JP7135830B2 - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールの製造方法に関するものである。

光導波路、レンズ、および光素子の各部品を備える光モジュールでは、部品同士の組立精度が部品間の結合損失に影響を及ぼす。このため、光モジュール全体における損失を低減するためには、部品同士の組立精度を高める必要がある。

特許文献１には、電気配線と光配線とが混在する光電気複合配線板の製造方法として、電気配線のランドと導波路の位置を計測する位置計測工程と、導波路のコアに反射ミラーを形成するとともに、導波路のクラッドに結合レンズを形成する光学素子形成工程と、を有する方法が開示されている。そして、光学素子形成工程においては、位置計測工程で得た計測結果に基づいて、反射ミラーおよび結合レンズの形成位置制御および形状制御を行うことが開示されている。

特開２００４－２０５６６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、反射ミラーおよび結合レンズを加工する前の光導波路と、電気配線と、を備えた基板素材を用意する必要がある。そして、この基板素材に対して、加工を施すことにより、反射ミラーおよび結合レンズを形成する必要がある。このため、光導波路が多チャンネルである場合、多数の反射ミラーや結合レンズをレーザー加工によって個別に形成する必要があり、生産効率の低下を招く。換言すれば、反射ミラーや結合レンズをあらかじめ形成した後、部品同士を接着するという製造プロセスを採用することができないため、チャンネル数が増えれば増えるほど、生産効率が低下する。したがって、特許文献１に記載の方法は、光電気複合配線板の量産に向かないという課題がある。

本発明の目的は、部品間の結合損失が小さい光モジュールを効率よく製造可能な光モジュールの製造方法を提供することにある。

このような目的は、下記（１）～（４）の本発明により達成される。
（１） 線状に延在するコア部と前記コア部の光路を変換する光路変換部と第１アライメントマークとを備える光導波路、レンズと第２アライメントマークとを備えるレンズ部品、および、光素子と基板とを備える光素子搭載基板を、この順で積層してなる光モジュールの製造方法であって、
前記第１アライメントマークに対する前記光路変換部の設計位置からのずれ量である光路変換部ずれ量と、前記第２アライメントマークに対する前記レンズの設計位置からのずれ量であるレンズずれ量とに基づいて、前記光導波路に対して前記レンズ部品を位置合わせする際の第１目標位置を設定する第１目標位置設定工程と、
前記レンズ部品を前記第１目標位置に合わせるように前記光導波路と前記レンズ部品とを接着し、レンズ付き光導波路を得る第１接着工程と、
前記レンズ付き光導波路において、前記第１アライメントマークの位置および前記第２アライメントマークの位置に基づいて、前記第１目標位置に対する前記レンズ部品のオフセット量であるレンズ部品オフセット量を求めるオフセット量計測工程と、
前記レンズ部品オフセット量、および、前記第１目標位置に対する前記光素子搭載基板のオフセット量である光素子搭載基板オフセット量と、前記光モジュールの結合損失と、の相関関係に基づき、前記レンズ付き光導波路に対して前記光素子搭載基板を位置合わせする際の第２目標位置を設定する第２目標位置設定工程と、
前記光素子搭載基板を第２目標位置に合わせるように前記レンズ付き光導波路と前記光素子搭載基板とを接着し、前記光モジュールを得る第２接着工程と、
を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。

（２） 前記レンズ付き光導波路において、前記レンズ部品越しに前記第１アライメントマークが視認可能になっている請求項１に記載の光モジュールの製造方法。

（３） 前記第２接着工程において、前記光素子の受発光部と、前記レンズ付き光導波路の前記レンズまたは前記第２アライメントマークと、を確認しつつ、前記光素子搭載基板が前記第２目標位置に合うように、前記レンズ付き光導波路と前記光素子搭載基板との位置関係を調整する請求項１または２に記載の光モジュールの製造方法。

（４） 前記相関関係は、前記レンズ部品オフセット量および前記光素子搭載基板オフセット量と、それらを入力し光線追跡法による計算で求められた前記結合損失と、に基づくものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。

本発明によれば、部品間の結合損失が小さい光モジュールを効率よく製造することができる。

光モジュールの一例を示す断面図である。 図１に示す光モジュールの平面図である。 図２に示す光導波路の部分拡大斜視図である。 実施形態に係る光モジュールの製造方法を示す工程図である。 図２に示す光モジュールの分解図であって、図４に示す光モジュールの製造方法により互いに位置合わせされる光導波路、レンズ部品および光素子搭載基板を示す平面図である。 図５の部分拡大図である。 図４に示す光モジュールの製造方法の概略を示す断面図である。 図４に示す光モジュールの製造方法の概略を示す断面図である。 図６に示す平面図に基づいて光モジュールの製造方法の詳細を説明するための平面図である。 図６に示す平面図に基づいて光モジュールの製造方法の詳細を説明するための平面図である。 図６に示す平面図に基づいて光モジュールの製造方法の詳細を説明するための平面図である。 図６に示す平面図に基づいて光モジュールの製造方法の詳細を説明するための平面図である。 図６に示す平面図に基づいて光モジュールの製造方法の詳細を説明するための平面図である。 ミラー（光路変換部）を基準にしたとき、レンズ部品および光素子搭載基板がオフセットされたときの結合損失の変化量の分布を示した図である。 ミラー（光路変換部）を基準にしたとき、レンズ部品および光素子搭載基板がオフセットされたときの結合損失の変化量の分布を示した図である。

以下、本発明の光モジュールの製造方法について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜光モジュール＞
まず、実施形態に係る光モジュールの製造方法により製造される光モジュールの一例について説明する。

図１は、光モジュールの一例を示す断面図である。図２は、図１に示す光モジュールの平面図である。なお、各図において互いに直交する３つの軸を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｚ軸方向のうち、プラス側を「上」、マイナス側を「下」ともいう。

