(57)【要約】【課題】光半導体素子モジュールの光軸調芯固定において、レーザ照射時の溶接部の熱収縮による光半導体素子とレンズの光軸ずれを抑制する。【解決手段】光半導体素子１とレンズ３の光軸を調芯した後、レンズ３の中心に対して非対称な二点のＹＡＧ溶接部５に同時にレーザを照射し、レンズホルダ４とキャリア２を溶接固定するレーザ溶接工程において、レンズホルダ固定治具６１によりレンズホルダ４を保持し、レンズホルダ４の動きを制限した状態でレーザ照射を行う。レンズホルダ固定治具６１の当て面７と、円筒状のレンズホルダ４の周面は、レンズ３の中心に対して非対称な２箇所のレンズホルダ接触部８で接触している。これにより、レーザ照射時のＹＡＧ溶接部５の熱収縮による光半導体素子１とレンズ３の光軸ずれを抑制し、光半導体素子モジュールの高精度な組立が可能である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアに実装された光半導体素子と、この光半導体素子と所定距離をおいて配置されたレンズと、前記レンズを保持し前記キャリアに溶接固定されたレンズホルダを備えた光半導体素子モジュールの製造方法であって、
レンズホルダ固定治具により前記レンズホルダを保持し前記レンズホルダの動きを制限した状態で前記光半導体素子と前記レンズの光軸を調芯した後、前記レンズの中心に対して非対称な二点のレーザ溶接部に同時にレーザを照射し、前記レンズホルダと前記キャリアを溶接固定するレーザ溶接工程を含み、
前記レンズホルダ固定治具は、前記レンズの中心軸に垂直な平面上において前記レンズの中心に対して非対称な二点のレンズホルダ接触部で前記レンズホルダと接触し、前記二点のレーザ溶接部と前記レンズの中心を結んだ角度θ１（θ１＜１８０°）に対して、前記二点のレンズホルダ接触部と前記レンズの中心を結んだ角度θ２（θ２＜１８０°）の方が大きく、且つθ２の広がりの領域内にθ１があることを特徴とする光半導体素子モジュールの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光半導体素子モジュールの製造方法であって、前記レンズホルダは金属材料、前記レンズホルダ固定治具は非磁性体材料からなり、前記レンズホルダ固定治具はマグネットにより磁化させた支持棒を有し、この支持棒の磁力により前記レンズホルダの一部を吸着して固定するとともに、前記レンズホルダ接触部において前記レンズホルダを保持することを特徴とする光半導体素子モジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光半導体素子モジュールの製造方法であって、前記レンズホルダは金属材料、前記レンズホルダ固定治具は磁性体材料からなり、前記レンズホルダ固定治具はマグネットにより磁化され、その磁力により前記レンズホルダの一部を吸着して固定するとともに、前記レンズホルダ接触部において前記レンズホルダを保持することを特徴とする光半導体素子モジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光半導体素子モジュールの製造方法であって、前記レンズホルダ固定治具は、前記レンズホルダを真空吸着する吸着面を有し、この吸着面により前記レンズホルダの一部を吸着して固定するとともに、前記レンズホルダ接触部において前記レンズホルダを保持することを特徴とする光半導体素子モジュールの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の光半導体素子モジュールの製造方法であって、前記光半導体素子として、その発光点から近赤外光を出力する発光半導体素子を用い、前記レンズとして、前記発光半導体素子から出力される近赤外光を集光するレンズを用いたことを特徴とする光半導体素子モジュールの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の光半導体素子モジュールの製造方法であって、前記光半導体素子として、外部からの近赤外光を受光する受光半導体素子を用い、前記レンズとして、外部からの近赤外光を集光し前記受光半導体素子の受光点へ入射させるレンズを用いたことを特徴とする光半導体素子モジュールの製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の光半導体素子モジュールの製造方法であって、前記レーザ溶接工程において、ＹＡＧレーザを用いたことを特徴とする光半導体素子モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用の光半導体素子モジュールの製造方法に関し、特に、光半導体素子とレンズの光軸調芯固定におけるレーザ溶接による光軸ずれの抑制に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光半導体素子とレンズの光軸調芯固定においては、レンズを保持するレンズホルダを治具により支持し、キャリアに実装された光半導体素子とレンズの光軸を調芯した後、ＹＡＧレーザ溶接によりキャリアとレンズホルダを溶接固定していた。この方法では、キャリアとレンズホルダを線膨張率の小さい部材とすることで、長期の温度変化に伴う光半導体素子とレンズの光軸ずれを防止していた。
