JP4359397B2 - オプトエレクトロニクス・アセンブリを構築する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は一般に光学構成部品を有するオプトエレクトロニクス・アセンブリおよびそれを作成する方法に関する。より詳細には、本発明は、ほぼ平坦な基板やフレクシャ(flexure）に載置した光学構成部品を有するアセンブリおよびそれを製作する方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
オプトエレクトロニクス構成部品を包含かつ保護し、これを光ファイバに結合し、かつこれを電気的に接続するためのシールされたパッケージが必要とされている。オプトエレクトロニクス・パッケージングは、オプトエレクトロニクス機器製造における最も困難でコストのかかる作業の１つである。オプトエレクトロニクス・パッケージによって、光学要素間のサブミクロンの位置合せ、高速の電気接続、良好な熱放散、および高い信頼性が可能になる。このような特徴を与えた結果、特にデバイスがファイバに結合された場合、オプトエレクトロニクス・パッケージが１桁大きくなり、よりコストがかかり、かつ電子パッケージよりも作製の難しいものになった。加えて、オプトエレクトロニクス・パッケージの設計および関連する製作プロセスは、オートメーションに対してうまく適合していない。その理由は、今日の高性能バタフライ・パッケージ(butterfly package）が、多数の機械部品（サブマウント、ブラケット、フェルール）、３次元（３Ｄ）位置合せ要件、および不便な機械アクセシビリティによって特徴付けられているからである。
【０００３】
Ｋｏｖａｔｚによる米国特許第４９５３００６号は、端部結合された(edge-coupled)オプトエレクトロニクス・デバイス用のパッケージを開示している。このパッケージは、たとえばレーザなどのオプトエレクトロニクス・デバイスがレンズまたは光ファイバなどの外部の光学機器窓に結合できるように、窓を有するカバーを含む。このパッケージは密封性および高速の電気接続を可能にするが、位置合せする方法を規定しておらず、かつ結合光学機器または光ファイバをコリメーションさせもしくは結合させる方法を規定していない。
【０００４】
ＫｌｕｉｔｍａｎｓおよびＴｊａｓｓｅｎｓによる米国特許第５００５１７８号、およびＳｈｉｇｅｎｏによる米国特許第５２２７６４６号も、光学的またはオプトエレクトロニクス構成部品用のパッケージを開示している。Ｋｌｕｉｔｍａｎｓ等は、光ファイバに結合するレーザ・ダイオード向けのパッケージを論じている。このパッケージは、レーザを高速で使用できるように伝導ロッドを含んでいる。Ｓｈｉｇｅｎｏは、封入されたレーザ・ダイオードを冷却するためのヒート・シンクを開示しており、そのレーザ・ダイオードは光ファイバに結合されている。しかし、上述の特許双方では、パッケージを構築するとき、レーザ・ダイオードを光ファイバに位置合せすることが困難である。双方の設計では、複雑な３Ｄ構成の多数の部品が用いられ、オートメーション・アセンブリには適していない。Ｆａｒｍｅｒによる米国特許第５６２８１９６号は、半導体レーザ用のヒート・シンクを含むパッケージを開示するが、レーザを他の光学機器と結合させるための効率的な手段を提供していない。
【０００５】
本発明の実施態様は、この従来技術の限界を克服するものである。
【０００６】
（発明の概要）
オプトエレクトロニクス・パッケージを生産する方法を説明する。一実施態様では、方法は、第１光学要素が取り付けられた基板を準備することを含む。本方法は、光ファイバの光軸が光学要素と光学的位置合せされるように、フレクシャに圧力を加えることも含む。次いで、フレクシャは、フレクシャの脚部を基板に取り付けることによって光ファイバと共に基板に結合される。
【０００７】
本発明は、詳細な以下の記述、および本発明の様々な実施形態の添付図面からより十分に理解されるが、これらは本発明を特定の実施形態に限定するために取りあげられたのではなく、むしろ単に説明および理解を目的とするものである。
【０００８】
（本発明の詳細な説明）