図１および図２に示す光モジュール１００は、光導波路１と、電気基板２と、光導波路１と光学的に接続されている光素子３と、制御素子４と、レンズ部品５と、を有している。このような光モジュール１００では、例えば発光素子である光素子３で出射した光を光導波路１に導入すると、図示しないレセプタクルを介して光ファイバーに送出することができる。また、光素子３が受光素子である場合には、光ファイバーから出射した光を、光導波路１を介して光素子３で受光することができる。これにより、光ファイバーと光モジュール１００との間で光通信を行うことができる。

このうち、図１および図２に示す電気基板２は、絶縁基板２１と、絶縁基板２１の上面に設けられた導電層２２および接点２３と、を備えている。

また、図１に示す電気基板２の上面には、光素子３および制御素子４が搭載されている。これらの素子と導電層２２との間は、図示しないボンディングワイヤーを介して電気的に接続されている。なお、この接続構造は、ボンディングワイヤーに限定されず、その他の構造、例えばフリップチップボンディング等で代替されてもよい。

光素子３が発光素子である場合、光素子３としては、例えば、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ素子等が挙げられる。

また、光素子３が受光素子である場合、光素子３としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ、ＡＰＤ）、フォトトランジスター等が挙げられる。

また、制御素子４としては、例えば、ドライバーＩＣ、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、リミッティングアンプ（ＬＡ）、またはこれらの素子を複合したコンビネーションＩＣ等が挙げられる。

なお、電気基板２には、上述した素子以外に、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＭＰＵ（マイクロプロセッサーユニット）、ＬＳＩ、ＩＣ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、コンデンサー、コイル、抵抗、ダイオード等が搭載されていてもよい。

図１および図２に示す光導波路１は、シート状をなしており、内部に形成されたコア部１４が導光路になっている。

また、光導波路１の右端には、ＭＴ型光コネクター６２が装着されている。このＭＴ型光コネクター６２は、図示しないレセプタクルに対してその一端側から挿入されている。

また、光導波路１には、光路変換部１６が形成されている。この光路変換部１６を介して図１の左右方向に延在する光路が、図１の上下方向に延在する光路に変換される。この光路により、光導波路１と光素子３との間が光学的に接続されている。

レンズ部品５は、光導波路１と電気基板２との間に設けられている。図１に示すレンズ部品５は、基部５１と、基部５１の縁から下方に向かって立設された壁部５２と、を備えている。そして、壁部５２の下面が電気基板２の上面に接合され、基部５１の上面に光導波路１が接合されている。これにより、基部５１、壁部５２および電気基板２で取り囲まれた空洞５３が形成される。また、この空洞５３には、前述した光素子３および制御素子４が収まっている。これにより、光素子３および制御素子４を外部環境や異物付着等から保護することができる。

レンズ部品５は、光透過性を有しており、光路を通過させることができる。また、基部５１にはレンズ５４が形成されている。このレンズ５４は、例えば凸レンズであり、光路を伝搬する光を集束させることができる。

なお、レンズ部品５には、レンズ５４の他に、回折格子、偏光子、プリズム、フィルター等が設けられていてもよい。

この他、光モジュール１００は、上記部品を収納する筐体、レセプタクル等を備えていてもよい。

（光導波路）
次に、光導波路１について説明する。
図３は、図２に示す光導波路の部分拡大斜視図である。

本実施形態に係る光導波路１は、図３の下側から、下側保護層１７、クラッド層１１、コア層１３、クラッド層１２、および上側保護層１８がこの順で積層されてなる積層体１０１を備えている。また、コア層１３中には、図２の上下方向に延在する長尺状（線状）のコア部１４と、コア層１３の厚さ方向から見てコア部１４の側面に隣接して設けられた側面クラッド部１５と、が形成されている。

一方、図２および図３に示す光導波路１は、前述したように、光路を変換する光路変換部１６を備えている。この光路変換部１６は、積層体１０１の上面に開口し、コア層１３を貫通する凹部１６０の内面の一部である。すなわち、光路変換部１６は、空洞である凹部１６０とコア部１４との界面の一部である。このため、光路変換部１６では、屈折率差に基づくフレネル反射によって光路を変換することができる。

以下、光導波路１の各部についてさらに詳述する。
－コア層－
図３に示すコア部１４は、その側面が、側面クラッド部１５およびクラッド層１１、１２で囲まれている。そして、コア部１４の屈折率は、側面クラッド部１５やクラッド層１１、１２の屈折率よりも高くなっている。これにより、コア部１４に光を閉じ込めて伝搬させることができる。

コア層１３において、光路に直交する面内における屈折率分布は、いかなる分布であってもよく、例えば屈折率が不連続的に変化したいわゆるステップインデックス（ＳＩ）型の分布であってもよく、屈折率が連続的に変化したいわゆるグレーデッドインデックス（ＧＩ）型の分布であってもよい。

また、コア部１４の光路に直交する面による断面形状は、特に限定されず、真円、楕円形、長円形等の円形、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形、その他の異形状であってもよい。

また、コア層１３の平均厚さは、特に限定されないが、１～２００μｍ程度であるのが好ましく、５～１００μｍ程度であるのがより好ましく、１０～７０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路１の伝送効率の低下を抑えつつ光導波路１の薄型化を図ることができる。

コア層１３の構成材料（主材料）としては、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ＰＥＴやＰＢＴのようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料等が挙げられる。なお、樹脂材料には、異なる組成のものを組み合わせた複合材料も用いられる。

－クラッド層－
クラッド層１１、１２の平均厚さは、それぞれ１～２００μｍ程度であるのが好ましく、３～１００μｍ程度であるのがより好ましく、５～６０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路１が必要以上に厚膜化するのを防止しつつ、クラッド層１１、１２としての機能が確保される。

