(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
基板上に実装された複数の発光素子または受光素子と、前記基板上の前記複数の発光素子または受光素子のそれぞれに対応する位置に固定された複数の光学部品とを有する光通信モジュールの製造方法であって、
台座部と該台座部に立設する軸部とからなるピン部材を、前記台座部を下側にして、前記光学部品の前記基板側の面とは反対の面に固定するピン部材固定工程と、
前記ピン部材の軸部を把持した状態で、前記基板上で前記光学部品の光学的調芯を行う調芯工程と、
前記光学部品と前記基板との間に塗布された樹脂を硬化させることにより、前記光学部品を前記基板に固定する光学部品固定工程とを含む、光通信モジュールの製造方法。
前記調芯工程は、前記ピン部材の軸部を、該軸部の外径に沿った凹面形状の内面を持つ一対のアームで把持する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光通信モジュールの製造方法。
前記一対のアームは、上方または下方から見たときに、一方のアームが直線状に形成され、他方のアームが前記一方のアーム側に屈曲している、請求項5に記載の光通信モジュールの製造方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特にレンズなどの光学部品を、半導体プロセスで一般的に採用されている吸着コレットを用いて基板上の所定位置に搬送し、この所定位置に光学調芯後に固定する、という組立プロセス(方法)は、上記特許文献1にも開示されているように一般的な方法である。また、上記特許文献2では、光学部品の基板への固定をYAG溶接にて実施している。つまり、YAG溶接する場合、光学部品に溶接代を確保する必要があるため、光学部品はある程度の大きさを有している。
【0007】
しかしながら、昨今の光トランシーバなどの光通信モジュールでは、パッケージサイズの小型化への強い要請に呼応して、光通信モジュールに搭載する部品も小型化の一途を辿っている。特に、レンズ、ミラー等の光学部品においては、そのサイズが1mm
3程度、あるいは、それを下回る部品も存在する。このような光学部品を基板上に固定するに際し、溶接代を光学部品に確保するのが著しく困難であるために、YAG溶接を行うことができない。このため、YAG溶接に代えて樹脂固定が必要となる。
【0008】
また、部品サイズの小型化に伴い、従来の吸着コレットによる光学部品の把持も困難になっている。具体的には、部品サイズの小型化に応じて、吸着口のサイズも小さくせざるを得ないが、吸着口のサイズが小さい吸着コレットでは十分な吸着力(光学部品の把持力)を確保できない。すなわち、光学部品を基板上に固定するには、上記のように樹脂(紫外線硬化型接着剤など)が用いられるが、これら樹脂は一般的に粘性が大きい。このため、光学部品を吸着コレットで把持して調芯する際に、この粘性に対抗して光学部品をスライドさせなければならないところ、吸着コレットの吸着力がこの粘性に耐えられず、光学部品を把持できないという問題がある。
【0009】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、小さな光学部品であっても確実に基板上に配置できる光通信モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、基板上に実装された複数の発光素子または受光素子と、前記基板上の前記複数の発光素子または受光素子のそれぞれに対応する位置に固定された複数の光学部品とを有する光通信モジュールの製造方法であって、台座部と該台座部に立設する軸部とからなるピン部材を、前記台座部を下側にして、前記光学部品の前記基板側の面とは反対の面に固定するピン部材固定工程と、前記ピン部材の軸部を把持した状態で、前記基板上で前記光学部品の光学的調芯を行う調芯工程と、前記光学部品と前記基板との間に塗布された樹脂を硬化させることにより、前記光学部品を前記基板に固定する光学部品固定工程とを含む。
【発明の効果】
【0011】
上記発明によれば、光学部品の基板側の面とは反対の面にピン部材を固定し、このピン部材を把持して基板上に搬送し、光学的調芯を行うことができるため、小さな光学部品であっても確実に基板上に配置することができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態に係る光通信モジュールの製造方法の具体例を、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【0014】
