光モジュールの製造方法
【課題】 ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光モジュールの製造方法を提供する
【解決手段】 光モジュール１の製造方法は、はんだが付着するボンディングパッド３１が形成されたファイバマウント３０上に、表面の少なくとも一部がはんだ２０が付着するメタライズ層１５で被覆されたメタライズ領域を有する光ファイバ１０を、この光ファイバ１０の長手方向にメタライズ領域がボンディングパッド３１からはみ出るように配置すると共にボンディングパッド３１にはんだ２０を配置する配置工程Ｐ２と、はんだ２０を溶融させて、はんだ２０をファイバマウント３０及びメタライズ領域に付着させるはんだ２０付け工程と、メタライズ領域のうち、はんだ２０により覆われていないメタライズ領域を溶融したはんだ２０に溶食させる溶食工程と、を備える。
【解決手段】 光モジュール１の製造方法は、はんだが付着するボンディングパッド３１が形成されたファイバマウント３０上に、表面の少なくとも一部がはんだ２０が付着するメタライズ層１５で被覆されたメタライズ領域を有する光ファイバ１０を、この光ファイバ１０の長手方向にメタライズ領域がボンディングパッド３１からはみ出るように配置すると共にボンディングパッド３１にはんだ２０を配置する配置工程Ｐ２と、はんだ２０を溶融させて、はんだ２０をファイバマウント３０及びメタライズ領域に付着させるはんだ２０付け工程と、メタライズ領域のうち、はんだ２０により覆われていないメタライズ領域を溶融したはんだ２０に溶食させる溶食工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールの製造方法に関し、特に、ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を光ファイバのコアに入力する光モジュールが知られている。この光モジュールにおいては、一般的に、基台上にレーザマウント及びファイバマウントが配置されており、半導体レーザ素子と光ファイバの端部の相対的位置が正確に合わされて、半導体レーザ素子がレーザマウント上に固定され、光ファイバがファイバマウント上に固定されている。
【０００３】
ファイバマウント上への光ファイバの固定は、はんだ付けにより行われる場合がある。一般に、光ファイバのファイバマウントに固定される部分は、はんだの濡れ性を向上させるために金等から成るメタライズ層により被覆されている。
【０００４】
下記特許文献１には、このような構成の光モジュールが記載されている。この特許文献１に記載の光モジュールにおいて、光ファイバは、光ファイバの長手方向に沿ったファイバマウントの幅よりも長い区間において、メタライズ層で被覆されている。そして、メタライズ層の一部がはんだ付けされて、光ファイバがファイバマウント上に固定されている。従って、光ファイバがファイバマウントに固定されている状態において、はんだから光ファイバのメタライズ層が露出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，７５８，６１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体レーザ素子から光ファイバのコアにレーザ光を入力する場合、レーザ光の一部が、漏れ光として、クラッドに入力することがある。そして、上述のように、光ファイバをメタライズ層で被覆している場合、メタライズ層により、漏れ光の少なくとも一部が吸収されて熱となる。はんだで覆われているメタライズ層において発生した熱は、はんだを介してファイバマウントから基台に逃げる。
【０００７】
上記特許文献１の光モジュールのように、光ファイバを被覆しているメタライズ層のうち、はんだで覆われておらず露出している領域で発生した熱は、メタライズ層をはんだで覆われた領域まで経由してはんだ層に伝導する。メタライズ層の厚さは通常数μｍ程度と断面積が小さく、はんだと比較して熱抵抗が非常に大きいため、メタライズ層の露出部分は露出してない部分より高温になる。従って、はんだのメタライズ層の露出部分との境界付近は、はんだの他の部分よりも高温になる。
【０００８】
近年、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光のパワーが高くなり、漏れ光のパワーも高くなる傾向がある。従って、上記特許文献１の光モジュールのように、光ファイバを被覆しているメタライズ層が露出している場合、漏れ光により発生する熱は大きくなり、はんだとメタライズ層の露出部分との境界付近においては、温度上昇によりはんだが軟化してしまう虞がある。このようにはんだが軟化すると、光ファイバの位置ずれが生じて、光ファイバのクラッドに漏れ光が更に多く入力し、更に多くの熱が発生して、光モジュールが損傷してしまう可能性がある。このような事態を防止するため、光ファイバのメタライズ層は、はんだから露出せず、全てはんだで覆われることが好ましい。
【０００９】
光ファイバをはんだで固定する場合、はんだで覆われる領域は、ファイバマウントのボンディングパッドの外縁の位置に依存する。すなわち、はんだは、ボンディングパッドを底として凸に盛り上がり、断面としてはボンディングパッドの外縁を際として、さらにそこからはんだの表面張力・メタライズ層の濡れ性等に依存して、メタライズ層を覆うはんだ領域が決まる。一方、光モジュールにおいて、光ファイバのファイバマウントに対する位置は、半導体レーザ素子と光ファイバとの光結合効率が高くなるように決められるため、はんだ付け後に、メタライズ層のはんだからの露出がないように、予めメタライズ層の位置を高精度に定めて形成させておくことは製造ばらつきにより困難である。光ファイバの固定強度を確保するために、メタライズ層をはんだで所定の長さ以上覆う必要があるので、光ファイバを被覆するメタライズ層を、はんだ付けが予定されている領域よりも長く設けたいという要請がある。
【００１０】
そこで、本発明は、ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の光モジュールの製造方法は、光ファイバがファイバマウントに固定された光モジュールの製造方法であって、はんだが付着するボンディングパッドが形成された前記ファイバマウント上に、表面の少なくとも一部がはんだが付着するメタライズ層で被覆されたメタライズ領域を有する前記光ファイバを、この光ファイバの長手方向に前記メタライズ領域が前記ボンディングパッドからはみ出るように配置すると共に前記ボンディングパッドにはんだを配置する配置工程と、前記はんだを溶融させて、前記はんだを前記ファイバマウント及び前記メタライズ領域に付着させるはんだ付け工程と、前記メタライズ領域のうち、前記はんだにより覆われていない前記メタライズ領域を溶融した前記はんだに溶食させる溶食工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
このような光モジュールの製造方法によれば、ファイバマウント上に光ファイバを配置する際、光ファイバの長手方向にメタライズ領域がボンディングパッドからはみ出るように配置するため、メタライズ層の位置が製造誤差等によりばらついている場合においても、適切に光ファイバのはんだ付けを行うことができる。また、はんだからはみ出して露出したメタライズ層は、はんだに溶食されるため、製造された光モジュールにおいて、メタライズ層は、はんだからはみ出さず露出しない。このため製造された光モジュールにおいて、高いパワーのレーザ光が光ファイバに入力する場合において、クラッドに漏れ光が入力しても、光ファイバがはんだから露出している部分とはんだとの境界付近において、はんだが過加熱されることを防止することができる。従って、漏れ光に起因する熱により、はんだが軟化することを防止でき、光モジュールが損傷することを防止することができる。
【００１３】
また、上記光モジュールの製造方法において、前記溶食工程は、前記はんだ付け工程完了後に、溶融した前記はんだの温度を更に上げることにより行うことが好ましく、或いは、前記溶食工程は、前記はんだ付け工程完了後に、前記はんだの溶融状態を所定時間保持することにより行うことが好ましい。
【００１４】
このような光モジュールの製造方法によれば、はんだの溶融に必要な熱を利用しつつ溶食を行うことができるため、容易にメタライズ層の溶食を行うことができる。
【００１５】
また、上記光モジュールの製造方法において、前記はんだ、及び、前記メタライズ層の表面は、同じ種類の金属を少なくとも１つ含むことが好ましい。
【００１６】
このような構成により、メタライズ層が、より強固にはんだ付けされる。
【００１７】
さらに、上記光モジュールの製造方法において、前記金属が金であることとしても良い。