【０００３】
また、例えば特許文献１では、基板上に配置された固定用部材により固定されたレンズホルダと、基板上に配置されたレーザダイオードと、レンズホルダにより保持された第一レンズを備えたレーザダイオードモジュールにおいて、基板と固定用部材との間、及び固定用部材とレンズホルダとの間をＹＡＧレーザ溶接により接合している。この例では、固定用部材の材質として線膨張率が一定値以下のものを用いることにより、光軸ずれが生じないようにし、トラッキングエラーの発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３５４８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来の光半導体素子モジュールの光軸調芯固定におけるレーザ溶接工程では、光半導体素子とレンズの光軸を調芯した後、光半導体素子が実装されたキャリア（基板）とレンズを保持したレンズホルダを、ＹＡＧレーザ溶接により溶接固定していた。
【０００６】
ところが、近年の光半導体素子モジュールの小型化に伴い、個々の光学部品が小型になり、レーザを照射する箇所（溶接部）が、レンズの中心に対して非対称な位置に制限されるようになってきた。このため、レーザ照射時に溶接部の熱収縮によりレンズホルダに不均一な力が生じ、レンズが光軸調芯位置からずれてしまい、光半導体素子とレンズの光軸ずれが生じるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、光半導体素子モジュールの光軸調芯固定において、レーザ照射時の溶接部の熱収縮による光半導体素子とレンズの光軸ずれを抑制し、高精度な組立が可能な光半導体素子モジュールの製造方法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】
本発明に係る光半導体素子モジュールの製造方法は、キャリアに実装された光半導体素子と、この光半導体素子と所定距離をおいて配置されたレンズと、レンズを保持しキャリアに溶接固定されたレンズホルダを備えた光半導体素子モジュールの製造方法であって、
レンズホルダ固定治具によりレンズホルダを保持しレンズホルダの動きを制限した状態で光半導体素子とレンズの光軸を調芯した後、レンズの中心に対して非対称な二点のレーザ溶接部に同時にレーザを照射し、レンズホルダとキャリアを溶接固定するレーザ溶接工程を含み、レンズホルダ固定治具は、レンズの中心軸に垂直な平面上においてレンズの中心に対して非対称な二点のレンズホルダ接触部でレンズホルダと接触し、二点のレーザ溶接部とレンズの中心を結んだ角度θ１（θ１＜１８０°）に対して、二点のレンズホルダ接触部とレンズの中心を結んだ角度θ２（θ２＜１８０°）の方が大きく、且つθ２の広がりの領域内にθ１があるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る光半導体素子モジュールの製造方法によれば、光半導体素子とレンズの光軸を調芯した後、レンズの中心に対して非対称な二点のレーザ溶接部に同時にレーザを照射し、レンズホルダとキャリアを溶接固定するレーザ溶接工程において、レンズホルダ固定治具によりレンズホルダを保持しレンズホルダの動きを制限した状態でレーザ照射を行うようにしたので、レーザ照射時のレーザ溶接部の熱収縮による光半導体素子とレンズの光軸ずれを抑制することができ、光半導体素子モジュールの高精度な組立が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの製造方法を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの製造方法におけるレンズホルダとレンズホルダ固定治具の固定方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの製造方法において用いられるレンズホルダ固定治具の形状を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る光半導体素子モジュールの製造方法を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る光半導体素子モジュールの製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの製造方法について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの構成を示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。なお、図１（ａ）、（ｃ）において、レンズホルダ４は断面を示している。
