JPH10221575A - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピッグティール型光モジュールをモールドに
より、損傷なく安価に製造することを目的とする。 【解決手段】 本発明による製造法は、基板１２上で光
素子７とリードフレーム３と光ファイバとを固定し、光
素子７と光ファイバの光学的な結合部を樹脂で覆った部
品を製造する工程と、基板１２を覆うキャビティ２１を
有するモールド用の上金型及び下金型１０により、前記
部品のリードフレーム３と、光ファイバを覆うファイバ
ジャケット５の一部を挟み込み、キャビティ内に熱硬化
性樹脂を注入してパッケージを成形する工程とを有し、
金型１０がファイバジャケット２３に接触しないように
ファイバジャケットを覆う断熱材１７，２３を、ファイ
バジャケット５と金型１０の間に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを含め
て一体に構成されるピッグティール型光モジュールをモ
ールドにより製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ピッグティール型光モジュールは、光と
電気信号の変換素子である光素子を含む電子回路と、そ
の光素子に光学的に結合された光ファイバとを一体に構
成した部品であり、光信号と電気信号の変換に用いられ
る。

【０００３】図１１は、従来のピッグティール型光モジ
ュールパッケージの構成例を示す断面図である。図のピ
ッグティール型光モジュールは、光素子としてレーザー
ダイオード（以下、ＬＤとする）７を有するものであ
る。外枠を構成するセラミックスパッケージ１及びキャ
ップ２内では、サブマウント８上に搭載されたＬＤ７
と、パイプ６で保護された光ファイバ４とが光学的に結
合され、樹脂により気密封止されている。外部からの電
気信号は、リードフレーム３及びワイヤ９を介してＬＤ
７に送られ、光信号に変換されて光ファイバ４により伝
送される。

【０００４】しかし、この種のピッグティール型光モジ
ュールの製造では、個々の部品を組み付けて光モジュー
ルを完成させるため組立工程が複雑であり、また、セラ
ミックスなどの高価な部品を使い部品点数も多くなる。

【０００５】光モジュールの量産化及び低価格化に適し
た製造方法としてはトランスファモールド方式がある。
この方式により製造されるレセプタクル型光モジュール
は、例えば特開平05-343709号公報に示されるように、
光素子と、光素子に電気的に結合された電子回路と、光
素子の光信号を外部へ伝送するためのコネクタ部である
ホルダとを熱硬化性の樹脂により一体にモールドしたも
のであり、端部にフェルールを装着された光ファイバを
ホルダに挿入することで、光素子と光ファイバの光学的
な結合がなされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記トラン
スファモールド方式を利用してピッグティール型光モジ
ュールを製造することも考えられるが、この方法だと、
上下方向に分割できる金型により、光ファイバを内挿し
たファイバジャケットを、キャビティからの樹脂漏れが
ないように５〜２０ＭＰａの高い圧力で隙間なくクラン
プしなければならない。また、このときの金型の温度は
トランスファモールド時の樹脂粘度を低くするために１
３０〜２００℃と高温にする必要がある。このため、通
常ナイロン製で耐熱温度が８０〜１３０℃のファイバジ
ャケットは上記の高温、高圧でクランプされることで溶
解や熱変形を起こしてしまう。

【０００７】以上のように、従来のピッグティール型光
モジュールの従来の製造方法では、部品点数が多く組立
工程が複雑であるためコストの低減が図れなかった。ま
た、トランスファモールドにより成形する場合には、フ
ァイバジャケットが溶解や熱変形により損傷するという
問題が生じる。

【０００８】そこで、本発明は、ピッグティール型光モ
ジュールをモールドにより、損傷なく安価に製造するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、光素子と、前記光素子に接続されるリー
ドフレームと、前記光素子に光学的に結合されファイバ
ジャケットで覆われた光ファイバと、基板とを一体に構
成した光モジュールの製造方法であって、前記基板上で
前記光素子とリードフレームと光ファイバとを固定し、
前記光素子と光ファイバの光学的な結合部を樹脂で覆っ
た部品を製造する工程と、前記基板を覆うキャビティを
有するモールド用の上金型及び下金型により、前記部品
のリードフレームの一部およびファイバジャケットの一
部を挟み込み、前記キャビティ内に熱硬化性もしくは熱
性樹脂を注入してパッケージを成形する工程とを有し、
前記ファイバジャケットが上金型及び下金型により挟み
込まれる際に、前記上金型及び下金型がファイバジャケ
ットに接触しないようにファイバジャケットを覆う断熱
材が、前記ファイバジャケットと上金型及び下金型の間
に配置されることを特徴とする光モジュールの製造方法
を提供する。

