JPH07104469B2 - 曲面体部品の基板への接合方法とその装置 - Google Patents

曲面体部品の基板への接合方法とその装置

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JPH07104469B2 JP4248966A JP24896692A JPH07104469B2 JP H07104469 B2 JPH07104469 B2 JP H07104469B2 JP 4248966 A JP4248966 A JP 4248966A JP 24896692 A JP24896692 A JP 24896692A JP H07104469 B2 JPH07104469 B2 JP H07104469B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、球状レンズ、光ファイ
バなどのような曲面体部品を基板に接合するための方法
と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光応用システムは、光波を操作し、光電
子素子(レーザ、LED、光ディテクタ)を光学的に結
合するための様々な光モジュールを必要とする。このよ
うな光モジュールの基礎部品は、光を伝送する光ファイ
バ、光電子部品と光ファイバとを効率よく結合する球状
レンズなどである。シリコンは、このような光モジュー
ルの製造に適する材料である。それは、種々の光電子素
子、球状レンズ、および光ファイバを整合し、支持する
に適した支持壁を、シリコンによって高精度で形成でき
るからである。
【0003】このシリコン支持壁の表面に、球状レンズ
や光ファイバなどの曲面体部品を接合する場合には、シ
リコン支持壁の表面にアルミをコーティングして、その
上に、曲面体部品を配置した状態で、加熱し、圧力を加
えることにより、エポキシや他の接着剤を使用せずに、
曲面体部品をシリコン支持壁に接合できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ように、曲面体部品をシリコン支持壁に対して正確に配
置することは、実際にはきわめて難しく、従来のロボッ
ト工学技術では、所望の精度でもって曲面体部品を配置
し、熱圧縮に必要な適切な圧力を加えられるようなロボ
ット工学装置は存在していない。そのため、曲面体部品
を配置し、接合するためには、配置用と接合用として個
別の装置を使用して、個別の工程を実施することになる
が、これは、製造サイクルを長くする上、経済的にも高
い費用を必要とする。
【0005】従って、本発明の目的は、曲面体部品を基
板に対して正確に配置し、接合することが容易にできる
方法と装置を提供することである。そして、特に、その
ような曲面体部品の基板への配置および接合を、一つの
装置でかつ単一のステップで実現可能な方法と装置を提
供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による曲面体部品
の基板への接合方法は、次のような特徴を有している。
すなわち、まず、接合部品(16)の周囲に昇降可能な
部品ホルダ(17)を配置すると共に、部品ホルダ(1
7)に連通する真空チャネル(18)を配置する。そし
て、部品ホルダ(17)を曲面体部品(12)に接触さ
せ、真空チャネル(18)を真空にして、曲面体部品
(12)を部品ホルダ(17)に吸引させる。次に、曲
面体部品(12)を基板(14)の傾斜支持壁(15)
の上に移動させた後、真空チャネル(18)の真空状態
を解除して、曲面体部品(12)を傾斜支持壁(15)
の間の凹部(13)に入れる。続いて、部品ホルダ(1
7)を上方向に移動させて、接合部品(16)の接合面
を露出させた後、接合部品(16)を下方向に移動させ
て、曲面体部品(12)に接触させ、この曲面体部品
(12)を傾斜支持壁(15)に押し付ける。
【0007】本発明による曲面体部品の基板への接合装
置は、次のような特徴を有している。すなわち、まず、
曲面体部品(12)を吸引するギャップ(20)を有す
る部品ホルダ(17)と、部品ホルダ(17)の一端を
貫通し、部品ホルダ(17)と気密に相対移動可能な接
合部品(16)とを備えている。そして、接合部品(1
6)を貫通してギャップ(20)に連通する真空チャネ
ル(18)と、真空チャネル(18)に連通する真空源