また、クラッド層１１、１２の構成材料としては、例えば、前述したコア層１３の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特に（メタ）アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、およびポリオレフィン系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であるのが好ましく、（メタ）アクリル系樹脂またはエポキシ系樹脂がより好ましい。

なお、クラッド層１１、１２は、必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。このとき、例えばコア層１３が外気（空気）に曝されていれば、その外気がクラッド層１１、１２として機能する。

－保護層－
図３に示す光導波路１は、下側保護層１７および上側保護層１８は、コア層１３やクラッド層１１、１２を保護し、外部環境等に起因したコア部１４の伝送効率の低下を抑制することができる。

下側保護層１７および上側保護層１８の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂を含む材料が挙げられる。

下側保護層１７および上側保護層１８の平均厚さは、特に限定されないが、５～５００μｍ程度であるのが好ましく、１０～４００μｍ程度であるのがより好ましい。

また、下側保護層１７および上側保護層１８は、互いに同じ構成であっても互いに異なる構成であってもよい。

なお、下側保護層１７および上側保護層１８は、それぞれ必要に応じて設けられればよく、少なくとも一方が省略されていてもよい。

－凹部－
凹部１６０は、コア部１４の延在方向のいずれの位置に設けられていてもよいが、図３ではコア部１４の端部に設けられている。そして、凹部１６０の内面に設けられた光路変換部１６は、コア部１４の光路に対して傾斜する面である。この光路変換部１６の傾斜角度に応じて、光路の変換角度を調整することができる。

図３に示す凹部１６０は、コア層１３の面内においてコア部１４の延在方向と直交する方向から見たとき、下方に頂点を持つ三角形に準じた形状をなしている。そして、光路変換部１６は、図３に示すように、クラッド層１１からコア層１３およびクラッド層１２を経て上側保護層１８に至るまでの間に連続して形成された平坦面である。なお、凹部１６０の形状は、図３に示す形状に限定されず、いかなる形状であってもよい。

また、光路変換部１６の傾斜角度は、特に限定されないが、図１に示す光導波路１の下面を基準面としたとき、基準面と光路変換部１６とがなす角度の鋭角側は、３０～６０°程度であるのが好ましく、４０～５０°程度であるのがより好ましい。傾斜角度を前記範囲内に設定することにより、光路変換部１６においてコア部１４の光路を効率よく変換し、光路変換に伴う損失を抑制することができる。

なお、凹部１６０の最深部の位置、すなわち三角形の頂点の位置は、特に限定されないが、コア層１３よりもクラッド層１１側であるのが好ましい。

また、本実施形態に係るコア層１３には、凹部１６０に対応する位置に設けられ、コア部１４よりも幅が広い拡幅部１４１が形成されている。すなわち、図３に示すように、コア層１３を平面視したとき、拡幅部１４１は、凹部１６０を内包するような長方形をなしている。この拡幅部１４１の屈折率は、コア部１４と同様、側面クラッド部１５やクラッド層１１、１２の屈折率よりも高くなっている。このような拡幅部１４１を設けることにより、光路変換部１６のうち、コア層１３の断面に露出する材料は、コア部１４を構成する材料、すなわち、側面クラッド部１５やクラッド層１１、１２よりも屈折率の高い材料となる。このため、光路変換部１６における屈折率差をより大きくすることができ、反射率を高めるとともに、反射損失を低減することができる。

なお、本実施形態では、凹部１６０内を空気が占めているが、その代わりにコア部１４よりも低屈折率の材料で占められていてもよい。

また、凹部１６０に代えて、コア層１３の厚さ方向に光路を曲げる湾曲導波路が設けられていてもよい。また、拡幅部１４１は、省略されてもよい。

＜光モジュールの製造方法＞
次に、実施形態に係る光モジュールの製造方法について説明する。

図４は、実施形態に係る光モジュールの製造方法を示す工程図である。図５は、図２に示す光モジュールの分解図であって、図４に示す光モジュールの製造方法により互いに位置合わせされる光導波路、レンズ部品および光素子搭載基板を示す平面図である。図６は、図５の部分拡大図である。図７および図８は、それぞれ図４に示す光モジュールの製造方法の概略を示す断面図である。図９ないし図１３は、それぞれ図６に示す平面図に基づいて光モジュールの製造方法の詳細を説明するための平面図である。

本実施形態に係る光モジュールの製造方法は、光導波路１と、レンズ部品５と、光素子３および電気基板２を備える光素子搭載基板２５と、をこの順で積層してなる光モジュール１００の製造方法である。この製造方法は、図４に示すように、第１ずれ量計測工程と、第２ずれ量計測工程と、第１目標位置設定工程と、第１接着工程と、オフセット量計測工程と、第２目標位置設定工程と、第２接着工程と、を有する。以下、各工程について順次説明する。

［１］第１ずれ量計測工程Ｓ０１
図１に示す光導波路１は、前述した積層体１０１と光路変換部１６とを備えている。また、図５に示す光導波路１は、第１アライメントマーク１７１を備えている。第１アライメントマーク１７１は、容易に視認可能なマークであって、画像認識等により、光導波路１の位置を正確に検出することを可能にする。そして、第１アライメントマーク１７１は、図６に示すように、例えば光路変換部１６の近傍に設けられ、光路変換部１６との間に既知の位置関係を有している。つまり、第１アライメントマーク１７１の位置を検出することができれば、この既知の位置関係に基づいて、光路変換部１６の位置を容易に導出することができる。これにより、光路変換部１６の視認性が低く、その位置を正確に検出することが難しい場合でも、第１アライメントマーク１７１に基づいて、光路変換部１６の位置を容易に把握することが可能になる。

