JP5982457B2 - Manufacturing method of optical module - Google Patents
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Description
本発明は、光モジュールの製造方法に関し、信頼性の高い光モジュールを製造する場合に好適なものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical module, and is suitable for manufacturing a highly reliable optical module.
光モジュールの一つとして、レーザダイオードから出射する光が光ファイバを介して出射する光モジュールが知られている。この光モジュールでは、筐体内から筐体外に光ファイバが導出されており、筐体内には、レーザダイオード、ミラー、レンズ、光ファイバ等の光学部品が配置されている。それぞれのレーザダイオードから出射する光は、集光された後に光ファイバに入射して、筐体外において光ファイバから出射する。 As one of the optical modules, an optical module in which light emitted from a laser diode is emitted via an optical fiber is known. In this optical module, an optical fiber is led out from the inside of the casing, and optical components such as a laser diode, a mirror, a lens, and an optical fiber are arranged in the casing. The light emitted from each laser diode is collected and then incident on the optical fiber, and is emitted from the optical fiber outside the housing.
このような光モジュールとして、光学部品をサブマウントに配置した後、当該サブマウントを筐体の底板上に配置するものがある。このような光モジュールは、光学部品が配置されたサブマウントを筐体内に配置し、サブマウントの底面がはんだ付けにより筐体の底板上に固定される。 As such an optical module, there is an optical module in which an optical component is arranged on a submount and then the submount is arranged on a bottom plate of a housing. In such an optical module, a submount in which optical components are arranged is arranged in a casing, and the bottom surface of the submount is fixed on the bottom plate of the casing by soldering.
下記特許文献1には、このような光モジュールが記載されている。特許文献1に記載の光モジュールでは、サブマウントの四隅にサブマウントと底板との間に介在するスペーサが配設されており、サブマウントは底板との間に広がった半田によって底板に接合されている。
一般に、サブマウントは、使用時に温度が上昇する場合であっても光学部品同士の相対的位置が変化しないよう窒化アルミ等の線膨脹係数の比較的小さな材料から成る。一方、筐体は、一般に、取り扱いの容易性やコストから銅等の比較的線膨脹係数の大きな材料から成る。このためサブマウントを筐体の底板にはんだ付けにより固定した後、サブマウント及び底板の温度が下がると、バイメタル効果により底板におけるサブマウントの中心付近がサブマウント側に盛り上がるようにして底板が変形する傾向がある。従って、底板は、サブマウントと底板とを接続するはんだの外周側において、サブマウントから離れようとする。このためサブマウントと底板とを接続するはんだには、サブマウントの中心付近と比較して外周部には強い引っ張り応力が掛かる。この様にはんだの外周側で引っ張り応力が掛かると、はんだにクラックが入る可能性があり、光モジュールの信頼性低下が懸念される。 In general, the submount is made of a material having a relatively small linear expansion coefficient, such as aluminum nitride, so that the relative position between optical components does not change even when the temperature rises during use. On the other hand, the casing is generally made of a material having a relatively large linear expansion coefficient such as copper because of ease of handling and cost. For this reason, after fixing the submount to the bottom plate of the housing by soldering, when the temperature of the submount and the bottom plate decreases, the bottom plate deforms so that the vicinity of the center of the submount on the bottom plate rises to the submount side due to the bimetal effect. Tend. Therefore, the bottom plate tends to be separated from the submount on the outer peripheral side of the solder connecting the submount and the bottom plate. For this reason, the solder connecting the submount and the bottom plate is subjected to a stronger tensile stress on the outer peripheral portion than in the vicinity of the center of the submount. When tensile stress is applied on the outer peripheral side of the solder in this way, there is a possibility that the solder may crack, and there is a concern that the reliability of the optical module may be reduced.
そこで、本発明は、信頼性の高い光モジュールを製造し得る光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the optical module which can manufacture a reliable optical module.
上記課題を解決するため、本発明の光モジュールの製造方法は、筐体の底板となる底面が平面状のベースプレートを凸状の加熱面を有するヒーター上に前記底面が前記加熱面に沿うように固定するプレート固定工程と、前記ベースプレートよりも線膨脹係数が小さなサブマウントを前記ベースプレート上にはんだ付けするサブマウントはんだ付工程と、前記サブマウントがはんだ付けされた前記ベースプレートの前記ヒーターへの固定を解放するプレート解放工程と、を備えることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the optical module manufacturing method of the present invention is such that the bottom surface serving as the bottom plate of the housing has a flat base plate on the heater having a convex heating surface so that the bottom surface follows the heating surface. A plate fixing step for fixing, a submount soldering step for soldering a submount having a smaller linear expansion coefficient than the base plate onto the base plate, and fixing the base plate on which the submount is soldered to the heater. And a plate releasing step for releasing.