【００１０】この製造方法によれば、モールドによりピ
ッグティール型光モジュールを成形することで部品数の
低減と組立工程の単純化が可能となり、安価にピッグテ
ィール型光モジュールを製造できるようになる。また、
ファイバジャケットが上金型及び下金型から受ける熱を
断熱材により低減することでファイバジャケットの熱変
形や溶解を防ぐことが可能となり、損傷のないピッグテ
ィール型光モジュールを製造できるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各種実施形態につ
いて説明する。

【００１２】まず、本発明の第１の実施形態に係るピッ
グティール型光モジュールの製造方法について、図１〜
図４を用いて説明する。

【００１３】図１に、ピッグティール型光モジュールを
樹脂で封止する前のサブアッセンブリの構造を示す。図
において、サブアッセンブリは、光ファイバ４、ファイ
バジャケット５、ＬＤ７、Si基板１２、フェルール１
４、リードフレーム３及びワイヤ９により構成される。

【００１４】光素子であるＬＤ７は、画像処理技術等の
利用によりSi基板１２上の所定の位置に搭載される。Ｌ
Ｄ７は、Si基板１２上に成形された配線１６と、ワイヤ
９及びリードフレーム３を介して外部の回路と電気的に
接続される。フェルール１４に内挿された光ファイバ４
は、Si基板１２に成形されたＶ溝１８に設置され、高い
精度でＬＤ７と光学的に結合される。この構造におい
て、外部からの電気信号によりＬＤ７で生成された光学
的な信号は、ファイバジャケット５に内挿された光ファ
イバ４と、その他方の端部に取り付けられる光コネクタ
などを介して外部の回路へ送られる。

【００１５】サブアッセンブリのＬＤ７と光ファイバ４
との光学的な結合部は、トランスファモールド時に透明
でない封止用樹脂が入り込むのを防ぐために、トランス
ファモールドを行う前段階で透明樹脂１１を用いて封止
される。トランスファモールドの封止用樹脂は、この透
明樹脂１１の上から金型のキャビティ全体を封止するこ
とになる。

【００１６】図２は、上記サブアッセンブリをトランス
ファモールド時に上下金型でクランプした際の、サブア
ッセンブリ及び金型の断面図である。図２において、上
記サブアッセンブリは、上下金型１０の間に装着され、
リードフレーム３及びファイバジャケット５をクランプ
された状態で、金型１０の空間部であるキャビティ１８
に注入された熱硬化性樹脂によりモールドされる。

【００１７】金型１０のファイバジャケット５をクラン
プする部分には、クランプ時にキャビティ内の樹脂が外
部に漏れないようにファイバジャケット５を挟み込む断
熱材１７が固定されている。この断熱材１７は、金型１
０の熱によるファイバジャケット５の熱劣化及び変形を
防ぐものであり、熱伝導率が例えば３０[W/(m/k)]以下
となる断熱効果のある材料（例えば合成ゴムや、合成樹
脂、セラミックス、木材、紙類など）を利用する。クラ
ンプ時には、キャビティ内の樹脂が外部へ漏れないよう
に、金型１０と断熱材１７とファイバジャケット５が互
いに密着される。また、金型１０と断熱材１７は、互い
に着脱可能とする形状を備えており、断熱材１７の交換
が容易となっている。

【００１８】また、上下金型１０には、断熱材１７の位
置を挟んでキャビティと対向する位置に、ファイバジャ
ケット５を金型の外部に導く凹型の空間が形成されてい
る。この空間でファイバジャケット５が接する部分に
も、ファイバジャケット５の熱劣化を防ぐための断熱材
２３が取り付けられている。このため、ファイバジャケ
ット５は、クランプ時にも金型１０と直接接触すること
はない。

【００１９】以下、断熱材１７と金型１０の構造の一例
を説明する。

【００２０】図３に、断熱材１７としてテフロンブロッ
ク１９を金型１０に取り付けた例を示す。この例では、
テフロンブロック１９を入れ駒として金型１０に固定す
る。具体的には、図示するように、金型１０のファイバ
ジャケット５のクランプ部に形成された凹部に、テフロ
ンブロック１９に形成された凸部１９ａが挿入されるこ
とで、テフロンブロック１９は金型１０に固定される。
このように、テフロンブロック１９を入れ駒とする構造
は、テフロンブロック１９と金型１０の着脱を可能と
し、熱劣化したテフロンブロック１９の交換を容易とす
る。

【００２１】図４に、断熱材１７としてフッ素ゴム２０
を金型１０に取り付けた例を示す。図示すように、本例
の金型１０の上型及び下型には、ファイバジャケット５
のクランプ部に半円状の溝が成形され、さらに、その溝
の中央部にクランプ面に近くなるに従い幅が小さくなる
テーパ付き凹溝２４が成形されている。また、フッ素ゴ
ム２０には、この凹溝２４と同じ形状の凸部が成形され
ている。フッ素ゴム２０は、この金型１０の上型及び下
型における凹溝２４に凸部を押入されることで金型１０
に固定される。これにより、ファイバジャケット５は、
このフッ素ゴム２０を間に挟んで金型１０でクランプさ
れるため、熱劣化及び変形を起こすことはない。

