JP2006108427A

JP2006108427A - 光モジュール組立装置及び組立方法

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Publication number: JP2006108427A
Application number: JP2004293680A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Horikawa; 智美堀川
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-06
Also published as: JP4632739B2

Abstract

【課題】ＬＤ素子等の光半導体素子からの光出力が安定した状態で最適結合位置を発見でき、短時間で光モジュールの調芯及び組立が可能な装置等を提供する。
【解決手段】光半導体素子を実装したパッケージ２を保持して移動させる保持アーム部１と、保持アーム部１に搭載され、光半導体素子に接触して温度を測定するサーミスタ６と、保持アーム部１を介して光半導体素子を冷却するペルチェ素子３と、光半導体素子に給電する給電手段４と、保持アーム部１によってパッケージ２を移動させる間に、光半導体素子を発光させ、サーミスタ６及びペルチェ素子３を介して光半導体素子の温度が所定の温度となるように制御する制御手段７とを備える供給装置と、供給された光半導体素子と、他方の光学素子１０とを調芯する調芯手段１７、１８と、調芯した光半導体素子及び光学素子１０を固定する固定手段とを備える組立装置等。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュール組立装置及び組立方法に関し、特に、ＬＤ素子等の光半導体素子を備えた光モジュールを調芯して組み立てるために用いられる装置及び方法に関する。

従来、ＬＤ素子を備えた光モジュールの調芯及び組立を行う場合には、ＬＤ素子に電流を流してＬＤ素子を発光させ、ＬＤ素子からの光を光ファイバで受光し、受光した光を結合損が少なくなるように光ファイバやレンズの位置を調整して最適結合を行っていた。

しかし、ＬＤ素子は温度依存特性があり、ＬＤ素子を流れる電流値が同じであっても温度の変化によって光出力が変化するため、給電した電流によりＬＤ素子の温度が上昇すると光出力が変化する。調芯を行うにあたっては、温度を一定にして光出力を安定させないと、光軸調芯の際に最適結合する位置を見つけるのが困難になり、調芯時間が増大する。また、ＬＤ素子の温度が変化すると、光出力がばらつくため、ピーク位置（最適結合位置）を見誤ってしまうこともあり、調芯不良となる場合もある。そこで、温度変化が起こらないようにＬＤ素子を流れる電流値を抑え、光出力を小さくして調芯・組立を行うと、初期光を認識し難くなり、初期光をサーチするのに長時間を要し、調芯時間が増大する。

上記の点に鑑み、ＬＤ素子の光出力を安定させるために温度制御を行うことも考えられるが、出力が安定するまでに長時間を要し、例えば、ＬＤ素子を実装したパッケージをトレーから組立センターに搬送し、組立センターで給電して温度制御を開始すると、温度制御を行わない場合に比べて調芯及び組立時間が増大してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、光モジュールの調芯及び組立を行うにあたって、ＬＤ素子等の光半導体素子からの光出力が安定した状態で最適結合位置を見つけることができ、短時間で光モジュールの調芯及び組立を行うことのできる光モジュール組立装置及び組立方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、光半導体素子供給装置であって、光半導体素子を実装したパッケージを保持して移動させる保持アーム部と、該保持アーム部に搭載され、前記光半導体素子に接触して該光半導体素子の温度を測定するサーミスタと、前記保持アーム部に搭載され、該保持アーム部を介して前記光半導体素子を冷却するペルチェ素子と、前記保持アーム部に搭載され、前記光半導体素子に給電する給電手段と、前記保持アーム部によって前記パッケージを移動させる間に、前記光半導体素子に前記給電手段を介して給電して前記光半導体素子を発光させ、前記サーミスタ及び前記ペルチェ素子を介して前記光半導体素子の温度が所定の温度となるように制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、保持アーム部によって光半導体素子を搬送しながら給電と温度制御を行うことができるため、温度制御を行わないときと同等の時間で、次工程である調芯工程等に入ることができ、短時間で、光半導体素子からの光出力を安定させた状態で次工程に供給することができる。

また、本発明は、光モジュール組立装置であって、上記光半導体素子供給装置と、該光半導体素子供給装置によって供給された光半導体素子と、他方の光学素子とを調芯する調芯手段と、該調芯手段によって調芯した光半導体素子及び光学素子を固定する固定手段とを備えることを特徴とする。調芯工程においても、光半導体素子供給装置の温度制御を行っているため、光出力が安定した状態で調芯をスムーズに行うことができ、短時間で光モジュールを組み立てることができる。

さらに、本発明は、光半導体素子供給方法であって、光半導体素子を実装したパッケージを保持して移動させる間に、該光半導体素子に給電して発光させるとともに、該光半導体素子を冷却しながら該光半導体素子の温度を測定し、該光半導体素子の温度が所定の温度となるように制御して供給することを特徴とする。この方法によれば、上述のように、温度制御を行わないときと同等の時間で、次工程である調芯工程等に入ることができ、短時間で、光半導体素子からの光出力を安定させた状態で次工程に供給することができる。

