JP2022021508A

JP2022021508A - はんだ膜、光学デバイス用部品、及び光学デバイス

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Publication number: JP2022021508A
Application number: JP2020125106A
Authority: JP
Inventors: 宏和田中; Hirokazu Tanaka; 義正山口; Yoshimasa Yamaguchi; 浩輝藤田; Hiroki Fujita; 直樹豊福; Naoki Toyofuku
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2040-07-22
Also published as: JP7508918B2

Abstract

【課題】表面の平坦性に優れ、接合力を効果的に高めることができる、はんだ膜を提供する。【解決手段】光学デバイスにおける部品１０の固定に用いられるはんだ膜１であって、Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金膜を備える。前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有さないことが好ましく、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、Ａｕ及びＳｎの合金からなるターゲットを用いて成膜されたスパッタ膜であることが好ましい。さらに、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜におけるＡｕの質量の合計をＭＡとし、Ｓｎの質量の合計をＭＳとしたときに、Ａｕ及びＳｎの質量の合計に対するＡｕの質量の比ＭＡ／（ＭＡ＋ＭＳ）が、０．６０以上、０．８５以下であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、はんだ膜、並びに該はんだ膜を用いた光学デバイス用部品及び光学デバイスに関する。

近年、ディスプレイや、プロジェクタ、あるいは自動車のヘッドランプ等の用途においては、ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）や、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの光学素子が搭載された光学デバイスが用いられている。光学デバイスにおいて、光学素子などの部品は、はんだ膜を用いて実装基板に固定されている。はんだ膜としては、例えば、Ａｕ及びＳｎを含むはんだ膜が知られている。

例えば、下記の特許文献１には、Ａｕ層及びＳｎ層を交互に積層したＡｕＳｎ多層ハンダを用いて、光半導体素子を実装基板上にボンディングする方法が開示されている。特許文献１のＡｕＳｎ多層ハンダでは、合計で７層のＡｕ層及びＳｎ層が積層されている。

また、下記の特許文献２には、Ａｕ及びＳｎを含むはんだ膜を形成する方法として、合金化したＡｕＳｎからなる蒸着源を第１の温度で加熱しＳｎを選択的に蒸発させてＳｎリッチな第１の層を形成した後に、蒸着源を第１の温度よりも高い第２の温度でさらに加熱しＡｕリッチな第２の層を形成する方法が開示されている。

特開平１０－００６０７３号公報特開２００８－２６３１３０号公報

光学デバイスにおいては、光学素子に加えて、光学素子を搭載するためのサブマウントや、プリズムなどの部品なども搭載されることがあり、これらの接合においてもはんだ膜が用いられることが多い。しかしながら、特許文献１や特許文献２のようなはんだ膜は、表面の平坦性が十分でなく、上記のような部品をパッケージなどに実装するに際し、十分に接合力（接合強度）を高められない場合がある。

本発明の目的は、表面の平坦性に優れ、接合力を効果的に高めることができる、はんだ膜、並びに該はんだ膜を用いた光学デバイス用部品及び光学デバイスを提供することにある。

本発明に係るはんだ膜は、光学デバイスにおける部品の固定に用いられるはんだ膜であって、Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金膜を備えることを特徴とする。

本発明においては、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有さないことが好ましい。

本発明においては、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、Ａｕ及びＳｎの合金からなるターゲットを用いて成膜されたスパッタ膜であることが好ましい。

本発明においては、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜において、厚み方向に結晶が配向していることが好ましい。

本発明においては、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜におけるＡｕの質量の合計をＭ_Ａとし、Ｓｎの質量の合計をＭ_Ｓとしたときに、Ａｕ及びＳｎの質量の合計に対するＡｕの質量の比Ｍ_Ａ／（Ｍ_Ａ＋Ｍ_Ｓ）が、０．６０以上、０．８５以下であることが好ましい。

