JP3810529B2 - 光部品の組立方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光部品の組立方法に係り、特にレーザダイオードやフォトダイオード等の光素子がマウントされてなる光部品の組立方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオードやフォトダイオード等の光素子を光線路に接続するには、光線路を構成する光ファイバに接続される光コネクタと、前記光素子がマウントされた光部品とを内蔵してなる光モジュールを使用することが一般的である。
【０００３】
図４は光モジュールの一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
図４（ａ）、（ｂ）において、光モジュール１は、ＪＩＳ Ｃ ５９８１に制定される光コネクタのフェルール２と、該フェルール２の後端部３に近接配置した光部品４とをモジュール本体５内に組み込んで構成している。フェルール２は２本の光ファイバ６、６を内蔵し、光線路側の光ファイバ７（２心光ファイバテープ心線）を成端する光コネクタフェルール８と突き合わせ接続される接合端面９を先端に有し、フェルール２、８同士を突き合わせ接続することにより光ファイバ６、７同士が光接続されるようになっている。
前記光部品４は、光素子１０、１１をマウントしたマウント部材１２を基板１３上に固定した構造であり、前記光素子１０、１１はフェルール後端部３に露出した光ファイバ６、６にそれぞれ位置決めしている。そして、この光モジュール１は、フェルール２、８を介して光線路側の光ファイバ７と光部品４とを接続し、光素子１０、１１の発光を光ファイバ６に送入したり、光ファイバ６を介して光線路側の光ファイバ７からの光を光素子１０、１１にて受光することにより、光線路側の光ファイバ７に対して光信号を送受信する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のモジュールの場合、光部品４の組み立てに手間が係り、量産化が困難であり、低コスト化が困難であるといった問題があった。特に、フェルール２内の光ファイバ６、６に対する光素子１０、１１の位置決めが難しく、組み立ての自動化の障害になっていた。しかも、光素子１０、１１に十分な位置決め精度を得るには、光素子１０、１１、マウント部材１２、基板１３等の複数の部材を高精度に位置決めする必要があり、これが、組み立ての自動化の障害になっていた。
【０００５】
前記問題に鑑みて、例えば画像認識処理装置を利用して部材間を位置決めしつつ光モジュールを組み立てることも提案されているが、画像認識処理では部材の位置認識に時間が係り、認識された位置から部材位置調整を行うとなるとさらに作業時間を要してしまうため、問題の根本的な解決に至らない。
また、光素子１０、１１がマウントされたマウント部材１２を基板１３に固定する際に、光素子１０、１１における入出力をモニタしながら位置を微調整して高い光結合効率を得る組立方法があるが、この方法も工数が多く、光部品４の組み立てに作業時間を要してしまう。
しかも、画像認識処理装置や入出力のモニタによる光素子１０、１１の位置決めでは、光モジュール１にて光ファイバ６、６と光素子１０、１１との間に要求される位置決め精度に比べて過剰に高い位置決め精度が得られる反面、これら画像認識処理装置や入出力のモニタによる位置決め作業にて高い位置決め精度を得ないにしても作業時間を殆ど短縮することはできず、設備投資のコストの割に無駄が多いといった問題もある。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成する光部品の組立方法を提供する。
（ａ）マウント部材の据付用側面に貫通させて形成した位置決め溝により、マウント部材への光素子のマウント位置精度、マウント部材の基板への固定位置精度を容易に確保できる。
（ｂ）（ａ）により、組立装置による自動組立が容易になり、組み立て時間も短縮でき、光モジュールを低コスト化できる。
（ｃ）互いに平行に形成した複数本の位置決め溝により、位置決め作業性が向上し、しかも高い精度が容易に得られるので、光モジュールを短時間で組み立てることができる。
