(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
床部材を有する基板と、
基板に結合された第１の光学素子と、
第２の光学素子と、
第２の光学素子および基板に結合され、第２の光学素子を第１の光学素子と光学的に位置合わせされた状態に維持する非平面状たわみ部材とを備え、
前記たわみ部材が、前記第２の光学素子の光軸方向の第１の端部において第１の複数のばね領域を使用して本体に結合された第１の対の脚部、および、前記第２の光学素子の前記光軸方向の第２の端部において第２の複数のばね領域を使用して前記本体に結合された第２の対の脚部をそれぞれ有する複数の脚部を備え、
前記第１の対の脚部および前記第２の対の脚部が、前記基板に結合され、
前記たわみ部材の前記本体が、前記第２の光学素子の光軸方向の第１の端部において前記第１の複数のばね領域に結合された第１の部分と、前記第２の光学素子の前記光軸方向の第２の端部において前記第２の複数のばね領域に結合された第２の部分と、前記第１の部分および前記第２の部分の間の首部領域とを含み、
前記首部領域が、前記基板に平行な面内の、前記第２の光学素子の前記光軸方向に対して直交する方向に、前記第１の部分および前記第２の部分に対して小さくされた幅を有し、
前記第２の光学素子のより優れた位置合わせが行われるために、前記第１の対の脚部が前記基板に結合された後から、前記たわみ部材の前記本体の前記第２の部分が、前記たわみ部材の前記首部領域の回りで回転するように構成される
光電子パッケージ。
【請求項２】
前記複数の脚部の前記第１の対を前記首部領域のより近くに位置する前記本体に結合する前記ばね領域の総面積が、前記複数の脚部の前記第２の対を前記本体に結合するばね領域の総面積よりも少ない請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項３】
前記複数の脚部の少なくとも１つが、前記たわみ部材を前記基板に結合するために使用される少なくとも１つの孔を備える請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項４】
前記たわみ部材を前記基板に連結するスポット溶接部が、前記複数の脚部の少なくとも１つの前記少なくとも１つの孔に作られる請求項３に記載の光電子パッケージ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの孔が、少なくとも１つのスロットを備える請求項３に記載の光電子パッケージ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの孔が一対の穴を備え、これら一対の穴の間に溶接位置が位置する請求項３に記載の光電子パッケージ。
【請求項７】
前記一対の穴が一対のスロットを備え、前記溶接位置がこれら一対のスロットの間のストリップである請求項６に記載の光電子パッケージ。
【請求項８】
前記第１の光学素子がエッジ結合型電子素子を備える請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項９】
前記第１の光学素子がエッジ結合型電子素子を備え、第２の光学素子が光ファイバを備える請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項１０】
前記エッジ結合型電子素子がレーザ・ダイオードを備える請求項８に記載の光電子パッケージ。
【請求項１１】
前記第２の光学素子がレンズを備える請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項１２】
前記第２の光学素子が光ファイバを備える請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項１３】
前記光ファイバが単一モード光ファイバである請求項１２に記載の光電子パッケージ。
【請求項１４】
前記基板に取り付けられたフレームをさらに備え、前記たわみ部材の脚部がフレームに取り付けられる請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項１５】
前記第２の光学素子が光ファイバであり、たわみ部材がファイバ溝をさらに備える請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項１６】
前記たわみ部材が、前記たわみ部材の本体に剛性を付加する側面領域をさらに備える請求項１に記載の光電子パッケージ。
【請求項１７】
非平面状のたわみ部材であって、第２の光学素子の光軸方向の第１の端部において第１の複数の脚部を有し、前記第２の光学素子の前記光軸方向の第２の端部において第２の複数の脚部を有し、前記第１の複数の脚部および前記第２の複数の脚部のそれぞれは、それぞれのばね領域を用いて前記たわみ部材の本体に結合され、前記たわみ部材の第１の端部に前記第１の複数の脚部を前記本体に結合する少なくとも１つの取り外し可能な部分を有し、第２の光学素子の光軸が光学的に第１の光学素子に粗に位置合わせされるように前記第２の光学素子に結合されると共に前記基板上に置かれたたわみ部材に、前記第１の光学素子を有する基板上で圧力をかけ、
前記たわみ部材の前記第１の端部にある前記第１の複数の脚部を前記基板に結合し、
前記たわみ部材の前記少なくとも１つの取り外し可能な部分を取り外し、
前記たわみ部材の第１の端部の部分と前記たわみ部材の第２の端部の部分との間に首部領域があり、この首部領域が、前記基板に平行な面内の、前記第２の光学素子の前記光軸方向に対して直交する方向に、前記第１の端部の部分および前記第２の端部の部分に対して小さくされた幅を有し、前記取り外し可能な部分を取り外した後、前記たわみ部材の首部領域の周りを回転させることによって前記たわみ部材の前記第２の端部側の部分を移動させて前記第２の光学素子と前記第１の光学素子との間の光学的な位置合わせを調整し、
前記たわみ部材の第２の端部にある前記第２の複数の脚部を前記基板に結合する
ことを有する、パッケージを製造する方法。
【請求項１８】