本発明においては、前記部品と前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜との間に設けられる密着膜をさらに備えることが好ましい。前記密着膜は、前記部品側に設けられており、Ｃｒ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種を含む、第１の層と、前記第１の層上に設けられており、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びＮｉ－Ｃｒ合金からなる群から選択される少なくとも１種を含む、第２の層と、前記第２の層上に設けられており、ＰｔもしくはＡｕを含む、第３の層と、を有することがより好ましい。

本発明においては、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜における前記部品側とは反対側の主面上に設けられている、Ａｕ膜をさらに備え、前記Ａｕ膜が最外層であることが好ましい。

本発明においては、前記はんだ膜における表面の算術平均粗さＲａが、０．０５μｍ以下であることが好ましい。

本発明においては、前記はんだ膜における表面の最大高さＲｚが、０．２５μｍ以下であることが好ましい。

本発明においては、前記はんだ膜全体の厚みが、１μｍ以上、１５μｍ以下であることが好ましい。

本発明に係る光学デバイス用部品は、主面を有する部品本体と、前記部品本体の前記主面上に設けられている、本発明に従って構成されるはんだ膜と、を備えることを特徴とする。

本発明においては、前記光学デバイス用部品が、プリズム、光学素子、前記光学素子を搭載するためのサブマウント、及び前記光学素子を搭載するためのパッケージ用部材からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

本発明に係る光学デバイスは、プリズムと、前記プリズムに光を出射する又は前記プリズムからの光を受光する光学素子と、前記プリズム及び前記光学素子が搭載されている、パッケージと、前記光学素子及び前記パッケージの間に設けられている、サブマウントと、を備え、本発明に従って構成されるはんだ膜によって、前記プリズム及び前記パッケージが接合され、前記光学素子及び前記サブマウントが接合され、前記サブマウント及び前記パッケージが接合され、又は前記パッケージを構成する部材同士が接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、表面の平坦性に優れ、接合力を効果的に高めることができる、はんだ膜、並びに該はんだ膜を用いた光学デバイス用部品及び光学デバイスを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るはんだ膜及び光学デバイス用部品を示す模式的断面図である。本発明の第１の実施形態に係るはんだ膜が設けられている部分を拡大して示す模式的断面図である。本発明の第２の実施形態に係るはんだ膜が設けられている部分を拡大して示す模式的断面図である。本発明の一実施形態に係る光学デバイスを示す模式的断面図である。実施例及び比較例で作製した膜付き基板を説明するための模式図である。実施例１で得られたはんだ膜の断面を示すＳＥＭ写真である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

［はんだ膜及び光学デバイス用部品］
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るはんだ膜及び光学デバイス用部品を示す模式的断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るはんだ膜が設けられている部分を拡大して示す模式的断面図である。

プリズム１０は、光学デバイスに用いられる光学デバイス用部品である。プリズム１０は、プリズム本体１１と、はんだ膜１と、反射膜１２とを備える。

プリズム本体１１は、略台形の断面形状を有する。プリズム本体１１は、底面１１ａと、底面１１ａに接続されている斜面１１ｂと、底面１１ａに対向し、かつ斜面１１ｂに接続されている上面１１ｃとを有する。なお、プリズム本体１１の断面形状は、特に限定されず、略三角形等であってもよい。また、本実施形態において、プリズム本体１１は、適宜のガラス材料からなる。

プリズム本体１１の斜面１１ｂ上には、反射膜１２が設けられている。反射膜１２は、例えば、高屈折率膜及び低屈折率膜が交互に積層された誘電体多層膜からなる。高屈折率膜の材料としては、例えば、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、又はＨｆＯ_２が挙げられる。低屈折率膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２又はＭｇＦ_２が挙げられる。なお、反射膜１２は、単層の金属膜であってもよく、特に限定されない。また、反射膜１２は、プリズム本体１１の斜面１１ｂの少なくとも一部に設けられていればよく、例えば、斜面１１ｂの全面に設けられていてもよい。斜面１１ｂに反射膜１２が設けられることにより、光源から出射された光を好適に反射させることができる。もっとも、反射膜１２は、設けられていなくてもよい。反射膜１２は、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法等により、各層を積層することによって形成することができる。