(19)を備えている。さらに、接合部品(16)と部
品ホルダ(17)との相対移動を可能にするソレノイド
(22)を備えている。
【0008】
【実施例】図1において、光部品配置接合装置11は、
ボールレンズ(曲面体部品)12をピックアップし、そ
れをシリコン基板14の凹部13内のような場所に正確
に配置し、さらに、それをシリコン基板14に接合す
る。この凹部13は、例えば、図2に平面図として示す
ように、結晶シリコン基板内にエッチングによって形成
された四角錐形状の凹部である。この凹部の側壁は、公
知のマスキング、エッチング技術を用いて、非常に正確
に配置され、薄いアルミ層15によってコーティングさ
れる。
【0009】光部品配置接合装置11は、部品ホルダ1
7に包囲された接合部品16を有する。接合部品16内
の真空チャネル18は真空源19と連通しており、接合
部品16と部品ホルダ17の間のギャップ20内を部分
的に真空にする。ソレノイド22が部品ホルダ17の上
方に巻回され、ソレノイド22に電流が流れると、光部
品配置接合装置11は部品ホルダ17を垂直上方向に移
動させ、光部品配置接合装置11内の垂直上方位置に収
納する(図3)。
【0010】光部品配置接合装置11は、コンピュータ
23により制御されるロボット工学装置の一部である。
この光部品配置接合装置11は、コンピュータ23によ
り制御されるモータ24により、X方向、Y方向、およ
び垂直方向に移動可能である。動作時には、光部品配置
接合装置11は、まず、ボールレンズ12のトレーの方
向に移動する。部品ホルダ17は、コンピュータ23に
より駆動され、ボールレンズ12に接触する。そして、
バルブ25の動作を介して真空チャネル18が真空にさ
れることにより、部品ホルダ17はボールレンズ12を
吸引する。その後、光部品配置接合装置11はシリコン
基板14の凹部13の上の位置に移動する。このボール
レンズ12の直径は300マイクロメーターとかなり小
さいため、このボールレンズ12を凹部13の頂部に正
確に配置することはきわめて難しく、また、ボールレン
ズ12をシリコン基板14に熱圧縮接合する必要があ
る。これに対して、本発明によれば、図1に示すよう
に、光部品配置接合装置11が凹部13の上の位置に移
動した時点では、ボールレンズ12は、凹部13内に大
まかに位置決めされるだけであり、凹部13の正確な中
心軸には配置されないが、その後、真空チャネル18の
真空状態がバルブ25の動作により解除されると、ボー
ルレンズ12は重力により凹部13内に落下する。
【0011】次に、図3に示すように、真空状態の解除
と同時に、コンピュータ23は、ソレノイド22を通電
して、部品ホルダ17を垂直上方向に移動し、収納す
る。このように部品ホルダ17を垂直上方位置に収納す
ることにより、接合部品16の底部水平面がボールレン
ズ12に接触することになる。その後、コンピュータ2
3は、モータ24を駆動し、光部品配置接合装置11を
垂直下方向に移動させる。
【0012】ガラスをアルミに熱圧縮接合するには、熱
と圧力を同時に加えればよい。本実施例において、シリ
コン基板14はヒータ10により加熱され、ボールレン
ズ12への圧縮力はボールレンズ12を下方に押す接合
部品16により提供される。ボールレンズ12は約30
0マイクロメーターの直径を有しているので、600グ
ラムの力を加え、シリコン基板14を350℃に加熱す
れば十分である。この場合、熱圧縮接合を可能にするた
めには約3秒間の圧縮が必要である。その後、コンピュ
ータ23は、光部品配置接合装置11をボールレンズ1
2から持ち上げ、また別の動作サイクルを繰り返す。
【0013】ところで、下方向への力が、図1に示すよ
うに部品ホルダ17によって与えられる場合には、この
力は凹部13の対向側壁に均等に分散されず、ボールレ
ンズ12のセンターを適正な位置に配置できなくなり、
側壁への信頼性ある接合が形成されなくなってしまうた
め、接合の前に凹部13内へボールレンズ12を配置す
る必要がある。これに対して、本実施例においては、凹
部13内で真空吸引から解除されたボールレンズ12は
重力により自然と凹部13の中心に向かう。その後、ボ
ールレンズ12に接触し、これに圧力を加える接合部品
16の底部水平面は、ボールレンズ12と充分に接触す
るだけの広さを有する。すなわち、接合部品16の配置
の正確さが、例えば、5ミクロンだとすると、接合部品
