(57)【要約】【課題】  光モジュールのパッシブアライメントによる組立てを高精度に行うことが可能な技術を提供する。【解決手段】  光素子を搭載する基板を固定するステージと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固定された基板に位置合わせして固着するボンディングユニットとを備えた光モジュール組立装置にて、前記ボンディングユニットが、前記光素子及びステージに固定された基板の位置を認識する検知ユニットと、この検知ユニットによって得られる位置情報に基づいて光素子を基板に対して位置合わせし固着するボンディングヘッドとを有する。上述した手段によれば、パッシブアライメントによって光素子を基板に高精度に固定することができるので、光モジュールの生産性が向上する。【選択図】        図１
2005101643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子を搭載する基板を固定するステージと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固定された基板に位置合わせして固着するボンディングユニットとを備えた光モジュール組立装置であって、
前記ボンディングユニットは、前記光素子及びステージに固定された基板の位置を認識する検知ユニットによって得られる位置情報に基づいて光素子を基板に対して位置合わせし固着するボンディングヘッドを有し、
前記検知ユニットの照明光源は、前記基板に第１の光を照明する第１の照明光源と、前記第１の照明光源とは別に設けられ、かつ前記光素子に第２の光を照明する第２の照明光源とを有することを特徴とする光モジュールの組立装置。
【請求項２】
前記第２の照明光源は、前記光素子の発光面の位置情報を得る光を照明する照明光源であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの組立装置。
【請求項３】
前記第１の照明光源は、前記基板と光素子とを透過する第１の光を照明する照明光源であ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組立装置。
【請求項４】
光素子を搭載する基板を固定するステージと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固定された基板に位置合わせして固着するボンディングユニットとによる光モジュール組立方法であって、
第１の照明光源から前記基板に照明された第１の光と、前記第１の照明光源とは別に設けられた第２の照射光源から前記光素子に照明された第２の光とを用いて、前記光素子と基板の位置情報を得、その位置情報によって前記位置合わせを行うことを特徴とする光モジュールの組立方法。
【請求項５】
前記第２の照明光源は、前記光素子の発光面の位置情報を得る光を照明する照明光源であることを特徴とする請求項４に記載の光モジュールの組立方法。
【請求項６】
前記第１の光は、前記基板と光素子とを透過する光であることを特徴とする請求項４または５に記載の光モジュールの組立方法。
【請求項７】
光素子を搭載する基板を固定するステージと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固定された基板に位置合わせして固着するボンディングユニットとを備えた光モジュール組立装置であって、
前記ボンディングユニットが、前記光素子及びステージに固定された基板の位置を認識する検知ユニットと、この検知ユニットによって得られる位置情報に基づいて光素子を基板に対して位置合わせし固着するボンディングヘッドとを有し、
前記検知ユニットの照明光源は、前記光素子の発光面の位置情報を得る光を照明する照明光源を有することを特徴とする光モジュールの組立装置。
【請求項８】
光素子を搭載する基板を固定するステージに、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固定された基板に位置合わせして固着する光モジュール組立方法であって、
前記光素子に照射された光を用いて前記光素子の発光面の位置情報を得て、前記光素子の位置情報に基づいて前記位置合わせを行うことを特徴とする光モジュールの組立方法。
【請求項９】
光素子を搭載する基板を固定するステージに、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固定された基板に位置合わせして固着する光モジュール組立方法であって、
