(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座に固定された一方の光学部品に他方の光学部品を垂直に降下させて、双方の当接面を密接させるために、一方の光学部品を前記台座と一体に設置されるクランプ部に把持し、前記台座の底面を凸状球面に形成して、基台に形成する凹状球面に収納させ、前記基台の底面に設ける支持台に、前記基台が垂直に上下する直線運動機構を固定すると共に、前記支持台の下方に垂直軸を設け、開溝の開閉部を有する割孔に前記垂直軸を嵌合させて、別途指令する信号により前記開閉部を締めて所定の位置に前記基台を固定し、前記割孔と前記直線運動機構の支柱がＸＹステージ上に載置され、前記直線運動機構と前記ＸＹステージの間にスプリングが介在し、前記直線運動機構に固定された前記支持台を常時上方に浮かせていることを特徴とする光学部品の面合せ装置。
【請求項２】
前記基台の凹状球面には多数の空気孔が形成され、前記空気孔には、空圧源と真空源が切替弁を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光学部品の面合せ装置。
【請求項３】
前記基台の凹状球面に接する前記台座の凸状球面は揺動自在に収納され、前記台座の上面に固定されたフランジの周辺に適宜設けられるウエイトによって、常に姿勢が水平に維持されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光学部品の面合せ装置。
【請求項４】
前記ＸＹステージを設置したベース上に、上下昇降部を具備するマストを垂直に延ばし、前記上下昇降部に前記他方の光学部品を把持するコレットチャックを設け、前記他方の光学部品を降下させて、前記一方の光学部品に前記他方の光学部品の当接面を密接させたのち、前記一方の光学部品を発光させ、前記他方の光学部品の出力端にパワーメータを接続し、双方の光軸が規定値内に合致するように、前記パワーメータからの信号を前記ＸＹステージの駆動部に指令し、双方の光軸の合致を確認してレーザー発光源から前記当接面の縁にレーザーをスポット照射して、双方の光学部品を結合することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学部品の面合せ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光学部品の光軸を正確に合致させて結合する装置であって、詳しくは、光半導体パッケージの発光素子の組立てに好適な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体パッケージにおいては、信号線である光ファイバーの端末のフェルールと、パッケージ内に搭載されたレーザーダイオード（以下ＬＤと称する）の光軸を合致させて、ＬＤに入力される微弱電気信号を光信号に変換して情報の伝達を行う。光半導体パッケージの組立の際、フェルールとＬＤの光軸がずれると伝達効率が低下し信号のひずみを誘発することがある。
【０００３】
図８に従来の発光素子の組立て装置１００の一例を示す。図８において、１０１はフェルールであり、１０２はＬＤの搭載されたパッケージのフランジである。直交する２軸１０３と１０４の周りに揺動自在に配置された台座１０５に、フランジ１０２を把持するクランプ１０６が設置されている。上方からフェルール１０１を降下させフランジ１０２に接触させると、いずれかの部品が傾斜していても台座１０５は傾斜角度に応じて揺動し双方の当接面は密着する。
【０００４】
密着させた双方の光学部品は、その当接面同士をスポット溶接にて結合する。そのためには、直交２軸１０３、１０４の周りに揺動自在の自由状態になっているクランプ１０６の姿勢を、一旦、静止固定する必要がある。そこで、直交２軸１０３、１０４に内蔵している電磁ブレーキ１０７を作動させた後、レーザー発光源（図示略）から双方の当接面にレーザーを照射して、双方の光学部品をスポット溶接する。
【０００５】
双方の光学部品に対するレーザーの照射は、当接面に向けて水平に行うのが理想であるが、図８においては電磁ブレーキ１０７や該台座１０５に邪魔されて特定の方向からしかレーザーの照射ができない。従って、双方の当接面の周縁を均等にスポット溶接することが困難である。又、クランプ１０６の姿勢を静止する電磁ブレーキ１０７は機械的に作動するため、衝撃によって折角の姿勢がずれる恐れがある等の問題があった。
【０００６】
これ等の問題を解消するための面合せ装置が、特開平８−２８１４６４号公報に開示されている。図９に、該面合せ装置２００の側面図を示す。図９において、２０１はフェルールであり、２０２はＬＤの搭載されたパッケージのフランジである。フランジ２０２を把持するクランプ２０３は、底面が凸状球面に形成された台座２０４の上面に設置されている。台座２０４全体は、凸状球面に対応する凹状球面を有する基台２０５に揺動自在に収納されている。