前記取り外し可能な少なくとも１つの部分が、前記少なくとも１つの脚部を前記たわみ部材の本体に連結するばね部分を備える請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記取り外し可能な少なくとも１つの部分が、前記第１の複数の脚部のそれぞれを前記たわみ部材の本体に連結するばね部分を備える請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記取り外し可能な少なくとも１つの部分が、前記たわみ部材の本体の複数の部分を少なくとも部分的に前記第１の複数の脚部のうちの１つに接合する請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１および第２の複数の脚部を基板に結合することが、第１および第２の複数の脚部を基板に溶接することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１および第２の複数の脚部のうちの少なくとも１つを結合することが、複数の脚部のうちの少なくとも１つを前記基板の各脚部の孔の近くに溶接することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記孔がスロットを備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１および第２の複数の脚部のうちの少なくとも１つを結合することが、前記複数の脚部のうちの少なくとも１つを前記基板の各脚部の一対の孔の間にスポット溶接することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記一対の孔が一対のスロットを備える請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
フレームを前記基板に取り付け、前記たわみ部材を前記フレームに取り付けることをさらに含み、前記脚部が前記基板上または前記フレーム上に位置する請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
プラットフォームを第１の光学素子を取り付ける所定の高さに研磨することをさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
第１の光学素子が取り付けられた位置決め床部材を有する基板に対して、第２の光学素子が取り付けられたたわみ部材を位置決めし、前記たわみ部材が前記第２の光学素子の光軸方向の第１の端部において第１の複数の脚部および前記第２の光学素子の前記光軸方向の第２の端部において第２の複数の脚部を有し、前記たわみ部材が非平面状であり、前記第１の複数の脚部および前記第２の複数の脚部のそれぞれが、それぞれのばね領域を使用して前記たわみ部材の本体に結合され、前記たわみ部材が、前記たわみ部材の第１の端部に前記第１の複数の脚部を前記本体に結合する少なくとも１つの取り外し可能な部分を有し、
第１および第２の光学素子の光軸が前記基板に垂直な垂直平面内で位置合わせされるまで、取外し可能な位置決め工具を使用してたわみ部材上に圧力を加え、
第１および第２の光学素子の光軸が前記基板に平行な水平平面内で位置合わせされるまで、位置決め工具を使用して基板上でたわみ部材を移動させ、
たわみ部材の前記第１の端部にある前記第１の複数の脚部を基板に結合し、
たわみ部材の前記少なくとも１つの取り外し可能な部分を取り外し、
前記たわみ部材の第１の端部の部分と前記たわみ部材の第２の端部の部分との間に首部領域があり、この首部領域が、前記基板に平行な面内の、前記第２の光学素子の前記光軸方向に対して直交する方向に、前記第１の端部の部分および前記第２の端部の部分に対して小さくされた幅を有し、前記取り外し可能な部分を取り外した後、前記たわみ部材の首部領域の周りを回転させることによって前記たわみ部材の前記第２の端部側の部分を移動させて前記第２の光学素子と前記第１の光学素子との間の光学的な位置合わせを調整し、
たわみ部材の第２の端部にある前記第２の複数の脚部を基板に結合することを含む光学パッケージを製造し位置合わせする方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの取り外し可能な部分が、少なくとも１つの脚部を前記たわみ部材の本体に連結するばね部分を備える請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの取り外し可能な部分が、第１の複数の脚部のそれぞれを前記たわみ部材の本体に連結するばね部分を備える請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの取り外し可能な部分が、たわみ部材の本体の複数の部分を少なくとも部分的に前記第１の複数の脚部のうちの１つに接合する請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１および第２の複数の脚部を基板に結合することが、前記第１および第２の複数の脚部を前記基板にスポット溶接することを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１および第２の複数の脚部のうちの少なくとも１つを結合することが、前記複数の脚部のうちの少なくとも１つを前記基板の、各脚部の孔の近くにスポット溶接することを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記孔がスロットを備える請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１および第２の複数の脚部のうちの少なくとも１つを結合することが、前記複数の脚部のうちの少なくとも１つを前記基板の、各脚部の一対の孔の間にスポット溶接することを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記一対の孔が一対のスロットを備え、前記スポット溶接が前記一対のスロットの間のストリップで行われる請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記垂直平面が基板平面に垂直であり、前記水平平面が基板平面に平行である請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
リング・フレームに溝を形成し、前記リング・フレームが前記基板上に配置され、
前記リング・フレームの溝にファイバからなる前記第２の光学素子を取り付け、
前記リング・フレームにキャップを取り付けて気密シールを形成することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
床部材を有する基板と、
基板に結合された第１の光学素子と、
第２の光学素子と、
たわみ部材とを備え、前記たわみ部材が、
本体と、
複数の脚部のうち少なくとも１つが複数の孔を含む複数の脚部と、
それぞれの前記脚部を前記本体に結合する複数のばね領域とを備え、
前記たわみ部材の前記複数の脚部が、前記第２の光学素子の光軸方向の第１の端部において第１の複数のばね領域によって前記本体に結合された第１の対、および、前記第２の光学素子の前記光軸方向の第２の端部において第２の複数のばね領域によって前記本体に結合された第２の対を備え、
