(57)【要約】【課題】  支持基板表面上における光学素子の配置精度を容易に向上させることの可能な光モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】  支持基板１１０にホログラム１１４，１１６を形成し，レンズ素子１２０にホログラム１２７，１２８を形成する工程と，レンズ素子を支持基板に配置する工程と，ホログラムに再生光２０１，３０１を当てることにより再生される実像２０２，３０２から，支持基板とレンズ素子との間の配置精度を測定する工程と，測定結果に基づいて，レンズ素子を支持基板に実装する工程とを含む。支持基板上に光学素子を配置する際に，レンズ素子および支持基板上にあらかじめホログラムを形成し，実装時に再生光を当てることで再生される実像をアライメントマークにすることにより，各素子間の距離の測定を容易に行うことができ，レンズ素子の配置精度を容易に向上させることが可能である。【選択図】  図６
2006195366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に少なくともレンズ素子を実装した光モジュールの製造方法であって，
前記支持基板の所定位置および前記レンズ素子の所定位置にホログラムを形成する工程と，
前記レンズ素子を前記支持基板に配置する工程と，
前記ホログラムに再生光を当てることにより再生される実像から，前記支持基板と前記レンズ素子との間の配置精度を測定する工程と，
前記測定結果に基づいて，前記レンズ素子を前記支持基板に実装する工程と，
を含むことを特徴とする，光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記支持基板は，横断面がＶ字形状の溝が形成されており，
前記レンズ素子は，前記支持基板に形成された横断面がＶ字形状の溝に実装されることを特徴とする，請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記レンズ素子は，前記支持基板への実装時に使用されるハンドリング部を備え，前記ハンドリング部に前記ホログラムを形成することを特徴とする，請求項１または２に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項４】
所定位置にホログラムが形成された支持基板上に，所定位置にホログラムが形成されたレンズ素子を実装する際に用いられる実装機であって，
前記支持基板に形成されたホログラムおよび前記レンズ素子に形成されたホログラムに再生光を照射する照射手段と，
前記ホログラムに再生光を当てることにより再生される実像から，前記レンズ素子と前記支持基板との間の配置精度を測定する測定手段と，
前記測定結果に基づいて，前記レンズ素子を前記支持基板に実装する実装手段と，
を備えたことを特徴とする，実装機。
【請求項５】
前記レンズ素子は，前記支持基板への実装時に使用されるハンドリング部を備え，前記ハンドリング部に前記ホログラムが形成されていることを特徴とする，請求項４に記載の実装機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，通信機器として用いられる光モジュールの製造方法および実装機にかかり，特に，小型，低コストかつ大量生産が可能な表面実装方式を採用した光モジュールの製造方法および実装機に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野において，光モジュールを製造する方法としては，例えば，レーザダイオードや光ファイバ，レンズ素子等の光学素子を，横断面がＶ字形状の溝（Ｖ溝）が形成された支持基板上に表面実装する方法が知られている（例えば，非特許文献１参照。）。図１０は，Ｖ溝が形成された支持基板４１０上に，レンズ素子４２０およびレーザダイオード４３０を表面実装した光モジュールを示す説明図であり，（ａ）は斜視図，（ｂ）は側面図である。
【０００３】
表面実装により製造された光モジュールにおいて，光学素子間の光学的な結合については，レンズ素子の外形精度やＶ溝の溝精度，各光学素子の配置精度によって決定されるため，これらの精度が劣れば結合効率も共に劣化することになる。そのため，良質な光モジュールを製造するためには，レンズ素子の外形やＶ溝を高精度に加工し，表面実装機によって高精度に配置する必要がある。これらの実装について，その実装精度を知るためには，支持基板上（Ｖ溝上）におけるレーザダイオードやレンズ素子の正確な位置を知る必要がある。
【０００４】