オプトエレクトロニクス・アセンブリを作成する方法について記述する。以下の記述において、説明を目的として、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特有な詳細について記述する。しかし、当業者には、本発明はこの特有の詳細なしに実施できることが明らかになるであろう。他の例については、本発明をあいまいにすることを回避するために、よく知られている構造および装置をブロック図の形態で示す。
【０００９】
（概略）
オプトエレクトロニクス構成部品のパッケージおよびそのパッケージを作成する方法について開示する。一実施形態では、パッケージは、載置表面とパッケージの底壁となる位置決めフロアを有する基板を備える。一実施形態では、基板とその位置決めフロアはほぼ平面である。一実施形態では、１つまたは複数の***プラットフォームが載置表面上に設けられている。***プラットフォームは、銅タングステン、アルミニウム窒化物、ベリリウム酸化物、および窒化ホウ素など、基板のフロアに取り付けられている熱伝導率の高い材料で作成されたサブマウントでよい。***プラットフォームは、例えば、はんだ付けまたはろう付けによって取り付けることが可能であり、また、基板材料自体の一部とすることさえ可能である。
【００１０】
一実施形態では、ダイオード・レーザ、変調器、検出器などの縁部発光デバイス、サイド・マウント・デバイス、または導波路デバイスが***プラットフォーム上に載置されている。マイクロレンズ、フィルタ、スプリッタ、アイソレータなどのミクロ光学要素は、パッケージのフロア上に直接載置されている。
【００１１】
一実施形態では、プラットフォームの高さと光学要素の高さは、縁部発光デバイスおよび光学要素が、自動的に垂直方向に位置合わせされるように、すなわちこれらの光学軸が、パッケージのフロアに平行な同じ共通面にあるように選択される。縁部発光デバイスのための***プラットフォームは、一度に３つの目的の役に立つことが可能である：（ｉ）縁部発光デバイスを光学平面内に一致させるように高さを調整する、（ｉｉ）アクティブデバイスのための熱スプレッダとして役立つ、（ｉｉｉ）アクティブデバイスに電気的接続を行う。
【００１２】
一実施形態では、プラットフォームとフレームの高さは、１０分の１未満など基板の長さの小さな割合に保たれており、したがって、アセンブリは、本質的に２次元であり、ピック・アンド・プレイス・オートメーションを使用して製造することができる。例えば、上記の実施形態に従う工業規格バタフライ・パッケージを実現するために、寸法外の基板は、長さ２０ｍｍ、幅１２ｍｍに近いが、フレームおよびプラットフォームの高さは、０．２５ｍｍである。これは、わずかにパッケージの長さの約１／８０であることを表している。これは、壁の高さが通常１０ｍｍのオーダである従来のバタフライ・パッケージとは際立って対照的である。基板、フレーム、およびプラットフォームのアセンブリがほぼ平面であることにより、２次元（２Ｄ）機械視覚を備えた高精度のピック・アンド・プレイス機械によって、オプトエレクトロニクス要素を配置することが可能になる。最新技術の市販されている機械は、１ミクロン未満のピック・アンド・プレイス精度を達成することができる。そのような機械の例は、Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ、Ｓａｉｎｔ−Ｊｅｏｉｒｅ、ＦｒａｎｃｅによるモデルＦＣ２５０フリップ・チップ・ボンダである。そのような自動化されたピック・アンド・プレイス・アセンブリを使用して、数ミクロンの精度内で、側方およびトラバースの次元について、オプトエレクトロニクス要素間の光学関係を確立することができる。
【００１３】
構成部品間の高さの位置合わせは、***プラットフォームの高さによって、自動的に設定される。サブマウント材料の正確な制御または研磨技術を使用して、１ミクロンまたはそれ未満以内までプラットフォームの高さの制御を達成することができる。パッケージはほぼ平面なので、機械の安定性は、主に、基板の安定性によって決定される。アルミナ・セラミックなどの非常に膨張率の低い材料を基板に使用することによって、従来の３次元の手法よりはるかに良好な機械安定性を有するパッケージが獲得される。
【００１４】