また、プリズム本体１１の底面１１ａ上には、はんだ膜１が設けられている。光学デバイス用部品であるプリズム１０は、はんだ膜１により、パッケージや実装基板などに固定される。なお、はんだ膜１は、プリズム本体１１の底面１１ａ全体に設けられていることが好ましいが、プリズム本体１１の底面１１ａの少なくとも一部に設けられていればよい。また、はんだ膜１は、プリズム本体１１の側面に回り込んでいてもよい。その場合、はんだ膜１による接合力をより一層高めることができる。

図２に示すように、はんだ膜１は、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２により構成されている。Ａｕ－Ｓｎ合金膜２は、Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜である。

Ａｕ－Ｓｎ合金膜２は、対向している第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを有する。第１の主面２ａは、プリズム本体１１側の主面である。第２の主面２ｂは、プリズム本体１１とは反対側の外側の主面である。なお、第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを結ぶ方向は、はんだ膜１の厚み方向とされている。本実施形態では、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の第１の主面２ａが、プリズム本体１１に接している。

本実施形態のはんだ膜１は、Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２を備えるので、表面の平坦性に優れる。また、光学デバイス用部品であるプリズム１０をパッケージ等へ実装するに際し、接合力を効果的に高めることができる。この点については、以下のように説明することができる。

従来、Ａｕ層及びＳｎ層が交互に積層されてなるはんだ膜では、Ｓｎ層が熱エネルギーを受けて結晶成長したり、あるいは酸化の影響を受けて膜表面の荒れが生じたりすることがあった。

これに対して、本実施形態のはんだ膜１は、Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２により構成されているので、Ｓｎが単独で結晶成長し難く、熱エネルギーによる結晶成長や酸化の影響を小さくすることができ、その結果、膜表面１ａをより平坦にすることができる。よって、はんだ膜１では、光学デバイス用部品であるプリズム１０をパッケージ等に実装するに際し、接合力を高めることができる。

本実施形態において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２は、Ａｕ及びＳｎを９５質量％以上含む合金層であることが好ましい。なお、ＡｕやＳｎの精製の度合いにより、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ等の不純物が合金層に混入することがある。この場合においては、Ａｕ及びＳｎの含有量が９５質量％以上であれば、本発明の効果を損なわないことが確認されている。

また、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２は、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有さないことが好ましい。この場合、融点の変動が生じ難いので、特定の温度以下で管理することにより、はんだ膜１を流動し難くすることができる。また、光学デバイスの製造時に、一定の製造条件下で安定して製造することができるので、歩留まりを向上させることができ、生産性を高めることができる。加えて、はんだ膜１による接合力をより一層効果的に高めることができる。

なお、本明細書において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２がＡｕの濃度勾配を有さないとは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２のうち第１の主面２ａ側のＡｕの濃度（金属全体に対する質量割合）と、第２の主面２ｂ側のＡｕの濃度（金属全体に対する質量割合）との差の絶対値が、５％以下である場合をいうものとする。もっとも、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２のうち第１の主面２ａ側のＡｕの濃度（金属全体に対する質量割合）と、第２の主面２ｂ側のＡｕの濃度（金属全体に対する質量割合）との差の絶対値は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは１％以下である。

また、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２がＳｎの濃度勾配を有さないとは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２のうち第１の主面２ａ側のＳｎの濃度（金属全体に対する質量割合）と、第２の主面２ｂ側のＳｎの濃度（金属全体に対する質量割合）との差の絶対値が、５％以下である場合をいうものとする。もっとも、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２のうち第１の主面２ａ側のＳｎの濃度（金属全体に対する質量割合）と、第２の主面２ｂ側のＳｎの濃度（金属全体に対する質量割合）との差の絶対値は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは１％以下である。

また、本明細書において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の第１の主面２ａ側におけるＡｕ又はＳｎの濃度とは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２のうち第１の主面２ａから１０％の厚み部分のＡｕ又はＳｎの濃度をいうものとする。また、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の第２の主面２ｂ側におけるＡｕ又はＳｎの濃度とは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２のうち第２の主面２ｂから１０％の厚み部分のＡｕ又はＳｎの濃度をいうものとする。また、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の各主面側におけるＡｕ又はＳｎの濃度は、例えば、ＳＥＭ－ＥＤＸにより測定することができる。