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌Ｖｏｌ５，Ｎｏ．５，第４６６〜４７２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，上記実装方法では，実装するレンズ素子とレーザダイオードの外形寸法が異なるため，支持基板上に配置した際に支持基板表面とレンズ素子，およびレーザダイオードの高さが異なることになる。そのため，レンズ素子を実装する際または実装後に装置上面から光学顕微鏡で観察し，レンズ素子とレーザダイオード間，または支持基板表面上に形成されたアライメントマークからの距離を測定しようとすると，図１０（ｂ）に示すように，焦点の合う高さが異なるため，それぞれに焦点を合わせた写真を合成して測定する必要があり，工程が複雑になる。また，別々の写真を一つに合成することによる誤差が生じるため，正確な距離が測定できないという問題も生じる。
【０００６】
本発明は，従来の光モジュールの製造方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，支持基板表面上における光学素子の配置精度を容易に向上させることの可能な，新規かつ改良された光モジュールの製造方法および実装機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，光モジュールの製造方法が提供される。本発明の光モジュールの製造方法は，支持基板上に少なくともレンズ素子を実装した光モジュールの製造方法であって，支持基板の所定位置およびレンズ素子の所定位置にホログラムを形成する工程（Ｓ１１）と，レンズ素子を支持基板に配置（仮実装）する工程（Ｓ１２）と，ホログラムに再生光を当てることにより再生される実像から，支持基板とレンズ素子との間の配置精度を測定する工程（Ｓ１３）と，測定結果に基づいて，レンズ素子を支持基板に実装する工程（Ｓ１４）と，を含むことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
かかる光モジュールの製造方法によれば，支持基板上に光学素子を配置する際に，レンズ素子および支持基板上にあらかじめホログラムを形成し，実装時または測定時に再生光を当てることで再生される実像をアライメントマークにすることにより，実装や各素子間の距離の測定を容易に行うことが可能である。
【０００９】
すなわち，レンズ素子を支持基板上に配置した後に，レンズ素子および支持基板上に形成されたホログラムに再生光を照射することにより，レンズ素子実像と支持基板実像が再生されることになる。支持基板上にレンズ素子が設計した通り正確に実装されたときに，この２つのホログラムから再生される実像が正確に重なるようにしておく。レンズ素子が設計した位置よりずれた位置に実装された場合，再生された実像にもずれが生じる。このずれを測定することにより，レンズ素子の支持基板表面上の配置精度を正確に測定することが可能となる。
【００１０】
上記本発明の光モジュールの製造方法において，支持基板は，横断面がＶ字形状の溝が形成されており，レンズ素子は，支持基板に形成された横断面がＶ字形状の溝に実装されるようにしてもよい（請求項２）。レンズ素子を支持基板の横断面がＶ字形状の溝に実装することにより，光軸方向と垂直方向についての実装精度を向上させることが可能である。
【００１１】
また，レンズ素子は，支持基板への実装時に使用されるハンドリング部を備え，ハンドリング部にホログラムを形成するようにしてもよい（請求項３）。ホログラムをレンズ素子のレンズ部から離れた位置に形成することができるので，ホログラム形成により光学的な影響を与えることがない。
【００１２】
本発明の第２の観点によれば，光モジュールの製造過程において光学素子の実装を行うための実装機が提供される。本発明の実装機は，所定位置にホログラムが形成された支持基板上に，所定位置にホログラムが形成されたレンズ素子を実装する際に用いられる実装機であって，支持基板に形成されたホログラムおよびレンズ素子に形成されたホログラムに再生光を照射する照射手段と，ホログラムに再生光を当てることにより再生される実像から，レンズ素子と支持基板との間の配置精度を測定する測定手段と，測定結果に基づいて，レンズ素子を支持基板に実装する実装手段と，を備えたことを特徴とする（請求項４）。
【００１３】
かかる実装機によれば，上述の優れた効果を奏する光モジュールの製造方法を容易に実現可能である。
【００１４】
上記本発明の実装機において，レンズ素子は，支持基板への実装時に使用されるハンドリング部を備え，ハンドリング部にホログラムが形成されているものであってもよい（請求項５）。ホログラムがレンズ素子のレンズ部から離れた位置に形成されているので，かかるホログラムが形成されたレンズ素子を実装しても，光学的な影響を与えることがない。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように，本発明によれば，支持基板上に光学素子を配置する際に，レンズ素子および支持基板上にあらかじめホログラムを形成し，実装時または測定時に再生光を当てることで再生される実像をアライメントマークにすることにより，実装や各素子間の距離の測定を容易に行うことが可能である。この配置精度の測定結果に基づいて，光学素子を支持基板に対して正確に実装することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる光モジュールの製造方法および実装機の好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
