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発明の名称 光部品の実装方法および実装装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−17559(P2007−17559A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−197003(P2005−197003)
出願日 平成17年7月6日(2005.7.6)
代理人 【識別番号】100101764
【弁理士】
【氏名又は名称】川和 高穂
発明者 渡辺 隆裕 / 樋上 俊哉 / 児島 直之
要約 課題
導波路付回路基板または回路基板に実装済みの光部品に対して、実装手順が簡便であり、実装精度の高い光部品の実装方法および実装装置を提供する。

解決手段
光源5から出射される光を導波路内に入射し、光が導波路を伝播し、導波路からの出射光を撮像装置7によって撮像し、撮像装置7によって得られた画像に基づき、光部品3の位置決めを確定し、実装対象1に光部品3を実装する方法である。さらに、光は、回路基板に形成される導波路内の光路変換機構9、11によって屈曲し、撮像装置7に撮像されることを特徴とする光部品の実装方法である。さらには、導波路内に光を入射する手段と、導波路からの出射光を撮像する手段と、撮像手段によって得られた画像情報に基づき実装位置を算出する手段とを具備した、光部品の実装装置である。
特許請求の範囲
【請求項1】
光源から出射される光を導波路内に入射し、
前記光が前記導波路を伝播し、前記導波路から出射する出射光を撮像装置によって撮像し、
前記撮像装置によって得られた画像に基づき、光部品の搭載位置を確定し、
実装対象に光部品を実装する光部品の実装方法。
【請求項2】
前記実装対象が、導波路付回路基板であることを特徴とする、請求項1に記載の光部品の実装方法。
【請求項3】
前記実装対象が、回路基板に実装された光部品であることを特徴とする、請求項1に記載の光部品の実装方法。
【請求項4】
前記光は、前記回路基板に形成される導波路内の光路変換機構によって屈曲し、撮像装置に撮像されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の光部品の実装方法。
【請求項5】
前記光源の位置を固定し、前記光を前記導波路付回路基板に対し垂直に入射し、前記光が所定の距離の導波路内を透過することを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の光部品の実装方法。
【請求項6】
前記光源の位置を固定し、前記光を前記導波路付回路基板に対し平行に入射し、前記光が所定の距離の導波路内を透過することを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の光部品の実装方法。
【請求項7】
光源と、前記光源から出射される光を導波路内に入射させる入射手段と、前記導波路からの出射光が撮像される撮像手段と、前記撮像手段によって得られた画像情報に基づき実装位置が算出される算出手段とを具備した、光部品の実装装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、光部品の実装方法に関するものである。より詳しくは、光部品を実装する際の光軸を合わせる方法およびそれを実施する実装装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
情報通信社会の発展に伴い通信機器は高速な処理能力が求められている。これに伴い、それらの通信機器内の信号伝送も高速化が求められることとなったが、従来の電気信号による信号伝送では高速化が困難になりつつある。そこで、各企業は、通信機器内に設けられる回路のうち、電気信号の伝送が行われる電気回路に代え、一部を光信号の伝送が行われる光回路とすることを試みている。
【0003】
光信号の伝送には受光部品、発光部品、光導波路やレンズなどといった光部品が必要となるが、これら光部品を基板に実装する方法として、特許文献1に記載されるとおり、大きく分けて従来からアクティブアライメントやパッシブアライメントがある。
【0004】
まず、アクティブアライメントについて説明する。アクティブアライメントは発光部品を動作させ、調芯を行い、光部品を実装する方法である。図6は、アクティブアライメントを用いた従来の発光部品の実装方法を説明するための概念図である。
【0005】