プラットフォーム上に１つまたは複数の光学要素を有するオプトエレクトロニクス・パッケージの実施形態について、本明細書で記述するが、そのような要素をパッケージ・フロアの上に配置し、一方パッケージの他の光学要素をパッケージ・フロアの上面の下に載置することは、十分本発明の教示内にあることに留意されたい。
【００１５】
高性能のオプトエレクトロニクス・パッケージでは、重要な光学要素は、プラットフォームの高さ制御と２次元ピック・アンド・プレイスの組合わせで獲得することができる精度よりも高精度の配置が必要である。これは、高い光学結合効率を達成するために、１ミクロンの精度未満内で位置合わせしなければならない単一モード・ファイバの場合である。一実施形態では、そのような構成部品は、垂直方向のわずかな調整を見込んでいる小型フレクシャを使用して載置される。一実施形態では、フレクシャは、エッチングまたはスタンプされ、次いでプレスして曲げられた薄いスプリング鋼で作成されている。フレクシャは、基板上またはフレーム各側面上にある２つ以上の脚部を備えることが可能である。一実施形態では、脚部は、光学要素を支持またはクランプするブリッジによって結合されている。スプリングの特性を有する材料の２つのセクションにより、脚部はブリッジに結合される。
【００１６】
フレクシャは、自然な（湾曲していない）状態で、ブリッジに取り付けられている光学構成部品の光学軸が、わずかにパッケージの光学平面の上にあるように設計することが可能である。高さの最終調整は、フレクシャに圧力を加え、したがって、ブリッジの高さを低くすることによって獲得される。基板の面に平行な平面内でフレクシャをドラグすることは、側方方向の位置を修正するために好ましい。適切な位置合わせに達したとき、脚部は、永続的にフレームまたは基板に取り付けられている。取付けは、例えば、レーザ溶接、はんだ付け、または接着結合によることが可能である。フレクシャの設計に関する他の改良点は、フレクシャが３つ以上の脚部を有することである。脚部の第１対は、粗い光学位置合わせの後にフレームに取り付けられる。次いで、２つの第１脚部を取り付けた後で残っている残留柔軟性を使用して、フレクシャを再び精密に位置合わせする。最適な位置に達したとき、残って入る脚部を取り付ける。
【００１７】
以下で記述するオプトエレクトロニクス・パッケージの一実施形態に関する他の重要な特性は密封性である。標準的な設計では、これは、インストールした後で適切にシールする必要がある電気的な接続、光学ウィンドウ、および光ファイバの通行を可能にするために穴がドリルされているパッケージの周囲に壁を追加することによって達成される。次いで、光学パッケージをそのような壁の境界内に構築し、最終製造ステップとして、パッケージをシールするためにシーリング・リッドを追加する。壁をドリルして、そのような穴を通るすべての電気的および光学的フィードスルーをシールすることは、コストと複雑さをパッケージに追加することになる。例えば、高速電気的セラミック・フィードスルーと光ファイバ用Ｋｏｖａｒ管フィードスルーを有する商用バタフライ・ボックスは、何か光学構成部品を追加する以前に、＄２００コストが余分にかかっている。本明細書で記述するオプトエレクトロニクス・パッケージの実施形態は、追加された壁を必要とせずに、密封性に対しはるかに簡単で費用効果の高い解決法を提供する。一実施形態では、密封性は、リムがリング・フレームの外側部分にシールされている角張った帽子状のキャップを使用することによって獲得される。密封エンクロージャの内側から外側への光ファイバのシールされた貫通を行うように、リング・フレームに浅い溝を設けることが可能である。シールしたエンクロージャの外部との電気接続は、基板の底面を通る充填されたビアによって提供される。
【００１８】
他の実施形態では、パッケージの外側のピンと、密封エンクロージャの内側の電気的およびオプトエレクトロニクス構成部品に対する電気信号の分配は、パターンのセットとして基板の上面および底面上に直接プリントされている電気的接続のセットによって容易になる。上面および底面の電気的に伝導性のパターンは、密封充填ビアによって電気的に接続されている。したがって、パッケージの周囲にあるピン、またはパッケージの下にあるボール・グリッド・アレイあるいは同様の構造に信号を分配することは、配線を追加すること、または高価なスルー壁の密封フィードスルーを必要とせずに達成することができる。この構成は、高速オペレーションには非常に有利である：ビアは、一実施形態では２５０μｍのオーダである基板材料の厚さを通りさえすれば良いので、非常に短い。さらに、すべての余分な配線は、ほぼ排除されている。これにより、そうでなければパッケージの高速オペレーションを制限することになる寄生キャパシタンスとインダクタンスの値が非常に低減される。