16の底部表面の長さと幅はボールレンズ12がそのセ
ンターに達した後、ボールレンズ12と接合部品16と
の接触を保証するためには、少なくとも10ミクロンの
寸法が必要である。図2からわかるように、接合部品1
6によって加えられる力は、四つのアルミ層15に等し
く分配される。
【0014】必要ならば、シリコン基板14はボールレ
ンズ12の位置を限定するため、交差するV字型溝(図
示せず)を有する。また、本発明の対象となる曲面体部
品は、ボールレンズ12に限られず、図4に示すよう
に、V字型溝13’の上に配置される光ファイバ12’
でもよい。部品ホルダ17の表面28(図3)は平面
で、ボールレンズ12と光ファイバの両方を収納でき
る。あるいは、表面28は、シリンダ状、あるいは球状
でもよい。
【0015】接合ステップにおいては、加熱する別の手
段として、音響エネルギー(超音波)を用いることもで
きる。本発明は、様々なハンダあるいは接着剤にも適用
できる。例えば、エポキシ接着剤を用いた場合には、曲
面体部品に下方向の力を加えることによって、その曲面
体部品を中央に配置し、流体エポキシを再度流し込むこ
とができる。同様に、ハンダを使用した場合には、下方
向の力によって、確実に曲面体部品を配置、接合するこ
とができる。そして、接着剤を用いる実施例の構成は、
前記の実施例の構成と以下の点を除いて同一である。す
なわち、ボールレンズを配置する前に、ボールレンズあ
るいは支持壁は、流体接着剤で被覆され、その後、この
接着剤が固まる。ハンダを使用する実施例においては、
ボールレンズを配置する前に、レンズまたは側壁がハン
ダでコーティングされ、ボールレンズを配置した後、加
熱によってハンダが液体状態にされ、その後、硬化す
る。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法と装置
においては、一つの装置、または単一のステップで凹部
内に曲面体部品を配置し、熱圧縮接合することができる
ため、製造サイクルが短くなる。特に、曲面体部品を凹
部内に重力により配置することにより、自然に曲面体部
品と凹部の中心とが整合し、きわめて精度の高い接合が
可能となる。なお、特許請求の範囲に記載した参照番号
は、発明の容易なる理解のためであり、その範囲を限定
するように解釈されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による光部品の配置接合装置
を示す断面図である。
【図2】ボールレンズが配置される四角錐形状の凹部を
示す平面図である。
【図3】図1の装置のボールレンズが凹部内に配置され
た状態を示す断面図である。
【図4】本発明の別の実施例において、光ファイバがV
字型溝に配置された状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
10 ヒータ 11 光部品配置接合装置 12 ボールレンズ 12’光ファイバ 13 凹部 13’V字型溝 14 シリコン基板 15 アルミ層 16 接合部品 17 部品ホルダ 18 真空チャネル 19 真空源 20 ギャップ 22 ソレノイド 23 コンピュータ 24 モータ 25 バルブ 28 表面

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 曲面体部品(12)を基板(14)の傾
    斜支持壁(15)の間の凹部(13)に接合する方法に
    おいて、 接合部品(16)の周囲に昇降可能な部品ホルダ(1
    7)を配置するステップと、 前記部品ホルダ(17)に連通する真空チャネル(1
    8)を配置するステップと、 前記部品ホルダ(17)を前記曲面体部品(12)に接
    触させ、この曲面体部品(12)を部品ホルダ(17)
    に吸引させるために、前記真空チャネル(18)を真空
    にするステップと、 前記曲面体部品(12)を前記基板(14)の前記傾斜
    支持壁(15)の上に移動させるステップと、 前記曲面体部品(12)を前記傾斜支持壁(15)の間
    の凹部(13)に入れるために、前記真空チャネル(1
    8)の真空状態を解除するステップと、 前記接合部品(16)の接合面を露出させるために、前
    記部品ホルダ(17)を上方向に移動させるステップ
    と、 前記接合部品(16)を前記曲面体部品(12)に接触
