JPS62150839A

JPS62150839A - 半導体組立装置

Info

Publication number: JPS62150839A
Application number: JP29067785A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Yazaki; 矢崎　憲弘; Takahiro Furuhashi; 古橋　隆宏
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1985-12-25
Filing date: 1985-12-25
Publication date: 1987-07-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は光ファイバとレーザチップ（半導体し−ザ素子
）１発光ダイオード等の発光素子との光軸合わせを行う
半導体組立装置に関する。

−ず〔背景技術〕光通信用半導体レーザ装置にあっては、コア径の細いシ
ングル・モード・ファイバ（ＳＭＦ）が使用されている
が、このコア径の細い光ファイバに、レーザチップ（半
導体レーザ素子）から発光されたレーザ光を的確に取り
込ませるようにするには、高い組立技術が要求される。

レーザチップと光ファイバとの光軸合わせを行う場合、
従来、前記レーザチップを駆動させ、発光されたレーザ
光を光ファイバに取り込み、その取り込んだレーザ光の
光強度を検出しながら光ファイバあるいはレーザチップ
を移動させることによって光軸合わせを行う技術が採用
されている。たとえば、光ファイバに入射するレーザ光
の入射位置（Ｘ、　　Ｙ。

Ｚ）および入射角（θＸ、θＹ）を検出しながら光軸合
わせする技術が、工業調査会発行「自動化技術Ｊ　１９
８２年９月号、昭和５７年９月１日発行、Ｐ２Ｏに記載
されている。

本出願人も前記同様にレーザ光を光ファイバに取り込み
、かつ取り込んだレーザ光の強度を検出しながら光ファ
イバをレーザチップに対して相対的に移動させながら光
軸合わせを行う技術（自動光軸合わせ装置）を開発して
いる。

このような技術にあって、自動光軸合わ廿を開始するに
先立つレーザチップを発光させた時点で、既に光フアイ
バ内にレーザ光が取り込まれるような位置関係にしてお
くことが、自動光軸合わせ装置をより効率的に使用する
ことができることになる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、光学系と発光素子との位置決め作業が
自動的に行える半導体組立装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、光学系と発光素子との位置決めが
高い精度で行える半導体組立装置を提供することにある
。

本発明の他の目的は、シングル・モード・ファイバにレ
ーザチップから発光されるレーザ光を取り込むことがで
きるような機械的位置決め精度が高い半導体組立装置を
提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほがの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の半導体組立装置にあっては、光ファ
イバとレーザチップに対して、真上がら検出するカメラ
と、４５度傾斜した斜め上方から検出するカメラとによ
って、光ファイバとレーザチップの共振器の立体的位置
関係を検出し、この検出情報を演算処理して両者の位置
ズレを求め、前記位置ズレを零とするように光ファイバ
に対してレーザチップを移動することによって、レーザ
チップと光ファイバの位置合わせを行うことがら、自動
光軸合わせ装置の自動検出開始条件である精度に機械的
に位置合わせが行える。すなわち、本発明の半導体組立
装置によって位置決めされた半導体レーザ装置にあって
は、レーザチップを駆動させてレーザ光を発光させた時
点で、シングル・モード・ファイバのコアにレーザ光が
取り込まれる状態になっているため、自動光軸合わせ装
置でより高い精度で光軸合わせを行う場合、作業者が調
整作業を行うことなく自動光軸合わせ装置を稼働できる
ことになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による半導体組立装置の要部
を示す斜視図、第２図は同じく本発明の装置を用いて組
立られる半導体レーザ装置の外観を示す斜視図、第３図
は同じく一部を示す断面図、第４図は同じくカメラと光
ファイバおよびレーザチップとの関係を示す模式図、第
５図は同じくレーザチップと光ファイバとを真上から見
た状態を示す模式図、第６図は本発明の半導体組立装置
における光ファイバとレーザチップの立体的位置ズレを
求める方法を示す説明図である。

