JP4543561B2 - 光モジュールの製造方法、及び光モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ通信用の光リンク装置などに用いられる光モジュールの製造方法、及び光モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
電気信号を光信号に変換して光ファイバに送出したり、光ファイバからの光信号を電気信号に変換したりする光モジュールは、光素子とこの光素子に電気的に接続される電子素子とを備えており、光を情報伝達媒体として用いるデータリンク、光LAN等の光通信システムなどに広く用いられる。
【0003】
従来の光モジュールの製造方法では、例えば特開平2−271308号公報に開示されているように、電子素子が搭載された回路基板と光素子を含む光素子アセンブリとがリードフレーム上の所定位置に設置され、ワイヤボンディングにより電気的接続が図られた後、絶縁性の樹脂により一体的に樹脂モールドされて光モジュールが形成される。かかる方法では、樹脂モールド金型にリードフレームを搬送する際にボンディングされたワイヤが破断することを防ぐため、リードフレームと一体に設けられた保持部材上に光素子アセンブリを保持していた。このとき、光素子アセンブリが有する光素子の光軸は、リードフレーム面上にあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、光モジュールにおいてリードピンの位置や、光素子の光軸の位置などは業界基準により定められいる。近年、かかる業界基準の要請により光素子アセンブリが有する光素子の光軸をリードフレーム面からずらす必要が生じた。
【0005】
しかしながら、上記した従来の光モジュールのように、リードフレームと一体に設けられた保持部材では、光素子の光軸がリードフレーム面からずれた状態で光素子アセンブリを所定の位置で確実に保持することは容易ではなく、設計変更に機動的に対応することは難しかった。
【0006】
そこで、リードフレームとは別に保持部材を設け、この保持部材により光素子アセンブリを保持することを考えた。これにより、光モジュールに設計変更が生じたときは、必要に応じて保持部材を変更することで機動的に対応することが可能となる。しかし、リードフレームとは別に保持部材を設けた場合、リードフレームと保持部材との間、あるいは保持部材と光素子アセンブリとの間の導通が不十分であると、光素子アセンブリ、保持部材、及びリードフレームの電位が不安定になって光モジュールに特性の低下をきたすおそれがあるため、特に高速伝送用途において、これらの導通を十分に確保しなければならないという問題があった。
【0007】
そこで本発明は、設計変更に機動的に対応することが可能であると共に、部材間の導通を十分に確保して特性の向上を図ることが可能な光モジュールの製造方法、及び光モジュールを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光モジュールの製造方法は、(1)光信号と電気信号との間でいずれか一方の信号を他方の信号に変換する光素子を有する光素子アセンブリ、光素子と電気的に接続される電子素子が搭載される回路基板、基準面上にそれぞれ設けられたリードピンと回路基板を搭載するための基板搭載部と支持部とを有するリードフレーム、及び光素子アセンブリを挟持して保持する保持部とリードフレームの支持部を挟持する挟持部とを有する保持部材を準備する準備工程と、(2)リードフレームの基板搭載部に回路基板を搭載する基板搭載工程と、(3)保持部材の挟持部によりリードフレームの支持部を挟持し、保持部材を基準面に沿って変位可能に支持する保持部材支持工程と、(4)保持部材の保持部により光素子アセンブリを挟持して保持する光素子アセンブリ保持工程と、(5)光素子アセンブリと回路基板との間にワイヤボンディングを施すワイヤボンディング工程と、(6)光素子アセンブリ、回路基板、リードフレーム、及び保持部材を樹脂封止する樹脂封止工程と、を有することを特徴とする。
【0009】
この光モジュールの製造方法は、リードフレームとは別体で設けられた保持部材を準備する工程を有している。よって、必要に応じて保持部材を変更することで光モジュールの設計変更に容易に対応することができる。またこの製造方法は、保持部材の挟持部によりリードフレームの支持部を挟持して保持部材を基準面に沿って変位可能に支持する保持部材支持工程と、保持部材の保持部により光素子アセンブリを挟持して保持する光素子アセンブリ保持工程とを有している。よって、光素子アセンブリと保持部材との間、保持部材と支持部との間の導通が十分に確保され、光モジュールの特性の向上を図ることが可能となる。
【0010】
本発明に係る光モジュールの製造方法では、樹脂封止工程の前に、保持部材を位置決めする位置決め工程を更に有することを特徴としてもよい。この製造方法では、保持部材を基準面に沿って変位させることが可能であるため、樹脂封止前に位置決めを行うことで位置精度が高くなり、生成される光モジュールの歩留まりの向上、特性の向上が図られる。
【0011】
本発明に係る光モジュールの製造方法では、保持部材の挟持部は、基部と基部に向かってリードフレームの支持部を付勢するための押さえ部とを有し、保持部材支持工程は、基部と押さえ部との間に支持部の縁部を係合させる工程と、支持部に向かって保持部材を押し込む工程とを含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、基部と押さえ部との間に支持部の縁部を係合させることで保持部材を支持する位置がおおよそ定められ、支持部に向かって保持部材を押し込むことで保持部材が支持部に支持される。
【0012】
本発明に係る光モジュールは、(1)光信号と電気信号との間でいずれか一方の信号を他方の信号に変換する光素子を有する光素子アセンブリと、(2)光素子と電気的に接続される電子素子が搭載される回路基板と、(3)基準面上にそれぞれ設けられたリードピン、回路基板を搭載する基板搭載部、及び支持部を有するリードフレームと、(4)光素子アセンブリを挟持して保持する保持部、及びリードフレームの支持部を挟持する挟持部を有する保持部材と、(5)光素子アセンブリ、回路基板、保持部材、及びリードフレームを封止する樹脂部材と、を備えることを特徴とする。
【0013】
この光モジュールは、リードフレームとは別体で設けられた保持部材を有するため、必要に応じて保持部材を変更することで光モジュールの設計変更に容易に対応することができる。そして、この保持部材はリードフレームの支持部を挟持する挟持部と、光素子アセンブリを挟持して保持する保持部とを有している。よって、光素子アセンブリと保持部材との間、保持部材と支持部との間の導通が十分に確保され、光モジュールの特性の向上を図ることが可能となる。
【0014】
