(57)【要約】【課題】簡易かつ低コストに光フェルールと光電変換素子の接合強度を検査可能な光電気変換モジュールの検査方法及び検査装置、該検査を容易に実施可能な光電気変換モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】  光電変換素子７と、光電変換素子７を一端面に装備し、受光部又は発光部１０に対応する位置に光ファイバの片方の端部を位置決めする光ファイバ保持穴４を貫通形成した光フェルール２とを備える光電気変換モジュール１００において、光ファイバ３の片方の端部を光ファイバ保持穴４に挿入して光電変換素子７に突き当てる光ファイバ挿入工程と、光ファイバ３をさらに挿入し、光ファイバ３の挿入力Ｆ１により光電変換素子７を押圧する光電変換素子押圧工程と、押圧後における、光電変換素子７と光フェルール２の接合状態に基づいて、該接合状態の良否を判定する接合状態判定工程と、を少なくとも実施することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、該光電変換素子を一端面に装備し、該光電変換素子の受光部又は発光部に対応する位置に光ファイバの片方の端部を位置決めする光ファイバ保持穴を貫通形成した光フェルールとを備える光電気変換モジュールの検査方法であって、
光ファイバの片方の端部を前記光ファイバ保持穴に挿入して前記光電変換素子に突き当てる光ファイバ挿入工程と、
前記光ファイバをさらに挿入し、前記光ファイバの挿入力により前記光電変換素子を押圧する光電変換素子押圧工程と、
押圧後における前記光電変換素子と前記光フェルールの接合状態に基づいて、該接合状態の良否を判定する接合状態判定工程と、
を少なくとも有することを特徴とする光電変換モジュールの検査方法。
【請求項２】
前記光フェルールは外面に電気配線部を備え、前記光電変換素子が前記電気配線部と導電性バンプにより電気的および機械的に接合されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光電気変換モジュールの検査方法。
【請求項３】
前記光電変換素子の受光部又は発光部と、前記光ファイバ先端の対向面が非平行であることを特徴とする、請求項１および２に記載の光電気変換モジュールの検査方法。
【請求項４】
前記光ファイバは、先端の角部が面取りされていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光電気変換モジュールの検査方法。
【請求項５】
前記光電変換素子は発光素子であり、
前記光ファイバは他方の端部が光パワーメータに接続されており、
前記光ファイバ挿入工程から後において、前記発光素子に所定の電圧を印加して、前記光パワーメータにより発光強度の測定を行う工程を有することを特徴とする請求項１乃至４に記載の光電気変換モジュールの検査方法。
【請求項６】
前記挿入力は１０ｇｆ以上であり、かつ、２３ｇｆ以下であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の光電気変換モジュールの検査方法。
【請求項７】
光電変換素子と、該光電変換素子を一端面に装備し、該光電変換素子の受光部又は発光部に対応する位置に光ファイバの片方の端部を位置決めする光ファイバ保持穴を貫通形成した光フェルールとを備える光電気変換モジュールの製造方法であって、
光ファイバの片方の端部を前記光ファイバ保持穴に挿入して前記光電変換素子に突き当てる光ファイバ挿入工程と、
前記光ファイバをさらに挿入し、前記光ファイバの挿入力により前記光電変換素子を押圧する光電変換素子押圧工程と、
押圧後における、前記光電変換素子と前記光フェルールの接合状態に基づいて、該接合状態の良否を判定する接合状態判定工程と、
前記接合状態判定工程における良好な判定結果を確認した後に、前記光ファイバを押圧後の位置に固定して位置決めする、光ファイバ位置決め工程と、
前記光ファイバ位置決め後に、前記光電変換素子と前記光フェルールの間の空間に樹脂材を充填して硬化するアンダーフィル処理工程と、
を少なくとも有することを特徴とする光電気変換モジュールの製造方法。
【請求項８】
光電変換素子と、該光電変換素子を一端面に装備し、該光電変換素子の受光部又は発光部に対応する位置に光ファイバの片方の端部を位置決めする光ファイバ保持穴を貫通形成した光フェルールとを備える光電気変換モジュールの検査装置であって、
光電気変換モジュールを固定部と、
前記光電気変換モジュール固定部と連結して設けられ、前記光ファイバ保持穴に挿入する前記光ファイバの挿入力に対して抗力を与える抗力付与機構と、
前記光ファイバの挿入力が所定値を超えた場合に、前記光電気変換モジュール固定部と前記抗力付与機構の連結を解除して、前記光ファイバの挿入力に対する抗力を解除する抗力解除機構と、
を少なくとも有することを特徴とする光電気変換モジュールの検査装置。
【請求項９】
前記光電気変換モジュールの検査装置は、
前記光電変換素子に所定電圧を印加する電圧印加部と、
前記光ファイバの他方の端部を接続可能な接続部と、
前記接続部に接続された光ファイバから導光される光の強度を検出可能な光パワーメータと、
をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の光電気変換モジュールの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバと光電変換素子を光結合させる光モジュールの検査方法及び検査装置に関し、特に、光電変換素子と光フェルールを接合する接合子の接合状態の良否を判断する検査方法及び検査装置に関する。また当該検査方法を適用可能な光電気変換モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を回路基板に搭載する方法の一つとして、フリップチップ実装が知られている。例えば特許文献１に記載されているように、半導体チップの電極部と、回路基板等との電極部とを、導電性を有する接合子を介して押圧しながら加熱および超音波振動の付与を行い、両電極部を圧接する。かかるフリップチップ実装は、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）などの半導体パッケージ部品の製造に広く適用されている。
【０００３】