前記光素子に照射された光を用いて前記光素子の発光面の位置情報を得て、前記光素子の位置情報に基づいて前記位置合わせ作業時の前記光素子の位置情報を得ることを特徴とする光モジュールの組立方法。
【請求項１０】
前記光素子の発光面は劈開によって形成されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の光モジュールの組立方法。
【請求項１１】
前記光素子に照射される光は、前記光素子を透過しない光であることを特徴とする請求項８乃至請求項１０の何れか一項に記載の光モジュールの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールの組立てに関し、特に、光モジュール組立ての自動化に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日の情報化社会では交換される情報の種類も多様化しその量も飛躍的に増大し、大量の情報を伝送する通信手段には更なる大容量化高速化が求められている。このような大容量かつ高速の通信手段として光ファイバーを用いた光通信が重要視されており、光通信ネットワークを拡大し何れは加入者系の末端まで光ファイバーを設置する計画が進行されている。このような光通信の端末装置として、ＬＤ（Laser Diode）及びＰＤ（Photo Diode）等の光素子及び光ファイバーを同一基板に固定搭載したハイブリッド構造の光モジュールが用いられている。
【０００３】
このような光モジュールの組立てでは、レーザ光を伝送する光ファイバーを基板に固定し、この光ファイバーにＬＤ或はＰＤからの光を発光或は受光し、得られる入射パワー或は出射パワーの最大値が得られる位置に位置合わせ固定する方法が採られており、このような実際に光素子を作動させながらアライメントを行う方法はアクティブアライメントと呼ばれている。
【０００４】
このような光モジュールの組立てに関しては下記特許文献１にて開示され、また下記非特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１６６５２３号公報（特願平６‐３０８６３５号）
【非特許文献１】日立東京エレクトロニクス（株）発行「TECHNICAL REPORT」１９９６年春季号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなアクティブアライメントでは個々の光モジュール毎に調整が必要となり量産化に向けて大きな障害となっている。このため、光素子を動作させることなく位置合わせを行うパッシブアライメントによって光モジュールを組立てることが望ましいが、現状では必要な位置合わせ精度を得るに到っていない。
【０００７】
またこのような組立てを行っているために、作業の自動化が難しく、今後光モジュールが普及するためには量産性を向上させる必要がある。
【０００８】
本発明の課題は、光モジュールのパッシブアライメントによる組立てを高精度に行うことが可能な技術を提供することにある。本発明の他の課題は、光モジュールのパッシブアライメントによる組立てを自動化することが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
素子を搭載する基板を固定するステージと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固定された基板に位置合わせして固着するボンディングユニットとを備えた光モジュール組立装置であって、前記ボンディングユニットは、前記光素子及びステージに固定された基板の位置を認識する検知ユニットによって得られる位置情報に基づいて光素子を基板に対して位置合わせし固着するボンディングヘッドを有し、前記検知ユニットの照明光源は、前記基板に第１の光を照明する第１の照明光源と、前記第１の照明光源とは別に設けられ、かつ前記光素子に第２の光を照明する第２の照明光源とを有する。
【００１０】
光素子を搭載する基板を固定するステージと、光素子を保持し、この光素子を前記ステージに固定された基板に位置合わせして固着するボンディングユニットとを備えた光モジュール組立装置であって、前記ボンディングユニットが、前記光素子及びステージに固定された基板の位置を認識する検知ユニットと、この検知ユニットによって得られる位置情報に基づいて光素子を基板に対して位置合わせし固着するボンディングヘッドとを有し、前記検知ユニットの照明光源は、前記光素子の発光面の位置情報を得る光を照明する照明光源を有する。
【００１１】