本発明に係る光モジュールでは、保持部材の挟持部は、基準面に沿って設けられた基部と、基部に向かってリードフレームの支持部を付勢する押さえ部とを有することを特徴としてもよい。このようにすれば、リードフレームの支持部は基部に向かって押さえ部により付勢されて、基部と押さえ部との間に挟持されることで、保持部材と支持部との間の導通が十分に確保される。
【0015】
本発明に係る光モジュールでは、挟持部は、基部と押さえ部との間の幅が最も狭くなる最狭部を有し、支持部に導入される側の挟持部の端部における基部と押さえ部との間の幅は、最狭部における基部と押さえ部との間の幅よりも広いことを特徴としてもよい。また本発明に係る光モジュールでは、支持部の挟持部が導入される側の縁部の厚みは、他の部分よりも薄いことを特徴としてもよい。このようにすれば、保持部材を支持部に導入するときに、導入しやすい構造をこの光モジュールは有している。
【0016】
本発明に係る光モジュールでは、リードフレームは、基準面上に設けられた保持部材の支持を補助するための補助部を更に有することを特徴としてもよい。このようにすれば、補助部により保持部材がより安定して支持される。
【0017】
本発明に係る光モジュールでは、リードフレームの補助部は保持部材を位置決めするための位置決め孔を含み、保持部材は位置決め孔にはまり込む突起部を含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、保持部材の位置決めが容易になると共に、位置決め精度が向上される。
【0018】
本発明に係る光モジュールでは、保持部材の保持部は、光素子アセンブリを挟持する一対のばね板部材を含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、光素子アセンブリが一対のばね板部材間に挟持されて両者間の導通が十分に確保される。
【0019】
本発明に係る光モジュールでは、光素子アセンブリが有する光素子の光軸は、基準面からずれていることを特徴としてもよい。光モジュールにおいてリードピンの位置や、光素子の光軸の位置などは業界基準により定められおり、かかる業界基準の要請により光素子アセンブリが有する光素子の光軸は、リードフレーム面からずらす必要がある。よってこの光モジュールによれば、かかる業界基準の要請を満たすことが可能となる。
【0020】
本発明に係る光モジュールでは、光素子アセンブリと回路基板とはボンディングワイヤにより電気的に接続されていることを特徴としてもよい。かかる光モジュールでは、光素子アセンブリと回路基板とはボンディングワイヤにより接続されているが、光素子アセンブリは保持部材により保持されているため、ワイヤが破断するおそれが低減される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る光モジュールの好適な一実施形態について説明する。なお、図面において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0022】
図1は本実施形態にかかる送信用の光モジュール10の分解斜視図を示している。光モジュール10は、図1に示すように、光モジュール本体12と、光モジュール本体12の電気特性を調整するための可変抵抗器としてのボリューム44が搭載された外部基板14とを備え、外部基板14は光モジュール本体12の側面に固定されている。
【0023】
光モジュール本体12は、図1に示すように、外形が略四角柱形状をなし、底面より第1のリードアレイ16が突出したSIP(シングルインラインパッケージ)型の構造を有する。説明の便宜上、まず光モジュール本体12の内部構成から説明する。
【0024】
図2は、光モジュール本体12の内部構成を示す斜視図である。図2に示すように、光モジュール本体12は樹脂部材(図1の11)の内部に、電気信号を光信号に変換する発光素子(光素子)18を含む発光素子アセンブリ(光素子アセンブリ)28、発光素子18を駆動するための電子素子20、この電子素子20が搭載される内部基板(回路基板)22、内部基板22を搭載するためのアイランド(基板搭載部)24と第1のリードアレイ16と第2のリードアレイ30と支持部26とを有するリードフレーム40、及び発光素子アセンブリ28を保持する保持部材50を備えている。
【0025】
リードフレーム40を構成するアイランド24、第1のリードアレイ16、第2のリードアレイ30、及び支持部26は、アイランド24を含む基準面上に設けられている。第1のリードアレイ16は10本のリードピンからなり、実装基板(図示しない)に接続されて光モジュール本体12と外部との間で電気的な信号の伝達を可能にする。一方、第2のリードアレイ30は8本のリードピンからなり、外部基板14に接続されて光モジュール本体12と外部基板14との間で電気的な信号の伝達を可能にする。第1のリードアレイ16は、アイランド24を含む基準面に沿って伸びており、また第2のリードアレイ30は基準面に沿って伸びる基部(第1の部分)30aと、基部30aに対して所定角度で屈曲された屈曲部(第2の部分)30bとを有している。
【0026】
図3は、図2においてリードフレーム40が含む支持部26付近を拡大して示す拡大図である。図3に示すように、支持部26はアイランド24を含む基準面上に設けられており、保持部材50が導入される側の縁部26aの厚みは、他の部分よりも薄く形成されている。
【0027】
またリードフレーム40は、図2及び図3に示すように、保持部材50の支持を補助するための補助部27を有している。この補助部27は、一端が支持部26に連結されたフレーム状の部材から構成され、該補助部27は保持部材50を位置決めするための位置決め孔27aを含んでいる。この位置決め孔27aは、後述する保持部材50の位置決め突起56aがはめ込まれたときに数百μm程度のクリアランスを有する大きさに設定されている。なお、補助部27もリードフレーム40を構成する他の部材と同じく、アイランド24を含む基準面上に設けられている。
【0028】
このリードフレーム40は、Cu系合金等の放熱性に優れる金属で形成すると好ましい。なお、耐食性と半田付け性を高めるため、リードフレーム40にはNi、Ni/Au、Ni/Pd、Ni/Pd/Au等のメッキ処理を施すと好ましい。なお、本実施形態ではアイランド24の電位はVCCとしている。
【0029】
発光素子アセンブリ28は、図4に示すように、素子収容部28aとガイド部28bとを有する。素子収容部28aには、例えば発光ダイオードおよび半導体レーザといった発光素子18が密閉されている。素子収容部28aは、コバールといった金属材料で形成されたベース28cを有する。ベース28c上には、ステンレスといった金属材料から成るレンズキャップ28dが搭載されている。素子収容部28aは、レンズキャップ28dに形成された窓部48を有している。
