JPH1154849A - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

光モジュールの製造方法

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JPH1154849A
JPH1154849A JP9219135A JP21913597A JPH1154849A JP H1154849 A JPH1154849 A JP H1154849A JP 9219135 A JP9219135 A JP 9219135A JP 21913597 A JP21913597 A JP 21913597A JP H1154849 A JPH1154849 A JP H1154849A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂接着剤や融着ガラスを用いることなく、
レンズをハウジングに迅速且つ容易に固定でき、しかも
耐候性に優れ、信頼性が高く、安価に製作できるように
する。 【解決手段】 光半導体素子と、レンズと、レンズを内
蔵すると共に光半導体素子の装着部を有する樹脂ハウジ
ングとからなり、レンズと光半導体素子とが同軸上に位
置するように光半導体素子を樹脂ハウジングに装着して
光モジュールを製造する方法である。樹脂により球レン
ズ１２をインサート成形して球レンズを抱持する一次成
形ピース２０を作製し、次いで樹脂を用いてその一次成
形ピースを更にインサート成形して光半導体素子の装着
部１６及びレセプタクルボア１８を有する最終ハウジン
グ形状となるように二次成形する。このようにして、球
レンズを内蔵する樹脂ハウジング１４を二段階成形で製
作する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子又
は半導体受光素子とレンズを樹脂ハウジングによって調
芯保持する光モジュールの製造方法に関し、更に詳しく
述べると、レンズをインサート形成により抱持した一次
成形ピースを、更にインサート成形して最終ハウジング
形状に二次成形する２段階インサート成形法による光モ
ジュールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光モジュールは、光半導体素子（例えば
半導体レーザ等の半導体発光素子あるいはフォトダイオ
ード等の半導体受光素子）とレンズとを調芯保持した部
品であり、光通信等の分野において使用されている。例
えば、データ通信を行うコンピュータシステムでは、半
導体発光素子のモジュールと半導体受光素子のモジュー
ルがボード上で対となって設置されている。このような
光モジュールは、光半導体素子と、レンズと、前記光半
導体素子やレンズを保持すると共に接続相手の光プラグ
のフェルールを嵌合保持するハウジングとから構成され
ており、光プラグ接続時に光半導体素子とフェルールの
光ファイバとがレンズを介して光学的に結合する構造と
なっている。ハウジングは、一般的に、光半導体素子や
レンズを保持するホルダ部と、光プラグのフェルールを
嵌合保持するレセプタクル部とを別部材として作製し、
両者を調芯固定する構造が採用されている。
【０００３】光モジュールに組み込むレンズとしては、
球レンズ又は屈折率分布型ロッドレンズが一般的であ
る。勿論、それ以外の種々の形状のレンズを使用するこ
ともある。それらの中でも球レンズは、機械加工のみに
よって高精度の製品を容易に製造できるため安価であ
り、またレンズに方向性が全く無いためにレンズ実装の
際の方位調整が不要であり組み立て易いという利点もあ
って多用されている。レンズをホルダ部に固定する方法
としては、ホルダ部の凹部（レンズ装着部）にレンズを
落とし込んで位置決めした後、該レンズの周囲に樹脂接
着剤を塗布して熱硬化させる接着法、あるいはレンズ外
径よりも若干大きめの低融点ガラスリング成形体をレン
ズの外周に挿入し加熱溶融させる溶着法などが採用され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】接着法は、狭い領域に
液状の樹脂接着剤を流し込む必要があるため、熱硬化前
のハンドリングに難がある。また通常、ホルダ部は金属
材料からなるが、そのホルダ部との熱膨張係数差によ
り、レンズ接着面の熱割れが生じる恐れがある。
【０００５】他方、ガラス溶着法は、高温高湿放置時に
おける失透（白濁）や固着強度の低下、コストアップな
どの問題がある。溶着法に用いる低融点ガラスリング成
形体は、低融点ガラスの粉末を圧粉成形したものである
から、所定の位置に落とし込む際に微細な破片や粉末が
飛散し、それがレンズ表面に付着することが生じる。レ
ンズを固着するためにそのまま加熱溶融処理を行うと、
付着していたガラス破片や粉末が溶融し、また低融点ガ
ラス自体の回り込みなどによって、レンズ表面に局部的
