(57)【要約】【課題】樹脂モールド時にレンズが発光素子に対して位置ズレが生じ難いモールドパッケージ型の光モジュールの製造方法の提供。【解決手段】本製造方法は、発光素子が搭載されたリードフレーム３とガラスレンズ部材４とを成形金型内に配置し、成形金型のキャビティに溶融透明樹脂を注入し、リードフレームの発光素子搭載部とガラスレンズ部材４を封止するレンズ部付きのパッケージを形成するもので、半割形状の成形金型の下金型１１に形成された上方に突出するピン１１ａの先端の凹部１１ｂにガラスレンズ部材４を載置し、成形金型の下金型１１に対して上金型を閉じ、下金型１１のピン１１ａの先端と、上金型の下方に突出するピンの先端との間で、リードフレーム３の発光素子２搭載側の端部を狭持し、成形金型に溶融透明樹脂を注入し、パッケージを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が搭載されたリードフレームとガラスレンズ部材とを成形金型内に配置し、前記成形金型のキャビティに溶融透明樹脂を注入し、前記リードフレームの発光素子搭載部と前記ガラスレンズ部材を封止するレンズ部付きのパッケージを形成する光モジュールの製造方法であって、
半割形状の前記成形金型の下金型に形成された上方に突出するピンの先端の凹部に前記ガラスレンズ部材を載置するステップと、
前記成形金型の下金型に対して上金型を閉じ、前記下金型のピンの先端と、前記上金型の下方に突出するピンの先端との間で、前記リードフレームの発光素子搭載側の端部を狭持するステップと、
前記成形金型に溶融透明樹脂を注入し、前記パッケージを形成するステップと、を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記下金型のピンの先端には上方に突出する凸部が形成され、前記リードフレームには、該凸部が挿通される挿通孔が形成されてい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】
前記成形金型の下金型の前記凹部の下部及び／または側面の形状が、前記ガラスレンズ部材に対応した形状となってい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】
前記成形金型の下金型の前記凹部の下部及び／または側面が、複数の平面から成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５】
前記ガラスレンズ部材は、前記溶融透明樹脂よりも高い屈折率を有し、且つ、外径が０.６ｍｍφよりも大きく、１.５ｍｍφよりも小さい球レンズであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法によって製造されたことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の送受信に用いられる半導体光素子を搭載し、樹脂によりモールド封止したモールドパッケージを備えた光モジュールの製造方法及び光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号の送受信等に用いられる光モジュールは、発光又は受光用の半導体光素子を搭載したパッケージに、光ファイバを接続するためのレセプタクルスリーブを結合した構造のものが一般的である。標準的な形状のパッケージとしては、リードピンを埋設したステムに半導体光素子を搭載し、その外側を、集光レンズを取り付けた金属製のキャップで覆って封止するＣＡＮパッケージが知られている。しかしながら、この形態のパッケージは、部品数が多く、組み付け工程が複雑で製造コストが高くなるという問題があった。
【０００３】