【００１２】
光半導体素子モジュールの光半導体素子１は、その発光点Ａから近赤外光を出力する発光半導体素子であり、キャリア２に実装されている。レンズ３は、光半導体素子１と所定距離をおいて配置され、光半導体素子１の発光点Ａから出力される近赤外光を集光する。レンズ３を保持するレンズホルダ４は、キャリア２に溶接固定されている。なお、レンズ３はレンズホルダ４内に圧入されており、互いの位置関係は変化しない。また、光半導体素子１の発光点Ａの形状は特に限定されるものではない。
【００１３】
ＹＡＧレーザ溶接部５（以下、ＹＡＧ溶接部５と略す）は、光半導体素子モジュールの光軸調芯固定において、ＹＡＧレーザが照射される部分であり、レンズホルダ４の底面４ａが接触しているキャリア２のレンズ取付け面２ａ上に有る。図１（ｂ）に示すように、二点のＹＡＧ溶接部５は、レンズホルダ４の底面４ａの外周を二分した時、一方の円弧上に偏って存在しており、レンズ３の中心に対して非対称な位置となっている。なお、図１（ａ）及び図１（ｃ）では、光半導体素子１の発光点Ａとレンズ３の中心軸Ｂがずれているが、実際には両者が一致するように調整（光軸調芯）した後、レンズホルダ４とキャリア２をＹＡＧ溶接部５にて溶接固定する。
【００１４】
キャリア２の材料としては、光半導体素子１の材料（例えばＩｎＰやＩｎＧａＡｓ）と線膨張係数の近い、コバール（ＦｅにＮｉ、Ｃｏを配合した合金）やＣｕＷ等が用いられる。また、レンズホルダ４の材料としては、ＹＡＧレーザの波長１．０６μｍに対して吸収率が良い、すなわち溶接性の良いＳＵＳやＳＦ２０Ｔ等が用いられる。金属材料同士のレーザ溶接には、一般にＣＯ２レーザとＹＡＧレーザが用いられる。レーザの種類としてはその他、第２高調波のＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ）や半導体レーザもあるが、ミクロンオーダの組立が必要な光学部品に対しては、低出力のＹＡＧレーザが適している。
【００１５】
次に、本実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの光軸調芯固定方法を説明する図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。なお、図２（ｂ）において、レンズホルダ４は断面を示している。また、図２中、図１と同一、相当部分には同一符号を付している。
【００１６】
図２において、キャリア２とレンズホルダ４は、それぞれ別の固定部材（図示せず）により保持されている。これらの固定部材は、位置決め手段を兼ねている場合もある。まず、レンズホルダ固定治具６によりレンズホルダ４を保持し、レンズホルダ４の動きを制限した状態で、光半導体素子１の発光点Ａとレンズ３の中心軸Ｂが一致するように、光半導体素子１とレンズ３の位置を調整する。光半導体素子１とレンズ３両者の位置の調整は、光半導体素子１を基準としてレンズ３を移動させてもよいし、レンズ３を基準として光半導体素子１を移動させてもよい。
【００１７】
光半導体素子１とレンズ３の光軸を調芯した後、レンズ３の中心に対して非対称な二点のＹＡＧ溶接部５に同時にレーザを照射し、レンズホルダ４とキャリア２を溶接固定する（レーザ溶接工程）。二点のＹＡＧ溶接部５がレンズ３の中心に対して非対称な場合、レーザ照射時のＹＡＧ溶接部５の熱収縮によってレンズホルダ４に不均一な力が生じ、レンズ３が光軸調芯位置からずれてしまい、光半導体素子１とレンズ３の光軸ずれが生じることがある。このような光軸ずれを抑制するために、レンズホルダ固定治具６によりレンズホルダ４を保持し、レンズホルダ４の動きを制限した状態でレーザ照射を行う。
【００１８】
レンズホルダ固定治具６には、レンズホルダ４の動きを制限するための当て面７が設けられている。この当て面７と円筒状のレンズホルダ４の周面は、レンズ３の中心に対して非対称な二箇所のレンズホルダ接触部８で接触している。これは、レンズ３の中心軸に垂直な平面上で見ると、図２（ａ）に示すように、レンズ３の中心に対して非対称な二点のレンズホルダ接触部８でレンズホルダ４と接触していると言える。さらに、二点のＹＡＧ溶接部５とレンズ３の中心を結んだ角度θ１（θ１＜１８０°）に対して、二点のレンズホルダ接触部８とレンズ３の中心を結んだ角度θ２（θ２＜１８０°）の方が大きく、且つθ２の広がりの領域内にθ１がある。これにより、レーザ照射時にＹＡＧ溶接部５が熱収縮した場合でも、レンズホルダ４はレンズホルダ接触部８で保持されているため、レンズ３が光軸調芯位置からずれることを抑制できる。
