第２樹脂層を成形することにより、表面にレンズが一体的に成形された複数の第２部材を前記第１部材上に夫々作製する工程と、
   前記基板をダイシングすることにより、前記光検出器と前記第１部材、前記反射層及び前記第２部材が一体的に成形されたビームスプリッタとを夫々有するチップに分離する工程とを備える、光学モジュールの製造方法。
2. 前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層の成形は、スタンプ法またはドライエッチング法により行われる、請求項１に記載の光学モジュールの製造方法。
3. 前記第２樹脂層を成形する際に光ファイバーを挿入するためのスリーブを同時に形成する、請求項１又は２に記載の光学モジュールの製造方法。
4. 前記第１部材及び前記第２部材は、有機無機ハイブリッド材料から形成されている、請求項１〜３に記載の光学モジュールの製造方法。

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