フリップチップ実装は接合子を介して複数の接合箇所を一括して接合することができるため、基本的に接合箇所を１箇所ずつ順番に極細のワイヤでボンディングするワイヤボンディング法と比較して生産効率が高い。また、回路の配線長さを短くすることができるため、高密度実装や、高速半導体チップの実装等に適している。
【０００４】
このような利点を活かして、フリップチップ実装は光電気変換モジュール（特許文献２を参照。）の製造にも適用される。この光電気変換モジュール１００は、図９に示すように、光フェルール２に光ファイバ３（又は光導波路）を挿入する貫通穴（光ファイバ保持穴）４を持ち、光ファイバを挿入することで位置決めされるように光電変換素子７が装備されている。光ファイバ保持穴４は光ファイバ３のガラス露出部を載置するガラス部保持穴５と被覆部保持穴６を有する。図中、８は光フェルール２上にパターン形成した電気配線部（引き出し電極）、９は接合子、１０は受光部又は発光部（以下、受発光部と略称する）を示す。
【０００５】
この光電気変換モジュール１００の製造は、例えば図１０に示すように、まず、電気配線部８及び光素子搭載面１３を有するフェルール２に光電変換素子７の搭載を行う。図１０（ａ）は、接合子９の設けられた光電変換素子７を吸着するボンディングツール１２と、ボンディングツール１２に吸着された光電変換素子７を臨んで配置される、外面に電気配線部８を備えた光フェルール２とを示す。次に、図１０（ｂ）に示すようにボンディングツール１２を光フェルール２に向って下降させ、光電変換素子７に設けられた接合子９を光フェルール２の電気配線部８に押圧し、ボンディングツール１２を介して光電変換素子７に熱および超音波振動を印加し、光電変換素子７の接合子９と光フェルール２の電気配線部８とを接合することで完了する。続いて、この光電気変換モジュール１００に光ファイバ３が実装される。まず図１０（ｃ）に示すように、光フェルール２に光ファイバ３を挿入する。その後、図１０（ｄ）に示すように、光ファイバ３と光ファイバ保持穴４の間の空間及び光電変換素子７と光フェルール２の間の空間にアンダーフィル材１４を注入、固化して光ファイバ３を固定する。
【０００６】
また、半導体チップと回路基板を接合する接合子の接合強度を検査する方法が特許文献３に開示されている。即ち、接合子が形成された電極部とは反対側の面から、赤外光を用いて接合子と電極部との間の接合層に対応する領域を撮像し、接合層の面積を計測することにより、非破壊で接合子の接合強度を計測することがきる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１４６３３７号公報
【特許文献２】特開２００６−５９８６７号公報
【特許文献３】特開２００４−２１４４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記フリップチップ実装は、接合強度においてはんだによる接合法等に比べて弱く、接合子に対するストレスで接合強度信頼性が低下するという問題があることから、接合された光電変換素子と光フェルールとの間に樹脂を充填し、接合子に対するストレスを緩和するようにするアンダーフィルコート処理が実施される。
【０００９】
しかし、上記のような光電気変換モジュールの製造では、光電変換素子を光フェルールにフリップチップ実装した後、アンダーフィルコート処理前において光ファイバの挿入、位置決めを行う必要がある。そのため、アンダーフィル材が硬化するまでの取り扱いによっては、接合子に加わるストレスによって接合がはずれ、光電変換素子と光フェルールに設けられた電気配線部の導通が失われる場合がある。不良品の流通、拡散を未然に防止する観点から、かかる光電気変換モジュールはアンダーフィルコート処理前に製造工程から除去することが望ましい。即ち、製造工程に接合子の接合強度が十分に確保されていることを検査し、かかる光電気変換モジュールを特定する方法が必要となる。
【００１０】
しかしながら、特許文献３において開示されている接合子の接合強度検査方法は、接合強度を定量的に計測できる点で優れるが、大掛かりな検査設備やいくつもの検査工程を経る必要があるためコスト高となる問題がある。また、光フェルールや光電変換素子が搭載された基板が透明材料でない場合には、接合子を電子部品の基板側から撮像して観察することができないという問題がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は大掛かりな検査設備を必要とすること無く、低コストに、非破壊で光フェルールと光電変換素子の接合強度が不足する光電気変換モジュールを特定することを可能にする、光電気変換モジュールの検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法は、光電変換素子と、該光電変換素子を一端面に装備し、該光電変換素子の受光部又は発光部に対応する位置に光ファイバの片方の端部を位置決めする光ファイバ保持穴を貫通形成した光フェルールとを備える光電気変換モジュールの検査方法であって、光ファイバの片方の端部を前記光ファイバ保持穴に挿入して前記光電変換素子に突き当てる光ファイバ挿入工程と、前記光ファイバをさらに挿入し、前記光ファイバの挿入力により前記光電変換素子を押圧する光電変換素子押圧工程と、押圧後における前記光電変換素子と前記光フェルールの接合状態に基づいて、該接合状態の良否を判定する接合状態判定工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
【００１３】
上記本検査方法によれば、光ファイバの挿入力により光電変換素子に所定の荷重を加え、押圧後に接合状態を観察することで、所定の接合強度を有するか否かを容易に判断することができる。即ち、大掛かりで複雑な検査設備を必要とすること無く、低コストに、非破壊で光フェルールと光電変換素子の接合強度が不足する光電気変換モジュールを特定することが可能となる。
【００１４】
前記光フェルールは外面に電気配線部を備え、前記光電変換素子が前記電気配線部と導電性バンプにより電気的及び機械的に接合されていることが好ましい。
【００１５】
上記の構成を備えれば、フリップチップ実装により光フェルールと光電変換素子を導電性バンプを介して容易に接合することができる。
【００１６】
前記光電気変換モジュール内において突き合わせて結合される前記光電変換素子の受光部又は発光部と前記光ファイバ先端の対向面は非平行であることが好ましい。
【００１７】