第１アライメントマーク１７１は、図６に示すように、側面クラッド部１５に対応する領域に設けられ、光導波路１の上面側から視認可能である。このような第１アライメントマーク１７１としては、例えば、積層体１０１と色や透明度が異なる領域、積層体１０１に形成された凹みや突起、側面クラッド部１５より屈折率が高い領域であって周囲とは見え方が異なる領域等が挙げられる。また、光導波路１の外縁を第１アライメントマーク１７１として用いるようにしてもよい。

また、第１アライメントマーク１７１の形状は、特に限定されないが、例えば、真円、楕円、長円、円環のような円形、正方形、長方形、菱形、六角形のような多角形、その他の異形状等が挙げられる。特に、カメラ等の撮像素子に第１アライメントマーク１７１を識別させる場合、識別率の観点から、図６に示すような円形が好ましく用いられる。

さらに、光導波路１は、複数の第１アライメントマーク１７１を備えているのが好ましい。これにより、複数の第１アライメントマーク１７１を同時に視認することにより、光導波路１の傾きについても容易に検出することができる。

ところで、第１アライメントマーク１７１は、前述したように、光路変換部１６との間で既知の位置関係を有している。この位置関係の精度が高くなければ、第１アライメントマーク１７１の位置を正確に検出することができても、光路変換部１６の位置を正確に検出することにはならない。しかしながら、現実には、第１アライメントマーク１７１と光路変換部１６との間には、製造誤差に伴う設計位置からのずれが発生している。そこで、本工程では、この設計位置からのずれ量を計測する。説明の便宜のため、第１アライメントマーク１７１を基準にしたとき、図９に示すように、光路変換部１６の設計位置からのＸ軸方向におけるずれ量を「光路変換部Ｘ軸ずれ量ＳＭＸ」とし、光路変換部１６の設計位置からのＹ軸方向におけるずれ量を「光路変換部Ｙ軸ずれ量ＳＭＹ」とする。また、これらを合わせて「光路変換部ずれ量」という。本工程では、第１アライメントマーク１７１から光路変換部１６までの距離の設計値と実際値とを比較することによって、光路変換部ずれ量を算出する。

図９の例では、第１アライメントマーク１７１を基準にしたとき、光路変換部１６の設計位置１６１を破線で示し、光路変換部１６の実際位置１６２を実線で示している。そして、Ｘ軸方向における設計位置１６１と実際位置１６２とのずれ量が「光路変換部Ｘ軸ずれ量ＳＭＸ」であり、Ｙ軸方向における設計位置１６１と実際位置１６２とのずれ量が「光路変換部Ｙ軸ずれ量ＳＭＹ」である。なお、図９では、一例として、実際位置１６２が設計位置１６１よりも＋Ｘ方向および＋Ｙ方向にずれている。

なお、本工程は、必要に応じて設けられればよく、例えばあらかじめ光路変換部ずれ量が把握できている場合には、省略されてもよい。また、複数の光路変換部１６が設けられている場合には、各光路変換部１６についてのずれ量を計測した後、平均値またはその他の演算によって算出された代表値を求め、その値を光路変換部ずれ量として採用するようにすればよい。

［２］第２ずれ量計測工程Ｓ０２
図１に示すレンズ部品５は、前述した基部５１と壁部５２とレンズ５４とを備えている。また、図５に示すレンズ部品５は、第２アライメントマーク５５１を備えている。第２アライメントマーク５５１は、容易に視認可能なマークであって、画像認識等により、レンズ部品５の位置を正確に検出することを可能にする。そして、第２アライメントマーク５５１は、図６に示すように、例えばレンズ５４の近傍に設けられ、レンズ５４との間に既知の位置関係を有している。つまり、第２アライメントマーク５５１の位置を検出することができれば、この既知の位置関係に基づいて、レンズ５４の位置を容易に導出することができる。これにより、レンズ５４の視認性が低く、その位置を正確に検出することが難しい場合でも、第２アライメントマーク５５１に基づいて、レンズ５４の位置を容易に把握することができる。

第２アライメントマーク５５１は、図６に示すように、基部５１に設けられ、レンズ部品５の上面側から視認可能である。このような第２アライメントマーク５５１としては、例えば、基部５１と色や透明度が異なる領域、基部５１に形成された凹みや突起等が挙げられる。また、基部５１の外縁を第２アライメントマーク５５１として用いるようにしてもよい。

また、第２アライメントマーク５５１の形状は、特に限定されないが、例えば、真円、楕円、長円、円環のような円形、正方形、長方形、菱形、六角形のような多角形、その他の異形状等が挙げられる。特に、カメラ等の撮像素子に第２アライメントマーク５５１を識別させる場合、識別率の観点から、図６に示すような円形が好ましく用いられる。

さらに、レンズ部品５は、複数の第２アライメントマーク５５１を備えているのが好ましい。これにより、複数の第２アライメントマーク５５１を同時に視認することにより、レンズ部品５の傾きについても容易に検出することができる。

なお、図６では、第２アライメントマーク５５１同士の中間点を「レンズ部品原点５５２」とする。このレンズ部品原点５５２は、部品上において目視可能な状態で設けられる点であってもよいが、第２アライメントマーク５５１やその他の基準点から特定される仮想の点であってもよい。

ところで、第２アライメントマーク５５１も、前述したように、レンズ５４との間で既知の位置関係を有している。この位置関係の精度が高くなければ、第２アライメントマーク５５１の位置を正確に検出することができても、レンズ５４の位置を正確に検出することにはならない。しかしながら、現実には、第２アライメントマーク５５１とレンズ５４との間には、製造誤差に伴う設計位置からのずれが発生している。そこで、本工程では、この設計位置からのずれ量を計測する。説明の便宜のため、第２アライメントマーク５５１を基準にしたとき、図１０に示すように、レンズ５４の設計位置からのＸ軸方向におけるずれ量を「レンズＸ軸ずれ量ＳＲＸ」とし、レンズ５４の設計位置からのＹ軸方向におけるずれ量を「レンズＹ軸ずれ量ＳＲＹ」とする。また、これらを合わせて「レンズずれ量」という。本工程では、第２アライメントマーク５５１からレンズ５４までの距離の設計値と実際値とを比較することによって、レンズずれ量を算出する。