（ｄ）マウント部材を基板上の目的位置に位置決め固定すると同時に、ボンディングパッド上にマウントした光素子が位置決めされるので、光モジュールの組み立て時間を一層短縮することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、基板上に据え付けられたマウント部材上にレーザダイオード又はフォトダイオードである光素子がマウントされてなる光部品の組立方法であって、絶縁材料からブロック状に形成されかつ前記基板に据え付けられる据付用側面に断面Ｖ字状、Ｕ字状あるいは半円状の位置決め溝が貫通して形成された前記マウント部材を前記据付用側面および前記位置決め溝が前記基板に対してほぼ垂直となるようにして前記基板上に載置し、前記基板上に予め形成しておいた位置決め部に対して前記位置決め溝を位置決めすることにより前記マウント部材を基板上の目的位置に位置決めする位置決め工程と、前記マウント部材の前記据付用側面に据付用パッドを前記位置決め溝に対して位置決めして形成する据付用パッド形成工程と、前記マウント部材の前記位置決め溝に垂直なマウント用側面に前記光素子を前記位置決め溝に対して位置決めしてマウントする光素子マウント工程と、前記位置決め工程と据付用パッド形成工程と光素子マウント工程の完了後に前記マウント部材を前記基板上にて回転して前記据付用パッドを前記基板に固定し前記光素子を所望の位置に設置する据付工程とを具備することを特徴とする光部品の組立方法を前記課題の解決手段とした。
【０００８】
位置決め溝は、各種断面形状を採用可能であり、また、断面形状が一様で無い構成も採用可能である。マウント部材の据付用側面を貫通する位置決め溝は、該据付用側面に形成する据付用パッドの位置決め、該位置決め溝に垂直なマウント用側面にマウントする光素子の位置決め、マウント部材を基板に固定する際の位置決めに使用する。すなわち、据付用側面を貫通する位置決め溝は３次元的に位置決めに使用することができ、位置決め作業性が向上する。すなわち、マウント部材の据付用側面やマウント用側面にそれぞれ別のマーカ等を形成する必要が無く、しかも、据付用側面に形成する据付用パッドやマウント用側面にマウントする光素子等を同一の位置決め溝に対して位置決めすることで、マウント部材の異なる側面の構成相互間に高い位置決め精度が得られる。ここで、位置決め溝の断面形状がＶ字状、Ｕ字状あるいは半円状であることは、これら位置決め溝の深さ方向最深部の位置に着目することで高い位置決め精度を容易に得ることができる。
位置決め工程は、据付工程の前であれば、据付用パッド形成工程や光素子マウント工程との順は適宜選択可能である。
【０００９】
請求項２記載のように、前記マウント部材の据付用側面に複数本の前記位置決め溝を互いに平行に形成し、前記位置決め工程および据付工程では各位置決め溝を前記位置決め部に対してそれぞれ位置決めすることを採用すると、複数の据付用パッド、マウントする光素子の位置決めに対応でき、しかも、各位置決め溝を置決めするだけで少なくとも任意の一平面上での位置決めを正確かつ簡便に行うことができ、マウント部材を基板に固定する際の位置決め作業性が格段に向上する。
【００１０】
光素子マウント工程は光素子をマウント部材に直接組み込んだり、マウント用側面上にて光素子を組み立てること等も採用可能であるが、例えば、請求項３記載のように、前記マウント用側面にボンディングパッドを形成するボンディングパッド形成工程と前記ボンディングパッドに光素子をボンディングするボンディング工程とを具備してなり、該ボンディング工程を前記ボンディングパッド形成工程と前記据付工程との間に実施することを採用すると、ボンディングパッドの形成や光素子のボンディング作業をも前記位置決め溝を利用して高精度に行うことができる。これにより、ボンディング作業の自動化も容易になる。ボンディング工程はボンディング装置の使用により自動化することができる。この場合、マウント部材を直接ボンディング装置に搬入することも可能であるが、マウント部材を基板ごとボンディング装置に搬入することも可能であり、この時には、位置決め工程の完了後にボンディング工程を行うことが好ましい。これにより、ボンディング位置の位置精度を確保することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の光部品の組立方法の１実施形態を、図１から図３を参照して説明する。
まず、本実施形態の光部品の組立方法により組み立てる光部品２０を図３を参照して説明する。