前記たわみ部材が非平面状であり、前記たわみ部材が、前記第２の光学素子および前記基板に結合され、前記第２の光学素子を前記第１の光学素子と光学的に位置合わせした状態に維持し、前記複数の脚部の前記第１の対を前記たわみ部材の第１の端部に位置する前記本体に結合するばね領域の総面積が、前記第１の対の脚部が前記基板に結合された後から前記第２の対の脚部が前記基板に結合される前まで前記たわみ部材の前記本体に移動自由度を与える前記複数の脚部の前記第２の対を、前記たわみ部材の第２の端部に位置する前記本体に結合するばね領域の総面積よりも少ない光電子パッケージ。
【請求項４０】
前記複数の脚部の第１の対が、前記たわみ部材の首部領域のより近くに位置し、前記首部領域が、前記第２の光学素子の光軸方向の第１の端部における前記たわみ部材の第１の部分と前記第２の光学素子の前記光軸方向の第２の端部における前記たわみ部材の第２の部分との間にあり、前記基板に平行な面内の、前記第２の光学素子の前記光軸方向に対して直交する方向に、前記たわみ部材の前記第１の部分および前記第２の部分と比べて大きさが小さい請求項３９に記載の光電子パッケージ。
【請求項４１】
前記複数の脚部の少なくとも１つが、前記たわみ部材を前記基板に結合するために使用される少なくとも１つの孔を備える請求項３９に記載の光電子パッケージ。
【請求項４２】
前記たわみ部材を前記基板に連結するスポット溶接部が、前記複数の脚部の少なくとも１つの少なくとも１つの孔に作られる請求項４１に記載の光電子パッケージ。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの孔が、少なくとも１つのスロットを備える請求項４１に記載の光電子パッケージ。
【請求項４４】
前記少なくとも１つの孔が一対の穴を備え、これら一対の穴の間に溶接位置が位置する請求項４１に記載の光電子パッケージ。
【請求項４５】
前記一対の穴が一対のスロットを備え、溶接位置がこれら一対のスロットの間のストリップである請求項４４に記載の光電子パッケージ。
【請求項４６】
前記第２の光学素子が光ファイバであり、前記たわみ部材がファイバ溝をさらに備える請求項３９に記載の光電子パッケージ。
【請求項４７】
前記たわみ部材が、前記たわみ部材の本体に剛性を付加する側面領域をさらに備える請求項３９に記載の光電子パッケージ。
【請求項４８】
パッケージを製造する方法において、
第１の光学素子の光軸が第２の光学素子に光学的に粗に位置合わせされるように、第１の光学素子を有する基板上に置かれた、少なくとも１つの孔を含む複数の脚部を有するたわみ部材に圧力をかけ、前記たわみ部材が非平面状でありかつ前記第２の光学素子に結合されると共に前記基板上に置かれた前記たわみ部材が、前記第２の光学素子の光軸方向の第１の端部に第１の複数の脚部、前記第２の光学素子の光軸方向の第２の端部に第２の複数の脚部を有し、前記第１の複数の脚部および前記第２の複数の脚部のそれぞれが、それぞれのばね領域を使用して前記たわみ部材の本体に結合され、
前記たわみ部材の第１の端部にある前記第１の複数の脚部を前記基板に結合し、
前記第１の複数の脚部が前記基板に結合された後、前記たわみ部材の前記少なくとも１つの取り外し可能な部分を取り外し、前記たわみ部材の首部領域の周りを回転させることによって前記たわみ部材の第２の端部側の部分を移動させて、前記第２の光学素子と前記第１の光学素子との間の光学的な位置合わせを調整し、
前記たわみ部材の第２の端部にある前記第２の複数の脚部を基板に結合し、前記首部領域が、前記たわみ部材の第１の端部の部分と前記たわみ部材の第２の端部の部分との間にあり、前記基板に平行な面内の、前記第２の光学素子の前記光軸方向に対して直交する方向に、前記第１の端部の部分および前記第２の端部の部分に対して小さくされた幅を有することを含む方法。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの取り外し可能な部分が、少なくとも１つの脚部を前記たわみ部材の本体に連結するばね部分を備える請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記少なくとも１つの取り外し可能な部分が、前記第１の複数の脚部のそれぞれを前記たわみ部材の本体に連結するばね部分を備える請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記少なくとも１つの取り外し可能な部分が、前記たわみ部材の本体の複数の部分を少なくとも部分的に前記第１の複数の脚部のうちの１つに接合する請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記第１および第２の複数の脚部を基板に結合することが、前記第１および第２の複数の脚部を前記基板に溶接することを含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１および第２の複数の脚部のうちの少なくとも１つを結合することが、前記複数の脚部のうちの少なくとも１つを前記基板の、各脚部の孔の近くに溶接することを含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
前記孔がスロットを備える請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１および第２の複数の脚部のうちの少なくとも１つを結合することが、前記複数の脚部のうちの少なくとも１つを前記基板の、各脚部の一対の孔の間に溶接することを含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
前記一対の孔が一対のスロットを備える請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
フレームを前記基板に取り付け、前記たわみ部材を前記フレームに取り付け、前記脚部が前記基板上または前記フレーム上に位置することをさらに含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５８】
プラットフォームを第１の光学素子を取り付ける所定の高さに研磨することをさらに含む請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
基板と、前記基板に結合された第１の光学素子とから構成される光電子パッケージの一部となるたわみ部材であって、
本体と、
複数の脚部のうち少なくとも１つが複数の孔を含む複数の脚部と、