上述した手段によれば、パッシブアライメントによって光素子を基板に高精度に固定することができるので、組立て時間が短縮され、自動化も可能となる。このため光モジュールの生産性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明によれば、光モジュールの半導体基板上に光素子をパッシブアライメントによって高精度に位置合わせすることができるという効果がある。
（２）本発明によれば、上記効果（１）により、光モジュールの生産性を短時間で行うことができるという効果がある。
（３）本発明によれば、光モジュールの組立てを自動化することができるという効果がある。
（４）本発明によれば、上記効果（２）（３）により、光モジュールの生産性が向上するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
図１に示すのは、本発明の一実施の形態である光モジュール組立装置の構成を示す図である。
本実施の形態の光モジュール組立装置は、光素子が搭載される半導体基板１を供給する基板供給手段２と、搭載されるＬＤ３ａ，ＰＤ３ｂ等の光素子３を供給する素子供給手段４と、供給された半導体基板１に光素子３を位置合わせして固着するボンディングユニットと、光素子３の固着が完了した半導体基板１を移送する基板排出手段７とからなっている。ボンディングユニットは、供給された半導体基板１を固定するステージ５と、光素子３を保持し、この光素子３を前記ステージ５に固定された半導体基板１に位置合わせして固着するボンディングヘッド６とを有している。
【００１５】
基板供給手段としては、ダイシングされた個々の半導体基板１が伸縮性のフィルムによって一体となっているウェハを載置するウェハテーブル８、ウェハテーブル８上の半導体基板１の位置情報を得るためのウェハ認識装置９、前記位置情報に従って半導体基板１を把持し、ステージ５上に移送する基板供給コレット１０からなり、作業の進行につれてウェハテーブル８がＸＹ方向に平面移動し供給される半導体基板１を供給位置に移動させる。移動後の供給される半導体基板１の位置をウェハ認識装置９によって位置情報とし、この位置情報に基づいて基板供給コレット１０が半導体基板１を取り上げ、ステージ５上に移送する。移送された半導体基板１は直交する２方向（図１では１方向のみ示す）から固定部材１１によって押圧され、ステージの側壁１２と固定部材１１とによってボンディング位置に固定される。
【００１６】
素子供給手段４としては、ダイシングされた個々の光素子３が個別に収容されたトレイ１３を載置するチップトレイテーブル１４、チップトレイテーブル上の光素子の位置情報を得るための素子認識装置１５からなり、作業の進行につれてチップトレイテーブル１４がＸＹ方向に平面移動し供給される光素子３を供給位置に移動させる。移動後の供給される光素子３の位置を素子認識装置１５によって位置情報とし、この位置情報に基づいてボンディングヘッド６が光素子３を吸着し、ステージ５上に移送する。
【００１７】
ステージ位置認識装置１６としてハロゲンランプ等の赤外線光源１７及び検知ユニット１８が設けられており、赤外線光源１７の光をミラー１９によって角度を変えて、半導体基板１の裏面から照射し、半導体基板１を透過して得られた赤外線像から検知ユニット１８によって半導体基板１の位置情報を得る。移送された光素子３については可視光光源（後述する）の光によって得られる直視像から検知ユニット１８によってその位置情報を得る。
【００１８】
こうして得られた位置情報に基づいて、ボンディングヘッド６がＸＹ方向に移動しかつＸＹ方向と直交するＺ軸を中心として回動し半導体基板１に対する光素子３の平面位置及び取付け角度の位置合わせを行う。
【００１９】
位置合わせ完了後に、半導体基板１と光素子３とはＡｕ‐Ｓｎハンダによってジャンクションダウンで固着される。
【００２０】
基板排出手段７としては、光素子３の固着された光モジュール２０を移送する基板排出コレット２１、移送された光モジュール２０を収容するトレイ２２を載置するモジュールトレイテーブル２３からなり、作業の進行につれてモジュールトレイテーブル２３がＸＹ方向に平面移動し移送される光モジュール２０の収容位置にモジュールトレイ２２を移動させる。
【００２１】
図２は本実施の形態によるボンディングヘッド６を示す縦断面図である。
ボンディングヘッド６は、ＸＹ方向に移動可能なアーム２４に回転軸受２５を介してコレットホルダ２６を取付け、このコレットホルダ２６に対して中空筒状の鏡筒２７が上下方向即ちＺ方向の移動及びＺ軸を中心とした回動を行う構成となっている。
【００２２】
鏡筒２７は、図２中に断面を示すように、コレットホルダ２６に取付けられた２つの軸受けベアリング２８と接触し、矢印方向に例えば加圧力調整スプリングのような付勢手段によって付勢されている。従って鏡筒２７は常にコレットホルダ２６に対して一定の位置関係を保ちながら、コレット回転プーリ２９によってＺ軸を中心とした回動を行う。