上記の構成を備えれば、押圧時に光ファイバの先端と光電変換素子の受光部又は発光部が接触して、損傷することを防止できる。つまり、光電気変換モジュールの製造において歩留まりの低下を防止できる。
【００１８】
前記光ファイバは、先端の角部が面取りされていることが好ましい。
【００１９】
上記の構成を備えれば、光ファイバ先端の角部が光ファイバ保持穴の内壁を削ることによるかすの発生を防止することができ、光電変換素子の受光部又は発光部が汚染されることを防止することができる。つまり、光電気変換モジュールの製造において歩留の低下を防止できる。
【００２０】
本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法は、前記光電変換素子は発光素子であり、前記光ファイバは他方の端部が光パワーメータに接続されており、前記光ファイバ挿入工程から後において、前記発光素子に所定の電圧を印加して前記光パワーメータにより発光強度の測定を行う工程を有するように構成しても良い。
【００２１】
上記手段によれば、発光素子の実装後に、発光素子と光フェルールに設けられた電気配線部におけるＤＣ検査（光電変換素子への所定の印加電圧に対する、出力光強度による性能検査）を実施するとともに、ＤＣ検査に使用する光ファイバを用いて発光素子と光フェルールの接合強度が所定値以上確保されているか否かを検査することができる。つまり、製造工程におけるリードタイムを伸ばすこと無く、ＤＣ検査とともに接合子の接合強度検査を実施することができる。
【００２２】
前記光ファイバの挿入力は１０ｇｆ以上であり、かつ、２３ｇｆ以下であることが好ましい。
【００２３】
上記手段によれば、挿入力の下限値を規定することで光ファイバの先端を確実に光電変換素子に接触させることができる。また、挿入力の上限値を規定することで、過剰な荷重を接合子に加えることによる接合強度の低下を防止することができる。即ち、検査精度の向上と、光電気変換モジュールの製造における歩留まり低下の防止を両立できる。
【００２４】
本発明に係る光電気変換モジュールの製造方法は、光電変換素子と、該光電変換素子を一端面に装備し、該光電変換素子の受光部又は発光部に対応する位置に光ファイバの片方の端部を位置決めする光ファイバ保持穴を貫通形成した光フェルールとを備える光電気変換モジュールの製造方法であって、光ファイバの片方の端部を前記光ファイバ保持穴に挿入して前記光電変換素子に突き当てる光ファイバ挿入工程と、前記光ファイバをさらに挿入し、前記光ファイバの挿入力により前記光電変換素子を押圧する光電変換素子押圧工程と、押圧後における、前記光電変換素子と前記光フェルールの接合状態に基づいて、該接合状態の良否を判定する接合状態判定工程と、前記接合状態判定工程における良好な判定結果に基づいて、前記光ファイバを押圧後の位置に固定して位置決めする光ファイバ位置決め工程と、前記光ファイバ位置決め後に前記光電変換素子と前記光フェルールの間の空間に樹脂材を充填して硬化するアンダーフィル処理工程とを少なくとも有することを特徴とする。
【００２５】
上記手段によれば、アンダーフィル処理工程前において光フェルールと光電変換素子の接合強度が不足する光電気変換モジュールを非破壊で検査して特定し、製造工程から除去することができる。即ち、接合強度の低下した光電気変換モジュールについてアンダーフィル処理を実施するという無駄な工程を削減することが可能になる。さらに、光ファイバ先端面と光電変換素子との間隙長がバラつくことを容易に防止できるため、光電気変換モジュールの光電変換性能のバラツキが発生することを防止することができる。つまり、光電気変換モジュールの製造において、生産性や歩留まりを改善することができる。
【００２６】
本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置は、光電変換素子と、該光電変換素子を一端面に装備し、該光電変換素子の受光部又は発光部に対応する位置に光ファイバの片方の端部を位置決めする光ファイバ保持穴を貫通形成した光フェルールとを備える光電気変換モジュールの検査装置であって、光電気変換モジュール固定部と、前記光電気変換モジュール固定部と連結して設けられ、前記光ファイバ保持穴に挿入する前記光ファイバの挿入力に対して抗力を与える抗力付与機構と、前記光ファイバの挿入力が所定値を超えた場合に、前記光電気変換モジュール固定部と前記抗力付与機構の連結を解除して、前記光ファイバの挿入力に対する抗力を解除する抗力解除機構と、を少なくとも有することを特徴とする。
【００２７】
上記検査装置によれば、抗力付与機構により光ファイバの挿入力を確実に所定値以上だけ、光電変換素子と光フェルールとの接合面に付与することができ、光ファイバの先端を確実に光電変換素子に接触させることができる。また、抗力解除機構により過剰な荷重が光電変換素子と光フェルールとの接合面に加わることを防止することができ、検査工程における接合強度の低下を防止することができる。即ち、接合子の接合強度に悪影響を与えること無く、容易に検査精度を向上することができる。
【００２８】
本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置は、前記光電変換素子に所定電圧を印加する電圧印加部と、前記光ファイバの他方の端部を接続可能な接続部と、前記接続部に接続された光ファイバから導光される光の強度を検出可能な光パワーメータと、をさらに有するよう構成しても良い。
【００２９】
上記構成を備えれば、光電変換素子が発光素子である場合において、発光素子の実装後に発光素子に電圧を印加して、光パワーを計測することができる。即ち、発光素子の実装後に、ＤＣ検査を実施するとともに、ＤＣ検査に使用する光ファイバを用いて接合子の接合強度が所定値以上確保されているか否かを検査することができる。つまり、製造工程におけるリードタイムを伸ばすこと無く、ＤＣ検査と接合子の接合強度検査を同時に実施することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法によれば、簡易・低コストに、かつ、非破壊で光フェルールと光電変換素子の接合強度が不足する光電気変換モジュールを特定することが可能となる。
【００３１】
本発明に係る光電気変換モジュールの製造方法によれば、光電気変換モジュールの製造において、簡易・低コストに生産性や歩留まりを改善することができる。
【００３２】