窓部48は、発光素子18に関連する光が透過でき、集光レンズを含むことができる。レンズキャップ28dは、ステンレスといった金属材料から成るホルダ28jに差し込まれている。ベース28cは、また発光素子18の電気的接続を行うための接続ピン60を有している。接続ピン60は、リードフォーミングされて平坦部62が形成され、ワイヤボンディングに適した形状とされている。
【0030】
ガイド部28bは、ステンレスといった金属材料から成るガイド部材28eを有している。ガイド部材28eは、ホルダ28j上に固定されている。ガイド部材28eの外側には、ステンレスといった金属材料から成るスリーブ28fが配置されている。ガイド部材28e内には、ジルコニアといった材料で形成された割スリーブ28gが収納されている。割スリーブ28gは、光ファイバが収納されたスタブ28hを位置決めしている。
【0031】
電子素子20は、受けた信号に対して所定の処理を行い出力する信号処理デバイス、例えば発光素子アセンブリ28に含まれる発光素子18を駆動する駆動回路を内蔵するデバイスである。この電子素子20は、図2に示すように、セラミック多層配線基板などからなる内部基板22上に搭載されており、この内部基板22がリードフレーム40のアイランド24に搭載されている。
【0032】
保持部材50は、発光素子アセンブリ28を保持するための保持部52と、上記したリードフレーム40の支持部26を挟持する挟持部54とを有している。
保持部52は、発光素子アセンブリ28のスリーブ28fの側面に当接される基部52aと、基部52aの両端に屈曲形成されておりスリーブ28fを挟み込む一対のばね板片52bとを含んでいる。リードフレーム40の支持部26を挟み込む挟持部54は、基部54aと該基部54aに向かって支持部26を付勢する押え部54bとを有している。この押え部54bは、くの字型に屈曲形成されており、屈曲部54cが基部54a側に来るように屈曲されることで、屈曲部54cにおいて基部54aと押え部54bとの間の幅が最も狭くなっている。そして、支持部26に導入される側の端部における基部54aと押え部54bとの間の幅は、屈曲部54cにおける幅よりも広くなっており、支持部26に導入するときに導入しやすくなっている。これら保持部52と挟持部54とは連結部56を介して連結されており、この連結部56にはリードフレーム40の補助部27が有する位置決め孔27aにはまり込む位置決め突起56aが設けられている。
【0033】
この保持部材50の極限強度は、可能な限り高いと好ましい。保持部材50に光素子アセンブリ28を保持させたり、支持部26に保持部材50を取り付ける際には、保持部材50には歪みが生じる。この歪みに伴う応力が極限強度を超えた場合には、取り付け以降におけるわずかな応力が加わった時点で保持部材50が破断に至るおそれがある。また、仮に破断に至らないまでも塑性変形により保持部材50が光素子アセンブリ28、或いは支持部26を挟持する力が低下し、導通の度合いが低下するおそれがある。よって、保持部材50の少なくとも挟持部54と保持部52とに働く力が極限強度以下の応力となるように設計することが必要であり、さらには降伏点以下となるように設計する(保持部材50の歪みが弾性歪みである)ことが望ましい。このことから、保持部材50の材料選定に際しては可能な限り極限強度が高いと好ましい。
【0034】
ここで、本実施形態では保持部材50をリードフレーム40とは別部品としたため、保持部材50は極限強度を優先した材料選択が可能となり、一方リードフレーム40は放熱性を優先した材料選択が可能となり、保持部材50の材料選択の自由度が拡大する。なお、保持部材50の材料としては、りん青銅、洋白、SUS等の材料が適している。
【0035】
本実施形態に係る光モジュール10では、保持部材50の挟持部54がリードフレーム40の支持部26を挟持することで保持部材50が支持されている。このとき、保持部材50の連結部56の位置決め突起56aがリードフレーム40の補助部27の位置決め孔27aにはめ込まれて位置決めされており、また保持部材50が保持部52を介して補助部52により支持されている。そして発光素子アセンブリ28は、保持部52を介して保持部材50上に保持された状態で、発光素子アセンブリ28のベース28cから延びる接続ピン60と内部基板22上のボンディングパッド21との間でワイヤボンディングが施され、発光素子18と電子素子20との間の電気的接続が図られている。
【0036】
光モジュール本体12は、上述した発光素子アセンブリ28、電子素子20が搭載された内部基板22、アイランド24と第1のリードアレイ16と第2のリードアレイ30と支持部26とを含むリードフレーム40、及び保持部材50を樹脂部材11により樹脂封止して構成されている。
【0037】
なお、図1に示すように第1のリードアレイ16は一端のみ樹脂封止され、他端は樹脂部材11から突出している。また、第2のリードアレイ30は基部30aのみ樹脂封止され、基部30aに対して所定角度で屈曲された屈曲部30bは樹脂部材11から突出している。また発光素子アセンブリ28のスリーブ28fは、その一端のみ樹脂封止され、他端は樹脂部材11から突出している。
【0038】
従って、光モジュール本体12は、光軸X方向に沿って延び、樹脂封止された内部基板22と平行な位置関係にある2つの側面と、内部基板22と垂直な位置関係にあり、第1のリードアレイ16と第2のリードアレイ30とがそれぞれ突出する2つの側面とを有する略四角柱形状をなす。
【0039】
そして、発光素子アセンブリ28が有する発光素子18の光軸Xは、リードフレーム40のアイランド24を含む基準面からずれている。光モジュール10においてリードアレイ16,30の位置や、発光素子18の光軸Xの位置などは業界基準により定められおり、かかる業界基準の要請により発光素子アセンブリ28が有する発光素子18の光軸Xは、基準面からずらす必要がある。この光モジュール10は、保持部材50をリードフレーム40とは別部材として構成しているため、かかる業界基準の要請を容易に満たすことができる。
【0040】
また、光モジュール本体12の、内部基板22と平行な位置関係にある2つの側面のうち一方の側面には、図1に示すように外部基板14の下辺(他の辺)14bを支持するための支持突起41が形成されている。そして、第2のリードアレイ30の屈曲部30bは支持突起41側に屈曲されており、外部基板14の裏面に設けられたボンディングパッドに半田付けされるようになっている。従って、支持突起41に外部基板14の下辺14bを乗せ、第2のリードアレイ30の屈曲部30bを外部基板14の裏面のボンディングパッドに半田付けすることで外部基板14を固定することが可能となる。
【0041】
外部基板14は、図1に示すように、内部基板22と同程度の面積を有し、プリント配線が施された基板上に2つのボリューム44を搭載して構成されている。これら2つのボリューム44のうち、一方は樹脂封止された発光素子アセンブリ28の発光素子18から出力される光出力を調整するためのものであり、他方は発光素子アセンブリ28の発光素子18に供給するバイアス電流を調整するためのものである。また、外部基板14の裏面には、第2のリードアレイ30の8つのリードピンのそれぞれの位置に合わせて8つのボンディングパッドが形成されており、光モジュール本体12と外部基板14とを電気的に接続する端子として機能している。
