JP4306286B2

JP4306286B2 - Optical module and optical module manufacturing method

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Publication number: JP4306286B2
Application number: JP2003061337A
Authority: JP
Inventors: 圭一福田; 宏敏米澤; 秀和小寺; 晋一高木; 正一郎原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004271817A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信等に用いる光モジュール、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に使用する光モジュールは、発光素子または受光素子と光ファイバとが高効率で結合している必要がある。従来、発光モジュールを組立てるには、発光素子に給電し、発光素子からの光出力をモニタしながら、光ファイバの位置を調整しており、光ファイバとは別に調整固定用の構造体を光ファイバに設け、その構造体を発光素子を支持する支持体にＹＡＧレーザ溶接などで固定する方法がとられていた。
しかしながら、このような方法では部品点数が多くなり、生産性が悪いという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、発光素子と一体化したシリコン等の支持体の一部に溝部を設けておき、機械的寸法精度で定まる範囲内で光ファイバを固定し、ほとんど無調整で結合させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９８１８８公報（第３−４頁、図２、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献に示された光モジュールは、基板上に光素子及び光ファイバを集積実装したものであるが、その構造および組立方法においては、光軸無調芯で光素子と光ファイバを位置決めすることから、光ファイバの固定用Ｖ溝や光素子の給電用金属電極が各々精密に形成された高価なシリコン基板を使用する必要があった。このため光モジュールの低価格化にも限界があった。また、部品の寸法公差から必ずしも高結合効率が得られないことなどの問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュール、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光モジュールは、基板上に互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載された光モジュールにおいて、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品を取り巻いて、上記基板を貫通するコの字形状のスリットが形成されているものである。
【０００８】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、２個以上の光部品を光学的に結合し、光モジュールを製造する方法において、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部に、上記搭載位置を取り巻いて、上記基板を貫通するコの字形状のスリットを形成する工程、上記基板上に上記光部品を搭載する工程、および上記搭載位置の周辺部をスポット状に塑性変形させることにより、上記２個以上の光部品の相対位置を調整する工程を施したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１に本発明の実施の形態１による光モジュールの構造を、図２に本実施の形態１に係わるリードフレーム構造を示す。本実施の形態１の光モジュールは、図１に示すように、基板３ａ上に、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光素子１と光ファイバ２とが搭載されたものである。基板３ａは、互いに光結合を必要とする発光素子１および光ファイバ２を支持する金属製の基板であり、光ファイバ２を取り巻くようにスリット状の溝３ｂが形成されている。また、基板３ａの外部にはリード電極３ｃが設けられており、発光素子１はワイヤ４によりリード電極３ｃと電気的に接続されている。リード電極３ｃと基板３ａとは、光モジュール製造工程においてリードカットされる前は、図２に示すリードフレーム構造３をなしており、一体に構成されている。
【００１０】
以下に、光モジュールの製造工程について説明する。発光素子１は、波長１．３ミクロンで発振するファブリーペローレーザである。発光素子１と光接続される光ファイバ２は、例えばφ１２５μｍ程度の石英系のシングルモード光ファイバである。
第１のステップは、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定する。次に、紫外線硬化性の接着剤にて、光ファイバ２を基板３ａ上の光ファイバ搭載位置に固定する。光ファイバ２の位置決めの際は、発光素子１の外形を組立基準とすることにより、発光素子１の出力光が光ファイバ２にある程度結合するようにする。
【００１１】
第２のステップは、上記組立体を形成後、発光素子１を発光させるための手段、および光結合を計測するための手段をもって、発光素子１と光ファイバ２との光結合状態を確認する。具体的には、図示を省略したプローブにて発光素子１を駆動させ、光パワーメータを用いて光ファイバ２へのモニタ出力光を検出する。その状態で、光ファイバ２を手動等で加圧する。基板３ａ上の光ファイバ搭載位置の周辺部には、上記光ファイバ搭載位置を取り巻くように予めスリット状の溝３ｂが形成されているため、加圧により基板３ａが弾性変形し、光ファイバ２の位置が移動する。光ファイバ２の移動方向及び移動量と光パワーメータの検出値とから、光結合効率が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
【００１２】
第３のステップは、第２のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、基板３ａに設けた溝３ｂの近傍を、図示を省略したレーザにより局部加熱し、所定量の熱歪みを与える。なお、局部加熱の方法はレーザ照射の他、紫外線照射等の光学的加熱手段によって行っても良い。図３はレーザ照射前の平面構成図、図４はレーザ照射前の組立体主要箇所の断面構成図である。図３において、光ファイバ２を取り巻くように設けられた溝３ｂは、Ｚ方向の溝３ｂ_Z1及び３ｂ_Z2、並びにＸ方向の溝３ｂ_Xより構成されている。
先ず、移動方向の制御について説明する。光ファイバ２の光軸を基板厚み方向（Ｙ方向）に調整する場合、図５に斜線で示す、溝３ｂの内側の領域６のうちのいずれかの箇所（例えば図５の位置６ａ）にレーザ光を照射する。原理としては、基板にレーザ光を照射すると、基板の一部が局所的に溶融した後に凝固する。その凝固の際、収縮力作用するので一部が塑性変形する。例えば基板上の位置６ａにレーザ光を照射すると、照射位置６ａ部分が収縮し、塑性変形するが、この照射位置６ａの周辺には予め溝３ｂが設けられているので、上記塑性変形により、図６に示すように光ファイバ先端はレーザ光を照射した側に移動する。図６は基板表面よりレーザ光を照射した場合であるが、光ファイバ先端を逆方向（Ｙ（−）方向）に移動させる場合は、基板の裏側からレーザ照射する。
また、光ファイバの光軸を基板幅方向（Ｘ方向）に調整する場合、図５に斜線で示す領域６のうちのＺ方向に形成される溝３ｂ_Z1及び３ｂ_Z2の近傍部分（例えば図５の位置６ｂ）にレーザ光を照射する。溝近傍部分を照射することで、図７に示すように、溝近傍部分が収縮し、塑性変形する。その結果、レーザ照射した側の溝の間隔が狭くなり、レーザを照射した方向に光ファイバ２の先端が移動する。光ファイバ先端を逆方向（Ｘ（−）方向）に移動させる場合は、Ｚ方向に形成される逆側の溝３ｂ_Z2の近傍部分（例えば図５の位置６ｃ）をレーザ照射する。
【００１３】
光ファイバ先端の移動量を制御する一つの方法は、照射するレーザ光の出力を制御することで、基板の塑性変形量を調整する方法である。即ち、予め定めた特定の位置にレーザ照射を行い、所定の方向へ光ファイバを移動する場合の、レーザ出力と移動量との関係をバックデータとして用意し、このデータに基いてレーザ出力を制御する。
移動量を制御する別の方法は、レーザ光の照射位置を変えることで、光ファイバ先端の移動量を変化させる方法である。例えば基板厚み方向の移動量を調整する場合は、図８に示すように、領域６のうち、溝３ｂ_Xより遠い位置、即ち発光素子１からの距離が遠い位置（例えば図８の位置６ｄ）にレーザ光を照射すると、位置６ａに照射した場合と比べ、同じ照射量であっても光ファイバ先端の移動量が大きくなる。基板幅方向の移動量を調整する場合は、基板厚み方向の移動量調整の場合と同様、図９に示すように、発光素子１からの距離が遠い位置（例えば図９の位置６ｅ）にレーザ光を照射すると、位置６ｂに照射した場合と比べ、同じ照射量であっても光ファイバ先端の移動量が大きくなる。この場合も、予め計測しておいたバックデータに基いて制御すると調整が容易となる。
なお、１度のレーザ照射だけで最適な結合効率が得られない場合、複数回レーザ照射を行い、最適な結合効率が得られるまで繰り返し実施するとよい。
【００１４】
第４のステップは、図１０に示すように、発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンディングを行い、電気接続する。第５のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により各々切断し、図１に示す光モジュールを完成させる。
【００１５】
このように、本実施の形態では発光素子と光ファイバとが実装される基板の、光ファイバ搭載位置の周辺に、光ファイバを取り巻くようにスリット状の溝を形成したので、光ファイバ搭載位置の周辺部に熱歪を与えて、基板の一部を塑性変形させることにより、光ファイバ先端を所望の方向へ高精度に位置調整することができる。これらのことにより、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００１６】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２による光モジュールを示す斜視図である。本実施の形態２では、実施の形態１で示した光モジュールの基板の周囲を、図１１に示すように、樹脂５にてモールドし、基板上に搭載される２個の光部品１、２の位置関係を固定している。
本実施の形態２の光モジュールの製造方法を説明する。第４のステップまでは、実施の形態１と同様である。
第５のステップは、図１２に示すように、基板３ａの周囲、及びリード電極３ｃの一部分をエポキシ系樹脂５でモールドし、その後、リードフレーム３の各部を切断する。図１２では説明を容易にするため樹脂５の様子を一部省略している。
【００１７】