それぞれの脚部を前記本体に結合する複数のばね領域とを備え、
前記複数の脚部が、第２の光学素子の光軸方向の第１の端部において第１の複数のばね領域によって前記本体に結合された第１の対、および、前記第２の光学素子の前記光軸方向の第２の端部において第２の複数のばね領域によって前記本体に結合された第２の対を備え、
前記たわみ部材が非平面状であり、前記たわみ部材が前記第２の光学素子を前記第１の光学素子と光学的に位置合わせした状態に維持し、前記複数の脚部の前記第１の対を前記たわみ部材の第１の端部に位置する前記本体に結合するばね領域の総面積が、前記第１の対の脚部が前記基板に結合された後から前記第２の対の脚部が前記基板に結合される前まで前記たわみ部材の前記本体に移動自由度を与える前記複数の脚部の前記第２の対を、前記たわみ部材の第２の端部に位置する前記本体に結合するばね領域の総面積よりも少ないたわみ部材。
【請求項６０】
前記複数の孔が複数のスロットを備える請求項５９に記載のたわみ部材。
【請求項６１】
床部材を有する基板と、
前記基板に結合された第１の光学素子と、
第２の光学素子と、
たわみ部材とを備え、前記たわみ部材が、
本体と、
複数の脚部のうち少なくとも１つが複数の孔を含む複数の脚部と、
それぞれの脚部を前記本体に結合する複数のばね領域とを備え、
前記たわみ部材が非平面状であり、前記たわみ部材が前記第２の光学素子および前記基板に結合され、前記第２の光学素子を前記第１の光学素子と光学的に位置合わせした状態に維持し、
前記たわみ部材の第１の端部における第１の対の脚部が前記たわみ部材の前記本体の周りを回転させて前記基板に結合された後から、前記たわみ部材の第２の端部における第２の対の脚部が前記基板に結合される前まで、前記たわみ部材の前記第１の端部に前記複数の脚部を前記本体に結合する少なくとも１つの取り外し可能な部分を有し、
前記複数の脚部が、前記第２の光学素子の光軸方向の第１の端部において第１の複数のばね領域によって前記本体に結合された第１の複数の脚部、および、前記第２の光学素子の前記光軸方向の第２の端部において第２の複数のばね領域によって前記本体に結合された第２の複数の脚部を備え、
前記たわみ部材の前記本体が、前記たわみ部材の第１の端部における第１の部分と、前記たわみ部材の第２の端部における第２の部分と、前記第１の部分および前記第２の部分の間の首部領域とを含み、
前記首部領域が、前記基板に平行な面内の、前記第２の光学素子の前記光軸方向に対して直交する方向に、前記第１の部分および前記第２の部分に対して小さくされた幅を有し、
前記たわみ部材の前記第１の端部における前記第１の複数の脚部が、前記基板に結合され、
前記たわみ部材の少なくとも１つの取り外し可能な部分を取り外した後、前記たわみ部材の前記第２の端部の部分を、前記第２の光学素子と前記第２の光学素子のと間の光学的な位置合わせを調整するために、前記たわみ部材の前記首部領域回転させることによって移動させるパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】    （発明の分野）
本発明は、光学素子を有する光電子アセンブリと、その光電子アセンブリを作製する方法に関し、特に、準平面状基板上に取り付けられた光学素子およびたわみ部材を有するアセンブリと、そのアセンブリを作製する方法とに関する。
【０００２】    （発明の背景）
光ファイバを内蔵し、保護し、結合すると共に、光電子素子を電気的に接続するには密封されたパッケージが必要である。光電子機器の実装は、光電子機器を製造する際に最も困難でコストのかかる作業である。光電子パッケージは、光学素子間をサブミクロン単位で位置合わせし、高遠で電気接続し、優れた熱放散を与え、および高い信頼性を与えなければならない。このような特徴を与えなければならないため、光電子パッケージは、電子パッケージと比べて大形になり、コストが高くなり、製造がより困難になっている。また、今日の高性能バタフライ・パッケージは、機械部品（サブマウント、ブラケット、フェルールなど）の数が多く、三次元（３Ｄ）位置合わせが必要であり、各機械部品へのアクセスが難しいことを特徴としているため、光電子パッケージの現在の構造および関連する製造プロセスはオートメーションに適していない。
【０００３】  Ｋｏｖａｔｚの米国特許第４９５３００６号は、エッジ結合型電子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、窓を有するカバーを含み、たとえば、レーザなどの光電子デバイスをレンズや光ファイバなどの外部光学機器に結合することができる。このパッケージでは気密性および高速電気接続が実現されるが、コリメーション光学機器または結合光学機器、あるいは光ファイバを取り付け、位置合わせする方法を提供していない。
【０００４】  ＫｌｕｉｔｍａｎｓおよびＴｊａｓｓｅｎｓの米国特許第５００５１７８号ならびにＳｈｉｇｅｎｏの米国特許第５２２７６４６号も、光学素子および光電子素子用のパッケージを開示している。Ｋｌｕｉｔｍａｎｓ等は、光ファイバに結合されたレーザ・ダイオード用のパッケージについて論じている。このパッケージは、レーザを高速で使用できるように導電ロッドを含む。Ｓｈｉｇｅｎｏは、密閉されたレーザ・ダイオードを冷却するヒート・シンクについて説明しており、この場合、レーザ・ダイオードは好ましくは光ファイバに結合される。しかし、上記のどちらの特許でも、パッケージを構築する際にレーザ・ダイオードを光ファイバと位置合わせすることは困難である。どちらの構造も、多数の部品を複雑な三次元構成で使用し、自動化された組立てには適していない。Ｆａｒｍｅｒの米国特許第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しているが、レーザを他の光学機器に結合する効率的な手段は提供していない。
【０００５】  位置合わせの困難さは、パッケージの製造時に溶接が行われる場合にさらに問題になる。溶接プロセスの結果として、溶接中の構造にシフトが起こる。したがって、溶接の前に何かを位置合わせしても、溶接プロセスの結果によってそのようなシフトが起こる可能性がある。ミクロン単位の精度が必要な場合、このようなシフトは全体的な歩留まりに影響を与える。このシフトを軽減するための好ましい技術はない。
【０００６】  本発明の実施によって、従来技術のこの制限を解消する。
【０００７】    （発明の概要）
光電子パッケージについて説明する。一実施態様では、光電子パッケージは、床部材を有する基板と、基板に結合された第１の光学素子と、第２の光学素子と、第２の光学素子および基板に結合され、第２の光学素子を第１の光学素子に光学的に位置合わせするたわみ部材とを含む。一実施態様では、たわみ部材は、ばね領域を使用して本体に結合された複数の脚部を有し、たわみ部材の本体は２つの部分を含み、これらの部分は、本体の、その部分に対してかなり小さくされた幅を有する領域で接合する。
