WO2023032967A1 - 膜付き部品及び光学デバイス - Google Patents
膜付き部品及び光学デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023032967A1 WO2023032967A1 PCT/JP2022/032558 JP2022032558W WO2023032967A1 WO 2023032967 A1 WO2023032967 A1 WO 2023032967A1 JP 2022032558 W JP2022032558 W JP 2022032558W WO 2023032967 A1 WO2023032967 A1 WO 2023032967A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- layer
- film
- solder layer
- prism
- thickness
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 70
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 107
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 62
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 42
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 42
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 42
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 20
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 abstract description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 235
- 239000000463 material Substances 0.000 description 41
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 28
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 16
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 6
- 229910015363 Au—Sn Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- -1 Ta 2 O 5 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000550 scanning electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016525 CuMo Inorganic materials 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910008599 TiW Inorganic materials 0.000 description 1
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0225—Out-coupling of light
- H01S5/02255—Out-coupling of light using beam deflecting elements
Definitions
- the present invention relates to a film-coated component and an optical device using the film-coated component.
- optical devices equipped with optical elements such as LDs (Laser Diodes) and LEDs (Light Emitting Diodes) have been used in applications such as displays, projectors, and automobile headlamps.
- LDs Laser Diodes
- LEDs Light Emitting Diodes
- parts such as optical elements are fixed to a mounting substrate using a solder film.
- solder film a solder film containing Au and Sn is known as a solder film.
- Patent Literature 1 discloses a method of bonding an optical semiconductor element to a mounting substrate using AuSn multilayer solder in which Au layers and Sn layers are alternately laminated.
- AuSn multilayer solder of Patent Document 1 a total of seven layers of Au layers and Sn layers are laminated.
- An object of the present invention is to provide a film-coated component, and an optical device using the film-coated component, in which displacement of previously mounted components is less likely to occur when components are mounted multiple times by heating and melting. It is in.
- a film-attached component according to aspect 1 of the present invention comprises a component body having a main surface and an adhesion film provided on the main surface of the component body, wherein the adhesion film is formed on the component body.
- the thickness ratio of the Ni layer to the diffusion suppression layer is 1 or more and 600 or less.
- the diffusion suppression layer contains at least one selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt. .
- the diffusion suppression layer more preferably contains Pt.
- the diffusion suppression layer has a thickness of 1000 nm or less.
- a film-coated component according to aspect 6 is, in any one aspect of aspects 1 to 5, wherein the solder layer is bonded to a member to be bonded to form a bonding solder layer, and the thickness direction of the bonding solder layer wherein the mass ratio (Au:Sn) between Au and Sn in the diffusion suppressing layer side portion of the bonding solder layer is 40:60 to 71:29, and the Au and Sn in the center side portion of the bonding solder layer It is preferable that the mass ratio with Sn (Au:Sn) is from 84:16 to 94:6.
- a film-coated component according to aspect 7 is, in any one aspect of aspects 1 to 6, wherein the solder layer is bonded to a member to be bonded to form a bonding solder layer, and the thickness direction of the bonding solder layer is
- a region containing Au and Sn as main components, a region containing Pt as a main component, and a region containing Ni as a main component are arranged in this order from the side of the member to be joined.
- the "main component” means that the material is contained in the area in an amount of 80% by mass or more. Of course, 100% by mass of that material may be included in that region.
- the region containing Au and Sn as main components refers to a region in which the total content of Au and Sn is 80% by mass or more.
- the region containing Pt as the main component and the region containing Ni as the main component there is a case where the component in the member to be joined melts into the solder layer to be joined, but this is not taken into consideration.
- a film-coated component according to aspect 8 is, in any one aspect of aspects 1 to 6, wherein the solder layer is bonded to a member to be bonded to form a bonding solder layer, and the bonding solder layer includes Ni is preferably diffused.
- the solder layer is bonded to the member to be bonded to form a bonding solder layer, and in the thickness direction of the bonding solder layer, the Ni content is It is preferred that there is a concentration gradient in In addition, "the content of Ni has a concentration gradient" means that the content of Ni continuously increases and decreases in the region where Ni exists. In addition, there is a case where the component in the member to be joined melts into the solder layer to be joined, but this is not taken into consideration.
- a film-coated component according to Aspect 10 is, in any one of Aspects 1 to 9, the film-coated component comprises a prism, a lens, an optical element, a submount for mounting the optical element, and the optical element. It is preferably at least one type selected from the group consisting of a package for holding the container and a lid.
- An optical device comprises a prism, an optical element that emits light to the prism or receives light from the prism, a package in which the prism and the optical element are mounted, a submount provided between the optical element and the package, wherein at least one of the prism and the submount is the film-coated component according to any one of aspects 1 to 10. Characterized by
- a film-coated component and an optical device using the film-coated component in which displacement of a previously mounted component is less likely to occur when components are mounted by heating and melting a plurality of times. can be done.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a membrane-attached component according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of the film-attached component according to the first embodiment of the present invention, where the adhesion film is provided.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an adhesive film after heat melting in the film-coated component according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a membrane-attached component according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 5(a) is a schematic plan view showing a film-attached component according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
- FIG. 5(b) is a schematic cross-sectional view of a portion along line AA.
- FIG. 5(c) is a schematic cross-sectional view showing a modification thereof.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an optical device according to one embodiment of the invention.
- FIG. 7 is a diagram showing an EDX spectrum of a part of the bonding solder layer on the diffusion suppressing layer side in the film-coated component obtained in Example 1.
- FIG. FIG. 8 is a diagram showing the EDX spectrum of the part on the central side of the bonding solder layer in the film-coated component obtained in Example 1; 9 shows the results of differential scanning calorimetry of the film-coated component obtained in Example 1.
- FIG. 7 is a diagram showing an EDX spectrum of a part of the bonding solder layer on the diffusion suppressing layer side in the film-coated component obtained in Example 1.
- FIG. 8 is a diagram showing the EDX spectrum of the part on the central side of the bonding solder
- FIG. 10 shows differential scanning calorimetry results of the film-coated component obtained in Example 2.
- FIG. 11 shows the results of differential scanning calorimetry of the film-coated component obtained in Example 3.
- FIG. 12 shows the results of differential scanning calorimetry of the film-coated component obtained in Example 4.
- FIG. 13 shows differential scanning calorimetry results of the film-coated component obtained in Example 5.
- FIG. 14 shows differential scanning calorimetry results of the film-coated component obtained in Comparative Example 1.
- FIG. 15 shows differential scanning calorimetry results of the film-coated component obtained in Reference Example 1.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a membrane-attached component according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of the film-attached component according to the first embodiment of the present invention, where the adhesion film is provided.
- the prism 1 is a part with a film used in optical devices and electronic devices.
- the prism 1 includes a prism body 2 as a component body, an adhesion film 3 and a reflection film 4 .
- the prism body 2 has a substantially trapezoidal cross-sectional shape.
- the prism body 2 has a bottom surface 2a, an inclined surface 2b connected to the bottom surface 2a, and an upper surface 2c facing the bottom surface 2a and connected to the inclined surface 2b.
- the cross-sectional shape of the prism body 2 is not particularly limited, and may be substantially triangular or the like. Also, in this embodiment, the prism body 2 is made of an appropriate glass material.
- An adhesion film 3 is provided on the bottom surface (principal surface) 2 a of the prism body 2 .
- the prism 1, which is a component with a film, is fixed to a mounting substrate, a package, or the like by an adhesive film 3.
- the adhesion film 3 is preferably provided on the entire bottom surface 2 a of the prism body 2 , but may be provided on at least a portion of the bottom surface 2 a of the prism body 2 . Also, the adhesion film 3 may wrap around the side surface of the prism body 2 . In that case, the wettability of the adhesion film 3 can be improved, and the bonding strength can be further increased.
- the adhesion film 3 includes a base metal layer 5, a Ni layer 6, a diffusion suppression layer 7, and a solder layer 8.
- the base metal layer 5 is laminated directly on the prism body 2 .
- a Ni layer 6 is laminated on the base metal layer 5 .
- a diffusion suppression layer 7 is laminated on the Ni layer 6 .
- the base metal layer 5, the Ni layer 6, and the diffusion suppression layer 7 are so-called metallized layers.
- a solder layer 8 is laminated on the diffusion suppressing layer 7 which is the outermost layer of the metallized layer.
- Cr, Ti, Ta, Ni, W, TiW, Mo, Ni—Cr alloy, or the like can be used as the material forming the underlying metal layer 5 .
- Cr, Ti, or Ta is preferable. These materials may be used individually by 1 type, and may use multiple types together.
- the material constituting the underlying metal layer 5 contains 95% or more of the materials exemplified above.
- the underlying metal layer 5 may contain impurities and additives as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the thickness of the base metal layer 5 is not particularly limited, it can be, for example, 0.01 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less.
- the underlying metal layer 5 can be formed by an appropriate method such as plating, vapor deposition, or sputtering.
- the base metal layer 5 may not be provided in the adhesion film 3 .
- the Ni layer 6 is a layer whose main component is Ni or an alloy containing Ni.
- Ni-containing alloys include Ni--Cr alloys.