【００１９】
***プラットフォームを有するほぼ平面の基板は、フレクシャと共に、高精度光学位置合わせベンチ、アクティブオプトエレクトロニクス構成部品のためのヒートシンキング、シールした電気的フィードスルー、高速配線板、および密封的にシール可能なエンクロージャを同時に提供する。
【００２０】
したがって、本発明の少なくとも１つの実施形態は、構成部品が容易におよび精確にパッケージ内で位置合わされるように、光学構成部品のパッケージを提供する。そのようなパッケージは、安価にオートメーション化可能な方法で製造することが可能である。
【００２１】
本発明の光学パッケージのいくつかの実施形態では、パッケージ内の光学構成部品の精確な位置合わせ、ならびに密封性、高い機械安定性、良好なヒート・シンキング、およびパッケージの高速電気的オペレーションを保ちながら、低コストで大量生産することが可能であるということが有利である可能性がある。
【００２２】
図１はフレーム３２とフレクシャ２４を有する、オプトエレクトロニクス・アセンブリ、すなわちパッケージ１０の一実施形態を示す。アセンブリは、位置決めフロア１４を有する基板１２を備える。一実施形態では、位置決めフロア１４はほぼ平面であり、基板１２は、アルミナまたはベリリウム酸化物など、熱膨張率の係数が小さい電気的に絶縁性の材料からなる。一実施形態では、***プラットフォーム２０が位置決めフロア１４に取り付けられているサブマウントによって形成されている。
【００２３】
光学要素または構成部品は、位置決めフロア１４とプラットフォーム２０の上に載置されている。一実施形態では、レンズ１６が基板１２の上に載置されており、レーザ・ダイオードなどの縁部発光オプトエレクトロニクス要素１８は、プラットフォーム２０の上に載置されている。他の光学構成部品を使用することが可能である。
【００２４】
光学要素２２が、はんだ付け、ろう付け、または溶接などによって、フレクシャ２４に取り付けられている。一実施形態では、フレクシャ２４は、２つの脚部２６と２７、ブリッジ３０、および、脚部２６、２７とブリッジ３０との接合部の２つのスプリング領域２８、２９を備える。一実施形態では、要素２２は、単一モード光ファイバであるが、他の光学要素との光学的位置合わせを必要とする任意の要素とすることが可能である。
【００２５】
フレーム３２は基板１２に取り付けられている。脚部２６と２７の端部がフレーム３２に取り付けられている。フレクシャ２４と取付け方法については、以下でより詳細に議論する。一実施形態では、フレーム３２は溝３６を有する突出アーム３４を有する。溝３６により、パッケージの外部へのファイバ２２の密封貫通が可能になる。
【００２６】
キャップ３８がフレーム３２に取り付けられて、気密シールとされている。位置決めフロア１４を閉鎖および密封的にシールすることによって、内部の光学構成部品を保護し、その性能が悪くなりおよび／または寿命が縮むのを防止することができる、制御された気体、液体、または真空の環境に保つことができる。一実施形態では、キャップ３８は、角張った帽子の形状であり、フレーム３２の外側部分および溝３６とファイバ２２の上に密封的にシールすることができる周辺リッド４０を有する。シーム溶接、はんだ付け、または接着結合などのプロセスによって密封シールとすることが可能である。
【００２７】
フレーム３２、プラットフォーム２０、および光学要素１６と１８の厚さは、基板１２の長さまたは幅と比較して小さく保たれており、したがって、アセンブリは、本質的に平面状であり、２次元機械視覚を使用するピック・アンド・プレイス・オートメーション化アセンブリと矛盾しない。フレーム３２とプラットフォーム２０の厚さは、基板１２の長さの１／１０未満であることが好ましく、光学要素１６の厚さは、基板１２の長さの１／５未満であることが好ましい。一実施形態では、フレーム３２とプラットフォーム２０の厚さは、０．２５０ミリメートル、レンズ１６の高さは０．５ミリメートル、および基板１２の長さは約１０ミリメートルである。