本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置によれば、簡易・低コストに、かつ、非破壊で光電変換素子と光フェルールの接合強度が不足する光電気変換モジュールを特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法の実施形態を説明する概念図であって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ断面図である。
【図２】本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法に適用可能な光ファイバと光電変換素子の対向部の例を示す図であり、（ａ）は光フェルールの結合面が傾斜を有する場合を示す断面図、（ｂ）は光ファイバの先端が傾斜を有する場合を示す断面図、（ｃ）は光ファイバと光電変換素子の対向部の拡大図である。
【図３】本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法に適用可能な光ファイバの例を示す図であり、（ａ）は好ましい形態の例を示す断面図、（ｂ）は比較例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法の別の実施形態を説明する断面図である。
【図５】本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法の更に別の実施形態を説明する図であり、（ａ）、（ｂ）はファイバと光電変換素子の対向部の断面図である。
【図６】本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置の実施形態を説明する概念図であって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ断面図である。
【図７】本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置の別の実施形態を説明する概念図であって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ断面図である。
【図８】本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置の更に別の実施形態を説明する概念図であって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ断面図である。
【図９】公知の光電気変換モジュールを示す断面図である。
【図１０】公知の光電気変換モジュールの製造方法を説明する概念図であって、（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法及び検査装置の実施形態の例を、図面を参照して説明する。図面において同一の部材に対しては同じ符号を用い、その説明を省略する。
【００３５】
本検査方法に適用できる光電気変換モジュールは、例えば図９に示すような公知の光電気変換モジュールがある。この光電気変換モジュール１００は、図９に示すように、光フェルール２に光ファイバ（又は光導波路）を挿入する貫通穴（光ファイバ保持穴）４を持ち、光ファイバを挿入することで光ファイバの片方の端部が位置決めされるように光電変換素子７が装備されている。光ファイバ保持穴４はガラス露出部を載置するガラス部保持穴５と被覆部保持穴６を有する。図中、８は光フェルール２上にパターン形成した電気配線部（引き出し電極）、９は接合子、１０は受光部または発光部を示す。
【００３６】
光電変換素子７としては、例えば、発光素子であるＶＣＳＥＬ、受光素子であるＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）等が用いられる。
【００３７】
光フェルール２は、導電性がなく、かつ成型過程における体積変化を受けにくく、良好な寸法精度が得られる樹脂、例えばシリカフィラーを含有するポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂およびエポキシ樹脂のいずれかを含む材料で形成される。結合面１１には光ファイバ３を位置決め保持する複数の光ファイバ保持穴４が受発光部１０に応じて配置されている。光フェルール２の結合面１１には接合子９に接続される複数の電気回路である電気配線部８が並設され、電気配線部８は結合面１１に隣接する交差面に延出して連続形成されている。光電気変換モジュール１００は、図示しないが電気配線部８が接触するように上面を回路基板等に実装することにより、電気配線部８を介して光電変換素子７に対して容易な電気供給や信号取り出しを可能としている。
【００３８】
光電変換素子７は接合子９を介して、光フェルール２の電気配線部８に固定されている。光電変換素子７は、この受発光部１０に沿って配設される複数の接合子９を有する。接合子９としては、Ａｕバンプやはんだバンプ、導電性接着剤を用いることができるが、光電変換素子７に設けられた接続端子部（図示せず）にバンプを形成しておけば、フリップチップ実装方式により迅速に精度良く光電変換素子７と光フェルール２の外面に設けられた電気配線部８と電気的・機械的に接合可能であるため、生産性の観点からも好ましい。
【００３９】
フリップチップ実装方式により光電変換素子を光フェルールに実装するプロセスを図１０（ａ）及び（ｂ）に示す。図１０（ａ）は、接合子９の設けられた光電変換素子７を吸着するボンディングツール１２と、ボンディングツール１２に吸着される光電変換素子７を臨んで配置される、外面に電気配線部８を備えた光フェルール２とを示す。図１０（ｂ）に示すように、ボンディングツール１２を光フェルール２に向って下降させ、光電変換素子７に設けられる接合子９を光フェルール２の光電変換素子搭載面１３に設けられた電気配線部８に押圧し、ボンディングツール１２を介して接合子９に熱および超音波振動を印加し、光電変換素子７の接合子９と光フェルール２の電気配線部８とを接合することで完了する。
【００４０】
バンプとしては、Ａｕボールバンプ、Ａｕ線によるＡｕスタッドバンプ、めっきによるＡｕまたははんだバンプ、導電性ペーストによるＡｇバンプ等簡易な方法で形成可能なバンプを用いることができる。なお上述した方法に限らず種々の方法でバンプを形成しても良い。
【００４１】