【０００８】  本発明は、以下の詳細な説明と、本発明の様々な実施形態に関する添付の図面とからより完全に理解されよう。しかし、これらの実施形態は本発明を特定の実施形態に制限するとみなすべきものではなく、説明および理解のみのためのものである。
【０００９】    （詳細な説明）
光電子アセンブリについて説明する。以下の説明では、説明の都合上、本発明を完全に理解していただくために多数の特定の細部について記載する。しかし、当業者には、このような特定の細部なしに本発明を実施できることが明らかになろう。他の例では、本発明を曖昧にすることを避けるために公知の構造および装置がブロック図形で示されている。
【００１０】概要
光電子素子用のパッケージと、そのパッケージを作製する方法を開示する。このパッケージは、１つまたは複数の光学素子に結合されたたわみ部材を使用して、各素子を支持すると共に、１つまたは複数の素子をパッケージ内で位置合わせする。このたわみ部材は、典型的には、ピック・アンド・プレース取付け方法の一部としてパッケージの内部の一部に取り付けられる（たとえば、溶接される）。このパッケージの実施形態は、各光学素子のサブミクロン単位の位置合わせの一部として使用される溶接が、溶接シフトを軽減し、場合によっては最小限に抑えながら行われるという点で有利である。一実施形態では、位置合わせは３Ｄ調整可能である。これらの特徴について以下に詳しく論じる。
【００１１】  高性能光電子パッケージにおいて、重要な光学素子には、プラットフォーム高さ制御と二次元ピック・アンド・プレースとの組合せで得られるよりも厳密な配置が必要である。これは、光学結合効率を高くするためにミクロンよりも小さな単位の精度で位置合わせする必要のある単一モード・ファイバの場合である。一実施形態では、このような素子は、垂直方向のわずかな調整を可能にする小形たわみ部材を使用して取り付けられている。一実施形態では、たわみ部材は、エッチングまたはスタンピングされ、次いでプレス内で湾曲させられた薄いばね鋼で作られている。たわみ部材は、基板上に位置するか、またはフレームの各側に位置する２つ以上の脚部を備えることができる。一実施形態では、脚部は、光学素子を支持またはクランプ止めする本体によって接合されている。ばね性を有する材料の２つの部分によって脚部が本体に接合されている。
【００１２】  たわみ部材は、自然な（たわんでいない）状態で、本体に取り付けられた光学素子の光軸がパッケージの光学面のわずかに上方に位置するように構成することができる。高さの最終的な調整は、たわみ部材に圧力を加え、したがって、本体の高さを低くすることによって行われる。基板の平面に平行な平面内でたわみ部材を引っ張り、横方向の位置を補正することができる。位置合わせが適切に行われると、脚部が永久的にフレームまたは基板に取り付けられる。この取付けはたとえば、レーザ溶接、はんだ付け、または接着によって行うことができる。たわみ構造の他の修正例では、たわみ部材は２つよりも多くの脚部を有する。第１の脚部対は、おおざっぱな光学的位置合わせを行った後でフレームに取り付けられる。次いで、２つの第１の脚部が取り付けられた後に残った可撓性を使用して、たわみ部材が厳密に再位置合わせされる。最適な位置に達した後、残りの脚部が取り付けられる。
【００１３】  したがって、本発明の少なくとも１つの実施形態は、各素子がパッケージ内で容易にかつ厳密に位置合わせされるような光学素子用のパッケージを提供する。このようなパッケージは安価に自動化可能な方法で製造することができる。
【００１４】  光学パッケージの実施形態は、パッケージ内の光学素子の厳密な位置合わせを維持しながらパッケージを低コストで大量生産できるという利点を有する。
【００１５】  図１は、フレーム３２およびたわみ部材２４を有する光電子アセンブリ１０の一実施形態を示している。アセンブリ１０は、ほぼ平面状でよい位置決め床部材１４を有する基板１２も含み、基板１２は、小さな熱膨張係数を有する絶縁領域を備えている。一実施形態では、隆起したプラットフォームが位置決め床部材１４上に形成されている。
【００１６】  一実施形態では、パッケージは、取付け表面およびパッケージの底壁を形成する位置決め床部材を有する基板を備えている。一実施形態では、基板およびその位置決め床部材はほぼ平面状である。一実施形態では、隆起した１つまたは複数のプラットフォームが取付け面上に設けられている。隆起したプラットフォームは、基板の床部材に取り付けられた、たとえば銅タングステン、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、ダイヤモンド、窒化ホウ素などの高熱伝導率材料で作られたサブマウントでよい。隆起したプラットフォームは、たとえばはんだ付けやろう付けによって取り付けることができ、または場合によっては基板材料自体の一部であってよい。
【００１７】  光学素子または各素子は位置決め床部材１４およびプラットフォーム２０上に取り付けられている。一実施形態では、基板１２上にレンズ１６が取り付けられ、たとえばレーザ・ダイオードなどの端部発光光電子素子１８がプラットフォーム２０上に取り付けられる。他の光学素子を使用することができる。
【００１８】  たとえば、はんだ付け、ろう付け、溶接などによって、たわみ部材２４に光学素子２２が取り付けられている。一実施形態では、たわみ部材２４は、２つの脚部２６、２７、本体３０、及び脚部２６、２７と本体３０との接合部にある２つのばね領域２８、２９を備えている。一実施形態では、素子２２は単一モード光ファイバであるが、他の光学素子との光学的位置合わせを必要とするあらゆる素子でよい。
【００１９】  基板１２にフレーム３２を取り付けることができる。脚部２６、２７の端部はフレーム３２に取り付けられている。たわみ部材２４とその取付け方法について以下に詳しく論じる。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を有している。溝３６によって、ファイバ２２はパッケージの外側まで気密に通過することができる。
【００２０】  フレーム３２にキャップ３８が取り付けられ、それによって気密シールが形成されている。一実施形態では、キャップ３８は、トップ・ハット状を有すると共に、フレーム３２の外側部分および溝３６およびファイバ２２上を気密に密封することのできる周辺リップ４０を有している。気密シールは、シーム溶接、はんだ付け、接着などのプロセスによって形成することができる。