【００２８】
一実施形態では、位置決めフロア１４の上面上にある電気的に伝導性のパターン４４にアクティブ光学要素１８をワイヤ・ボンド４２で接続する。充填伝導性ビア４６がパターン４４を、位置決めフロア１４の底面にある電気的に伝導性のパターン４８に密封的に接続する。また、位置決めフロア１４の底面上にあるピン５０は、他のビア（図示せず）を経て、パッケージの内側の電子構成部品に接続するように設けられている。パターン４２および４４と充填ビア４６との組合わせにより、密封エンクロージャの内側のオプトエレクトロニクス要素からパッケージ１０の周囲にあるピン５０まで密封的に電気信号を分配するために、効率的で寄生性の低い機構を提供できる。代替として、表面載置に対して、パッケージの下のボール・グリッド・アレイに信号を分配することができる。
【００２９】
一実施形態では、パッケージ１０は、フレーム３２なしでも実現することができ、基板１２の材料により、キャップ３８とフレクシャ２４を直接基板１２上に取り付けてもよい。この場合、溝３６を形成する能力は失われる可能性があるが、キャップ３８上にフィードスルー管またはウィンドウを追加することによって代用することができる。
【００３０】
代替実施形態では、フレクシャ２６が直接フロア１４に取り付けられ、一方キャップ３８はフレーム３２に取り付けられる。他の代替実施形態では、フレーム３２とプラットフォーム２０は、完全に平面な基板への金属インサートである。他の実施形態では、２つの同軸フレームが使用されており、外側のものは取付けキャップ３８上にあり、内側のものは、フレクシャ２４を取り付けるためのものである。
【００３１】
軸Ａは、図１に示すように、パッケージ１０を２等分する。図２Ａは、軸Ａに沿って取った、アセンブリ１０の断面図である。プラットフォーム２０と位置決めフロア１４上に載置された光学部品の垂直位置合わせは、プラットフォーム２０の高さによってのみ制御されるので、この高さを正確に調節することは重要である。通常、レーザ・ダイオードをマイクロレンズに位置合わせするために、５μｍより良好な精度が必要である。一実施形態では、そのような精度は、フレーム２４とプラットフォーム２０が、その上に載置されている光学要素を含めて、正確な高さに低減されるまで、プラットフォーム２０とフレーム３２を研磨することによって達成することが可能である。
【００３２】
図２Ａは、研磨ステップ前のフレーム３２とプラットフォーム２０を有する基板１２を示す。基板１２の上のプラットフォーム２０とフレーム３２の高さは、参考のために示した光学要素１６の光学軸の高さよりわずかに高い。図２Ｂは、精確な研磨後の光学要素１６を含むフレーム３２とプラットフォーム２０の高さを示し、したがって、フレーム３２とプラットフォーム２０は、再度参考のために示した光学要素１６の光学軸と整合するフロア１４より上の所定の高さを有する。図２Ｃは、プラットフォーム２０とフロア１４の上で、ピック・アンド・プレイスされている光学要素を示す。
【００３３】
一実施形態では、要素１８はレーザ・ダイオードであり、その放出された光は収集され、レンズである要素１６によって、光ファイバである光学要素２２のコアに収束されている。レーザ、レンズ、およびファイバの位置合わせは、図２Ｄに示すように、基板１２とプラットフォーム２０の平坦化によって簡単になる。光学平面Ｐは、フロア１６から距離ｈにある。レンズは、レンズの底面からある距離にある光学軸ＯＡを有する。プラットフォーム２０は高さｈを有し、したがって、プラットフォーム２０の上面は、光学平面Ｐにある。したがって、レーザから放出された光は、ほぼ光学平面Ｐに集光され、レンズを照射するレーザからの光は、図２Ｄに示すように、光学軸ＯＡ上に集光される。
【００３４】