【００２３】
また、ボンディングヘッド６は鏡筒２７の上端に取付けた鍔３０と接触するＺ軸移動機構（図示せず）によって上下に移動する。
【００２４】
鏡筒２７の先端にはボンディングコレット３１が取付けられており、ボンディングコレット３１には光素子の拡大像を得るための対物レンズ３２及び光素子を吸着するための真空コレット３３が設けられている。真空コレット３３は、通常０．３ｍｍ乃至０.６ｍｍといった小さな光素子３を取り扱うために、小さな吸着孔を穿った薄い吸着板３４と、この吸着板３４が真空コレット３３内部と外気との圧力差によって変形するのを防止する支持板３５とを有している。
【００２５】
このボンディングヘッド６では光素子３の位置情報は、ボンディングコレット３１の上方に設けた可視光光源３６によって真空コレット３３に吸着した光素子３を照明し、その像をハーフミラー３７に反射して、検知ユニット１８である認識用カメラに伝えられることによって得られる。半導体基板１の位置情報は、ステージ５及び半導体基板１を透過した赤外線像が、ボンディングコレット３１及び鏡筒２７を通ってハーフミラー３７に反射し、検知ユニット１８である認識用カメラに伝えられることによって得られる。この際に可視光光源３６からの光はシャッタ３８によって遮断されている。
【００２６】
また、位置合わせの段階では半導体基板１と光素子３とが離れているために、認識用カメラの焦点は夫々に異なっており、焦点の変更を行わなければ鮮明な像を得ることができない。このため本実施の形態では焦点補正レンズ３９を設けている。通常、半導体基板１の位置に対して光素子３は一定の高さとなっており、焦点補正レンズ３９の有無によって、容易に半導体基板１及び光素子３の何れについても鮮明な像を得ることができる。
【００２７】
本実施の形態では、照明光源３６、検知ユニット１８及びこれらと検知対象物との光路を調整する光学素子からなる光学系をボンディングヘッド６と一体に構成したが、この光学系をボンディングヘッド６に対して回動又は上下動させる位置調整装置を更に設けてもよい。また、こうした光学系及び位置調整装置をボンディングヘットと一体化せずに独立して設けてもよい。
【００２８】
次に本実施の形態における位置合わせについて、図３を用いてより具体的に説明する。半導体基板１には位置合わせのための４個所のインデクス４０及び光ファイバ４１固定のためのファイバ溝４２が設けられ、ＬＤ３ａ及びＰＤ３ｂにも夫々２個所に位置合わせのためのインデクス４３，４４が設けられている。これらのインデクス４３を利用して半導体基板１の所定位置に位置を合わせてＬＤ３ａを固定する。
【００２９】
なお、図中の（ａ）では、ＬＤ３ａは光ファイバ４１の端面からの反射による損失を防ぐために光ファイバ４１の光軸に対してわずか角度をもたせてレーザ光を出射する。従って、ＬＤ３ａ後面からのレーザ光をモニタするＰＤ３ｂもこのＬＤ３ａと同軸線上に固定されている。図中の（ｂ）では、ＬＤ３ａは工程を簡略化するために光ファイバ４１の光軸に対して同軸にレーザ光を出射する。従って、ＬＤ３ａ後面からのレーザ光をモニタするＰＤ３ｂもこのＬＤ３ａと同軸線上に固定されている。
【００３０】
半導体基板１のインデクス４０及びファイバ溝４２は半導体の結晶面によるエッチングの方向性を利用して断面三角形状の溝となっている。このため赤外線光が透過する際に、各インデクス４０の斜面によって反射されてしまうために、赤外線光は各インデクス４０部分を透過しないので赤外線像では各インデクス４０が暗部となって認識されることとなる。
【００３１】
光ファイバ４１は光素子３取付け後にファイバ溝４２に固定されるが、ファイバ溝４２が断面三角形状となっているために、上方から光ファイバ４１を押圧して固定することによってファイバ溝４２と光ファイバ４１との位置は精度の高い固定が行われる。
【００３２】
また、半導体基板１のインデクス４０はファイバ溝４２と同一工程にて同一のマスクを用いて行うので、ファイバ溝４２と半導体基板１のインデクス４０とは常に一定の位置関係が保たれる。
【００３３】
同様に、ＬＤ３ａ及びＰＤ３ｂのインデクス４３，４４は発光部或は受光部の素子形成工程によって形成されるので、発光部或は受光部とＬＤ３ａ及びＰＤ３ｂのインデクス４３，４４とは常に一定の位置関係が保たれる。しかしながらＬＤ３ａの発光面は劈開によって形成されるために、発光面とＬＤ３ａのインデクス４３との位置関係は充分な精度で一定の位置関係とはなっていない。また、発光面は赤外線による透過像では明瞭に捕らえることが難しい。