この光部品２０では、光素子２１、２２をマウントしたマウント部材２３を基板２４上に固定している。マウント部材２３は、ジルコニア等の絶縁材料から直方体ブロック状に形成している。光素子２１、２２はレーザダイオードあるいはフォトダイオード等の半導体光素子であり、それぞれマウント部材２３上側のマウント用側面２５に形成したボンディングパッド２６上にボンディングしている。また、マウント部材２３の下側に位置し基板２４上面に対向配置された据付用側面２７には、断面Ｖ字状の位置決め溝２８（Ｖ溝）を２本平行に貫通させて形成している。
この光部品２０は、図４（ａ）、（ｂ）に記載したモジュール本体５内にてフェルール２の光ファイバ６、６に対して光素子２１、２２を位置決めして組み込むことで、目的の光モジュールを構成する。
なお、光素子２１、２２はレーザダイオード、フォトダイオードのいずれであっても良い。また、レーザダイオードの場合、例えば面発光形のいわゆるＶＣＳＥＬを採用することがより好ましく、これにより、マウント部材２３へのマウント作業性の向上や、光部品２０の小型化が可能になる。
【００１２】
次に、本実施形態の光部品の組立方法を説明する。
前記光部品２０を本実施形態の光部品の組立方法により組み立てるには、まず、図１に示すように、位置決め溝２８、２８を形成したマウント部材１２を基板２４上に載置し、基板２４上の取付位置を示す位置決め部２９（マーカ）に対して位置決めする（位置決め工程）。
この位置決め工程では、マウント部材１２を位置決め部２９の隣りに配置し、位置決め溝２８、２８が基板２４に対して垂直となりかつこれら位置決め溝２８、２８を形成した据付用側面２７が前記位置決め部２９に臨むようにして基板２４上に配置する。また、マウント部材１２は、二つの位置決め溝２８、２８の両方を位置決め部２９に位置決めすることで基板２４上に位置決めするので、位置決め溝２８が一本だけの場合やマウント部材に形成したマーカ等を利用する場合に比べて高い位置決め精度が容易に得られる。しかも、位置決め溝２８、２８はＶ溝であるので、深さ方向最深部を検出することでマウント部材２３の位置を正確かつ容易に割り出すことができ、位置決め部２９に対して高い位置決め精度が容易に得られる。
なお、位置決め部としては、図１に示したマーカ以外、凹部等各種形状が採用可能である。
【００１３】
次に、図２に示すように、マウント部材２３を前記基板２４に据え付けるための据付用パッド３０を前記据付用側面２７に形成する据付用パッド形成工程と、前記マウント部材２３の前記位置決め溝２８に垂直なマウント用側面２５（図２中上面）に前記光素子２１、２２をボンディングするためのボンディングパッド２６を形成するボンディングパッド形成工程とを行う。
据付用パッド３０やボンディングパッド２６は、前記位置決め溝２８、２８を利用して位置決めして形成するので、位置決め作業が容易である。特に、マウント用側面２５では、位置決め溝２８、２８の断面が露出しているので、ボンディングパッド２６の形成位置精度の確保が容易である。
なお、マウント部材２３にマウントする光素子２１、２２の中心間隔は１ｍｍ程度であり、ボンディングパッド２６もこれら光素子２１、２２の取付間隔に対応する位置に互いに離間して形成することは言うまでも無い。
また、ボンディングパッド形成工程では、マウント用側面２５に対して９０度隣りのマウント部材２３側面（据付用側面２７に対して対向する側面）からボンディングパッド２６への配線３１等も同時に形成する。
【００１４】
ボンディングパッド形成工程が完了したら、ボンディングパッド２６に光素子２１、２２をボンディングする。（ボンディング工程）
光素子２１、２２のボンディングには、フリップチップボンダー等の装置を使用することが適当である。この時、マウント部材２３が基板２４上に位置決めされているため、ボンディングパッド２６も位置決めされているので、フリップチップボンダーによるボンディング作業は効率良くなされる。
【００１５】
次に、図２中矢印Ａに示すように、前記据付用パッド３０およびボンディングパッド２６の形成が完了したマウント部材２３を基板２４上にて９０度回転し、図３に示すように、据付用側面２７を基板２４上面に重合させ、据付用パッド３０を前記基板２４に固定する（据付工程）。