研磨技術の他に、プラットフォームの高さ制御を達成する他の技術を使用することが可能であり、これには、厚さを増大するために、わずかに高さの低いプラットフォームを電気めっきすること、わずかに高さの高いプラットフォームを精確に化学的にエッチングすること、またはプラットフォームの精確なダイアモンド加工が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、５Ａ、および５Ｂは、フレクシャ位置合わせデバイスおよび位置合わせ方法を記述する。一実施形態では、フレクシャ２４は、ブリッジ３０と２つの脚部２６、２７を備える。２つのスプリング領域２８、２９は、脚部２６、２７をブリッジ３０に接続する。脚部２６、２７の末端はフレーム３２の上にある。代替設計では、脚部の末端が直接基板１２上にある。ブリッジ３０は光学要素２２を保持するものである。一実施形態では、光学要素２２は光ファイバを備える。一実施形態では、フレクシャ２４は平坦なスタンプしたまたはエッチングしたスプリング鋼から作成されていることが好ましい。スプリング領域２８、２９は、化学的に金属の厚さの半分を除去することによって創出することができる。フレクシャ２４は、最初ほぼ平坦であり、プレスで形成されて、脚部２６、２７とスプリング領域２８、２９を成形し、次いで、材料にスプリングの特性を付与するために、高温でアニールされる。一実施形態では、フレクシャ２４は、約１７０ミクロンの厚さであり、スプリング領域２８、２９は、約８５ミクロンの厚さである。以下から、光学要素２２の精確な３次元位置合わせを見込むために、脚部２６、２７、ブリッジ３０、スプリング領域２８、２９の設計方法が明らかになるであろう。
【００３６】
このプロセスは、まず、はんだ付けまたは接着結合などのプロセスによって、光学要素２２をフレクシャ２４のブリッジ３０に取り付けることによって開始する。次いで、フレクシャ２４と取り付けた光学要素をピックして、図４Ａに示すように、光学アセンブリ１０上の粗い位置合わせに降下させる。この時点では、フレクシャ２４は、これ以上の取付け方法を備えずに、単にフレーム３２の上（または、リングのない実施形態では基板１２の上）にある。少なくとも１つの第１光学要素１６は、すでに光学アセンブリ１０に取り付けられており、光学軸ＯＡを決め、その軸に対して、光学要素２２とその光学軸ＢＣがフレクシャ２４を用いて位置合わせされる。一実施形態では、レーザ・ダイオード１８とレンズ１６は、フレクシャ２４を位置合わせする前に、光学アセンブリの上に取り付けられている。一実施形態では、図３Ｂの上側のアセンブリ１０の側面図に示すように、フレクシャ２４は光学軸ＢＣが光学軸ＯＡより高いように設計されている。一実施形態では、フレクシャ２４に圧力が加えられていないとき、ＢＣはＯＡより約１００から２００ミクロン高い。図３Ｂのアセンブリの上面図は、軸ＯＡとＢＣが、また、フレクシャ２４の水平面位置合わせにおいて、互いにずれていてもよいことを示している。
【００３７】
取外し可能位置合わせツール５２を使用して、ブリッジ３０の上端に圧力を加える。また、ツール５２は、ブリッジ３０上の整合グリッピング穴５８、５９に係合している同軸端５６、５７を有するピン５５、５４を備える。図４Ａおよび５Ｂの位置合わせツールの形状は、単に例として与えられていることは明らかである。当業者によって、一時的にフレクシャ上にクランプし、ブリッジ３０に圧力を加える能力を有する他のツールを設計することが可能である。例えば、フレクシャの溝とツールの整合セットをピンと穴をかみ合わせた設計に置き換えることができる。また、真空ツールを使用することもできる。
【００３８】
精巧な位置合わせのステップ中に、ツール５２は、ブリッジ３０の上まで下げられる。同軸端５６、５７は、穴５８、５９に緊密に係合されている。ツールはブリッジ３０に圧力を加え、その圧力下で、スプリング領域２８、２９を湾曲させる。これにより、今度は、脚部２６、２７が離れて広がり、図４Ｂに示すように、軸ＯＡと位置合わせするように軸ＢＣが下げられる。また、ツール５２は、載置フロア１４の面に平行な平面内で動かされて、図４Ｃの上面図からわかるように、軸ＯＡとＢＣの水平方向および長手方向の位置合わせが実現されるまで、ツール５２と共にフレクシャ２４と脚部２６をドラグする。一実施形態では、レーザ１８に動力を供給し、フレクシャ２４を精巧に位置合わせしながら、ファイバの出力に結合されたパワーを測定することによって、位置合わせを監視する。一度所望の位置合わせが獲得された後は、脚部の末端部は、リング・フレーム３２または基板１２に取り付けられる。１つの取付けプロセスは、レーザ光６２によるレーザ・マイクロ溶接であり、これにより、溶接スポット６０、６１が形成される。溶接スポットは、永続的に、金属脚部２６を金属リング・フレーム３２に取り付ける。ＵＶ治療可能接着剤またははんだ付けなど、他の取付けプロセスを使用することも可能である。脚部の最終取付けが完了した後、ツール５２は、アセンブリから上昇され、図４Ｂおよび４Ｃに示すように、位置合わせされたアセンブリが残される。