【０００７】
そして、基台２０５の凹状球面には多数の空気孔２０６が形成され、空気孔２０６には、空圧源２０７と真空源２０８が切替弁２０９を介して接続されている。先ず、クランプ２０３に把持されたフランジ２０２は台座２０４と共に、この状態で切替弁２０９により空圧源２０７が接続それ、空気圧が空気孔２０６に供給されて、揺動自在に浮遊している。
【０００８】
次に、フェルール２０１の把持部（図示略）を降下させて、ＬＤの搭載されたパッケージのフランジ２０２に密着させる。このとき、いずれかの部品が傾斜していても台座２０４は傾斜角度に応じて揺動し双方の当接面は密着する。そして、切替弁２０９により真空源２０８が接続それ、空気孔２０６を経由する真空圧によって台座２０４は基台２０５に吸引され静止固定される。この状態で、レーザー発光源２１０から双方の当接面にレーザーを照射して、双方の光学部品をスポット溶接する。
【０００９】
この従来技術によれば、台座２０４と基台２０５との間に空気圧を介在させることで、機械的な摩擦抵抗を減じて揺動自在に双方の光学部品を支持することができる。また、フェルール２０１とフランジ２０２を密着させた位置で、真空圧により台座２０４と基台２０５を吸引させて、双方の光学部品の姿勢を固定するから正確なスポット溶接が可能であると説明されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９の構成では、双方の光学部品の密着面は台座と基台の凹凸球状面に較べはるかに狭く、単に、双方の光学部品を接触させ台座の浮遊する台座と基台の隙間を埋めるだけの降下量では、厳密には双方の光学部品の接触面を密着させることは困難である。そこで、本発明は双方の光学部品の接触面を正確に密着させるだけの移動量を台座と基台に与えると共に、他方の光学部品に対する一方の光学部品の光軸を合致させる手段を台座と基台に与え、双方の光学部品における光軸の合致を確認した後、双方の当接面にレーザーをスポット照射して、双方の光学部品を結合する装置を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
台座に固定された一方の光学部品に他方の光学部品を垂直に降下させて、双方の当接面を密接させるために、一方の光学部品を台座と一体に設置されるクランプ部に把持し、台座の底面を凸状球面に形成して、基台に形成する凹状球面に収納させ、基台の底面に設ける支持台に、基台が垂直に上下する直線運動機構を固定すると共に、支持台の下方に垂直軸を設け、開溝の開閉部を有する割孔に垂直軸を嵌合させて、別途指令する信号により開閉部を締めて所定の位置に基台を固定することにより、双方の光学部品の接触面を正確に密着させるだけの移動量を台座と基台に与える。
【００１２】
さらに、開溝の開閉部を有する割孔と直線運動機構の支柱をＸＹステージ上に載置し、直線運動機構とＸＹステージの間にスプリングを介在さし、直線運動機構に固定された支持台を常時上方に浮かせることにより、台座と基台の移動量を確保すると共に、ＸＹステージによって双方の光学部品の光軸を補正する。
【００１３】
基台の凹状球面に多数の空気孔を形成し、空気孔に、空圧源と真空源の切替弁を介して接続することにより、台座と基台の機械的な摩擦抵抗を減じで揺動自在に支持すると共に、切替弁を介する真空源への接続により、台座と基台が真空圧によって静態される。
【００１４】
基台の凹状球面に接する台座の凸状球面は、揺動自在に収納され、台座の上面に固定されたフランジの周辺に適宜設けられるウエイトによって、常に姿勢を水平に維持する。
【００１５】
ＸＹステージを設置したベース上に、上下昇降部を具備するマストを垂直に延ばし、上下昇降部に他方の光学部品を把持するコレットチャックを設け、他方の光学部品を降下させて、一方の光学部品に他方の光学部品の当接面を密接させたのち、一方の光学部品を発光させ、他方の光学部品の出力端にパワーメータを接続し、双方の光軸が規定値内に合致するように、パワーメータからの信号をＸＹステージの駆動部に指令し、双方の光軸の合致を確認してレーザー発光源から当接面の縁にレーザーをスポット照射して、双方の光学部品を結合する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における光学部品の面合せ装置の好適な実施例を、添付する図面に基づいて詳細に説明する。図１は、面合せ装置を正面から見た全体概要図である。図１において、一方の光学部品に相当するフェルール１は、図６にて後述するコレットチャック５４に把持され、他方の光学部品に相当するＬＤ１０の直上に位置する。
【００１７】