【００１８】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、レーザ素子から出力されるレーザ光を光ファイバを介して出力する光モジュールの製造方法であって、はんだが付着するボンディングパッドが形成された前記ファイバマウント上に、表面の少なくとも一部にはんだが付着するメタライズ層で被覆されたメタライズ領域を有する前記光ファイバを、この光ファイバの長手方向に前記メタライズ領域が前記ボンディングパッドからはみ出るように配置すると共に前記ボンディングパッドにはんだを配置する配置工程と、前記はんだを溶融させて、前記はんだを前記ファイバマウント及び前記メタライズ領域に付着させるはんだ付け工程と、前記メタライズ領域のうち、前記はんだにより覆われていない前記メタライズ領域を溶融した前記はんだに溶食させる溶食工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
このような光モジュールの製造方法によれば、レーザ素子から高いパワーのレーザ光が光ファイバに入力され、クラッドに漏れ光が入力しても、光ファイバがはんだから露出している部分とはんだとの境界付近において、はんだが過加熱されることを防止することができる。従って、漏れ光に起因する熱により、はんだが軟化することを防止でき、光モジュールが損傷することを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光モジュールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【図２】光モジュールにおける光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。
【図３】図１の光モジュールの製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図４】配置工程後の様子を示す図である。
【図５】はんだ付け工程の様子を示す図である。
【図６】はんだの温度のプロファイルを示す図である。
【図７】はんだ付け工程後の様子を示す図である。
【図８】実施例１及び比較例１における、漏れ光の強度とはんだの上昇温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る光モジュールの製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【００２４】
図１に示すように光モジュール１は、基台６０と、基台６０上に配置されているレーザマウント５０及びファイバマウント３０と、レーザマウント５０上に配置されている半導体レーザ素子４０と、ファイバマウント３０上にはんだ２０により固定されている光ファイバ１０とを主な構成として備える。このように本実施形態の光モジュール１は、半導体レーザ素子４０から出力されるレーザ光を光ファイバにより外部に出力する光モジュールである。
【００２５】
光モジュール１は、金属等から成る図示しない筐体内に収められている。基台６０は、例えば、金属やセラミック製の板状の部材から構成されている。基台６０を構成する材料が金属である場合、この金属としては、特に制限されないが、例えば、銅、銅タングステンを挙げることができ、基台６０を構成する材料がセラミックである場合、このセラミックとしては、特に制限されないが、例えば、チッカアルミ（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等を挙げることができる。また、基台６０は、筐体と同じ材料である場合には、筐体の一部から構成されても良い。
【００２６】
基台６０上に配置されているレーザマウント５０は、略直方体の形状をしており、図示しないはんだ材料により基台６０上に固定されている。このレーザマウント５０を構成する材料としては、特に制限されないが、例えば、ＡｌＮやＡｌ２Ｏ３等のセラミックを挙げることができ、中でも、熱伝導性に優れる観点からＡｌＮが好ましい。また、基台６０とレーザマウント５０とが同様のセラミックから成る場合には、基台６０とレーザマウント５０とを一体成型により構成しても良い。
【００２７】
半導体レーザ素子４０は、レーザマウント５０上に図示しないはんだ材料により固定されている。この半導体レーザ素子４０においては、複数の半導体層が積層されており、これらの半導体層により共振器構造が形成されている。そして、半導体レーザ素子４０の光ファイバ側の面から、例えば、波長が９００ｎｍ帯のレーザ光を出力する。
【００２８】
基台６０上に配置されているファイバマウント３０は、略直方体の形状をしており、レーザマウントと同様にして、基台６０上に固定されている。このファイバマウント３０を構成する材料としては、特に制限されないが、例えば、レーザマウント５０を構成する材料と同様の材料を挙げることができ、中でも、熱伝導性に優れる観点からＡｌＮが好ましい。また、基台６０とファイバマウント３０とが同様のセラミックから成る場合には、基台６０とファイバマウント３０とを一体成型により構成しても良い。また、ファイバマウント３０の基台６０側と反対側の面には、ボンディングパッド３１が形成されている。ボンディングパッド３１は、はんだ２０が固定可能な材料であれば特に限定されないが、本実施形態においては、ファイバマウント３０側にチタン（Ｔｉ）層が積層されており、Ｔｉ層上に白金（Ｐｔ）層が積層されており、Ｐｔ層上に金（Ａｕ）層が積層されており、このＡｕ層の表面が、ボンディングパッド３１のファイバマウント３０側と反対側の表面とされている。
【００２９】
ボンディングパッド３１上には、はんだ２０が固定されている。このはんだ２０としては、例えば、金錫系の共晶はんだを挙げることができ、Ａｕと錫（Ｓｎ）の比としては、Ａｕ８０％−Ｓｎ２０％や、Ａｕ１０％−Ｓｎ９０％を挙げることができる。本実施形態においては、はんだ２０がＡｕ８０％−Ｓｎ２０％である場合について説明する。この場合、はんだの融点は約２８０度とされる。
【００３０】
図２は、光モジュール１における光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の外周面を囲むクラッド１２ととから構成されている。クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低くされており、コアは、例えば、ゲルマニウム等の屈折率を上げるドーパントが添加されたガラスから成り、クラッドは、例えば、何らドーパントが添加されない純粋な石英から構成される。また、特に図示しないが、クラッド１２は、光モジュール１の外部においては、紫外線硬化樹脂等から成る被覆層で被覆されている。
【００３１】
この光ファイバ１０は、はんだ２０を貫通しており、はんだ２０に固定されている。そして、光ファイバ１０の端部は、半導体レーザ素子４０の出射面に向けられており、半導体レーザ素子４０から出力されるレーザ光がコア１１に入力するように配置されている。
【００３２】
さらに光ファイバ１０は、はんだ２０内において、メタライズ層１５により被覆されており、このメタライズ層１５がはんだ２０に固定されている。このメタライズ層１５は、はんだ２０内にのみ設けられており、はんだ２０の外にはみ出していない。なお、図１において、メタライズ層１５の記載は省略している。このメタライズ層１５は、はんだ２０に濡れやすく、固定され易い構成とされており、特に限定されないが、本実施形態においては、Ｎｉ層とＡｕ層の積層体から成り、Ｎｉ層がクラッド１２の外周面を被覆しており、Ａｕ層がＮｉ層の外周面を被覆している。また、Ｎｉ層、Ａｕ層の厚さは、特に限定されないが、例えば、Ｎｉ層が２μｍ〜３μｍであり、Ａｕ層が０．１μｍ〜０．２μｍとされる。
【００３３】
後述するようにはんだ付けは、フラックス無しで行うため、はんだ対象領域の表面は、濡れ性を高めるためＡｕであることが好ましい。下層のＮｉ層は、Ａｕの石英に対する密着性を高めるために下地層として形成されている。このＮｉ層が漏れ光の一部を吸収する。
【００３４】
従って、本実施形態においては、ボンディングパッド３１の表面、及び、はんだ２０、及び、メタライズ層１５の表面が共にＡｕを含んで構成されている。
【００３５】
光ファイバ１０のはんだ２０で覆われた領域外であって、このはんだ２０の近傍には、メタライズ層除去領域１６が存在する。本実施形態において、メタライズ層除去領域１６は、はんだ２０に対して半導体レーザ素子４０側とその反対側との両側に存在している。このメタライズ層除去領域１６は、はんだ付け前にはメタライズ層１５が形成された領域であるが、後述の溶食工程により、メタライズ層１５を除去した領域である。このメタライズ層除去領域１６には、光ファイバ１０の漏れ光を吸収するＮｉ層はもはやほとんど残存していないため、この領域では漏れ光による大きな発熱が発生することは抑制されている。なお、このメタライズ層除去領域１６の表面には、Ｎｉ酸化物等がわずかに残存しているため、光ファイバ１０の元々メタライズ層１５が形成されていなかった表面とは区別することができる。なお、本実施形態において、メタライズ層除去領域１６は、はんだ２０に対して半導体レーザ素子４０側とその反対側との両側に存在しているものとしたが、はんだ２０に対して半導体レーザ素子４０側もしくはその反対側のいずれか一方に存在しても良い。
【００３６】