また、本発明は、光モジュール組立方法であって、光半導体素子を実装したパッケージを保持して移動させる間に、該光半導体素子に給電して発光させるとともに、該光半導体素子を冷却しながら該光半導体素子の温度を測定し、該光半導体素子の温度が所定の温度となるように制御して供給し、供給された光半導体素子と、他方の光学素子とを調芯した後、該光半導体素子を固定することを特徴とする。この方法によれば、上述のように、光出力が安定した状態で調芯をスムーズに行うことができ、短時間で光モジュールを組み立てることができる。

以上のように、本発明によれば、光モジュールの調芯及び組立を行うにあたって、ＬＤ素子等の光半導体素子からの光出力が安定した状態で最適結合位置を見つけることができ、短時間で光モジュールの調芯及び組立を行うことなどが可能となる。

図１乃至図３は、本発明にかかる光モジュール組立装置の一実施の形態を示し、この光モジュール組立装置は、図示しないＬＤ素子を実装したパッケージ２を保持して移動させる保持アーム部１と、保持アーム部１に搭載され、ＬＤ素子に接触してＬＤ素子の温度を測定するサーミスタ６と、保持アーム部１を介してＬＤ素子を冷却するペルチェ素子３と、ＬＤ素子に給電するためのスプリングプローブ４と、サーミスタ６及びペルチェ素子３を介してＬＤ素子の温度が所定の温度となるように制御する制御手段としての温度制御ユニット７と、フェルール付きの光ファイバ１０を把持するファイバ保持アーム部１１と、光ファイバ１０を収容するためのホルダ９と、ホルダ９を保持するホルダ保持アーム部８等で構成される。

保持アーム部１は、銅等の熱伝導性の良好な部材で形成され、保持アーム部１には、ペルチェ素子３、サーミスタ６、及び絶縁材５で囲繞したスプリングプローブ４が搭載されている。ペルチェ素子３、サーミスタ６、スプリングプローブ４は、ＬＤドライバーを内蔵した温度制御ユニット７に接続され、スプリングプローブ４に接触した、パッケージ２の給電端子２ａから電流を流してＬＤ素子を発光させ、サーミスタ６でＬＤ素子の温度を測定しながら設定温度となるようにペルチェ素子３で冷却して温度調節を行うように構成される。

次に、上記構成を有する光モジュール組立装置の動作について、図１乃至図３を参照しながら説明する。

ＬＤ素子を実装したパッケージ２を、図示しないトレーから保持アーム部１で組立センターまで搬送する。保持アーム部１でパッケージ２をクランプする際、スプリングプローブ４が端子２ａに接触する位置に調整されているので、パッケージ２を保持アーム部１でクランプすると、パッケージ２の端子２ａに接触したスプリングプローブ４から給電することができる。

ＬＤ素子に給電すると発光し、その際に熱を発生する。ＬＤ素子は、温度変化によって出力も変換するため、保持アーム部１に搭載したサーミスタ６で接触部の温度を検知し、温度が一定となるようにペルチェ素子３で冷却する。これによって、ＬＤ素子の光出力を安定させることができる。また、この温度制御は、パッケージ２の搬送中に行うことができるので、組立時間を増大させることはない。

尚、光モジュールが上述のような同軸型ではなく、図４（ｂ）に示すようなバタフライ型の光モジュール１４であっても、図４（ａ）に示すように、パッケージの内部のペルチェ素子上にＬＤ素子やモニタＰＤ素子を搭載したサブキャリア１３を実装する際、上述のようなスプリングプローブ４を有する給電機構と、ペルチェ素子３及びサーミスタ６を有する温度調整機能を備えた保持アーム部１２を使用することも可能である。この構成により、パッケージの搬送中にＬＤ素子の光出力を安定させることができ、効率的に光モジュールの組立を行うことができる。

次に、本発明の実施例について、図５を参照しながら説明する。尚、同図において、上下方向をＸ方向、左右方向をＹ方向、回転方向をθ方向とする。

図示しないＬＤ素子を実装したパッケージ２を整列させたトレー２２を、水平方向（ＸＹ）及び回転方向（鉛直方向を軸にθ）に駆動する図示しないＸＹθステージを、セットステージ２５に搭載する。

セットステージ２５の上部には、画像認識用カメラ２４が設置してあり、トレー２２にセットされたパッケージ２の内部の光半導体素子の発光点や外形を認識し、光半導体素子の位置が毎回一定の位置となるようにＸＹθステージを自動で移動させる。

次に、保持アーム部１でパッケージ２を保持する。保持アーム部１には、図１乃至３に示したスプリングプローブ４が搭載されているので、画像認識によって位置補正されたパッケージ２は、常に同じ位置に位置決めされ、適正な端子２ａにスプリングプローブ４が接触する。

