(57)【要約】【課題】光源、レンズ、および対象物を高精度のアライメントで結合した光学サブアセンブリ、およびその組立方法を提供する。【解決手段】上記課題は、基板と、前記基板上にあり第一のスナップ嵌め造作を画定する複数のはんだ造作と、前記基板上にあり光学素子を含むダイと、前記基板上にあり前記ダイを覆うキャップを含む光学サブアセンブリであって、前記キャップが、前記ダイの上に配置されたレンズと、前記レンズを前記ダイに対してアライメントするとともに、前記キャップを前記基板上で維持するための、前記第一のスナップ嵌め造作と嵌合する第二のスナップ嵌め造作を画定する表面とを具備することを特徴とする光学サブアセンブリおよびその組立方法等により解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にあり第一のスナップ嵌め造作を画定する複数のはんだ造作と、
前記基板上にあり光学素子を含むダイと、
前記基板上にあり前記ダイを覆うキャップを含む光学サブアセンブリであって、
前記キャップが、
前記ダイの上に配置されたレンズと、
前記レンズを前記ダイに対してアライメントするとともに、前記キャップを前記基板上で維持するための、前記第一のスナップ嵌め造作と嵌合する第二のスナップ嵌め造作を画定する表面とを具備することを特徴とする光学サブアセンブリ。
【請求項２】
前記表面が、（１）前記はんだ造作の内側に嵌合する外表面と、（２）前記はんだ造作を受容する内表面とを含むグループから選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載のサブアセンブリ。
【請求項３】
前記キャップが、基部と、前記基部上にある前記レンズとを具備することを特徴とする請求項１または２に記載のサブアセンブリ。
【請求項４】
前記基板が、プリント回路基板、フレキシブル基板、セラミック基板、及びシリコン基板から成るグループから選択されたものであり、かつ、前記光学素子がレーザー、発光ダイオード、トランスミッタ、フォトダイオード、レシーバ及びトランシーバから成るグループから選択されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のサブアセンブリ。
【請求項５】
前記キャップが、
（１）前記はんだ造作がはんだボールを含む中空の円筒形キャップと、
（２）前記はんだ造作を前記キャップの２つの対向する角の内側或いは外側に嵌め込まれる２組の対向するはんだボール対とした方形キャップと、
（３）前記はんだ造作を角の切り欠き部に嵌め込まれる４つのはんだボールとした角に切り欠き部を持つ方形キャップと、
（４）前記はんだ造作を切り欠き部に嵌め込まれる２つのはんだボールとした２つの切り欠き部を２つの対向する側壁に含む方形キャップと、
（５）前記はんだ造作を前記キャップの２つの対向する角の内側に嵌め込まれる２つの対向するはんだボールとした方形キャップとから成るグループから選択されたものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のサブアセンブリ。
【請求項６】
光学サブアセンブリを組み立てる方法であって、
基板上に、第一のスナップ嵌め造作を画定するはんだ造作を形成するステップと、
前記基板上に光学素子を含むダイを搭載するステップと、
前記基板上に前記ダイの上からキャップを搭載するステップとを有し、
前記キャップが、
前記ダイの上にレンズと、
前記キャップを前記基板上に維持するための、前記第一のスナップ嵌め造作と嵌合する第二のスナップ嵌め造作を画定する表面とを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記表面が、
（１）前記キャップを搭載するステップにおいて、前記はんだ造作の内側に嵌め込まれる外表面と、（２）前記キャップを搭載するステップにおいて、前記はんだ造作の外周に嵌め込まれる内表面とを含むグループから選択されたものであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記キャップが、基部と、基部上に配設された前記レンズを具備することを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記基板が、プリント回路基板、フレキシブル基板、セラミック基板、及びシリコン基板から成るグループから選択されたものであり、かつ、前記光学素子がレーザー、発光ダイオード、トランスミッタ、フォトダイオード、レシーバ及びトランシーバから成るグループから選択されたものであることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記キャップが、
（１）前記はんだ造作をはんだボールとした中空の円筒形キャップと、