本発明は，レンズ素子の支持基板上への実装技術である。この実装技術ではレンズ素子および支持基板上に計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いてあらかじめホログラムを形成し，再生光により再生された実像をアライメントマークとして利用することにより，各素子間の距離を測定することを可能とするものである。
【００１８】
まず，本実施形態にかかる光モジュールの製造方法により製造される光モジュールの構成について説明する。
【００１９】
（光モジュールの構成）
図１は，本実施形態により製造される光モジュールの構成を概略的に示す説明図である。
本実施形態では，光モジュールの一例として，支持基板１１０上にレンズ素子１２０とレーザダイオード１３０が実装された光モジュール１００を例に挙げて説明する。本実施形態にかかる光モジュール１００の特徴は，支持基板１１０上にホログラム１１４，１１６が形成されており，レンズ素子１２０上にホログラム１２７，１２８が形成されている点である。以下に，各構成要素について説明する。
【００２０】
（支持基板１１０）
本実施形態では，支持基板１１０の材料としてはシリコンを使用している。支持基板１１０には，図１に示したように，横断面がＶ字形状の溝（以下，Ｖ溝という。）１１２が形成されている。図２は，図１の光モジュールを側面から見た部分拡大図である。このようなＶ溝１１２は，異方性エッチングにより精密に形成することが可能である。Ｖ溝１１２の形状は，図２に示したように，材料のシリコンに由来して５４．７°の角度を有する。
【００２１】
また，支持基板１１０上には，図１に示したように，ホログラム１１４，１１６と，横断面が凹字形状の溝（凹溝）１１８と，電極パッド１４０と，配線１５０が形成されている。ホログラム１１４，１１６は，計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いて形成されたものであり，その機能についてはさらに後述する。凹溝１１８は，レンズ素子１２０の実装領域とレーザダイオード１３０の実装領域とを区分けするための溝である。電極パッド１４０はレーザダイオード１３０に電気信号を送出する。また，配線１５０は，レーザダイオード１３０と電極パッド１４０とを接続する。
【００２２】
ホログラム１１４，１１６の形成には，計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いることができる。再生される位置も含めてコンピュータで光学シミュレーションを行い，十字形状をフーリエ変換してホログラムとし，支持基板１１０へ印刷する。ホログラム１１４，１１６の再生時の形状や再生位置については，計算により容易に制御可能である。
【００２３】
図３は，支持基板１１０上に形成されたホログラム１１４，１１６に再生光２０１を当てた状態を示す説明図である。図３に示したように，ホログラム１１４，１１６に再生光２０１を当てることにより，それぞれ十字形状の実像２０２が再生される構造となっている。
【００２４】
なお，支持基板１１０上におけるホログラム１１４，１１６の形成位置は，光学的に影響が無ければ，任意の位置でよく，図１に示した位置に限定されない。
【００２５】
（レンズ素子１２０）
図４は，レンズ素子１２０の構成を概略的に示す説明図である。
レンズ素子１２０は，図４に示したように，一方の面にレンズ部１２２が形成されている。このレンズ部１２２には，例えば１１０μｍの直径を有する回折光学素子が形成されている。また，レンズ素子の縁部１２４は，図４に示したように，Ｖ溝１１２に接合すべき形状として略円弧状に形成されており，その直径は光ファイバの直径と同じ１２５μｍ程度である。
【００２６】
また，レンズ素子１２０には，配置時に取り扱いを容易にするためにハンドリング部１２６が形成されている。ハンドリング部１２６上には，ホログラム１２７，１２８が形成されている。ホログラム１２７，１２８の形成には，上述のように，計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いることができる。
【００２７】
図５は，レンズ素子１２０のハンドリング部１２６に形成されたホログラム１２７，１２８に再生光３０１を当てた状態を示す説明図である。図５に示したように，ホログラム１２７，１２８に再生光３０１を当てることにより，十字形状の実像３０２が再生される構造となっている。
【００２８】
以上のレンズ素子１２０の形状は一例に過ぎない。例えば，レンズ部として，直径が５０〜２５０μｍの回折光学素子を形成することも可能である。この場合には，Ｖ溝１１２の形状も，レンズ素子１２０の形状に合わせて調整される。また，ホログラムは，光学的な影響がなければ，ハンドリング部１２６以外の部分に形成してもよい。