【0042】
そしてこの外部基板14が、光モジュール本体12側面において、下辺14bが支持突起41に支持され、裏面のボンディングパッドが第2のリードアレイ30の屈曲部30bに半田付け等されることで、光モジュール本体12に固定されている。
【0043】
次に、本実施形態にかかる送信用の光モジュール10の製造方法について説明する。
【0044】
まず、図5に示すように、内部基板22を搭載するためのアイランド24と、第1のリードアレイ16と、屈曲される前の第2のリードアレイ30と、保持部材50を支持するための支持部26と、補助部27とを有するリードフレーム40を準備する。これらリードフレーム40を構成する各部材は、外枠部72や吊りピン74により一体化されている。ただし、支持部26は吊りピン74を介して外枠部72とつながっているのみであり、アイランド24とは切り離されている。かかるリードフレーム40は、金属製薄板をエッチング加工するか、または、プレス機によって打ち抜き加工するなどして一体的に形成することができる。
なお、外枠部72の所定位置には、後述する樹脂成型用の金型を位置合わせするための複数の孔76が設けられている。
【0045】
また、図4に示すような発光素子18を内部に収容する発光素子アセンブリ28、図2に示すような電子素子20とこの電子素子20を搭載するための内部基板22、図2に示すような保持部材50、及びプリント配線が施されており、主面上にボリューム44が搭載された外部基板14を準備する(以上、準備工程)。
【0046】
次に、図6に示すように、リードフレーム40のアイランド24上に、電子素子20を搭載するための内部基板22を搭載する(回路基板搭載工程)。このとき、内部基板22の裏面に設けられた複数のパッドに、第1及び第2のリードピン16,30の端部が位置するように内部基板22を位置決めし、半田などにより内部基板22と第1及び第2のリードピン16,30との間の電気的な接続を図る。
【0047】
次に、図7に示すように、リードフレーム40の支持部26に、保持部材50を支持させる(保持部材支持工程)。ここで、図7(a)はリードフレーム40の支持部26に、保持部材50が支持された状態を示す図であり、図7(b)は図7(a)において保持部材50付近を拡大した図である。
【0048】
この保持部材支持工程では、図8に示すように、まず保持部材50の挟持部54の基部54aと押え部54bとの間に、リードフレーム40の支持部26の縁部26aを係合させる。そして、図9に示すように、支持部26に向かって保持部材50を押し込む。このとき、支持部26の挟持部54が導入される側の縁部26aの厚みは、他の部分よりも薄いため保持部材50を支持部26に導入しやすくなっている。そして、保持部材50の位置決め突起56aをリードフレーム40の補助部27の位置決め孔27aにはめ込むことで、おおよその位置決めを行う(位置決め工程)。なお、位置決め突起56aと位置決め孔27aとの間には数百μm程度のクリアランスがあるため、位置決めされた状態でも保持部材50はアイランド24を含む基準面に沿って変位可能である。
【0049】
次に、図10に示すように、保持部52を構成する一対のばね板片52bによりスリーブ28fを挟み込むようにして、保持部材50上に発光素子アセンブリ28を搭載して保持する(光素子アセンブリ保持工程)。なお、保持部材50に発光素子モジュール28を搭載した後でも、保持部材50の挟持部54での摺動と保持部材50自体の弾性により、発光素子モジュール28はリードフレーム40に対してフレキシビリティを有しているため、この段階で高度の位置決めを必要とせず、組み立てが容易である。
【0050】
次に、内部基板22上に電子部品20を搭載する。なお、この電子部品20は予め内部基板22上に搭載しておいてもよい。
【0051】
次に、発光素子アセンブリ28の接続ピン60と内部基板22のボンディングパッド21との間に、Alワイヤなどを用いてワイヤボンディングを施す(ワイヤボンディング工程)。
【0052】
そして、図11(a)、(b)に示すように、外枠部72に設けられた孔76に樹脂成型用金型80のパイロットピン82を挿通することで、リードフレーム40を金型80に位置決めして装着する。このとき、発光素子アセンブリ28は保持部材50により確実に保持されているため、金型80までリードフレーム40を搬送する際にボンディングされたワイヤが破断するおそれが低減されている。金型80とリードフレーム40との相対位置精度は、リードフレーム40の寸法精度によって決まり、概ね±30μm程度である。一方、発光素子モジュール28は、半円断面溝であるスリーブ整列部86によって金型80との位置が決定される。トランスファモールド工程では、キャビティ88内に熱硬化性樹脂を高圧で注入するため、スリーブ28fの外径とスリーブ整列部86との間は10μm程度に管理している。
【0053】
次に、樹脂封止する前に金型80内で発光素子モジュール28の精密な位置決めを行う(位置決め工程)。この製造方法では、保持部材50を基準面に沿って変位させることが可能であるため、このように樹脂封止前に発光素子アセンブリ28の位置決めを行うことで位置精度が高くなり、生成される光モジュール10の歩留まりの向上、特性の向上が図られる。
【0054】
次に、ゲート84を通してこの金型80内に樹脂を注入し、トランスファモールド工程によって発光素子アセンブリ28、電子素子20が搭載された内部基板22、アイランド24と第1のリードアレイ16と第2のリードアレイ30と支持部26と補助部27を含むリードフレーム40、及び保持部材50を樹脂封止する(樹脂封止工程)。このとき、金型80により光モジュール本体12の側面に、外部基板14の下辺14bを支持するための支持突起41を一体成形する。
【0055】
樹脂封止後、図12に示すように、金型80から外枠部72と一体化された樹脂封止部品53を取り外し、不要な外枠部72や吊りピン74を切断して除去する。このようにして、図13に示すような第2のリードアレイ30が屈曲される前の中間部品である樹脂封止部品53を作製する。この樹脂封止部品53では、リードフレーム40の支持部26は保持部材50、発光素子アセンブリ28、ボンディングワイヤ及び内部基板22を介してアイランド24と電気的に接続されている。
【0056】
次に、樹脂封止部品53の第2のリードアレイ30を、支持突起41側に所定角度をなすように屈曲して光モジュール本体12とする。そして、外部基板14の下辺14bを支持突起41上に載置すると共に、屈曲された第2のリードアレイ30の屈曲部30bを外部基板14裏面のボンディングパッドに当接させ、これを半田付け等により接合して光モジュール10の製造を完了する。この光モジュール10では、発光素子アセンブリ28の電位はアイランド24の電位と同じVcc となる。よって、発光素子アセンブリ28の電位が安定化され、光出力波形の向上を図る上で効果的である。