本実施形態では、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２におけるＡｕの質量の合計をＭ_Ａとし、Ｓｎの質量の合計をＭ_Ｓとしたときに、Ａｕ及びＳｎの質量の合計に対するＡｕの質量の比Ｍ_Ａ／（Ｍ_Ａ＋Ｍ_Ｓ）が、好ましくは０．６０以上、より好ましくは０．７０以上、好ましくは０．８５以下、より好ましくは０．８２以下である。この場合には、Ａｕ及びＳｎの融点（共晶温度）を極小値である２８０℃により近づけることができ、パッケージ等への実装に際し、より低温で接合することができる。

本実施形態では、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２において、厚み方向に結晶が配向していることが好ましい。この場合、パッケージ等への実装に際し、より短時間で確実に接合することができる。なお、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２においては、厚み方向以外の方向に結晶が配向していてもよい。なお、本発明でいう結晶とは、重量比でＡｕ９Ｓｎ１の成分比とＡｕ６Ｓｎ４の成分比で形成される結晶をいう。結晶が配向したＡｕ－Ｓｎ合金膜２を得るには、スパッタリングの成膜条件を調整すればよく、例えば、基板とターゲット間の電力量を大きくしたり、成膜圧力を低くすればよい。

本実施形態において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の厚みは、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは６μｍ以下である。Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の厚みが上記下限値以上である場合、パッケージ等への実装に際し、はんだ膜１による接合力をより一層高めることができる。Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の厚みが上記上限値以下である場合、膜応力による反りをより一層抑制することができる。また、パッケージ等への実装に際し、より短時間で確実に接合することができる。

本実施形態において、はんだ膜１の全体の厚みは、特に限定されないが、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上、さらに好ましくは４μｍ以上、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは７μｍ以下である。はんだ膜１の全体の厚みが上記下限値以上である場合、パッケージ等への実装に際し、はんだ膜１による接合力をより一層高めることができる。他方、はんだ膜１の全体の厚みが上記上限値以下である場合、膜応力による反りをより一層抑制することができる。また、実装に際し、より短時間で確実に接合することができる。さらに、この場合、プリズム本体１１の高さ方向の位置ずれが小さくなるため、光学デバイス用部品であるプリズム１０の位置精度もより一層効果的に高めることができる。

本実施形態において、はんだ膜１の膜表面１ａにおける算術平均粗さＲａは、好ましくは０．０５μｍ以下、より好ましくは０．０３μｍ以下である。はんだ膜１の膜表面１ａにおける算術平均粗さＲａが、上記上限値以下である場合、はんだ膜１とパッケージ等の密着性をより一層高めることができ、はんだ膜１による接合力をより一層高めることができる。なお、はんだ膜１の膜表面１ａにおける算術平均粗さＲａの下限値は、特に限定されないが、例えば、０．０１μｍとすることができる。また、算術平均粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１：２０１３に準拠して測定することができる。

本実施形態において、はんだ膜１の膜表面１ａにおける最大高さＲｚは、好ましくは０．２５μｍ以下、より好ましくは０．１５μｍ以下である。はんだ膜１の膜表面１ａにおける最大高さＲｚが、上記上限値以下である場合、はんだ膜１とパッケージ等の密着性をより一層高めることができ、はんだ膜１による接合力をより一層高めることができる。なお、はんだ膜１の膜表面１ａにおける最大高さＲｚの下限値は、特に限定されないが、例えば、０．０１μｍとすることができる。また、最大高さＲｚは、ＪＩＳＢ０６０１：２０１３に準拠して測定することができる。