底面が平面状のベースプレートを凸状の加熱面に沿うように固定することで、ベースプレートは反った状態となる。この状態で、ベースプレートとサブマウントとをはんだ付けすると、はんだの外周付近におけるベースプレートとサブマウントとの距離は、はんだの中心付近におけるベースプレートとサブマウントとの距離よりも大きくなる。その後、ベースプレートをヒーターから解放すると、ベースプレートは反った状態から元の平板状の状態に戻ろうとして、はんだの外周付近において、ベースプレートがサブマウント側に移動しようとして、はんだに圧縮応力を加える。その一方、はんだ付けが終了することでベースプレートの温度が下がると、上記のバイメタル効果により、はんだの外周付近においてベースプレートがサブマウントから離れようとして、はんだに引っ張り応力を加える。このようにベースプレートが元に戻ろうとする力とバイメタル効果による力とが相反する方向に働くため、はんだの外周部における上記引っ張り応力が緩和される。従って、本発明の光モジュールの製造方法によれば、はんだにクラックが入る懸念が低減され、信頼性の高い光モジュールを製造することができる。 The base plate is warped by fixing the base plate having a flat bottom surface along the convex heating surface. When the base plate and the submount are soldered in this state, the distance between the base plate and the submount near the outer periphery of the solder becomes larger than the distance between the base plate and the submount near the center of the solder. Thereafter, when the base plate is released from the heater, the base plate tries to return to the original flat plate state from the warped state, and the base plate moves toward the submount near the outer periphery of the solder, and compressive stress is applied to the solder. On the other hand, when the temperature of the base plate is lowered after the soldering is completed, the base plate tends to move away from the submount near the outer periphery of the solder due to the bimetal effect, and a tensile stress is applied to the solder. As described above, since the force that the base plate tries to return to and the force due to the bimetal effect work in opposite directions, the tensile stress in the outer peripheral portion of the solder is relieved. Therefore, according to the method for manufacturing an optical module of the present invention, it is possible to reduce the risk of cracks in the solder and to manufacture a highly reliable optical module.
また、前記サブマウントはんだ付工程において、前記サブマウントを前記ベースプレート側に押圧することが好ましい。 In the submount soldering step, it is preferable that the submount is pressed toward the base plate.
サブマウントを上記のように押圧することで、はんだの中心部付近の厚みを小さくすることができ、ベースプレートとサブマウントとのはんだ付けをより適切に行うことができる。 By pressing the submount as described above, the thickness near the center of the solder can be reduced, and soldering between the base plate and the submount can be performed more appropriately.
また、前記サブマウントはんだ付工程において、前記サブマウントを振動させることが好ましい。 The submount is preferably vibrated in the submount soldering step.
光モジュールの故障モードとして、ベースプレート或いはサブマウントとはんだとの間で故障する界面剥離モードと、はんだの内部で故障する凝集破壊モードとを挙げることができる。サブマウントを振動させるスクラブを行うことで、溶融したはんだ内部の気泡を外部に放出して、凝集破壊モードを防ぐことができる。特にサブマウントをベースプレート側に押圧しながらサブマウントを振動させる場合においては、はんだの酸化膜を破ることができるため、界面破壊モードを防ぐことができるため好ましい。 Examples of the failure mode of the optical module include an interface peeling mode that fails between the base plate or submount and the solder, and a cohesive failure mode that fails inside the solder. By performing scrubbing that vibrates the submount, bubbles inside the molten solder can be discharged to the outside, and the cohesive failure mode can be prevented. In particular, when the submount is vibrated while pressing the submount toward the base plate, it is preferable because the oxide film of the solder can be broken, and the interface breakdown mode can be prevented.
また、前記プレート解放工程の後、前記サブマウントと前記ベースプレートとを接続するはんだの外周側には、圧縮応力が掛かることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a compressive stress is applied to the outer peripheral side of the solder connecting the submount and the base plate after the plate releasing step.
光モジュールを使用するために光モジュールの底板をヒートシンクに固定すると、固定による応力により底板は上記バイメタル効果による変形と同じ方向に変形する傾向がある。このような変形が生じると、底板とサブマウントとを接続するはんだの外周側に引っ張り応力が掛かる。そこで、上記のようにプレート解放工程後にはんだの外周側に圧縮応力が掛かっていれば、上記底板が変形するはんだの外周側にかかる引っ張り応力が緩和される。従って、信頼性のより高い光モジュールとすることができる。 When the bottom plate of the optical module is fixed to the heat sink in order to use the optical module, the bottom plate tends to be deformed in the same direction as the deformation due to the bimetal effect due to the stress caused by the fixing. When such deformation occurs, tensile stress is applied to the outer peripheral side of the solder connecting the bottom plate and the submount. Therefore, if compressive stress is applied to the outer peripheral side of the solder after the plate releasing step as described above, the tensile stress applied to the outer peripheral side of the solder deforming the bottom plate is relieved. Therefore, an optical module with higher reliability can be obtained.
以上のように、本発明によれば、信頼性の高い光モジュールを製造し得る光モジュールの製造方法が提供される。 As described above, according to the present invention, an optical module manufacturing method capable of manufacturing a highly reliable optical module is provided.
以下、本発明に係る光モジュールの製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical module manufacturing method according to the invention will be described in detail with reference to the drawings.
<光モジュール>
まず、本実施形態の光モジュールについて説明する。
<Optical module>
First, the optical module of this embodiment will be described.
図1は、本実施形態に係る光モジュールを示す図であり、図2は、図1に示す光モジュールを別の視点から示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating the optical module according to the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating the optical module illustrated in FIG. 1 from another viewpoint.