【0057】
以上、本実施形態にかかる送信用の光モジュール10について説明したが、本発明によれば、ほぼ同様に受信用の光モジュール110を構成することも可能である。
【0058】
図14は本実施形態にかかる受信用の光モジュール110の斜視図を示している。光モジュール110は、図14に示すように、外形が略四角柱形状をなし、底面よりリードアレイ116が突出したSIP(シングルインラインパッケージ)型の構造を有する。この受信用の光モジュール110は、送信用の光モジュール(図1の10)と異なり、電気特性を調整するためのボリューム(図1の44)が搭載された外部基板(図1の14)を備えていない。説明の便宜上、まず光モジュール110の内部構成から説明する。
【0059】
図15は、光モジュール110の内部構成を示す斜視図である。図15に示すように、光モジュール110は樹脂部材(図15の111)の内部に、光信号を電気信号に変換する受光素子(光素子)118を含む受光素子アセンブリ(光素子アセンブリ)128、受光素子118を駆動するための電子素子120、この電子素子120が搭載される内部基板(回路基板)122、内部基板122を搭載するためのアイランド(基板搭載部)124とリードアレイ116と支持部126とを有するリードフレーム140、及び受光素子アセンブリ128を保持する保持部材150を備えている。
【0060】
リードフレーム140を構成するアイランド124、リードアレイ116、及び支持部126は、アイランド124を含む基準面上に設けられている。リードアレイ116は10本のリードピンからなり、実装基板(図示しない)に接続されて光モジュール110と外部との間で電気的な信号の伝達を可能にする。
【0061】
図16は、図15においてリードフレーム140が含む支持部126付近を拡大して示す拡大図である。図16に示すように、支持部126はアイランド124を含む基準面上に設けられており、保持部材150が導入される側の縁部126aの厚みは、他の部分よりも薄く形成されている。なお、受信用の光モジュール110では、送信用の光モジュール(図1の10)とは異なって、支持部126とアイランド124とは一体化されている。
【0062】
またリードフレーム140は、図15及び図16に示すように、保持部材150の支持を補助するための補助部127を有している。この補助部127は、一端が支持部126に連結されたフレーム状の部材から構成され、該補助部127は保持部材150を位置決めするための位置決め孔127aを含んでいる。この位置決め孔127aは、後述する保持部材150の位置決め突起156aがはめ込まれたときに数百μm程度のクリアランスを有する大きさに設定されている。
なお、補助部127もリードフレーム140を構成する他の部材と同じく、アイランド124を含む基準面上に設けられている。
【0063】
このリードフレーム140は、Cu系合金等の放熱性に優れる金属で形成すると好ましい。なお、耐食性と半田付け性を高めるため、リードフレーム140にはNi、Ni/Au、Ni/Pd、Ni/Pd/Au等のメッキ処理を施すと好ましい。
【0064】
受光素子アセンブリ128は、図17に示すように、素子収容部128aとガイド部128bとを有している。素子収容部128aには、例えばフォトダイオード(pin型フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード)といった受光素子118が密閉されている。素子収容部128aは、コバールといった金属材料で形成されたベース128cを有する。ベース28c上には、ステンレスといった金属材料から成るレンズキャップ128dが搭載されている。素子収容部128aは、レンズキャップ128dに形成された窓部148を有している。窓部148は、受光素子118に関連する光が透過でき、集光レンズを含むことができる。ベース128cは、また受光素子118の電気的接続を行うための接続ピン160を有している。接続ピン160は、リードフォーミングされて平坦部162が形成され、ワイヤボンディングに適した形状とされている。
【0065】
ガイド部128bは、ステンレスといった金属材料から成るスリーブ128fを有している。スリーブ128fには、フェルールを受容し位置決めする精密穴128kを有している。
【0066】
電子素子120は、受けた信号に対して所定の処理を行い出力する信号処理デバイス、例えば受光素子アセンブリ128に含まれる受光素子118から出力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵するデバイスである。この電子素子120は、図15に示すように、エポキシ多層配線基板などからなる内部基板122上に搭載されており、この内部基板122が裏面に形成された半田付け用のランドを介してリードフレーム140のアイランド124に搭載されている。この裏面のランドの電位はVeeであり、これによりアイランド124の電位はVeeとなる。
【0067】
保持部材150は、受光素子アセンブリ128を保持するための保持部152と、上記したリードフレーム140の支持部126を挟持する挟持部154とを有している。保持部152は、受光素子アセンブリ128のスリーブ128fの側面に当接される基部152aと、基部152aの両端に屈曲形成されておりスリーブ128fを挟み込む一対のばね板片152bとを含んでいる。リードフレーム140の支持部126を挟み込む挟持部154は、基部154aと該基部154aに向かって支持部126を付勢する押え部154bとを有している。この押え部154bは、くの字型に屈曲形成されており、屈曲部154cが基部154a側に来るように屈曲されることで、屈曲部154cにおいて基部154aと押え部154bとの間の幅が最も狭くなっている。そして、支持部126に導入される側の端部における基部154aと押え部154bとの間の幅は、屈曲部154cにおける幅よりも広くなっており、支持部126に導入するときに導入しやすくなっている。これら保持部152と挟持部154とは連結部156を介して連結されており、この連結部156にはリードフレーム140の補助部127が有する位置決め孔127aにはまり込む位置決め突起156aが設けられている。
【0068】