【００２２】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。

【００２３】この実施形態の製造方法では、ファイバジ
ャケット５側に断熱材を設置することにより、クランプ
時のファイバジャケット５の熱劣化及び変形を防止す
る。サブアッセンブリの構造及びモールドの手法は第１
の実施形態と同じである。以下、この製造方法の一例を
図５及び図６を用いて説明する。

【００２４】図５は、ファイバジャケット５の金型１０
によるクランプ部にスリットを付けた円筒形のテフロン
ブロック２５を取り付けたサブアッセンブリの構造を示
す。図示するように、円筒状のテフロンブロック２５に
は、ファイバジャケット５を貫通させるための穴と、フ
ァイバジャケット５との着脱を可能とするためのスリッ
トが成形されている。

【００２５】図６に、上記テフロンブロック２５のクラ
ンプ部を挟み込むための半円筒形の凹溝を加工した上下
金型１０の構造を示す。図で、テフロンブロック２５を
半円筒形の凹溝２２に固定することで、ファイバジャケ
ット５はテフロンブロック２５に囲まれた状態で金型１
０でクランプされる。この構造により、クランプ部分で
ファイバジャケット５が熱劣化及び変形を起こすことは
ない。また、ファイバジャケット５を金型外部に導く空
間で金型とファイバジャケット５が接する場所でも、断
熱材２３を取り付けることでファイバジャケット５の熱
劣化を防ぐことができる。

【００２６】以上、第１及び第２の実施形態の方法で製
造された光モジュールの外観を図７に示す。

【００２７】図示するように、上記方法で製造された光
モジュールは、樹脂で成形されたパッケージ部１５にフ
ァイバジャケット５が固定された構造となる。なお、パ
ッケージ部１５とファイバジャケット５の接合部の形状
は、図３のテフロンブロック１９、図４のフッ素ゴム２
０、図５のテフロンブロック２５などの形状を任意に変
えることで、任意の形状とすることができ、例えば図８
に示すようにファイバジャケット５を導出する凸形状や
逆に凹形状とすることができる。

【００２８】次に、本発明の第３実施形態を説明する。

【００２９】ファイバジャケット５のクランプ部分の保
護のために円筒状の金属の保護材を設けた光モジュール
を製造する場合には、金属の保護材を金型で直接クラン
プすると、その金属の保護材が受ける歪みにより光結合
ずれが発生しやすくなる。この問題を解消するため、本
実施形態の製造方法では、弾性体を間に挟んで金属の保
護材を金型でクランプする。

【００３０】図９に、金属の保護材１３を取り付けたサ
ブアッセンブリの構造の一例を示す。金属の保護材１３
としては例えばＳＵＳパイプが利用される。また、図１
０に、このサブアッセンブリを金型１０でクランプした
際のサブアッセンブリ及び金型１０の断面図を示す。図
示するように、金属の保護材１３は弾性体２６を挟んで
金型１０で隙間無くクランプされる。弾性体２６として
は、例えばフッ素ゴム、シリコーンゴム、テフロンなど
の合成ゴムまたは合成樹脂などが利用される。また、こ
の弾性体２６の実装方法としては、第１の実施形態（図
３または図４）に示したように金型１０に固定する方法
と、第２の実施形態（図５及び図６）に示したように金
属の保護材１３に装着する方法を用いることができる。

【００３１】以上で説明した各実施形態の製造方法にお
いて、モールド時の金型温度、型締め力、樹脂材料、成
形圧力などの成形条件は、正常なトランスファモールド
を実施できる範囲において任意に選定できる。また、フ
ァイバジャケット５、断熱材１７及び断熱材２３の材質
も、木材、紙類、合成樹脂、合成ゴム、ガラスなどの繊
維を充填した合成樹脂、石綿などの無機物などから適宜
選定して用いることができる。ただし、その大きさや厚
さはクランプ時の熱によるファイバジャケット５の損傷
を起こさないように決定する必要がある。また、以上で
は光モジュールを１個単位で成形する例を示したが、上
記製造方法は例えば多連リードフレームを用いて多数個
同時に成形する製造にも容易に適用できる。また、熱硬
化性樹脂の代わりに熱可塑性樹脂を利用して、インジェ
クションモールドによりパッケージを製造することも可
能である。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ピッグ
ティール型光モジュールをモールドにより、損傷なく安
価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピッグティール型光モジュールのサブアッセン
ブリの構成図（１）。