- the term "main component" means that the material is contained in the Ni layer 6 in an amount of 80% by mass or more. Of course, 100% by mass of the material may be included.
- the Ni layer 6 can be formed by an appropriate method such as plating, vapor deposition, or sputtering.
- the diffusion suppression layer 7 is a layer for delaying diffusion of Ni contained in the Ni layer 6 into the solder layer 8 .
- the components of the Ni layer 6 diffuse into the solder layer 8 and the like, which will be described later. You can As a result, the meltability of the adhesion film 3 at the time of initial melting can be further improved, the wettability of the adhesion film 3 to the package or the like can be improved, and the initial bonding strength can be further enhanced.
- the diffusion suppression layer 7 is not particularly limited, it is Pt in this embodiment. In this case, diffusion of Ni contained in the Ni layer 6 into the solder layer 8 is further retarded, and as a result, the amount of diffusion can be reduced or adjusted.
- the material of the diffusion suppression layer 7 is not limited to Pt, and platinum group elements such as Ru, Rh, Pd, Os and Ir may be used. These materials may be used individually by 1 type, and may use multiple types together.
- the diffusion suppressing layer 7 preferably contains 95% or more of the materials exemplified above. However, the diffusion suppressing layer 7 may contain impurities and additives as long as the adhesion is not impaired.
- the solder layer 8 is, for example, a layer that is in direct contact with a package or the like.
- the solder layer 8 is composed of a multilayer film in which Au layers 9 and Sn layers 10 are alternately laminated.
- the Au layers 9 and the Sn layers 10 may not be alternately laminated, it is preferable to have a portion in which the Au layers 9 and the Sn layers 10 are alternately laminated. More preferably, the layers 10 are alternately laminated.
- the solder layer 8 when the solder layer 8 is heated, metals can be interdiffused in the Au layer 9 and the Sn layer 10 more reliably, and the Au layer 9 and the Sn layer 10 can be alloyed more reliably. Therefore, when the prism 1, which is a component with a film, is mounted on a package or the like, the wettability of the adhesion film 3 can be improved, and the bonding strength can be increased more reliably.
- the Au layer 9 is preferably a metal layer containing 95% by mass or more of Au.
- the Sn layer 10 is preferably a metal layer containing 95% by mass or more of Sn.
- impurities such as Fe and Cr may be mixed into the metal layer depending on the degree of refinement of Au and Sn. Therefore, it is desirable that the content of each of Au and Sn in the metal layer is 95% by mass or more.
- Au and Sn may be alloyed.
- an Au—Sn layer made of an alloy of Au and Sn may be formed at the interface between the Au layer 9 and the Sn layer 10 .
- the solder layer 8 should just contain at least one of Au and Sn.
- each Au layer 9 can be, for example, 10 nm or more and 1000 nm or less. Also, the thickness of each Sn layer 10 can be, for example, 10 nm or more and 1000 nm or less.
- the number of layers of the Au layer 9 can be, for example, 2 or more and 100 or less.
- the number of layers of the Sn layer 10 can be set to 1 layer or more and 100 layers or less, for example.
- the total number of layers of the Au layers 9 and the Sn layers 10 can be, for example, 3 layers or more and 200 layers or less.
- the solder layer 8 can be formed by stacking layers by, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like.
- Au and Sn may be alloyed by heating and melting.
- an Au—Sn alloy film may be formed by sputtering using a target made of an Au—Sn alloy.
- an Au—Sn alloy film may be formed by vapor deposition using an Au—Sn alloy as a vapor deposition source.
- the overall thickness of the solder layer 8 is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 4 ⁇ m or more, preferably 10 ⁇ m or less, and more preferably 6 ⁇ m or less.
- the thickness of the solder layer 8 is equal to or greater than the above lower limit, the wettability of the adhesive film 3 can be improved upon mounting on a package or the like, and the bonding strength can be further increased.
- the thickness of the solder layer 8 is equal to or less than the above upper limit, each layer in which metal interdiffuses during mounting can be made thinner.
- the Au layer 9 and the Sn layer 10 can be more reliably alloyed in a short period of time, and can be reliably bonded in a shorter period of time. Further, in this case, since the positional deviation of the prism body 2 in the height direction is reduced, the positional accuracy of the prism 1, which is a component with a film, can be more effectively improved.
- a reflective film 4 is provided on the slope 2 b of the prism body 2 .
- the reflective film 4 is composed of, for example, a dielectric multilayer film in which a high refractive index film and a low refractive index film are alternately laminated.
- Materials for the high refractive index film include, for example, TiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , or HfO 2 .
- Materials for the low refractive index film include, for example, SiO 2 and MgF 2 .
- the reflective film 4 may be a single-layer metal film, and is not particularly limited.
- the reflective film 4 may be provided on at least a part of the inclined surface 2b of the prism body 2, and may be provided on the entire surface of the inclined surface 2b, for example. By providing the reflective film 4 on the slope 2b, the light emitted from the light source can be appropriately reflected. However, the reflective film 4 may not be provided.
- a dielectric protection layer such as Al 2 O 3 , SiO 2 or ZrO 2 or a base metal layer such as Cr, Ti or Ta may be provided together with the reflective film 4 .
- the reflective film 4 can be formed by laminating each layer by, for example, a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like.
- the prism 1 of the present embodiment has the above-described configuration, it is possible to prevent misalignment of previously mounted components when mounting components involving heat melting is performed multiple times. This point can be explained as follows.
- solder film containing Au or Sn is used for mounting the component, if the component is mounted a plurality of times, the solder film of the component mounted for the first time will also be melted in the second and subsequent mountings. , the position of the component mounted for the first time may be displaced.
- the present inventors found that when the adhesion film 3 in which the Ni layer 6, the diffusion suppression layer 7, and the solder layer 8 are laminated in this order, is heated and melted, cooled, and then heated again, the temperature at which it was melted the first time It was found that the adhesion film 3 does not melt and the melting point shifts to the high temperature side. Therefore, when components are mounted by heating and melting using this adhesion film 3 a plurality of times, at a temperature at which the adhesion film 3 of the component to be mounted later is heated and melted in the process of mounting the component to be mounted later, the mounting process is performed first. The adhesion film 3 of the part that has been bonded is difficult to melt. Therefore, in the process of mounting a component to be mounted later, it is possible to make it difficult for the previously mounted component to be misaligned.
- the reason why the melting point of the component mounted for the first time shifts to the high temperature side as described above is considered as follows.
- solder layer 8A is formed as shown in FIG.
- the solder layer after heating and melting may be referred to as a bonding solder layer.
- the solder joint layer 8A is normally joined to a member to be joined (not shown).
- the metal such as Ni that has been formed selectively diffuses into the ⁇ phase.
- an alloy of the ⁇ -phase metal and a metal such as Ni is formed, and the ⁇ '-phase having a high melting point is formed.
- the bonding solder layer 8A once heated and melted has a mixed crystal composition of the .zeta. phase, which originally had a high melting point, and the .delta.' phase, which has an increased melting point.
- the mass ratio (Au:Sn) of Au and Sn in the portion 8a of the bonding solder layer 8A on the side of the diffusion suppression layer 7 in the thickness direction of the bonding solder layer 8A is It is preferably in the range of 40:60 to 71:29, more preferably in the range of 55:45 to 65:35.
- the mass ratio of Au and Sn (Au:Sn) in the central portion 8b of the solder joint layer 8A is preferably in the range of 84:16 to 94:6, preferably 88:12 to 92:8. is more preferably within the range of
- the thickness ratio of the Ni layer 6 to the diffusion suppression layer 7 is preferably 1 or more, more preferably 5 or more, and still more preferably 10 or more. Yes, preferably 600 or less, more preferably 500 or less, still more preferably 400 or less, still more preferably 300 or less, still more preferably 200 or less, still more preferably 100 or less, still more preferably 80 or less, even more preferably 50 or less, and further It is preferably 30 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 15 or less.
- the ratio (thickness of Ni layer 6/thickness of diffusion suppressing layer 7) is within the above range, the amount of Ni diffused into the solder joint layer 8A can be further increased. is performed a plurality of times, it is possible to more reliably make it more difficult for the previously mounted component to be misaligned.
- the base metal layer 5 is Ni
- the thickness of the base metal layer 5 is also included in the thickness of the Ni layer 6 .
- the thickness of the Ni layer 6 is preferably 200 nm or more, more preferably 300 nm or more, still more preferably 400 nm or more, still more preferably 500 nm or more, still more preferably 800 nm or more, still more preferably 1000 nm or more, still more preferably 1500 nm or more, and even more preferably. is 2000 nm or more, preferably 6000 nm or less, more preferably 3000 nm or less.
- the thickness of the Ni layer 6 is equal to or greater than the above lower limit, the amount of Ni diffused into the solder joint layer 8A can be further increased. Therefore, even when components are mounted by heating and melting a plurality of times, it is possible to more reliably prevent misalignment of previously mounted components.
- the thickness of the Ni layer 6 is equal to or less than the upper limit value, the meltability of the solder layer 8 at the time of initial heat melting can be further improved.
- the base metal layer 5 is Ni
- the thickness of the base metal layer 5 is also included in the thickness of the Ni layer 6 .