図1、図2に示すように、本実施形態の光モジュール1は、ベースプレート2及び蓋体3から成る筐体と、筐体内に固定される光ファイバ50を含む後述の光学部品と、一部の光学部品に電力を供給するコネクタ41とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3は、図1に示す光モジュールの蓋体を外した図である。なお、図3では破線で光の様子が示されている。ベースプレート2は、筐体の底板となる底面が平面状のプレートであり、本実施形態では図3に示すように平板状の部材である。ベースプレート2は金属から成り、ベースプレート2を構成する金属としては銅やステンレススチール等を挙げることができる。ベースプレート2には外周部に複数のねじ孔27が形成されている。
FIG. 3 is a view in which the cover of the optical module shown in FIG. 1 is removed. In FIG. 3, the state of light is indicated by broken lines. The
ベースプレート2上には、サブマウント4が固定されている。サブマウント4は、ベースプレート2側の底面の全面がはんだによりベースプレート2に固定されている。サブマウント4は、平板状の基板であり、ベースプレート2よりも線膨脹係数が小さな材料から成る。例えば、ベースプレート2が銅から成る場合、サブマウント4は窒化アルミからなる。このようにサブマウント4が小さい線膨脹係数の材料から成る理由は、サブマウント4上には光学部品が配置されるため、使用時において光学部品が発する熱によりサブマウント4が膨張して光モジュール1の光学的特性が変化することを抑制するためである。
A
サブマウント4上には、光ファイバ50を含む光学部品が固定されている。本実施形態の光学部品は、レーザダイオード11、コリメートレンズ16、ミラー13、第1集光レンズ14、第2集光レンズ15、光ファイバ50を含んで構成される。
An optical component including the
光源である複数のレーザダイオード11は、複数の半導体層が積層されて成るファブリペロー構造を有する素子であり、例えば波長が900nm帯のレーザ光を出射する。それぞれのレーザダイオード11は、レーザマウント12上にはんだ等により固定されており、レーザマウント12を介してサブマウント4上に固定されている。レーザマウント12は、レーザダイオード11の高さを調整するための台であり、それぞれのレーザマウント12は、サブマウント4における所定位置に例えばはんだ付け等により固定されている。なお、このようにレーザマウント12がサブマウント4と別体とされて、レーザマウント12がサブマウント4上に固定されても良いが、レーザマウント12がサブマウント4と一体に成型されても良い。或いは、レーザダイオード11の高さ調整が不要の場合、このレーザマウント12は省略されても良い。
The plurality of
コリメートレンズ16は、それぞれのレーザダイオード11に対応してレーザマウント12上に配置されている。コリメートレンズ16は、レーザダイオード11から出射する光のファスト軸方向の光、スロー軸方向の光をコリメートするレンズであり、一般的にファスト軸方向の光をコリメートするレンズ、スロー軸方向の光のコリメートするレンズの組み合わせからなる。またコリメートレンズ16は、レーザダイオード11と共にレーザマウント12上に接着等により固定されている。なお、上記のようにレーザマウント12が省略される場合、コリメートレンズ16は、レーザダイオード11と共にサブマウント4上に固定される。
The collimating
ミラー13は、それぞれのレーザダイオード11に対応してサブマウント4上に配置されている。それぞれのミラー13は、対応するレーザダイオード11から出射しコリメートレンズ16でコリメートされた光を反射して、ミラー13に入射する光に対してサブマウント4の面方向に沿って垂直に出射するよう調整されている。本実施形態のミラー13は、プリズムから構成されており、サブマウント4上に接着剤により固定されている。なお、ミラー13は、反射膜が形成されたガラス体のように、プリズム以外から構成されても良い。
The
また、第1集光レンズ14及び第2集光レンズ15は、それぞれシリンドリカルレンズから成り、サブマウント4に接着により固定されている。第1集光レンズ14は、それぞれのミラー13で反射される光をファスト軸方向に集光し、第2集光レンズ15は、第1集光レンズ14から出射する光をスロー軸方向に集光する。こうして、第2集光レンズ15から出射する光は所定の位置において光を集光する。なお、第2集光レンズ15から出射する光が所望の位置で集光しない場合には、第2集光レンズ15から出射する光を集光する集光レンズが更にサブマウント4上に配置されても良い。
The
光ファイバ50は、パイプ状のホルダ51に挿通されて、ホルダ51に固定されている。本実施形態では、光ファイバ50の光の入射端となる一端がホルダ51から僅かに導出されている。ホルダ51はファイバマウント52に固定され、ファイバマウント52はサブマウント4に固定されている。光ファイバ50の一端は、第2集光レンズ15から出射する光が、コアに入射可能な位置とされる。なお、本実施形態では、光ファイバ50はホルダ51に接着剤やはんだ付けにより固定されており、ホルダ51はファイバマウント52に接着されることで固定され、ファイバマウント52はサブマウント4に接着により固定されている。
The
コネクタ41は、一対の棒状の導体から形成されており、それぞれの導体は一対のコネクタホルダ42に固定されている。それぞれのコネクタホルダ42は、サブマウント4に接着されて固定されている。コネクタ41の一方の導体は、コネクタ41に最も近いレーザダイオード11と図示しない金線により接続されており、それぞれのレーザダイオード11は図示しない金線によりデイジーチェーン接続されている。また、コネクタ41から最も離れたレーザダイオード11は、コネクタ41の他方の導体に図示しない金線により接続されている。
The