図１０の例では、第２アライメントマーク５５１を基準にしたとき、レンズ５４の設計位置５４１を破線で示し、レンズ５４の実際位置５４２を実線で示している。そして、Ｘ軸方向における設計位置５４１と実際位置５４２とのずれ量が「レンズＸ軸ずれ量ＳＲＸ」であり、Ｙ軸方向における設計位置５４１と実際位置５４２とのずれ量が「レンズＹ軸ずれ量ＳＲＹ」である。なお、図１０では、一例として、実際位置５４２が設計位置５４１よりも－Ｘ方向および－Ｙ方向にずれている。

なお、本工程は、必要に応じて設けられればよく、例えばあらかじめレンズずれ量が把握できている場合には、省略されてもよい。また、複数のレンズ５４が設けられている場合には、各レンズ５４についてのずれ量を計測した後、平均値またはその他の演算によって算出された代表値を求め、その値をレンズずれ量として採用するようにすればよい。

［３］第１目標位置設定工程Ｓ０３
次に、光路変換部ずれ量とレンズずれ量とに基づいて、図１１に示すように、光導波路１に対してレンズ部品５を位置合わせする際の第１目標位置Ｇ１を設定する。この第１目標位置Ｇ１は、例えば光導波路１上に設定され、光導波路１に対してレンズ部品５を位置合わせする際に、レンズ部品原点５５２が重なるべき点である。なお、この位置合わせは、相対的なものであり、光導波路１を載置した状態でレンズ部品５を移動させつつ位置合わせしてもよく、反対に、レンズ部品５を載置した状態で光導波路１を移動させつつ位置合わせするようにしてもよく、双方を移動させつつ位置合わせするようにしてもよい。

第１目標位置Ｇ１は、前述したＳＭＸ、ＳＭＹ、ＳＲＸ、ＳＲＹに基づいて設定する。図９における実際位置１６２は設計位置１６１よりも＋Ｘ方向および＋Ｙ方向にずれている一方、図１０における実際位置５４２は設計位置５４１よりも－Ｘ方向および－Ｙ方向にずれているため、図９および図１０では、設計値からずれる方向が互いに反対になっている。

そこで、まず、光路変換部ずれ量もレンズずれ量もゼロであった場合に、レンズ部品原点５５２が重なるべきであった点を「ずれ補正前原点Ｏ」とする。そうすると、ずれ補正前原点Ｏから第１目標位置Ｇ１までのＸ軸方向における距離は、図１１に示すようにＳＭＸ＋ＳＲＸで求められる。同様に、ずれ補正前原点Ｏから第１目標位置Ｇ１までのＹ軸方向における距離も、図１１に示すようにＳＭＹ＋ＳＲＹで求められる。

以上のようにして第１目標位置Ｇ１を設定することができる。なお、第１目標位置Ｇ１およびずれ補正前原点Ｏは、それぞれ視認可能な点である必要はなく、例えば第１アライメントマーク１７１を基準にした座標系における座標として、画像認識用の画像上で設定されればよい。

［４］第１接着工程Ｓ０４
次に、図１２に示すように、光導波路１に対してレンズ部品５を位置合わせしながら、図７に示すように光導波路１とレンズ部品５とを接着する。これにより、レンズ付き光導波路１０を得る。

本工程における位置合わせは、前述した第１目標位置Ｇ１に対してレンズ部品原点５５２を重ねるように行う。なお、実際の作業効率の観点、および、画像認識における認識率の観点からすると、第１アライメントマーク１７１および第２アライメントマーク５５１の相対位置に基づいて位置合わせをするのが好ましい。すなわち、第１アライメントマーク１７１と第２アライメントマーク５５１とを画像認識しながら、双方の位置関係が目的とする位置関係になるようにレンズ部品５の位置を合わせるようにすればよい。

また、画像認識による位置合わせを効率よく行うためには、レンズ付き光導波路１０の状態において、レンズ部品５越しに第１アライメントマーク１７１が視認可能になっているか、または、光導波路１越しに第２アライメントマーク５５１が視認可能になっているのが好ましい。すなわち、レンズ部品５は、少なくとも第１アライメントマーク１７１が位置する可能性が高い部分について、透明もしくは半透明になっているか、または貫通孔が設けられているのが好ましい。あるいは、光導波路１は、少なくとも第２アライメントマーク５５１が位置する可能性が高い部分について、透明もしくは半透明になっているか、または貫通孔が設けられているのが好ましい。これにより、レンズ付き光導波路１０の状態にあっても、第１アライメントマーク１７１または第２アライメントマーク５５１を確実に視認することができるので、画像認識において、光導波路１に対するレンズ部品５の位置合わせを容易に行うことができる。さらに、後述するオフセット量計測工程Ｓ０５において、レンズ部品オフセット量をより正確に計測することができる。

以上のような位置合わせの結果、第１目標位置Ｇ１とレンズ部品原点５５２とが完全に一致した状態で接着することができればよいが、実際には、位置合わせの誤差が発生することが避けられず、第１目標位置Ｇ１に対してレンズ部品原点５５２がわずかにオフセット（相対移動）された状態で接着されることが多い。