この保持部材150の極限強度は、可能な限り高いと好ましい。保持部材150に光素子アセンブリ128を保持させたり、支持部126に保持部材150を取り付ける際には、保持部材150には歪みが生じる。この歪みに伴う応力が極限強度を超えた場合には、取り付け以降におけるわずかな応力が加わった時点で保持部材150が破断に至るおそれがある。また、仮に破断に至らないまでも塑性変形により保持部材150が光素子アセンブリ128、或いは支持部126を挟持する力が低下し、導通の度合いが低下するおそれがある。よって、保持部材150の少なくとも挟持部154と保持部152とに働く力が極限強度以下の応力となるように設計することが必要であり、さらには降伏点以下となるように設計する(保持部材150の歪みが弾性歪みである)ことが望ましい。このことから、保持部材150の材料選定に際しては可能な限り極限強度が高いと好ましい。
【0069】
ここで、本実施形態では保持部材150をリードフレーム140とは別部品としたため、保持部材150は極限強度を優先した材料選択が可能となり、一方リードフレーム140は放熱性を優先した材料選択が可能となり、保持部材150の材料選択の自由度が拡大する。なお、保持部材150の材料としては、りん青銅、洋白、SUS等の材料が適している。
【0070】
本実施形態に係る光モジュール110では、保持部材150の挟持部154がリードフレーム140の支持部126を挟持することで保持部材150が支持されている。このとき、保持部材150の連結部156の位置決め突起156aがリードフレーム140の補助部127の位置決め孔127aにはめ込まれて位置決めされており、また保持部材150が保持部152を介して補助部152により支持されている。そして受光素子アセンブリ128は、保持部152を介して保持部材150上に保持された状態で、受光素子アセンブリ128のベース128cから延びる接続ピン160と内部基板122上のボンディングパッド121との間でワイヤボンディングが施され、受光素子118と電子素子120との間の電気的接続が図られている。
【0071】
光モジュール110は、上述した受光素子アセンブリ128、電子素子120が搭載された内部基板122、アイランド124とリードアレイ116と支持部126とを含むリードフレーム140、及び保持部材150を樹脂部材111により樹脂封止して構成されている。
【0072】
なお、図14に示すようにリードアレイ116は一端のみ樹脂封止され、他端は樹脂部材111から突出している。また受光素子アセンブリ128のスリーブ128fは、その一端のみ樹脂封止され、他端は樹脂部材111から突出している。
【0073】
従って、光モジュール110は、光軸X方向に沿って延び、樹脂封止された内部基板122と平行な位置関係にある2つの側面と、内部基板122と垂直な位置関係にあり、2つの側面とを有する略四角柱形状をなす。
【0074】
そして、受光素子アセンブリ128が有する受光素子118の光軸Xは、リードフレーム140のアイランド124を含む基準面からずれている。光モジュール110においてリードピン116の位置や、受光素子118の光軸Xの位置などは業界基準により定められおり、かかる業界基準の要請により受光素子アセンブリ128が有する受光素子118の光軸Xは、基準面からずらす必要がある。
この光モジュール110は、保持部材150をリードフレーム140とは別部材として構成しているため、かかる業界基準の要請を容易に満たすことができる。
【0075】
次に、本実施形態にかかる受信用の光モジュール110の製造方法について説明する。
【0076】
まず、図18に示すように、内部基板122を搭載するためのアイランド124と、リードアレイ116と、保持部材150を支持するための支持部126と、補助部127とを有するリードフレーム140を準備する。これらリードフレーム140を構成する各部材は、外枠部172や吊りピン174により一体化されている。ここで受信用の光モジュール110の製造においては、支持部126はアイランド124と一体化されている。かかるリードフレーム140は、金属製薄板をエッチング加工するか、または、プレス機によって打ち抜き加工するなどして一体的に形成することができる。なお、外枠部172の所定位置には、後述する樹脂成型用の金型を位置合わせするための複数の孔176が設けられている。
【0077】
また、図17に示すような受光素子118を内部に収容する受光素子アセンブリ128、図15に示すような電子素子120とこの電子素子120を搭載するための内部基板122、及び図15に示すような保持部材150を準備する(以上、準備工程)。
【0078】
次に、図19に示すように、リードフレーム140のアイランド124上に、電子素子120を搭載するための内部基板122を搭載する(回路基板搭載工程)。このとき、内部基板122の裏面に設けられた複数のパッドに、リードピン116の端部が位置するように内部基板122を位置決めし、半田などにより内部基板122とリードピン116との間の電気的な接続を図る。
【0079】
次に、内部基板122上に電子部品120を搭載する。なお、この電子部品120は予め内部基板122上に搭載しておいてもよい。
【0080】
次に、図20に示すように、リードフレーム140の支持部126に、保持部材150を支持させる(保持部材支持工程)。ここで、図20(a)はリードフレーム140の支持部126に保持部材150が支持された状態を示す図であり、図20(b)は図20(a)において保持部材150付近を拡大して示す拡大図である。
【0081】
この保持部材支持工程では、送信用の光モジュール10の製造工程で述べたのと同じように、まず保持部材150の挟持部154の基部154aと押え部154bとの間に、リードフレーム140の支持部126の縁部126aを係合させる。そして、支持部126に向かって保持部材150を押し込む。このとき、支持部126の挟持部154が導入される側の縁部126aの厚みは、他の部分よりも薄いため保持部材150を支持部126に導入しやすくなっている。そして、保持部材150の位置決め突起156aをリードフレーム140の補助部127の位置決め孔127aにはめ込むことで、おおよその位置決めを行う(位置決め工程)。なお、位置決め突起156aと位置決め孔127aとの間には数百μm程度のクリアランスがあるため、位置決めされた状態でも保持部材150はアイランド124を含む基準面に沿って変位可能である。
【0082】
次に、図21に示すように、保持部152を構成する一対のばね板片152bによりスリーブ128fを挟み込むようにして、保持部材150上に受光素子アセンブリ128を搭載して保持する(光素子アセンブリ保持工程)。なお、保持部材150に受光素子モジュール128を搭載した後でも、保持部材150の挟持部154での摺動と保持部材150自体の弾性により、受光素子モジュール128はリードフレーム140に対してフレキシビリティを有しているため、この段階で高度の位置決めを必要とせず、組み立てが容易である。
【0083】
次に、受光素子アセンブリ128の接続ピン160と内部基板122のボンディングパッド121との間に、Alワイヤなどを用いてワイヤボンディングを施す(ワイヤボンディング工程)。
【0084】