【００１９】
また、側面から見ると、図２（ｂ）に示すように、ＹＡＧ溶接部５はレンズホルダ４の底面４ａと接するキャリア２のレンズ取付け面２ａ上にあり、レンズホルダ固定治具６はレンズホルダ４の周面の上方を保持している。これにより、レンズホルダ固定治具６は、ＹＡＧレーザ溶接の際にレーザ照射の妨げにならない。なお、レンズホルダ固定治具６の形状及び寸法については、後に図４を用いて説明する。
【００２０】
次に、レンズホルダ固定治具６によるレンズホルダ４の固定方法について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、レンズホルダ４が金属材料からなり、レンズホルダ固定治具６が非磁性体材料からなる場合を示している。レンズホルダ固定治具６は、マグネット１０により磁化させた支持棒９を有し、この支持棒９の磁力によりレンズホルダ４の周面の一部を吸着して固定するとともに、当て面７のレンズホルダ接触部８においてレンズホルダ４を保持している。
【００２１】
また、図３（ｂ）は、レンズホルダ４が金属材料からなり、レンズホルダ固定治具６が磁性体材料からなる場合を示している。レンズホルダ固定治具６はマグネット１０により磁化され、その磁力によりレンズホルダ４の周面の一部を吸着して固定するとともに、当て面７のレンズホルダ接触部８においてレンズホルダ４を保持している。ただし、レンズホルダ固定治具６によるレンズホルダ４の固定方法はこれに限定されるものではなく、他の方法を用いてもよい。
【００２２】
次に、レンズホルダ固定治具６の形状及び寸法について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、光半導体素子、キャリア、レンズ及びＹＡＧ溶接部の位置関係を示す図であり、レンズホルダ固定治具は図示していない。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）中、Ｃ−Ｄ線における断面を矢印方向から見た正面図である。なお、図４中、図２と同一、相当部分には同一符号を付している。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、光半導体素子１の発光点Ａからキャリア２の光半導体素子搭載面２ｂまでの距離をＬ１、キャリア２の光半導体素子搭載面２ｂからＹＡＧ溶接部５までの距離をＬ２、レンズホルダ４の直径をｄ１とすると、二点のＹＡＧ溶接部５とレンズ３の中心を結んだ時の角度θ１は、下記の数式１より求められる（数式１、数式３において、θはθ１を示している）。なお、レンズホルダ固定治具６の当て面７の角度は、θ１よりも大きい角度に設定される。
【００２４】
また、図４（ｂ）に示すように、レンズホルダ固定治具６の当て面７の高さをｈ１とすると、ｈ１は下記の数式２より求められる。数式２において、ｈ２はレンズホルダ４の高さ、ｄ２はＹＡＧレーザのビーム直径、ΨはＹＡＧレーザ照射角度、Ｌ３はレンズホルダ固定治具６の側面６ａからＹＡＧ溶接部５までの距離である。なお、Ｌ３は下記の数式３より求められる。数式３において、Ｌ４はレンズホルダ固定治具６の幅である。例えばＬ１を０．４ｍｍ、Ｌ２を０．４ｍｍ、ｄ１を２ｍｍ、ｈ２を１．２ｍｍ、Ｌ４を２ｍｍ、Ψを４５°とすると、下記の数式２及び数式３よりｈ１は０．５２ｍｍ以下となる。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
【数２】
2012079791.tif 000004
【００２７】
【数３】
2012079791.tif 000005
【００２８】
以上のように、本実施の形態１に係る光半導体素子モジュールの製造方法によれば、光半導体素子１とレンズ３の光軸を調芯した後、レンズ３の中心に対して非対称な二点のＹＡＧ溶接部５に同時にレーザを照射し、レンズホルダ４とキャリア２を溶接固定するレーザ溶接工程において、レンズホルダ固定治具６によりレンズホルダ４を保持し、レンズホルダ４の動きを制限した状態でレーザ照射を行うようにしたので、レーザ照射時のＹＡＧ溶接部５の熱収縮による光半導体素子１とレンズ３の光軸ずれを抑制することができ、光半導体素子モジュールの高精度な組立が可能である。
【００２９】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る光半導体素子モジュールの光軸調芯固定方法を説明する図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。なお、図５（ａ）の上面図において、点線は実際には見えていない部分を示している。また、図５（ｂ）において、レンズホルダ４は断面を示している。また、図５中、図２と同一、相当部分には同一符号を付している。