（２）前記はんだ造作を前記キャップの２つの対向する角の内側或いは外側に嵌め込まれる２組の対向するはんだボール対とした方形キャップと、
（３）前記はんだ造作を角の切り欠き部に嵌め込まれる４つのはんだボールとした角に切り欠き部を持つ方形キャップと、
（４）前記はんだ造作を切り欠き部に嵌め込まれる２つのはんだボールとした２つの切り欠き部を２つの対向する側壁に含む方形キャップと、
（５）前記はんだ造作を前記キャップの２つの対向する角の内側に嵌め込まれる２つのはんだボールとした方形キャップとから成るグループから選択されたものであることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来の光ファイバ・モジュールには、光源（例えばトランスミッタ側にあるレーザー又はＬＥＤ、或いはレシーバ側にあるファイバ）、レンズ、そして対象物（例えばトランスミッタ側にあるファイバ、或いはレシーバ側にあるフォトダイオード）の間に高精度のアライメントが必要とされる。一般に、このようなアライメントは「アクティブ」に実施されるものであるが、アクティブとは即ち、光リンクを起動し、光源と対象物間の結合をモニタしつつシステムの一部分を移動させていくことにより実施されることを意味する。結合パワーが最も大きい位置において、これらは機械的に所定位置にロックされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
しかし、この処理には時間とコストがかかり、一連の高精度の機械的発動装置だけではなく、システムにパワーを供給し、モニタする為のオプトエレクトロニクス試験装置をも必要とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
上記の課題は、本願の特許請求の範囲の記載の発明により解決される。本発明の一実施例においては、光学サブアセンブリは基板と、基板上にある一群のはんだ造作と、基板上にあるダイと、そして基板上に設けられた、ダイを覆うキャップとを含んでいる。キャップは（１）ダイの上に配置されるレンズ、及び（２）はんだ造作とスナップ嵌めで勘合する内面又は外面を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
スナップ嵌め式光学素子によれば、現在製造者に制約を与えている高額な装置や長い処理時間を排除することが出来る。これにより、製造コストを下げる為に配置精度を若干落とした製品を製造するという道が開かれるのである。各種添付図を通じ、同じ符号は同様又は同一の要素を示すものである。
【０００５】
図１、図２及び図３は、本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ１０を描いたものである。光学サブアセンブリ１０は基板１４上に形成された一群のはんだの基準造作１２（例えばリング状に並ぶはんだボール群）を含んでいる。リング状のはんだボール群１２は、オス型スナップ嵌め造作を受容する為のメス型スナップ嵌め造作を形成している。はんだボール群１２は基板１４上にある円形はんだパッド１６（図２）上に堆積させる、又はスクリーン印刷することが出来る。一実施例においては、はんだパッド１６は概ね円形をしており、はんだボール１２は概ね球形をしている。しかしながら、本願に開示する概念は他の反復可能な形状から成るはんだパッド及びはんだ基準造作にも適用可能である。基板１４はプリント回路基板（ＰＣＢ）、フレキシブル基板、セラミック基板又はシリコン基板とすることが出来る。
【０００６】
ダイ１８はリング状のはんだボール群１２の中心に取り付けられる。ダイ１８はレーザー、発光ダイオード、トランスミッタ、フォトダイオード、レシーバ又はトランシーバといった光学素子とすることが出来る。更にダイ１９もリング状のはんだボール群１２の内側に取り付けることが出来る。ダイ１９はドライバ集積回路（ＩＣ）、ポストアンプＩＣ、又はダイ１８と共に作動させる他の何らかのＩＣとすることが出来る。ダイ１８及び１９は基板１４中のワイヤボンド又はトレースによって電気的に接続することが出来る。
【０００７】
レンズキャップ２０は、ダイ１８の上から基板１４に取り付けられる。レンズキャップ２０はＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ社から出されているＵｌｔｅｍ（登録商標）等の耐熱光学材料又は他の好適な光学材料から作ることが出来る。一実施例においては、レンズキャップ２０は基部２４と円筒外表面２２とを持つ中空の円筒形のものである。基部２４には、その表側にレンズ２６（例えばコリメータレンズ）及び／又はその裏側にレンズ２８（例えば収束レンズ）が含まれている。円筒外表面２２は、リング状のはんだボール群１２が形成するメス型スナップ嵌め造作によって受容されることになるオス型スナップ嵌め造作を形成している。これらのスナップ嵌め造作により、レンズキャップ２０は基板１４上に維持され、レンズ２６／２８がダイ１８へとアライメントされる。レンズキャップ２０は射出成形部品とすることが可能であり、変形可能なはんだボール群１２とぴったり嵌り合う、変形可能な外表面２２を持たせることが出来る。