そして、図22(a)、(b)に示すように、外枠部172に設けられた孔176に樹脂成型用金型180のパイロットピン182を挿通することで、リードフレーム140を金型180に位置決めして装着する。このとき、受光素子アセンブリ128は保持部材150により確実に保持されているため、金型180までリードフレーム140を搬送する際にボンディングされたワイヤが破断するおそれが低減されている。金型180とリードフレーム140との相対位置精度は、リードフレーム140の寸法精度によって決まり、概ね±30μm程度である。一方、受光素子モジュール128は、半円断面溝であるスリーブ整列部186によって金型180との位置が決定される。トランスファモールド工程では、キャビティ188内に熱硬化性樹脂を高圧で注入するため、スリーブ128fの外径とスリーブ整列部186との間は10μm程度に管理している。
【0085】
次に、樹脂封止する前に金型180内で受光素子モジュール128の精密な位置決めを行う(位置決め工程)。この製造方法では、保持部材150を基準面に沿って変位させることが可能であるため、このように樹脂封止前に受光素子アセンブリ128の位置決めを行うことで位置精度が高くなり、生成される光モジュール110の歩留まりの向上、特性の向上が図られる。
【0086】
次に、ゲート184を通してこの金型180内に樹脂を注入し、トランスファモールド工程によって受光素子アセンブリ128、電子素子120が搭載された内部基板122、アイランド124とリードアレイ116と支持部126と補助部127を含むリードフレーム140、及び保持部材150を樹脂封止する(樹脂封止工程)。
【0087】
樹脂封止後、図23に示すように、金型180から外枠部172と一体化された光モジュール110を取り外し、不要な外枠部172や吊りピン174を切断して除去し、光モジュール110の製造を完了する。この光モジュール110では、リードフレーム140の支持部126と受光素子モジュール128とはアイランド124と同じ電位のVeeとなる。よって、受光素子モジュール128の電位が安定化され、電磁ノイズ耐性を確保する上で効果的である。
【0088】
なお、本実施形態にかかる送信用の光モジュール10および受信用の光モジュール110は、図25及び図26に示すように、ハウジング210に収納されて一体として光リンク装置200を形成する。
【0089】
ハウジング210は、図25に示すように絶縁性のプラスチック樹脂で形成されており、前部に送信用および受信用の光コネクタが着脱自在に嵌合される光レセプタクル部212を有し、後部に光モジュール収納部214を有している。光モジュール収納部214は、仕切り壁216により仕切られて送信用光モジュール収納部と受信用光モジュール収納部とに区画されている。この仕切り壁216の受信用光モジュール収納部側には、金属製の薄板からなる金属シールド218が仕切り壁216に沿って取り付けられており、送信用光モジュール10と受信用光モジュール110との間をシールドしている。
【0090】
そして、送信用光モジュール収納部には送信用の光モジュール10が、また受信用光モジュール収納部には受信用の光モジュール110が、内部基板22,122が搭載されている側の面が対向するようにそれぞれ収納されている。そして、金属製のハウジングカバー220により光モジュール収納部214が被覆され、シールドが施されている。このようにして、図26に示すような略直方体形状を有する光リンク装置200が形成される。
【0091】
続いて、本実施形態にかかる送信用及び受信用の光モジュール10,110、およびその製造方法の作用及び効果について説明する。
【0092】
本実施形態に係る光モジュール10,110は、リードフレーム40,140とは別体で設けられた保持部材50,150を有しているため、必要に応じて保持部材50,150を変更することで光モジュール10,110の設計変更に容易に対応することができる。また、この保持部材50,150はリードフレームの支持部26,126を挟持する挟持部54,154と、光素子アセンブリ28,128を挟持して保持する保持部52,152とを有している。よって、光素子アセンブリ28,128と保持部材50,150との間、保持部材50,150と支持部26,126との間の導通が十分に確保され、各部材の電位が安定化される。その結果、送信用の光モジュール10については光出力波形の向上が図られ、また受信用の光モジュール110については電磁ノイズ耐性の向上が図られ、電気特性の向上を図ることが可能となる。
【0093】
本実施形態に係る光モジュールの製造方法は、リードフレーム40,140とは別体で設けられた保持部材50,150を準備する工程を有している。よって、必要に応じて保持部材50,150を変更することで光モジュール10,110の設計変更に容易に対応することができる。またこの製造方法は、保持部材50,150の挟持部54,154によりリードフレーム40,140の支持部26,126を挟持して保持部材50,150を基準面に沿って変位可能に支持する保持部材支持工程と、保持部材50,150の保持部52,152により光素子アセンブリ28,128を挟持して保持する光素子アセンブリ保持工程とを有している。よって、光素子アセンブリ28,128と保持部材50,150との間、保持部材50,150と支持部26,126との間の導通が十分に確保され、各部材の電位が安定化される。その結果、送信用の光モジュール10については光出力波形の向上が図られ、また受信用の光モジュール110については電磁ノイズ耐性の向上が図られ、電気特性の向上を図ることが可能となる。
【0094】
【発明の効果】
本発明によれば、設計変更に機動的に対応することが可能であると共に、部材間の導通を十分に確保して特性の向上を図ることが可能な光モジュールの製造方法、及び光モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、送信用の光モジュールを示す分解斜視図である。
【図2】図2は、送信用の光モジュールの内部構造を示す斜視図である。
【図3】図3は、図2において支持部付近を拡大して示す拡大図である。
【図4】図4は、発光素子モジュールの構造を示す断面図である。
【図5】図5は、送信用の光モジュールの製造工程(準備工程)を示す斜視図である。
【図6】図6は、送信用の光モジュールの製造工程(基板搭載工程)を示す斜視図である。
【図7】図7(a)は、送信用の光モジュールの製造工程(保持部材支持工程)を示す斜視図であり、図7(b)は、図7(a)において保持部材付近を拡大して示す拡大図である。
【図8】図8は、送信用の光モジュールの製造工程(保持部材支持工程)において、挟持部に支持部を係合する様子を示す拡大図である。
【図9】図9は、送信用の光モジュールの製造工程(保持部材支持工程)において、支持部に向かって挟持部を押し込む様子を示す拡大図である。
【図10】図10は、送信用の光モジュールの製造工程(光素子アセンブリ保持工程)を示す斜視図である。