フリップチップ実装方法については、実装時に補助材料を用いないＡｕ−Ａｕ直接接続方式やはんだバンプによるはんだ接続方式を用いることができるが、上記した方法に限らず光電変換素子７をフェイスダウンで実装するフリップチップ実装方式であるならいずれの方法も使用可能である。例えば、フリップチップ実装後に光電変換素子７と光フェルール２の結合面間にアンダーフィル材を充填する方式や、実装補助材として、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ；異方性導電フィルム）やＮＣＦ（Ｎｏｎ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ；絶縁性フィルム）を用いるＡｕバンプによる圧接接続方式等、を用いることができる。
【００４２】
はんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ａｕ−Ｚｎ系などの材料が使用可能であるが、これらの材料に限らず光電変換素子７を光フェルール２に設けられた電気配線部８と接合できる材料であるならいずれの材料も使用可能である。ただし、はんだは、環境汚染物質であるＰｂを含有しない材料であることが望ましい。また、導電性接着剤としては、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕなどの金属粒子とエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂とを混合した材料を使用することができる。その中でもＡｇとエポキシ樹脂の組み合わせは、導電性が高いと共に耐熱性が高いため特に好ましい。
【００４３】
なお、電気配線部８の表面はメッキ処理されていても良く、メッキ金属は、例えばＮｉ，Ａｕ，ＡｇＳｎ，ＡｕＳｎ，ＳｎＡｇＣｕ，ＳｎＺｎＢｉ，ＳｎＡｇＩｎ，ＳｎＢｉＡｇ，ＳｎＰｂ等からなる単層若しくは組み合わせによる多層からなっている。接合子９と密着性の高い金属を選択することで接合強度を高めることができる。例えば電気配線部８がＣｕのめっきにより形成されており、接続子としてＡｕボールバンプを使用する場合には、電極表面がＣｕ（電気配線部８）−Ｎｉ―Ａｕの２層によりメッキ処理されていると特に好適である。
【００４４】
（光電気変換モジュールの検査方法の実施形態１）
本発明に係る光電気変換モジュールの検査方法により、光電変換素子と光フェルールの接合強度を検査する方法ついて、図１を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る光電気変換モジュールの組立方法を説明する概念図であって、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ断面図である。
【００４５】
図１（ａ）に示すように、まず光電変換素子７が搭載された光フェルール２に形成された光ファイバ保持穴４に光ファイバ３を挿入し、図１（ｂ）に示すように光ファイバ３の片方の端部を光電変換素子７に突き当てる。なお、端部を直接光電変換素子７に突き当てても良いし、端部と光電変換素子７との間に透明な物質を介在させることにより間接的に突き当てても良い。即ち、光電変換素子７に対して端部から光ファイバ３の挿入力Ｆ１が加えることが可能な態様であればよい。透明な物質として、例えば光ファイバのコアと同等の屈折率（約１．４６）を有するシートやグリースを用いれば、接触部における接続ロスを低減させると同時に、これらの弾性によって接触時の衝撃を緩和することができるため特に好ましい。
【００４６】
本実施形態において、例えば光ファイバ３には、石英系マルチモードファイバ（コア直径５０μｍ、ガラス部直径１２５μｍ）を用い、先端から２．０ｍｍ程度までの被覆が予め除去されている。光ファイバ保持穴４には直径１２６μｍのガラス部保持穴５が結合面１１から後方に１．５ｍｍ、被覆部載置部６がさらにガラス部保持穴５から後方に２．５ｍｍにわたって形成されており、光ファイバ３のガラス露出部と被覆部を収容する。光ファイバ３としては、光ファイバ保持穴４に収容可能であれば、この他に汎用シングルモードファイバ（コア直径１０μｍ、ガラス部直径１２５μｍ）をはじめ、多成分ガラス系の光ファイバや、プラスチック光ファイバ等、あらゆる光ファイバを用いることができる。また、複数本の光ファイバが束ねられた（例えば１２本）光テープ心線を用いれば、複数本の光ファイバを一括して複数の光ファイバ保持穴内４にそれぞれ収容できる。
【００４７】
次に、光ファイバ３をさらに挿入し、光ファイバ３の挿入力Ｆ１により光電変換素子７を押圧する。この際、光電気変換モジュール１００の組み立て冶具１６を固定することで光ファイバ３の挿入力Ｆ１を光電変換素子７が剥離する方向（図１（ｂ）中矢印で表示）に加えることができる。なお、光ファイバ３の挿入力Ｆ１は光ファイバの座屈力に等しくなるため、十分な押圧力を加えるためには光ファイバ３の余長を短く調整した状態で光ファイバ３を挿入すると特に好適である。
【００４８】
次に、所定の光ファイバ３の挿入力Ｆ１によって光電変換素子７を押圧した後における、光電変換素子７と光フェルール２の接合状態に基づいて、該接合状態の良否を判定する。図１（ｃ）に示すように、所定荷重Ｆ１で押圧した後に光電変換素子７と光フェルール２の接合状態が解除された場合には、接続強度の劣る光電気変換モジュール１００を特定できる一方、接合状態が解除されなかった場合には接続強度が光ファイバ３の挿入力Ｆ１以上に確保されていることを知ることができる。
【００４９】
押圧後における光電変換素子７と光フェルール２の接合状態を判定する手法としては、機械的または電気的な接合状態を判定することが可能な手法であればよく、上記のように光電変換素子７の機械的な剥離を目視により確認しても良い。また、接合子９の機械的な剥離によって生じる、光電気変換モジュール１００又は光ファイバ３の位置変動を観察することによって判定しても良い。また、光電変換素子７の組み立て冶具１６が透明体で形成されている場合には、組み立て冶具１６側から接合子９を撮像し、画像処理によって接合強度を計測することも可能である（特許文献３を参照。）。また、光ファイバ３の挿入を押圧センサ付きのマイクロメータなど挿入圧力Ｆ１のモニタが可能な装置を用いて実施する場合には、急激な押圧力の低下によって接合子の剥離を確認できる。一方、光電変換素子７が発光素子である場合には、発光素子に電圧を印加し、光ファイバの他端に接続された光パワーメータを用いて発光強度を測定することで、電気的に接合状態をモニタしても良い。即ち、発光強度の急激な低下によって接合子の剥離を確認できる。
【００５０】
（光電気変換モジュールの検査方法の実施形態２）