この実施例では、本発明をシングル・モード・ファイバ
を取り付ける半導体レーザ装置の組立に適用した例につ
いて説明する。

光ファイバ１は、第５図に示されるように、直径７μｍ
のコア２と、このコア２を被覆する直径１２５μｍのク
ラッド３とからなっている。また、この光ファイバｌは
、図示しないがジャケット等によって被覆され光ケーブ
ルとして扱われる。前記コア２はＢ、　　Ｆ、　　Ｐ、
　Ｇｅ等が添加され、純石英からなるクラッド３と屈折
率差が付けられている。また、この光ファイバ１の先端
は円錐状のテーパ部４となっているとともに、露出する
先端のコア２の面は球面（先球）５となっている。また
、この光ファイバｌは、第２図に示されるような半導体
レーザ装置に組み込まれた場合、第５図に示されるよう
に、レーザチップ６の共振器７の端から発光されるレー
ザ光８を光ファイバ１の先端に取り込む。本発明の装置
は、光ファイバ１に取り込まれた光強度を検出しながら
光ファイバｌとレーザチップ６との光軸合わせを行う作
業に先立って、光ファイバ１とレーザチップ６の立体的
位置決めを機械的に行うものである。

ここで、光ファイバ１とレーザチップ６との光軸合わせ
が必要な半導体レーザ装置について説明する。第２図に
示される半導体レーザ装置９は、パッケージ１０は偏平
構造となり、一端に光ケーブル１１を接続するとともに
、他端にモニター用受光素子のリード１２が２本取り付
けられている。

また、前記パッケージ１０の側面にはレーザチップ６用
のり−ド１３が２本取り付けられている。

前記パッケージ１０はステム１４と、このステム１４を
塞ぐキャップ１５とからなる。前記パッケージ１０はキ
ャップ１５により気密シールされている。さらに、前記
パフケージ１０には取付孔１７が設けられていて、半導
体レーザ装置９は取付孔１７を利用して所定箇所に設置
されるようになっている。

つぎに、第３図を参照しながらパフケージ１０内部のレ
ーザチップ６および受光素子等について説明する。前記
パッケージｌＯの主面中央には台座１８が設けられてい
るとともに、この台座１８上にはサブマウント１９を介
してレーザチップ６が固定されている。なお、前記レー
ザチップ６は、サブマウント１９にソルダー２０を介し
て固定された後、サブマウント１９をソルダー２１によ
って台座１８に固定することによってステム１０に固定
される。また、前記パフケージ１０内に延在する光ファ
イバ１はファイバーガイド２２によって案内されるとと
もに、このファイバーガイド２２の内端を塞ぐように取
り付けられた固定材２３によってファイバーガイド２２
に固定されている。

前記、光ファイバｌの内端、すなわち、球面５となるコ
ア２の先端はレーザチップ６の共振器７端に対面してい
ることから、レーザチップ６の共振器７から発光される
レーザ光８をその内部に取り込むことができる。

一方、レーザチップ６を挟んで光ファイバ１と反対側と
なるステム１４主面には、セラミックからなるブロック
２６がソルダー２７によって固定されている。このブロ
ック２６の主面、すなわち、レーザチップ６に対面する
面には、外端を前記パッケージ１０の外に突出させる前
記モニター用受光素子の２本のリード１２の内端がそれ
ぞれ固定　　　　。

されている。前記一方のり−ド１２の内端には、前記レ
ーザチップ６から発光されたレーザ光８を受光する受光
素子２８がソルダー２９によって固定されている。また
、この受光素子２８の図示しない電極と、前記他方のり
−ド１２の内端とは図示しないワイヤによって電気的に
接続されている。

また、前記レーザチップ６の電極は、第３図では図示さ
れてないリード１３とワイヤ等によってそれぞれ電気的
に接続されている。

このような半導体レーザ装Ｗ９は、前記受光素子２８に
よってレーザ光８の出力をモニターするとともに、この
モニター情報によってレーザチップ６に印可する電圧を
調整しながら光ケーブル１１を使用して光通信を行う。

つぎに、本発明に係わる半導体組立装置について説明す
る。

半導体組立装置は、第１図に示されるように、第１ワー
クであるステム１４を載置するステージ３０を有してい
る。このステージ３０は、平面ＸＹ方向および上下Ｚ方
向に移動制御可能となっている。また、前記ステージ３
０の上方には、２台のカメラ３１．３２が配設されてい
る。一方のカメラ３１は、第４図にも示されるように、
前記ステージ３０の真上に配設され、他方のカメラ３２
は　所定の角度θだけ傾斜した方向、たとえば、４５度
の斜め上方からワークを検出するように配設されている
。また、前記ステージ３０の上方に先端機構部分を突出
させたチャック機構３３が設けられている。このチャッ
ク機構３３はｘＹＺ方向に位置制御可能な図示しないＸ
ＹＺテーブルと、このＸＹＺテーブルから突出する２本
のアーム３４とからなっている。前記アーム３４はその
先端部分は下方に曲がりかつ再度水平方向に延在し、こ
の水平方向に延在する爪３５で前記サブマウント１９を
保持するようになっている。また、この半導体組立装置
は、演算処理部（演算処理回路）を内蔵した制御装置３
６を有している。