- the thickness of the diffusion suppressing layer 7 is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, still more preferably 30 nm or more, still more preferably 40 nm or more, still more preferably 50 nm or more, still more preferably 60 nm or more, further preferably 70 nm or more.
- nm or less is 900 nm or less, more preferably 850 nm or less, more preferably 800 nm or less, more preferably 750 nm or less, still more preferably 700 nm or less, still more preferably 650 nm or less, still more preferably 600 nm or less, even more preferably 550 nm or less, still more preferably 500 nm 450 nm or less, more preferably 400 nm or less, still more preferably 350 nm or less, and still more preferably 300 nm or less.
- the thickness of the diffusion suppression layer 7 is equal to or greater than the above lower limit, excessive diffusion of Ni into the solder layer 8 can be suppressed, and the meltability of the solder layer 8 during the initial heating and melting can be further improved.
- the solder layer 8 contains Au and Sn, it is possible to effectively suppress changes in the melting temperature that are thought to be caused by excessive reactions between Au and Sn in the solder layer 8 and Ni. This makes it possible to sharpen the melting peak at the time of initial heating and melting, and further improve the meltability of the solder layer 8 .
- the thickness of the diffusion suppression layer 7 is equal to or less than the upper limit value, the amount of Ni diffused into the solder joint layer 8A can be further increased. Therefore, even when components are mounted a plurality of times with heating and melting for the second and subsequent times, it is possible to more reliably prevent misalignment of previously mounted components.
- the solder layer 8 contains Au and Sn, as described above, the melting temperature changes due to the reaction between Au and Sn in the solder layer 8 and Ni.
- the thickness of the diffusion suppression layer 7 is preferably set to the upper limit value or less from the viewpoint of cost reduction.
- the prism 1 of the present embodiment when the mounting of components involving heating and melting is performed multiple times, even if the prism 1 is used as a component to be mounted first, misalignment is unlikely to occur in the mounting process of the components to be mounted later. The reliability of optical devices can be improved.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a membrane-attached component according to a second embodiment of the present invention.
- the submount 21 is a part with a film used for optical devices and electronic devices.
- the submount 21 is a submount for an optical element.
- the submount 21 is a submount having a heat sink function.
- the submount 21 may be a submount for elements other than optical elements, a submount for optical device parts such as prisms and lenses, and a submount for electronic parts.
- the submount 21 includes a substrate 22 as a component body and an adhesion film 3.
- An adhesion film 3 is provided on the main surface 22 a of the substrate 22 .
- the adhesion film 3 the same adhesion film as in the first embodiment can be used.
- the substrate 22 has a substantially rectangular plate shape.
- the substrate 22 may have, for example, a substantially disk-like shape, and the shape is not particularly limited.
- the material of the substrate 22 is not particularly limited, it is preferably made of a material with high heat dissipation.
- Materials for the substrate 22 include, for example, metal materials, ceramic materials, carbon materials, and composite materials of these materials. These materials may be used individually by 1 type, and may use multiple types together.
- metal materials include Cu, Al, Ag, W, Mo, CuW, and CuMo.
- AlN, Si3N4 , SiC, Al2O3 etc. are mentioned as a ceramics material.
- Carbon materials include graphite and diamond.
- mixed materials among composite materials include Cu-Diamond, Ag-Diamond, Al-SiC, Mg-SiC and the like.
- composite materials having a laminated structure examples include Cu/AlN/Cu, Cu/ Si3N4 /Cu, Cu/Mo/Cu, and Cu/graphite/Cu.
- One type of these materials may be used alone, or a plurality of types may be used in combination by combining different materials and structures.
- the thickness of the substrate 22 is not particularly limited, but is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more, preferably 1.0 mm or less, and more preferably 0.5 mm or less.
- the thickness of the substrate 22 is equal to or greater than the above lower limit, heat dissipation can be further enhanced. Further, when the thickness of the substrate 22 is equal to or less than the above upper limit value, it is possible to further reduce the height of the optical device used.
- the base metal layer 5 can be omitted depending on the material of the substrate 22, the base metal layer 5 can be omitted. Other points are the same as in the first embodiment.
- the Ni layer 6, the diffusion suppression layer 7, and the solder layer 8 are laminated in this order. It is possible to make deviation less likely to occur.
- FIG. 5(a) is a schematic plan view showing a film-attached component according to a third embodiment of the present invention
- FIG. 5(b) is a schematic cross-sectional view of a portion along line AA. be.
- the lid 36 is a part with a film used in optical devices and electronic devices.
- the lid 36 is the lid 36 of the optical element.
- the lid 36 may be the lid 36 of an element other than an optical element, the lid 36 of an electronic component, or the lid 36 of a package containing an optical element or an electronic component.
- the lid body 36 includes a member 36A as a component body and the adhesion film 3.
- the adhesion film 3 is provided on the side 36Aa of the member 36A that contacts the package.
- the adhesion film 3 the same adhesion film as in the first embodiment can be used.
- the position of the adhesion film 3 is not particularly limited, it may be, for example, the part where the member 36A and the package are in contact as shown in FIG. 5(b). Note that the adhesion film 3 may be provided on a functional film 36B, which will be described later.
- the member 36A has a substantially rectangular plate shape.
- the member 36A may have, for example, a substantially disk-like shape, and the shape is not particularly limited.
- the material of the member 36A is not particularly limited and can be appropriately selected according to the application. For example, when importance is placed on transmittance, it is desirable to use a material with high transmittance. Specifically, sapphire, silicon wafer, glass, or the like can be used as the material of the member 36A, for example. Examples of glass include optical glass such as borosilicate glass and quartz. Moreover, when heat dissipation is emphasized, it is desirable that the material of the member 36A is made of a material with high heat dissipation. In this case, the material of the member 36A can be the material of the substrate 22 in the above-described second embodiment. Further, as shown in FIG.
- the member 36A may be further provided with a functional film 36B such as a reflective film, an antireflection film, or an antifouling film.
- a functional film 36B such as a reflective film, an antireflection film, or an antifouling film.
- the reflective film the same reflective film as in the first embodiment can be used.
- the antireflection film for example, a dielectric multilayer film in which a high refractive index film and a low refractive index film are alternately laminated can be used.
- Ta 2 O 5 , TiO, TiO 2 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , ZrO 2 , Si, etc. can be used as materials for the high refractive index film.
- the low refractive index film for example, SiO, SiO 2 , MgF 2 or the like can be used.
- other materials for the intermediate refractive index film may be used.
- Al 2 O 3 or the like may be used as the material of the intermediate refractive index film.
- Fluorine coat etc. are mentioned as an antifouling film.
- the position of the functional film 36B is not particularly limited, it may be, for example, the front surface and/or back surface of the member 36A as shown in FIG. 5(c).
- the thickness of the member 36A is not particularly limited, it is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more, preferably 2.0 mm or less, and more preferably 1.0 mm or less.
- the thickness of the member 36A is equal to or greater than the above lower limit, heat dissipation can be further enhanced. Also, strength can be increased in the device used. Further, when the thickness of the member 36A is equal to or less than the above upper limit value, it is possible to further reduce the height of the device used.
- the base metal layer 5 can be omitted depending on the material of the member 36A. Other points are the same as in the first embodiment.
- the Ni layer 6, the diffusion suppression layer 7, and the solder layer 8 are laminated in this order on the lid 36 as well, when the mounting of the components involving heating and melting is performed multiple times, the positions of the previously mounted components do not change. It is possible to make deviation less likely to occur.
- the prism 1, the submount 21, and the lid 36 have been described as film-attached parts.
- the film-coated component may be a lens, an optical element, or a package member for mounting the optical element, and is not particularly limited. Film-coated parts can be widely used as optical device parts and electronic parts.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an optical device according to one embodiment of the invention.
- the optical device 31 includes an optical element 32, a submount 21, a prism 1, and a package 33.
- the package 33 accommodates the optical element 32 , the submount 21 and the prism 1 .
- the package 33 is a container-like member having a bottom portion 34 and side wall portions 35 arranged on the bottom portion 34 .
- the package 33 can be made of, for example, a ceramic material.
- the ceramic material for example, alumina, aluminum nitride, or the like can be used. Among them, aluminum nitride is preferable from the viewpoint of further improving heat dissipation.
- the bottom portion 34 has a mounting surface 34a.
- the side wall portion 35 has an inner surface 35a.
- a metal film 37 is provided on the mounting surface 34 a of the bottom portion 34 and the inner surface 35 a of the side wall portion 35 .
- the optical element 32 and the prism 1 are arranged on the metal film 37 on the mounting surface 34a. More specifically, the submount 21 is provided on the metal film 37, and the optical element 32 is arranged thereon. At this time, one main surface 21a of the submount 21 is bonded to the optical element 32 by the adhesion film 3 (not shown). The other main surface 21b of the submount 21 is also joined to the metal film 37 by the adhesion film 3 (not shown). Also, the prism 1 is bonded to the metal film 37 by the adhesion film 3 .
- the package 33 does not necessarily have to have the metal film 37 .
- the package 33 preferably has the metal film 37 as in this embodiment.
- the metal film 37 is preferably an Au film. In this case, since the metal film 37 is difficult to oxidize, the bonding strength between the submount 21 or the prism 1 and the package 33 can be further enhanced in manufacturing the optical device 31 .