はんだ膜１を構成するＡｕ－Ｓｎ合金膜２は、例えば、Ａｕ－Ｓｎの合金からなるターゲットを用いて、スパッタリング法により、成膜することで作製することができる。

スパッタリングに際し、キャリアガスとしては、例えば、アルゴンガスなどの不活性ガスを用いることができる。また、成膜温度は、例えば、３０℃以上、２５０℃以下とすることができる。また、基板とターゲット間の電力量は、例えば、５００Ｗ以上、１５００Ｗ以下とすることができ、成膜圧力は、例えば、０．１Ｐａ以上、３．０Ｐａ以下とすることができる。

スパッタリング法では、Ａｕ－Ｓｎの合金からなるターゲットの質量比を維持したまま成膜することができるので、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有さないＡｕ－Ｓｎ合金膜２を成膜することができる。また、上記の製造条件で製造すれば、厚み方向に結晶が配向したＡｕ－Ｓｎ合金膜２を成膜することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るはんだ膜が設けられている部分を拡大して示す模式的断面図である。

図３に示すように、はんだ膜２１は、さらに密着膜２３を有する。密着膜２３は、プリズム本体１１とＡｕ－Ｓｎ合金膜２との間に設けられている。従って、はんだ膜２１では、密着膜２３の上にＡｕ－Ｓｎ合金膜２が積層されている。密着膜２３を設けることにより、プリズム本体１１との密着性を高めることができる。

密着膜２３は、第１の層２３ａ、第２の層２３ｂ、及び第３の層２３ｃを有する。第１の層２３ａは、プリズム本体１１側の層である。この第１の層２３ａ上に、第２の層２３ｂが積層されている。第２の層２３ｂ上に、第３の層２３ｃが積層されている。なお、第３の層２３ｃは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２側の層である。

第１の層２３ａを構成する材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＷ、Ｍｏ、又はＮｉ－Ｃｒ合金等を用いることができる。なかでも、Ｃｒ、Ｔｉ、又はＮｉであることが好ましい。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。なお、第１の層２３ａを構成する材料には、上記例示した材料が９５％以上含まれていることが望ましい。もっとも、第１の層２３ａは、本発明の効果を阻害しない範囲において、不純物や添加物を含んでいてもよい。

第１の層２３ａの厚みは、特に限定されないが、例えば、０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下とすることができる。第１の層２３ａは、めっき、蒸着、スパッタリング等の適宜の方法により形成することができる。

第２の層２３ｂを構成する材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ－Ｃｒ合金等を用いることができる。なかでも、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はＮｉ－Ｃｒ合金であることが好ましい。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。なお、第２の層２３ｂを構成する材料には、上記例示した材料が９５％以上含まれていることが望ましい。もっとも、第２の層２３ｂは、本発明の効果を阻害しない範囲において、不純物や添加物を含んでいてもよい。

第２の層２３ｂの厚みは、特に限定されないが、例えば、０．０５μｍ以上、２．０μｍ以下とすることができる。第２の層２３ｂは、めっき、蒸着、スパッタリング等の適宜の方法により形成することができる。なお、密着膜２３において、第２の層２３ｂは設けられていなくてもよい。

第３の層２３ｃは、拡散防止層としての機能を有していることが望ましい。例えば、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の成分が、第１の層２３ａ及び第２の層２３ｂへ拡散することを防止するための層であることが望ましい。これにより、はんだ膜２１のパッケージ等への接合力をより一層高めることができる。

第３の層２３ｃは、特に限定されないが、本実施形態では、Ｐｔである。この場合、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の成分が、第１の層２３ａ及び第２の層２３ｂへ拡散することをより一層抑制することができる。もっとも、第３の層２３ｃの材料は、Ｐｔには限定されず、Ａｕ又はＰｄ等であってもよい。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。なお、第３の層２３ｃには、上記例示した材料が９５％以上含まれていることが望ましい。もっとも、第３の層２３ｃには、密着性を阻害しない範囲において、不純物や添加物が含まれていてもよい。

第３の層２３ｃの厚みは、特に限定されないが、例えば、０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下とすることができる。

また、はんだ膜２１は、さらにＡｕ膜２４を有する。Ａｕ膜２４は、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２の第２の主面２ｂ上に積層されている。Ａｕ膜２４は、はんだ膜２１における最外層に設けられている。