このように樹脂５にて基板の周囲をモールドし、２個の光部品１、２の位置関係を固定することにより、外力など環境変化によって調整した光部品相互の位置ずれが防止できるので、信頼性の高い光モジュールを提供できる。また、上記樹脂５にてリード電極３ｃと基板３ａとの位置関係も固定しているので、基板とリード電極とを確実に絶縁することができる。
【００１８】
実施の形態３．
実施の形態２では、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整し、光結合させた後に、樹脂５にて２つの光部品の位置関係を固定した。本実施の形態３では、先に樹脂５にて基板の周辺部を固定することにより、２個以上の光部品を外力より遮断し、２個以上の光部品が位置ずれを起こすことを防止した上で、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整し、光結合させる場合について説明する。
第１のステップは、実施の形態１と同様である。
第２のステップは、実施の形態１とは異なり、先に発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンディングを行い、電気接続する。
第３のステップは、基板３ａ及びリード電極３ｃの周辺部のみをエポキシ系樹脂にてモールドする。
第４のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により、各々切断する。
第５のステップは、上記組立体の発光素子１を駆動させ、光ファイバ２に入射される光出力をモニタする。本実施の形態では、実施の形態１と異なり、先に発光素子１とリード電極３ｃとの間がワイヤボンドされ、樹脂にて基板３ａとリード電極３ｃが固定かつ絶縁されているので、発光素子１を駆動させるために基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する。その状態で、実施の形態１と同様に、光ファイバ２を加圧し、基板を弾性変形させ、光結合効率が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｂの近傍に熱歪みを与える。調整方法は実施の形態１と同様である。
【００１９】
このように本実施の形態では、樹脂にて基板周辺部を固定した後で、基板の一部を塑性変形させ、発光素子と光ファイバの位置を調整するので、基板を樹脂で固定する際の、発光素子と光ファイバの微小位置ずれを懸念する必要なく、高結合効率な光モジュールを提供できる。
【００２０】
実施の形態４．
実施の形態２、３では、エポキシ系樹脂にて基板の周囲のみモールドしていた。本実施の形態４では、低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で基板全体をモールドし、基板上に搭載する２個以上の光部品を、外力及び外気より遮断する場合について説明する。
第４のステップまでは、実施の形態１と同様である。
第５のステップは、発光素子１、光ファイバ２、基板３ａ、及びリード電極３ｃの一部分を低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で覆うようにモールドし、その後リードフレーム３の各部を切断する。図１３に完成した光モジュールの斜視図を示す。
【００２１】
このように基板とリード電極を絶縁する樹脂にて基板全体をモールドし、基板上に搭載される光部品を封止することにより、２個以上の光部品を外力より遮断し、２個以上の光部品が位置ずれを起こすことを防止すると共に、湿度など環境変化による光部品の性能劣化を防止できるので、信頼性の高い光モジュールを提供できる。
【００２２】
実施の形態５．
図１４は本発明の実施の形態５による光モジュールを示す断面構成図である。実施の形態４では、低吸湿の熱硬化型透明シリコン樹脂で基板全体をモールドしていた。本実施の形態５では、透明シリコン樹脂５で基板全体をモールドする。また、透明シリコン樹脂５で基板全体をモールドする際、図１４に示すように、基板３ａの中央部が中空となるようにモールドし、光部品１、２の周囲に空隙が形成されるようにする。
【００２３】
一般的に、光モジュールの製造工程においては、その後工程において、発光素子１を発光させ、光ファイバ２で受光量を確認するモジュール検査工程がある。モジュール検査の際、発光素子１と光ファイバ２の結合が劣化していた場合は、基板３ａに樹脂を充填した際に発光素子と光ファイバとの位置が微小位置ずれしていることが考えられる。本実施の形態の光モジュールでは、透明シリコン樹脂でモールドを行い、かつ基板の中央部が中空となるようなモールド構造であるため、発光素子１と光ファイバ２との位置が微小位置ずれした場合でも、透明樹脂を透過させて、外部から再度レーザ照射、紫外線照射など光学的加熱手段により基板の一部を所望の方向に塑性変形させることができるので、高結合効率、高信頼性である光モジュールを提供できる。
【００２４】
なお、上記実施の形態においては透明シリコン樹脂を例に説明したが、透明樹脂に関しては、樹脂を透過した光学的加熱手段によって基板が熱歪みを起こすことが可能な透過率の樹脂であれば何でもよい。また、上記実施の形態においては、基板全体を透明樹脂でモールドしていたが、外部から光学的加熱手段が透過する箇所のみ、すなわち一部分のみが透明であってもよい。
【００２５】
実施の形態６．
図１５は本発明の実施の形態６による光モジュールの構造を示したものである。本実施の形態６では、発光素子１と光ファイバ２とを結ぶ光軸上に、レンズ７が配設されており、これら光部品１、２、７は基板３ａ上に配設され、互いに光結合を必要とする。レンズ７は形状として球状や柱状や凸状のものがあるが集光する機能をもつレンズである。また、基板３ａには、光ファイバ２を取り巻くように、スリット状の溝３ｂと、さらに溝３ｂの外側に形成され、溝３ｂの溝形状と９０度回転させたスリット状の溝３ｄとが形成されている。溝３ｄは、Ｘ方向の溝３ｄ_X1及び３ｄ_X2、並びにＺ方向の溝３ｄ_zより構成されている。その他の部品は図１２に示したものと同様である。
【００２６】
本実施の形態６の光モジュールの製造方法を説明する。
第１のステップは、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定する。次に、紫外線硬化性の接着剤にて、レンズ７を基板３ａ上のレンズ搭載位置に固定する。レンズ７の位置決めの際は、基板３ａに図示省略した四角錐の凹部を設け、その場所に位置決め固定することにより、発光素子１の光軸から大きくずれないようにする。最後に、紫外線硬化性の接着剤にて、光ファイバ２を基板３ａ上の光ファイバ搭載位置に固定する。光ファイバ２の位置決めの際は、基板３ａに図示省略したＶ字を設け、その場所に位置決め固定することにより、レンズ７によって集光された発光素子１の出力光が光ファイバ２にある程度結合するようにする。
【００２７】
第２から第５のステップは、実施の形態３と同様である。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、基板３ａに設けた溝部近傍を図示省略したレーザを用いて熱による歪みを与える。基板厚み方向（Ｙ方向）および基板幅方向（Ｘ方向）、即ち光軸直交方向については、実施の形態１と同様、溝３ｂの内側の領域６のいずれかの箇所にレーザ照射を行い位置を調整する。光軸方向（Ｚ方向）に調整する場合は、図１６に示すように、溝３ｂの外側に形成した溝８ｄの内部の領域８のうち、Ｘ方向の溝３ｄ_X1及び３ｄ_X2の近傍部分（例えば図１６の位置９ａまたは９ｂ）にレーザ光を照射する。移動原理は、実施の形態１において基板の幅方向（Ｘ方向）を調整した時と同様であり、レーザ照射された基板箇所が収縮し、塑性変形し、光ファイバ先端が図１６に示したＺ方向に移動する（例えば、位置９ａを照射した場合はＺ（−）方向、位置９ｂを照射した場合はＺ（＋）方向）。
第７のステップは、図１７に示すように、基板３ａの表面、裏面ともにエポキシ系接着剤にて蓋１０を接着してモジュールを完成させる。
【００２８】
このように基板３ａ上に発光素子１、レンズ７、及び光ファイバ２を実装し、光ファイバ２を取り巻くように形成された２重の溝３ｂ、３ｄの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、光ファイバ先端を光軸方向と、光軸に直交する２つの方向との合計３方向に対して高精度に位置調整することが可能となる。これらのことにより、生産性が高く、安価で高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００２９】
また、本実施の形態では、実施の形態３と同様、基板３ａの周囲だけを樹脂５で固定し、その後、基板の一部を塑性変形させ、発光素子１と光ファイバ２との位置を調整するので、基板３ａを樹脂で固定する際の、発光素子１と光ファイバ２との微小位置ずれを懸念する必要がない。さらに、本実施の形態では、最後に樹脂５よりなる構造体を密封するための蓋１０を設け、光部品を外気より遮断するようにしているので、湿度など環境変化による光部品の性能劣化を防止できる。これらのことにより、高結合効率、高信頼性な光モジュールを提供できる。
【００３０】
実施の形態７．
実施の形態６では、樹脂にて形成した構造体を密封するために基板の両面に蓋を設けていた。本実施の形態７では、光部品が実装されている面側の蓋を、基板３ａの周囲をモールドする時に一括して形成し、光部品の位置調整後、最後に基板３ａに設けたスリット状の溝を、基板裏面より樹脂にて充填している。また、本実施の形態７では、光部品の位置調整にあたって、基板３ａの光部品搭載位置の周辺部を予め塑性変形させておき、一方向のみから調整している。
【００３１】
以下、本実施の形態の光モジュールの製造方法を説明する。
本実施の形態７では、第１のステップの前ステップとして、図１８に示すように、発光素子１が搭載される基板上の搭載位置の周辺部を、予め定めた方向に塑性変形させておく。
その後の第１のステップ、第２のステップは、実施の形態６と同様である。
第３のステップにおいて、図１９に示すように、基板３ａ及びリード電極３ｃの周辺部をモールドする際に、基板３ａの、光部品１、２、７が実装されてる面側の蓋を樹脂５にて一括して形成する。このとき、図２０に示すように、光部品実装面側の樹脂部分（蓋部分）５は、実施の形態５のモールド構造と同様に、中空となるようにしておく。
第４のステップは、リードフレーム３の各部をリードカット工程により、各々切断する。
第５のステップは、上記組立体の発光素子１を駆動させ、光ファイバ２に入射される光出力をモニタする。発光素子１を駆動させるために基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する方法、および光ファイバからのモニタ出力光の検出手段は図示を省略する。その状態で、光ファイバ２を加圧し、基板を弾性変形させ、結合効率が最適となる方向および現位置からの移動量を算出する。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｂ、３ｄの近傍に熱歪みを与える。基板幅方向の２方向（Ｘ方向、Ｚ方向）に調整する場合は、実施の形態６と同様である。基板厚み方向（Ｙ方向）に調整する場合は、本実施の形態においては、図１８に示すように、予め基板３ａを変形させているので、調整方向は一方向となり、基板３ａが樹脂５にて覆われていない面側（ここでは基板裏面側）よりレーザ光を照射すれば、位置合わせができる。