【０００８】
光学サブアセンブリ１０の利点の１つは、はんだパッド１６に元来から要求される高い精度により、はんだボール１２を正確に配置することが出来るという点にあり、これは従来のフォトリソグラフィーにより画定される造作であることから非常に精度が高いものである。個々のはんだボール１２には若干の違い（例えばボール堆積、表面張力、リフロー条件及び酸化物レベル）が生じ易いものであるが、それにもかかわらずはんだボール１２の幾何学的中心ははんだパッド１６の幾何学的中心の近くに配置される。一般に、ＰＣＢパッドの中心間の許容誤差は、その距離が約５ｍｍを超えた場合、約±５μｍであり、３００μｍの直径を持つボールのはんだボール半径許容誤差は約±５μｍであり、はんだボール中心からパッド中心までのアライメント許容誤差は約±１μｍである。最悪の場合、全体のアライメントは±１１μｍずれることになる。これら３つの許容誤差全てに正規分布を適用すると、二乗平均平方根解析によれば全体の許容誤差は±７μｍとなる。更に、複数のハンダボール１２をアライメント基準として使用した場合、はんだボールとはんだパッド間の差異を平均化することが出来、これまでになく高いレベルの精度を得ることが出来るのである。
【０００９】
図４、図５及び図６は、本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ１００を描いたものである。光学サブアセンブリ１００は光学サブアセンブリ１０と似たものではあるが、違いはレンズキャップ２０の円筒の内表面１２２がメス型スナップ嵌め造作を形成しており、リング状のはんだボール群１２がオス型スナップ嵌め造作を形成している点である。従って円筒の内表面１２２がリング状のはんだボール群１２の周囲に嵌まることによりスナップ嵌めが作られるのである。
【００１０】
上記にははんだボール群とレンズキャップにより形成される円筒形のスナップ嵌め造作を説明したが、他の形状を使用することも可能である。図７は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ２００を描いたものである。レンズキャップ２２０に切り欠き部２３０が設けられることによりスナップ嵌め造作が形成されており、これが基板２１４上にある２つのはんだボール１２の形成する他方のスナップ嵌め造作を受容する。この場合、レンズキャップ２２０の取り付け及びアライメント用には、２つのはんだボール１２しか必要としない。レンズキャップ２２０は更に、基板２１４上のダイの上に配置される１つ以上のレンズ２２８を含んでいる。
【００１１】
図８は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ３００を描いたものである。光学サブアセンブリ３００は方形のレンズキャップ３２０を用いており、レンズキャップは基部３２４と、直角を成す側壁３２２を持っている。基部３２４はその上面にレンズ３２６（例えばコリメータレンズ）、及び／又はその下面にレンズ３２８（例えば収束レンズ）を含んでいる。側壁外表面３２２Ａはオス型スナップ嵌め造作を形成しており、これがはんだボール群１２により形成されるメス型スナップ嵌め造作へと受容される。これらのスナップ嵌め造作はレンズキャップ３２０を基板１４上に維持し、レンズ３２６／３２８をダイ１８へとアライメントするものである。
【００１２】
図９は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ５００を描いたものである。サブアセンブリ５００はサブアセンブリ３００と類似しているが、方形レンズキャップ３２０の２つの対向する角の外側が２組の対向するはんだボール対１２に挟まれた状態となっている点が異なる。
【００１３】
図１０は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ６００を描いたものである。サブアセンブリ６００はサブアセンブリ３００と類似しているが、方形レンズキャップ３２０Ａがその４つの角に切り欠き部３３０Ａを持っており、これらがはんだボール１２へと嵌まり込むようになっている点が異なる。
【００１４】
図１１は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ７００を描いたものである。サブアセンブリ７００はサブアセンブリ３００と類似しているが、レンズキャップ３２０Ｂが２つの対向する側壁３２２中にはんだボール１２に嵌まり込む切り欠き部３３０を持っている点が異なる。