【００２９】
上述の支持基板１１０に形成されるホログラム１１４，１１６と，レンズ素子１２０に形成されるホログラム１２７，１２８との関係について説明する。再生される実像はホログラム形成時に決めることができる。本実施形態では，１箇所のホログラムから再生される実像を十字形状として，レンズ素子１２０の２箇所，支持基板１１０の２箇所それぞれから十字形状が再生される。
【００３０】
図６は，光モジュール１００に再生光２０１，３０１を照射した状態を示す説明図である。再生された実像は，レンズ素子１２０と支持基板１１０の位置が設計通りに配置された場合，図６に示したように，任意平面において，レンズ素子１２０に形成されたホログラム１２７，１２８が再生する実像３０２と，支持基板１１０上に形成されたホログラム１１４，１１６が再生する実像とがちょうど一致して重なるように作成する。
【００３１】
実装されたレンズ素子１２０が設計位置（理想位置）からずれた場合，レンズ素子１２０に形成されたホログラム１２７，１２８が再生する実像３０２の位置もずれるため，支持基板１１０上のホログラム１１４，１１６が再生する実像との間にずれが生じるため，十字形状が二重に見えることになる。逆に，十字形状がぴったり一致する位置にレンズ素子１２０を配置することができれば，実装誤差は実質的に０と考えることができる。
【００３２】
（レーザダイオード１３０）
レーザダイオード１３０は，光を出射する発光素子であり，図１に示したように，厚み約１５０μｍの略直方体形状からなる。レーザダイオード１３０は，凹溝１１８を隔ててレンズ素子１２０の対向面に実装されている。レーザダイオード１３０は，電極パッド１４０から配線１５０を介して得られた電気信号を，光信号に変換して出射する機能を有する。
【００３３】
以上，光モジュール１００の構成について説明した。
次いで，光モジュールの製造方法について説明する。
【００３４】
（光モジュールの製造方法）
図７は，本実施形態にかかる光モジュールの製造方法を示す流れ図である。
まず，支持基板１１０の所定位置およびレンズ素子１２０の所定位置にホログラムを形成する（ステップＳ１１）。本実施形態では，上述のように，支持基板１１０の表面にホログラム１１４，１１６を形成し，レンズ素子１２０のハンドリング部１２６にホログラム１２７，１２８を形成する。ホログラムの製作には計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いることができる。
【００３５】
次いで，実装機を用いて，レンズ素子１２０を支持基板１１０のＶ溝１１２に配置する（ステップＳ１２）。この段階におけるレンズ素子１２０の配置は，実装の直前に行ういわば仮実装である。レンズ素子１２０を支持基板１１０に配置した後，以下のように，レンズ素子１２０の位置の修正を行う。
【００３６】
まず，実装機を用いて，支持基板１１０とレンズ素子１２０との間の配置精度を測定する（ステップＳ１３）。まず，実装機を用いて，支持基板１１０に形成されたホログラム１１４，１１６に再生光を当てるとともに，レンズ素子１２０に形成されたホログラム１２７，１２８に再生光を当てる。そして，再生光を当てることにより再生される実像から，支持基板１１０とレンズ素子１２０との間の配置精度を測定する。
【００３７】
図８は，レンズ素子１２０が設計通り正確に実装された状態を示す説明図である。
図８（ａ）に示したように，Ｖ溝１１２上にレンズ素子１２０が設計した通り正確に実装されたときに，図８（ｂ）に示したように，支持基板１１０に形成されたホログラム１１４，１１６から再生される実像と，レンズ素子１２０に形成されたホログラム１２７，１２８から再生される実像とが正確に重なるように設計されている。
【００３８】
図９は，レンズ素子１２０が設計した位置よりずれた位置に実装された状態を示す説明図である。図９（ａ）に示したように，レンズ素子１２０が，設計した位置よりずれた位置に実装された場合，図９（ｂ）に示したように，再生された実像にも，支持基板１１０とレンズ素子１２０とのずれに比例したずれが生じる。このずれを測定することにより，レンズ素子の支持基板１１０上の配置精度を正確に測定することが可能となる。
【００３９】
以上の測定結果に基づいて，レンズ素子１２０を支持基板１１０に対して正確に実装する（ステップＳ１４）。まず，実装機を用いて，支持基板１１０のＶ溝１１２にレンズ素子１２０を樹脂で固定する。レンズ素子１２０の実装精度はボンダの精度に依存し，光軸方向については±３ｕｍでの実装が容易に可能となる。一方，レンズ素子１２０の光軸と垂直方向の精度については，レンズ素子１２０がＶ溝１１２に配置されることにより，自動的に位置合わせが行われ，その精度はレンズ素子１２０のＶ溝１１２に接合する部分（縁部１２４）の加工精度とＶ溝１１２の加工精度とに依存し，その精度はサブミクロン程度となる。