図1は、本発明による製造方法が適用される光通信モジュールの内部構造の一例を模式的に示した図である。以下では、光通信モジュールの一例として、複数の発光素子(LD)を備えた光送信モジュールを例示して説明するが、本発明は、複数の受光素子(PD)を備えた光受信モジュールであっても同様に適用できることは言うまでもない。図中、1は光送信モジュール、1a〜1dはLD(Laser Diode:発光素子)、2a〜2dはコリメートレンズ、3はミラー、4a,4bはWSF(Wavelength Selective Filter:波長選択フィルタ)、5はアイソレータ、6はλ/2波長板、7は偏波合成器、8は光結合部、101は集光レンズ、102はmPD(monitor Photo Diode:モニタ受光素子)、103はBS(Beam Splitter)、104は基板を示す。
【0015】
複数(本例では4個)のLD1a〜1dが並置されており、個々に独立に変調信号により駆動される。それぞれのLDは互いに異なる波長の光を、光送信モジュール1の前方向に向けて出射する。ここでいう前方向とは外部の光ファイバと光結合するための光結合部8が搭載される側とする。個々の光は集光レンズ101で一旦集光された後、コリメートレンズ2a〜2dでコリメート光に変換される。一旦集光することで、コリメートレンズ2a〜2d以後の光学系の設計尤度を向上させることができる。
【0016】
また、二つのレンズ(集光レンズ101及びコリメートレンズ2a〜2d)の間にはBS103を介して個々の出射光の一部をモニタするmPD102がLD1a〜1dの数に対応してBS103上に搭載される。BS103は、基板104の主面に平行に進行しているそれぞれの信号光の一部について光軸を90°折り曲げ、上方に向かわせてmPD102で受光させる。
【0017】
コリメートレンズ2a〜2dからの出力光は、その半数がミラー3で反射され、この反射光と残りの半数の光とがWSF4a,4bで合成される。具体的には、光送信モジュール1が4個のLD1a〜1dを搭載する場合に、波長λ4の光はミラー3で反射され、その反射光と波長λ2の光とがWSF4bで合波され、波長λ2+波長λ4の光となる。他方、波長λ3の光は同様にミラー3で反射され、その反射光と波長λ1の光とがWSF4aで合波され、波長λ1+波長λ3の光となる。WSF4a,4bを出射した合波光はアイソレータ5に入力される。
【0018】
アイソレータ5では、光送信モジュール1の前方から後方に向かう逆方向の光が再度LD1a〜1dに入射することで、光学的雑音が増加してしまうことを防止するために、この逆方向に進行する光を遮断すると共に、アイソレータ5の出射端において、λ/2波長板6により一方の合波光(例えば、λ2+λ4)のみがその偏光面を90°(π/2)回転される。すなわち、合波光(λ1+λ3)と他方の合波光(λ2+λ4)とは、その偏光方向が90°異なる光となる。そしてこれら二つの合波光は、偏波合成器7により偏波合成され波長λ1〜λ4の4本の光を含む一の光となって出力される。
【0019】
以上の光学部品(集光レンズ101、コリメートレンズ2a〜2d、WSF4a〜4b、アイソレータ5、λ/2波長板6、偏波合波器7)が全て基板104上に搭載され、さらに、この基板104がペルチェクーラ(thermo-electric cooler:TEC)により温度制御される。光送信モジュール1の組立においては、上記複数の光学部品を光学調芯した上で基板104上に固定する工程が必要となる。そして、これら光学部品は、前述したように1mm
3程度の極微小な部品であり、吸着コレットにより保持することが極めて困難な部品でもある。
【0020】
ここで、本発明による光通信モジュールの製造方法では、6軸調整が可能な調芯装置を使用する。以下、
図2,
図3に基づいて調芯装置の概略構成の一例について説明する。
図2は調芯装置の全体図である。また、
図3(A)は6軸調整機構及びアーム部近傍の拡大図であり、
図3(B)は
図3(A)のアーム部を上方から見たときの部分拡大図である。図中、10は調芯装置、11は駆動制御部、12は6軸調整機構、13はアーム部、14は調芯ステージを示す。この調芯装置10は、XYZ方向及びθφψ方向(ロール,ピッチ,ヨー)の6軸調整機構12を備えているが、6軸調整の方法自体は公知の技術であるため、ここでの説明は省略する。
【0021】
アーム部13は、