本実施形態において、図２に示すように光電変換素子７と光ファイバ３の先端面１５は非平行であることが好ましい。このように構成することで、光ファイバ３を光電変換素子７に突き当て、押圧する際に、先端面１５が光電変換素子７の受発光部１０に接触して破損することを防止することができる。同時に、戻り光による雑音の発生を防止することができる。
【００５１】
光電変換素子７と先端面１５を非平行とするには、例えば図２（ａ）に示すように光フェルール２の結合面１１を傾斜させて光電変換素子７を実装することで、光電変換素子７を先端面１５に対して傾斜させても良い。また、図（ｂ）に示すように、先端面１５に傾斜が形成されるようにすることで、先端面１５を光電変換素子７に対して傾斜させても良い。また、これらを組み合わせても良い。先端面１５に傾斜が形成されるようにするには、例えば光ファイバ３の切断時において、切断部分を含む領域を捻りトルクを作用させた状態光ファイバ３に微少傷を加えて切断すれば良い（例えば特開平６−３１７７１１を参照。）。また、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等の高エネルギー密度のレーザ光を用いたレーザーカットにより先端面１５に傾斜が形成されるよう光ファイバ３を切断しても良い。なお、先端面１５を光電変換素子７に対して傾斜させた場合には、光電変換素子７と光ファイバ３の光軸が一致するため、光ファイバ３の実装時における精度のトレランスが広くなり、歩留まり改善の観点から特に好ましい。
【００５２】
光電変換素子７と先端面１５の傾斜角は、光ファイバ３を挿入した際に先端面１５が光電変換素子７の受発光部１０に接することが無く、かつ十分な光結合効率が得られる範囲で設定すれば良い。本実施形態においては、例えば以下のように傾斜角θを設定する。図２（ｃ）は光ファイバ３と光電変換素子７の対向部の拡大図である。光電変換素子７は発光素子であるＶＣＳＥＬであり、その中央部には発光部１０が光ファイバ３のコア領域３１と結合するよう設けられている。発光部１０は光電変換素子の中央に円形に形成されており、直径３０μｍ、発光部の底面から約４μｍ突出して設けられている。直径１２５μｍの一般的な石英系光ファイバを用いる場合には、発光部１０と光ファイバ３の中心を位置合わせして発光部１０と先端面１５とが接触しないようにするには、約５°の傾斜角θが必要になる（４μｍ／４７．５μｍ≒ｔａｎ５°）。また、傾斜角θの設定精度が量産時における歩留まりに影響することを考慮すると、光フェルール２の結合面１１を傾斜させる場合には８°以上に、先端面１５に傾斜を形成する場合には１０°以上に設定することが特に好ましい。
【００５３】
（光電気変換モジュールの検査方法の実施形態３）
本実施形態において、図３（ａ）に示すように光ファイバ３は端部の角部が面取りされていることが好ましい。このような場合には、図３（ｂ）に示すように、光ファイバ端部の角部がガラス部保持穴５の内壁に接触して挿入時における削りかす１８が発生することを抑制することができる。また、ガラス部保持穴５内にゴミ１９が存在していた場合にも、当該ゴミは光ファイバ挿入に伴って面取り部とガラス部保持穴５の間のスペース２０に収容されやすくなる。即ち、いずれの場合にも、光ファイバ３の挿入に伴って異物が光ファイバ先端面１５と光電変換素子７の間に混入することを防止することが可能となり、歩留まりを向上することができる。
【００５４】
かかる面取り部は、光ファイバ端部の角部が先端面１５より後退していれば良く、切断後の光ファイバ端部の角部を研磨することにより形成しても良いし、前述のレーザーカットにより形成しても良い。また、レーザーカット時におけるレーザの強度を調整することで、光ファイバ先端に丸みを帯させることによって形成しても良い。また、光ファイバの先端面１５に傾斜を形成すると同時にかかる面取り部を形成しても同様の作用効果を得ることができる。
【００５５】
（光電気変換モジュールの検査方法の実施形態４）
本実施形態に係る光電気変換モジュールの検査方法は、図４に示すように、光電変換素子７を発光素子（例えばＶＣＳＥＬ）とし、光ファイバ３の片方の端部を光電気変換モジュール１００において発光素子と突き合わせて結合し、他方の端部を光パワーメータＰＭに接続すると好適である。即ち、一方の端部が光パワーメータＰＭに接続された、光電気変換モジュール１００のＤＣ検査に用いられる光ファイバ３を使用して、本実施形態に係る光電気変換モジュールの検査方法により接合子９の接合強度検査を実施するとともに、ＤＣ検査を実施しても良い。
【００５６】
まずＤＣ検査に用いる光ファイバ３を光ファイバ保持穴４に挿入して端部を発光素子７に突き当てる。次に、光ファイバ３をさらに挿入し、光ファイバの挿入力により発光素子７を押圧し、押圧後における接合子９の接合状態に基づいて接合状態の良否を判定ことで、所定の強度を有するか否かを確認する。さらに、光フェルール２の外面に設けられた電気配線部８に接続された電源ＰＳより発光素子７に電圧を印加するとともに、光ファイバ３に接続された光パワーメータＰＭによって発光強度の測定を行う。このような構成とすれば、ＤＣ検査と接合子における接合強度検査を同時に実施することができることとなるため、製造工程におけるリードタイムに悪影響を与えることが無く、特に好ましい。さらに、先端面１５と光電変換素子７との間隙長ｄ（図示せず）がバラつくことを防止できるため、ＤＣ検査における発光素子７の出力強度のバラツキを抑制することが可能となり、検査精度が向上するという副次的な効果を得ることもできる。
【００５７】
（光電気変換モジュールの検査方法の実施形態５）
光ファイバ３の挿入力Ｆ１は１０ｇｆ以上であり、かつ、２３ｇｆ以下に設定することが好ましい。例えば本実施形態においては、図１に示した光電気変換モジュール１００の構成と同様に、光ファイバ３は１２本の光ファイバが束ねられた光テープ心線であり、先端から２．０ｍｍ程度までの被覆が予め除去されている。光ファイバ保持穴４には直径１２６μｍのガラス部保持穴５が結合面１１から後方に１．５ｍｍ、被覆部載置部６がさらにガラス部保持穴５から後方に２．５ｍｍにわたって形成されている。光電変換素子７にはそれぞれの光ファイバ保持穴４に対応して受発光部１０が設けられており、それぞれ光フェルール２の外面に設けられた電気配線部８と、２箇所の接合子９を介して電気的・機械的に接合されている。光ファイバ保持穴４の表面粗さＲａは、０．０１〜２．０μｍであることが好ましい。ここでいう表面粗さとは、ＪＩＳ等で規定されている中心線平均粗さのことであり、具体的には、粗さ曲線を求めてこれを中心線から折り返し、中心線より上部の部分の面積を測定長さで除した値を示すものである。表面粗さは光フェルール２を構成する樹脂材に添加するフィラーの粒径、添加量を調整することで調整することができ、フィラーの粒径を平均２０μｍ以下、最大粒径を好ましくは４０μｍ以下とすると、光ファイバ保持穴４の表面が全体にわたって比較的滑らかになる。これにより、光ファイバ３を光ファイバ保持穴４に挿入する際に、光ファイバ３が光ファイバ保持穴４の内壁に当たることで生じる欠けの発生や、光ファイバ保持穴４の内壁の削りかすが発生することを防止できる。