【００３０】
本実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に、光半導体素子１とレンズ３の光軸を調芯した後、レンズ３の中心に対して非対称な二点のＹＡＧ溶接部５に同時にレーザを照射し、レンズホルダ４とキャリア２を溶接固定する。このレーザ照射時のＹＡＧ溶接部５の熱収縮による光軸ずれを抑制するために、レンズホルダ固定治具６１によりレンズホルダ４を保持し、レンズホルダ４の動きを制限した状態でレーザ照射を行う。
【００３１】
本実施の形態２におけるレンズホルダ固定治具６１によるレンズホルダ４の固定方法について、図５を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、レンズホルダ固定治具６１には、レンズホルダ４の動きを制限するための当て面７が設けられている。この当て面７と円筒状のレンズホルダ４の周面は、レンズ３の中心に対して非対称な２箇所のレンズホルダ接触部８で接触している。ＹＡＧ溶接部５とレンズホルダ接触部８の位置関係は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
上記実施の形態１では、レンズホルダ固定治具６はマグネット１０の磁力によりレンズホルダ４を吸着して固定しているが（図３参照）、本実施の形態２では、図５（ｂ）に示すように、レンズホルダ固定治具６１はレンズホルダ４を真空吸着する吸着面１１を有し、この吸着面１１によりレンズホルダ４の一部（図５では上面）を吸着して固定するとともに、レンズホルダ接触部８においてレンズホルダ４を保持している。
【００３３】
また、図６は、本実施の形態２において用いられるレンズホルダ固定治具の他の構成例を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。なお、図６（ａ）の上面図において、点線は実際には見えていない部分を示している。また、図６（ｂ）において、レンズホルダ４は断面を示している。また、図６中、図２と同一、相当部分には同一符号を付している。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、レンズホルダ固定治具６２には、レンズホルダ４の動きを制限するための当てピン１２が設けられている。当てピン１２の形状は、図６では円筒状であるが、特に限定するものではない。この当てピン１２と円筒状のレンズホルダ４の周面は、レンズ３の中心に対して非対称な２箇所のレンズホルダ接触部８で接触している。ＹＡＧ溶接部５とレンズホルダ接触部８の位置関係は、上記実施の形態１と同様である。
【００３５】
また、図６（ｂ）に示すように、レンズホルダ固定治具６２は、レンズホルダ４を真空吸着する吸着面１１を有し、この吸着面１１によりレンズホルダ４の上面を吸着して固定するとともに、レンズホルダ接触部８においてレンズホルダ４を保持している。
【００３６】
本実施の形態２に係る光半導体素子モジュールの製造方法によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、レンズホルダ４の上面をレンズホルダ固定治具６１、６２に設けられた吸着面１１により真空吸着して固定するようにしたので、キャリア２に対するレンズホルダ４の傾きを抑制することができ、さらに高精度な組立が可能である。
【００３７】
なお、上記実施の形態１及び実施の形態２では、光半導体素子１として発光半導体素子を用いた例について説明したが、本発明に係る光半導体素子モジュールは、受光半導体素子を用いたものであってもよい。その場合は、外部からの近赤外光を集光し、受光半導体素子の受光点へ入射させるレンズが用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、光通信用の光半導体素子モジュールの製造方法、特に光半導体素子とレンズの光軸調芯固定方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  光半導体素子、２  キャリア、２ａ  レンズ取付け面、
２ｂ  光半導体素子搭載面、３  レンズ、４  レンズホルダ、４ａ  底面、
５  ＹＡＧレーザ溶接部、６、６１、６２  レンズホルダ固定治具、
７  当て面、８  レンズホルダ接触部、９  支持棒、１０  マグネット、
１１  吸着面、１２  当てピン。
【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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