この据付工程では、位置決め溝２８、２８をＣＣＤカメラにより撮像しつつ、マウント用側面２５に開口した前記位置決め溝２８、２８端部を前記基板２４上に予め形成しておいた位置決め部２９に対して位置決めした後、据付用パッド３０を前記基板２４に固定する。この時、二つの位置決め溝２８、２８を利用して位置決め部２９に対する位置決めを行うので、ＣＣＤカメラにより撮像した画像信号の処理は二つの位置決め溝２８、２８の位置や角度等を解析すれば良く、マウント部材全体を撮像しつつマウント部材の据付位置を調整する従来方法に比べて処理時間を大幅に短縮することができる。据付工程が完了するまでには画像情報の解析と位置調整とを数回繰り返すことを考えると、画像情報の解析時間が短縮することは、据付工程全体の作業時間の大幅な短縮を可能にする。しかも、据付工程前に基板２４上の位置決め部２９に対して位置決め溝２８、２８を位置決めしたマウント部材２３を回転して基板２４に据え付けるので、基板２４に対するマウント部材２３の位置決め精度は据付工程前にほぼ決まり、据付工程ではマウント部材２３の回転量の制御のみによってマウント部材２３を基板２４に対して位置決めするので、据付工程での位置決め作業性は大幅に向上する。
【００１６】
マウント用側面２５は据付用側面２７に対して垂直であり、据付工程を完了すると、９０度回転により光素子２１、２２が目的方向に向けられた状態にマウント部材２３が基板２４に固定され、光部品２０が完成する。完成した光部品２０は、図４（ａ）、（ｂ）に示したモジュール本体５に組み込む。
なお、この据付工程は、フリップチップボンダーにより実施することが適当である。
【００１７】
このように、この光部品の組立方法では、光素子２１、２２のマウントが完了したマウント部材２３を、複数本の位置決め溝２８、２８を利用して基板２４の位置決め部２９に位置決めした後（位置決め工程）、基板２４上でマウント部材２３を回転して該マウント部材２３に形成した据付用パッド３０を基板２４の所定位置に据付固定（据付工程）するようなっており、位置決め溝２８、２８と位置決め部２９とによって基板２４に対するマウント部材２３の据付位置精度は位置決め工程によってほぼ決まる。位置決め工程ではマウント部材２３を位置決め部２９に対して２次元的に位置決めするので、高い位置決め精度が容易に得られる。しかも、該位置決め工程を完了すれば、据付工程にてマウント部材２３を回転方向に位置調整を行って基板２４に据え付けるのみであるので、ＣＣＤカメラの撮像画像情報の分析は簡略的なもので済み、据付固定作業時間を大幅に短縮することができ、これにより光部品２０の組み立て時間を短縮が可能になり、光部品２０の組み立ての自動化も容易になる。また、従来行われていた光素子の入出力のモニタが不要であり、これによりモニタ用の装備が不要になり、組み立て装置の低コスト化が可能になる。
【００１８】
なお、位置決め工程は、複数回に分けて実施することも可能である。例えば、基板２４には光素子２１、２２のボンディング作業を行う際のマウント部材２３の位置を示す位置決め部と、据付位置を示す位置決め部とを形成しておき、当初、マウント部材２３は光素子２１、２２のボンディング工程位置を示す位置決め部に位置決めする位置決め工程を行って光素子２１、２２のマウント作業を行い、次いで据付位置を示す位置決め部に位置決めし直す位置決め工程を行った後、据付工程を行う。据付工程の直前の位置決め工程では、マウント部材２３上での光素子２１、２２の実際のマウント位置や、光部品２０における光素子２１、２２の設置位置の変更等に対応してマウント部材２３の位置を調整することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光部品の組立方法によれば、マウント部材の据付用側面に貫通させて形成した位置決め溝により、マウント部材への光素子のマウント位置精度、マウント部材の基板への固定位置精度を容易に確保できるので、組立装置による自動組立が容易になり、組み立て時間も短縮でき、光モジュールを低コスト化できる。しかも、据付用側面を貫通する位置決め溝は３次元的に位置決めに利用できることから、据付用側面に形成する据付用パッドやマウント用側面にマウントする光素子等を同一の位置決め溝に対して位置決めすることで、マウント部材の異なる側面の構成相互間に高い位置決め精度が得られるといった優れた効果を奏する。
【００２０】