第７のステップは、基板３ａに設けたスリット状の溝３ｂ、３ｄを、基板３ａの裏面よりエポキシ系樹脂にて充填し、封止することにより、基板３ａ上の光部品１、２、７の位置関係を固定するとともに、基板上に搭載される光部品１、２、７を外気より遮蔽する。
【００３２】
このように本実施の形態によれば、基板の周囲と光部品を実装した基板面側を樹脂よりなる構造体にて覆い、実装面と反対側の面から光部品の位置調整を行い、最後に基板に設けたスリット状の溝に樹脂を充填することにより、蓋等の部品点数及び蓋の接着工程等を削減できるため、封止性能がよく、外力に対して耐性の強い光モジュールを低コストで製造することができる。
また、光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部を、予め定めた方向に塑性変形させておくことにより、基板の塑性変形軸の調整方向を一方向にすることができ、生産性よく光モジュールを組み立てることができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では基板の一部をＹ方向に予め塑性変形させておいたが、他の方向に塑性変形させておいても良い。
また、調整する光部品の初期実装位置を予め定めた方向にずらせて実装してもよく、基板の塑性変形軸の調整方向を一方向にすることができ、生産性よく光モジュールを組み立てることができる。
【００３４】
実施の形態８．
上記各実施の形態では、基板３ａを塑性変形する手段として、レーザを使用していた。本実施の形態では、基板を塑性変形させる手段として、調整する光部品、または基板３ａを直接把持し、機械的に移動させる場合について説明する。
第５のステップまでは、実施の形態７と同様である。
第６のステップは、第５のステップにより求められた光軸移動方向および移動量に基づき、光ファイバ２の位置を移動させるステップである。本実施の形態では、光ファイバ２を直接把持し、強制変位を与える方法であり、図示省略した光ファイバ２を把持するハンドにて光ファイバ２をクランプし、所望の移動方向に、所望の移動量以上に光ファイバ２を移動させる。所望の移動量以上に光ファイバ２を移動させる理由は、基板３ａに弾性変形領域があるため光ファイバ２のクランプを開放すると元の位置に弾性変形量だけ元に戻るからである。よって、本実施の形態において光ファイバ２を移動させる量は、光ファイバ２のクランプを開放した後においても所望の位置となるように、基板３ａのスプリングバック量データに基づき定めた。
本実施の形態のように光ファイバ２をクランプし、基板３ａを機械的に塑性変形させて位置を修正する場合においても、基板３ａに溝３ｂ、３ｄが設けてあると、基板３ａに力を加えた際、所望の方向への基板３ａが変形するので高精度な位置合せが実現できる。
第７のステップは、実施の形態７と同様である。
【００３５】
このように本実施の形態によれば、基板を塑性変形させる手段として、調整する光部品または基板を直接把持し、移動させる手段を用いることにより、基板を塑性変形させるための機器が安価となり、安価な光モジュールを提供できる。
【００３６】
実施の形態９．
上記実施の形態６〜８では、光ファイバ２を取り巻くように２重の溝３ｂ、３ｄを形成する際、光軸に垂直な方向の調整用溝３ｂの外側に、光軸方向の調整用溝３ｄを設けていたが、コの字形状の２つの溝３ｂ、３ｄを内外入れ替えてもよい。
また、溝形状に関しては、溝を設けることにより溝と直交する方向に調整できる成分が得られるので、図２１に示すように、２つのＬ字形状の溝３ｂ、３ｄを対向させて配設しても同様なことが実現でき、同様な効果が得られる。
【００３７】
実施の形態１０．
上記実施の形態６〜９では、光ファイバ２の周辺部に２つの溝３ｂ、３ｄを形成していたが、２つの溝３ｂ、３ｄをそれぞれ異なる光部品の周辺部に設けても良い。例えば、図２２に示すように、光軸に垂直な方向の調整用溝３ｂは光ファイバ２を取り巻くように設け、光軸方向の調整用溝３ｄは発光素子１を取り巻くように設けてもよい。このようにしても、上記実施の形態６〜９と同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
【００３８】
また、図２３に示すように、溝３ｂをレンズ７に設ける、あるいはレンズ７に２重の溝３ｂ、３ｄを設けても、上記実施の形態６〜９と同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
【００３９】
実施の形態１１．
上記実施の形態６〜１０では、発光素子１と光ファイバ２との間に、集光機能をもつレンズ７を設けた場合を示したが、図２４に示すように、反射機能をもつミラー１１などの光学部品を設けても同様なことが実現でき、また同様な効果が得られる。
図２４はこのミラー１１の周辺部に２つの溝３ｂ、３ｄを設けた例であるが、溝３ｂ、３ｄの位置は実施の形態９、１０と同様、いずれの光部品の周辺であっても良いし、分散させても良い。
【００４０】
実施の形態１２．
上記各実施の形態では基板上に搭載する光部品として、発光素子１と光ファイバ２とを例にとり説明したが、光の向きを逆にすることで受光素子と光ファイバとの場合も同様の方法で実施することができる。
【００４１】
また、これらの光部品に限らず、互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載される光モジュールに対しても適用することが可能である。
【００４２】
実施の形態１３．
図２５は本発明の実施の形態１３による光モジュールの構造を示したものである。本実施の形態１３では、実施の形態６による光モジュールの発光素子１に対しレンズ７と光ファイバが搭載されていない側に、受光素子１２が配設されている。また基板３ａには、受光素子１２を取り巻くようにスリット状の溝３ｅが形成されている。溝３ｅは、Ｚ方向の溝３ｅ_z1及び３ｅ_z2、並びにＸ方向の溝３ｅ_xより構成されている。その他の部品は図１５に示したものと同様である。
一般に光通信に使用される発光素子１は、レンズ７と光ファイバ２が配設されている方向だけに発光するのではなく、その逆側すなわち受光素子１２側にも発光し、受光素子１２は発光素子１との光結合が要求される。受光素子１２と発光素子１との光結合は、溝３ｅの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、同様に高精度に位置調整することが可能となる。
【００４３】
本実施の形態１３の光モジュールの製造方法を説明する。
第１のステップは、実施の形態６の第１のステップにおいて、基板３ａ上の発光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に発光素子１を実装固定するだけでなく、基板３ａ上の受光素子搭載位置に予め形成されたＡｕ−Ｓｎ合金からなるはんだを溶融し、上記搭載位置に受光素子１２を実装固定する。その他、レンズ７、光ファイバ２の実装方法は実施の形態６の第１ステップと同様である。
【００４４】
第２のステップは、実施の形態６の第２のステップにおいて、発光素子１とリード電極３ｃとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンドを行い電気接続するだけでなく、受光素子１２とリード電極３ｆとをφ２５ミクロンの金ワイヤ４を用いてワイヤボンドを行い電気接続する。
第３のステップは、実施の形態６の第３のステップにおいて、基板３ａ及びリード電極３ｃ周辺部のみをエポキシ系樹脂５にてモールドするだけでなく、リード電極３ｆの周辺部もエポキシ系樹脂５にてモールドする。
【００４５】
第４から第６のステップは、実施の形態６と同様である。
第７のステップは、発光素子１を駆動させ、受光素子１２に入射する光出力をモニタする。発光素子１２を駆動させる方法としては、実施の形態６と同様に基板３ａおよびリード電極３ｃへ給電する。また受光素子１２に入射する光出力をモニタするために、基板３ａおよびリード電極３ｆに、図示省略した電流計を接続する。その状態で、受光素子１２近傍を加圧し、基板を弾性変形させ、電流計で計測した電流値が最適となる方向、および現位置からの移動量を算出する。
第８のステップは、第７のステップにより求められた現位置からの移動方向および移動量に基づき、図示を省略したレーザを用いて、基板３ａに設けた溝３ｅの近傍に熱歪みを与える。調整方法は、実施の形態１と同様である。
第９のステップは、実施の形態６の第７のステップと同様であり、エポキシ系接着剤にて蓋を接着してモジュールを完成させる。
【００４６】
このように基板３ａ上に発光素子１、レンズ７、光ファイバ２、及び受光素子１２を実装し、光ファイバ２を取り巻くように形成された２重の溝３ｂ、３ｄの周辺部、および受光素子１２を取り巻くように形成された溝３ｅの周辺部にレーザを照射し、基板の一部を塑性変形させることにより、発光素子１に対して光ファイバ先端を、光軸方向と、光軸に直交する２つの方向との合計３方向に、発光素子１に対して受光素子を、光軸に直交する２方向に対して高精度に位置調整することが可能となり、生産性が高く、安価で高結合効率、高機能な光モジュールを提供できる。
【００４７】
また、図２６に示すように、発光素子１に対し、受光素子１２を基板幅方向（Ｘ方向）にのみ調整するのであれば、Ｚ方向に沿って受光素子１２の両側にスリット状の溝３ｇを形成するだけでよい。
【００４８】
なお、上記各実施の形態においては、スリット状の溝を形成するものを示したが、基板幅方向（Ｘ方向、Ｘ方向）の位置調整のみであれば、溝は必ずしも突き抜けていなくてもよい。
【００４９】
また、上記各実施の形態では、溝は光軸に直交するＸ方向と光軸に平行なＺ方向の両方、あるいはＸ方向とＺ方向のいずれか一方に沿って設け、各方向に直交する方向に夫々調整する例を示したが、溝の方向は上記方向に限らず、基板面（Ｘ−Ｚ平面）に沿った任意の２つの方向にそれぞれ設ければ良い。即ち、光部品を所定の方向に調整する際に、調整方向は、上記２つの方向に沿って設けられた溝にそれぞれ直交する２つの成分に分解できるため、分解された各成分の大きさに応じて、夫々の溝周辺を所定量、塑性変形させて位置調整すればよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、基板上に互いに光結合を必要とする２個以上の光部品が搭載された光モジュールにおいて、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品を取り巻いて、上記基板を貫通するコの字形状のスリットを形成したので、基板の一部を塑性変形させて光部品相互の高精度な位置調整ができ、安価かつ高結合効率の光モジュールを提供できる。
【００５１】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、２個以上の光部品を光学的に結合し、光モジュールを製造する方法において、上記２個以上の光部品のうちの少なくとも１つの光部品が搭載される基板上の搭載位置の周辺部に、上記搭載位置を取り巻いて、上記基板を貫通するコの字形状のスリットを形成する工程、上記基板上に上記光部品を搭載する工程、および上記搭載位置の周辺部をスポット状に塑性変形させることにより、上記２個以上の光部品の相対位置を調整する工程を施したので、生産性よく安価な部材で高精度な組立が実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わるリードフレーム構成を示す平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による光モジュールを示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態４による光モジュールを示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態５による光モジュールを示す断面構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態６による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態６に係わる光部品の位置調整方法を説明する図である。