［５］オフセット量計測工程Ｓ０５
第１接着工程で接着されてなるレンズ付き光導波路１０では、前述したオフセットに伴って生じるオフセット量を計測する。このとき、Ｘ軸方向における第１目標位置Ｇ１からのオフセット量を「レンズ部品Ｘ軸オフセット量ＯＲＸ」とし、Ｙ軸方向における第１目標位置Ｇ１からのオフセット量を「レンズ部品Ｙ軸オフセット量ＯＲＹ」とする。また、これらを合わせて「レンズ部品オフセット量」という。

レンズ部品オフセット量の計測は、例えば第１アライメントマーク１７１を基準にした座標系において、第１目標位置Ｇ１の座標と、レンズ部品原点５５２の座標と、の差に基づいて行うことができる。

このレンズ部品オフセット量は、光導波路１の光路変換部１６とレンズ部品５のレンズ５４との間で光軸ずれを生じさせる原因となる。このため、本来であればゼロであることが望ましいところ、前述したような位置合わせの誤差に伴って発生する。そこで、本実施形態では、次工程以降を行うことによって、位置合わせの誤差に伴う影響を最小限に留めるようにする。

［６］第２目標位置設定工程Ｓ０６
第１接着工程Ｓ０４で作製したレンズ付き光導波路１０は、前述したように、位置合わせの誤差、すなわちレンズ部品オフセット量を含んでいる。そこで、本工程では、前工程で求めたレンズ部品オフセット量に基づき、次工程で行うレンズ付き光導波路１０と光素子搭載基板２５との位置合わせをより正確に行うための第２目標位置Ｇ２を設定する。

後述する第２接着工程では、レンズ付き光導波路１０と光素子搭載基板２５とを接着するが、その際、光導波路１の光入出射面から光を入射し、光路変換部１６での反射光を受光素子である光素子３で受光したとき、輝度が最も高くなるように位置合わせをする方法（アクティブ実装）が用いられることがある。しかしながら、このアクティブ実装では、位置合わせをするための装置構成が複雑になるとともに、作業に手間と時間を要するという課題がある。

そこで、実際に光を入射することなく、前述したような事前の情報に基づいて設定した目標位置（第２目標位置Ｇ２）を目指して位置合わせをする方法（パッシブ実装）であれば、上記課題を解決することができる。つまり、パッシブ実装によれば、作業の手間と時間を軽減することができる。

その一方、第２目標位置Ｇ２を設定するためには、前述したレンズ部品オフセット量に加え、後述する第２接着工程でも発生する光素子搭載基板２５のオフセット量を加味して、光の伝搬経路、すなわち光跡を予測する必要がある。そして、予測の結果、レンズ付き光導波路１０に対して光素子搭載基板２５を位置合わせする際、光結合効率を高め得る位置に第２目標位置Ｇ２を設定すればよい。

したがって、本工程を行うにあたっては、レンズ部品オフセット量および光素子搭載基板オフセット量が互いに独立して変化するとき、光路変換部１６と光素子３との間の光結合損失がどのように変化するかという相関関係をあらかじめ取得しておく必要がある。

この相関関係は、どのようにして取得されたものであってもよく、例えば実際にモデルを作製し、実測することによって求められたものであってもよいが、光線追跡法のようなシミュレーション技術を用いて計算で求められた相関関係であるのが好ましい。これにより、緻密な相関関係が得られる。その結果、光結合効率を特に高め得る第２目標位置Ｇ２を設定することができるので、最終的に部品間の結合損失が特に小さく抑えられた光モジュール１００を製造することが可能になる。

光線追跡法では、レンズ部品オフセット量および光素子搭載基板オフセット量を入力し、レンズ５４を介した光路変換部１６と光素子３との間の結合損失を計算し、出力することができる。このため、レンズ部品オフセット量および光素子搭載基板オフセット量をそれぞれ変化させたときの結合損失を予測することで、前述した緻密な相関関係を作成することができる。

図１４および図１５は、それぞれ光路変換部１６を基準にしたとき、レンズ部品５および光素子搭載基板２５がオフセットされたときの結合損失の変化量の分布を示した図である。このうち、図１４は、レンズ部品５および光素子搭載基板２５がそれぞれＸ軸方向にオフセットされたときの結合損失の変化量の分布を示しており、図１５は、レンズ部品５および光素子搭載基板２５がそれぞれＹ軸方向にオフセットされたときの結合損失の変化量の分布を示している。なお、図１４では、Ｙ軸方向のオフセット量をゼロとし、図１５では、Ｘ軸方向のオフセット量をゼロとしている。

図１４および図１５では、それぞれ０．５ｄＢごとに結合損失の大きさを表す等高線が引かれている。各数値の等高線は、２本で一対をなしている。例えば０．５ｄＢの２本の等高線は、それらに挟まれた領域が、０．５ｄＢ以下の結合損失となる領域であることを示している。また、１．０ｄＢの２本の等高線は、それらに挟まれた領域が、１．０ｄＢ以下の結合損失となる領域であることを示している。なお、１．０ｄＢの２本の等高線に挟まれた領域の一部は、０．５ｄＢの２本の等高線に挟まれた領域と共通になるが、そうすると、共通でない領域は、結合損失が０．５ｄＢ超１．０ｄＢ以下の領域ということになる。

図１４および図１５に示すような相関関係と、オフセット量計測工程Ｓ０５で取得したレンズ部品オフセット量と、に基づくことで、結合損失を最小化することが可能な光素子搭載基板オフセット量の設定値を求めることができる。すなわち、Ｘ軸方向における第１目標位置Ｇ１からのオフセット量である「光素子搭載基板Ｘ軸オフセット量ＯＳＸ」、および、Ｙ軸方向における第１目標位置Ｇ１からのオフセット量である「光素子搭載基板Ｙ軸オフセット量ＯＳＹ」を求めることができる。なお、これらを合わせて「光素子搭載基板オフセット量」という。そして、このようにして求めた光素子搭載基板オフセット量に基づき、第２目標位置Ｇ２を設定することができる。