図3(B)に示すように、一対のアーム(及びアーム先端部)から構成され、後述のピン部材を把持する機能を有する。従来の一般的なアーム部は、先端部分がピン部材の形状に沿っていないため、一対のアームをピン部材に接触させた場合、ピン部材がアーム水平方向に略2点で点接触(アーム垂直方向では線接触)することになり、ピン部材の把持が不十分となる。これに対して、本実施形態のアーム部13の先端部分は、その内面がピン部材の外径に沿った凹面形状になっており、ピン部材をアーム部13の水平及び垂直方向に面接触させることができる。このため、一般的なアーム形状と比べて、ピン部材を強く把持することが可能となる。
【0022】
また、アーム部13は、上方または下方から見たときに、一方のアームが直線状に形成され、他方のアームが一方のアーム側に屈曲している。つまり、一対のアームが非対称に形成されている。アーム部13でピン部材を把持する際に、まず、直線アームにピン部材を接触させ、屈曲アームがこれを挟み込むようにして把持する。これにより、屈曲アームからの押圧力を直線アーム側で受けることができるため、ピン部材をしっかり把持することができる。
【0023】
また、調芯ステージ14は、レンズなどの光学部品と、光学部品を樹脂固定させる基板とを載置するための窪み(図示せず)を所定場所に設けている。この窪みは、光学部品及び基板と略同じ形状とされ、その深さは約0.5mm程度とされる。つまり、調芯ステージ14は、樹脂固定する光学部品毎に、窪みの大きさや形状を適宜変化させることができる。
【0024】
(第1の実施形態)
図4〜
図6は、本発明による光送信モジュールの製造方法の一例を説明するための図である。図中、15はピン部材、16は光学部品、17,19は紫外線硬化型接着剤などの樹脂、18は基板を示す。本実施形態では、光学部品16とピン部材15との固定を、基板18以外の所定の場所(調芯ステージ14など)で樹脂17を用いて実施する。
【0025】
図4は、ピン部材15を光学部品16に固定した後の状態を示す図で、本例では光学部品16及び基板18が調芯ステージ14の所定場所に載置されているものとする。まず、台座部15bと台座部15bに立設する軸部15aとからなるピン部材15を、台座部15bを下側にして、光学部品16の基板18側の面(
図4の下面16a)とは反対の面(
図4の上面16b)に固定する(S1:ピン部材固定工程)。なお、本例では、台座部15bとして、円柱状の軸部15aの直径よりも大きい直径を持つ円盤状の部材として示しているが、軸部15a及び台座部15bの形状はこれに限定されるものではない。光学部品を高精度で実装する場合、一般的には調芯ステージの駆動部分に高精度なステージやモーターを備える必要がある為、調芯設備が大型になる傾向にある。一方、本例の如き装置構成を採用する事で、例えば、実装ステージ等の小型化にも資する。
【0026】
ピン部材15は、例えば、樹脂製であり、上述したように、下部に台座部15bを備え、台座部15bには軸部15aが一体的に形成されている。台座部15bは、例えば、直径0.6mm×高さ0.2mmの円盤状の部材である。軸部15aは、例えば、直径0.3mm×高さ(0.3〜1.0)mmの円柱状の部材である。光学部品16は、例えば、幅(光軸に垂直)1.0mm×厚み(光軸に平行)0.6mm×高さ(光軸に垂直)1.0mmのレンズである。
【0027】
このピン部材固定工程(S1)では、まず、光学部品16を調芯ステージ14上に静置する。なお、光学部品16を静置する場所は調芯ステージ14以外であっても構わない。この段階では、光学部品16とピン部材15とは接着されておらず、ピン部材15についても調芯ステージ14の所定場所に載置されているものとする。次に、ピン部材15の軸部15aを調芯装置のアーム部13の先端で把持して光学部品16のほぼ中心に移動させ、光学部品16の上面16bから数μm〜数十μm浮かした状態で保持する。そして、ピン部材15の台座部15bと光学部品16の上面16bとの隙間に、紫外線硬化型接着剤等の樹脂17を極少量だけニードル(スポイト、注射器等の噴出量を調整できる部品)で塗布し、そのまま紫外線を照射して樹脂固定させる。
【0028】
このように、ピン部材15を光学部品16の上面16bから数μm〜数十μm浮かした状態で保持し、両者の隙間に樹脂17を染み込ませ、保持しつつ紫外線を照射する。この結果、
図4に示すように、略中央部分に軸部15aが立設した光学部品16が作製される。本実施形態では、ピン部材15と光学部品16との固定が基板18以外の所定の場所(ここでは調芯ステージ14)で実施される。