【図１７】この発明の実施の形態６による光モジュールの製造途中の構成を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す平面構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態７による光モジュールの製造途中の構成を示す断面構成図である。
【図２１】この発明の実施の形態９による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２２】この発明の実施の形態１０による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２３】この発明の実施の形態１０による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２４】この発明の実施の形態１１による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２５】この発明の実施の形態１３による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【図２６】この発明の実施の形態１３による光モジュールの構成を示す平面構成図である。
【符号の説明】
１発光素子、２光ファイバ、３リードフレーム、３ａ基板、３ｂ，３ｄ，３ｅ，３ｇ溝、３ｃ，３ｆリード電極、４ワイヤ、５樹脂、６，８領域、７レンズ、１０蓋、１１ミラー、１２受光素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical module used for optical communication and the like, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In an optical module used for optical communication, a light emitting element or a light receiving element and an optical fiber need to be coupled with high efficiency. Conventionally, in order to assemble a light emitting module, the position of the optical fiber is adjusted while supplying power to the light emitting element and monitoring the light output from the light emitting element. And the structure is fixed to a support supporting the light emitting element by YAG laser welding or the like.
However, such a method has a problem that the number of parts increases and productivity is poor.
[0003]
In order to solve this problem, a groove portion is provided in a part of a support body such as silicon integrated with the light emitting element, and the optical fiber is fixed within a range determined by mechanical dimensional accuracy and coupled with almost no adjustment. A method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-98188 A (page 3-4, FIGS. 2 and 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The optical module shown in the above-mentioned patent document is an optical element and an optical fiber integrated on a substrate. In the structure and assembling method, the optical element and the optical fiber are positioned with the optical axis unaligned. Therefore, it is necessary to use an expensive silicon substrate in which the V-groove for fixing the optical fiber and the metal electrode for feeding the optical element are precisely formed. For this reason, there was a limit to the cost reduction of the optical module. In addition, there is a problem that high coupling efficiency cannot always be obtained due to the dimensional tolerance of the parts.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical module with high productivity, low cost and high coupling efficiency, and a method for manufacturing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The optical module of the present invention is an optical module in which two or more optical components that require optical coupling to each other are mounted on a substrate, and surrounds at least one optical component of the two or more optical components , A U-shaped slit penetrating the substrate is formed.
[0008]
According to another aspect of the invention, there is provided an optical module manufacturing method in which at least one of the two or more optical components is mounted in the optical module manufacturing method by optically coupling two or more optical components. A step of forming a U-shaped slit surrounding the mounting position around the mounting position on the substrate to be mounted, a step of mounting the optical component on the substrate, and the mounting A step of adjusting the relative positions of the two or more optical components is performed by plastically deforming the peripheral portion of the position in a spot shape .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the structure of an optical module according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the lead frame structure according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the optical module according to the first embodiment has a light emitting element 1 such as a semiconductor laser or a light emitting diode and an optical fiber 2 mounted on a substrate 3a. The substrate 3 a is a metal substrate that supports the light emitting element 1 and the optical fiber 2 that need to be optically coupled to each other, and a slit-like groove 3 b is formed so as to surround the optical fiber 2. A lead electrode 3 c is provided outside the substrate 3 a, and the light emitting element 1 is electrically connected to the lead electrode 3 c by a wire 4. The lead electrode 3c and the substrate 3a form the lead frame structure 3 shown in FIG. 2 and are integrally formed before lead cutting in the optical module manufacturing process.