スプリングプローブ４に接続されたＬＤドライバーを内蔵した温度制御ユニット７（図３参照）から、ＬＤ素子に電流を流して発光させる。そして、サーミスタ６（図２参照）によって現在の温度を検知し、その温度が設定値に安定するように温度制御ユニット７によってペルチェ素子３を駆動する。

上記状態で、保持アーム部位置調整ステージ２０、第１搬送ステージ１９、第２搬送ステージ２１を介して保持アーム部１を組立センター１６に矢印Ａに示すように移動させる。

次に、光ファイバ１０をファイバ保持アーム部１１及びファイバ調芯ステージ１８を介して組立センター１６に搬送し、光ファイバ１０の端面で初期光を受光して検知する。ここで、画像により発光点を認識しているので、その位置に光ファイバ１０を移動して初期光を検知する。しかし、ＬＤ素子が真っ直ぐに実装されていないと、光は斜めに出射されるため、初期光を検知できないケースもある。その場合には、光ファイバ１０をスパイラル状に動かして初期光を検知できる位置へ移動させる。

ＬＤ素子からの光出力が最大となる位置へ、ホルダ９、ホルダ保持アーム部８、及びホルダ保持アーム部位置調整ステージ１７を介して０．５μｍピッチ程度でＸＹ軸方向に光ファイバ１０を移動させ、光軸調芯を行う。光軸調芯が完了すると、ＹＡＧレーザにてスポット溶接、もしくは紫外線硬化樹脂による接着によってＬＤ素子と光ファイバ１０とを固定する。

ＬＤ素子と光ファイバ１０の固定後、完成品を保持アーム部１によって回収トレーセットステージ２６にセットされた回収トレー２３に矢印Ｂ方向に搬送する。また、保持アーム部１は３セット同時に稼動し、パッケージ２をクランプして給電するとともにＬＤ素子の温度制御を開始する工程、光軸調芯・固定を行う工程、完成品のトレーに収納する工程で交互に移動する。

本発明にかかる光モジュール組立装置の保持アーム部を示す斜視図である。図１の保持アーム部の断面図である。本発明にかかる光モジュール組立装置の一実施の形態を示す全体斜視図である。本発明にかかる光モジュール組立装置のもう一つの保持アーム部を説明するための図であって、（ａ）は光モジュールを構成するバタフライパッケージを示す斜視図、（ｂ）は、保持アーム部を示す斜視図である。本発明にかかる光モジュール組立装置の実施例の構成を示す平面図である。

符号の説明

１保持アーム部
２ＬＤ素子を実装したパッケージ
２ａ端子
３ペルチェ素子
４スプリングプローブ
５絶縁材
６サーミスタ
７ＬＤドライバー内蔵温度制御ユニット
８ホルダ保持アーム部
９ホルダ
１０フェルール付き光ファイバ
１１ファイバ保持アーム部
１２保持アーム部
１３ＬＤ素子を実装したサブキャリア
１４バタフライパッケージ
１６組立センター
１７ホルダ保持アーム部位置調整ステージ
１８ファイバ調芯ステージ
１９第１搬送ステージ
２０保持アーム部位置調整ステージ
２１第２搬送ステージ
２２ＬＤ素子を実装したパッケージがセットされたトレー
２３組立完成品をセットする回収トレー
２４画像認識用カメラ
２５ＸＹθステージ付きセットステージ
２６回収トレーセットステージ

Claims

光半導体素子を実装したパッケージを保持して移動させる保持アーム部と、
該保持アーム部に搭載され、前記光半導体素子に接触して該光半導体素子の温度を測定するサーミスタと、
前記保持アーム部に搭載され、該保持アーム部を介して前記光半導体素子を冷却するペルチェ素子と、
前記保持アーム部に搭載され、前記光半導体素子に給電する給電手段と、
前記保持アーム部によって前記パッケージを移動させる間に、前記光半導体素子に前記給電手段を介して給電して前記光半導体素子を発光させ、前記サーミスタ及び前記ペルチェ素子を介して前記光半導体素子の温度が所定の温度となるように制御する制御手段とを備えることを特徴とする光半導体素子供給装置。
請求項１に記載の光半導体素子供給装置と、
該光半導体素子供給装置によって供給された光半導体素子と、他方の光学素子とを調芯する調芯手段と、
該調芯手段によって調芯した光半導体素子及び光学素子を固定する固定手段とを備えることを特徴とする光モジュール組立装置。
光半導体素子を実装したパッケージを保持して移動させる間に、該光半導体素子に給電して発光させるとともに、該光半導体素子を冷却しながら該光半導体素子の温度を測定し、該光半導体素子の温度が所定の温度となるように制御して供給することを特徴とする光半導体素子の供給方法。
光半導体素子を実装したパッケージを保持して移動させる間に、該光半導体素子に給電して発光させるとともに、該光半導体素子を冷却しながら該光半導体素子の温度を測定し、該光半導体素子の温度が所定の温度となるように制御して供給し、
供給された光半導体素子と、他方の光学素子とを調芯した後、該光半導体素子及び前記光学素子を固定することを特徴とする光モジュール組立方法。