図6に示すアクティブアライメントによる光部品の実装方法では、例えばレーザダイオードなどの発光部品25と、発光部品25を駆動するための電源27と、発光部品25から出射されるレーザを受光するフォトダイオードなどの受光部品29と、受光した光を測定する測定器31と、発光部品25が実装される導波路付回路基板32とを使用する。導波路はコアとクラッドから構成され、その内部には、ミラーなどで構成される光の伝播方向を変換する第1の光路変換機構33と第2の光路変換機構35とが備えられる。
【0006】
アクティブアライメントによる光部品の実装方法では、発光部品25から出射される光が導波路付回路基板32に垂直に入射する。入射した光は第1の光路変換機構33によって直角に変換され、導波路内部を伝播する。さらに、光は、第2の光路変換機構35によって、伝播方向を直角に変換され、導波路付回路基板32の外部へと伝播する。以上の光の伝播は図6に示す実線の矢印で表される。
【0007】
外部へ放射された光は受光部品29に受光され、その強度が測定器31によって測定される。受光した光の測定を行いながら、発光部品25の調芯を行い、測定器31が最も強い光の強度を測定した時、調芯を静止し、発光部品の位置を確定させ、その状態で図6に示す白抜きの矢印に沿って、導波路付回路基板32に電気実装する。
【0008】
次に、パッシブアライメントについて説明する。パッシブアライメントによる光部品の実装方法では発光部品や導波路形状などの光部品をアライメントマーカ(Aligment Marks;位置ずれを少なくするための目印)として画像位置合わせを行う実装方法である。図7は、パッシブアライメントを用いた光部品の実装方法を説明するための概念図である。なお、図6に示すアクティブアライメントによる光部品の実装方法の概念図の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0009】
図7に示すパッシブアライメントによる光部品の実装方法では、例えば石英ガラスなどの導波路37と、すでに受光部品または発光部品といった光部品25が実装された回路基板39と、CCD(Charge Coupled Device;電荷結合部品)カメラなどの撮像装置41とを使用する。導波路37と光部品25には、予め図示しないアライメントマーカが作成されている。
【0010】
パッシブアライメントによる光部品の実装方法では、光部品25と導波路37との間に撮像装置41を挟み、光部品25と導波路37の実装位置をアライメントマーカによって確認する。作業者は撮像装置41で導波路37を撮像しながら、導波路37を白抜きの両矢印の示すように位置合わせを行い、実装位置を合わせ、実装位置が確定しだい、UV硬化剤などの接着剤で光部品25に導波路37を図7に示す白抜きの矢印に沿って実装する。
【特許文献1】特開2004−117582号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、上述した光部品の2種類の実装方法にはいくつかの問題点がある。まず、アクティブアライメントによる光部品の実装方法では、導波路付回路基板と光部品との結合精度が高いという利点があるものの、光部品の実装を行う装置に電源や受光部品、測定機器などの別の装置が必要となる上に、光軸を合わせる調芯作業にも多大な時間がかかるため、導入費や量産性に問題がある。
【0012】
また、パッシブアライメントによる光部品の実装方法では、アクティブアライメントによる光部品の実装方法と比べて実装装置や実装手順が簡便であるという利点があるものの、アライメントマーカにより位置決めが判断される実装の中心位置と、実際の光軸は必ずしも一致しないことがあるため、光部品同士の正確な結合効率が低いという問題点がある。
【0013】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、実装手順が簡便であり、実装精度の高い光部品の実装方法およびそれを実施する実装装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明に係る光部品の実装方法の第1の態様は、光源から出射される光を導波路内に入射し、光が導波路を伝播し、導波路から出射する出射光を撮像装置によって撮像し、撮像装置によって得られた画像に基づき、光部品の搭載位置を確定し、実装対象に光部品を実装する光部品の実装方法である。
【0015】
本発明に係る光部品の実装方法の第2の態様は、実装対象が、導波路付回路基板であることを特徴とする光部品の実装方法である。
【0016】