【００２１】  一実施形態では、ワイヤ・ボンド４２によって、能動光学素子１８が、位置決め床部材１４の頂面側にある導電パターン４４に接続されている。充填された導電ビア４６は、パターン４４を位置決め床部材１４の底面側の導電パターン４８に気密に接続している。他のビア（図示せず）を通してパッケージ内部の電子素子に接続されるピン５０も位置決め床部材１４の底面側に設けられている。パターン４８とパターン４４の組合せおよび充填されたビア４６は、気密エンクロージャ内部の光電子素子からの電気信号をパッケージ１０の周辺にあるピン５０に気密に分配する効率的な低寄生機構を形成している。あるいは、表面取付け用のパッケージの下方のボール・グリッド・アレイに信号を分配することができる。
【００２２】  図２Ａから図２Ｃ、図３Ａから図３Ｃ、図４Ａおよび図４Ｂはたわみ部材位置合わせ装置および位置合わせ方法を示している。一実施形態では、たわみ部材２４は本体３０ならびに２つの脚部２６、２７を備えている。２つのばね領域２８、２９は脚部２６、２７を本体３０に連結している。脚部２６、２７の末端はフレーム３２に配置されている。代替構造では、脚部の末端は、直接、基板１２上に配置されている。本体３０は光学素子２２を保持している。一実施形態では、光学素子２２は光ファイバを備えている。一実施形態では、たわみ部材２４は、フラット・スタンピングまたはエッチングされたばね鋼片で作ることが好ましい。ばね領域２８、２９は、金属の厚さの２分の１を化学的に除去することによって形成することができる。たわみ部材２４は、ほぼ平坦であり、脚部２６、２７およびばね領域２８、２９を形作るようにプレス内で成形され、次いで高温でアニーリングされ材料にばね性が与えられる。代替実施形態では、材料はすでにばね性を有しており、したがって、アニーリングは必要とされない。一実施形態では、たわみ部材２４の厚さは約１７０ミクロンであり、ばね領域２８、２９の厚さは約８５ミクロンである。以下の説明から、光学素子２２の三次元位置合わせを厳密に行えるように脚部２６、２７、本体３０、ならびにばね領域２８、２９を構成するにはどうすべきかが明らかになろう。
【００２３】  このプロセスではまず、たとえばはんだ付けや接着などのプロセスによってたわみ部材２４の本体３０に光学素子２２が取り付けられる。次いで、たわみ部材２４およびそれに取り付けられた光学素子が取り上げられ、図２Ａに示すように、光学アセンブリ１０上に、おおざっぱに位置合わせされた状態で落される。この時点で、たわみ部材２４はフレーム３２上（無リング実施形態では基板１２上）に乗っているに過ぎず、さらなる取付け方法は使用されない。少なくとも１つの第１の光学素子１６がすでに光学アセンブリ１０上に取り付けられており、光軸ＯＡを形成している。この光軸に対して、たわみ部材２４を使用して光学素子２２およびその光軸ＢＣが位置合わせされる。一実施形態では、たわみ部材２４が位置合わせされる前にレーザ・ダイオード１８およびレンズ１６が光学アセンブリ上に取り付けられている。一実施形態では、たわみ部材２４は、図２Ｂのアセンブリ１０の側面図に示すように、光軸ＢＣが光軸ＯＡよりも高くなるように構成されている。一実施形態では、ＢＣは、たわみ部材２４に圧力がかけられていないときにはＯＡよりも約１００ミクロンから２００ミクロン高い。図２Ｃのアセンブリの平面図は、軸ＯＡと軸ＢＣが、たわみ部材２４の水平面位置合わせにおいて互いにずれてもよいことを示している。
【００２４】  取外し可能な位置合わせ工具５２は、本体３０の頂部に圧力をかけるために使用される。工具５２は、本体３０上の整合する把持穴５８および５９にはまる円錐状端部５６および５７を有するピン５５および５４も備えている。図４Ａおよび図４Ｂ内の位置合わせ工具の形状が一例として与えられているに過ぎないことが明らかであろう。一時的にたわみ部材上にクランプ止めされ本体３０に圧力をかける能力を有する他の工具を当業者によって設計することができる。たとえば、たわみ部材および工具の互いに整合する数組の溝によってピンと穴の連動構造を置き換えることができる。真空工具を使用することもできる。
【００２５】  厳密な位置合わせステップでは、工具５２が本体３０上に下降させられる。円錐状先端５６および５７が穴５８および５９に密にはめられる。工具は本体３０に圧力をかけ、ばね領域２８、２９が圧力の下で湾曲する。これにより、脚部２６、２７が広がり、図３Ｂに示すように、軸ＢＣが下降し軸ＯＡに位置合わせされる。工具５２はまた、取付け床部材１４の平面に平行な平面内で移動し、図３Ｃの平面図を見るとわかるように軸ＯＡと軸ＢＣが水平方向および長手方向で位置合わせされるまで、たわみ部材２４および脚部２６を引っ張る。一実施形態では、レーザ１８に電力が供給され、かつたわみ部材２４が厳密な位置合わせを受けている間、ファイバの出力での結合電力を測定することによって位置合わせが監視される。所望の位置合わせが得られた後、リング・フレーム３２または基板１２に脚部の末端が取り付けられる。１つの取付けプロセスは、レーザ光線６２によるレーザ・マイクロ溶接であり、この場合、溶接スポット６０および６１が形成される。溶接スポットによって金属製脚部２６は永久的に金属製リング・フレーム３２に取り付けられる。ＵＶ硬化可能接着剤、エポキシ、はんだ付けなど、他の取付けプロセスを使用することもできる。脚部の最終的な取付けが完了した後、工具５２はアセンブリから持ち上げられ、図３Ｂおよび３Ｃに示す位置合わせされたアセンブリが残る。
【００２６】  大部分の取付けプロセスでは、取付け作業中にわずかな望ましくないシフトまたはドリフトが起こる。接着剤の場合、シフトは通常、接着剤が収縮することによって起こる。はんだ付けの場合、シフトは、凝固相中のはんだの体積が変化し、かつ温度サイクル中に各部が膨張し収縮することによって起こる。レーザ溶接では通常、溶接後のシフトが観測される。
【００２７】  図４Ａは、このようなシフトの効果を低減させ、場合によっては最小限に抑え、より高い位置合わせ精度および再現性をもたらすあるたわみ部材実施形態を示している。図４Ａのたわみ部材７０は、２対の脚部、すなわち、前方脚部対２６、２７と後方脚部対７４および７５を備えている。前方脚部対は、図４Ｂに示すように光学素子１６の近傍に位置しており、工具５２ならびに把持穴５８および５９を使用し前述の方法に従って位置合わせされる。前方脚部２６、２７は、たとえばレーザ溶接スポット６０および６１を使用して、前述のように永久的にフレーム３２に取り付けられる。取付け後のシフトは、工具５２と後方脚部対７４および７５に近接して位置する後方把持穴７６および７７とを使用することによって第２の対の位置合わせステップで補正される。たわみ部材７０の残りの可撓性により、工具５２を用いてたわみ部材７０の後部を移動させることによって光学素子２２の先端８０のわずかな位置決め補正を行うことができる。第２の対の位置合わせの後で、レーザ溶接スポット７８および７９によってフレーム３２に後方脚部が取り付けられる。次いで、位置合わせ工具５２がアセンブリから持ち上げられる。以下に詳しく論じるように、溶接プロセスに対処する他の方法がある。