【００３４】
このために本実施の形態では可視光光源３６を設け、この光源３６によって照明し発光面の位置情報を得ている。この発光面の位置情報とＬＤ３ａのインデクス４３の位置情報に基づいて、ＬＤ３ａをファイバ溝４２に対して一定の位置関係となるべくアーム２４の移動及び鏡筒２７の回動を行って位置合わせを行い、半導体基板１にＬＤ３ａを固定する。この後同様にして、固定されたＬＤ３ａの位置情報とＰＤ３ｂのインデクス４４の位置情報に基づいて、ＰＤ３ｂを一定の位置関係となるべく位置合わせを行い、半導体基板１にＰＤ３ｂを固定する。
【００３５】
次に、このようにして半導体基板１にＬＤ３ａ及びＰＤ３ｂを固定した光モジュール２０は、パッケージに封止される。図４は光モジュールのパッケージ封止状態を説明する斜視図である。
【００３６】
光モジュール２０は、セラミック等のパッケージ４５に収容固着される。パッケージ４５には実装基板に実装される際に光モジュール２０の外部端子となるピン４６が固定されており、このピン４６はパッケージ４５に形成された配線４７によってパッケージ４６内部に設けられた電極４８と導通している。
【００３７】
一方半導体基板１には複数の配線４９が設けられており、この配線４９の一端に設けられた電極５０とパッケージ４５の電極４８とがワイヤボンディング等によって導通される。半導体基板１に設けられた配線４９の他端は、ＬＤ３ａ或はＰＤ３ｂと導通される。ＬＤ３ａ及びＰＤ３ｂは配線４９の他端に形成された電極上にジャンクションダウンで固着されており、これによってＬＤ３ａ或はＰＤ３ｂの一方の電極が配線４９と接続されており、夫々の他方の電極はボンディングワイヤ５１等により半導体基板１の配線４９の他端に形成された電極５２と接続されている。このようにして半導体基板１の固着と配線接続が終了する。
【００３８】
光ファイバ４１はパッケージ４５の挿入孔５３からパッケージ４５内に挿入され、半導体基板１のファイバ溝４２に押圧され、レジン塗布等の方法によって固定され、このレジン塗布によって挿入孔５３も密封される。光ファイバ４１の固定後に、パッケージ４１はパッケージ４１開口をリッド５４で覆いリッド５４とパッケージ４１とをハンダ等によって密封する。
【００３９】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００４０】
例えば、光モジュールとしてはＬＤ及びＰＤが搭載されたものに限定されず、ＬＤ或はＰＤのみを搭載したものにも本発明は適用が可能であり、パッケージとしてもセラミック以外に樹脂封止のものでも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態である光モジュール組立装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態である光モジュール組立装置のボンディングヘッドを示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光モジュールにおける位置合わせについて、説明する平面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である光モジュールのパッケージ封止状態を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…半導体基板、２…基板供給手段、３…光素子、３ａ…ＬＤ、３ｂ…ＰＤ、４…素子供給手段、５…ステージ、６…ボンディングヘッド、７…基板排出手段、８…ウェハテーブル、９…ウェハ認識装置、１０…基板供給コレット、１１…固定部材、１２…側壁、１３，２２…トレイ、１４…チップトレイテーブル、１５…素子認識装置、１６…ステージ認識装置、１７…赤外線光源、１８…検知ユニット、１９…ミラー、２０…光モジュール、２１…基板排出コレット、２３…モジュールトレイテーブル、２４…アーム、２５…回転軸受、２６…コレットホルダ、２７…鏡筒、２８…軸受けベアリング、２９…コレット回転プーリ、３０…鍔、３１…ボンディングコレット、３２…対物レンズ、３３…真空コレット、３４…吸着板、３５…支持板、３６…可視光光源、３７…ハーフミラー、３８…シャッタ、３９…焦点補正レンズ、４０，４３，４４…インデクス、４５…パッケージ、４６…ピン、４７，４９…配線、４８，５０，５２…電極、５１…ボンディングワイヤ、５３…挿入孔、５４…リッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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