【００５８】
図５（ａ）は挿入力Ｆ１が１０ｇｆを下回る場合における、光ファイバ挿入工程を示す断面図である。図中、光ファイバ３を光ファイバ保持穴４の内壁の一部に沿いながら挿通することとなるため、挿入抵抗Ｆ２が生じる様子を示している。挿入力Ｆ１が１０ｇｆを下回る場合には挿入力Ｆ１が挿入抵抗Ｆ２より小さくなる場合が生じ得るため、光ファイバの端部を光電変換素子７に突き当てることができない場合がある。一方、挿入力Ｆ１が１０ｇｆを上回る場合には挿入力Ｆ１が挿入抵抗Ｆ２を上回るため、光ファイバの端部を光電変換素子７に確実に突き当てることができる。
【００５９】
図５（ｂ）は挿入力Ｆ１が２３ｇｆを上回る場合における、光ファイバ挿入工程及び光電変換素子押圧工程を示す断面図である。図中、光ファイバ３が過剰な挿入力Ｆ１で光電変換素子７を押圧した結果、接合子９のうち一箇所の接合強度が低下する様子を示している。挿入力Ｆ１が２３ｇｆを上回る場合において、接合子９が完全にはずれる場合には、後の接合状態判定工程で当該光電気変換モジュールを特定し、製造工程から除くことができるが、接合強度（シェア強度）が低下しながらも、なお接合状態が保たれている場合（図中Ａで表示）には後の接合状態判定工程において特定することが困難な場合がある。このような場合には、後に接続用光ファイバ３を挿入する工程等における取り扱いにおいて、接合子９がはずれるおそれがあり、かかる場合には接合強度試験を実施した意味がなくなる。一方、挿入力Ｆ１が２３ｇｆを下回るように設定すれば、このように接合強度が低下することを防止できる。
【００６０】
即ち、挿入力Ｆ１の上限値及び下限値を設定することによって、光ファイバ挿入工程において端部を光電変換素子７を確実に突き当てることができ、かつ、光ファイバ挿入工程及び光電変換素子押圧工程において過剰な挿入力Ｆ１で光電変換素子７が押圧され、接合子９の一部の接合強度が低下することを防止することができる。つまり、歩留まりを低下させること無く、本発明に係る光電気変換モジュール検査を確実に実施することができる。
【００６１】
（光電気変換モジュールの製造方法）
本実施形態に係る光電気変換モジュールの製造方法においては、光ファイバ３として検査用光ファイバではなく、接続用の光ファイバを用いることで、光電気変換モジュール１００に光ファイバ３を実装する工程を短縮できるため好ましい。光電気変換モジュール１００に光ファイバ３が実装するに当たり、まず光フェルール２に光ファイバ３を挿入し、端部を光電変換素子７に突き当てる。次に、光ファイバ３をさらに挿入し、光ファイバの挿入力Ｆ１によって光電変換素子７を押圧する。その後、光電変換素子７と光フェルール２の接合状態に基づいて、十分な接合強度が確保されていることを確認する。そして、光ファイバ３を押圧後における位置で固定して位置決めする。最後に、光電変換素子７と光フェルール２の間の空間に樹脂材１４を充填して硬化するアンダーフィル処理を実施することにより光ファイバ３の実装を完了する。
【００６２】
このように構成すれば、アンダーフィル処理工程前において光フェルール２と光電変換素子７の接合強度が不足する光電気変換モジュールを非破壊で検査して特定し、製造工程から除去することができるので、接合強度の低下した光電気変換モジュール１００についてアンダーフィル処理を実施するという無駄な工程を削減することが可能になる。さらに、先端面１５と光電変換素子７との間隙長がバラつくことを防止できるため、光電気変換モジュール１００の光電変換性能のバラツキの発生を抑制することができる。つまり、光電気変換モジュール１００の製造において、生産性や歩留まりを向上することができる。
【００６３】
（光電気変換モジュールの検査装置の実施形態１）
本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置の具体的構成の一例を図６に示す。図６（ａ）に示すように、光電気変換モジュール１００は検査装置６００に設けられた検査台６０１に載置される。検査台６０１は、光ファイバ３を光ファイバ保持穴４に挿入する方向に可動に設けられている。検査台６０１には抗力解除機構６０２の一端が接するようにして設けられており、検査装置６００内で軸部６０３により回動可能に設けられている。さらに、抗力解除機構６０２の他端には抗力付与機構６０４が連結して設けられており、抗力付与機構６０４の他端は検査装置６００内の固定部６０５に固定されている。抗力付与機構６０４としては、例えば引張りバネ等の弾性体を使用可能である。
【００６４】
このような構成の光電気変換モジュールの検査装置において、光ファイバ３を光ファイバ保持穴４に挿入すると、図６（ｂ）に示すように検査台６０１が光ファイバ３の挿入方向に移動する。抗力解除機構６０２は検査台６０１の移動により回動する（図６（ｂ）において反時計回り方向）。これに伴って抗力付与機構６０４は抗力解除機構の回動方向に変形することとなるため、これを打ち消す方向に付勢力Ｆ３を付与する。付勢力Ｆ３は本実施形態のように弾性体（例えば引張りバネ）である場合には、弾性力である。付勢力Ｆ３は抗力解除機構６０２を介して検査台６０１に抗力Ｆ４を作用することとなる。光電気変換モジュール１００は組み立て冶具１６に固定され、組み立て冶具１６は検査台６０１に固定されているため、光ファイバの挿入力Ｆ１を光電変換素子７が剥離する方向Ｂに作用させることができる。
【００６５】
図６（ｃ）に示すように、さらに光ファイバ３が挿入方向に進行するに従って抗力解除機構６０２が回動し、抗力解除機構６０２と検査台６０１の光ファイバ挿入方向における接触が解除される。検査台６０１に加えられていた抗力Ｆ４が解除されるため、同時に光電変換素子７に加わっていた挿入力Ｆ１も解除されることとなる。
【００６６】