【0029】
上記において、レンズ等の光学部品の上面にピン部材を固定する際に、紫外線硬化型接着剤等の樹脂を使用しているが、この樹脂固定に必ずしも限定されるものではない。例えば、光学部品の外周にメタライズ面を設け、YAG溶接或いは半田溶接により、金属製のピン部材を固定させることも可能であるが、光学部品の外周にメタライズ面を設ける必要があり、コスト面では樹脂固定のほうが望ましい。また、溶接を採用するため、光学部品に溶接代を確保しなければならず、光学部品の小型化の面からも樹脂固定のほうが望ましい。
【0030】
本実施形態によれば、上面にピン部材が樹脂固定された光学部品、及びピン部材を完全に把持出来るアーム部を有する調芯装置があれば、高精度で光学部品を所定の基板に実装することができる。このため、使用する光学部品としては、レンズに限定されず、反射ミラーや光学フィルタなどであってもよい。また、ピン部材としては、円筒形状に限定されず、多角形状としてもよい。また、調芯装置としては、XYZ方向及びθφψ方向の6軸に関して位置調整出来る機構を有する調芯設備であればよく、この実施形態に限定されるものではない。
【0031】
図5は、ピン部材15が固定された光学部品16を基板18まで移動させる様子を示す図で、
図5(A)はアーム部13及び調芯ステージ14を含む部分を示す図、
図5(B)は
図5(A)のアーム部13の先端部分を上面から見た図である。また、
図6は、光学部品16を基板18に樹脂固定する様子を示す図である。
【0032】
図5(A),(B)に示すように、ピン部材15の軸部15aをアーム部13で把持した状態で基板18の所定位置まで移動させ、
図6に示すように、基板18の所定位置上で光学部品16の光学的調芯を行い(S2:調芯工程)、光学部品16と基板18との間に塗布された紫外線硬化型接着剤等の樹脂19を硬化させることにより、光学部品16を基板18に固定する(S3:光学部品固定工程)。ここで、基板18の所定位置とは、光学部品16を基板18に実装する際の概略位置(粗位置)であって、例えば、調芯ステージ14に固定された基板18上の光学部品実装位置と、調芯ステージ14との相対位置の初期値を、6軸調整機構12の6軸について予め設定しておくことが考えられる。あるいは、基板18上の光学部品実装位置にアライメントマーク(十字、L字、コの字等)を予め設けておくことで概略位置を決定してもよい。
【0033】
以下、ピン部材15が固定された光学部品16(
図4)の具体的な実装方法について説明する。まず、上面にピン部材15を取り付けた光学部品16を調芯ステージ14の所定場所に載置する。なお、調芯ステージ14上で光学部品16を載せる場所には、前述のように、光学部品16の外形と略同じ大きさの窪みが形成されている。次に、光学部品16を樹脂固定させる基板18を調芯ステージ14に載置する。調芯ステージ14上で基板18を載せる場所には、上記の光学部品16と同様に基板18と略同じ大きさの窪みが形成されている。
【0034】
次に、アーム部13が取り付けられた調芯装置10を駆動制御して、ピン部材15が固定された光学部品16の位置調整(調芯)を実施する。具体的には、アーム部13を、調芯ステージ14に置かれた光学部品16まで移動させ、アーム部13を構成する一対のアームをハの字状に開いた後、Z軸方向(高さ方向)を調整して一対のアーム先端部がピン全体を掴み取れる位置に下降させる。
【0035】
そして、アーム部13を、一方のアーム(直線アーム)の内面にピン部材15の軸が接触するように動作させ、ついで、他方のアーム(屈曲アーム)の内面でピン部材15の軸を挟み込むように動作させる。これにより、ピン部材15の軸を一対のアームで確実に把持することができる。その後、
図5(A)に示すように、アーム部13でピン部材15が把持された光学部品16を、調芯ステージ14上の基板18の所定位置(粗位置)まで移動させる。
【0036】
上記において、前述の
図3(B)で説明したように、アーム部13を構成する一対のアームは非対称とされている。すなわち、アーム部13を上方あるいは下方から見ると、一方のアームはほぼ直線状であるのに対して、他方のアームはこの直線アームに対し、その先端部が接触するように屈曲し、両アームの間隔が狭められている。この工程では、まず直線アームにピン部材15が接触し、ついで屈曲アームがピン部材15を挟み込むように動作する。
【0037】