[0010]
Below, the manufacturing process of an optical module is demonstrated. The light emitting element 1 is a Fabry-Perot laser that oscillates at a wavelength of 1.3 microns. The optical fiber 2 that is optically connected to the light emitting element 1 is a quartz single-mode optical fiber having a diameter of about 125 μm, for example.
In the first step, solder made of an Au—Sn alloy formed in advance on the light emitting element mounting position on the substrate 3a is melted, and the light emitting element 1 is mounted and fixed on the mounting position. Next, the optical fiber 2 is fixed to the optical fiber mounting position on the substrate 3a with an ultraviolet curable adhesive. When positioning the optical fiber 2, the output light of the light emitting element 1 is coupled to the optical fiber 2 to some extent by using the outer shape of the light emitting element 1 as an assembly reference.
[0011]
In the second step, after the assembly is formed, the optical coupling state between the light emitting element 1 and the optical fiber 2 is confirmed by means for causing the light emitting element 1 to emit light and means for measuring optical coupling. Specifically, the light emitting element 1 is driven by a probe (not shown), and monitor output light to the optical fiber 2 is detected using an optical power meter. In this state, the optical fiber 2 is pressurized manually or the like. Since a slit-shaped groove 3b is formed in advance around the optical fiber mounting position on the substrate 3a so as to surround the optical fiber mounting position, the substrate 3a is elastically deformed by pressurization, and the optical fiber 2 The position moves. From the moving direction and moving amount of the optical fiber 2 and the detected value of the optical power meter, the direction in which the optical coupling efficiency is optimal and the moving amount from the current position are calculated.
[0012]
In the third step, the vicinity of the groove 3b provided in the substrate 3a is locally heated by a laser (not shown) based on the direction and amount of movement of the optical axis obtained in the second step, and a predetermined amount of thermal strain is generated. give. The local heating method may be performed by optical heating means such as ultraviolet irradiation in addition to laser irradiation. FIG. 3 is a plan configuration diagram before laser irradiation, and FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of main parts of the assembly before laser irradiation. In FIG. 3, the groove 3b provided so as to surround the optical fiber 2 is composed of grooves 3b _Z1 and 3b _{Z2 in the Z} direction and groove 3b _{X in the} X direction.
First, the movement direction control will be described. When the optical axis of the optical fiber 2 is adjusted in the substrate thickness direction (Y direction), the laser is applied to any one of the regions 6 inside the groove 3b (for example, the position 6a in FIG. 5) indicated by oblique lines in FIG. Irradiate light. In principle, when the substrate is irradiated with laser light, a part of the substrate is locally melted and then solidified. During the solidification, a part is plastically deformed due to contraction force. For example, when the position 6a on the substrate is irradiated with laser light, the irradiated position 6a portion contracts and plastically deforms. However, since the groove 3b is provided around the irradiated position 6a in advance, As shown in FIG. 6, the tip of the optical fiber moves to the side irradiated with the laser beam. FIG. 6 shows a case where laser light is irradiated from the substrate surface. When the tip of the optical fiber is moved in the reverse direction (Y (−) direction), laser irradiation is performed from the back side of the substrate.
Further, when the optical axis of the optical fiber is adjusted in the substrate width direction (X direction), portions in the vicinity of the grooves 3b _Z1 and 3b _Z2 formed in the Z direction in the region 6 indicated by hatching in FIG. 5 (for example, FIG. 5). The position 6b) is irradiated with laser light. By irradiating the vicinity of the groove, the vicinity of the groove contracts and plastically deforms as shown in FIG. As a result, the gap between the grooves on the laser irradiation side becomes narrow, and the tip of the optical fiber 2 moves in the direction of laser irradiation. When the tip of the optical fiber is moved in the reverse direction (X (−) direction), laser irradiation is performed on the vicinity of the reverse groove 3b _Z2 formed in the Z direction (for example, position 6c in FIG. 5).
[0013]
One method of controlling the amount of movement of the tip of the optical fiber is a method of adjusting the amount of plastic deformation of the substrate by controlling the output of the laser beam to be irradiated. In other words, when laser irradiation is performed at a predetermined position and the optical fiber is moved in a predetermined direction, the relationship between the laser output and the amount of movement is prepared as back data, and the laser output is controlled based on this data. To do.
Another method for controlling the amount of movement is to change the amount of movement of the tip of the optical fiber by changing the irradiation position of the laser beam. For example, when adjusting the movement amount of the substrate thickness direction, as shown in FIG. 8, in the region 6, located farther than the groove 3b _X, i.e. the distance from the light emitting element 1 is far position (e.g. the position 6d in FIG. 8) When the laser beam is irradiated, the amount of movement of the tip of the optical fiber increases even when the irradiation amount is the same as compared with the case where the position 6a is irradiated. When adjusting the amount of movement in the substrate width direction, as in the case of adjustment of the amount of movement in the substrate thickness direction, as shown in FIG. When the light is irradiated, the amount of movement of the tip of the optical fiber becomes larger even when the irradiation amount is the same as compared with the case where the position 6b is irradiated. Also in this case, adjustment is facilitated by controlling based on back data measured in advance.
In addition, when the optimum coupling efficiency cannot be obtained by only one laser irradiation, laser irradiation may be performed a plurality of times and repeated until the optimum coupling efficiency is obtained.
[0014]
In the fourth step, as shown in FIG. 10, the light emitting element 1 and the lead electrode 3c are wire-bonded using a gold wire 4 of φ25 microns and electrically connected. In the fifth step, each part of the lead frame 3 is cut by a lead cutting process to complete the optical module shown in FIG.
[0015]
As described above, in this embodiment, since the slit-like groove is formed around the optical fiber mounting position on the substrate on which the light emitting element and the optical fiber are mounted, the optical fiber mounting position is By applying thermal strain to the peripheral part and plastically deforming a part of the substrate, the position of the tip of the optical fiber can be adjusted with high accuracy in a desired direction. As a result, an optical module with high productivity, low cost and high coupling efficiency can be provided.
[0016]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 11 is a perspective view showing an optical module according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment, the periphery of the substrate of the optical module shown in the first embodiment is molded with resin 5 as shown in FIG. 11, and two optical components 1 and 2 are mounted on the substrate. The positional relationship is fixed.
A method for manufacturing the optical module according to the second embodiment will be described. The steps up to the fourth step are the same as in the first embodiment.
In the fifth step, as shown in FIG. 12, the periphery of the substrate 3a and a part of the lead electrode 3c are molded with the epoxy resin 5, and then each part of the lead frame 3 is cut. In FIG. 12, the state of the resin 5 is partially omitted for easy explanation.
[0017]
Since the periphery of the substrate is molded with the resin 5 in this way and the positional relationship between the two optical components 1 and 2 is fixed, the positional shift between the optical components adjusted by environmental changes such as external force can be prevented. A highly functional optical module can be provided. Moreover, since the positional relationship between the lead electrode 3c and the substrate 3a is also fixed by the resin 5, the substrate and the lead electrode can be reliably insulated.
[0018]
Embodiment 3 FIG.
In the second embodiment, the positions of the light emitting element 1 and the optical fiber 2 are adjusted and optically coupled, and then the positional relationship between the two optical components is fixed with the resin 5. In the third embodiment, by fixing the peripheral portion of the substrate with the resin 5 in advance, two or more optical components are blocked by external force, and the two or more optical components are prevented from being displaced. The case where the positions of the light emitting element 1 and the optical fiber 2 are adjusted and optically coupled will be described above.
The first step is the same as in the first embodiment.
In the second step, unlike the first embodiment, the light emitting element 1 and the lead electrode 3c are first electrically connected by wire bonding using a gold wire 4 having a diameter of 25 microns.
In the third step, only the periphery of the substrate 3a and the lead electrode 3c is molded with an epoxy resin.
In the fourth step, each part of the lead frame 3 is cut by a lead cutting process.
In the fifth step, the light emitting element 1 of the assembly is driven, and the light output incident on the optical fiber 2 is monitored. In the present embodiment, unlike the first embodiment, the light emitting element 1 and the lead electrode 3c are first wire-bonded, and the substrate 3a and the lead electrode 3c are fixed and insulated with resin. In order to drive 1, power is supplied to the substrate 3 a and the lead electrode 3 c. In this state, as in the first embodiment, the optical fiber 2 is pressurized, the substrate is elastically deformed, and the direction in which the optical coupling efficiency is optimal and the amount of movement from the current position are calculated.
In the sixth step, thermal distortion is applied to the vicinity of the groove 3b provided in the substrate 3a using a laser (not shown) based on the optical axis moving direction and moving amount obtained in the fifth step. The adjustment method is the same as in the first embodiment.