ＬＤ１０は、図５にて後述するクランプ部２０に把持されている。クランプ部２０全体は、Ｖノッチ２１を介して台座２と一体に構成されている。台座２の底面は凸状球面２ａに形成され、台座２は、基台３に形成された凹状球面３ａに揺動自在に収納されている。また、台座２の上面には図３にて後述するフランジ４が固定され、周縁にバランスウエイト５が配置され台座２の姿勢を制御している。
【００１８】
基台３の内部には、凹状球面３ａに開口する空気孔３ｂが形成され、空気孔３ｂには、空気源６と真空源７が切替弁８を介して接続されている。フェルール１が降下してＬＤ１０のフランジに当接するまで、空気源６に通ずる切替弁８が開弁して台座２の凸状球面２ａに空気圧が供給され、この面圧と台座２の自重がバランスして、台座２は揺動自在に浮遊している。
【００１９】
多数の空気孔３ｂの穿孔は煩雑になるので、図２に示す基台３の断面図の構成にしてもよい。図２において、３ｃは多孔質の部材であって基台３の内部に埋設されている。多孔質の部材３ｃとしては、燒結されたセラミックス多孔質体や発泡ウレタンに金属メッキした後、樹脂分を焼却除去した金属多孔体が代表的である。金属多孔体の製法については特公昭５７−３９３１７号公報に詳述されている。多孔質の部材３ｃに接する空気孔３ｂを一箇所接続することにより、台座２の凸状球面２ａに密度の高い空圧が均等に作用する。
【００２０】
図３に、台座２の姿勢を制御するバランスウェイト５の配置を示した断面図を示す。図３において、台座２の上面にはフランジ４が固定され、周縁に多数配置する貫通孔４ａに、台座２の姿勢を水平に保持するためにバランスウエイト５が適宜配置される。或は、接着面を有する鉛をフランジ４に貼付しバランス調整してもよい。
【００２１】
基台３の底部には、支持台１５が固定されている。支持台１５の一端には、基台３を垂直に上下させる直線運動機構３０が固定されている。さらに、支持台１５の下方には垂直軸１６が、支持台１５と一体に形成されている。そして、垂直軸１６は、図４にて後述する開溝の開閉部１７を有する割孔１９に滑合している。
【００２２】
割孔１９と直線運動機構３０の構成を説明するため、図１のＸ−Ｘ断面を図４に示す。図４において、直線運動機構３０の支柱３１には、周知のガイド溝３２が形成され、ボール３３がグリップ３４に抱かれて摺動自在に設けられている。また、支持台の下方の垂直軸１６は、割孔１９に滑合している。別途指令する信号を受信した開閉部１７は、開溝１８を開閉することにより割孔１９の嵌合寸法を変更する。開閉部１７の駆動源にはステップモータを用いて、開溝１８に螺合するネジ部１７ａを作動してもよく、又、エアーシリンダを用いてネジ部１７ａの代わりにコンロットを作動させてもよい。
【００２３】
割孔１９と直線運動機構３０の支柱３１は図１に示すように、共にＸＹステージ４０に固定されている。そして、ＸＹステージ４０とグリップ３４の間にスプリング３５が設置され、垂直軸１６と割孔１９が滑合している状態では、スプリング３５の反発力によって支持台１５から上部に存在する部材は浮動していることになる。浮動位置を制限するために、支柱３１の上端にストッパー３６が設けられている。さらに、ＸＹステージ４０全体は、ベース４５に設置されている。
【００２４】
次に、クランプ部２０の詳細を図５の平面図にて説明する。図５において、２１は湾曲した舌片の先端に開くＶノッチである。このＶノッチ２１にＬＤ１０のフランジの首下が保持され、Ｖノッチ２１の本体の両側面に固定されるステー２２に、クランパー２３のガイド穴２３ａが摺動自在に嵌合している。ガイド穴２３ａの端面とステー２２の端部に形成される鍔２４の間に、コイルスプリング２５が挿入されてクランパー２３をＶノッチ２１側に押圧している。ＬＤ１０をクランプ部２０に装着する際には、コイルスプリング２５に逆らってクランパー２３を手動にて移動させ、クランパー２３から手を離せばコイルスプリング２５の押圧力によってＬＤ１０は把持される。
【００２５】
さらに、フェルール１を把持するコレットチャック５４周辺の構成を、図６の側面図により説明する。図６において上下昇降部５０は、ＸＹステージ４０を設置したベース４５に垂直に固定されたマスト５１の上方に設置されている。周知のガイド溝を有するスライダー５２は、別途指令される信号によって駆動するステップモータ５３によってコレットチャック５４と一体に上下に摺動する。
【００２６】
図１において、コレットチャック５４に把持されてα点まで降下してきたフェルール１は、ＬＤ１０のフランジに密着し双方の光軸が合致すべく台座２を傾ける。このときα点での光軸の合致を妨げないよう、台座２における半径Ｒの凸状球面２ａの中心点とα点とは合致していることが好ましい。双方の光軸の合致した姿勢で、真空源７に切替弁８を開弁し台座２を基台３に吸引固定する。この吸引工程で緩んだフェルール１とＬＤ１０のフランジの当接圧を補正するため、スプリング３５の反発力に抗して、コレットチャック５４を若干降下させ、開閉部１７を駆動して垂直軸１６を割孔１９に固定する。そこで、レーザー発光源６０からフェルール１とＬＤ１０の当接面の縁に、Ｙａｇレーザーに代表されるレーザーをスポット照射して、双方の光学部品をスポット溶接する。