【図２】光モジュールサブアッセンブリを断熱材を用い
て金型でクランプしたときの断面図（１）。

【図３】金型構成図（１）。

【図４】金型構成図（２）。

【図５】ピッグティール型光モジュールのサブアッセン
ブリの構成図（２）。

【図６】金型構成図（３）。

【図７】光モジュール外観図（１）。

【図８】光モジュール外観図（２）。

【図９】ピッグティール型光モジュールのサブアッセン
ブリの構成図（３）。

【図１０】光モジュールサブアッセンブリを断熱材を用
いて金型でクランプしたときの断面図（２）。

【図１１】従来例におけるピッグティール型光モジュー
ル構成の断面図。

【符号の説明】

１…セラミックスパッケージ、２…キャップ、３…リー
ドフレーム、４…光ファイバ、５…光ファイバを内装し
たファイバジャケット、６…光ファイバ保護用パイプ
、７…レーザダイオード、８…サブマウント、９…ワ
イヤ、１０…金型、１０ａ…上金型、１０ｂ…下金型、
１１…透明樹脂、１２…Si基板、１３…ＳＵＳパイプ、
１４…フェルール、１５…樹脂で封止したパッケージ
部、１６…配線、１７…ファイバジャケットクランプ部
に用いる断熱材、１８…Ｖ溝、１９…テフロンブロッ
ク、１９ａ…テフロンブロック凸部、２０…フッ素ゴ
ム、２１…キャビティ、２２…金型の凹部、２３…断熱
材、２４…テーパ付き凹溝、２５…スリット付きテフロ
ンブロック、２６…弾性体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 和之 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 石川 忠明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光素子と、前記光素子に接続されるリード
   フレームと、前記光素子に光学的に結合されファイバジ
   ャケットで覆われた光ファイバと、基板とを一体に構成
   したピッグティール型光モジュールの製造方法であっ
   て、 前記基板上で前記光素子とリードフレームと光ファイバ
   とを固定し、前記光素子と光ファイバの光学的な結合部
   を透明な樹脂で覆った部品を製造する工程と、前記基板
   を覆うキャビティを有するモールド用の上金型及び下金
   型により、前記部品のリードフレームの一部およびファ
   イバジャケットの一部を挟み込み、前記キャビティ内に
   熱硬化性もしくは熱可塑性樹脂を注入してパッケージを
   成形する工程とを有し、 前記上金型及び下金型がファイバジャケットに接触しな
   いようにファイバジャケットを覆う断熱材が、前記ファ
   イバジャケットと上金型及び下金型の間に配置されるこ
   とを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の光モジュールの製造方法で
   あって、 前記断熱材は、前記上金型及び下金型に固定されてお
   り、 前記断熱材と上金型及び下金型は、互いに着脱可能な構
   造となっていることを特徴とする光モジュールの製造方
   法。
3. 【請求項３】請求項１記載の光モジュールの製造方法で
   あって、 前記断熱材は、前記ファイバジャケットに固定されてお
   り、 前記断熱材とファイバジャケットは、互いに着脱可能な
   構造となっていることを特徴とする光モジュールの製造
   方法。
4. 【請求項４】光素子と、前記光素子に接続されるリード
   フレームと、前記光素子に光学的に結合されファイバジ
   ャケットで覆われた光ファイバと、基板と、前記ファイ
   バジャケットの一部を覆う保護材とを一体に構成したピ
   ッグティール型光モジュールの製造方法であって、 前記基板上で前記光素子とリードフレームと光ファイバ
   とを固定し、前記光素子と光ファイバの光学的な結合部
   を透明な樹脂で覆った部品を製造する工程と、前記基板
   を覆うキャビティを有するモールド用の上金型及び下金
   型により、前記部品のリードフレームの一部および保護
   材を挟み込み、前記キャビティ内に熱硬化性もしくは熱
   可塑性樹脂を注入してパッケージを成形する工程とを有
   し、 前記上金型及び下金型が保護材に接触しないように保護
   材を覆う弾性体が、前記保護材と上金型及び下金型の間
   に配置されることを特徴とする光モジュールの製造方
   法。
5. 【請求項５】請求項４記載の光モジュールの製造方法で
   あって、 前記弾性体は、前記上金型及び下金型に固定されてお
   り、 前記弾性体と上金型及び下金型は、互いに着脱可能な構
   造となっていることを特徴とする光モジュールの製造方
   法。
6. 【請求項６】請求項４記載の光モジュールの製造方法で
   あって、 前記弾性体は、前記保護材に固定されており、 前記弾性体と保護材は、互いに着脱可能な構造となって
   いることを特徴とする光モジュールの製造方法。
7. 【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６記載の
   製造方法を用いて製造されることを特徴とするピッグテ
   ィール型光モジュール。