このような半導体組立装置で第１ワークであるステム１
０上に、第２ワークであるレーザチップ６、すなわち、
レーザチップ６が固定されたサブマウン）１９を位置決
め固定する場合、光ファイバ１が固定されたステム１０
を前記ステージ３０上に載置する。ステム１０は機械的
手段あるいは真空吸着手段によってステージ３０にクラ
ンプされる。そこで、前記カメラ３１およびカメラ３２
で光ファイバｌおよびレーザチップ６を検出し、両者の
位置合わせを行う。前記レーザチップ６の位置確認は、
レーザチップ６の中心点の検出あるいは共振器７がスト
ライプ状に見えることからこの共振器７を検出すること
によって確認検出できる。第３図では、サブマウント１
９を保持し、サブマウント１９の位置を移動制御するこ
とによって、光ファイバ１とレーザチップ６の立体的位
置合わせを行う例が示されている。

ここで、二台のカメラで位置合わせを行う原理について
、第６図を参照して説明する。今、実線で示す円を前記
カメラ３１およびカメラ３２で捕らえたものとする。こ
れに対して、二点鎖線で示す円を本来光ファイバ１が位
置する必要のある位置、すなわち、レーザチップ６の共
振器７が存在する理想位置とすると、前記カメラ３１は
第１ワークおよび第２ワークを真上から観察するように
なっていることから、Ｌ２が測定できる。また、同様に
して、θが４５度となる位置に配設された前記カメラ３
２によって、Ｌ４が検出できる。この結果、次式が成り
立つ。

Ｌ３　＝Ｓ　ｉｎ−’４５°×Ｌ４　・・・（１）Ｌ１
＝Ｌｚ＋Ｌ、　　　　　　・・・（２）Ｌ、＝Ｌ、　　
　　　　　　　　・・・（３）そこで、これらの式から
前記制御装置３６の演算処理部によって、光ファイバ１
のＸＹの修正距離が演算できることになる。

前記演算は、光ファイバ１を移動調整する例について説
明したが、原理的には、レーザチップ６すなわち、レー
ザチップ６が固定されたサブマウント１９を移動調整す
る場合でも同様である。

このような半導体組立装置によれば、チャック機構３３
でサブマウント１９の位置調整を行うことによれば光フ
ァイバｌとレーザチップ６との機械的位置合わせが高精
度、たとえば、±１０μｍの精度で行える。なお、Ｙ方
向の位置はサブマウント１９をステム１４に固定するソ
ルダー２１の厚さの調整によれば行われる。

〔効果〕

（１）本発明の半導体組立装置は、光ファイバとレーザ
チップを２台のカメラで立体的に検出し、その検出情報
から演算処理によって位置ズレ量を求め、これを修正す
るようにレーザチップの位置調整をするため、高精度の
位置合わせが行えるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明の半導体組立装置は自
動的に光ファイバとレーザチップの位置合わせを行うこ
とから、半導体レーザ装置の組立の自動化が図れ、量産
化が可能となるという効果が得られる。

（３）上記（１１により、本発明の半導体組立装置は、
高精度の位置合わせが行えることから、レーザチップか
ら発光されるレーザ光を光ファイバに取り込み、取り込
んだレーザ光の光強度を検出しながら光ファイバとレー
ザチップの光軸合わせを行う自動光軸合わせ装置による
光軸合わせ作業の前工程としての粗合わせ装置として利
用できるという効果が得られる。。