このような光モジュール１は、図示しない外部からの電力の供給により、半導体レーザ素子４０からレーザ光が出力される。出力されるレーザ光の波長は、上述のように、例えば、９００ｎｍ帯とされる。出力されたレーザ光は、光ファイバ１０のコア１１に入力して、コア１１を伝播して、光モジュール１の外部に出力される。
【００３７】
なお、レーザ光が光ファイバ１０に入力するとき、レーザ光は、上述のようにコア１１に入力するが、光ファイバ１０の端面における屈折や、光ファイバ１０と半導体レーザ素子４０との光軸のずれ等により、レーザ光の一部がクラッド１２に漏れ光として入力する場合がある。この場合、漏れ光は、主にクラッド１２を伝播して、光ファイバ１０がメタライズ層１５で被覆されている部分に到達して、漏れ光の少なくとも一部がメタライズ層１５に吸収され、熱に変換される。このとき生じる熱は、はんだ２０、ファイバマウント３０、及び、基台６０を介して、外部に放出される。
【００３８】
次に光モジュール１の製造方法について説明する。
【００３９】
図３は、図１の光モジュール１の製造方法の工程を示すフローチャートである。図１に示すように、光モジュール１の製造方法は、ファイバマウント３０、及び、メタライズ層１５が設けられた光ファイバ１０、及び、はんだ２０を準備する準備工程Ｐ１と、光ファイバ１０、及び、はんだ２０をファイバマウント３０上に配置する配置工程Ｐ２と、はんだ２０をファイバマウント３０及びメタライズ層に付着させるはんだ付け工程Ｐ３と、メタライズ層１５がはんだ２０から露出している部分をはんだ２０に溶食させる溶食工程Ｐ４と、を備える。
【００４０】
＜準備工程Ｐ１＞
まず、ファイバマウント３０、及び、メタライズ層１５が設けられた光ファイバ１０、及び、はんだ２０を準備する。
【００４１】
ファイバマウント３０において、はんだ付けされる面に設けられるボンディングパッド３１は、蒸着法、スパッタ法、めっき法等の成膜加工により設ければ良い。そして、ファイバマウント３０におけるボンディングパッド３１が設けられている面と逆側の面を図示しないはんだ材料により基台６０に固定する。なお、ファイバマウント３０が基台６０と一体とされている場合や、予めファイバマウント３０が基台６０に固定されている場合には、基台６０にファイバマウント３０が固定されている状態で、ボンディングパッド３１を設ければ良い。
【００４２】
また、本工程において、基台６０にレーザマウント５０を図示しないはんだ材料により固定すると共に、レーザマウント５０上に半導体レーザ素子４０を図示しないはんだ材料により固定する。
【００４３】
光ファイバ１０においては、はんだ付けが予定されている領域を含んで、この領域よりも長くメタライズ層１５を設ける。具体的には、はんだ付けが予定されている領域の両側にはみ出すようにして、メタライズ層１５を設ける。このはんだ付けが予定されている領域の長さは、図１のように光ファイバ１０がファイバマウント３０上に配置される場合において、ファイバマウント３０のボンディングパッド３１における光ファイバ１０の長手方向に沿った幅と同じと考えれば良い。従って、この場合には、メタライズ層１５の長さが、ボンディングパッド３１における光ファイバ１０の長手方向に沿った幅よりも長くなるようにメタライズ層１５を設ければ良い。例えば、ボンディングパッド３１における光ファイバ１０の長手方向に沿った幅よりも、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度長くメタライズ層１５を設ける。なお、はんだ付けが予定される領域は、他の要素により定められても良い。この場合においても、メタライズ層１５は、はんだ付けが予定される領域の長さよりも０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度長く設けられれば良い。この余裕長は、所定の位置に光ファイバ１０を配置したときに、メタライズ層１５の外縁がボンディングパッド３１の上に位置することがないように、メタライズ層１５の形成位置精度、半導体レーザ素子４０およびファイバマウント３０の配置位置精度を考慮して決められる。
【００４４】
メタライズ層１５は、上述のように、例えば、Ｎｉ層とＡｕ層との積層体であるため、めっき法により設けられることが好ましい。めっき法によれば、長さ方向に垂直な断面が円形である光ファイバ１０の側面に対して、より均一な厚さでメタライズ層１５を設けることができるためである。
【００４５】
こうしてメタライズ層１５が設けられた領域がメタライズ領域１７となる。
【００４６】
はんだ２０は、光ファイバ１０をファイバマウント３０上に固定するために、適切な量を準備して、必要な分のはんだ２０をファイバマウント３０上に配置できるように、一塊にしておく。なお、はんだ２０にはフラックスが添加されていないことが、光ファイバ１０の端面や半導体レーザ素子４０の出射面にフラックスが付着することを防止できる観点や、はんだ２０の腐食（酸化や硫化）を防止でき信頼性が向上することができる観点から好ましい。
【００４７】
＜配置工程Ｐ２＞
次に準備したファイバマウント３０上に、光ファイバ１０、及び、はんだ２０を配置する。図４は、配置工程Ｐ２後の様子を示す図である。具体的には、図４の（Ａ）は、光ファイバの長手方向に沿ってファイバマウント３０を見る図であり、図４の（Ｂ）は、ボンディングパッド３１に垂直な方向に沿って、ファイバマウント３０を見る図である。なお、図４の（Ｂ）において、基台６０の記載は省略されている。図４に示すように、本工程においては、ボンディングパッド３１上の端にはんだ２０を配置する。
【００４８】
また、光ファイバ１０の中心軸が、半導体レーザ素子４０から出射されるレーザ光の光軸と合うようにして、光ファイバ１０を配置する。この光ファイバ１０の配置においては、図示しない治具を用いて、図４の（Ａ）に示すように、光ファイバ１０がボンディングパッド３１から僅かに浮くようにして、光ファイバ１０の位置を固定する。この固定位置において、図４の（Ｂ）に示すように、メタライズ層１５（メタライズ領域１７）の両方の端部が、ボンディングパッド３１からはみ出ることになる。
【００４９】
こうして、ファイバマウント３０上に、光ファイバ１０、及び、はんだ２０が配置される。
【００５０】
＜はんだ付け工程Ｐ３＞
次に、ボンディングパッド３１上に配置されたはんだ２０を加熱により溶融して、ボンディングパッド３１及びメタライズ層１５に付着させる。図５は、はんだ付け工程Ｐ３の様子を図４の（Ａ）と同じ視点から見た図である。図５に示すように、本実施形態においては、はんだ２０の加熱は、レーザ光Ｌの照射により行われる。レーザ光Ｌは、はんだ２０に直接照射されても良いが、はんだ２０が局所的に溶融したり、はんだ２０が変質することを防止する観点から、ファイバマウント３０に照射されることが好ましい。このようにファイバマウント３０にレーザ光Ｌが照射される場合、ファイバマウント３０における加熱された部分からの熱伝導により、ボンディングパッド３１が加熱されて、更にこの熱がはんだ２０に伝導して、はんだ２０が溶融する。
【００５１】
図６は、はんだ２０の温度のプロファイルを示す図である。本実施形態においては、レーザ光Ｌを３３Ｗで照射する。この場合、レーザ光Ｌの照射から約０．２秒程度で、はんだ２０は２８０度に達する。上述のように本実施形態にいては、はんだ２０の組成が、Ａｕ８０％−Ｓｎ２０％であり、はんだ２０の融点が２８０度であるため、約０．２秒後にはんだ２０は溶融する。
【００５２】
図７は、はんだ付け工程後の様子を示す図であり、図７の（Ａ）は、はんだ付け工程後の様子を図４と同じ視点で見た図であり、図７の（Ｂ）は、光ファイバ１０の長手方向に垂直な方向に沿ってファイバマウント３０を見た図である。上述のようにレーザ光Ｌによる加熱により溶融したはんだ２０は、図７の（Ａ）に示すように、ボンディングパッド３１の露出している表面全体に濡れ広がり、ボンディングパッド３１に付着すると共に、メタライズ層１５（メタライズ領域１７）を巻き込むようにしてメタライズ層１５（メタライズ領域１７）に付着する。このとき、図７の（Ｂ）に示すように、溶融したはんだ２０には、メタライズ層１５の表面に沿ってフィレット（裾引き）が形成されるが、形成されたフィレットは、メタライズ層１５の端部までは届かず、はんだ２０からメタライズ層１５がはみ出て、メタライズ層１５の一部が露出する。
【００５３】
なお、本工程は、はんだ２０の酸化を防止する観点から不活性ガス雰囲気下において行うことが好ましい。
【００５４】
＜溶食工程Ｐ４＞
次に、メタライズ層１５がはんだ２０から露出している部分をはんだ２０に溶食させる。具体的には、図６に示すように、はんだ付け工程Ｐ３において、はんだ２０を溶融させた後、更にレーザ光Ｌの照射を続けて、溶融させたはんだ２０の温度を更に上げる。本実施形態において、レーザＬの照射開始後から約０．２秒後に約２８０度に達して溶融したはんだ２０は、約１秒後にはんだ２０の溶融温度より約２４０度高い５２０度に達する。このときはんだ２０からはみ出ているメタライズ層１５（メタライズ領域１７）は、はんだ２０に溶食される。この溶食とは、はんだ食われとも呼ばれ、はんだ２０の温度がメタライズ層１５の融点よりも低い温度であっても、メタライズ層１５がはんだ２０に融解する現象である。こうして、メタライズ層１５のはんだ２０からはみ出た部分が除去される。そして、はんだ２０の表面張力により、光ファイバ１０に沿ったフィレットが無くなる。このようにしてメタライズ層１５のはんだ２０からはみ出た部分が除去され、メタライズ層除去領域１６が形成される。