請求項２記載のように、前記マウント部材の据付用側面に複数本の前記位置決め溝を互いに平行に形成し、前記位置決め工程および据付工程では各位置決め溝を前記位置決め部に対してそれぞれ位置決めすることを採用すると、複数の据付用パッド、光素子の位置決めに対応でき、しかも、マウント部材を基板に固定する際の位置決め作業性が格段に向上して高い精度が容易に得られるので、光モジュールをより短時間で組み立てることができ、光部品の組立の自動化、低コスト化が一層容易になるといった優れた効果を奏する。
【００２１】
請求項３記載のように、前記光素子マウント工程は前記マウント用側面にボンディングパッドを形成するボンディングパッド形成工程と前記ボンディングパッドに光素子をボンディングするボンディング工程とを具備してなり、該ボンディング工程を前記ボンディングパッド形成工程と前記据付工程との間に実施することを採用すると、
（１）ボンディングパッドの形成作業や光素子のボンディング作業をも前記位置決め溝を利用して高精度に位置決めして行うことができる、
（２）据付工程、あるいはその前に光素子の位置調整が可能であり、光素子を光部品の所望の位置に位置させることができる、
（３）マウント部材を基板上の目的位置に位置決め固定すると同時に、ボンディングパッド上にボンディングした光素子が光部品の目的位置に位置決めされるので、光モジュールの組み立て時間を一層短縮することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光部品の組立方法の実施の形態を示す図であって、位置決め工程を示す斜視図である。
【図２】 本発明の光部品の組立方法の実施の形態を示す図であって、ボンディングパッド形成工程および据付用パッド形成工程を示す斜視図である。
【図３】 本発明の光部品の組立方法の実施の形態を示す図であって、据付工程を示す斜視図である。
【図４】 従来例の光部品の組立方法により組み立てられた光モジュールを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
２０…光部品、２１…光素子、２２…光素子、２３…マウント部材、２４…基板、２５…マウント用側面、２６…ボンディングパッド、２７…据付用側面、２８…位置決め溝（Ｖ溝）、２９…位置決め部（マーカ）、３０…据付用パッド。

Claims (3)

1. 基板（２４）上に据え付けられたマウント部材（２３）上にレーザダイオード又はフォトダイオードである光素子（２１、２２）がマウントされてなる光部品（２０）の組立方法であって、
   絶縁材料からブロック状に形成されかつ前記基板に据え付けられる据付用側面（２７）に断面Ｖ字状、Ｕ字状あるいは半円状の位置決め溝（２８）が貫通して形成された前記マウント部材を前記据付用側面および前記位置決め溝が前記基板に対してほぼ垂直となるようにして前記基板上に載置し、前記基板上に予め形成しておいた位置決め部（２９）に対して前記位置決め溝を位置決めすることにより前記マウント部材を基板上の目的位置に位置決めする位置決め工程と、
   前記マウント部材の前記据付用側面に据付用パッド（３０）を前記位置決め溝に対して位置決めして形成する据付用パッド形成工程と、
   前記マウント部材の前記位置決め溝に垂直なマウント用側面（２５）に前記光素子を前記位置決め溝に対して位置決めしてマウントする光素子マウント工程と、
   前記位置決め工程と据付用パッド形成工程と光素子マウント工程の完了後に前記マウント部材を前記基板上にて回転して前記据付用パッドを前記基板に固定し前記光素子を所望の位置に設置する据付工程とを具備することを特徴とする光部品の組立方法。
2. 前記マウント部材の据付用側面に複数本の前記位置決め溝を互いに平行に形成し、前記位置決め工程および据付工程では各位置決め溝を前記位置決め部に対してそれぞれ位置決めすることを特徴とする請求項１記載の光部品の組立方法。
3. 前記光素子マウント工程は前記マウント用側面にボンディングパッド（２６）を形成するボンディングパッド形成工程と前記ボンディングパッドに光素子をボンディングするボンディング工程とを具備してなり、該ボンディング工程を前記ボンディングパッド形成工程と前記据付工程との間に実施することを特徴とする請求項１または２記載の光部品の組立方法。

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