- the metal film 37 is provided on the entire mounting surface 34 a of the bottom portion 34 of the package 33 and the entire inner surface 35 a of the side wall portion 35 .
- the metal film 37 may be provided at least on the portion where the submount 21 and the prism 1 are arranged.
- a lid 36 is provided on the side wall portion 35 of the package 33 so as to seal the optical element 32 and the prism 1 .
- the lid 36 is not particularly limited, it is a glass lid in this embodiment. Further, the lid 36 and the side wall portion 35 are joined by the adhesion film 3 (not shown). In this case, since gas is not generated after bonding, impurities are less likely to adhere to the reflecting film 4 of the prism 1, and reflection characteristics are less likely to deteriorate. In addition, when the mounting of components involving heating and melting is performed a plurality of times, it is possible to make it more difficult for previously mounted components to be misaligned.
- the optical element 32 is a light source that emits light to the prism 1 .
- the light source is not particularly limited, for example, an LD, an LED, or the like can be used.
- the light A emitted from the optical element 32 is reflected by the prism 1 , passes through the lid 36 , and is emitted to the outside of the optical device 31 .
- the optical element 32 may be a light receiving element that receives light from the prism 1 .
- the submount 21 is provided for mounting the optical element 32 thereon.
- the submount 21 also serves as a heat sink. Therefore, the heat generated by the optical element 32 can be efficiently dissipated to the package 33 side through the submount 21 .
- the prism 1 and the package 33 are joined by the adhesion film 3 of the prism 1 . Further, the optical element 32 and the submount 21 are bonded by the adhesion film 3 of the submount 21 .
- the prism 1 is heated when the optical element 32 and the submount 21 are bonded to the bottom 34 by the adhesion film 3. positional deviation in the height direction is unlikely to occur. Thereby, the reliability of the optical device 31 can be improved.
- the submount 21 and the package 33 may be joined by providing the adhesion film 3 also on the other main surface 21b of the submount 21 as in the present embodiment. Further, the adhesion film 3 may be provided on the side wall portion 35 of the package 33 and bonded to the lid 36 .
- the temperature at which the optical element 32, the submount 21, and the prism 1 are bonded can be, for example, 280.degree. C. to 300.degree.
- the temperature at which the lid body 36 and the side wall portion 35 are joined can be set to 280.degree. C. to 340.degree.
- Example 1 A Cr film (underlying metal layer 5) having a thickness of 100 nm was formed by a sputtering method on a glass substrate (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., product number "BDA", thickness: 0.5 mm). Next, a Ni film (Ni layer 6) having a thickness of 1000 nm was formed on the obtained Cr film by a sputtering method. Next, a Pt film (diffusion suppression layer 7) having a thickness of 250 nm was formed on the obtained Ni film by a sputtering method.
- each Au layer 9 was set to 50 nm.
- the thickness of each Sn layer 10 was set to 47 nm.
- the mass ratio of Au and Sn (Au:Sn) was set to 76:24 to 80:20.
- Example 2 A film-coated component was obtained in the same manner as in Example 1, except that the Ni film was formed to a thickness of 250 nm.
- Example 3 A film-coated component was obtained in the same manner as in Example 1, except that the Pt film was formed to a thickness of 50 nm.
- Example 4 A film-coated component was obtained in the same manner as in Example 1, except that the Pt film was formed to a thickness of 500 nm.
- Example 5 A film-coated component was obtained in the same manner as in Example 1, except that the Pt film was formed to a thickness of 1000 nm.
- Example 1 The film-coated parts obtained in Example 1 were heat-treated at 330° C. for 1 minute. Elemental analysis was performed on the film-coated parts after heat treatment by energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX).
- SEM-EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
- FE-SEM manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd., field emission scanning electron microscope, model number "SU8220
- EDX manufactured by Horiba, Ltd., energy dispersive X-ray detector, model number "EMAX Evolution EX-370 X-Max150
- FIG. 7 is a diagram showing the EDX spectrum of the portion of the bonding solder layer on the diffusion suppression layer side in the film-coated component obtained in Example 1.
- FIG. 8 is a diagram showing the EDX spectrum in the part on the central side of the bonding solder layer in the film-coated component obtained in Example 1.
- the portion of the bonding solder layer on the side of the diffusion suppression layer indicates the portion 8a of the bonding solder layer 8A on the side of the diffusion suppression layer 7 in FIG.
- the central side portion of the bonding solder layer indicates the central side portion 8b of the bonding solder layer 8A in FIG.
- the composition of the portion of the bonding solder layer on the diffusion suppressing layer side was Au: 59% by mass, Sn: 33% by mass, Ni: 1% by mass, and Pt: 7% by mass. Therefore, it can be seen from FIG. 7 that Ni and Pt are diffused in the diffusion suppressing layer side portion of the bonding solder layer.
- the composition of the central side portion of the bonding solder layer was Au: 90% by mass and Sn: 10% by mass. Therefore, it can be seen from FIG. 8 that the center side portion of the joining solder layer has a higher Au content than the diffusion suppression layer side, and the .zeta. phase is formed.