【００５５】
なお、本工程もはんだ付け工程Ｐ３と同様の理由から、不活性ガス雰囲気下において行うことが好ましい。
【００５６】
そして、約１．５秒後にレーザ光Ｌの照射が止められて、その後、図６に示すように、はんだ２０の温度が下がり、溶融したはんだ２０が固化した後、図示しない筐体で封止して、図１にしめす光モジュール１を得る。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態の光モジュール１の製造方法によれば、ファイバマウント３０上に配置される光ファイバ１０における、はんだ付けが予定される領域よりも長い領域がメタライズ層１５により被覆されているため、光ファイバ１０をファイバマウント３０上に配置等する際に製造誤差等が生じる場合においても、適切に光ファイバ１０のはんだ付けを行うことができる。また、はんだ２０からはみ出して露出したメタライズ層１５は、はんだ２０に溶食されるため、製造された光モジュール１において、メタライズ層１５は、はんだ２０からはみ出さず露出しない。このため製造された光モジュール１において、半導体レーザ素子４０から出力されるレーザ光を光ファイバ１０のコア１１に入力する際に、クラッド１２に漏れ光が入力する場合においても、光ファイバ１０がはんだ２０から露出している部分とはんだ２０との境界付近において、はんだ２０が過加熱されることを防止することができる。従って、漏れ光に起因する熱により、はんだ２０が軟化することを防止でき、光モジュール１が損傷することを防止することができる。
【００５８】
また、本実施形態のように、溶食工程Ｐ４がはんだ２０が溶融した後、更に、はんだ２０を加熱することにより行われれば、はんだ２０の溶融に必要な熱を利用して溶食を行うことができるため、容易にメタライズ層１５の溶食を行うことができる。
【００５９】
また、本実施形態のように、ボンディングパッド３１の光ファイバ１０の長手方向に沿った幅がメタライズ層１５の長さより小さければ、ファイバマウント３０上に光ファイバ１０を配置する際に製造誤差が生じる場合においても、適切に光ファイバ１０にはんだ付けを行うことができる。
【００６０】
以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限らない。
【００６１】
例えば、溶食工程Ｐ４において、メタライズ層１５がはんだ２０から露出している部分をはんだ２０に溶食させるために、溶融させたはんだ２０の温度を更に上げる方法について説明したが、はんだ２０の温度を溶融温度以上に過度に上げることなく、はんだ２０の溶融状態を所定の期間保つことにより、溶食させることもできる。溶食させるための温度と期間は、はんだ２０の組成、溶食させるメタライズ層１５の長さ等により、予め決められる。なお、一般のはんだ付け工程においては、その必要性が無く、また、はんだ２０の変質、周辺部品への熱の影響を最小限に抑えるため、融点近傍までしか温度を上げることが無く、所定のはんだ付けが終了した後まではんだ２０の溶融状態を保つことは行われない。
【００６２】
また、上記実施形態においては、レーザ素子として、半導体レーザ素子４０を例に説明したが、本発明は、これに限らず、他のレーザ光を発する他の素子であっても良い。
【００６３】
また、はんだ２０は他の材料系のはんだでの良く、ボンディングパッド３１の表面、及び、はんだ２０、及び、メタライズ層の表面に同じ金属が含まれていなくても良い。
【００６４】
さらに、半導体レーザ素子４０と光ファイバ１０との間にレンズ等の光学部品が配置されていても良い。
【００６５】
また、はんだ付け工程Ｐ３、溶食工程Ｐ４において、レーザ光Ｌにより加熱を行ったが、加熱は抵抗加熱等の他の加熱により行っても良い。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【００６７】
（実施例１）
実施形態と同様の光モジュールを想定して、クラッドに入力する漏れ光の量に対して、はんだと光ファイバとの境界付近におけるはんだの上昇温度の変化をシミュレーションした。
【００６８】
光モジュールの光ファイバにおいて、外径を１２５μｍとした。また、メタライズ層において、長さを０．８ｍｍとした。さらに、ボンディングパッドの光ファイバの長手方向に沿った幅の大きさをメタライズ層の長さと同様の０．８ｍｍとして、はんだがボンディングパッドの幅まで広がった構成を想定し、メタライズ層がはんだからはみ出していないものとした。
【００６９】
次に、このような条件の光モジュールのクラッドに図８に示す漏れ光が入力するものとして、入力した漏れ光の強度毎に、はんだと光ファイバとの境界付近におけるはんだの上昇温度をシミュレーションした。その結果を図８に示す。
【００７０】
（比較例１）
メタライズ層の長さを１．３ｍｍとして、ボンディングパッドの光ファイバの長手方向に沿った幅の大きさを実施例１と同様の０．８ｍｍとして、メタライズ層の両方の端部が、はんだから０．２５ｍｍずつはみ出している構成としたこと以外は、実施例１と同様の光モジュールを想定した。
【００７１】
次に、このような条件の光モジュールのクラッドに実施例１と同様の漏れ光が入力するものとして、入力した漏れ光の強度毎にはんだの上昇温度をシミュレーションした。その結果を図８に示す。
【００７２】
図８に示すように、はんだと光ファイバとの境界付近におけるはんだの上昇温度は、比較例１が実施例１よりも約１．８倍高い結果となった。
【００７３】
この結果より、本発明により製造された光モジュールによれば、はんだと光ファイバとの境界付近におけるはんだの温度の上昇が抑制されることが分かった。従って、本発明を用いて製造された光モジュールによれば、漏れ光による熱で損傷を受けることを防止することができると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明によれば、ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光モジュールの製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・光モジュール
１０・・・光ファイバ
１１・・・コア
１２・・・クラッド
１５・・・メタライズ層
１６・・・メタライズ層除去領域
１７・・・メタライズ領域
２０・・・はんだ
３０・・・ファイバマウント
３１・・・ボンディングパッド
４０・・・半導体レーザ素子
５０・・・レーザマウント
６０・・・基台
Ｐ１・・・準備工程
Ｐ２・・・配置工程
Ｐ３・・・はんだ付け工程
Ｐ４・・・溶食工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールの製造方法に関し、特に、ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を光ファイバのコアに入力する光モジュールが知られている。この光モジュールにおいては、一般的に、基台上にレーザマウント及びファイバマウントが配置されており、半導体レーザ素子と光ファイバの端部の相対的位置が正確に合わされて、半導体レーザ素子がレーザマウント上に固定され、光ファイバがファイバマウント上に固定されている。
【０００３】
ファイバマウント上への光ファイバの固定は、はんだ付けにより行われる場合がある。一般に、光ファイバのファイバマウントに固定される部分は、はんだの濡れ性を向上させるために金等から成るメタライズ層により被覆されている。
【０００４】
下記特許文献１には、このような構成の光モジュールが記載されている。この特許文献１に記載の光モジュールにおいて、光ファイバは、光ファイバの長手方向に沿ったファイバマウントの幅よりも長い区間において、メタライズ層で被覆されている。そして、メタライズ層の一部がはんだ付けされて、光ファイバがファイバマウント上に固定されている。従って、光ファイバがファイバマウントに固定されている状態において、はんだから光ファイバのメタライズ層が露出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，７５８，６１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体レーザ素子から光ファイバのコアにレーザ光を入力する場合、レーザ光の一部が、漏れ光として、クラッドに入力することがある。そして、上述のように、光ファイバをメタライズ層で被覆している場合、メタライズ層により、漏れ光の少なくとも一部が吸収されて熱となる。はんだで覆われているメタライズ層において発生した熱は、はんだを介してファイバマウントから基台に逃げる。