図4は、光学部品やコネクタが配置されたサブマウント4がベースプレート2に固定された様子を示す断面図である。なお、図4は理解の容易のため、特定のレーザダイオード11から出射する光の光路に沿った図3の断面図としている。上記のようにサブマウント4は、ベースプレート2側の底面の全面がはんだ7によりベースプレート2に固定されている。この状態において、ベースプレート2は、サブマウント4の中心付近がサブマウント4側に盛り上がるようにして僅かに反っている。従って、サブマウント4の外周付近におけるベースプレート2とサブマウント4との距離は、サブマウント4の中心付近におけるベースプレート2とサブマウント4との距離よりも大きくされており、具体的には、はんだ7がサブマウント4の中心からサブマウント4の外周にかけて徐々に厚くされている。このため、サブマウント4の外周付近におけるはんだ7の厚みは、サブマウント4の中心付近におけるはんだ7の厚みよりも大きくされている。そして、本実施形態では、サブマウント4の外周付近、すなわちはんだの外周付近では、はんだに対してサブマウント4とベースプレート2とから受ける力により、サブマント及びベースプレート2の面方向に垂直な方向に圧縮応力が掛かっている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the
図5は、図1に示す蓋体を裏面から見る図である。図5に示すように、本実施形態の蓋体3は、金属板がプレス加工されて成り、トッププレート31と、枠体32と、鍔部33とから成る。
FIG. 5 is a view of the lid shown in FIG. 1 as seen from the back side. As shown in FIG. 5, the
トッププレート31は、筺体の天板となる部位であり、平板状の部材からなる。枠体32は、トッププレート31の周縁においてトッププレート31に垂直に連結される部位である。また、枠体32は、図1、図2に示すように蓋体3がベースプレート2上に配置された状態で、サブマウント4及びサブマウント4上の光学部品等を囲む大きさとされる。また、枠体32には、光ファイバ50を筺体内から筺体外に導出するための切り欠き35a、および、コネクタ41を筺体内から筺体外に導出するための切り欠き35bが形成されている。鍔部33は、枠体32のトッププレート31側とは反対側において、枠体32に連結される部位であり、枠体32に対して垂直(トッププレート31と平行)に枠体32の外側に広がるように延在している。また、鍔部33における枠体32のそれぞれの切り欠き35a,35bと隣り合う位置は、それぞれ切り欠かれている。また、鍔部33には、複数のねじ孔37が形成されており、これらのねじ孔37が形成されている位置は、図1、図2に示すように蓋体3がベースプレート2上に配置された状態で、ベースプレート2に形成されたねじ孔27と重なる位置とされている。
The
この蓋体3が、図1、図2に示すように、ベースプレート2上に配置された状態で、ベースプレート2と蓋体3とは、ベースプレート2のそれぞれのねじ孔27と蓋体3のそれぞれのねじ孔37とに螺入される複数のねじ25により固定される。なお、特に図示しないが、本実施形態では、ベースプレート2と蓋体3の鍔部33との間にシリコン樹脂が介在して、ベースプレート2と鍔部33との間の気密が保たれている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、このように蓋体3が筐体の底板であるベースプレート2上に配置された状態で、図1に示すように、ホルダ51が光ファイバ50と共に切り欠き35aから導出している。そして、切り欠き35aにおいて、ホルダ51と枠体32との間には、ブッシュ55が配置されて、ホルダ51と枠体32との間の隙間が埋められている。こうして、切り欠き35aにおける枠体32と光ファイバとの間の隙間はブッシュ55により封止されている。ブッシュ55は、少なくとも枠体32と接する部位が弾性変形可能な構成とされる。このようなブッシュ55の構成としては、例えば、枠体32と接する部位、ベースプレート2と接する部位及びホルダ51と接する部位が変性シリコーン樹脂を主成分とする接着性の樹脂からなり、当該接着性の樹脂で囲まれる部位がポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)等の硬質な樹脂から成ることが挙げられる。なお、ブッシュ55全体が弾性変形可能な樹脂から構成されても良い。
Further, with the
また、蓋体3がベースプレート2上に配置された状態で、図2に示すように、コネクタ41が切り欠き35bから導出している。そして、コネクタ41と枠体32との間には、ブッシュ45が配置されており、切り欠き35bにおける枠体32とコネクタ41との間の隙間はブッシュ45により封止されている。ブッシュ45は、少なくとも枠体32と接する部位が弾性変形可能な樹脂からなり、例えば、ブッシュ55と同様の樹脂からなる。
In addition, with the
このような光モジュール1が使用される場合、レーザダイオード11から発生する熱によりサブマンウト4が変形して光モジュール1の光学的特性が変化することを防止するために、光モジュール1は、シートシンクに取り付けられる。このように光モジュール1がヒートシンクに取り付けられる場合、光モジュール1の底板であるベースプレート2は、その中心付近が筐体の内側に盛り上がるようにして僅かに変形する場合がある。この場合、サブマウント4は平板状を保とうとするため、サブマウント4の外周側では、ベースプレート2とサブマウント4とが離れようとする。このため、ベースプレート2とサブマウント4とを接続するはんだ7の外周側には引っ張り応力が掛かる。しかし、本実施形態の光モジュール1では、上記のようにサブマウント4とベースプレート2とを接続するはんだ7の外周側に圧縮応力が掛かっているため、この圧縮応力と引っ張り応力とが相殺されて、はんだに掛かるサブマウント4に垂直な方向の応力が低減される。従って、本実施形態の光モジュールは、はんだ7にクラックが入ることが抑制されており、高い信頼性を有する。
When such an
次に、光モジュール1の光学的な動作について説明する。
Next, the optical operation of the