なお、図１４および図１５に示す相関関係では、光路変換部１６を基準にしたとき、例えばレンズ部品５が＋Ｘ方向にオフセットされたとき、光素子搭載基板２５も＋Ｘ方向にオフセットさせ、かつ、オフセット量をレンズ部品５よりも大きくする方が好ましいことが読み取れる。同様に、例えばレンズ部品５が＋Ｙ方向にオフセットされたとき、光素子搭載基板２５も＋Ｙ方向にオフセットさせ、かつ、オフセット量をレンズ部品５よりも大きくする方が好ましいことが読み取れる。

この場合、どの程度オフセット量を大きくするかについては、レンズ５４の倍率等、レンズ５４の光学設計、部品間距離等に応じて若干変化するものの、一例としてＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれについて１．１倍以上２．０倍以下であるのが好ましく、１．３倍以上１．８倍以下であるのがより好ましい。このようにして、オフセット量に差を設けることにより、結合損失を特に最小化することができ、効率の高い光モジュール１００を実現することができる。

［７］第２接着工程Ｓ０７
次に、図１３に示すように、レンズ付き光導波路１０に対して光素子搭載基板２５を位置合わせしながら、図８に示すようにレンズ付き光導波路１０と光素子搭載基板２５とを接着する。これにより、光モジュール１００を得る。

図６に示す光素子搭載基板２５は、前述した電気基板２と光素子３とを備えている。また、図５に示す光素子搭載基板２５は、第３アライメントマーク２５１を備えている。第３アライメントマーク２５１は、容易に視認可能なマークであって、画像認識等により、光素子搭載基板２５の位置を正確に検出することを可能にする。そして、第３アライメントマーク２５１は、図６に示すように、例えば光素子３の近傍に設けられ、光素子３との間に既知の位置関係を有している。つまり、第３アライメントマーク２５１の位置を検出することができれば、この既知の位置関係に基づいて、光素子３の位置を容易に導出することができる。これにより、光素子３の視認性が低く、その位置を正確に検出することが難しい場合でも、第３アライメントマーク２５１に基づいて、光素子３の位置を容易に把握することが可能になる。

第３アライメントマーク２５１は、図５に示すように、電気基板２に設けられ、光素子搭載基板２５の上面側から視認可能である。このような第３アライメントマーク２５１としては、例えば、電気基板２と色や透明度が異なる領域、電気基板２に形成された凹みや突起等が挙げられる。また、光素子搭載基板２５の外縁、光素子３の外縁や受発光部を第３アライメントマーク２５１として用いるようにしてもよい。

また、第３アライメントマーク２５１の形状は、特に限定されないが、例えば、真円、楕円、長円、円環のような円形、正方形、長方形、菱形、六角形のような多角形、その他の異形状等が挙げられる。特に、カメラ等の撮像素子に第３アライメントマーク２５１を識別させる場合、識別率の観点から、図６に示すような円形が好ましく用いられる。

さらに、光素子搭載基板２５は、複数の第３アライメントマーク２５１を備えているのが好ましい。これにより、複数の第３アライメントマーク２５１を同時に視認することにより、光素子搭載基板２５の傾きについても容易に検出することができる。

なお、図５では、第３アライメントマーク２５１同士の中間点を「光素子搭載基板原点２５２」とする。この光素子搭載基板原点２５２は、部品上において目視可能な状態で設けられる点であってもよいが、第３アライメントマーク２５１やその他の基準点から特定される仮想の点であってもよい。

本工程における位置合わせは、前述した第２目標位置Ｇ２に対して光素子搭載基板原点２５２を重ねるように行う。その結果、光モジュール１００が得られる。

このようにして得られた光モジュール１００は、光路変換部ずれ量およびレンズずれ量という部品製造時の製造誤差、ならびに、レンズ部品オフセット量という組立時の製造誤差を、最終組み立て時にできるだけ吸収し、最終的に残る誤差の影響を最小限に留めることができる。つまり、第２目標位置設定工程Ｓ０６において、前述した製造誤差を吸収可能な第２目標位置Ｇ２を設定することによって、その後の第２接着工程Ｓ０７において製造誤差が発生したとしても、最終的に得られる光モジュール１００に発生する結合損失を最小限に留めることが可能になる。したがって、本実施形態によれば、部品間の結合損失が小さい光モジュール１００を効率よく製造することができる。

なお、実際の作業効率の観点、および、画像認識における認識率の観点からすると、第１アライメントマーク１７１または第２アライメントマーク５５１と、第３アライメントマーク２５１との相対位置に基づいて位置合わせをするのが好ましい。すなわち、第１アライメントマーク１７１と第２アライメントマーク５５１とを画像認識しながら、双方の位置関係が目的とする位置関係になるように光素子搭載基板２５の位置を合わせるようにすればよい。

ここで、第３アライメントマーク２５１は、光素子３とは異なるマークを別途設けるのではなく、光素子３の受発光部そのものであってもよい。すなわち、本工程において、光素子３の受発光部と、レンズ付き光導波路１０のレンズ５４または第２アライメントマーク５５１と、を確認しつつ、光素子搭載基板２５の光素子搭載基板原点２５２が第２目標位置Ｇ２に合うように、レンズ付き光導波路１０と光素子搭載基板２５との位置関係を調整するのが好ましい。光素子３の受発光部は、視認性が高い場合が多いため、第３アライメントマーク２５１としてこの受発光部を用いることにより、第３アライメントマーク２５１として受発光部以外の部位を用いる場合に比べて、位置合わせの誤差をより小さくすることができる。つまり、受発光部は、位置合わせすべき対象物そのものであるため、それとは別の部位を第３アライメントマーク２５１として設定した場合に比べて、誤差を小さくすることが可能である。このため、最終的に部品間の結合損失がより小さい光モジュール１００を製造することができる。