【０００７】
上記特許文献１の光モジュールのように、光ファイバを被覆しているメタライズ層のうち、はんだで覆われておらず露出している領域で発生した熱は、メタライズ層をはんだで覆われた領域まで経由してはんだ層に伝導する。メタライズ層の厚さは通常数μｍ程度と断面積が小さく、はんだと比較して熱抵抗が非常に大きいため、メタライズ層の露出部分は露出してない部分より高温になる。従って、はんだのメタライズ層の露出部分との境界付近は、はんだの他の部分よりも高温になる。
【０００８】
近年、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光のパワーが高くなり、漏れ光のパワーも高くなる傾向がある。従って、上記特許文献１の光モジュールのように、光ファイバを被覆しているメタライズ層が露出している場合、漏れ光により発生する熱は大きくなり、はんだとメタライズ層の露出部分との境界付近においては、温度上昇によりはんだが軟化してしまう虞がある。このようにはんだが軟化すると、光ファイバの位置ずれが生じて、光ファイバのクラッドに漏れ光が更に多く入力し、更に多くの熱が発生して、光モジュールが損傷してしまう可能性がある。このような事態を防止するため、光ファイバのメタライズ層は、はんだから露出せず、全てはんだで覆われることが好ましい。
【０００９】
光ファイバをはんだで固定する場合、はんだで覆われる領域は、ファイバマウントのボンディングパッドの外縁の位置に依存する。すなわち、はんだは、ボンディングパッドを底として凸に盛り上がり、断面としてはボンディングパッドの外縁を際として、さらにそこからはんだの表面張力・メタライズ層の濡れ性等に依存して、メタライズ層を覆うはんだ領域が決まる。一方、光モジュールにおいて、光ファイバのファイバマウントに対する位置は、半導体レーザ素子と光ファイバとの光結合効率が高くなるように決められるため、はんだ付け後に、メタライズ層のはんだからの露出がないように、予めメタライズ層の位置を高精度に定めて形成させておくことは製造ばらつきにより困難である。光ファイバの固定強度を確保するために、メタライズ層をはんだで所定の長さ以上覆う必要があるので、光ファイバを被覆するメタライズ層を、はんだ付けが予定されている領域よりも長く設けたいという要請がある。
【００１０】
そこで、本発明は、ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の光モジュールの製造方法は、光ファイバがファイバマウントに固定された光モジュールの製造方法であって、はんだが付着するボンディングパッドが形成された前記ファイバマウント上に、表面の少なくとも一部がはんだが付着するメタライズ層で被覆されたメタライズ領域を有する前記光ファイバを、この光ファイバの長手方向に前記メタライズ領域が前記ボンディングパッドからはみ出るように配置すると共に前記ボンディングパッドにはんだを配置する配置工程と、前記はんだを溶融させて、前記はんだを前記ファイバマウント及び前記メタライズ領域に付着させるはんだ付け工程と、前記メタライズ領域のうち、前記はんだにより覆われていない前記メタライズ領域を溶融した前記はんだに溶食させる溶食工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
このような光モジュールの製造方法によれば、ファイバマウント上に光ファイバを配置する際、光ファイバの長手方向にメタライズ領域がボンディングパッドからはみ出るように配置するため、メタライズ層の位置が製造誤差等によりばらついている場合においても、適切に光ファイバのはんだ付けを行うことができる。また、はんだからはみ出して露出したメタライズ層は、はんだに溶食されるため、製造された光モジュールにおいて、メタライズ層は、はんだからはみ出さず露出しない。このため製造された光モジュールにおいて、高いパワーのレーザ光が光ファイバに入力する場合において、クラッドに漏れ光が入力しても、光ファイバがはんだから露出している部分とはんだとの境界付近において、はんだが過加熱されることを防止することができる。従って、漏れ光に起因する熱により、はんだが軟化することを防止でき、光モジュールが損傷することを防止することができる。
【００１３】
また、上記光モジュールの製造方法において、前記溶食工程は、前記はんだ付け工程完了後に、溶融した前記はんだの温度を更に上げることにより行うことが好ましく、或いは、前記溶食工程は、前記はんだ付け工程完了後に、前記はんだの溶融状態を所定時間保持することにより行うことが好ましい。
【００１４】
このような光モジュールの製造方法によれば、はんだの溶融に必要な熱を利用しつつ溶食を行うことができるため、容易にメタライズ層の溶食を行うことができる。
【００１５】
また、上記光モジュールの製造方法において、前記はんだ、及び、前記メタライズ層の表面は、同じ種類の金属を少なくとも１つ含むことが好ましい。
【００１６】
このような構成により、メタライズ層が、より強固にはんだ付けされる。
【００１７】
さらに、上記光モジュールの製造方法において、前記金属が金であることとしても良い。
【００１８】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、レーザ素子から出力されるレーザ光を光ファイバを介して出力する光モジュールの製造方法であって、はんだが付着するボンディングパッドが形成された前記ファイバマウント上に、表面の少なくとも一部にはんだが付着するメタライズ層で被覆されたメタライズ領域を有する前記光ファイバを、この光ファイバの長手方向に前記メタライズ領域が前記ボンディングパッドからはみ出るように配置すると共に前記ボンディングパッドにはんだを配置する配置工程と、前記はんだを溶融させて、前記はんだを前記ファイバマウント及び前記メタライズ領域に付着させるはんだ付け工程と、前記メタライズ領域のうち、前記はんだにより覆われていない前記メタライズ領域を溶融した前記はんだに溶食させる溶食工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
このような光モジュールの製造方法によれば、レーザ素子から高いパワーのレーザ光が光ファイバに入力され、クラッドに漏れ光が入力しても、光ファイバがはんだから露出している部分とはんだとの境界付近において、はんだが過加熱されることを防止することができる。従って、漏れ光に起因する熱により、はんだが軟化することを防止でき、光モジュールが損傷することを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光モジュールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【図２】光モジュールにおける光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。
【図３】図１の光モジュールの製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図４】配置工程後の様子を示す図である。
【図５】はんだ付け工程の様子を示す図である。
【図６】はんだの温度のプロファイルを示す図である。
【図７】はんだ付け工程後の様子を示す図である。
【図８】実施例１及び比較例１における、漏れ光の強度とはんだの上昇温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る光モジュールの製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【００２４】
図１に示すように光モジュール１は、基台６０と、基台６０上に配置されているレーザマウント５０及びファイバマウント３０と、レーザマウント５０上に配置されている半導体レーザ素子４０と、ファイバマウント３０上にはんだ２０により固定されている光ファイバ１０とを主な構成として備える。このように本実施形態の光モジュール１は、半導体レーザ素子４０から出力されるレーザ光を光ファイバにより外部に出力する光モジュールである。
【００２５】
光モジュール１は、金属等から成る図示しない筐体内に収められている。基台６０は、例えば、金属やセラミック製の板状の部材から構成されている。基台６０を構成する材料が金属である場合、この金属としては、特に制限されないが、例えば、銅、銅タングステンを挙げることができ、基台６０を構成する材料がセラミックである場合、このセラミックとしては、特に制限されないが、例えば、チッカアルミ（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等を挙げることができる。また、基台６０は、筐体と同じ材料である場合には、筐体の一部から構成されても良い。
【００２６】