【００２８】代替たわみ部材実施形態
図５は、図４Ａのたわみ部材の代替実施形態を示している。図５を参照するとわかるように、たわみ部材は本体８６、２対の脚部を含んでおり、この場合、２つの前方脚部を連結するばね部８２は小さくなっている。図５で、関連する前方脚部８１を本体８６に結合する本体ばね部８２の総面積は、後方脚部８５を本体８６に結合するばね部８３および８４の総面積よりも小さい。このため、前方脚部が連結（たとえば、溶接）された後で本体８６に追加の移動自由度が与えられる。前方の１組の脚部を溶接してから後方の１組の脚部を溶接するまでの間に、上述のように、たわみ部材に結合された光ファイバ（またはその他の素子）を、上記の追加の移動自由度を使用して位置合わせすることができる。この自由度はたわみ部材の部分８９を除去することによって実現される。この除去は、脚部８１がパッケージ内に取り付けられた後で行うことができる。
【００２９】  図６は、たわみ部材の代替実施形態である。図を参照するとわかるように、たわみ部材は本体９６と２対の脚部を含む。この場合、２つの前方脚部をたわみ部材本体に連結するばね部分９０および９１は、図４Ａに示す実施形態と比べて小さくなっている。しかし、部分９３と９４の形状によって、本体８６と前方脚部との間により大きな機械的経路が形成され、したがって、機械的可撓性が高くなる。
【００３０】  図７は、図４Ａのたわみ部材の代替実施形態を示しており、この場合、各脚部（または全脚部のうちのいくつか）が一対の穴を有し、これらの穴の間で、レーザ・パルスを使用してスポット溶接が行われ、たわみ部材が基板に連結される。図７を参照するとわかるように、一方の後方脚部は穴１０１、１０２を有するように示されている。穴１０１と穴１０２の間の位置１０３でスポット溶接が行われ、たわみ部材の脚部が基板に固定される。同様に、穴１０４、１０５は、それらの間にスポット溶接位置１０６を有するように示されている。図７のたわみ部材が、ファイバが配置される溝１１５も含むことに留意されたい。
【００３１】  図８は、図７に示すたわみ部材の代替実施形態を示している。図８を参照するとわかるように、たわみ部材は、基板に対するスポット溶接またはその他の連結用の位置として使用される穴１１０５を含んでいる。図７と同様に、図８は、たわみ部材の本体が上下に移動（すなわち、基板に接近する方向および基板から離れる方向に移動）できるようにするばね部１１０９を有している。たわみ部材は、たわみ部材の前方脚部が取り付けられてから後方脚部が溶接されるまでの間に取り外される抜取り領域または取外し領域１１０３、１１０４も含んでいる。このことは、取外し領域１１０３、１１０４が取り外された後、たわみ部材の本体が首部領域１１０１の周りで回転すると共に、ファイバが領域１１０２内で移動することができるようになり、たわみ部材に結合された光ファイバ（または素子）のより優れた位置合わせが行われるという点で有利である。したがって、たわみ部材の本体は、首部領域１１０１で接合される部分を有しており、首部領域１１０１は（平面図で見たときに）その部分よりもずっと小さい。
【００３２】  一実施形態では、光電子アセンブリを組み立て、たわみ部材を基板に連結する際、組立てプロセスは、前方脚部を基板に取り付けることから始まり、次いで取外し領域１１０３、１１０４を取り外す一連のステップを含む。取外し領域１１０３、１１０４を取り外した後、たわみ部材が首部領域１１０１で回転し、領域１１０２に対して自由に移動できるようにたわみ部材を移動させることによって、（すでに溝領域１１１０に結合されている）ファイバまたはその他の素子が位置合わせされる。位置合わせが行われた後、たわみ部材の後方脚部が基板に連結される。
【００３３】  図９は、図８のたわみ部材実施形態の変形例を示している。図９を参照するとわかるように、たわみ部材を基板に連結する溶接領域は、穴１１０５ではなくスロット１２１５の形である。このスロットは、接続できる表面領域の長さを大きくするという利益をもたらす。たとえば、たわみ部材が基板上に配置されて基板の方へ押され、各光学素子が光学的に位置合わせされた後、脚部が広がる。脚部がより大きく広がるので、連結点として円形の穴を有する場合とは異なり、スロットの一部が（その長さのために）基板と接触したままになる可能性が大きくなる。脚部が連結点として円形の穴を使用するに過ぎないときは、たわみ部材が基板の方へ押された後、穴がもはや基板に直接接触しなくなり、溶接プロセスがより困難になる可能性がある。
【００３４】  図１０は、図８のたわみ部材の代替実施形態を示している。図１０を参照するとわかるように、たわみ部材は、たわみ部材本体に結合されたファイバの位置合わせを容易にするために、前方脚部が基板に取り付けられてから後方脚部が連結されるまでの間に取り外される取外し領域１３０１および１３０２を含んでいる。たわみ部材の本体に結合された光学素子（たとえば、ファイバ）が、たわみ部材の、基板に面する下側部分に取り付けられること（たとえば、はんだ付け、接着など）に留意されたい。
【００３５】  図１１は、後方脚部を固定する前のたわみ部材の移動を容易にするために、たわみ部材が基板に連結された後で前方の２つの脚部の各脚部上のたわみ部材の２つの領域が取り外されるたわみ部材の代替実施形態を示している。図１１を参照するとわかるように、部分１４０１、１４０２、１４０３、および１４０４は、領域１４０５などの領域が１つの脚部をたわみ部材の本体に連結するように、前方脚部が基板に固定された後で取り外される。この取外しによって、図８および図９に示すたわみ部材と同様なたわみ部材が得られる。たわみ部材は、より高い可撓性をもたらすスロットを脚部上にも含んでいる。たわみ部材本体に結合された光学素子（たとえば、ファイバ）が、たわみ部材の、基板に面する下側部分に（たとえば、はんだ付け、接着などで）取り付けられることに留意されたい。
【００３６】  図１２は、領域１５０１および１５０２に結合されたたわみ部材の前方脚部を固定した後で領域１５０１および１５０２が取り外され、それによって、ファイバを位置合わせする際に首部領域１５０３がピボットとして働くことができる、たわみ部材の他の実施形態を示している。たわみ部材は、本体に剛性を付加する側面領域１５０５および１５０６も含んでいる。たわみ部材本体に結合された光学素子（たとえば、ファイバ）が、たわみ部材の、基板に面する下側部分に（たとえば、はんだ付け、接着などで）取り付けられることに留意されたい。