な低融点ガラスの被膜ができる。低融点ガラスは、特に
湿気に弱く、時間が経過するにつれて失透が生じること
が多く、失透部分が生じると光量低下が生じる。また湿
気によってガラス溜まりの表面に微細なクラックが入り
脆くなるため、レンズの固着強度が低下し、甚だしい場
合にはレンズの脱落が生じる恐れもある。こうのような
問題を解消するには、別の防湿対策を必要とする他、低
融点ガラスリング成形体が高価であることとも相俟て、
どうしてもコストアップとなる。
【０００６】本発明の目的は、樹脂接着剤や融着ガラス
を用いることなく、レンズをハウジングに固定でき、し
かも耐候性に優れ、信頼性が高く、安価に製作できる光
モジュールの製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、光半導体素子
と、レンズと、該レンズを内蔵する樹脂ハウジングとか
らなり、内蔵したレンズと前記光半導体素子とが同軸上
に位置するように光半導体素子を樹脂ハウジングに装着
して光モジュールを製造する方法である。ここで本発明
は、樹脂によりレンズをインサート成形して該レンズを
抱持する一次成形ピースを作製し、次いで樹脂を用いて
その一次成形ピースを更にインサート成形して光半導体
素子の装着部を有する最終ハウジング形状となるように
二次成形することにより、レンズを内蔵する樹脂ハウジ
ングを二段階成形する光モジュールの製造方法であり、
この点に特徴がある。
【０００８】また本発明は、光半導体素子と、レンズ
と、該レンズを内蔵し光半導体素子の装着部を有すると
共に接続相手の光プラグのフェルールを嵌合保持するレ
セプタクルボアを有する樹脂ハウジングとからなり、光
プラグ接続時に光半導体素子とフェルールの光ファイバ
とがレンズによって光学的に結合するように光半導体素
子を樹脂ハウジングに装着して光モジュールを製造する
方法である。ここで本発明は、樹脂によりレンズをイン
サート成形して該レンズを抱持する一次成形ピースを作
製し、次いで樹脂を用いてその一次成形ピースを更にイ
ンサート成形して光半導体素子の装着部及びレセプタク
ルボアを有する最終ハウジング形状となるように二次成
形することにより、レンズを内蔵する樹脂ハウジングを
二段階成形する光モジュールの製造方法であり、この点
に特徴がある。
【０００９】光モジュールにおいては、中に組み込むレ
ンズが非常に小さい上、そのレンズを金型内で細いコア
ピンによって保持する必要がある。そのため先ず比較的
小さな空洞部を有する一次金型を用い、該一次金型内で
短いコアピンを用いてレンズを保持し、レンズ回りの小
さなピースを成形する。成形した一次成形ピースは、レ
ンズを抱持しており、ある程度の大きさとなるので、そ
れを二次金型内で保持するのに太いコアピンが使用可能
となる。そのためコアピンの保持剛性を高めることがで
きる。また二次成形時の成形品の肉厚を全体にわたって
ほぼ均一とするような設計が可能となるため、部分的な
「ヒケ」（成形時の収縮による窪み）が発生しなくな
る。これによって良好な樹脂ハウジングの一体成形品が
得られることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明においてインサートするレ
ンズの形状は問わないが、前述したように特に球レンズ
は、安価で且つ金型内で保持する上で方向性がないため
都合がよい。勿論、屈折率分布型ロッドレンズなども使
用可能である。いずれにしても成形後にレンズが脱落し
ないような樹脂形状に成形する。但し、使用するレンズ
は、射出成形時の温度及び圧力で変質・変形しない材質
とすることは言うまでもなく、一般にはガラス材料の製
品を用いる。
【００１１】一次成形と二次成形とに用いる樹脂材料
は、それぞれ異なる樹脂でもよいが、同一樹脂を用いる
のがよい。線膨張係数などの特性が一致し、完全に一体
化できるからである。その樹脂材料としては、光ファイ
バのフェルールとの嵌合部を−２０〜＋７５℃程度の温
度範囲で５／１０００mm程度の公差に抑える必要がある
ために、線膨張係数が小さい（具体的には、２×１０-5
／℃程度）材質が望ましい。しかし、使用温度条件など
によっては、線膨張係数が７×１０-5／℃程度までの樹
脂なら使用可能である。このような樹脂は、エンジニア
リングプラスチックと呼ばれる範疇のものであり、例え
ば液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケト
ン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリフェニルサ
ルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート
（ＰＢＴ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリ
カーボネート（ＰＣ）、ポリアミドなどであり、線膨張