- DSC measurement Differential scanning calorimetry (DSC measurement) was performed on the film-coated parts (untreated) obtained in Examples 1 to 5, Comparative Example 1, and Reference Example 1. The DSC measurement was performed using a differential scanning calorimeter (manufactured by TA Instruments, product number "DSC2500") under the conditions of 25°C to 400°C and a heating/cooling rate of 20°C/min.
- Example 1 From FIGS. 9 to 13, it can be seen that in the membrane-coated parts obtained in Examples 1 to 5, the melting peak observed in the first temperature rise disappeared in the second temperature rise. Moreover, in Example 1, as compared with Example 2, it can be seen that the melting peak disappeared more reliably in the second temperature rise. This is considered to indicate that the ratio of the thickness of the Ni layer to the diffusion suppressing layer (thickness of Ni layer/thickness of diffusion suppressing layer) has an effect. Further, from Examples 3 to 5, it can be seen that when there is a Ni film with a thickness of 1000 nm, the same melting behavior as in Example 1 is exhibited when the film thickness of the Pt film is in the range of 50 nm to 1000 nm. On the other hand, as shown in FIG. 14, in Comparative Example 1, the melting peak observed in the first temperature increase was also confirmed in the second temperature increase.
- the solder layer has a high melting point due to the heating and melting caused by the first temperature rise.
- two melting peaks were observed in the first heating step.
- Ni diffuses excessively into the solder layer at the time of initial melting, which is considered to make the solder layer difficult to melt.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装した部品の位置ずれが生じ難い、膜付き部品を提供する。 部品本体2と、部品本体2の主面2a上に設けられている、密着膜3とを備え、密着膜3が、部品本体2の主面2a上に直接的又は間接的に積層されており、Niを含有する、Ni層6と、Ni層6上に設けられている、拡散抑制層7と、拡散抑制層7上に設けられており、Au及びSnのうち少なくとも一方を含有する、はんだ層8とを備える、膜付き部品1。
Description
本発明は、膜付き部品及び該膜付き部品を用いた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(Laser Diode)や、LED(Light Emitting Diode)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。なかでも、はんだ膜としては、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。
近年、光学素子などの部品を用いたパッケージングにおいては、1つのパッケージ中に多数の部品が実装されることが多くなっている。しかしながら、この部品の実装に特許文献1のようなはんだ膜を用いる場合、加熱溶融に伴う部品の実装が複数回行われると、2回目以降の実装において1回目に実装した部品のはんだ膜も融解させてしまうことがある。そのため、1回目に実装した部品の位置ずれが生じることがあり、光学デバイスの信頼性を十分に高められないという問題がある。
なお、この問題を解決するためには、融点の異なるはんだ膜を用い、融点の高いはんだ膜から順に使用するという方法も考えられるが、材料設計が煩雑となり、光学デバイスの生産性が低下するという問題がある。
本発明の目的は、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装した部品の位置ずれが生じ難い、膜付き部品及び該膜付き部品を用いた光学デバイスを提供することにある。
上記課題を解決することのできる膜付き部品及び該膜付き部品を用いた光学デバイスの各態様について説明する。
本発明の態様1に係る膜付き部品は、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、密着膜とを備え、前記密着膜が、前記部品本体の前記主面上に直接的又は間接的に積層されており、Niを含有する、Ni層と、前記Ni層上に設けられている、拡散抑制層と、前記拡散抑制層上に設けられており、Au及びSnのうち少なくとも一方を含有する、はんだ層とを備えることを特徴としている。
態様2に係る膜付き部品は、態様1において、前記Ni層の前記拡散抑制層に対する厚みの比(Ni層の厚み/拡散抑制層の厚み)が、1以上、600以下であることが好ましい。
態様3に係る膜付き部品は、態様1または態様2において、前記拡散抑制層が、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。
態様4に係る膜付き部品は、態様1~3のいずれか1つの態様において、前記拡散抑制層が、Ptを含有することがより好ましい。
態様5に係る膜付き部品は、態様1~4のいずれか1つの態様において、前記拡散抑制層の厚みが、1000nm以下であることが好ましい。
態様6に係る膜付き部品は、態様1~5のいずれか1つの態様において、前記はんだ層が、接合対象部材と接合して、接合はんだ層を構成しており、前記接合はんだ層の厚み方向において、前記接合はんだ層の前記拡散抑制層側の部分におけるAuとSnとの質量比(Au:Sn)が40:60~71:29であり、前記接合はんだ層の中央側の部分におけるAuとSnとの質量比(Au:Sn)が84:16~94:6であることが好ましい。
態様7に係る膜付き部品は、態様1~6のいずれか1つの態様において、前記はんだ層が、接合対象部材と接合して、接合はんだ層を構成しており、前記接合はんだ層の厚み方向において、前記接合対象部材側から、Au及びSnを主成分とする領域、Ptを主成分とする領域、Niを主成分とする領域、の順で構成されていることが好ましい。なお、「主成分」とは、その材料がその領域において80質量%以上含まれていることをいうものとする。当然ながら、その材料をその領域において100質量%含んでいてもよい。ずなわち、Au及びSnを主成分とする領域とは、Auの含有量及びSnの含有量の合計が80質量%以上である領域のことをいうものとする。Ptを主成分とする領域、Niを主成分とする領域についても同様である。また、接合はんだ層には、接合対象部材中の成分が溶け込む場合があるが、それについては考えないものとする。
態様8に係る膜付き部品は、態様1~6のいずれか1つの態様において、前記はんだ層が、接合対象部材と接合して、接合はんだ層を構成しており、前記接合はんだ層に、Niが拡散していることが好ましい。
態様9に係る膜付き部品は、態様7又は8において、前記はんだ層が、接合対象部材と接合して、接合はんだ層を構成しており、前記接合はんだ層の厚み方向において、Niの含有量に濃度勾配があることが好ましい。なお、「Niの含有量に濃度勾配がある」とは、Niが存在する領域において、その含有量が連続的に増減し存在していることをいうものとする。また、接合はんだ層には、接合対象部材中の成分が溶け込む場合があるが、それについては考えないものとする。
態様10に係る膜付き部品は、態様1~9のいずれか1つの態様において、前記膜付き部品が、プリズム、レンズ、光学素子、前記光学素子を搭載するためのサブマウント、前記光学素子を搭載するためのパッケージ、及び蓋体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。
本発明の態様11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、前記プリズム及び前記サブマウントのうち少なくとも一方が、態様1~10のいずれか1つの態様における膜付き部品であることを特徴としている。
本発明によれば、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装した部品の位置ずれが生じ難い、膜付き部品及び該膜付き部品を用いた光学デバイスを提供することができる。
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。
[膜付き部品]
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る膜付き部品を示す模式的断面図である。また、図2は、本発明の第1の実施形態に係る膜付き部品において密着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。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る膜付き部品を示す模式的断面図である。また、図2は、本発明の第1の実施形態に係る膜付き部品において密着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1は、光学デバイスや電子デバイスに用いられる膜付き部品である。プリズム1は、部品本体としてのプリズム本体2と、密着膜3と、反射膜4とを備える。
プリズム本体2は、略台形の断面形状を有する。プリズム本体2は、底面2aと、底面2aに接続されている斜面2bと、底面2aに対向し、かつ斜面2bに接続されている上面2cとを有する。なお、プリズム本体2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2は、適宜のガラス材料からなる。
プリズム本体2の底面(主面)2a上には、密着膜3が設けられている。膜付き部品であるプリズム1は、密着膜3により、実装基板やパッケージ等に固定される。なお、密着膜3は、プリズム本体2の底面2a全体に設けられていることが好ましいが、プリズム本体2の底面2aの少なくとも一部に設けられていればよい。また、密着膜3は、プリズム本体2の側面に回り込んでいてもよい。その場合、密着膜3による濡れ性を向上させ、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、密着膜3は、下地金属層5、Ni層6、拡散抑制層7、及びはんだ層8を備える。下地金属層5は、プリズム本体2上に直接積層されている。下地金属層5上に、Ni層6が積層されている。Ni層6上に、拡散抑制層7が積層されている。なお、下地金属層5、Ni層6、及び拡散抑制層7は、いわゆるメタライズ層である。このメタライズ層の最外層である拡散抑制層7上に、はんだ層8が積層されている。
下地金属層5を構成する材料としては、例えば、Cr、Ti、Ta、Ni、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Ta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、下地金属層5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、下地金属層5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。
下地金属層5の厚みは、特に限定されないが、例えば、0.01μm以上、0.50μm以下とすることができる。下地金属層5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3において、下地金属層5は設けられていなくてもよい。
Ni層6は、Ni又はNiを含む合金を主成分とする層である。Niを含む合金としては、Ni-Cr合金が挙げられる。なお、本明細書において、「主成分」とは、Ni層6中にその材料が80質量%以上含まれていることをいうものとする。当然ながら、その材料を100質量%含んでいてもよい。