コネクタ41からそれぞれのレーザダイオード11に所望の電力が供給されると、図2に示すように、それぞれのレーザダイオード11は、それぞれのレーザダイオード11に対応するそれぞれのコリメートレンズ16に向かって光を出射する。この光は、上記のように例えば波長が900nm帯のレーザ光とされる。それぞれのコリメートレンズ16では、レーザダイオード11から出射する光をコリメートして出射する。それぞれのコリメートレンズ16から出射した光は、対応するそれぞれのミラー13に入社する。それぞれのミラー13は、入射する光を反射して、ミラー13に入射する光に対して、ベースプレート2の面方向に沿った垂直な方向に出射する。ミラー13から出射した光は第1集光レンズ14に入射して、第1集光レンズ14により光のファスト軸方向が集光される。第1集光レンズ14から出射する光は、第2集光レンズ15に入射して、第2集光レンズ15により光のスロー軸方向が集光される。第2集光レンズ15により集光された光は、光ファイバ50のコアに入射して、光ファイバ50を伝搬する。こうして、光ファイバ50の他端から光が出射する。
When desired power is supplied from the
このように光モジュール1が動作する際、入力する電力の一部が光エネルギーとして出射するが、他の一部は熱エネルギーとなる。この熱エネルギーの多くはレーザダイオード11から発生し、レーザダイオード11で発生する熱の多くはサブマウント4を介してベースプレート2に伝達して、ベースプレート2の温度を上げようとするが、ベースプレート2は、ベースプレート2の下面に設置されるヒートシンクにより冷却される。
Thus, when the
<光モジュールの製造方法>
次に本実施形態の光モジュールの製造方法について説明する。
<Optical module manufacturing method>
Next, the manufacturing method of the optical module of this embodiment is demonstrated.
図5は、本実施形態の光モジュール1の製造方法の工程を示すフローチャートである。図5に示すように、本実施形態の光モジュールの製造方法は、部品固定工程P1と、プレート固定工程P2と、サブマウントはんだ付け工程P3と、プレート解放工程P4と、蓋体固定工程P5とを備える。
FIG. 5 is a flowchart showing the steps of the method for manufacturing the
(部品固定工程P1)
部品固定工程P1は、サブマウント4上に配置されたレーザダイオード11から出射する光が光ファイバ50に入射するように、レーザダイオード11を含む光学部品及び光ファイバ50の入射端をサブマウント4上に固定する工程である。図7は、本工程の様子を示す図である。
(Part fixing process P1)
In the component fixing step P <b> 1, the optical component including the
レーザダイオード11は、上記のようにレーザマウント12を介してサブマウント4上に固定される。従って、レーザダイオード11をサブマウント4上に配置する前に、レーザダイオード11をレーザマウント12上に配置して固定する。固定は、例えばはんだ付けにより行う。また、コリメートレンズ16は、レーザダイオード11と同様にレーザマウント12を介してサブマウント4上に固定される。従って、レーザダイオード11からの光がコリメートレンズ16に入射するようにコリメートレンズ16をレーザマウント12上に固定する。本固定は、例えば接着により行う。このようにレーザダイオード11及びコリメートレンズ16が固定された後、レーザダイオード11及びコリメートレンズ16が搭載されたレーザマウント12をサブマウント4上に配置して固定する。本固定は、例えばはんだ付けにより行う。
The
コネクタ41は、上記のようにコネクタホルダ42を介してサブマウント4上に配置される。従って、コネクタ41をサブマウント4上に配置する前に、それぞれの棒状の導体をコネクタホルダ42に挿通して、導体をコネクタホルダに固定する。この固定は、例えば接着により行う。そして、導体が固定されたそれぞれのコネクタホルダ42をサブマウント4上に配置して固定する。この固定は、例えば接着により行う。次に、コネクタ41の一方の導体と最もコネクタ41に近いレーザダイオード11とを金線により接続し、さらに、それぞれのレーザダイオード11を金線によりデイジーチェーン接続し、さらに、コネクタ41から最も離れたレーザダイオード11とコネクタ41の他方の導体とを金線により接続する。こうして、コネクタ41とそれぞれのレーザダイオード11とが電気的に接続され、コネクタ41を介してそれぞれのレーザダイオード11に電力を供給可能な状態となる。
The
光ファイバ50は、上記のように、ホルダ51に固定された状態で、ファイバマウント52を介して、サブマウント4上に配置される。従って、光ファイバ50をサブマウント4上に配置する前に、光ファイバ50をホルダ51に挿通して固定する。この際、図6に示すように、事前に光ファイバ50にブッシュ55を挿通しておく。更に、光ファイバ50が被覆層で被覆されている場合には、光ファイバ50の入射端となる一方の端部から所定の距離だけ被覆層を剥離する。そして、光ファイバ50をホルダ51に挿通して、光ファイバ50をホルダに固定する。このとき、本実施形態では、ホルダ51から光ファイバ50の入射端が僅かに導出された状態とする。光ファイバ50のホルダ51への固定は、はんだ付けや熱硬化性樹脂等の樹脂等により行えばよい。次に、ホルダ51をファイバマウント52に固定する。この固定は、例えば接着により行う。なお、ホルダ51とファイバマウント52とが一体形成されていても良い。そして、光ファイバ50が固定されたファイバマウント52をサブマウント4上に配置して固定する。この固定は、例えば接着により行う。
As described above, the
第1集光レンズ14、第2集光レンズ15は、上記のようにサブマウント4上に直接配置され固定される。この固定は、例えば接着により行う。具体的には、サブマウント4上の第1集光レンズ14、第2集光レンズ15が配置されるそれぞれの位置に接着剤を塗布して、接着剤が塗布されたサブマウント4上に第1集光レンズ14、第2集光レンズ15を配置して、接着剤を固化することで固定する。
The
それぞれのミラー13は、上記のようにサブマウント4上に直接配置され固定される。この固定は、例えば接着により行う。具体的には、サブマウント4上のミラー13が配置されるそれぞれの位置に接着剤を塗布して、接着剤が塗布されたサブマウント4上にミラー13を配置して、接着剤を固化することで固定する。