また、画像認識による位置合わせを精度よく効率的に行うためには、レンズ付き光導波路１０と光素子搭載基板２５とを重ねた状態において、レンズ付き光導波路１０越しに第３アライメントマーク２５１が視認可能になっているか、または、光素子搭載基板２５越しに第１アライメントマーク１７１または第２アライメントマーク５５１のいずれかが視認可能になっているのが好ましい。すなわち、レンズ付き光導波路１０は、少なくとも第３アライメントマーク２５１が位置する可能性が高い部分について、透明もしくは半透明になっているか、または貫通孔が設けられているのが好ましい。あるいは、光素子搭載基板２５は、少なくとも第１アライメントマーク１７１または第２アライメントマーク５５１のいずれかが位置する可能性が高い部分について、透明もしくは半透明になっているか、または貫通孔が設けられているのが好ましい。これにより、第１アライメントマーク１７１、第２アライメントマーク５５１または第３アライメントマーク２５１のいずれかを確実に視認することができるので、画像認識において、レンズ付き光導波路１０に対する光素子搭載基板２５の位置合わせを容易に行うことができる。

以上、本発明の光モジュールの製造方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、前記実施形態には、任意の目的の工程が付加されていてもよい。

また、前述した、ずれ補正前原点、第１目標位置および第２目標位置は、それぞれ、部品上において目視可能な状態で設けられる必要はなく、アライメントマークやその他の基準点から特定される仮想の点であればよい。

１ 光導波路
２ 電気基板
３ 光素子
４ 制御素子
５ レンズ部品
１０ レンズ付き光導波路
１１ クラッド層
１２ クラッド層
１３ コア層
１４ コア部
１５ 側面クラッド部
１６ 光路変換部
１７ 下側保護層
１８ 上側保護層
２１ 絶縁基板
２２ 導電層
２３ 接点
２５ 光素子搭載基板
５１ 基部
５２ 壁部
５３ 空洞
５４ レンズ
６２ ＭＴ型光コネクター
１００ 光モジュール
１０１ 積層体
１４１ 拡幅部
１６０ 凹部
１６１ 設計位置
１６２ 実際位置
１７１ 第１アライメントマーク
２５１ 第３アライメントマーク
２５２ 光素子搭載基板原点
５４１ 設計位置
５４２ 実際位置
５５１ 第２アライメントマーク
５５２ レンズ部品原点
Ｇ１ 第１目標位置
Ｇ２ 第２目標位置
Ｏ ずれ補正前原点
ＯＲＸ レンズ部品Ｘ軸オフセット量
ＯＲＹ レンズ部品Ｙ軸オフセット量
ＯＳＸ 光素子搭載基板Ｘ軸オフセット量
ＯＳＹ 光素子搭載基板Ｙ軸オフセット量
Ｓ０１ 第１ずれ量計測工程
Ｓ０２ 第２ずれ量計測工程
Ｓ０３ 第１目標位置設定工程
Ｓ０４ 第１接着工程
Ｓ０５ オフセット量計測工程
Ｓ０６ 第２目標位置設定工程
Ｓ０７ 第２接着工程
ＳＭＸ 光路変換部Ｘ軸ずれ量
ＳＭＹ 光路変換部Ｙ軸ずれ量
ＳＲＸ レンズＸ軸ずれ量
ＳＲＹ レンズＹ軸ずれ量

Claims (4)

1. 線状に延在するコア部と前記コア部の光路を変換する光路変換部と第１アライメントマークとを備える光導波路、レンズと第２アライメントマークとを備えるレンズ部品、および、光素子と基板とを備える光素子搭載基板を、この順で積層してなる光モジュールの製造方法であって、
   前記第１アライメントマークに対する前記光路変換部の設計位置からのずれ量である光路変換部ずれ量と、前記第２アライメントマークに対する前記レンズの設計位置からのずれ量であるレンズずれ量とに基づいて、前記光導波路に対して前記レンズ部品を位置合わせする際の第１目標位置を設定する第１目標位置設定工程と、
   前記レンズ部品を前記第１目標位置に合わせるように前記光導波路と前記レンズ部品とを接着し、レンズ付き光導波路を得る第１接着工程と、
   前記レンズ付き光導波路において、前記第１アライメントマークの位置および前記第２アライメントマークの位置に基づいて、前記第１目標位置に対する前記レンズ部品のオフセット量であるレンズ部品オフセット量を求めるオフセット量計測工程と、
   前記レンズ部品オフセット量、および、前記第１目標位置に対する前記光素子搭載基板のオフセット量である光素子搭載基板オフセット量と、前記光モジュールの結合損失と、の相関関係に基づき、前記レンズ付き光導波路に対して前記光素子搭載基板を位置合わせする際の第２目標位置を設定する第２目標位置設定工程と、
   前記光素子搭載基板を第２目標位置に合わせるように前記レンズ付き光導波路と前記光素子搭載基板とを接着し、前記光モジュールを得る第２接着工程と、
   を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 前記レンズ付き光導波路において、前記レンズ部品越しに前記第１アライメントマークが視認可能になっている請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
3. 前記第２接着工程において、前記光素子の受発光部と、前記レンズ付き光導波路の前記レンズまたは前記第２アライメントマークと、を確認しつつ、前記光素子搭載基板が前記第２目標位置に合うように、前記レンズ付き光導波路と前記光素子搭載基板との位置関係を調整する請求項１または２に記載の光モジュールの製造方法。
4. 前記相関関係は、前記レンズ部品オフセット量および前記光素子搭載基板オフセット量と、それらを入力し光線追跡法による計算で求められた前記結合損失と、に基づくものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。

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