本発明に係る光部品の実装方法の第3の態様は、実装対象が、回路基板に実装された光部品であることを特徴とする光部品の実装方法である。
【0017】
本発明に係る光部品の実装方法の第4の態様は、光は、回路基板に形成される導波路内の光路変換機構によって屈曲し、撮像装置に撮像されることを特徴とする光部品の実装方法である。
【0018】
本発明に係る光部品の実装方法の第5の態様は、光源の位置を固定し、光を導波路付回路基板に対し垂直に入射し、光が所定の距離の導波路内を透過することを特徴とする光部品の実装方法である。
【0019】
本発明に係る光部品の実装方法の第6の態様は、光源の位置を固定し、光を導波路付回路基板に対し平行に入射し、光が所定の距離の導波路内を透過することを特徴とする光部品の実装方法である。
【0020】
本発明に光部品の実装装置の係る第1の態様は、光源と、光源から出射される光を導波路内に入射させる入射手段と、導波路からの出射光が撮像される撮像手段と、撮像手段によって得られた画像情報に基づき実装位置が算出される算出手段とを具備した光部品の実装装置である。
【発明の効果】
【0021】
本発明の光部品の実装方法では、導波路に入射させる光に対して難しい調芯等を必要としない。さらに、実装手順が従来のパッシブアライメントと同程度の簡便さを維持したまま、光部品の結合精度が改善され高精度な伝送品質を実現することができる。また、実装装置は、アクティブアライメントのように専用の受光部品や測定機器を必要とせず、光源もライトガイドなどで対応可能であるため、本発明の方法を使用する実装装置の導入にあたり特別な機構を必要とせず、量産性にも優れる。
【0022】
光路変換機構を有する導波路付回路基板に光部品を実装する場合においては、使用する回路基板の導波路の光軸延長上少なくとも一端に光路変換機構を有する固定された導波路を形成し、その導波路に光を入射して画像位置合わせを行い、オフセットをとって実装する方法を適用することができる。
【0023】
この実装方法では、光源をサンプル台や撮像装置等に固定できるため、実装装置内に小スペースが実現でき、かつ光を入射位置に設置する手順がなくなることにより、従来の電気実装と同じ手順で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態について、図1から図5を参照して、詳細に説明する。
【0025】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における光部品の実装方法を示す概念図である。図1は、例えば石英ガラスなどの導波路2と回路基板4を備える導波路付回路基板1と、導波路付回路基板1に実装される光部品3と、導波路付回路基板1に可視光を入射する可視光源5と、光部品3の実装位置を確認するための撮像装置7を有する。導波路2は、コア2aとクラッド2bから構成される。
【0026】
光部品3には、例えば、レーザダイオードやLED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)などの発光部品、フォトダイオードなどの受光部品、レンズなどの光部品があり、撮像装置7には、例えばCCDカメラなどがある。レーザダイオードを用いる場合は、特にVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser;面発光レーザ)を用いるのが好適である。導波路の内部には、ミラーなどで構成され、形状が斜め45度の直角三角形であり、可視光の伝播方向を変換する第1の光路変換機構9と第2の光路変換機構11とが備えられる。
【0027】
本実施形態では、まず、可視光源5から導波路付回路基板1に垂直に可視光を入射する。入射された可視光は、導波路付回路基板1の導波路内部に設置された第1の光路変換機構9で直角に伝播方向を変換し、導波路内部を伝播する。導波路内部を伝播する可視光は、第2の光路変換機構11で再度直角に伝播方向を変換し、導波路付回路基板1の外部へ出射光として出射する。なお、出射光とは導波路に入射された可視光が導波路を通して出射された光のことをいう。これら一連の可視光の伝播は、図1に示す実線の矢印で示される。
【0028】
導波路付回路基板1の外部に出射した可視光は、可視光の伝播方向の延長上に設置された撮像装置7によって撮像される。一方、可視光の伝播方向と撮像装置7の延長上にある、光部品3の位置についても同様に撮像装置7が撮像する。
【0029】
撮像装置7は可視光及び光部品3を撮像し、作業者は撮像装置7によって得られた画像を観察し、光部品3の位置合わせを行う。位置合わせが確定後、光部品3を導波路付回路基板1に電気実装する。