なお、Ａｕ膜２４には、Ａｕが９５％以上含まれていることが望ましい。もっとも、Ａｕ膜２４には、密着性を阻害しない範囲において、不純物や添加物が含まれていてもよい。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態におけるはんだ膜２１のように、密着膜２３をさらに備えていてもよい。また、最外層にＡｕ膜２４が設けられていてもよい。最外層をＡｕ膜２４とした場合、実装に際し、パッケージ等に接する最外層を酸化し難くすることができ、はんだ膜２１による接合力をより確実に高めることができる。

また、第２の実施形態においても、はんだ膜２１が、Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金膜２を備えるので、表面の平坦性に優れ、光学デバイス用部品であるプリズム２０をパッケージ等に実装するに際し、接合力を高めることができる。

なお、第１の実施形態及び第２の実施形態では、光学デバイス用部品としてプリズム１０，２０について説明した。もっとも、本発明において、光学デバイス用部品は、光学素子や、光学素子を搭載するためのサブマウント、あるいは光学素子を搭載するためのパッケージ用部材であってもよい。

［光学デバイス］
図４は、本発明の一実施形態に係る光学デバイスを示す模式的断面図である。図４に示すように、光学デバイス３１は、光学素子３２と、サブマウント３３と、プリズム１０と、パッケージ３４とを備える。パッケージ３４内には、光学素子３２、サブマウント３３、及びプリズム１０が収容されている。

より具体的には、パッケージ３４は、底部３５と、底部３５上に配置された側壁部３６とを有する容器状の部材である。パッケージ３４は、例えば、セラミック材料により構成することができる。セラミック材料としては、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等を用いることができる。なかでも、放熱性をより一層高める観点からは、窒化アルミニウムであることが好ましい。

底部３５は、実装面３５ａを有する。側壁部３６は、内面３６ａを有する。そして、底部３５の実装面３５ａ及び側壁部３６の内面３６ａには、金属膜３８が設けられている。

本実施形態では、実装面３５ａにおける金属膜３８上に、光学素子３２及びプリズム１０が配置されている。より具体的には、金属膜３８上に、サブマウント３３が設けられており、その上に光学素子３２が配置されている。この際、サブマウント３３の一方側主面３３ａが、図示しないはんだ膜１により光学素子３２に接合されている。また、サブマウント３３の他方側主面３３ｂが、図示しないはんだ膜１により金属膜３８に接合されている。また、プリズム１０も、はんだ膜１により金属膜３８に接合されている。

パッケージ３４は、金属膜３８を必ずしも有していなくてもよい。もっとも、パッケージ３４は、本実施形態のように金属膜３８を有していることが好ましい。このような構成は、特に、サブマウント３３やプリズム１０と、パッケージ３４との熱膨張率差が比較的大きい場合に有効である。

金属膜３８は、Ａｕ膜であることが好ましい。この場合、金属膜３８が酸化し難いことから、光学デバイス３１の製造に際し、サブマウント３３やプリズム１０と、パッケージ３４との間の接合力をより一層高めることができる。

なお、本実施形態では、底部３５における実装面３５ａの全面及び側壁部３６の内面３６ａの全面に、金属膜３８が設けられている。もっとも、金属膜３８は、少なくともサブマウント３３及びプリズム１０が配置される部分に設けられていればよい。

パッケージ３４の側壁部３６上には、光学素子３２及びプリズム１０を封止するように、蓋体３７が設けられている。蓋体３７は、特に限定されないが、本実施形態ではガラス蓋である。また、蓋体３７及び側壁部３６は、図示しないはんだ膜１により接合されている。この場合には、接合後においてガスが生じないため、プリズム１０の反射膜１２に不純物が付着し難く、反射特性の劣化がより生じ難い。

本実施形態において、光学素子３２は、プリズム１０に光を出射する光源である。光源としては、特に限定されないが、例えば、ＬＤやＬＥＤ等を用いることができる。図４に示すように、光学素子３２から出射した光Ａは、プリズム１０において反射され、蓋体３７を通り、光学デバイス３１外に出射される。なお、光学素子３２は、プリズム１０からの光を受光する受光素子であってもよい。