[0019]
As described above, in this embodiment, after fixing the periphery of the substrate with resin, a part of the substrate is plastically deformed and the positions of the light emitting element and the optical fiber are adjusted. Therefore, it is possible to provide an optical module with high coupling efficiency without having to worry about a slight positional deviation between the light emitting element and the optical fiber.
[0020]
Embodiment 4 FIG.
In the second and third embodiments, only the periphery of the substrate is molded with an epoxy resin. In the fourth embodiment, a case will be described in which the entire substrate is molded with a thermosetting transparent silicon resin with low moisture absorption, and two or more optical components mounted on the substrate are blocked by external force and outside air.
The steps up to the fourth step are the same as in the first embodiment.
In the fifth step, the light emitting element 1, the optical fiber 2, the substrate 3a, and a part of the lead electrode 3c are molded so as to be covered with a low moisture absorption thermosetting transparent silicon resin, and then each part of the lead frame 3 is cut. FIG. 13 shows a perspective view of the completed optical module.
[0021]
In this way, by molding the entire substrate with a resin that insulates the substrate and the lead electrode and sealing the optical component mounted on the substrate, two or more optical components are blocked by external force, and two or more optical components are blocked. The optical component can be prevented from being displaced, and the optical component can be prevented from being deteriorated due to environmental changes such as humidity. Therefore, a highly reliable optical module can be provided.
[0022]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 14 is a sectional configuration diagram showing an optical module according to Embodiment 5 of the present invention. In the fourth embodiment, the entire substrate is molded with a low moisture absorption thermosetting transparent silicone resin. In the fifth embodiment, the entire substrate is molded with the transparent silicon resin 5. Further, when the entire substrate is molded with the transparent silicon resin 5, as shown in FIG. 14, the substrate 3 a is molded so that the central portion is hollow, and a gap is formed around the optical components 1 and 2. To do.
[0023]
Generally, in the manufacturing process of the optical module, there is a module inspection process in which the light emitting element 1 emits light and the amount of received light is confirmed by the optical fiber 2 in the subsequent process. If the coupling between the light emitting element 1 and the optical fiber 2 has deteriorated during the module inspection, it is considered that the positions of the light emitting element and the optical fiber are slightly displaced when the substrate 3a is filled with resin. . In the optical module of the present embodiment, since the mold structure is such that molding is performed with a transparent silicon resin and the central portion of the substrate is hollow, the positions of the light emitting element 1 and the optical fiber 2 are slightly displaced. However, since a part of the substrate can be plastically deformed in a desired direction through optical heating means such as laser irradiation and ultraviolet irradiation again through the transparent resin, light with high coupling efficiency and high reliability can be obtained. Can provide modules.
[0024]
In the above embodiment, the transparent silicon resin has been described as an example. However, regarding the transparent resin, any resin can be used as long as it has a transmissivity that allows the substrate to be thermally distorted by optical heating means that has passed through the resin. Good. Moreover, in the said embodiment, although the whole board | substrate was molded with transparent resin, only the location which an optical heating means permeate | transmits from the outside, ie, only one part, may be transparent.
[0025]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 15 shows the structure of an optical module according to Embodiment 6 of the present invention. In the sixth embodiment, the lens 7 is disposed on the optical axis connecting the light emitting element 1 and the optical fiber 2, and these optical components 1, 2, 7 are disposed on the substrate 3 a and are optically coupled to each other. Requires binding. The lens 7 has a spherical shape, a columnar shape, or a convex shape, but has a function of condensing light. Further, a slit-shaped groove 3b and a groove-shaped groove 3b formed at the outer side of the groove 3b and a slit-shaped groove 3d rotated by 90 degrees are formed on the substrate 3a so as to surround the optical fiber 2. Has been. The groove 3d is composed of X-direction grooves 3d _X1 and 3d _X2 and a Z-direction groove 3d _z . Other parts are the same as those shown in FIG.
[0026]
A method for manufacturing the optical module according to the sixth embodiment will be described.
In the first step, solder made of an Au—Sn alloy formed in advance on the light emitting element mounting position on the substrate 3a is melted, and the light emitting element 1 is mounted and fixed on the mounting position. Next, the lens 7 is fixed to the lens mounting position on the substrate 3a with an ultraviolet curable adhesive. When positioning the lens 7, a rectangular pyramid recess (not shown) is provided in the substrate 3 a and is positioned and fixed at that position so that it does not deviate greatly from the optical axis of the light emitting element 1. Finally, the optical fiber 2 is fixed to the optical fiber mounting position on the substrate 3a with an ultraviolet curable adhesive. When the optical fiber 2 is positioned, a V-shape (not shown) is provided on the substrate 3a, and the output light of the light-emitting element 1 collected by the lens 7 is coupled to the optical fiber 2 to some extent by fixing the position at that position. Like that.
[0027]
The second to fifth steps are the same as in the third embodiment.
In the sixth step, based on the optical axis movement direction and the movement amount obtained in the fifth step, distortion due to heat is applied using a laser whose illustration is omitted in the vicinity of the groove provided in the substrate 3a. With respect to the substrate thickness direction (Y direction) and the substrate width direction (X direction), that is, the direction orthogonal to the optical axis, as in the first embodiment, the laser irradiation is performed on any part of the region 6 inside the groove 3b to set the position. adjust. When adjusting in the optical axis direction (Z direction), as shown in FIG. 16, in the region 8 inside the groove 8d formed outside the groove 3b, the vicinity of the grooves 3d _X1 and 3d _{X2 in} the X direction ( For example, the laser beam is irradiated to the position 9a or 9b) in FIG. The movement principle is the same as that when the width direction (X direction) of the substrate is adjusted in the first embodiment. The substrate portion irradiated with the laser is contracted and plastically deformed, and the tip of the optical fiber is Z shown in FIG. It moves in the direction (for example, the Z (−) direction when the position 9a is irradiated, and the Z (+) direction when the position 9b is irradiated).
In the seventh step, as shown in FIG. 17, the lid 10 is bonded with an epoxy adhesive on both the front surface and the back surface of the substrate 3a to complete the module.
[0028]
In this way, the light emitting element 1, the lens 7, and the optical fiber 2 are mounted on the substrate 3a, the laser is irradiated to the peripheral portions of the double grooves 3b and 3d formed so as to surround the optical fiber 2, and the substrate By plastically deforming a part, the position of the tip of the optical fiber can be adjusted with high accuracy in a total of three directions including the optical axis direction and two directions orthogonal to the optical axis. As a result, an optical module with high productivity, low cost and high coupling efficiency can be provided.
[0029]
In the present embodiment, as in the third embodiment, only the periphery of the substrate 3a is fixed with the resin 5, and then a part of the substrate is plastically deformed to adjust the positions of the light emitting element 1 and the optical fiber 2. Therefore, there is no need to worry about a slight misalignment between the light emitting element 1 and the optical fiber 2 when the substrate 3a is fixed with resin. Furthermore, in the present embodiment, a lid 10 for sealing the structure made of the resin 5 is provided at the end to block the optical component from the outside air, so that the performance deterioration of the optical component due to environmental changes such as humidity is prevented. Can be prevented. As a result, an optical module with high coupling efficiency and high reliability can be provided.
[0030]
Embodiment 7 FIG.
In the sixth embodiment, lids are provided on both sides of the substrate to seal the structure formed of resin. In the seventh embodiment, a lid on the surface side on which the optical component is mounted is formed in a lump when molding the periphery of the substrate 3a, and after adjusting the position of the optical component, a slit-like finally provided on the substrate 3a. These grooves are filled with resin from the back side of the substrate. In the seventh embodiment, when adjusting the position of the optical component, the peripheral part of the optical component mounting position of the substrate 3a is plastically deformed in advance, and the adjustment is performed only from one direction.
[0031]
Hereinafter, the manufacturing method of the optical module of this Embodiment is demonstrated.
In the seventh embodiment, as a step before the first step, as shown in FIG. 18, the peripheral portion of the mounting position on the substrate on which the light emitting element 1 is mounted is plastically deformed in a predetermined direction. .
The subsequent first step and second step are the same as in the sixth embodiment.
In the third step, as shown in FIG. 19, when the peripheral portions of the substrate 3a and the lead electrode 3c are molded, the lid on the surface side of the substrate 3a on which the optical components 1, 2, and 7 are mounted is resin 5 Form all at once. At this time, as shown in FIG. 20, the resin part (lid part) 5 on the optical component mounting surface side is made to be hollow like the mold structure of the fifth embodiment.