基台６０上に配置されているレーザマウント５０は、略直方体の形状をしており、図示しないはんだ材料により基台６０上に固定されている。このレーザマウント５０を構成する材料としては、特に制限されないが、例えば、ＡｌＮやＡｌ２Ｏ３等のセラミックを挙げることができ、中でも、熱伝導性に優れる観点からＡｌＮが好ましい。また、基台６０とレーザマウント５０とが同様のセラミックから成る場合には、基台６０とレーザマウント５０とを一体成型により構成しても良い。
【００２７】
半導体レーザ素子４０は、レーザマウント５０上に図示しないはんだ材料により固定されている。この半導体レーザ素子４０においては、複数の半導体層が積層されており、これらの半導体層により共振器構造が形成されている。そして、半導体レーザ素子４０の光ファイバ側の面から、例えば、波長が９００ｎｍ帯のレーザ光を出力する。
【００２８】
基台６０上に配置されているファイバマウント３０は、略直方体の形状をしており、レーザマウントと同様にして、基台６０上に固定されている。このファイバマウント３０を構成する材料としては、特に制限されないが、例えば、レーザマウント５０を構成する材料と同様の材料を挙げることができ、中でも、熱伝導性に優れる観点からＡｌＮが好ましい。また、基台６０とファイバマウント３０とが同様のセラミックから成る場合には、基台６０とファイバマウント３０とを一体成型により構成しても良い。また、ファイバマウント３０の基台６０側と反対側の面には、ボンディングパッド３１が形成されている。ボンディングパッド３１は、はんだ２０が固定可能な材料であれば特に限定されないが、本実施形態においては、ファイバマウント３０側にチタン（Ｔｉ）層が積層されており、Ｔｉ層上に白金（Ｐｔ）層が積層されており、Ｐｔ層上に金（Ａｕ）層が積層されており、このＡｕ層の表面が、ボンディングパッド３１のファイバマウント３０側と反対側の表面とされている。
【００２９】
ボンディングパッド３１上には、はんだ２０が固定されている。このはんだ２０としては、例えば、金錫系の共晶はんだを挙げることができ、Ａｕと錫（Ｓｎ）の比としては、Ａｕ８０％−Ｓｎ２０％や、Ａｕ１０％−Ｓｎ９０％を挙げることができる。本実施形態においては、はんだ２０がＡｕ８０％−Ｓｎ２０％である場合について説明する。この場合、はんだの融点は約２８０度とされる。
【００３０】
図２は、光モジュール１における光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の外周面を囲むクラッド１２ととから構成されている。クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低くされており、コアは、例えば、ゲルマニウム等の屈折率を上げるドーパントが添加されたガラスから成り、クラッドは、例えば、何らドーパントが添加されない純粋な石英から構成される。また、特に図示しないが、クラッド１２は、光モジュール１の外部においては、紫外線硬化樹脂等から成る被覆層で被覆されている。
【００３１】
この光ファイバ１０は、はんだ２０を貫通しており、はんだ２０に固定されている。そして、光ファイバ１０の端部は、半導体レーザ素子４０の出射面に向けられており、半導体レーザ素子４０から出力されるレーザ光がコア１１に入力するように配置されている。
【００３２】
さらに光ファイバ１０は、はんだ２０内において、メタライズ層１５により被覆されており、このメタライズ層１５がはんだ２０に固定されている。このメタライズ層１５は、はんだ２０内にのみ設けられており、はんだ２０の外にはみ出していない。なお、図１において、メタライズ層１５の記載は省略している。このメタライズ層１５は、はんだ２０に濡れやすく、固定され易い構成とされており、特に限定されないが、本実施形態においては、Ｎｉ層とＡｕ層の積層体から成り、Ｎｉ層がクラッド１２の外周面を被覆しており、Ａｕ層がＮｉ層の外周面を被覆している。また、Ｎｉ層、Ａｕ層の厚さは、特に限定されないが、例えば、Ｎｉ層が２μｍ〜３μｍであり、Ａｕ層が０．１μｍ〜０．２μｍとされる。
【００３３】
後述するようにはんだ付けは、フラックス無しで行うため、はんだ対象領域の表面は、濡れ性を高めるためＡｕであることが好ましい。下層のＮｉ層は、Ａｕの石英に対する密着性を高めるために下地層として形成されている。このＮｉ層が漏れ光の一部を吸収する。
【００３４】
従って、本実施形態においては、ボンディングパッド３１の表面、及び、はんだ２０、及び、メタライズ層１５の表面が共にＡｕを含んで構成されている。
【００３５】
光ファイバ１０のはんだ２０で覆われた領域外であって、このはんだ２０の近傍には、メタライズ層除去領域１６が存在する。本実施形態において、メタライズ層除去領域１６は、はんだ２０に対して半導体レーザ素子４０側とその反対側との両側に存在している。このメタライズ層除去領域１６は、はんだ付け前にはメタライズ層１５が形成された領域であるが、後述の溶食工程により、メタライズ層１５を除去した領域である。このメタライズ層除去領域１６には、光ファイバ１０の漏れ光を吸収するＮｉ層はもはやほとんど残存していないため、この領域では漏れ光による大きな発熱が発生することは抑制されている。なお、このメタライズ層除去領域１６の表面には、Ｎｉ酸化物等がわずかに残存しているため、光ファイバ１０の元々メタライズ層１５が形成されていなかった表面とは区別することができる。なお、本実施形態において、メタライズ層除去領域１６は、はんだ２０に対して半導体レーザ素子４０側とその反対側との両側に存在しているものとしたが、はんだ２０に対して半導体レーザ素子４０側もしくはその反対側のいずれか一方に存在しても良い。
【００３６】
このような光モジュール１は、図示しない外部からの電力の供給により、半導体レーザ素子４０からレーザ光が出力される。出力されるレーザ光の波長は、上述のように、例えば、９００ｎｍ帯とされる。出力されたレーザ光は、光ファイバ１０のコア１１に入力して、コア１１を伝播して、光モジュール１の外部に出力される。
【００３７】
なお、レーザ光が光ファイバ１０に入力するとき、レーザ光は、上述のようにコア１１に入力するが、光ファイバ１０の端面における屈折や、光ファイバ１０と半導体レーザ素子４０との光軸のずれ等により、レーザ光の一部がクラッド１２に漏れ光として入力する場合がある。この場合、漏れ光は、主にクラッド１２を伝播して、光ファイバ１０がメタライズ層１５で被覆されている部分に到達して、漏れ光の少なくとも一部がメタライズ層１５に吸収され、熱に変換される。このとき生じる熱は、はんだ２０、ファイバマウント３０、及び、基台６０を介して、外部に放出される。
【００３８】
次に光モジュール１の製造方法について説明する。
【００３９】
図３は、図１の光モジュール１の製造方法の工程を示すフローチャートである。図１に示すように、光モジュール１の製造方法は、ファイバマウント３０、及び、メタライズ層１５が設けられた光ファイバ１０、及び、はんだ２０を準備する準備工程Ｐ１と、光ファイバ１０、及び、はんだ２０をファイバマウント３０上に配置する配置工程Ｐ２と、はんだ２０をファイバマウント３０及びメタライズ層に付着させるはんだ付け工程Ｐ３と、メタライズ層１５がはんだ２０から露出している部分をはんだ２０に溶食させる溶食工程Ｐ４と、を備える。
【００４０】
＜準備工程Ｐ１＞
まず、ファイバマウント３０、及び、メタライズ層１５が設けられた光ファイバ１０、及び、はんだ２０を準備する。
【００４１】
ファイバマウント３０において、はんだ付けされる面に設けられるボンディングパッド３１は、蒸着法、スパッタ法、めっき法等の成膜加工により設ければ良い。そして、ファイバマウント３０におけるボンディングパッド３１が設けられている面と逆側の面を図示しないはんだ材料により基台６０に固定する。なお、ファイバマウント３０が基台６０と一体とされている場合や、予めファイバマウント３０が基台６０に固定されている場合には、基台６０にファイバマウント３０が固定されている状態で、ボンディングパッド３１を設ければ良い。
【００４２】
また、本工程において、基台６０にレーザマウント５０を図示しないはんだ材料により固定すると共に、レーザマウント５０上に半導体レーザ素子４０を図示しないはんだ材料により固定する。
【００４３】
光ファイバ１０においては、はんだ付けが予定されている領域を含んで、この領域よりも長くメタライズ層１５を設ける。具体的には、はんだ付けが予定されている領域の両側にはみ出すようにして、メタライズ層１５を設ける。このはんだ付けが予定されている領域の長さは、図１のように光ファイバ１０がファイバマウント３０上に配置される場合において、ファイバマウント３０のボンディングパッド３１における光ファイバ１０の長手方向に沿った幅と同じと考えれば良い。従って、この場合には、メタライズ層１５の長さが、ボンディングパッド３１における光ファイバ１０の長手方向に沿った幅よりも長くなるようにメタライズ層１５を設ければ良い。例えば、ボンディングパッド３１における光ファイバ１０の長手方向に沿った幅よりも、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度長くメタライズ層１５を設ける。なお、はんだ付けが予定される領域は、他の要素により定められても良い。この場合においても、メタライズ層１５は、はんだ付けが予定される領域の長さよりも０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度長く設けられれば良い。この余裕長は、所定の位置に光ファイバ１０を配置したときに、メタライズ層１５の外縁がボンディングパッド３１の上に位置することがないように、メタライズ層１５の形成位置精度、半導体レーザ素子４０およびファイバマウント３０の配置位置精度を考慮して決められる。