サブマウント３３は、光学素子３２を搭載するために設けられている。また、サブマウント３３は、ヒートシンクを兼ねている。そのため、光学素子３２で発生した熱を、サブマウント３３を通して、パッケージ３４側へ効率よく放熱することができる。

光学デバイス３１では、はんだ膜１により、プリズム１０及びパッケージ３４が接合され、光学素子３２及びサブマウント３３が接合され、サブマウント３３及びパッケージ３４が接合され、パッケージ３４における蓋体３７及び側壁部３６が接合されている。そのため、光学デバイス３１では、各部品間における接合力が高められている。従って、光学デバイス３１では、信頼性が高められている。

また、光学デバイス３１では、Ｓｎ－Ａｇなどの融点が低いはんだ膜により、パッケージ３４における蓋体３７及び側壁部３６が接合されていてもよい。この場合、その他の各部材を上記はんだ膜よりも融点の高いはんだ膜１によって接合すれば、光学素子３２、サブマウント３３、及びプリズム１０を実装した後、蓋体３７及び側壁部３６を上記はんだ膜によって接合する際の加熱により、光学素子３２、サブマウント３３、及びプリズム１０の高さ方向における位置ずれが生じ難い。そのため、光学デバイス３１の信頼性をより一層高めることができる。

なお、光学素子３２、サブマウント３３、及びプリズム１０を接合する際の温度は、例えば、２９０℃～３２０℃とすることができる。また、蓋体３７及び側壁部３６を接合する際の温度は、２２０℃～２７０℃とすることができる。このような温度範囲で接合させることにより、光学素子３２、サブマウント３３、及びプリズム１０の高さ方向における位置精度をより高めることができる。

なお、本発明においては、光学素子３２、サブマウント３３、プリズム１０、及びパッケージ３４を構成する部材の接合のうち、少なくとも１つの接合がはんだ膜１によって行われればよく、特に限定はされない。

以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（実施例１）
まず、Ａｕ－Ｓｎの合金からなるターゲットを用いて、スパッタリング法により、図５に示すガラス基板４２（日本電気硝子社製、ＯＡ－１０Ｇ、厚み：０．１９７ｍｍ）上に、Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜であるＡｕ－Ｓｎ合金膜を形成し、はんだ膜４１を得た。なお、スパッタリングに際し、ターゲットにおけるＡｕとＳｎとの質量比は、７０：３０とした。キャリアガスとしてはアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、成膜温度は、ヒータはＯＦＦで成膜時のスパッタの運動エネルギーにより凡そ１００℃とした。また、得られたＡｕ－Ｓｎ合金膜の厚みは、５μｍであった。

図６は、実施例１で得られたはんだ膜４１の断面を示すＳＥＭ写真である。図６より、実施例１で得られたはんだ膜４１では、厚み方向に結晶が配向していることがわかる。また、はんだ膜４１では、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有していないことが確認されている。

（比較例１）
ガラス基板４２（日本電気硝子社製、ＯＡ－１０Ｇ、厚み：０．１９７ｍｍ）上に、蒸着によって、Ａｕ層及びＳｎ層を交互に合計で１８０層積層することにより、はんだ膜４１を得た。なお、このとき、Ａｕ層の１層当たりの厚みをそれぞれ２５．６ｎｍとした。また、Ｓｎ層の１層当たりの厚みをそれぞれ２９．４ｎｍとした。なお、はんだ膜４１全体の厚みは、５μｍとした。

［評価］
（表面平坦性の評価）
膜付き基板４０の膜表面４０ａにおける算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｚは、ＪＩＳＢ０６０１：２０１３に準拠して測定した。

（密着力の評価）
密着力の評価においては、パッケージとして、Ａｕめっきされた部分を有する窒化アルミニウム基板を用意した。次に、膜付き基板４０をはんだ膜４１側から窒化アルミニウム基板のＡｕめっきされた部分に貼り付け、窒素雰囲気中で３２０℃に加熱することにより接合した。