【0030】
図2は、図1に示す撮像装置によって撮像された画像を示す模式図である。図2より明らかなとおり、導波路付回路基板1に入射された可視光は、導波路内部を伝播し、外部へ出射されるが、出射された可視光は、図2に示す画像13のとおり、視覚によって認識できる程度に可能な光点15となる。作業者は、画像として表示された光点15をもとに、光部品3の位置合わせを行うことができる。
【0031】
したがって、従来の光部品の実装においては、発光部品を駆動させるための電源や、光強度を測定するための測定器が必要であったが、それらの機器を必要とせずに、実装精度の高い光部品3の導波路付回路基板1への実装が可能となる。
【0032】
(第2実施形態)
続いて、本発明である光部品の実装方法の第2実施形態について説明する。なお、図1に示される光部品の実装方法の概念図の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0033】
図3は、本発明の第2実施形態における光部品の実装方法を示す概念図である。図3に示す光部品の実装方法の概念図は、導波路2と、フォトダイオードなどの受光部品やレーザダイオードなどの発光部品である光部品3がすでに実装された回路基板4と、CCDカメラなどの撮像装置7と、導波路2に可視光を入射する可視光源5を使用する。なお、可視光源5から出射される可視光は、図3において、実線の矢印で示される。
【0034】
本発明による光部品の実装方法では、光部品3と導波路2との間に撮像装置7を挟み、光部品3と導波路2の実装位置を可視光源5から出射される可視光によって確認する。すなわち、撮像装置7によって撮像された画像を作業者が確認することで導波路2の光部品3への実装位置を合わせる。実装位置が確定しだい、UV硬化剤などの接着剤で光部品3に導波路2を白抜きの矢印に沿って実装する。
【0035】
(第3実施形態)
続いて、本発明である光部品の実装方法の第3実施形態について説明する。なお、図1に示される光部品の実装方法の概念図の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0036】
図4は、本発明の第3実施形態における光部品の実装方法を示す概念図である。図4に示す光部品の実装方法では、導波路付回路基板1に実装される光部品3と、導波路付回路基板1に可視光を入射する可視光源5と、光部品3の実装位置を確認するための撮像装置7を使用する。導波路の内部には、光の光路を変換する第1から第4の光路変換機構9、11、21、23が備えられる。なお、第1の光路変換機構9と第2の光路変換機構11は、所定の距離を有して固定されている。
【0037】
可視光源5から出射された可視光は、導波路付回路基板1に対し垂直に入射する。導波路内部に入射した可視光は、第1の光路変換機構9によって直角に伝播方向を変換し、導波路内部を伝播する。さらに、導波路内部を伝播する可視光は、第2の光路変換機構11によって直角に伝播方向を変換し、外部へと出射される。これらの一連の可視光の伝播は図4に示す実線の矢印で示される。
【0038】
外部へ出射された可視光は、その伝播方向延長上にある撮像装置7によって可視光の位置が画像として確認される。また、光部品3は撮像装置7と可視光の伝播方向延長上の位置しており、撮像装置7によって撮像された画像における可視光の位置に対応して、光部品3に位置合わせを行う。
【0039】
位置合わせが行われ、実装位置の確定した光部品3は、その位置を基準にオフセット移動し、所定の位置において導波路付回路基板1に電気実装される。
【0040】
光部品3が導波路付回路基板1に実装され、実際に光信号の伝送が行われる様子を図4に示す破線の矢印で示す。すなわち、実装された光部品3における光信号の伝送は、第3の光路変換機構21と第4の光路変換機構23によって導波路内部と外部を行きかう。
【0041】
したがって、第1実施形態においては、可視光源5から出射される可視光を撮像装置7が撮像しても、画像として表れる光点15は一定ではなく、その光点15を基に光部品3の実装位置合わせをするものであるが、本実施形態においては、可視光源5の位置及び第1の光路変換機構9と第2の光路変換機構11との距離が固定されているため、撮像装置7に撮像される可視光は常に一定の位置に画像として表示される。その位置を基に光部品3の実装位置合わせを行い、導波路付回路基板1へ実装することが可能となる。
【0042】