    させ、この曲面体部品(12)を前記傾斜支持壁(1
    5)に押し付けるために、接合部品(16)を下方向に
    移動させるステップとを有することを特徴とする曲面体
    部品の基板への接合方法。
  2. 【請求項2】 前記曲面体部品(12)はほぼ円形の断
    面を有し、 前記傾斜支持壁(15)はほぼV字型の形状を有し、前
    記真空チャネル(18)の真空状態が解除されたとき
    に、前記曲面体部品(12)が前記V字型の凹部に対称
    的に配置され、 前記曲面体部品(12)に接触する前記部品ホルダ(1
    7)の表面はほぼ水平表面であることを特徴とする請求
    項1の方法。
  3. 【請求項3】 前記曲面体部品(12)は、中心軸を有
    するシリンダ状の光ファイバ(12’)であり、 前記傾斜支持壁(15)はV字型溝(13’)を形成
    し、 前記真空チャネル(18)の真空状態が解除されたとき
    に、前記光ファイバ(12’)の中心軸が前記V字型溝
    (13’)に平行になるようにして光ファイバ(1
    2’)がV字型溝(13’)内に配置されることを特徴
    とする請求項2の方法。
  4. 【請求項4】 前記曲面体部品(12)は球状ガラスボ
    ールであり、 前記傾斜支持壁(15)は基板(14)内に四角錐形状
    の凹部(13)を形成し、 前記真空チャネル(18)の真空状態が解除されたとき
    に、前記ガラスボールは前記凹部(13)内に4点で接
    触することを特徴とする請求項2の方法。
  5. 【請求項5】 前記傾斜支持壁(15)はアルミで被覆
    され、 前記曲面体部品(12)はガラス製の外部表面を有し、 前記傾斜支持壁(15)は、前記接合部品(16)を下
    方向に移動させるステップの間、加熱されることを特徴
    とする請求項1の方法。
  6. 【請求項6】 前記傾斜支持壁(15)は約350℃の
    温度に加熱され、 前記接合部品(16)を下方向に移動させるステップの
    間、接合部品(16)は、前記曲面体部品(12)に対
    して約600グラムの圧力を加えることを特徴とする請
    求項5の方法。
  7. 【請求項7】 曲面体部品(12)を基板(14)の傾
    斜支持壁(15)に接合する装置において、 前記曲面体部品(12)を吸引するギャップ(20)を
    有する部品ホルダ(17)と、 前記部品ホルダ(17)の一端を貫通し、部品ホルダ
    (17)と気密に相対移動可能な接合部品(16)と、 前記接合部品(16)を貫通して前記ギャップ(20)
    に連通する真空チャネル(18)と、 前記真空チャネル(18)に連通する真空源(19)
    と、 前記接合部品(16)と前記部品ホルダ(17)との相
    対移動を可能にするソレノイド(22)とを有すること
    を特徴とする曲面体部品の基板への接合装置。
  8. 【請求項8】 前記真空チャネル(18)の第1部分
    は、前記接合部品(16)の内部に伸び、前記真空チャ
    ネル(18)の第2部分は前記部品ホルダ(17)の内
    部表面と前記接合部品(16)の外部表面との間に形成
    されたことを特徴とする請求項7の装置。
JP4248966A 1991-08-29 1992-08-26 曲面体部品の基板への接合方法とその装置 Expired - Fee Related JPH07104469B2 (ja)

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US07/752,140 US5194105A (en) 1991-08-29 1991-08-29 Placement and bonding technique for optical elements

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JPH07181357A JPH07181357A (ja) 1995-07-21
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EP (1) EP0529953B1 (ja)
JP (1) JPH07104469B2 (ja)
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