【００４０】
次いで，実装機を用いて，レーザダイオード１３０を支持基板１１０に実装する（ステップＳ１５）。レーザダイオード１３０は，支持基板１１０表面上に高精度に位置決めされ，はんだを用いて固定される。その配置精度はボンダにより決まり，光軸方向については±３μｍ，光軸と垂直方向については±１μｍ以内である。
【００４１】
（本実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，図８に示すように，レンズ素子１２０を支持基板１１０上に配置した後に，レンズ素子１２０に形成されたホログラムおよび支持基板１１０上に形成されたホログラムに再生光を照射することにより，レンズ素子実像３０２と支持基板実像２０３が再生されることになる。ホログラムの製作には計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いており，支持基板１１０上にレンズ素子１２０が設計した通り正確に実装されたときに，この２つのホログラムから再生される実像が正確に重なるようにしておく。
【００４２】
レンズ素子１２０が設計した位置よりずれた位置に実装された場合，図９に示すように，再生された実像にもずれが生じる。このずれを測定することにより，レンズ素子１２０の支持基板１１０表面上の配置精度を正確に測定することが可能となる。そして，この配置精度の測定結果に基づいて，レンズ素子１２０を支持基板１１０に対して正確に実装することが可能である。
【００４３】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる光モジュールの製造方法および実装機の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４４】
例えば，上記実施形態において，実装されたレンズ素子の支持基板上の配置精度を測定する方法について述べたが，ボンダによる実装工程の際に，上記実施形態の方法を用いて再生された実像を，画像認識装置を用いてアライメントマークにすることで，より精密な実装が可能となる。
【００４５】
また，上記実施形態では，光モジュールの一例として，レーザダイオードが実装された発光素子について説明したが，本発明はこれに限定されず，他の光学素子（例えばフォトダイオード）を実装した光モジュールであっても，本発明を適用可能である。
【００４６】
また，上記実施形態では，Ｖ溝１１２が形成された支持基板１１０を例に挙げて説明したが，本発明はこれに限定されず，基板に対して表面実装を行う光モジュールの製造方法について，広く本発明を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は，通信機器として用いられる光モジュールの製造方法および実装機に利用可能であり，特に，小型，低コストかつ大量生産が可能な表面実装方式を採用した光モジュールの製造方法および実装機に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】光モジュールの構成を概略的に示す説明図である。
【図２】図１の光モジュールのＶ溝近傍を部分的に拡大した説明図である。
【図３】ホログラム１１４，１１６に再生光を当てた状態を示す説明図である。
【図４】レンズ素子１２０の構成を概略的に示す説明図である。
【図５】ホログラム１２７，１２８に再生光を当てた状態を示す説明図である。
【図６】光モジュール１００に再生光２０１，３０１を照射した状態を示す説明図である。
【図７】光モジュールの製造方法を示す流れ図である。
【図８】レンズ素子１２０が設計通り正確に実装された状態を示す説明図である。
【図９】レンズ素子１２０が設計した位置よりずれた位置に実装された状態を示す説明図である。
【図１０】従来の光モジュールの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  光モジュール
１１０  支持基板
１１２  Ｖ溝
１１４  ホログラム
１１６  ホログラム
１１８  凹溝
１２０  レンズ素子
１２２  レンズ部
１２４  縁部
１２６  ハンドリング部
１２７  ホログラム
１２８  ホログラム
１３０  レーザダイオード
１４０  電極パッド
１５０  配線
２０１  再生光
２０２  実像
３０１  再生光
３０２  実像
【図１】
2006195366.tif 000003
【図２】
2006195366.tif 000004
【図３】
2006195366.tif 000005
【図４】
2006195366.tif 000006
【図５】
2006195366.tif 000007
【図６】
2006195366.tif 000008
【図７】
2006195366.tif 000009
【図８】
2006195366.tif 000010
【図９】
2006195366.tif 000011
【図１０】
2006195366.tif 000012