このため、ＣＡＮパッケージに代えて、リードフレーム上に半導体光素子を搭載し、該搭載部分をプラスチック樹脂でモールドして封止した構造のモールドパッケージが知られている。このモールドパッケージ型の光モジュールとして、パッケージを構成する透明樹脂の屈折率温度変化が大きいことに起因する、ヒートサイクル試験における光ファイバと半導体光素子との光結合効率の低下を抑制するため、半導体光素子と共に集光レンズを、モールド樹脂内に一体に埋設させる形態のものがある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図６を参照して、特許文献１に係る光モジュール１０１を説明する。光モジュール１０１は、シリコンオプティカルベンチ１０２に発光素子１０３とガラス製の球レンズ１０４とが搭載され、これをトランスファモールド成形により透明樹脂１０５で樹脂モールドしている。ここで、トランスファモールド成形による樹脂モールドは、キャビティ内に高温の溶融樹脂が流動状態で流し込まれて、樹脂モールドされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３３１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図６に示す特許文献１に係る光モジュール１０１は、オプティカルベンチ１０２に対してガラス製の球レンズ１０４がどのようにして搭載されているか開示されていない。オプティカルベンチ１０２に対するガラス製の球レンズ１０４の搭載状態（例えば、球レンズ１０４がオプティカルベンチ１０２に接着固定）によっては、トランスファモールド成形時に、球レンズ１０４が溶融樹脂の影響を受けて発光素子１０３に対して位置ズレを起こす虞がある。
この場合は、発光素子１０３からの出射光のずれが生じるなど、光ファイバへの光結合効率が低下するとともに光モジュールの歩留まり低下に繋がる虞があった。
【０００７】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、樹脂モールド時にレンズが発光素子に対して位置ズレが生じ難いモールドパッケージ型の光モジュールの製造方法と光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光モジュールの製造方法は、発光素子が搭載されたリードフレームとガラスレンズ部材とを成形金型内に配置し、成形金型のキャビティに溶融透明樹脂を注入し、リードフレームの発光素子搭載部とガラスレンズ部材を封止するレンズ部付きのパッケージを形成するものであって、半割形状の成形金型の下金型に形成された上方に突出するピンの先端の凹部にガラスレンズ部材を載置するステップと、成形金型の下金型に対して上金型を閉じ、下金型のピンの先端と、上金型の下方に突出するピンの先端との間で、リードフレームの発光素子搭載側の端部を狭持するステップと、成形金型に溶融透明樹脂を注入し、パッケージを形成するステップと、を有することを特徴とする。
【０００９】
下金型のピンの先端には上方に突出する凸部が形成され、リードフレームには、該凸部が挿通される挿通孔が形成されていることが好ましい。
また、成形金型の下金型の凹部の下部及び／または側面の形状が、ガラスレンズ部材に対応した形状となっていたり、成形金型の下金型の凹部の下部及び／または側面が、複数の平面から成っていたりすることが好ましい。
なお、ガラスレンズ部材が、溶融透明樹脂よりも高い屈折率を有し、且つ、外径が０.６ｍｍφよりも大きく、１.５ｍｍφよりも小さい球レンズであることも好ましい。
また、本発明は上述の方法で作製された光モジュールである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鉛直方向下側の金型にピンを設け、該ピンのそれぞれの上部に凹所を設け、透明樹脂でのモールド成形時には、上記凹所でガラスレンズ部材を保持するので、成形時の溶融樹脂の流れによるガラスレンズ部材の位置ズレを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による製造方法で製造された光モジュールの一例を説明する図である。
【図２】本発明による製造方法で用いられる成形金型の一例を示す断面図である。
【図３】図２の下金型の要部拡大図である。
【図４】他の例の下金型の要部拡大図である。
【図５】実施例及び比較例の各条件を説明する模式図である。