【００３９】
ほとんどの取付けプロセスは、取付けオペレーション中に、些少な望ましくないシフトまたはドリフトを含む。接着剤の場合は、シフトは、通常、接着剤の収縮によって生じる。はんだ付けの場合は、シフトは、通常、凝固段階中のはんだの体積の変化、および温度サイクル中の部品の膨張および収縮によって生じる。レーザ溶接の場合は、一般に溶接後のシフトが観測される。図５Ａは、そのようなシフトを低減またはさらには最小限に抑え、より優れた位置合わせの精度と再現性を可能にする１つのフレクシャの実施形態を示す。図５Ａのフレクシャ７０は、２対の脚部、すなわち脚部２６、２７の前対、および脚部７４、７５の後対を備える。脚部の前対は、図５Ｂに示すように、光学要素１６の付近に配置され、ツール５２とグリッピング穴５８、５９を使用して位置合わせされており、前述した方法に従う。前対２６、２７は、前述したように、溶接スポット６０、６１などを使用して、永続的にフレーム３２に取り付けられている。取付け後のシフトは、ツール５２と脚部７４、７５の後対の付近に配置されている後部グリッピング穴７６、７７とを使用することによって、第２位置合わせステップで修正される。フレクシャ７０の残留柔軟性により、フレクシャ７０の後部をツール５２で動かすことによって、光学要素２２の先端８０のわずかな位置合わせの修正が可能になる。第２位置合わせ後、後部の脚部は、レーザ溶接スポット７８、７９によって、フレーム３２に取り付けられる。次いで、位置合わせツール５２をアセンブリから上昇させる。
【００４０】
詳細な記述は、例示のために多くの特有なものを含むが、当業者なら、添付の詳細に対する多くの変形および変更が、本発明の範囲内にあることを理解するであろう。図６は、パッケージの実施形態に関する変形と他の改良を示す。この実施形態では、光学要素１６は、その位置を保つために、スプリング・リーフ８１によって、位置決めフロア１４に押し付けられている。スプリング・リーフ８１は、レーザ溶接などによって、フレーム３２に取り付けられている。スプリング・リーフ８１の載置は、光学要素１６とフロア１４の間で、接着またははんだの層を必要としないという利点を有する。
【００４１】
図６のパッケージ実施形態は光ダイオードなどの光学要素８２を備えている。これは、フロア上に直接載置されており、その光学軸は、他の光学要素１６および１８の平面内にない。光ダイオード８２は、バック・ファセット・パワー・モニタとして使用することができる。
【００４２】
図６のパッケージ実施形態は、さらに、フロア１４上に載置され、ワイヤ・ボンド４２と伝導性パターン４４に電気的に接続されている、インピーダンス整合レジスタなどの電子構成部品８４を備える。当業者なら、サーミスタ、チョーク、集積回路などの他の電子要素をオプトエレクトロニクス・パッケージの内側に同様な方式で載置および接続することができることを理解するであろう。
【００４３】
また、図６のパッケージは、基板１２の上面上に、周辺コンタクト・パッド８８を含む。コンタクト・パッド８８は、ビア８６、底面伝導性パターン４８、充填ビア４６、および上面伝導性パターン４４により、内部電気要素８４に接続されている。
【００４４】
図７は、光学パッケージの他の実施形態を示す。この実施形態では、ファイバ９２は、フレクシャ９４によって適所に保持されている分配ブラッグ反射（ＤＢＲ）格子９０を備える。レーザ９３は、ファイバ９２に光を放出する。一実施形態では、レーザ９３は、レーザ導波路へのファセットによって光が反射することを防止するために、反射防止コーティング・フロント・ファセットまたは反射防止アングルド・フロント・ファセットを有する。格子９０は、所定の波長を再び強くレーザ９３に反射する。よく知られている接着技術または結合技術を使用して、要素および／またはそのような要素を支持する***プラットフォームを載置することが可能である。それにより、格子９０ならびにレーザ９３の空洞を有するレーザ・システムが創出される。図７のレーザ・システムは、格子９０に対応する所定の波長に等しい共振波長を有する。この実施形態の利点は、レーザ・ファセットに関するファイバの位置の優れた機械安定性であり、これにより、モード・ホップの出現を防止し、アセンブリのコストを下げる。