Each
なお、全ての光学部品及び光ファイバ50をサブマウント4上に固定する前に、レーザダイオード11から出射しコリメートレンズ16を介してミラー13に入射する光が光ファイバ50のコアの入射するように、いずれかの光学部品或いは光ファイバ50をサブマウント4上において、位置の微調整をする必要がある。ミラー13の位置を微調整する。具体的には、ミラー13以外の光学部品及びコネクタ41がサブマウント4上に固定し、コネクタ41から電力を供給することでレーザダイオード11から光が出射可能な状態とする。また、光ファイバ50をサブマウント4上に固定する。その後、接着剤が塗布されたサブマウント4上にミラー13を配置して、コネクタ41から電力をレーザダイオード11に印加し、それぞれのレーザダイオード11から光を出射する。このレーザダイオード11から出射する光が光ファイバ50のコアに入射するようにそれぞれのミラー13の位置を微調整する。例えば、光ファイバ50の他端から出射する光のエネルギーが最大となるように、ミラー13の位置を微調整する。こうしてミラー13の位置が確定する。そして、ミラー13の位置が確定した後に、ミラー13が配置されている接着剤を固化して、ミラー13を固定する。
Before all the optical components and the
こうして、図2に示すようにそれぞれの光ファイバを含む光学部品、コネクタ41がサブマウント4上に固定される。
In this way, as shown in FIG. 2, the optical component including each optical fiber and the
(プレート固定工程P2)
プレート固定工程P2は、ベースプレート2をヒーター上に固定する工程である。図8は本工程の様子を示す図であり、図9は本工程後の様子を示す図である。
(Plate fixing process P2)
The plate fixing process P2 is a process of fixing the
図8に示すようにヒーター8の上面である加熱面8sは凸状の形状とされている。サブマウント4が配置される領域の中心が凸状の加熱面8sの最上部に位置するようにベースプレート2をヒーター8上に配置する。上記のようにベースプレート2の底面は平面状であるため、ベースプレート2の外周付近はヒーター8の加熱面8sから離れ、ベースプレート2の中心付近はヒーター8の加熱面8sに接触する。
As shown in FIG. 8, the
次にベースプレート2をヒーター8に固定する。固定は、例えば、図9に示すように、ベースプレート2のねじ孔27にねじ81を螺入することで、ヒーター8にねじ止めすることで行う。この場合、ヒーター8にはねじ孔27に対応する位置にねじ孔が形成されている。そして、ベースプレート2の底面がヒーター8の加熱面8sに沿うように、ベースプレート2が変形するまでねじ81を締める。こうして、図9に示すように、ベースプレート2の底面が加熱面8sに沿うように、ベースプレート2がヒーター8に固定される。
Next, the
(サブマウントはんだ付工程P3)
サブマウントはんだ付工程P3は、光学部品が搭載されたサブマウント4をベースプレート2上にはんだ付けする工程である。図10は、本工程後の様子を示す図である。なお、本工程までにサブマウント4上に光学部品が搭載されれば、上記部品固定工程P1とプレート固定工程P2とが逆に順に行われても良い。
(Submount soldering process P3)
The submount soldering process P3 is a process of soldering the
本工程では、ベースプレート2におけるサブマウント4が配置される領域にはんだペーストを塗布する。なお、当該はんだペーストの塗布は、プレート固定工程P2の前に行われても良い。
In this step, a solder paste is applied to a region of the
次に、ベースプレート2に塗布されたはんだペースト上に光学部品が搭載されたサブマウント4を配置する。このとき、ベースプレート2の最上部にサブマウント4の中心が位置するようにサブマウント4を配置することが好ましい。
Next, the
その後、ヒーター8をはんだペーストが溶融する温度まで加熱して、はんだペーストを溶融する。このとき、サブマウント4をベースプレート2側に押圧することが好ましい。この押圧は、例えば、サブマウント4を吸着コレットに固定し、当該吸着コレットをベースプレート2側に押しつけるようにしてサブマウント4に荷重を掛ければよい。このようにサブマウント4を押圧することで、はんだ7の中心部付近の厚みを小さくすることができ、ベースプレート2とサブマウント4とのはんだ付けをより適切に行うことができる。またこのとき、サブマウント4を振動させることが好ましい。この振動は、上記コレットを振動させればよい。なお、上記サブマウント4の押圧と振動の一方のみを行っても良い。光モジュール1の故障モードとして、ベースプレート2或いはサブマウント4とはんだ7との間で故障する界面剥離モードと、はんだ7の内部で故障する凝集破壊モードとを挙げることができる。はんだ7が溶融している間に、サブマウント4を振動させるスクラブを行うことで、溶融したはんだ7の内部の気泡を外部に放出して、凝集破壊モードを防ぐことができる。また、上記のようにサブマウント4をベースプレート2側に押圧している状態で、サブマウント4を振動させる場合においては、はんだ7の酸化膜を破ることができるため、界面破壊モードを防ぐことができるため好ましい。
Thereafter, the
その後、はんだが固化する温度までヒーター8の温度を下げ、はんだを固化する。こうして、図10に示すようにはんだ7によりサブマウント4がベースプレート2上に固定された状態となる。
Thereafter, the temperature of the
(プレート解放工程P4)
プレート解放工程P4は、ベースプレート2のヒーター8への固定を解放する工程である。
(Plate release process P4)
The plate release process P4 is a process of releasing the fixing of the