【図６】従来の光モジュールを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照して、本発明による製造方法で製造された光モジュールを説明する。図１（Ａ）は、光モジュールの要部拡大図を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の光モジュールをパッケージ５の図示を省略して示したものである。
図の光モジュール１は、発光素子２と、リードフレーム３と、ガラスレンズ部材４と、パッケージ５と、を有している。
【００１３】
発光素子２は、例えば、アルミコーティングされた量子井戸レーザ等の半導体発光素子を挙げることができる。
リードフレーム３は、銅合金等の金属材料から形成されるもので、サブマウント２ａを介して発光素子２が搭載される。このリードフレーム３は、発光素子２を駆動させるための電気配線として機能するリード端子３ａを複数有し、さらに、切り欠き部３ｂを一端に有している。切り欠き部３ｂの形成位置には、ガラスレンズ部材４が搭載される。また、リードフレーム３は、発光素子２の光軸及び切り欠き部３ｂを挟んだ両側に貫通孔３ｃを有する。貫通孔３ｃの機能については後述する。
【００１４】
ガラスレンズ部材４は、パッケージ５を形成する透明樹脂より屈折率が高い材料でできたガラス製の球レンズで、発光素子２からの出射光を集光するように凸状の表面を備えている。ガラスレンズ部材４は、例えば、ＢＫ７やＴａＦ３等を材料として作製され、その直径は０.６ｍｍ〜１.５ｍｍ程度である。
【００１５】
パッケージ５は、エポキシ等の透明樹脂をモールドすることにより、少なくとも、リードフレーム３の発光素子２が搭載された部分とガラスレンズ部材４とを一括して封止するもので、例えば、外径が５〜２０ｍｍで長さが５〜２０ｍｍに成形される。なお、エポキシ樹脂として、例えば、日東電工製のＮＴシリーズ等（屈折率：１.５０〜１.５５）を用いることができる。
このパッケージ５には、略四角錐台形状を刳り抜いた形状の穴５ａが一方に２つ形成され、略円錐台形状を刳り抜いた形状の穴５ｂが他方に２つ形成されている。これら穴５ａ，５ｂは後述する成形金型によって形成されている。
【００１６】
また、パッケージ５の一端側には、樹脂レンズ部５ｃが一体に成形されている。樹脂レンズ部５ｃは、集光型の非球面レンズであり、その光軸が発光素子２の光軸とガラスレンズ部材４の光軸と合致するような位置に形成されている。
以上のような部材からなる光モジュール１は、外部電気回路によってリード端子３ａを介して駆動された発光素子から光を出射し、ガラスレンズ部材４と樹脂レンズ部５ｃにより外部の光ファイバに集光させる。
【００１７】
次に、樹脂モールドによるパッケージ５の成形方法すなわち発光素子２とガラスレンズ部材４の封止方法について説明する。パッケージ５のように、発光素子の封止と非球面レンズ作製とを一体的に行うことができる成形方法は、射出成形・トランスファモールド成形等を挙げることができるが、例えば住友重機製の成形機（ＭＹ−２０）を用いて、トランスファモールド成形により所望性能のパッケージを得ることができる。
【００１８】
図２は、本発明で用いるトランスファモールドによる成形方法の一例を説明する図であり、リードフレーム３が図１の状態から裏返しにされた状態で示されている。パッケージ５用の成形金型は、図示するように、例えば、下金型１１と上金型（図示省略）の半割形状となっている。
下金型１１には、上方に突出する略四角錐台形状のピン１１ａが対となって形成されており、該ピン１１ａそれぞれの先端部には、互いに対向するように凹部１１ｂが形成されている。これら凹部１１ｂが協働してトランスファーモールド時にレンズ部材４を保持することができるようになっている。
【００１９】
また、ピン１１ａの上面には、リードフレーム３の貫通孔３ｃに挿通される、上方に凸形状の凸部１１ｃが設けられている。
一方、上金型には、下方に突出する略円錐台形状のピンが、下金型のピン１１ａに対向するように、対で形成されている。該略円錐台形状のピンの下面には、上金型１１のピン１１ａの凸部１１ｃが嵌る凹所が設けられている。