【００４５】
本発明の多くの変更および修正は、以上の記述を読んだ後では、間違いなく当業者には明らかになるであろうが、例として示し記述した特定の実施形態は、限定的と見なされることを決して意図していないことを理解されたい。したがって、様々な実施形態の詳細に対する参照は、本発明にとって本質的であると見なされるそれらの特徴のみを列挙している請求項の範囲を限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 オプトエレクトロニクス・パッケージ・アセンブリの一実施形態を示す図である。
【図２Ａ】 平坦化前の図１のフレーム・アセンブリの側断面図である。
【図２Ｂ】 フレームおよび***されたプラットフォームを平坦化した後の図２Ａのフレーム・アセンブリを示す図である。
【図２Ｃ】 ２つの光学構成部品が平坦化された基板上にピック・アンド・プレース・オートメーションによってどのように配置されるかを示す図である。
【図２Ｄ】 結果として得られた要素の光学的位置合せを垂直平面内で示す図である。
【図３Ａ】 取外し可能な位置決めツールで位置合せする前のアセンブリの斜視図である。
【図３Ｂ】 フレクシャの位置合せ前のアセンブリの側面図である。
【図３Ｃ】 フレクシャの位置合せ前のアセンブリの上面図である。
【図４Ａ】 取外し可能な位置決めツールを用いてフレクシャが位置合されたアセンブリの斜視図である。
【図４Ｂ】 フレクシャの脚部を位置合せし最終取付けした後のアセンブリの側面図である。
【図４Ｃ】 フレクシャの脚部を位置合せし取付けた後のアセンブリの上面図である。
【図５Ａ】 ４脚フレクシャの一実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】 ４脚フレクシャの裏脚部を用いた微細位置合せを示す図である。
【図６】 光学要素、追加電子機器、およびセンサのスプリング・リーフ取付け、ならびに上向き周辺コンタクトを有する代替実施形態を示す図である。
【図７】 光学構成部品用パッケージ第３の実施形態を示す側断面図である。

Claims (5)

1. オプトエレクトロニクス・パッケージを製造する方法であって、
   第１光学要素が取り付けられた基板を準備するステップと、
   フレームを基板に取り付けるステップと、
   光ファイバの光軸が第１光学要素と光学的位置合せされるように、フレクシャに圧力を加えるステップと、および、
   フレクシャの脚部をフレームに取り付けることによってフラクシャおよび光ファイバをフレームに結合させるステップとから成り、
   前記フレクシャを結合させるステップは、
   フレクシャ上の第１脚部対をフレームに結合させること、
   光学的位置合せを獲得すること、
   フレクシャ上の第２脚部対をフレームに結合させること
   を含む方法。
2. 前記フレクシャに圧力を加えるステップは、
   第１光学要素と光ファイバの光軸が、垂直平面内で位置合せされるまで、取外し可能な位置決めツールを用いてフレクシャの頂部上に圧力を加え、少くとも２つの脚を更に拡げるステップと、
   第１光学要素と光ファイバの光軸が水平平面内で位置合せされるまで、位置決めツールを用いて基板上でフレクシャを移動させるステップとからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. レーザ溶接を用いてフレクシャの脚部を取り付けることを特徴とする請求項１また２記載のいずれかの方法。
4. レーザ・ハンダ付けを用いてフレクシャの脚部を取り付けることを特徴とする請求項１また２記載のいずれかの方法。
5. 接着剤による接着を用いてフレクシャの脚部を取り付けることを特徴とする請求項１また２記載のいずれかの方法。

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