Ni層6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。
拡散抑制層7は、Ni層6に含まれるNiがはんだ層8中に拡散するのを遅らせるための層である。加熱溶融する間、Ni層6の成分は後述するはんだ層8などへと拡散するが、拡散抑制層7を設けることで、拡散するのを遅らせて、その結果、拡散量を少なくしたり、調整したりすることができる。これにより、密着膜3の初回溶融時における融解性をより一層高めることができ、密着膜3のパッケージ等への濡れ性を向上させることができ、初回接合力をより一層高めることができる。
拡散抑制層7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、Ni層6に含まれるNiのはんだ層8中への拡散をより一層遅らせて、その結果、拡散量を少なくしたり、調整したりすることができる。もっとも、拡散抑制層7の材料は、Ptには限定されず、Ru、Rh、Pd、Os、Ir等の白金族元素であってもよい。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、拡散抑制層7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、拡散抑制層7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。
はんだ層8は、例えば、パッケージ等と直接密着される層である。本実施形態において、はんだ層8は、Au層9及びSn層10が交互に積層された多層膜により構成されている。なお、Au層9及びSn層10は、交互に積層されていなくてもよいが、Au層9及びSn層10が交互に積層されている部分を有することが好ましく、全てのAu層9及びSn層10が交互に積層されていることがより好ましい。この場合、はんだ層8を加熱したときに、Au層9及びSn層10においてより確実に金属を相互拡散させることができ、Au層9及びSn層10をより確実に合金化させることができる。よって、膜付き部品であるプリズム1をパッケージ等へ実装するに際し、密着膜3による濡れ性を向上させ、接合力をより確実に高めることができる。
Au層9は、Auを95質量%以上含む金属層であることが好ましい。また、Sn層10は、Snを95質量%以上含む金属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等の不純物が金属層に混入することがある。従って、金属層におけるAu及びSn各々の含有量は、95質量%以上であることが望ましい。また、Au層9及びSn層10においては、Au及びSnが合金化されていてもよい。あるいは、Au層9及びSn層10の界面にAu及びSnの合金からなるAu-Sn層が形成されていてもよい。本発明においては、はんだ層8が、Au及びSnのうち少なくとも一方を含んでいればよい。
Au層9における1層当たりの厚みは、例えば、10nm以上、1000nm以下とすることができる。また、Sn層10における1層当たりの厚みは、例えば、10nm以上、1000nm以下とすることができる。
Au層9の層数は、例えば、2層以上、100層以下とすることができる。また、Sn層10の層数は、例えば、1層以上、100層以下とすることができる。Au層9及びSn層10の層数の合計は、例えば、3層以上、200層以下とすることができる。
はんだ層8は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等により、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、加熱溶融により、Au及びSnが合金化されていてもよい。あるいは、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、Au-Snの合金膜を成膜することによって形成してもよい。また、Au-Sn合金を蒸着源として用いて、蒸着法により、Au-Snの合金膜を成膜することによって形成してもよい。
本実施形態において、はんだ層8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4μm以上、好ましくは10μm以下、より好ましくは6μm以下である。はんだ層8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、密着膜3による濡れ性を向上させ、接合力をより一層高めることができる。また、はんだ層8の厚みが上記上限値以下である場合、実装に際し金属が相互拡散する各層をより薄くすることができる。そのため、Au層9及びSn層10を短時間でより確実に合金化させることができ、より短時間で確実に接合することができる。また、この場合、プリズム本体2の高さ方向の位置ずれが小さくなるため、膜付き部品であるプリズム1の位置精度も、より効果的に高めることができる。
プリズム本体2の斜面2b上には、反射膜4が設けられている。反射膜4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、TiO2、Ta2O5、ZrO2、又はHfO2が挙げられる。低屈折率膜の材料としては、例えば、SiO2又はMgF2が挙げられる。なお、反射膜4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4は、プリズム本体2の斜面2bの少なくとも一部に設けられていればよく、例えば、斜面2bの全面に設けられていてもよい。斜面2bに反射膜4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4は、設けられていなくてもよい。また、反射膜4とともに、Al2O3、SiO2、ZrO2などの誘電体保護層や、Cr、Ti、Taなどの下地金属層がともに設けられていてもよい。反射膜4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。
本実施形態のプリズム1は、上記の構成を備えているので、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装した部品の位置ずれを生じ難くすることができる。この点については、以下のように説明することができる。
光学素子などの部品を用いたパッケージングにおいては、1つのパッケージ中に多数の部品が実装されることが多くなっている。この部品の実装にAuやSnを含有するはんだ膜を用いた場合、部品の実装が複数回行われると、2回目以降の実装において1回目に実装した部品のはんだ膜も融解させてしまうこととなり、1回目に実装した部品の位置ずれが生じる場合があった。
なお、この問題を解決するためには、融点の異なるはんだ膜を用い、融点の高いはんだ膜から順に使用するという方法も考えられるが、材料設計が煩雑となり、光学デバイスの生産性が低下するという問題があった。
これに対して、本発明者らは、Ni層6、拡散抑制層7、及びはんだ層8をこの順に積層した密着膜3を加熱融解させ冷却した後に再度加熱すると、1回目に融解した温度では密着膜3が融解せずに、融点が高温側にシフトすることを見出した。従って、この密着膜3を用いて加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、後に実装する部品の実装工程において後に実装する部品の密着膜3を加熱溶融させる温度では、先に実装した部品の密着膜3が融解し難い。そのため、後に実装する部品の実装工程において、先に実装した部品の位置ずれを生じ難くすることができる。なお、上記のように、1回目に実装した部品の融点が高温側にシフトする理由については、以下のように考えられる。
Ni層6、拡散抑制層7、及びはんだ層8をこの順に積層した密着膜3を一旦加熱溶融させた場合、図3に示すように接合はんだ層8Aが形成される。このように、本明細書では、加熱溶融後のはんだ層を接合はんだ層という場合があるものとする。なお、接合はんだ層8Aは、通常、図示しない接合対象部材に接合されている。
このように、Ni層6、拡散抑制層7、及びはんだ層8をこの順に積層した密着膜3を一旦加熱溶融させた場合、図3に示す接合はんだ層8Aの拡散抑制層7側の部分8aに、Ni層6のNiや拡散抑制層7の材料が拡散浸透する。この際、Au及びSnを含む接合はんだ層8Aでは、Auの含有量が多いζ相(Au:Sn=89.24:10.76(質量比))と、Au及びSnの含有量が比較的近いδ相(Au:Sn=62.40:37.60(質量比))との混晶組成となることが知られているが、接合はんだ層8Aの拡散抑制層7側の部分8aに浸透したNiなどの金属はδ相に選択的に拡散するものと考えられる。その結果、δ相の金属とNiなどの金属との合金が形成され、融点の高いδ’相が形成されるものと考えられる。これにより、一旦加熱溶融させた接合はんだ層8Aでは、もともと融点の高いζ相と、高融点化したδ’相との混晶組成となり、全体として融点が高められるものと考えられる。なお、このような一旦加熱溶融させた接合はんだ層8Aでは、拡散抑制層7側の部分8aにδ’相が多く形成され、接合はんだ層8Aの中央側の部分8bから外側にかけてζ相が多く形成されるものと考えられる。
従って、一旦加熱溶融させた接合はんだ層8Aでは、接合はんだ層8Aの厚み方向において、接合はんだ層8Aの拡散抑制層7側の部分8aにおけるAuとSnとの質量比(Au:Sn)が、40:60~71:29の範囲内にあることが好ましく、55:45~65:35の範囲内にあることがより好ましい。一方、接合はんだ層8Aの中央側の部分8bにおけるAuとSnとの質量比(Au:Sn)が、84:16~94:6の範囲内にあることが好ましく、88:12~92:8の範囲内にあることがより好ましい。
本実施形態において、Ni層6の拡散抑制層7に対する厚みの比(Ni層6の厚み/拡散抑制層7の厚み)は、好ましくは1以上、より好ましくは5以上、さらに好ましくは10以上であり、好ましくは600以下、より好ましくは500以下、さらに好ましくは400以下、さらに好ましくは300以下、さらに好ましくは200以下、さらに好ましくは100以下、さらに好ましくは80以下、さらに好ましくは50以下、さらに好ましくは30以下、さらに好ましくは20以下、さらに好ましくは15以下である。比(Ni層6の厚み/拡散抑制層7の厚み)が上記範囲内にある場合、接合はんだ層8AへのNiの拡散量をより一層多くすることができるため、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装した部品の位置ずれをより一層確実に生じ難くすることができる。なお、下地金属層5がNiである場合は、下地金属層5の厚みもNi層6の厚みに含まれるものとする。
Ni層6の厚みは、好ましくは200nm以上、より好ましくは300nm以上、さらに好ましくは400nm以上、さらに好ましくは500nm以上、さらに好ましくは800nm以上、さらに好ましくは1000nm以上、さらに好ましくは1500nm以上、さらに好ましくは2000nm以上であり、好ましくは6000nm以下、より好ましくは3000nm以下である。Ni層6の厚みが上記下限値以上である場合、接合はんだ層8AへのNiの拡散量をより一層多くすることができる。そのため、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われる場合においても、先に実装した部品の位置ずれをより確実に生じ難くすることができる。また、Ni層6の厚みが上記上限値以下である場合、初回加熱溶融時におけるはんだ層8の融解性をより一層向上させることができる。なお、下地金属層5がNiである場合は、下地金属層5の厚みもNi層6の厚みに含まれるものとする。
また、拡散抑制層7の厚みは、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上、さらに好ましくは30nm以上、さらに好ましくは40nm以上、さらに好ましくは50nm以上、さらに好ましくは60nm以上、さらに好ましくは70nm以上、さらに好ましくは80nm以上、さらに好ましくは90nm以上、さらに好ましくは100nm以上、さらに好ましくは100nm超、さらに好ましくは110nm以上、さらに好ましくは120nm以上、さらに好ましくは140nm以上、さらに好ましくは150nm以上、さらに好ましくは160nm以上、さらに好ましくは180nm以上、さらに好ましくは200nm以上、さらに好ましくは220nm以上、さらに好ましくは240nm以上、さらに好ましくは250nm以上であり、好ましくは1000nm以下、より好ましくは950nm以下、さらに好ましくは900nm以下、さらに好ましくは850nm以下、さらに好ましくは800nm以下、さらに好ましくは750nm以下、さらに好ましくは700nm以下、さらに好ましくは650nm以下、さらに好ましくは600nm以下、さらに好ましくは550nm以下、さらに好ましくは500nm以下、さらに好ましくは450nm以下、さらに好ましくは400nm以下、さらに好ましくは350nm以下、さらに好ましくは300nm以下である。
拡散抑制層7の厚みが上記下限値以上である場合、はんだ層8へのNiの過剰な拡散を抑制し、初回加熱溶融時におけるはんだ層8の融解性をより一層向上させることができる。特に、はんだ層8にAu及びSnが含まれる場合には、はんだ層8中のAu及びSnとNiとの過剰な反応に起因すると考えられる融解温度の変化を効果的に抑制することができる。これにより、初回加熱溶融時における融解ピークをよりシャープにでき、はんだ層8の融解性をより一層向上させることができる。