なお、下金型１１のピン１１ａと上金型のピンは両方とも撥水処理がされた金属で形成される。
【００２０】
トランスファモールド成形の際には、まず、下金型１１のピン１１ａの凹部１１ｂ内にガラスレンズ部材４を載置し、また、発光素子２が搭載された状態リードフレーム３の貫通孔３ｃに、上記ピン１１ａの凸部１１ｃが挿通されるように、上記ピン１１ａの上面上にリードフレーム３を載置する。これにより、リードフレーム３上の発光素子２に対してガラスレンズ部材４が位置決めされる。次いで、下金型１１のピン１１ａの凸部１１ｃと、上金型のピンの凹部とが嵌るように、上金型を閉じると、リードフレーム３が下金型１１と上金型により狭持される。
【００２１】
そして、成形金型を図示しないトランスファモールド成形機内部に装着し、後述する成形条件でパッケージ５の成形を行う。なお、この成形の際、空孔発生を抑制するため、成形金型のキャビティを真空状態にし、その後、キャビティに加熱され流動状態になった溶融透明樹脂を圧入する。
【００２２】
成形条件は、例えば、型締め力が１.０〜１.６×１０３ｋｇ（好ましくは、１.０〜１.２×１０３ｋｇ）、硬化時間が３〜１０分（好ましくは、５〜７分）、硬化温度が１５５〜１８０℃（好ましくは、１５５〜１６５℃）である。
そして、上記成形条件で成形した物を所定の硬化条件で硬化させてから、成形金型から取り出す。このとき、下金型１１のピン１１ａと上金型のピンが撥水処理された金属であるため成形金型から容易に取り出すことができる。
その後、パッケージ５の硬化状態をより完全なものとする為に、例えば１５０〜１６５℃で２〜３時間、熱養生させる。
なお、上金型にガラスレンズ部材を上から抑える固定ピンを設けるようにしてもよい。
【００２３】
以上のように、光モジュール１の作製の際、リードフレーム３の発光素子２搭載側端部を狭持する下金型１１と上金型のうちの下金型１１の凹部１１ｂで、リードフレーム３すなわち発光素子２に対するガラスレンズ部材４の位置決めを行う。したがって、トランスファモールド成形の際、溶融樹脂の流れの影響を受け難く、発光素子２とガラスレンズ部材４との位置関係を保つことができる。
【００２４】
なお、ガラスレンズ部材の位置決め方法として、リードフレームに凹所を設け、該凹所にガラスレンズ部材を嵌めこむ方法が考えられる。しかし、この方法では、レンズ部材の一部がリードフレームによって隠れてしまうため、レンズ部分の光結合に寄与する領域が隠れてしまう場合がある。しかし、本発明の光モジュール作製方法では、レンズ部材近傍のリードフレームは切り欠きによってニゲ加工されているため、上述のような問題が生じない。
【００２５】
また、光モジュール内の発光素子には常時通電を行う必要があることから、発光素子周辺には熱が滞留し易いので、成形金型のピンにより形成された穴に、放熱性を有する放熱体を取付けておくとよい。これにより、上記熱を効果的に外部に逃がすことができる。
【００２６】
図３は、図２の下金型の要部拡大図であり、図３（Ａ）はレンズ４が配置された状態での上下方向の断面図、図３（Ｂ）は同横方向の断面図である。
下金型１１は、図３（Ａ）に示すように、凹部１１ｂの下部１１ｄの形状がガラスレンズ部材４の形状に合わせた球面状となっており、また、図３（Ｂ）に示すように、凹部１１ｂの側面１１ｅの形状が同様に球面状となっている。なお、本例では、凹部１１ｂの下部１１ｄ及び側面１１ｅの両方が球面状となっていたが、いずれか一方が球面状であっても良い。
また、下金型１１は、発光素子２からの光がケラレることを防ぐため、樹脂レンズ部材５ｃ側の上部にテーパー部１１ｅを有する。
【００２７】
図４は、下金型の他の例の要部拡大図であり、図４（Ａ）はレンズが配置された状態での上下方向の断面図、図４（Ｂ）は同横方向の断面図である。
図４（Ａ）に示すように、下金型１１´は、凹部１１ｂ´の下部１１ｄ´が図３（Ａ）のものと異なり複数の平面からなっており、ガラスレンズ部材４を複数の点（図の例では３点）で下方向から支持するようになっている。また、図４（Ｂ）に示すように、下金型１１´の凹部１１ｂ´の側面１１ｅの形状は、同様に、複数の平面から成っており、該平面によりガラスレンズ部材４の横方向の位置決めを行うようになっている。