【図11】図11は、送信用の光モジュールの製造工程(樹脂封止工程)を示す斜視図である。
【図12】図12は、樹脂封止完了後においてリードフレームと一体化された樹脂封止部品を示す斜視図である。
【図13】図13は、図12において不要な外枠部などを取り除いた後に得られた樹脂封止部品を示す斜視図である。
【図14】図14は、受信用の光モジュールを示す斜視図である。
【図15】図15は、受信用の光モジュールの内部構造を示す斜視図である。
【図16】図16は、図15において支持部付近を拡大して示す拡大図である。
【図17】図17は、受光素子モジュールの構造を示す断面図である。
【図18】図18は、受信用の光モジュールの製造工程(準備工程)を示す斜視図である。
【図19】図19は、受信用の光モジュールの製造工程(基板搭載工程)を示す斜視図である。
【図20】図20(a)は、受信用の光モジュールの製造工程(保持部材支持工程)を示す斜視図であり、図20(b)は、図20(a)において保持部材付近を拡大して示す拡大図である。
【図21】図21は、受信用の光モジュールの製造工程(光素子アセンブリ保持工程)を示す斜視図である。
【図22】図22は、受信用の光モジュールの製造工程(樹脂封止工程)を示す斜視図である。
【図23】図23は、樹脂封止完了後においてリードフレームと一体化された受信用の光モジュールを示す斜視図である。
【図24】図24は、図23において不要な外枠部などを取り除いた後に得られた受信用の光モジュールを示す斜視図である。
【図25】図25は、光リンク装置を示す分解斜視図である。
【図26】図26は、光リンク装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
10,110…光モジュール、11,111…樹脂体、12…光モジュール本体、14…外部基板、16…第1のリードアレイ、18…発光素子、20,120…電子素子、22,122…内部基板、24,124…アイランド、26,126…支持部、27,127…補助部、27a,127a…位置決め孔、28…発光素子アセンブリ、128…受光素子アセンブリ、40,140…リードフレーム、30…第2のリードアレイ、30a…基部、30b…屈曲部、41…支持突起、44…ボリューム、50…保持部材、52…保持部、53…樹脂封止部品、54…挟持部、54a…基部、54b…押え部、56a,156a…位置決め突起、116…リードアレイ、118…受光素子。
Claims (12)
- 光信号と電気信号との間でいずれか一方の信号を他方の信号に変換する光素子を有する光素子アセンブリ、前記光素子と電気的に接続される電子素子が搭載される回路基板、基準面上にそれぞれ設けられたリードピンと前記回路基板を搭載するための基板搭載部と支持部とを有するリードフレーム、及び前記光素子アセンブリを挟持して保持する保持部と前記リードフレームの前記支持部を挟持する挟持部とを有する保持部材を準備する準備工程と、
前記リードフレームの前記基板搭載部に前記回路基板を搭載する基板搭載工程と、
前記保持部材の前記挟持部により前記リードフレームの前記支持部を挟持し、該保持部材を前記基準面に沿って変位可能に支持する保持部材支持工程と、
前記保持部材の前記保持部により前記光素子アセンブリを挟持して保持する光素子アセンブリ保持工程と、
前記光素子アセンブリと前記回路基板との間にワイヤボンディングを施すワイヤボンディング工程と、
前記光素子アセンブリ、前記回路基板、前記リードフレーム、及び前記保持部材を樹脂封止する樹脂封止工程と、
を有する光モジュールの製造方法。 - 前記樹脂封止工程の前に、前記保持部材を位置決めする位置決め工程を更に有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。
- 前記保持部材の前記挟持部は、基部と該基部に向かって前記リードフレームの前記支持部を付勢するための押さえ部とを有し、
前記保持部材支持工程は、
前記基部と前記押さえ部との間に前記支持部の縁部を係合させる工程と、
前記支持部に向かって前記保持部材を押し込む工程とを含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光モジュールの製造方法。 - 光信号と電気信号との間でいずれか一方の信号を他方の信号に変換する光素子を有する光素子アセンブリと、
前記光素子と電気的に接続される電子素子が搭載される回路基板と、
基準面上にそれぞれ設けられたリードピン、前記回路基板を搭載する基板搭載部、及び支持部を有するリードフレームと、
前記光素子アセンブリを挟持して保持する保持部、及び前記リードフレームの前記支持部を挟持する挟持部を有する保持部材と、
前記光素子アセンブリ、前記回路基板、前記保持部材、及び前記リードフレームを封止する樹脂部材と、
を備えることを特徴とする光モジュール。 - 前記保持部材の前記挟持部は、前記基準面に沿って設けられた基部と、該基部に向かって前記リードフレームの前記支持部を付勢する押さえ部とを有することを特徴とする請求項4に記載の光モジュール。
- 前記挟持部は、前記基部と前記押さえ部との間の幅が最も狭くなる最狭部を有し、前記支持部に導入される側の該挟持部の端部における該基部と該押さえ部との間の幅は、前記最狭部における該基部と該押さえ部との間の幅よりも広いことを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。
- 前記支持部の前記挟持部が導入される側の縁部の厚みは、他の部分よりも薄いことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記リードフレームは、前記基準面上に設けられた前記保持部材の支持を補助するための補助部を更に有することを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記リードフレームの前記補助部は前記保持部材を位置決めするための位置決め孔を含み、前記保持部材は前記位置決め孔にはまり込む突起部を含むことを特徴とする請求項8に記載の光モジュール。
- 前記保持部材の前記保持部は、前記光素子アセンブリを挟持する一対のばね板部材を含むことを特徴とする請求項4〜9のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記光素子アセンブリが有する前記光素子の光軸は、前記基準面からずれていることを特徴とする請求項4〜10のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記光素子アセンブリと前記回路基板とはボンディングワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項4〜11のいずれかに記載の光モジュール。
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