【００４４】
メタライズ層１５は、上述のように、例えば、Ｎｉ層とＡｕ層との積層体であるため、めっき法により設けられることが好ましい。めっき法によれば、長さ方向に垂直な断面が円形である光ファイバ１０の側面に対して、より均一な厚さでメタライズ層１５を設けることができるためである。
【００４５】
こうしてメタライズ層１５が設けられた領域がメタライズ領域１７となる。
【００４６】
はんだ２０は、光ファイバ１０をファイバマウント３０上に固定するために、適切な量を準備して、必要な分のはんだ２０をファイバマウント３０上に配置できるように、一塊にしておく。なお、はんだ２０にはフラックスが添加されていないことが、光ファイバ１０の端面や半導体レーザ素子４０の出射面にフラックスが付着することを防止できる観点や、はんだ２０の腐食（酸化や硫化）を防止でき信頼性が向上することができる観点から好ましい。
【００４７】
＜配置工程Ｐ２＞
次に準備したファイバマウント３０上に、光ファイバ１０、及び、はんだ２０を配置する。図４は、配置工程Ｐ２後の様子を示す図である。具体的には、図４の（Ａ）は、光ファイバの長手方向に沿ってファイバマウント３０を見る図であり、図４の（Ｂ）は、ボンディングパッド３１に垂直な方向に沿って、ファイバマウント３０を見る図である。なお、図４の（Ｂ）において、基台６０の記載は省略されている。図４に示すように、本工程においては、ボンディングパッド３１上の端にはんだ２０を配置する。
【００４８】
また、光ファイバ１０の中心軸が、半導体レーザ素子４０から出射されるレーザ光の光軸と合うようにして、光ファイバ１０を配置する。この光ファイバ１０の配置においては、図示しない治具を用いて、図４の（Ａ）に示すように、光ファイバ１０がボンディングパッド３１から僅かに浮くようにして、光ファイバ１０の位置を固定する。この固定位置において、図４の（Ｂ）に示すように、メタライズ層１５（メタライズ領域１７）の両方の端部が、ボンディングパッド３１からはみ出ることになる。
【００４９】
こうして、ファイバマウント３０上に、光ファイバ１０、及び、はんだ２０が配置される。
【００５０】
＜はんだ付け工程Ｐ３＞
次に、ボンディングパッド３１上に配置されたはんだ２０を加熱により溶融して、ボンディングパッド３１及びメタライズ層１５に付着させる。図５は、はんだ付け工程Ｐ３の様子を図４の（Ａ）と同じ視点から見た図である。図５に示すように、本実施形態においては、はんだ２０の加熱は、レーザ光Ｌの照射により行われる。レーザ光Ｌは、はんだ２０に直接照射されても良いが、はんだ２０が局所的に溶融したり、はんだ２０が変質することを防止する観点から、ファイバマウント３０に照射されることが好ましい。このようにファイバマウント３０にレーザ光Ｌが照射される場合、ファイバマウント３０における加熱された部分からの熱伝導により、ボンディングパッド３１が加熱されて、更にこの熱がはんだ２０に伝導して、はんだ２０が溶融する。
【００５１】
図６は、はんだ２０の温度のプロファイルを示す図である。本実施形態においては、レーザ光Ｌを３３Ｗで照射する。この場合、レーザ光Ｌの照射から約０．２秒程度で、はんだ２０は２８０度に達する。上述のように本実施形態にいては、はんだ２０の組成が、Ａｕ８０％−Ｓｎ２０％であり、はんだ２０の融点が２８０度であるため、約０．２秒後にはんだ２０は溶融する。
【００５２】
図７は、はんだ付け工程後の様子を示す図であり、図７の（Ａ）は、はんだ付け工程後の様子を図４と同じ視点で見た図であり、図７の（Ｂ）は、光ファイバ１０の長手方向に垂直な方向に沿ってファイバマウント３０を見た図である。上述のようにレーザ光Ｌによる加熱により溶融したはんだ２０は、図７の（Ａ）に示すように、ボンディングパッド３１の露出している表面全体に濡れ広がり、ボンディングパッド３１に付着すると共に、メタライズ層１５（メタライズ領域１７）を巻き込むようにしてメタライズ層１５（メタライズ領域１７）に付着する。このとき、図７の（Ｂ）に示すように、溶融したはんだ２０には、メタライズ層１５の表面に沿ってフィレット（裾引き）が形成されるが、形成されたフィレットは、メタライズ層１５の端部までは届かず、はんだ２０からメタライズ層１５がはみ出て、メタライズ層１５の一部が露出する。
【００５３】
なお、本工程は、はんだ２０の酸化を防止する観点から不活性ガス雰囲気下において行うことが好ましい。
【００５４】
＜溶食工程Ｐ４＞
次に、メタライズ層１５がはんだ２０から露出している部分をはんだ２０に溶食させる。具体的には、図６に示すように、はんだ付け工程Ｐ３において、はんだ２０を溶融させた後、更にレーザ光Ｌの照射を続けて、溶融させたはんだ２０の温度を更に上げる。本実施形態において、レーザＬの照射開始後から約０．２秒後に約２８０度に達して溶融したはんだ２０は、約１秒後にはんだ２０の溶融温度より約２４０度高い５２０度に達する。このときはんだ２０からはみ出ているメタライズ層１５（メタライズ領域１７）は、はんだ２０に溶食される。この溶食とは、はんだ食われとも呼ばれ、はんだ２０の温度がメタライズ層１５の融点よりも低い温度であっても、メタライズ層１５がはんだ２０に融解する現象である。こうして、メタライズ層１５のはんだ２０からはみ出た部分が除去される。そして、はんだ２０の表面張力により、光ファイバ１０に沿ったフィレットが無くなる。このようにしてメタライズ層１５のはんだ２０からはみ出た部分が除去され、メタライズ層除去領域１６が形成される。
【００５５】
なお、本工程もはんだ付け工程Ｐ３と同様の理由から、不活性ガス雰囲気下において行うことが好ましい。
【００５６】
そして、約１．５秒後にレーザ光Ｌの照射が止められて、その後、図６に示すように、はんだ２０の温度が下がり、溶融したはんだ２０が固化した後、図示しない筐体で封止して、図１にしめす光モジュール１を得る。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態の光モジュール１の製造方法によれば、ファイバマウント３０上に配置される光ファイバ１０における、はんだ付けが予定される領域よりも長い領域がメタライズ層１５により被覆されているため、光ファイバ１０をファイバマウント３０上に配置等する際に製造誤差等が生じる場合においても、適切に光ファイバ１０のはんだ付けを行うことができる。また、はんだ２０からはみ出して露出したメタライズ層１５は、はんだ２０に溶食されるため、製造された光モジュール１において、メタライズ層１５は、はんだ２０からはみ出さず露出しない。このため製造された光モジュール１において、半導体レーザ素子４０から出力されるレーザ光を光ファイバ１０のコア１１に入力する際に、クラッド１２に漏れ光が入力する場合においても、光ファイバ１０がはんだ２０から露出している部分とはんだ２０との境界付近において、はんだ２０が過加熱されることを防止することができる。従って、漏れ光に起因する熱により、はんだ２０が軟化することを防止でき、光モジュール１が損傷することを防止することができる。
【００５８】
また、本実施形態のように、溶食工程Ｐ４がはんだ２０が溶融した後、更に、はんだ２０を加熱することにより行われれば、はんだ２０の溶融に必要な熱を利用して溶食を行うことができるため、容易にメタライズ層１５の溶食を行うことができる。
【００５９】
また、本実施形態のように、ボンディングパッド３１の光ファイバ１０の長手方向に沿った幅がメタライズ層１５の長さより小さければ、ファイバマウント３０上に光ファイバ１０を配置する際に製造誤差が生じる場合においても、適切に光ファイバ１０にはんだ付けを行うことができる。
【００６０】
以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限らない。
【００６１】
例えば、溶食工程Ｐ４において、メタライズ層１５がはんだ２０から露出している部分をはんだ２０に溶食させるために、溶融させたはんだ２０の温度を更に上げる方法について説明したが、はんだ２０の温度を溶融温度以上に過度に上げることなく、はんだ２０の溶融状態を所定の期間保つことにより、溶食させることもできる。溶食させるための温度と期間は、はんだ２０の組成、溶食させるメタライズ層１５の長さ等により、予め決められる。なお、一般のはんだ付け工程においては、その必要性が無く、また、はんだ２０の変質、周辺部品への熱の影響を最小限に抑えるため、融点近傍までしか温度を上げることが無く、所定のはんだ付けが終了した後まではんだ２０の溶融状態を保つことは行われない。
【００６２】