【００３７】  図１３は、前方脚部を基板に固定した後で、前方脚部を部分的にたわみ部材本体に結合する領域１６０１および１６０２が取り外され、ファイバを位置合わせする際にたわみ部材の後部が首部領域１６０３の周りで移動することができる、たわみ部材の他の代替実施形態を示している。各脚部は一対のスロットを有している。このたわみ部材実施形態の脚部の固定は、たわみ部材の、各脚部上のスロット１６０５とスロット１６０４の間の１６０６などの領域における溶接によって行われる。剛性の領域１６０７はたわみ部材への支持を付加する。
【００３８】  図１４は、たわみ部材の代替実施形態を示している。このたわみ部材は、スチフネス性および剛性を付加するために本体上に側面領域、すなわち剛性化部材１７０６を含んでいる。この場合も、図１４のたわみ部材は、取外し可能な領域１７０１および首部領域１７０３を含んでおり、組立てプロセス中に溝１７０５に配置され結合されるファイバの位置合わせを可能にする。
【００３９】  図１５は、たわみ部材の他の実施形態を示している。このたわみ部材の首部領域と図１４の首部領域との顕著な違いは、ピボット継手とファイバ先端との間の距離が異なることである。
【００４０】  組立てプロセスを容易にするために、一実施形態では、たわみ部材は、ファイバを心合わせするためのテール領域を含んでいる。図１６、図１７、図１８、および図１９は、フィンを有するたわみ部材の代替実施形態を示している。図１６および図１８は、ファイバを支持する溝の各側の、フィンの形のこのような心合わせ領域を示している。図１６を参照するとわかるように、フィン１９０１および１９０２はファイバを心合わせするために使用される。また、図１８のたわみ部材は、たわみ部材を溶接するための溶接ストリップまたは溶接／接触領域１９０５と、剛性領域とを有している。同様に、図１７を参照するとわかるように、フィン２００１、２００２がファイバを心合わせするために使用される。
【００４１】  本明細書で説明した機械的システムは、磁気記録ヘッド、ＭＥＭ、医療機器など、同様な位置合わせ公差を有する他の精密部品を位置合わせするために使用することができる。
【００４２】  当業者には、上記の説明を読了した後で本発明の多数の変形形態および修正形態が明らかになることは間違いないが、一例として図示し説明した任意の特定の実施形態が制限とみなすべきものでは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の参照は、特許請求の範囲を制限するものではなく、特許請求の範囲は基本的に、本発明に必須とみなされる特徴のみを記載したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光電子パッケージ・アセンブリの一実施形態を示す図である。
【図２】  Ａ：たわみ部材を取外し可能な位置決め工具に位置合わせする前のアセンブリの斜視図である。  Ｂ：たわみ部材を位置合わせする前のアセンブリの側面図である。  Ｃ：たわみ部材を位置合わせする前のアセンブリの平面図である。
【図３】  Ａ：たわみ部材が取外し可能な位置決め工具を使用して位置合わせされているアセンブリの斜視図である。Ｂ：たわみ脚部を位置合わせし最終的に取り付けた後のアセンブリの側面図である。Ｃ：たわみ脚部を位置合わせし取り付けた後のアセンブリの平面図である。
【図４】  Ａ：４脚たわみ部材の一実施形態を示す図である。Ｂ：４脚たわみ部材の後部脚部を使用する微細位置合わせステップを示す図である。
【図５】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図６】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図７】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図８】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図９】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１０】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１１】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１２】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１３】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１４】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１５】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１６】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１７】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１８】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１９】  たわみ部材の代替実施形態を示す図である。
【図１】
0005411399.tif 000002
【図２】
0005411399.tif 000003
【図３】
0005411399.tif 000004
【図４】
0005411399.tif 000005
【図５】
0005411399.tif 000006
【図６】
0005411399.tif 000007
【図７】
0005411399.tif 000008
【図８】
0005411399.tif 000009
【図９】
0005411399.tif 000010
【図１０】
0005411399.tif 000011
【図１１】
0005411399.tif 000012
【図１２】
0005411399.tif 000013
【図１３】
0005411399.tif 000014
【図１４】
0005411399.tif 000015
【図１５】
0005411399.tif 000016
【図１６】
0005411399.tif 000017
【図１７】
0005411399.tif 000018
【図１８】
0005411399.tif 000019
【図１９】
0005411399.tif 000020