【００２７】
次に、改めて面合せ装置全体の作動手順を図７に示す概念図により説明する。先ず、（１）空気源６に通ずる切替弁８を開弁して、台座２の凸状球面２ａに空気孔３ａから空気圧を供給し、基台３の凹状球面３ａ部に台座２を揺動自在に収納する。（２）ＬＤ１０を搭載している筐体１１のフランジ１４の位置を、クランプ部２０に把持する。半導体パッケージの筐体１１に搭載されるＬＤ１０は、電源６１に接続されることにより電気信号を光信号に変換し集光レンズ１２を介してα点に焦点を結ぶが、台座２における半径Ｒの凸状球面２ａの中心点とα点とは合致すべく構成されている。
【００２８】
（３）フェルール１のスリーブ１ａをコレットチャック５４にて把持する。（４）クランプ部２０の作動信号を受信した演算装置７０は、電源６１から端子１３に電力を供給するよう指令する。（５）コレットチャック５４の作動信号を受信した演算装置７０は、ステップモータ５３を駆動してスライダー５２と一体となっているコレットチャック５４を降下させる。この動作に伴って、スリーブ１ａとフランジ１４の当接面は密着し、スリーブ１ａの端面の傾きに応じて台座２の姿勢が定まる。
【００２９】
（６）任意に設定する待機時間を経て、演算装置７０の指令を受けた切替弁８は空気源６を遮断し、真空源７側を開弁して真空圧にて台座２を基台３に吸引固定する。（７）この吸引工程で緩んだスリーブ１ａとフランジ１４の当接圧は、図１に示すスプリング３５の反発力で補正される。（８）次に、演算装置７０から開閉部１７の駆動指令を発信して、垂直軸１６を割孔１９に固定する。
【００３０】
（９）この状態で、ＬＤ１０から発光される光は、フェルール１の信号線である光ファイバー１ｂを経由して、光軸の整合精度がパワーメータ６２に表示される。（１０）そして、パワーメータ６２の光軸同心度が許容値に収まるよう、演算装置７０からＸＹステージ４０の駆動部４１，４２に指令して、フェルール１に対するフランジ１４の位置を補正する。（１１）パワーメータ６２の光軸同心度が許容値に到達したところで、演算装置７０からレーザー発光源６０に指令して、Ｙａｇレーザーを照射し双方の光学部品をスポット溶接する。（１２）双方の光学部品の結合後は、順次、クランプを解除して各エレメントを初期工程に戻す。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、光半導体パッケージの組立工程において、フェルールのスリーブとＬＤを搭載している筐体のフランジを当接する部材を、双方の部品の傾きに倣って揺動自在に動く台座に設置し、中間工程においてＬＤからの光信号をフェルールの信号線である光ファイバーを経由して、光ファイバーの端末に接続するパワーメータによって光軸の整合精度を確認しながら、フェルールに対するＬＤの位置を台座の設置されているＸＹステージを駆動して調整し、光軸の整合許容値に到達したところで、レーザー照射によるスポット溶接にて双方の部品を結合したから、光軸の整合精度の高い光学部品の面合せ装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を正面から見た全体概要図である。
【図２】本発明の基台における他の実施例の断面図である。
【図３】本発明の台座の断面図である。
【図４】本発明の図１におけるＸ-Ｘ断面上の直線運動機構と割孔の断面図である。
【図５】本発明のクランプ部の平面図である。
【図６】本発明の上下昇降部の側面図である。
【図７】本発明の装置全体の概念図である。
【図８】従来技術の組立装置の立体図である。
【図９】他の従来技術における装置全体の概念図である。
【符号の説明】
１  フェルール
２  台座
２ａ  凸状球面
３  基台
３ａ  凹状球面
４  フランジ
６  空気源
７  真空源
８  切替弁
１０  ＬＤ
１５  支持台
１６  垂直軸
１７  開閉部
１９  割孔
２０  クランプ部
３０  直線運動機構
３５  スプリング
４０  ＸＹステージ
５０  上下昇降部
５４  コレットチャック
６０  レーザー発光源
６１  電源
７０  演算装置
【図１】
0004134595.tif 000002
【図２】
0004134595.tif 000003
【図３】
0004134595.tif 000004
【図４】
0004134595.tif 000005
【図５】
0004134595.tif 000006
【図６】
0004134595.tif 000007
【図７】
0004134595.tif 000008
【図８】
0004134595.tif 000009
【図９】
0004134595.tif 000010