上記のように本実施形態では、ベースプレート2がヒーター8にねじ止めされている。従って、このねじ81を外すことで、ベースプレート2をヒーター8から解放する。こうして、図3、図4に示すように、光学部品等が搭載されたサブマウント4が、はんだ7によりベースプレート2上に固定された状態となる。
As described above, in this embodiment, the
なお、ベースプレート2がヒーター8に固定されている状態では、上記のように、ベースプレート2はヒーター8の加熱面8sに沿って変形している。このため、ベースプレート2をヒーター8から解放すると、ベースプレート2の弾性力により、ベースプレート2は元の状態に戻ろうとする。このベースプレート2の元に戻ろうとする力により、はんだ7の外周部付近には、ベースプレート2とサブマウント4とから圧縮応力が掛かる。また、はんだ7の中心部付近では、ベースプレート2とサブマウント4とが離れようとするため、はんだ7に引っ張り応力が掛かる。
In the state where the
一方、はんだ7が固化して更にベースプレート2の温度が低下すると、ベースプレート2の線膨脹係数とサブマウント4の線膨脹係数との差により、バイメタル効果が生じる。このバイメタル効果により、ベースプレート2におけるはんだ付けされている領域の中心付近がサブマウント側に盛り上がるようにして、ベースプレート2は変形しようとする。一方、サブマウント4は、ベースプレート2に比べて変形しようとしない。このバイメタル効果によるベースプレートが変形しようとする力により、はんだ7の外周部付近には引っ張り応力が掛かる。また、はんだ7の中心部付近では、はんだ7に圧縮応力が掛かる。
On the other hand, when the
このため、上記のベースプレート2の弾性力によりはんだ7に掛かる応力と、ベースプレート2のバイメタル効果による変形ではんだ7に掛かる応力とが相殺し合って、はんだ7に応力が小さくなる。なお、本実施形態では、ベースプレート2がヒーター8から解放され、ベースプレート2が冷却した後、はんだ7の外周部付近に圧縮応力が掛かっている状態とされる。すなわち、バイメタル効果に起因してはんだ7に掛かる応力よりも、ベースプレート2の弾性力に起因してはんだ7に掛かる応力が大きい状態とされる。
For this reason, the stress applied to the
(蓋体固定工程P5)
蓋体固定工程は、枠体32及びトッププレート31を含む蓋体3をベースプレート2上に固定する工程である。図11は、本工程の様子を示す図である。
(Cover fixing process P5)
The lid fixing step is a step of fixing the
本工程では、まず、光学部品、コネクタ41が搭載されたサブマウント4がはんだ7により固定されたベースプレート2上に蓋体3を配置する。このとき、枠体32がサブマウント4を囲むようにして、切り欠き35aからホルダ51と共に光ファイバ50を枠体32の外側に導出させると共に、切り欠き35bからコネクタ41を枠体32の外側に導出させる。また、ベースプレート2のそれぞれのねじ孔27と鍔部33のそれぞれのねじ孔37とが貫通するように、ベースプレート2と蓋体3とを位置合わせする。なお、上記のようにベースプレート2と蓋体3の鍔部33との間にシリコン樹脂を介在させる場合には、当該シリコン樹脂を予め鍔部33におけるベースプレート2側の面に貼り付けておく。こうして、ベースプレート2上に蓋体3が配置される。
In this step, first, the
次に、互いに貫通したベースプレート2のねじ孔27と鍔部33のねじ孔37のそれぞれにねじ25を螺入して、蓋体3をベースプレート2上に固定する。更に、上記のように予め光ファイバ50に挿通しておいたブッシュ55を切り欠き35aに嵌め込んで固定する。また、コネクタ41のそれぞれの導体をブッシュ45の孔に挿通して、ブッシュ45を切り欠き35bに嵌め込んで固定する。ブッシュ55やブッシュ45の固定は、例えば接着により行う。
Next, the
こうして、図1、図2に示す光モジュールを得る。 In this way, the optical module shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
以上説明したように、本実施形態の光モジュール1の製造方法では、底面が平面状のベースプレート2を凸状の加熱面8sに沿うようにヒーター8に固定した状態で、ベースプレート2とサブマウント4とをはんだ付けした後、ベースプレート2を解放する。このため、ベースプレートは弾性力により、反った状態から元の状態に戻ろうとして、はんだの外周付近においてはんだに圧縮応力を加える。一方、はんだ付けが終了することでベースプレート2の温度が下がると、バイメタル効果により、はんだの外周付近においてはんだに引っ張り応力を加える。このため、はんだ7の外周部では、上記のベースプレートの弾性力による圧縮応力により、上記のバイメタル効果による引っ張り応力が緩和される。このため、本実施形態の光モジュール1の製造方法によれば、はんだ7にクラックが入る懸念が低減され、信頼性の高い光モジュールを製造することができる。
As described above, in the method for manufacturing the
また、本実施形態の光モジュール1の製造方法では、プレート解放工程P4の後、サブマウント4とベースプレート2とを接続するはんだ7の外周側には、圧縮応力が掛かるようにされている。このため、光モジュール1を使用するために光モジュール1の底板を図示しないヒートシンクに固定する際に、ベースプレート2がバイメタル効果による変形と同じ様に変形する場合であっても、はんだの外周側にかかる引っ張り応力が緩和される。従って、光モジュール1はより信頼性を高めることができる。
Moreover, in the manufacturing method of the
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although the said embodiment was demonstrated to the example about this invention, this invention is not limited to these.