また、上記実施形態においては、レーザ素子として、半導体レーザ素子４０を例に説明したが、本発明は、これに限らず、他のレーザ光を発する他の素子であっても良い。
【００６３】
また、はんだ２０は他の材料系のはんだでの良く、ボンディングパッド３１の表面、及び、はんだ２０、及び、メタライズ層の表面に同じ金属が含まれていなくても良い。
【００６４】
さらに、半導体レーザ素子４０と光ファイバ１０との間にレンズ等の光学部品が配置されていても良い。
【００６５】
また、はんだ付け工程Ｐ３、溶食工程Ｐ４において、レーザ光Ｌにより加熱を行ったが、加熱は抵抗加熱等の他の加熱により行っても良い。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【００６７】
（実施例１）
実施形態と同様の光モジュールを想定して、クラッドに入力する漏れ光の量に対して、はんだと光ファイバとの境界付近におけるはんだの上昇温度の変化をシミュレーションした。
【００６８】
光モジュールの光ファイバにおいて、外径を１２５μｍとした。また、メタライズ層において、長さを０．８ｍｍとした。さらに、ボンディングパッドの光ファイバの長手方向に沿った幅の大きさをメタライズ層の長さと同様の０．８ｍｍとして、はんだがボンディングパッドの幅まで広がった構成を想定し、メタライズ層がはんだからはみ出していないものとした。
【００６９】
次に、このような条件の光モジュールのクラッドに図８に示す漏れ光が入力するものとして、入力した漏れ光の強度毎に、はんだと光ファイバとの境界付近におけるはんだの上昇温度をシミュレーションした。その結果を図８に示す。
【００７０】
（比較例１）
メタライズ層の長さを１．３ｍｍとして、ボンディングパッドの光ファイバの長手方向に沿った幅の大きさを実施例１と同様の０．８ｍｍとして、メタライズ層の両方の端部が、はんだから０．２５ｍｍずつはみ出している構成としたこと以外は、実施例１と同様の光モジュールを想定した。
【００７１】
次に、このような条件の光モジュールのクラッドに実施例１と同様の漏れ光が入力するものとして、入力した漏れ光の強度毎にはんだの上昇温度をシミュレーションした。その結果を図８に示す。
【００７２】
図８に示すように、はんだと光ファイバとの境界付近におけるはんだの上昇温度は、比較例１が実施例１よりも約１．８倍高い結果となった。
【００７３】
この結果より、本発明により製造された光モジュールによれば、はんだと光ファイバとの境界付近におけるはんだの温度の上昇が抑制されることが分かった。従って、本発明を用いて製造された光モジュールによれば、漏れ光による熱で損傷を受けることを防止することができると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明によれば、ファイバマウント上に光ファイバを適切に固定でき、かつ、漏れ光による熱により損傷を受けることを防止することができる光モジュールの製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・光モジュール
１０・・・光ファイバ
１１・・・コア
１２・・・クラッド
１５・・・メタライズ層
１６・・・メタライズ層除去領域
１７・・・メタライズ領域
２０・・・はんだ
３０・・・ファイバマウント
３１・・・ボンディングパッド
４０・・・半導体レーザ素子
５０・・・レーザマウント
６０・・・基台
Ｐ１・・・準備工程
Ｐ２・・・配置工程
Ｐ３・・・はんだ付け工程
Ｐ４・・・溶食工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバがファイバマウントに固定された光モジュールの製造方法であって、
はんだが付着するボンディングパッドが形成された前記ファイバマウント上に、表面の少なくとも一部がはんだが付着するメタライズ層で被覆されたメタライズ領域を有する前記光ファイバを、この光ファイバの長手方向に前記メタライズ領域が前記ボンディングパッドからはみ出るように配置すると共に前記ボンディングパッドにはんだを配置する配置工程と、
前記はんだを溶融させて、前記はんだを前記ファイバマウント及び前記メタライズ領域に付着させるはんだ付け工程と、
前記メタライズ領域のうち、前記はんだにより覆われていない前記メタライズ領域を溶融した前記はんだに溶食させる溶食工程と、
を備えることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記溶食工程は、前記はんだ付け工程完了後に、溶融した前記はんだの温度を更に上げることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記溶食工程は、前記はんだ付け工程完了後に、前記はんだの溶融状態を所定時間保持することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記はんだ、及び、前記メタライズ層の表面は、同じ種類の金属を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記金属は、金であることを特徴とする請求項４に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項６】
レーザ素子から出力されるレーザ光を光ファイバを介して出力する光モジュールの製造方法であって、
はんだが付着するボンディングパッドが形成された前記ファイバマウント上に、表面の少なくとも一部がはんだが付着するメタライズ層で被覆されたメタライズ領域を有する前記光ファイバを、この光ファイバの長手方向に前記メタライズ領域が前記ボンディングパッドからはみ出るように配置すると共に前記ボンディングパッドにはんだを配置する配置工程と、
前記はんだを溶融させて、前記はんだを前記ファイバマウント及び前記メタライズ領域に付着させるはんだ付け工程と、
前記メタライズ領域のうち、前記はんだにより覆われていない前記メタライズ領域を溶融した前記はんだに溶食させる溶食工程と、
を備えることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項１】
光ファイバがファイバマウントに固定された光モジュールの製造方法であって、
はんだが付着するボンディングパッドが形成された前記ファイバマウント上に、表面の少なくとも一部がはんだが付着するメタライズ層で被覆されたメタライズ領域を有する前記光ファイバを、この光ファイバの長手方向に前記メタライズ領域が前記ボンディングパッドからはみ出るように配置すると共に前記ボンディングパッドにはんだを配置する配置工程と、
前記はんだを溶融させて、前記はんだを前記ファイバマウント及び前記メタライズ領域に付着させるはんだ付け工程と、
前記メタライズ領域のうち、前記はんだにより覆われていない前記メタライズ領域を溶融した前記はんだに溶食させる溶食工程と、
を備えることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記溶食工程は、前記はんだ付け工程完了後に、溶融した前記はんだの温度を更に上げることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記溶食工程は、前記はんだ付け工程完了後に、前記はんだの溶融状態を所定時間保持することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記はんだ、及び、前記メタライズ層の表面は、同じ種類の金属を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記金属は、金であることを特徴とする請求項４に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項６】
レーザ素子から出力されるレーザ光を光ファイバを介して出力する光モジュールの製造方法であって、
はんだが付着するボンディングパッドが形成された前記ファイバマウント上に、表面の少なくとも一部がはんだが付着するメタライズ層で被覆されたメタライズ領域を有する前記光ファイバを、この光ファイバの長手方向に前記メタライズ領域が前記ボンディングパッドからはみ出るように配置すると共に前記ボンディングパッドにはんだを配置する配置工程と、
前記はんだを溶融させて、前記はんだを前記ファイバマウント及び前記メタライズ領域に付着させるはんだ付け工程と、
前記メタライズ領域のうち、前記はんだにより覆われていない前記メタライズ領域を溶融した前記はんだに溶食させる溶食工程と、
を備えることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３３０６４（Ｐ２０１２−１３３０６４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８４０７７（Ｐ２０１０−２８４０７７）
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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