係数が大きすぎる場合には、ガラスフィラーあるいはガ
ラスビーズなどを適量混入するのが有効である。ガラス
ビーズは、平均粒径を３０μｍ程度以下とすることが望
ましい。その場合、粒径が小さいほうが好ましいが、コ
ストが高くなる。特に、平均粒径２〜２０μｍ程度のガ
ラスビーズを均一に分散させた液晶ポリマーを用いた場
合は好結果が得られている。
【００１２】本発明において樹脂ハウジングに装着する
光半導体素子は、例えば半導体レーザや発光ダイオード
などの半導体発光素子、あるいはフォトダイオードやプ
リアンプ内蔵型フォトダイオードなどの半導体受光素子
である。
【００１３】
【実施例】図１は本発明に係る光モジュールの製造方法
の一実施例を示す工程説明図であり、図２はその方法に
よって製造した光モジュールの全体説明図である。この
例で光モジュールは、図２に示すように、光半導体素子
１０と、球レンズ１２と、樹脂ハウジング１４とからな
る。樹脂ハウジング１４は、前記球レンズ１２を内蔵
し、光半導体素子装着部１６を有すると共に、接続相手
の光プラグのフェルール（図示せず）を嵌合保持するレ
セプタクルボア（空洞部）１８を有する構造である。光
プラグ接続時に、光半導体素子１０とフェルールの光フ
ァイバとが球レンズ１２によって光学的に結合するよう
に、前記光半導体素子１０を樹脂ハウジング１４に装着
して光モジュールを製造する。
【００１４】図１に示すように、先ず、樹脂により球レ
ンズ１２をインサート成形して、該球レンズ１２を抱持
する一次成形ピース２０を作製する。ここで組み込む球
レンズ１２は、例えば直径２mm程度の微小な球体であ
る。その球レンズ１２を、一次金型内で直径０．６mm程
度の細い２本のコアピンで挾んで保持し、その状態で樹
脂を高圧で該一次金型内に射出する。その際、横型の射
出成形機では、微小な球レンズ１２を正しい位置で確実
に保持することが困難なため、縦型の射出成形機を用い
る。一次成形ピース２０は、球レンズ１２を抱持し、次
の工程を行い易いような大きさとすればよく、小さなピ
ースでよい。従って、球レンズ１２を保持するコアピン
の長さがを短くできるため、該コアピンが細径であるに
もかかわらず保持剛性を高めることができる。
【００１５】一次成形ピース２０は、球レンズ１２の少
なくとも半分以上が一次成形の樹脂部分２２中に埋設さ
れるようにして、該球レンズ１２が一次成形ピース２０
から脱落しないようにする。ここでは球レンズ１２の約
８５％程度が樹脂部分２２中に埋設されるような状態と
して、周囲の樹脂によって瞳径を制限しレンズ周辺の不
要光の透過を防止している。球レンズ１２は一部が樹脂
部分２２から突出するように露出し、その反対側には、
光ビームの通路となる小口径の貫通穴２４とやや大口径
の該貫通穴２６を連続するように形成してある。
【００１６】次に同一樹脂を用いて、その一次成形ピー
ス２０を更にインサート成形することで、光半導体素子
の装着部１６及びレセプタクルボア１８を有する最終ハ
ウジング形状となるように二次成形する。二次成形した
樹脂部分を符号２８で示す。一次成形ピース２０を二次
金型内で複数のコアピンで挾んで保持し、その状態で樹
脂を高圧で該二次金型内に射出する。その際、レセプタ
クルボア１８は、５／１０００mm程度の精度が必要であ
が、縦型成形機では高剛性が得にくく、そのような高精
度の達成が難しいため、二次成形には横型成形機を使用
する。
【００１７】二次成形では、インサートする一次成形ピ
ース２０がある程度大きいために、ハンドリングが容易
となるし、該一次成形ピース２０を保持するコアピンを
太くできるので保持剛性を高めることができ、横型成形
機でも十分成形できる。また二次成形した樹脂部分２８
の肉厚が全体にわたってほぼ均一となるような設計が可
能となるため、部分的な「ヒケ」（成形時の収縮による
窪み）が発生しなくなる。具体的には、肉厚の最大値と
最小値との比が２：１程度以内となるようにするのがよ
い。逆に言うと、そのように二次成形する樹脂部分の肉
厚が全体にわたってほぼ均一となるように、一次成形ピ
ース２０の形状（特に外側形状）を設計することにな
る。
【００１８】一次成形と二次成形とは、同一の樹脂を使
用するのが望ましい。例えば、平均粒径約２０μｍのガ
ラスビーズを５０重量％程度分散させた低異方性グレー
ド液晶ポリマーが好適である。液晶ポリマー自体は線膨
張係数の異方性が大きい（射出時の流動方向では線膨張
係数はほぼゼロ、それと直交する方向では線膨張係数は
８×１０-5／℃程度）が、ガラスビーズを適量分散させ
ることで異方性を低減できる（射出時の流動方向及びそ
れと直交する方向とも２×１０-5／℃程度）からであ
る。これによって、光モジュールの実際の使用温度範囲
（−２０〜＋７５℃）でレセプタクルボアの内径２．５
mmφに対して内径変動率を５／１０００mmに抑えること
ができる。
【００１９】このようにして球レンズ１２をインサート