次に、引張圧縮試験機（株式会社今田製作所製ＳＶ－２０１）を用いて膜付き基板４０を側面より押すことにより、密着力を評価した。なお、密着力の評価は、接合時間１０秒の条件にて行った。

結果を下記の表１に示す。

表１から明らかなように、Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金膜を用いた実施例１のはんだ膜４１では、表面の平坦性に優れ、パッケージとの接合力に優れることが確認できた。

１，２１，４１…はんだ膜
１ａ，２１ａ，４０ａ…膜表面
２…Ａｕ－Ｓｎ合金膜
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
１０，２０…プリズム
１１…プリズム本体
１１ａ…底面
１１ｂ…斜面
１１ｃ…上面
１２…反射膜
２３…密着膜
２３ａ…第１の層
２３ｂ…第２の層
２３ｃ…第３の層
２４…Ａｕ膜
３１…光学デバイス
３２…光学素子
３３…サブマウント
３３ａ…一方側主面
３３ｂ…他方側主面
３４…パッケージ
３５…底部
３５ａ…実装面
３６…側壁部
３６ａ…内面
３７…蓋体
３８…金属膜
４０…膜付き基板
４２…ガラス基板

Claims

光学デバイスにおける部品の固定に用いられるはんだ膜であって、
Ａｕ及びＳｎの合金からなる単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金膜を備える、はんだ膜。
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有さない、請求項１に記載のはんだ膜。
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、Ａｕ及びＳｎの合金からなるターゲットを用いて成膜されたスパッタ膜である、請求項１又は２に記載のはんだ膜。
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜において、厚み方向に結晶が配向している、請求項１～３のいずれか１項に記載のはんだ膜。
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜におけるＡｕの質量の合計をＭ_Ａとし、Ｓｎの質量の合計をＭ_Ｓとしたときに、Ａｕ及びＳｎの質量の合計に対するＡｕの質量の比Ｍ_Ａ／（Ｍ_Ａ＋Ｍ_Ｓ）が、０．６０以上、０．８５以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のはんだ膜。
前記部品と前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜との間に設けられる密着膜をさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載のはんだ膜。
前記密着膜が、
前記部品側に設けられており、Ｃｒ、Ｔｉ、及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種を含む、第１の層と、
前記第１の層上に設けられており、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びＮｉ－Ｃｒ合金からなる群から選択される少なくとも１種を含む、第２の層と、
前記第２の層上に設けられており、ＰｔもしくはＡｕを含む、第３の層と、
を有する、請求項６に記載のはんだ膜。
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜における前記部品側とは反対側の主面上に設けられている、Ａｕ膜をさらに備え、前記Ａｕ膜が最外層である、請求項１～７のいずれか１項に記載のはんだ膜。
表面の算術平均粗さＲａが、０．０５μｍ以下である、請求項１～８のいずれか１項に記載のはんだ膜。
表面の最大高さＲｚが、０．２５μｍ以下である、請求項１～９のいずれか１項に記載のはんだ膜。
前記はんだ膜全体の厚みが、１μｍ以上、１５μｍ以下である、請求項１～１０のいずれか１項に記載のはんだ膜。
主面を有する部品本体と、
前記部品本体の前記主面上に設けられている、請求項１～１１のいずれか１項に記載のはんだ膜と、
を備える、光学デバイス用部品。
プリズム、光学素子、前記光学素子を搭載するためのサブマウント、及び前記光学素子を搭載するためのパッケージ用部材からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１２に記載の光学デバイス用部品。
プリズムと、
前記プリズムに光を出射する又は前記プリズムからの光を受光する光学素子と、
前記プリズム及び前記光学素子が搭載されている、パッケージと、
前記光学素子及び前記パッケージの間に設けられている、サブマウントと、
を備え、
請求項１～１１のいずれか１項に記載のはんだ膜によって、前記プリズム及び前記パッケージが接合され、前記光学素子及び前記サブマウントが接合され、前記サブマウント及び前記パッケージが接合され、又は前記パッケージを構成する部材同士が接合されている、光学デバイス。