【００１５】
図１２は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ４００を描いたものである。サブアセンブリ４００はサブアセンブリ３００と類似しているが、その内部側壁表面３２２Ｂが、はんだボール群１２により形成されるオス型スナップ嵌め造作を受容するメス型スナップ嵌め造作を形成している点が異なる。
【００１６】
図１３は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ８００を描いたものである。サブアセンブリ８００はサブアセンブリ４００と類似しているが、２組の対向するはんだボール対１２が方形レンズキャップ３２０の対向する２つの角の内側と嵌り合うように配置されている点が異なる。
【００１７】
図１４は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ９００を描いたものである。サブアセンブリ９００はサブアセンブリ４００と類似しているが、対向する２つのはんだボール１２が方形レンズキャップ３２０の対向する２つの角の内側と嵌り合うように配置されている点が異なる。
【００１８】
図１５及び図１６は本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリ１０００を描いたものである。サブアセンブリ１０００はサブアセンブリ５００と類似しているが、レンズキャップ１０２０がダイ１８Ａ用にレンズ１０２６Ａ及び１０２８Ｂを含み、ダイ１８Ｂ用にレンズ１０２６Ｂ及び１０２８Ｂを含んでいる点が異なる。これは、上述した実施例のいずれも、対応するレンズを持つ複数のダイを含んだものとすることが出来ることを示している。
【００１９】
開示した実施例の他の様々な適応及び特徴の組み合わせは本発明の範囲に包含されるものである。請求項には多数の実施例が含まれるものである。
【００２０】
最後に、本発明の代表的な実施態様について、以下に述べる。
（実施態様１）
基板と、
前記基板上にあり第一のスナップ嵌め造作を画定する複数のはんだ造作と、
前記基板上にあり光学素子を含むダイと、
前記基板上にあり前記ダイを覆うキャップを含む光学サブアセンブリであって、
前記キャップが、
前記ダイの上に配置されたレンズと、
前記レンズを前記ダイに対してアライメントするとともに、前記キャップを前記基板上で維持するための、前記第一のスナップ嵌め造作と嵌合する第二のスナップ嵌め造作を画定する表面とを具備することを特徴とする光学サブアセンブリ。
【００２１】
（実施態様２）
前記表面が、（１）前記はんだ造作の内側に嵌合する外表面と、（２）前記はんだ造作を受容する内表面とを含むグループから選択されたものであることを特徴とする実施態様１に記載のサブアセンブリ。
【００２２】
（実施態様３）
前記キャップが、基部と、前記基部上にある前記レンズとを具備することを特徴とする実施態様１または２に記載のサブアセンブリ。
【００２３】
（実施態様４）
前記基板が、プリント回路基板、フレキシブル基板、セラミック基板、及びシリコン基板から成るグループから選択されたものであり、かつ、前記光学素子がレーザー、発光ダイオード、トランスミッタ、フォトダイオード、レシーバ及びトランシーバから成るグループから選択されたものであることを特徴とする実施態様１から３のいずれかに記載のサブアセンブリ。
【００２４】
（実施態様５）
前記キャップが、
（１）前記はんだ造作がはんだボールを含む中空の円筒形キャップと、
（２）前記はんだ造作を前記キャップの２つの対向する角の内側或いは外側に嵌め込まれる２組の対向するはんだボール対とした方形キャップと、
（３）前記はんだ造作を角の切り欠き部に嵌め込まれる４つのはんだボールとした角に切り欠き部を持つ方形キャップと、
（４）前記はんだ造作を切り欠き部に嵌め込まれる２つのはんだボールとした２つの切り欠き部を２つの対向する側壁に含む方形キャップと、
（５）前記はんだ造作を前記キャップの２つの対向する角の内側に嵌め込まれる２つの対向するはんだボールとした方形キャップとから成るグループから選択されたものであることを特徴とする実施態様１から４のいずれかに記載のサブアセンブリ。
【００２５】
（実施態様６）
光学サブアセンブリを組み立てる方法であって、
基板上に、第一のスナップ嵌め造作を画定するはんだ造作を形成するステップと、
前記基板上に光学素子を含むダイを搭載するステップと、
前記基板上に前記ダイの上からキャップを搭載するステップとを有し、
前記キャップが、
前記ダイの上にレンズと、
前記キャップを前記基板上に維持するための、前記第一のスナップ嵌め造作と嵌合する第二のスナップ嵌め造作を画定する表面とを含むことを特徴とする方法。