In the fourth step, each part of the lead frame 3 is cut by a lead cutting process.
In the fifth step, the light emitting element 1 of the assembly is driven, and the light output incident on the optical fiber 2 is monitored. A method of supplying power to the substrate 3a and the lead electrode 3c to drive the light emitting element 1 and a means for detecting monitor output light from the optical fiber are not shown. In this state, the optical fiber 2 is pressurized, the substrate is elastically deformed, and the direction in which the coupling efficiency is optimal and the amount of movement from the current position are calculated.
In the sixth step, thermal distortion is applied to the vicinity of the grooves 3b and 3d provided in the substrate 3a by using a laser (not shown) based on the optical axis movement direction and the movement amount obtained in the fifth step. When adjusting in two directions (X direction and Z direction) in the substrate width direction, it is the same as in the sixth embodiment. In the case of adjusting in the substrate thickness direction (Y direction), in the present embodiment, as shown in FIG. 18, the substrate 3 a is deformed in advance, so that the adjustment direction is one direction, and the substrate 3 a becomes the resin 5. If the laser beam is irradiated from the surface side that is not covered (here, the back surface side of the substrate), alignment can be performed.
In the seventh step, the slit-shaped grooves 3b and 3d provided in the substrate 3a are filled with an epoxy resin from the back surface of the substrate 3a and sealed, so that the optical components 1, 2, and 7 on the substrate 3a are sealed. The optical components 1, 2, and 7 mounted on the board are shielded from the outside air.
[0032]
As described above, according to the present embodiment, the periphery of the substrate and the substrate surface side on which the optical component is mounted are covered with the resin structure, and the position of the optical component is adjusted from the surface opposite to the mounting surface. By filling the slit-shaped grooves on the substrate with resin, the number of parts such as lids and the lid bonding process can be reduced, resulting in low optical modules with good sealing performance and strong resistance to external forces. Can be manufactured at cost.
In addition, the plastic deformation axis of the board can be adjusted in one direction by plastically deforming the peripheral part of the mounting position on the board on which the optical component is mounted in a predetermined direction. The optical module can be assembled well.
[0033]
In the above embodiment, a part of the substrate is plastically deformed in the Y direction in advance, but may be plastically deformed in another direction.
Also, the initial mounting position of the optical component to be adjusted may be shifted in a predetermined direction, and the adjustment direction of the plastic deformation axis of the substrate can be set to one direction, and the optical module can be assembled with high productivity. it can.
[0034]
Embodiment 8 FIG.
In each of the above embodiments, a laser is used as means for plastically deforming the substrate 3a. In the present embodiment, a case where the optical component to be adjusted or the substrate 3a is directly gripped and mechanically moved as means for plastically deforming the substrate will be described.
The process up to the fifth step is the same as in the seventh embodiment.
The sixth step is a step of moving the position of the optical fiber 2 based on the optical axis movement direction and the movement amount obtained in the fifth step. In the present embodiment, the optical fiber 2 is directly gripped to give a forced displacement. The optical fiber 2 is clamped by a hand that grips the optical fiber 2 (not shown), and the desired movement is performed in a desired movement direction. The optical fiber 2 is moved more than the amount. The reason why the optical fiber 2 is moved more than the desired amount of movement is that there is an elastic deformation region on the substrate 3a, so that when the clamp of the optical fiber 2 is released, it returns to the original position by the amount of elastic deformation. Therefore, the amount by which the optical fiber 2 is moved in the present embodiment is determined based on the springback amount data of the substrate 3a so that the desired position is obtained even after the clamp of the optical fiber 2 is released.
Even when the optical fiber 2 is clamped and the position is corrected by mechanically plastically deforming the substrate 3a as in this embodiment, if the grooves 3b and 3d are provided in the substrate 3a, a force is applied to the substrate 3a. When added, the substrate 3a in a desired direction is deformed, so that highly accurate alignment can be realized.
The seventh step is the same as in the seventh embodiment.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, as a means for plastically deforming the substrate, by using a means for directly gripping and moving the optical component or the substrate to be adjusted, an apparatus for plastically deforming the substrate becomes inexpensive, An inexpensive optical module can be provided.
[0036]
Embodiment 9 FIG.
In the sixth to eighth embodiments, when the double grooves 3b and 3d are formed so as to surround the optical fiber 2, the adjustment grooves in the optical axis direction are formed outside the adjustment grooves 3b in the direction perpendicular to the optical axis. Although 3d is provided, the two U-shaped grooves 3b and 3d may be interchanged.
As for the groove shape, a component that can be adjusted in a direction perpendicular to the groove can be obtained by providing the groove. Therefore, as shown in FIG. 21, two L-shaped grooves 3b and 3d are arranged to face each other. However, the same thing can be realized and the same effect can be obtained.
[0037]
Embodiment 10 FIG.
In the sixth to ninth embodiments, the two grooves 3b and 3d are formed in the peripheral portion of the optical fiber 2, but the two grooves 3b and 3d may be provided in the peripheral portions of different optical components. For example, as shown in FIG. 22, the adjustment groove 3 b in the direction perpendicular to the optical axis may be provided so as to surround the optical fiber 2, and the adjustment groove 3 d in the optical axis direction may be provided so as to surround the light emitting element 1. . Even if it does in this way, the same thing as the said Embodiments 6-9 is realizable, and the same effect is acquired.
[0038]
Further, as shown in FIG. 23, even if the groove 3b is provided in the lens 7, or the double grooves 3b and 3d are provided in the lens 7, the same as in the sixth to ninth embodiments can be realized. Effects can be obtained.
[0039]
Embodiment 11 FIG.
In the above sixth to tenth embodiments, the case where the lens 7 having the light condensing function is provided between the light emitting element 1 and the optical fiber 2 is shown. However, as shown in FIG. 24, the mirror 11 having the reflecting function is provided. The same effect can be realized and the same effect can be obtained even if an optical component such as is provided.
FIG. 24 shows an example in which two grooves 3b and 3d are provided in the peripheral portion of the mirror 11. The positions of the grooves 3b and 3d are the same as in the ninth and tenth embodiments, regardless of the periphery of any optical component. It may be good or dispersed.
[0040]
Embodiment 12 FIG.
In each of the above embodiments, the light emitting element 1 and the optical fiber 2 have been described as examples of the optical components mounted on the substrate. However, the same applies to the light receiving element and the optical fiber by reversing the direction of the light. Can be implemented in a method.
[0041]
Further, the present invention is not limited to these optical components, and can be applied to an optical module on which two or more optical components that require optical coupling are mounted.
[0042]
Embodiment 13 FIG.
FIG. 25 shows the structure of an optical module according to the thirteenth embodiment of the present invention. In the thirteenth embodiment, the light receiving element 12 is disposed on the side where the lens 7 and the optical fiber are not mounted with respect to the light emitting element 1 of the optical module according to the sixth embodiment. A slit-like groove 3e is formed on the substrate 3a so as to surround the light receiving element 12. Groove 3e is composed of Z-direction grooves 3e _z1 and 3e _z2, and the X-direction of the groove 3e _x. Other parts are the same as those shown in FIG.
In general, the light emitting element 1 used for optical communication emits light not only in the direction in which the lens 7 and the optical fiber 2 are disposed, but also on the opposite side, that is, the light receiving element 12 side. Optical coupling with the light emitting element 1 is required. The optical coupling between the light receiving element 12 and the light emitting element 1 can be similarly adjusted with high accuracy by irradiating a laser to the peripheral portion of the groove 3e and plastically deforming a part of the substrate.
[0043]
A method for manufacturing the optical module according to the thirteenth embodiment will be described.
In the first step, in the first step of the sixth embodiment, solder made of Au—Sn alloy formed in advance on the light emitting element mounting position on the substrate 3a is melted, and the light emitting element 1 is mounted on the mounting position. In addition to fixing, a solder made of an Au—Sn alloy formed in advance on the light receiving element mounting position on the substrate 3a is melted, and the light receiving element 12 is mounted and fixed on the mounting position. In addition, the mounting method of the lens 7 and the optical fiber 2 is the same as the first step of the sixth embodiment.
[0044]
In the second step, the light emitting element 1 and the lead electrode 3c in the second step of the sixth embodiment are not only electrically connected by wire bonding using a gold wire 4 of φ25 microns, The lead electrode 3f is electrically connected by wire bonding using a gold wire 4 having a diameter of 25 microns.