【００２８】
なお、上記凹部１１ｂ´の下部１１ｄ´や側面１１ｅ´を形成する平面の数は３つに限られず、２つであってもいいし、４つ以上であってもよい。
本例では、凹部１１ｂ´の下部１１ｄ´及び側面１１ｅ´の両方が複数の平面からなっていたが、いずれか一方が複数の平面から成る形態であっても良い。
また、下金型１１’は、図３の下金型１１と同様に、テーパー部１１ｅを有する。
【００２９】
（実施例）
実際に、ガラスレンズ部材から発光素子までの距離等の条件を変えて、図３の例の下金型を用いて光モジュールを作製し、それぞれの発光素子とフェルールとの結合損失（ΔＰｆ）とその温度変化（トラッキングエラー）を測定した。なお、上記結合損失の温度変化は、−４０〜９５℃の温度範囲における結合損失の最大値と最小値の比で表され、０.５ｄＢ以下が目標値である。
【００３０】
各例共通で、発振波長が１３１０ｎｍと、２５℃の屈折率が１・５１で屈折率の温度係数が−１.３×１０−４℃−１のパッケージと、スポットサイズ５μｍのフェルールとを用いた。
【００３１】
実施例１〜４のガラスレンズ部材４から発光素子２までの距離Ｌ１ａ（図５参照）、ガラスレンズ部材４の直径Ｄ、ガラスレンズ部材４から樹脂レンズ部５ｃまでの距離Ｌ１ｂ、樹脂レンズ部５ｃの曲率半径Ｒ及び樹脂レンズ部５ｃからフェルールＦまでの距離Ｌ２と、トラッキングエラー（Ｔ.Ｅ.）及び結合損失との関係を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
比較例１，２のものは表２の通りである。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
レンズ部材４の屈折率は、パッケージ５の屈折率より大きいものが望ましく、本例では屈折率１.７８のＴａＦ３をレンズ部材の材料として用いた。
【００３６】
実施例１〜４及び比較例１から明らかなように、レンズ部材４の直径Ｄは０.６ｍｍ〜１.５ｍｍ程度が好ましい。これは、以下の理由のためである。
【００３７】
（１）レンズ部材４の直径Ｄが０.６ｍｍより小さい場合、透明パッケージ作製時におけるプレス金型の所定箇所に載せ置く作業が煩雑となる。同時に、直径Ｄが０.６ｍｍよりも小さいと、透明樹脂の溶融粘度が高い状況ではガラスレンズ部材４が軽いため、所望の固定位置からズレが生じてしまい、光学特性が損なわれてしまう。
（２）一方、ガラスレンズ部材４の直径Ｄが１.５ｍｍより大きい場合、ガラスレンズ部材４の固定位置の精度は増すが、前述の如く、光学長（Ｌ１ａ，Ｌ２ｂ、Ｌ２）が長くなる。その結果、光ファイバとの結合距離が長くなり、例えば、光ファイバを固定するスリーブ部品の全長が長くなる。スリーブ長が長くなると、接着剤による部品固定時に固定ズレの影響を直接的に受け易くなり、光ファイバに対する結合効率が悪化する。
なお、特に好ましいレンズ部材の直径Ｄとして、０.６〜１.２ｍｍが挙げられる。
【００３８】
また、比較例１では、作製した物のうち、半分以上のものについて、結合損失が０.５ｄＢ以上であった。
さらに、比較例２では、レンズ部材の直径Ｄを１.８ｍｍとした場合、トラッキングエラーは０.１６ｄＢと小さかったが、樹脂レンズ部５ｃとフェルールＦとの距離Ｌ２が大きく、前述の如く、パッケージとレセプタクルスリーブとを樹脂固定する際に生じる傾きの影響を受けやすく結合効率が劣化するものが発生しており、作製した物のうち、ほとんど全てのものについて、結合損失が０.５ｄＢ以上であった。
【符号の説明】
【００３９】
１…光モジュール、２…発光素子、３…リードフレーム、４…ガラスレンズ部材、５…パッケージ、１１，１１´…下金型、１１ａ…ピン、１１ｂ，１１ｂ´…凹部、１１ｃ…凸部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012195551.tif 000008
【図５】
2012195551.tif 000009
【図６】
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