【００２６】
（実施態様７）
前記表面が、
（１）前記キャップを搭載するステップにおいて、前記はんだ造作の内側に嵌め込まれる外表面と、（２）前記キャップを搭載するステップにおいて、前記はんだ造作の外周に嵌め込まれる内表面とを含むグループから選択されたものであることを特徴とする実施態様６に記載の方法。
【００２７】
（実施態様８）
前記キャップが、基部と、基部上に配設された前記レンズを具備することを特徴とする実施態様６または７に記載の方法。
【００２８】
（実施態様９）
前記基板が、プリント回路基板、フレキシブル基板、セラミック基板、及びシリコン基板から成るグループから選択されたものであり、かつ、前記光学素子がレーザー、発光ダイオード、トランスミッタ、フォトダイオード、レシーバ及びトランシーバから成るグループから選択されたものであることを特徴とする実施態様６から８のいずれかに記載の方法。
【００２９】
（実施態様１０）
前記キャップが、
（１）前記はんだ造作をはんだボールとした中空の円筒形キャップと、
（２）前記はんだ造作を前記キャップの２つの対向する角の内側或いは外側に嵌め込まれる２組の対向するはんだボール対とした方形キャップと、
（３）前記はんだ造作を角の切り欠き部に嵌め込まれる４つのはんだボールとした角に切り欠き部を持つ方形キャップと、
（４）前記はんだ造作を切り欠き部に嵌め込まれる２つのはんだボールとした２つの切り欠き部を２つの対向する側壁に含む方形キャップと、
（５）前記はんだ造作を前記キャップの２つの対向する角の内側に嵌め込まれる２つのはんだボールとした方形キャップとから成るグループから選択されたものであることを特徴とする実施態様６から９のいずれかに記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリの一部を切り取って示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に基づく図１の光学サブアセンブリの断面図である。
【図３】本発明の一実施例に基づく図１の光学サブアセンブリの上面図である。
【図４】本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリの一部を切り取って示した斜視図である。
【図５】本発明の一実施例に基づく図４の光学サブアセンブリの断面図である。
【図６】本発明の一実施例に基づく図４の光学サブアセンブリ上面の断面図である。
【図７】本発明の一実施例に基づく光学サブアセンブリの上面図である。
【図８】本発明の一実施例に基づく他の光学サブアセンブリの一部を切り取って示した斜視図である。
【図９】本発明の一実施例に基づく他の光学サブアセンブリの一部を切り取って示した斜視図である。
【図１０】本発明の実施例に基づく光学サブアセンブリの上面の断面図である。
【図１１】本発明の実施例に基づく光学サブアセンブリの上面の断面図である。
【図１２】本発明の実施例に基づく光学サブアセンブリの上面の断面図である。
【図１３】本発明の実施例に基づく光学サブアセンブリの上面の断面図である。
【図１４】本発明の実施例に基づく光学サブアセンブリの上面の断面図である。
【図１５】本発明の実施例に基づく光学サブアセンブリの側面図である。
【図１６】本発明の実施例に基づく光学サブアセンブリの上面の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００  光学サブアセンブリ
１２  はんだ造作
１４、２１４  基板
１８  ダイ（光学素子）
２０、３００、３２０  キャップ
２２、１２２、２３０、３２２Ａ、３２２Ｂ  第二のスナップ嵌め造作を画定する面
２６、２８、２２８、３２６、３２８  レンズ
３３０Ａ、３３０Ｂ  切り欠き部
【図１】
2005321772.tif 000003
【図２】
2005321772.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005321772.tif 000006
【図５】
2005321772.tif 000007
【図６】
2005321772.tif 000008
【図７】
2005321772.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005321772.tif 000012
【図１１】
2005321772.tif 000013
【図１２】
2005321772.tif 000014
【図１３】
2005321772.tif 000015
【図１４】
2005321772.tif 000016
【図１５】
2005321772.tif 000017
【図１６】
2005321772.tif 000018