以上本発明者によって蛙された発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、光ファイバｌ
のコア２は、前述のように、添加物を含んでいるが、そ
の添加物の内、Ｇｅは紫外線等の短波長の照射を受ける
と、自己発光する。そこで、第７図に示されるように、
半導体組立装置に紫外線３７等を光ファイバ１に対して
照射する照射装置３８を配設しておき、コア２の位置を
検出するようにすれば、さらに高い精度で光ファイバ１
とレーザチップ６を検出できることから、より一層高い
精度で位置合わせができるようになる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシングル・モード・
ファイバを組み込んだ半導体レーザ装置の組立技術に適
用した場合について説明したが、それに限定されるもの
ではなく、たとえば、コア径が５０μｍと太いマルチ・
モード・ファイバを組み込む半導体レーザ装置の組立に
ついても同様に適用できる。この場合、コアが太いこと
と、本発明の半導体組立装置による位置決め精度が高い
ことによって、この作業が光軸合わせの最終作業とする
こともできる。また、本発明は発光ダイオード等の他の
発光素子と光ファイバあるいは他の光学系との位置合わ
せ技術にも適用できる。

本発明は少なくとも第１ワークと第２ワークとの立体的
位置決め技術には適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体組立装置の要部
を示す斜視図、第２図は同じく本発明の装置を用いて組立られる半導体
レーザ装置の外観を示す斜視図、第３図は同じく一部を
示す断面図、第４図は同じ（カメラと光ファイバおよびレーザチップ
との関係を示す模式図、第５図は同じくレーザチップと光ファイバとを真上から
見た状態を示す模式図、第６図は本発明の半導体組立装置における光ファイバと
レーザチップの立体的位置ズレを求める方法を示す説明
図、第７図は本発明の他の実施例による半導体組立装置の要
部を示す斜視図である。１・・・光ファイバ、２・・・コア、３・・・クランド
、４・・・テーバ部、５・・・球面、６・・・レーザチ
ップ、７・・・共振器、８・・・レーザ光、９・・・半
導体レーザ装置、１０・・・パンケージ（ステム）、１
１・・・光）ｙ−−７”　／ｌ／、１２．１３・・・リ
ード、１４・・・ステム、１５・・・キャップ、１７・
・・取付孔、１８・・・台座、１９・・・サブマウント
、２０．２１・・・ソルダー、２２・・・プアイバーガ
イド、２３・・・固定材、２６・・・ブロック、２７・
・・ソルダー、２８・・・受光素子、２９・・・ソルダ
ー、３０・・・ステージ、３１．３２・・・カメラ、３
３・・・チャック機構、３４・・・アーム、３５・・・
爪、３６・・・制御装置、３７・・・紫外線、３８・・
・照射装置。代理人　弁理士　小川勝率′、”′：”ｉ第　　　１　
　図第　　２　　図第３図第　　５　　図第　　６　　図

Claims

【特許請求の範囲】１、位置制御可能なステージと、前記ステージ上に載置
される第１ワークに取り付けられる第２ワークを保持す
る位置制御可能なチャック機構と、前記ステージの第１
ワークおよび第２ワークを光学的に二方向から相互に独
立して検出する複数のカメラと、前記複数のカメラによ
って得られた第１ワークと第２ワークの立体的関係から
両者の位置ズレを演算する演算処理部と、前記各部を有
機的に制御する制御部と、を有することを特徴とする半
導体組立装置。２、前記カメラは二台配置され、一方のカメラは第１ワ
ークおよび第２ワークの真上から第１ワークと第２ワー
クを検出するようになっているとともに、他方のカメラ
は４５度傾斜した方向から第１ワークと第２ワークを検
出するようになっていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の半導体組立装置。３、位置制御可能なステージと、前記ステージ上に載置
される第１ワークに取り付けられる第２ワークを保持す
る位置制御可能なチャック機構と、前記ステージの第１
ワークおよび第２ワークを光学的に二方向から相互に独
立して検出する複数のカメラと、前記複数のカメラによ
って得られた第１ワークと第２ワークの立体的関係から
両者の位置ズレを演算する演算処理部と、前記各部を有
機的に制御する制御部と、前記第１ワークおよび第２ワ
ークに光を照射する照射装置と、を有することを特徴と
する半導体組立装置。４、前記第１ワークおよび第２ワークの内、一方はコア
を有する光ファイバであり、他方はレーザチップとなっ
ているとともに、前記照射装置は紫外線を少なくとも光
ファイバに照射することを特徴とする特許請求の範囲第
３項記載の半導体組立装置。