In the third step, not only the periphery of the substrate 3a and the lead electrode 3c is molded with the epoxy resin 5 in the third step of the sixth embodiment, but the periphery of the lead electrode 3f is not limited to the epoxy resin 5 as well. Mold with
[0045]
The fourth to sixth steps are the same as in the sixth embodiment.
In the seventh step, the light emitting element 1 is driven and the light output incident on the light receiving element 12 is monitored. As a method of driving the light emitting element 12, power is supplied to the substrate 3a and the lead electrode 3c as in the sixth embodiment. In order to monitor the light output incident on the light receiving element 12, an ammeter (not shown) is connected to the substrate 3a and the lead electrode 3f. In this state, the vicinity of the light receiving element 12 is pressurized, the substrate is elastically deformed, and the direction in which the current value measured by the ammeter is optimal and the amount of movement from the current position are calculated.
In the eighth step, thermal distortion is applied to the vicinity of the groove 3e provided in the substrate 3a by using a laser (not shown) based on the moving direction and moving amount from the current position obtained in the seventh step. The adjustment method is the same as in the first embodiment.
The ninth step is the same as the seventh step of the sixth embodiment, and the module is completed by bonding the lid with an epoxy adhesive.
[0046]
As described above, the light emitting element 1, the lens 7, the optical fiber 2, and the light receiving element 12 are mounted on the substrate 3a, the peripheral portions of the double grooves 3b and 3d formed so as to surround the optical fiber 2, and the light receiving element. By irradiating the peripheral part of the groove 3e formed so as to surround 12 with laser and plastically deforming a part of the substrate, the optical fiber tip with respect to the light emitting element 1 is orthogonal to the optical axis direction and the optical axis. It is possible to position the light receiving element with respect to the light emitting element 1 with high accuracy with respect to the two directions orthogonal to the optical axis in a total of three directions including the two directions. An optical module with high coupling efficiency and high functionality can be provided.
[0047]
As shown in FIG. 26, if the light receiving element 12 is adjusted only in the substrate width direction (X direction) with respect to the light emitting element 1, slit-shaped grooves 3g on both sides of the light receiving element 12 along the Z direction. It is only necessary to form.
[0048]
In each of the above-described embodiments, the slit-shaped groove is formed. However, the groove may not necessarily penetrate if the position adjustment is performed only in the substrate width direction (X direction, X direction). .
[0049]
In each of the above embodiments, the groove is provided along both the X direction orthogonal to the optical axis and the Z direction parallel to the optical axis, or along either the X direction or the Z direction, and the direction orthogonal to each direction. However, the direction of the groove is not limited to the above direction, and may be provided in any two directions along the substrate surface (XZ plane). That is, when the optical component is adjusted in a predetermined direction, the adjustment direction can be decomposed into two components orthogonal to the grooves provided along the two directions, so that the size of each decomposed component can be obtained. Accordingly, the position of each groove may be adjusted by plastic deformation by a predetermined amount.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in an optical module in which two or more optical components that require optical coupling are mounted on a substrate, at least one of the two or more optical components is used. A U-shaped slit that penetrates the substrate is formed, so that a part of the substrate can be plastically deformed to adjust the position of optical components with high accuracy, and an optical module with low cost and high coupling efficiency can be obtained. Can be provided.
[0051]
According to another aspect of the invention, there is provided an optical module manufacturing method in which at least one of the two or more optical components is mounted in the optical module manufacturing method by optically coupling two or more optical components. A step of forming a U-shaped slit surrounding the mounting position around the mounting position on the substrate to be mounted, a step of mounting the optical component on the substrate, and the mounting Since the process of adjusting the relative position of the two or more optical components is performed by plastically deforming the peripheral portion of the position in a spot shape, the effect is that high-precision assembly can be realized with an inexpensive member with high productivity. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan configuration diagram showing the configuration of an optical module according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 2 is a plan view showing a lead frame configuration according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 3 is a plan configuration diagram showing a configuration in the middle of manufacturing of the optical module according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram showing a configuration in the middle of manufacturing of an optical module according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 5 is a diagram for explaining an optical component position adjusting method according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 6 is a diagram for explaining an optical component position adjusting method according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 7 is a diagram for explaining an optical component position adjusting method according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 8 is a diagram for explaining an optical component position adjusting method according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 9 is a diagram for explaining an optical component position adjusting method according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a plan configuration diagram showing a configuration in the middle of manufacturing of the optical module according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 11 is a perspective view showing an optical module according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 12 is a plan configuration diagram showing a configuration of an optical module according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 13 is a perspective view showing an optical module according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing an optical module according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 15 is a plan configuration diagram showing a configuration of an optical module according to Embodiment 6 of the present invention;
FIG. 16 is a diagram for explaining an optical component position adjusting method according to a sixth embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a perspective view showing a configuration in the middle of manufacturing of an optical module according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional configuration diagram showing a configuration in the middle of manufacturing of an optical module according to Embodiment 7 of the present invention;
FIG. 19 is a plan configuration diagram showing a configuration in the middle of manufacturing of an optical module according to Embodiment 7 of the present invention;
FIG. 20 is a cross-sectional configuration diagram showing a configuration in the middle of manufacturing of an optical module according to Embodiment 7 of the present invention;
FIG. 21 is a plan configuration diagram showing a configuration of an optical module according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a plan configuration diagram showing a configuration of an optical module according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a plan view showing the structure of an optical module according to Embodiment 10 of the present invention.
FIG. 24 is a plan configuration diagram showing a configuration of an optical module according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a plan view showing the structure of an optical module according to Embodiment 13 of the present invention.
FIG. 26 is a plan configuration diagram showing a configuration of an optical module according to a thirteenth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 light emitting element, 2 optical fiber, 3 lead frame, 3a substrate, 3b, 3d, 3e, 3g groove, 3c, 3f lead electrode, 4 wire, 5 resin, 6, 8 region, 7 lens, 10 lid, 11 mirror, 12 Light receiving element.

Claims

An optical module in which two or more optical components that require optical coupling to each other are mounted on a substrate. The optical module surrounds at least one of the two or more optical components and penetrates the substrate. An optical module, wherein a letter-shaped slit is formed.

2. A U-shaped slit obtained by rotating the U-shape by 90 degrees is provided outside the U-shaped slit so as to surround the U-shaped slit. Light module.

At least a part of the fixing means is a structure made of a transparent resin, and the structure is disposed so as to cover the two or more optical components via two or more optical components and a gap. The optical module according to claim 1 or 2.

In the method of optically coupling two or more optical components to produce an optical module, in the peripheral portion of the mounting position on the substrate on which at least one of the two or more optical components is mounted, Surrounding the mounting position, forming a U-shaped slit penetrating the substrate, mounting the optical component on the substrate, and plastically deforming the periphery of the mounting position in a spot shape A method for manufacturing an optical module, comprising: adjusting the relative positions of the two or more optical components.

5. The method of manufacturing an optical module according to claim 4, wherein the means for plastically deforming the periphery of the mounting position of the optical component in a spot shape is local heating by laser irradiation or ultraviolet irradiation.

6. The light according to claim 4, wherein when the peripheral portion of the mounting position of the optical component is plastically deformed in a spot shape, the substrate portion surrounded by the U-shaped slit is plastically deformed in a spot shape. Module manufacturing method.

6. The method of manufacturing an optical module according to claim 4, wherein a step of fixing a positional relationship between the two or more optical components is performed after the step of adjusting the relative positions of the two or more optical components. .

5. The step of fixing the peripheral portion of the substrate and blocking the two or more optical components by an external force before the step of adjusting the relative positions of the two or more optical components. 6. A method for producing an optical module according to 5.

The step of adjusting the relative positions of the two or more optical components is performed by fixing the positional relationship between the two or more optical components and simultaneously blocking the two or more optical components from the outside air. 6. A method for producing an optical module according to 4 or 5.

Before the step of adjusting the relative position of two or more optical components, the peripheral portion of the mounting position on the substrate on which at least one optical component of the two or more optical components is mounted is set in a predetermined direction. The method for manufacturing an optical module according to any one of claims 4 to 9, wherein the optical module is plastically deformed.

In the step of mounting an optical component on a substrate, two or more of at least one optical component of the light component, claim 4-9, characterized in that to implement shifted in a predetermined direction 1 The manufacturing method of the optical module as described in an item.