また、拡散抑制層7の厚みが上記上限値以下である場合、接合はんだ層8AへのNiの拡散量をより一層多くすることができる。そのため、2回目以降の加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われる場合においても、先に実装した部品の位置ずれをより確実に生じ難くすることができる。特に、はんだ層8にAu及びSnが含まれる場合には、上述したように、はんだ層8中のAu及びSnとNiとが反応に起因すると考えられる融解温度の変化が起こるため、接合はんだ層8AへのNiの拡散量を適切に調整することで、2回目以降の加熱溶融時における再融解をより一層確実に抑制することができる。なお、拡散抑制層7の材料として白金族元素を選択した場合は、コスト低減の観点から、拡散抑制層7の厚みを上記上限値以下にすることが好ましい。
本実施形態のプリズム1では、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装する部品として用いた場合においても、後に実装する部品の実装工程で位置ずれが生じ難いので、光学デバイスの信頼性を高めることができる。
また、融点の異なるはんだ膜を用いなくてもよいので、容易に材料設計でき、光学デバイスの生産性を高めることができる。
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る膜付き部品を示す模式的断面図である。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る膜付き部品を示す模式的断面図である。
サブマウント21は、光学デバイスや電子デバイスに用いられる膜付き部品である。本実施形態において、サブマウント21は、光学素子のサブマウントである。なかでも、サブマウント21は、ヒートシンク機能を有するサブマウントである。なお、サブマウント21は、光学素子以外の素子のサブマウントであってもよいし、プリズム、レンズなどの光学デバイス用部品、電子部品のサブマウントであってもよい。
サブマウント21は、部品本体としての基板22と、密着膜3とを備える。基板22の主面22a上に、密着膜3が設けられている。なお、密着膜3としては、第1の実施形態と同様の密着膜を用いることができる。
基板22は、略矩形板状の形状を有する。もっとも、基板22は、例えば、略円板状等の形状を有していてもよく、その形状は特に限定されない。
基板22の材料は、特に限定されないが、放熱性の高い材料により構成されていることが望ましい。基板22の材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、炭素材料、あるいはこれらの材料の複合材料などが挙げられる。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。具体的には、金属材料としては、Cu、Al、Ag、W、Mo、CuW、CuMo等が挙げられる。セラミックス材料としては、AlN、Si3N4、SiC、Al2O3等が挙げられる。炭素材料としては、グラファイトやダイヤモンド等が挙げられる。さらに、複合材料のうち混合材料としては、Cu-Diamond、Ag-Diamond、Al-SiC、Mg-SiC等が挙げられる。また、複合材料のうち積層構造を有するものとしては、Cu/AlN/Cu、Cu/Si3N4/Cu、Cu/Mo/Cu、Cu/グラファイト/Cu等が挙げられる。これらの材料は、1種を単独で用いてもよく、異なる材料や構造を組み合わせて複数種を併用してもよい。
基板22の厚みは、特に限定されないが、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.2mm以上、好ましくは1.0mm以下、より好ましくは0.5mm以下である。基板22の厚みが上記下限値以上である場合、放熱性をより一層高めることができる。また、基板22の厚みが上記上限値以下である場合、用いられる光学デバイスにおいてより一層の低背化を図ることができる。
また、基板22の材料によっては、下地金属層5は省略することもできる。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
サブマウント21においても、Ni層6、拡散抑制層7、及びはんだ層8がこの順に積層されているので、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装した部品の位置ずれを生じ難くすることができる。
(第3の実施形態)
図5(a)は、本発明の第3の実施形態に係る膜付き部品を示す模式的平面図であり、図5(b)は、そのA-A線に沿う部分の模式的断面図である。
図5(a)は、本発明の第3の実施形態に係る膜付き部品を示す模式的平面図であり、図5(b)は、そのA-A線に沿う部分の模式的断面図である。
蓋体36は、後述するように、光学デバイスや電子デバイスに用いられる膜付き部品である。本実施形態において、蓋体36は、光学素子の蓋体36である。なお、蓋体36は、光学素子以外の素子の蓋体36であってもよいし、電子部品の蓋体36、光学素子や電子部品を内蔵するパッケージの蓋体36であってもよい。
蓋体36は、部品本体としての部材36Aと、密着膜3とを備える。部材36Aのパッケージと接する側36Aa上に、密着膜3が設けられている。なお、密着膜3としては、第1の実施形態と同様の密着膜を用いることができる。密着膜3の位置は特に限定されないが、例えば、図5(b)に図示するような部材36Aとパッケージとが接する部分であってもよい。なお、密着膜3は後述する機能膜36Bの上に設けられていてもよい。
部材36Aは、略矩形板状の形状を有する。もっとも、部材36Aは、例えば、略円板状等の形状を有していてもよく、その形状は特に限定されない。
部材36Aの材料は、特に限定されず、用途に合わせて適宜選択可能である。例えば、透過率を重視する場合は、透過性の高い材料により構成されていることが望ましい。具体的には、部材36Aの材料は、例えば、サファイア、シリコンウエハ、ガラスなどを用いることができる。ガラスとしては、例えば、ホウケイ酸系ガラスや石英などの光学ガラス等が挙げられる。また、放熱性を重視する場合は、部材36Aの材料が放熱性の高い材料により構成されていることが望ましい。この場合、部材36Aの材料は、上記した第2の実施形態における基板22の材料を用いることができる。また、図5(c)に変形例で示すように、部材36Aには、さらに反射膜や反射防止膜、防汚膜などの機能膜36Bを設けても良い。反射膜としては、第1の実施形態と同様の反射膜を用いることができる。反射防止膜としては、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を用いることができる。高屈折率膜の材料としては、例えば、Ta2O5、TiO、TiO2、Nb2O5、HfO2、ZrO2、Si等を用いることができる。低屈折率膜の材料としては、例えば、SiO、SiO2、MgF2等を用いることができる。また、この他にも、中間屈折率膜の材料を用いてもよい。中間屈折率膜の材料としては、例えば、Al2O3等を用いてもよい。防汚膜としては、フッ素コート等が挙げられる。機能膜36Bの位置は特に限定されないが、例えば、図5(c)に図示するような、部材36Aの表面及び/または裏面の部分であってもよい。
部材36Aの厚みは、特に限定されないが、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.2mm以上、好ましくは2.0mm以下、より好ましくは1.0mm以下である。部材36Aの厚みが上記下限値以上である場合、放熱性をより一層高めることができる。また、用いられるデバイスにおいて強度を高めることができる。また、部材36Aの厚みが上記上限値以下である場合、用いられるデバイスにおいてより一層の低背化を図ることができる。
また、部材36Aの材料によっては、下地金属層5は省略することもできる。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
蓋体36においても、Ni層6、拡散抑制層7、及びはんだ層8がこの順に積層されているので、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装した部品の位置ずれを生じ難くすることができる。
なお、第1の実施形態、第2の実施形態及び第3の実施形態では、膜付き部品として、プリズム1やサブマウント21、蓋体36について説明した。もっとも、本発明において、膜付き部品は、レンズや、光学素子、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く、特に限定されない。膜付き部品は、光学デバイス用部品や電子部品として広く用いることができる。
[光学デバイス]
図6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6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21と、プリズム1と、パッケージ33とを備える。パッケージ33内には、光学素子32、サブマウント21、及びプリズム1が収容されている。
図6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6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21と、プリズム1と、パッケージ33とを備える。パッケージ33内には、光学素子32、サブマウント21、及びプリズム1が収容されている。
より具体的には、パッケージ33は、底部34と、底部34上に配置された側壁部35とを有する容器状の部材である。パッケージ33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34は、実装面34aを有する。側壁部35は、内面35aを有する。そして、底部34の実装面34a及び側壁部35の内面35aには、金属膜37が設けられている。
本実施形態では、実装面34aにおける金属膜37上に、光学素子32及びプリズム1が配置されている。より具体的には、金属膜37上に、サブマウント21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21の一方側主面21aが、図示しない密着膜3により光学素子32に接合されている。また、サブマウント21の他方側主面21bも、図示しない密着膜3により金属膜37に接合されている。また、プリズム1も、密着膜3により金属膜37に接合されている。
パッケージ33は、金属膜37を必ずしも有していなくてもよい。もっとも、パッケージ33は、本実施形態のように金属膜37を有していることが好ましい。
金属膜37は、Au膜であることが好ましい。この場合、金属膜37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21やプリズム1と、パッケージ33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、パッケージ33の底部34における実装面34aの全面及び側壁部35の内面35aの全面に、金属膜37が設けられている。もっとも、金属膜37は、少なくともサブマウント21及びプリズム1が配置される部分に設けられていればよい。
パッケージ33の側壁部35上には、光学素子32及びプリズム1を封止するように、蓋体36が設けられている。蓋体36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36及び側壁部35は、図示しない密着膜3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1の反射膜4に不純物が付着し難く、反射特性の劣化がより生じ難い。また、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われるときに、先に実装した部品の位置ずれをより生じ難くすることができる。
本実施形態において、光学素子32は、プリズム1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6に示すように、光学素子32から出射した光Aは、プリズム1において反射され、蓋体36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1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21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21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21を通して、パッケージ33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、プリズム1の密着膜3により、プリズム1及びパッケージ33が接合されている。また、サブマウント21の密着膜3により、光学素子32及びサブマウント21が接合されている。