即ち、本実施形態においては抗力付与機構６０４が所定の付勢力Ｆ３を付与するに至った時点で、抗力解除機構６０２と検査台６０１の光ファイバ挿入方向における連結が解除されるように設定しておくことによって、接合子９に加わる挿入力Ｆ１を容易に調整することができる。このような検査装置により光電気変換モジュールの検査を実施するには、上記のように設定された検査装置の検査台６０１に光電気変換モジュール１００を載置した状態で光ファイバ３を光ファイバ保持穴４に挿入し、抗力解除機構６０２と検査台６０１の光ファイバ挿入方向における連結が解除されるまで光ファイバ３を挿入していけば良い。その後、接合子９の接合状態の良否を判定することにより、接合強度の不足する光電気変換モジュールを容易に特定することができる。
【００６７】
（光電気変換モジュールの検査装置の実施形態２）
図７は本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置の具体的構成の変形例を示す断面図である。先の光電気変換モジュールの検査装置の実施形態との主な違いは、抗力付与機構７０４として引張りバネの代わりに圧縮バネを備える点にある。
【００６８】
図７（ａ）に示すように、抗力付与機構である圧縮バネ７０４は一端に当て板７０３が連結して設けられ、当て板７０３が検査台７０１に接触するように配置されている。圧縮バネ７０４の他端は固定部７０５に固定されており、固定部７０５は抗力解除機構７０２を介して検査装置７００内の固定台７０６に固定されている。抗力解除機構７０２は固定部７０５が光ファイバ挿入方向に所定の荷重を加えることにより固定部７０５と固定台７０６の連結を解除するよう構成されており、例えばラッチ状の接続子として構成することができる。
【００６９】
このような構成の光電気変換モジュールの検査装置７００において、光ファイバ３を光ファイバ保持穴４に挿入すると、図７（ｂ）に示すように挿入力Ｆ１により検査台７０１が光ファイバの挿入方向に移動する。これに伴って抗力付与機構７０４は、当て板７０３を介して挿入力Ｆ１により圧縮されて変形することとなるため、これを打ち消す方向に弾性力Ｆ３を付与する。弾性力Ｆ３は当て板７０３を介して検査台７０１に抗力Ｆ４を作用する。光電気変換モジュール１００は組み立て冶具１６に固定され、組み立て冶具１６は検査台７０１に固定されているため、挿入力Ｆ１を光電変換素子７が剥離する方向Ｂに作用させることができる。
【００７０】
図７（ｃ）に示すように、さらに光ファイバが挿入方向に進行するに従って抗力解除機構７０２に挿入力Ｆ１が蓄積し、固定部７０５と固定台７０６の接続が解除される。検査台７０１に加えられていた抗力Ｆ４が解除されるため、同時に接合子９に加わっていた挿入力Ｆ１も解除される。即ち、本実施形態においても同様に抗力付与機構７０４が所定の付勢力Ｆ３を付与するに至った時点で、抗力解除機構７０２と検査台７０１の光ファイバ挿入方向における連結が解除されるように設定しておくことによって、接合子９に加わる挿入力Ｆ１を容易に調整することができる。
【００７１】
（光電気変換モジュールの検査装置の実施形態３）
図８は本発明に係る光電気変換モジュールの検査装置の具体的構成の変形例を示す概念図である。先の光電気変換モジュールの検査装置の実施形態との主な違いは、図６（ａ）に示した光電気変換モジュールの検査装置６００に加えて、光電変換素子７に所定電圧を印加する電源ＰＳと、光ファイバ３に接続され、該光ファイバ３から導光される光の強度を検出可能な光パワーメータＰＭとをさらに有する点にある。
【００７２】
この光電気変換モジュールの検査装置８００は、光電変換素子７が発光素子であり、光ファイバ３はＤＣ検査用光ファイバであって、一方の端部が光パワーメータＰＭに接続されている。さらに、光フェルール２の外面に設けられた電気配線部８が電源ＰＳに接続されており、光電変換素子７に容易に電圧を印加できるよう構成されている。まず、ＤＣ検査に用いる光ファイバ３を用いて、前述の方法と同様に接合子９の接合強度検査を行う。続いて、電源ＰＳより発光素子７に電圧を印加するとともに、光パワーメータＰＭによって発光強度の測定を行う。このような構成とすれば、接合子９の接合強度検査とともにＤＣ検査を実施することができため、製造工程におけるリードタイムに悪影響を与えること無く、接合強度検査を実施することができる。
【００７３】
さらに、図示しないが上述の光電気変換モジュールの検査装置に、光ファイバとして検査用光ファイバではなく、光接続に用いる光ファイバを適用することで、生産性や歩留まりを向上可能な光電気変換モジュールの製造装置を構成できる。即ち、まず接続に用いる光ファイバにより、前述の方法と同様に光電気変換モジュールの接合子の接合強度検査を行う。続いて、この光電気変換モジュールに光ファイバを実装する。まず光ファイバ保持穴に光ファイバを挿入する。その後光ファイバと光ファイバ保持穴の間の空間および光電変換素子と光フェルールの結合面との間の空間にアンダーフィル材を注入、固化して光ファイバを固定する。
【００７４】
上記製造装置によれば、アンダーフィル処理工程前において光フェルールと光電変換素子の接合強度が不足する光電気変換モジュールを非破壊で検査して特定し、製造工程から除去することができる。即ち、接合子の接合強度の低下した光電気変換モジュールについてアンダーフィル処理を実施するという無駄な工程を削減することが可能になる。さらに、光ファイバ先端面と光電変換素子との間隙長がバラつくことを容易に防止できるため、光電気変換モジュールの光電変換性能のバラツキの発生を抑制することができる。つまり、光電気変換モジュールの製造において、生産性や歩留まりを向上することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１００：光電気変換モジュール、２：光フェルール、
３：光ファイバ、４：光ファイバ保持穴、７：光電変換素子、８：電気配線部、
９：接合子、１０：受発光部、１５：光ファイバ先端面、
６００、７００、８００：光電気変換モジュール検査装置、６０１、７０１：検査台、
６０２、７０２：抗力解除機構、６０４、７０４：抗力付与機構、
８０１：接続部
Ｆ１：挿入力、Ｆ２：挿入抵抗、Ｆ３：付勢力、Ｆ４：抗力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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