例えば、プレート解放工程P4の後において、はんだ7には応力が掛かっていない状態とされても良く、はんだ7の外周側にバイメタル効果による引っ張り応力が残存していても良い。ただし、上記のように、プレート解放工程P4の後、はんだ7の外周側には圧縮応力が掛かることが好ましい。
For example, after the plate releasing step P4, the
また、上記実施形態では、筐体の底板となるベースプレート2が平板状であり、枠体32を有する蓋体3をベースプレート2上に配置する構成とした。しかし、本発明はこのような構成に限らず、例えば、枠体32が予めベースプレート2に接合されていても良い。この場合、ヒーター8上に上記実施形態と同様にして、ベースプレート2を固定する。その後、サブマウント4を枠体32内に収まるようにしてはんだペーストが塗布されたベースプレート2上に配置し、予め枠体32に設けられた孔から光ファイバ50とコネクタ41を導出させる。その後、上記実施形態と同様にして、はんだ7によりベースプレート2にサブマウント4を固定し、ベースプレート2をヒーター8から解放する。その後、筐体の天板となるトッププレート31を枠体32に固定する。このような工程によっても、光モジュールは製造可能であるが、ベースプレート2を加熱面8sに沿ってヒーター8上に固定し易くする観点から、上記実施形態の様に、ベースプレート2が枠体32を別体とされ、平板状とされることが好ましい。
Moreover, in the said embodiment, it was set as the structure which has the
また、鍔部33は必須の構成はない。鍔部33が無い場合、枠体32を直接ベースプレート2上に固定する。この場合、はんだ付けにより固定したり、枠体32にねじ孔を形成しておきベースプレート2にねじ止めして固定したりすれば良い。このように鍔部33を有さない場合、光モジュール1を小型化することができる。ただし、鍔部33を有することで、安定して容易に枠体32をベースプレート2上に固定することができる。
Moreover, the
また、上記実施形態では、はんだ7がサブマウント4の中心からサブマウント4の外周にかけて徐々に厚くされた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、上記光モジュールの製造方法を用いて製造された光モジュール1において、ベースプレート2の元に戻ろうとする力により、結果として、はんだ7の厚みが全体的に均一とされても良い。
In the above embodiment, the
以上説明したように、本発明によれば、信頼性の高い光モジュールを製造し得る光モジュールの製造方法が提供され、例えば、ファイバレーザ装置等の分野において使用することができる。 As described above, according to the present invention, an optical module manufacturing method capable of manufacturing a highly reliable optical module is provided, and can be used, for example, in the field of fiber laser devices and the like.
1・・・光モジュール
2・・・ベースプレート
3・・・蓋体
4・・・サブマウント
8・・・ヒーター
8s・・・加熱面
11・・・レーザダイオード
12・・・レーザマウント
13・・・ミラー
14・・・第1集光レンズ
15・・・第2集光レンズ
31・・・トッププレート
32・・・枠体
33・・・鍔部
41・・・コネクタ
42・・・コネクタホルダ
45・・・ブッシュ
50・・・光ファイバ
51・・・ホルダ
52・・・ファイバマウント
55・・・ブッシュ
P1・・・部品固定工程
P2・・・プレート固定工程
P3・・・サブマウントはんだ付工程
P4・・・プレート解放工程
P5・・・蓋体固定工程
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ベースプレートよりも線膨脹係数が小さなサブマウントを前記ベースプレート上にはんだ付けするサブマウントはんだ付工程と、
前記サブマウントがはんだ付けされた前記ベースプレートの前記ヒーターへの固定を解放するプレート解放工程と、
を備える
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。 A plate fixing step of fixing a base plate having a flat bottom surface serving as a bottom plate of the housing on a heater having a convex heating surface so that the bottom surface follows the heating surface;
A submount soldering step of soldering a submount having a smaller linear expansion coefficient than the base plate onto the base plate;
A plate releasing step for releasing the fixing of the base plate to which the submount is soldered to the heater;
An optical module manufacturing method comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の光モジュールの製造方法。 The method of manufacturing an optical module according to claim 1, wherein the submount is pressed toward the base plate in the submount soldering step.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光モジュールの製造方法。 3. The method of manufacturing an optical module according to claim 1, wherein the submount is vibrated in the submount soldering step.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光モジュールの製造方法。
4. The optical module according to claim 1, wherein a compressive stress is applied to an outer peripheral side of the solder connecting the submount and the base plate after the plate releasing step. 5. Method.
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