ここで、ピン部材15の軸部15aの外径と、アーム部13の先端部分の内径とは次のような関係にあることが好ましい。すなわち、
図5(B)に示すように、ピン部材15の軸部15bを把持した状態で両アーム間に必ず隙間dが形成されるようにしておく。このようにすることで、アーム内面の径がピン外径と多少異なっていたとしても、ピンを確実に把持することができる。
【0038】
そして、基板18の所定位置(粗位置)まで移動した光学部品16は、アーム部13でピン部材15が把持された状態で精密な調芯が施される。例えば、光学部品16がコリメートレンズである場合、外部から光源(主にレーザ光源)を用いてコリメートレンズに光を照射し、外部に設置した赤外カメラでモニタしながら、赤外カメラを通じてモニタされるコリメート光の形状を確認し、コリメートレンズ(光学部品16)の基板18における最適位置を決定する。あるいは、外部に設けられたシングルモード光ファイバ(SMF)に光結合させ、このSMFの光が最大値になるように、調芯装置を用いて角度調整を行うようにしてもよい。
【0039】
そして、最後に、
図6に示すように、光学部品16と基板18との間に塗布された紫外線硬化型接着剤等の樹脂19に紫外線(UV)を照射し、光学部品16を基板18に樹脂固定させる。なお、樹脂19は、例えば、光学部品16を基板18の所定位置(粗位置)で調芯する前に、光学部品16と基板18との間に一定量塗布される。この際、光学部品16はピン部材15を介してアーム部13で確実に把持されているため、樹脂19の粘性に対抗して調芯(移動)することが可能である。
【0040】
(第2の実施形態)
上述の第1の実施形態では、ピン部材固定工程(S1)において、光学部品16とピン部材15との固定を、基板18以外の所定の場所(調芯ステージ14など)で樹脂17を用いて実施したが、本実施形態では、光学部品16とピン部材15との固定を、基板18の所定位置(粗位置)で樹脂17を用いて行う点が異なる。
【0041】
すなわち、アーム部13を構成する一対のアームで光学部品16の両脇を、光学部品16の光学面を傷つけず、汚さないように把持し、調芯ステージ14上に固定された基板18の所定位置(粗位置)に移動させる。この段階では、光学部品16にピン部材15は固定されていない。また、基板18の所定位置(粗位置)としては、前述したように、例えば、調芯ステージ14に固定された基板18上の光学部品実装位置と、調芯ステージ14との相対位置の初期値を、6軸調整機構12の6軸について予め設定しておく。
【0042】
上記において、基板18の所定位置(粗位置)により光学部品16がラフに調芯される。この際、光学部品16と基板18との間に樹脂は塗布されていないので、光学部品16が樹脂の粘性に負けてその位置がシフトするなどの問題は発生しない。つまり、単に光学部品16を空間上で微動させるだけである。光学部品16のラフな位置が決まったならば、光学部品16を基板18上に静かに載置する。そして、アーム部13は一旦光学部品16から離れる。このアーム部13が離れた状態で、光学部品16の上面16bに紫外線硬化型接着剤等の樹脂17をニードルで極微量塗布しておく。
【0043】
次いで、光学部品16の把持から開放されたアーム部13により、調芯ステージ14上の所定場所に置かれているピン部材15の1つを把持し、ピン部材15を把持したアーム部13を光学部品16の上方にまで移動させる。そして、そのまま静かにピン部材15の台座部15bを光学部品16の上面16bに載置する。光学部品16の上面16bには、既に樹脂17が塗布されており、この状態で紫外線を照射し、光学部品16とピン部材15とを接着する。
【0044】
この間、光学部品16は、Z軸以外のXYθφψの5軸については何等変更されておらず、唯一Z軸が上下するだけである。但し、樹脂17の表面張力により、ピン部材15と光学部品16との相対位置関係がずれる場合があるが、このような多少の相対位置関係のずれは以下の調芯工程において修正することができるため問題はない。
【0045】
次に、ピン部材15をアーム部13で把持しつつ、光学部品16を基板18から離し、両者の間に樹脂19を塗布する。その後、基板18の所定位置(粗位置)を初期位置として、光学部品16について精密な調芯を行う。この段階では、光学部品16はピン部材15を介して確実にアーム部13で把持されている状態にあるので、樹脂19の粘性に負けてその調芯(移動)が妨げられることはない。また、アーム部材13のピン接触面はピン外形に沿った形状になっているため、確実にピン部材15を把持することができる。