さらに、第1実施形態には、受発光部品どちらか一方が実装されると、もう一方の受発光部品実装時には本実装方法が適用できない欠点があるが、本実施形態においては、いかなる場合においても、本実装方法の適用が可能となる。
【0043】
(第4実施形態)
続いて、本発明である光部品の実装方法の第4実施形態について説明する。なお、図1に示される光部品の実装方法の概念図の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0044】
図5は、本発明の第4実施形態における光部品の実装方法を示す概念図である。図5に示す光部品の実装方法では、導波路付回路基板1に実装される光部品3と、導波路付回路基板1に可視光を入射する可視光源5と、光部品3の実装位置を確認するための撮像装置7を使用する。導波路の内部には、光の光路を変換する第1の光路変換機構9と第2の光路変換機構11を使用する。
【0045】
本実施形態における光部品の実装方法では、可視光源5から出射される可視光の入射位置が第3実施形態の入射位置と異なるものである。すなわち、第3実施形態では、導波路付回路基板1に対し、可視光が垂直に入射されるのに対し、本実施形態では、導波路付回路基板1に対し、可視光が平行に入射される。
【0046】
また、可視光源5から第1の光路変換機構9までの距離が固定されているため、撮像装置7によって撮像され、画像として表示される光点15の表示位置は常に固定される。このため、表示された光点15の表示位置を基に、光部品3の実装位置合わせを行うことが可能となり、実装位置が確定次第、導波路付回路基板1に光部品3を実装する。また、本実施形態では、第3実施形態の長所を備え、さらに第3の光路変換機構21、第4の光路変換機構23が不要となるため、第3実施形態と比べて製造コストの低減が図れる。
【0047】
なお、上述した第1実施形態から第4実施形態において、撮像装置によって撮像された光点の画像を作業者が確認し、位置合わせを行う実施形態としたが、当該画像をソフトウェアにより画像処理を施し、光点の位置座標を抽出し、当該位置座標を基に、光部品の実装位置を自動的に確定するようにしてもよい。
【0048】
さらに、上述した第1実施形態から第4実施形態において、光路変換機構は、ミラーに代わりに透明な樹脂等からなるプリズムにより構成された光路変換機構としてもよい。また、導波路に入射する可視光の光軸と、導波路のコアとの位置を調節するために、導波路と光部品との間にレンズを介して導波路に可視光を入射させてもよい。これにより、光部品を実装する際、光部品と導波路との実装位置が明確となり、結合効率が良好となる。
【0049】
本発明において使用する光は、上述した可視光に限定されるものではなく、使用する撮像装置に対応する波長であれば、どのような光でも実施可能である。さらに、本発明は、上述した実施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内で種々変形して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0050】
本発明の光部品の実装方法およびそれを実施する実装装置により、実装手順が従来のパッシブアライメントと同程度の簡便さを維持したまま、光部品の結合精度が改善され高精度な伝送品質を実現することが可能となり、産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【図1】第1実施形態における光部品の実装方法を示す概念図である。
【図2】第1実施形態における可視光の画像を示す模式図である。
【図3】第2実施形態における光部品の実装方法を示す概念図である。
【図4】第3実施形態における光部品の実装方法を示す概念図である。
【図5】第4実施形態における光部品の実装方法を示す概念図である。
【図6】アクティブアライメントによる光部品の実装方法を示す概念図である。
【図7】パッシブアライメントによる光部品の実装方法を示す概念図である。
【符号の説明】
【0052】
1、32 導波路付回路基板
2、37 導波路
2a コア
2b クラッド
3 光部品
4、39 回路基板
5 可視光源
7、41 撮像装置
9、33 第1の光路変換機構
11、35 第2の光路変換機構
13 画像
15 光点
21 第3の光路変換機構
23 第4の光路変換機構
25 発光部品
27 電源
29 受光部品
31 測定器




 

 


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