成形した樹脂ハウジング１４に、図２に示すように光半
導体素子１０を装着する。ここで光半導体素子１０は、
素子本体が気密パッケージ内に収容された構造である。
そのベース部分３０が樹脂ハウジング１４の端部１４ａ
に当接するように気密パッケージ部分を樹脂ハウジング
１４の装着部１６に挿入して位置決めし、ベース部分３
０の周囲を樹脂接着剤３２などで固定する。
【００２０】光モジュールに光プラグを接続すると、光
プラグのフェルール（図示せず）がレセプタクルボア１
８に嵌入する。その時、光半導体素子１０が例えば半導
体レーザであれば、半導体レーザからの出射光は球レン
ズ１２で集光されてフェルールの光ファイバの端面に入
射するように、光学的な軸合わせが達成される。一次成
形ピース２０の中央を貫通している小口径の貫通穴２４
は、その口径を必要最小限に設定することによって、光
ファイバ結合光のみを通し、球レンズ自体の収差ななと
に起因する不要光を除去する機能を果たす。光半導体素
子１０が例えばフォトダイオードであれば、光モジュー
ルに光プラグを接続した時、フェルールの光ファイバか
らの出射光は、球レンズ１２で集光されてフォトダイオ
ードに入射するように、光学的な軸合わせが達成され
る。
【００２１】なお上記の実施例は、樹脂ハウジングとし
てレセプタクル部も一体的に成形した例であるが、レセ
プタクル部を有しない構造とすることもできる。そのよ
うなレセプタクル部の無い光モジュールをそのまま使用
する場合もあるが、レセプタクル部を別に作製して接合
する構成とすることも可能であり、そうするとレセプタ
クル部には光ファイバのフェルールの抜き差しに対する
耐久性の高い材質を選定できる利点が生じる。
【００２２】
【発明の効果】本発明は上記のように、レンズをインサ
ート形成により抱持した一次成形ピースを、更にインサ
ート成形して最終ハウジング形状に二次成形する２段階
インサート成形法による光モジュールの製造方法である
から、樹脂接着剤や融着ガラスを用いることなく、レン
ズを樹脂ハウジングに固定でき、しかも耐候性に優れ、
信頼性が高くなり、安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの製造方法の一実施
例を示す工程説明図。
【図２】本発明方法によって製造した光モジュールの全
体説明図。
【符号の説明】
１０ 光半導体素子 １２ 球レンズ １４ 樹脂ハウジング １６ 光半導体素子の装着部 １８ レセプタクルボア ２０ 一次成形ピース ２２ 一次成形の樹脂部分 ２４，２６ 貫通穴 ２８ 二次成形の樹脂部分 ３２ 接着剤

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光半導体素子と、レンズと、該レンズを
    内蔵すると共に光半導体素子の装着部を有する樹脂ハウ
    ジングとからなり、内蔵したレンズと前記光半導体素子
    とが同軸上に位置するように光半導体素子を樹脂ハウジ
    ングに装着して光モジュールを製造する方法において、 樹脂によりレンズをインサート成形して該レンズを抱持
    する一次成形ピースを作製し、次いで樹脂を用いてその
    一次成形ピースを更にインサート成形して光半導体素子
    の装着部を有する最終ハウジング形状となるように二次
    成形することにより、レンズを内蔵する樹脂ハウジング
    を二段階成形することを特徴とする光モジュールの製造
    方法。
  2. 【請求項２】 光半導体素子と、レンズと、該レンズを
    内蔵し光半導体素子の装着部を有すると共に接続相手の
    光プラグのフェルールを嵌合保持するレセプタクルボア
    を有する樹脂ハウジングとからなり、光プラグ接続時に
    光半導体素子とフェルールの光ファイバとがレンズによ
    って光学的に結合するように光半導体素子を樹脂ハウジ
    ングに装着して光モジュールを製造する方法において、 樹脂によりレンズをインサート成形して該レンズを抱持
    する一次成形ピースを作製し、次いで樹脂を用いてその
    一次成形ピースを更にインサート成形して光半導体素子
    の装着部及びレセプタクルボアを有する最終ハウジング
    形状に二次成形することにより、レンズを内蔵する樹脂
    ハウジングを二段階成形することを特徴とする光モジュ
    ールの製造方法。
  3. 【請求項３】 一次成形には縦型射出成形機を用い、二
    次成形には横型射出成形機を用いる請求項１又は２記載
    の光モジュールの製造方法。
  4. 【請求項４】 一次成形及び二次成形に用いる樹脂とし
    て、平均粒径３０μｍ以下のガラスビーズを均一に分散
    させた同一の液晶ポリマーを用いる請求項３記載の光モ
    ジュールの製造方法。
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