そのため、例えば、光学素子32とサブマウント21、プリズム1と底部34を密着膜3によって実装した後、光学素子32及びサブマウント21を密着膜3によって底部34に接合する際の加熱により、プリズム1の高さ方向における位置ずれが生じ難い。これにより、光学デバイス31では、信頼性を高めることができる。
なお、本実施形態のように、サブマウント21の他方側主面21bにも密着膜3を設けて、サブマウント21及びパッケージ33を接合してもよい。また、パッケージ33の側壁部35に密着膜3を設けて、蓋体36と接合してもよい。
また、光学素子32、サブマウント21、及びプリズム1を接合する際の温度は、例えば、280℃~300℃とすることができる。また、蓋体36及び側壁部35を接合する際の温度は、280℃~340℃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21、及びプリズム1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。
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)
ガラス基板(日本電気硝子社製、品番「BDA」、厚み:0.5mm)上に、スパッタ法により厚み100nmのCr膜(下地金属層5)を成膜した。次に、得られたCr膜上に、スパッタ法により厚み1000nmのNi膜(Ni層6)を成膜した。次に、得られたNi膜上にスパッタ法により厚み250nmのPt膜(拡散抑制層7)を成膜した。最後に、得られたPt膜上に、真空蒸着法により、Au層9及びSn層10を交互に合計で91層積層することにより、はんだ層8を形成して膜付き部品を得た。なお、このとき、Au層9の1層当たりの厚みをそれぞれ50nmとした。Sn層10の1層当たりの厚みをそれぞれ47nmとした。また、AuとSnとの質量比(Au:Sn)を76:24~80:20とした。
ガラス基板(日本電気硝子社製、品番「BDA」、厚み:0.5mm)上に、スパッタ法により厚み100nmのCr膜(下地金属層5)を成膜した。次に、得られたCr膜上に、スパッタ法により厚み1000nmのNi膜(Ni層6)を成膜した。次に、得られたNi膜上にスパッタ法により厚み250nmのPt膜(拡散抑制層7)を成膜した。最後に、得られたPt膜上に、真空蒸着法により、Au層9及びSn層10を交互に合計で91層積層することにより、はんだ層8を形成して膜付き部品を得た。なお、このとき、Au層9の1層当たりの厚みをそれぞれ50nmとした。Sn層10の1層当たりの厚みをそれぞれ47nmとした。また、AuとSnとの質量比(Au:Sn)を76:24~80:20とした。
(実施例2)
厚みが250nmとなるようにNi膜を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
厚みが250nmとなるようにNi膜を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
(実施例3)
厚みが50nmとなるようにPt膜を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
厚みが50nmとなるようにPt膜を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
(実施例4)
厚みが500nmとなるようにPt膜を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
厚みが500nmとなるようにPt膜を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
(実施例5)
厚みが1000nmとなるようにPt膜を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
厚みが1000nmとなるようにPt膜を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
(比較例1)
Ni膜を成膜しなかったこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
Ni膜を成膜しなかったこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
(参考例1)
Pt膜を成膜しなかったこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
Pt膜を成膜しなかったこと以外は、実施例1と同様にして膜付き部品を得た。
[評価]
(元素分析)
実施例1で得られた膜付き部品について、330℃で1分間、熱処理を施した。熱処理後の膜付き部品について、エネルギー分散型X線分光法(SEM-EDX)により元素分析を行った。なお、SEM-EDX測定装置としては、FE-SEM(株式会社日立ハイテク製、電界放出型走査型電子顕微鏡、型番「SU8220」)及びEDX(株式会社堀場製作所製 エネルギー分散型X線検出器、型番「EMAX Evolution EX-370 X-Max150」)を用いた。
(元素分析)
実施例1で得られた膜付き部品について、330℃で1分間、熱処理を施した。熱処理後の膜付き部品について、エネルギー分散型X線分光法(SEM-EDX)により元素分析を行った。なお、SEM-EDX測定装置としては、FE-SEM(株式会社日立ハイテク製、電界放出型走査型電子顕微鏡、型番「SU8220」)及びEDX(株式会社堀場製作所製 エネルギー分散型X線検出器、型番「EMAX Evolution EX-370 X-Max150」)を用いた。
図7は、実施例1で得られた膜付き部品において、接合はんだ層の拡散抑制層側の部分におけるEDXスペクトルを示す図である。また、図8は、実施例1で得られた膜付き部品において、接合はんだ層の中央側の部分におけEDXスペクトルを示す図である。なお、それぞれのEDXスペクトルにおいて、記載したAu、Sn、Pt、Ni以外の観測ピークは、測定治具等に起因するものである。また、上記接合はんだ層の拡散抑制層側の部分は、図3における接合はんだ層8Aの拡散抑制層7側の部分8aを示すものとする。また、上記接合はんだ層の中央側の部分は、図3における接合はんだ層8Aの中央側の部分8bを示すものとする。
図7より、接合はんだ層の拡散抑制層側の部分における組成は、Au:59質量%、Sn:33質量%、Ni:1質量%、Pt:7質量%であった。従って、図7より、接合はんだ層の拡散抑制層側の部分には、Ni及びPtが拡散していることがわかる。
また、図8より、接合はんだ層の中央側の部分における組成は、Au:90質量%、Sn:10質量%であった。従って、図8より、接合はんだ層の中央側の部分では、拡散抑制層側よりもAuの含有量が多く、ζ相が形成されていることがわかる。
(DSC測定)
実施例1~5、比較例1、及び参考例1で得られた膜付き部品(未熱処理)について、示差走査熱量測定(DSC測定)を行なった。DSC測定には、示差走査熱量計(TA Instruments社製、品番「DSC2500」)を用い、25℃~400℃、昇降温速度20℃/minの条件で測定した。
実施例1~5、比較例1、及び参考例1で得られた膜付き部品(未熱処理)について、示差走査熱量測定(DSC測定)を行なった。DSC測定には、示差走査熱量計(TA Instruments社製、品番「DSC2500」)を用い、25℃~400℃、昇降温速度20℃/minの条件で測定した。
図9~図15は、それぞれこの順に、実施例1~5、比較例1、及び参考例1で作製した膜付き部品の示差走査熱量測定結果である。
図9~図13より、実施例1~5で得られた膜付き部品では、1回目の昇温で観察された融解ピークが、2回目の昇温では消失していることがわかる。また、実施例1では、実施例2と比較して、2回目の昇温でより確実に融解ピークが消失していることがわかる。これは、Ni層の拡散抑制層に対する厚みの比(Ni層の厚み/拡散抑制層の厚み)が影響していることを示していると考えられる。また、実施例3~5からは、厚み1000nmのNi膜がある場合には、Pt膜の膜厚が50nm~1000nmの範囲において、実施例1と同様の融解挙動を示すことがわかる。他方、図14より、比較例1では、1回目の昇温で観察された融解ピークが2回目の昇温でも確認された。
これらの結果より、実施例1~5で得られた膜付き部品では、1回目の昇温による加熱溶融によりはんだ層が高融点化していることがわかる。なお、参考例1においては、1回目の昇温工程で2山の融解ピークが観察された。参考例1では、拡散抑制層が設けられていないので、初回溶融時にはんだ層にNiが過剰に拡散することにより、はんだ層が融解し難くなっていると考えられる。
以上より、実施例1~5で得られた膜付き部品では、加熱溶融を伴う部品の実装が複数回行われる場合においても、先に実装した部品の位置ずれを生じ難くできることを確認できた。
1…プリズム
2…プリズム本体
2a…底面
2b…斜面
2c…上面
3…密着膜
4…反射膜
5…下地金属層
6…Ni層
7…拡散抑制層
8…はんだ層
8A…接合はんだ層
8a…拡散抑制層側の部分
8b…中央側の部分
9…Au層
10…Sn層
21…サブマウント
21a…一方側主面
21b…他方側主面
22…基板
22a…主面
31…光学デバイス
32…光学素子
33…パッケージ
34…底部
34a…実装面
35…側壁部
35a…内面
36…蓋体
36A…部材
36Aa…パッケージと接する側
36B…機能膜
37…金属膜
2…プリズム本体
2a…底面
2b…斜面
2c…上面
3…密着膜
4…反射膜
5…下地金属層
6…Ni層
7…拡散抑制層
8…はんだ層
8A…接合はんだ層
8a…拡散抑制層側の部分
8b…中央側の部分
9…Au層
10…Sn層
21…サブマウント
21a…一方側主面
21b…他方側主面
22…基板
22a…主面
31…光学デバイス
32…光学素子
33…パッケージ
34…底部
34a…実装面
35…側壁部
35a…内面
36…蓋体
36A…部材
36Aa…パッケージと接する側
36B…機能膜
37…金属膜
Claims (11)
- 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、密着膜と、
を備え、
前記密着膜が、
前記部品本体の前記主面上に直接的又は間接的に積層されており、Niを含有する、Ni層と、
前記Ni層上に設けられている、拡散抑制層と、
前記拡散抑制層上に設けられており、Au及びSnのうち少なくとも一方を含有する、はんだ層と、
を備える、膜付き部品。 - 前記Ni層の前記拡散抑制層に対する厚みの比(Ni層の厚み/拡散抑制層の厚み)が、1以上、600以下である、請求項1に記載の膜付き部品。
- 前記拡散抑制層が、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1又は2に記載の膜付き部品。
- 前記拡散抑制層が、Ptを含有する、請求項1又は2に記載の膜付き部品。
- 前記拡散抑制層の厚みが、1000nm以下である、請求項1又は2に記載の膜付き部品。
- 前記はんだ層が、接合対象部材と接合して、接合はんだ層を構成しており、
前記接合はんだ層の厚み方向において、
前記接合はんだ層の前記拡散抑制層側の部分におけるAuとSnとの質量比(Au:Sn)が40:60~71:29であり、
前記接合はんだ層の中央側の部分におけるAuとSnとの質量比(Au:Sn)が84:16~94:6である、請求項1又は2に記載の膜付き部品。 - 前記はんだ層が、接合対象部材と接合して、接合はんだ層を構成しており、
前記接合はんだ層の厚み方向において、前記接合対象部材側から、
Au及びSnを主成分とする領域、
Ptを主成分とする領域、
Niを主成分とする領域、
の順で構成されている、請求項1又は2に記載の膜付き部品。 - 前記はんだ層が、接合対象部材と接合して、接合はんだ層を構成しており、
前記接合はんだ層に、Niが拡散している、請求項1又は2に記載の膜付き部品。 - 前記はんだ層が、接合対象部材と接合して、接合はんだ層を構成しており、
前記接合はんだ層の厚み方向において、
Niの含有量に濃度勾配がある、請求項8に記載の膜付き部品。 - プリズム、レンズ、光学素子、前記光学素子を搭載するためのサブマウント、前記光学素子を搭載するためのパッケージ、及び蓋体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1又は2に記載の膜付き部品。
- 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、
前記プリズム及び前記サブマウントのうち少なくとも一方が、請求項1又は2に記載の膜付き部品である、光学デバイス。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202280059077.9A CN117897643A (zh) | 2021-09-02 | 2022-08-30 | 附膜构件和光学器件 |
JP2023545593A JPWO2023032967A1 (ja) | 2021-09-02 | 2022-08-30 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021143435 | 2021-09-02 | ||
JP2021-143435 | 2021-09-02 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023032967A1 true WO2023032967A1 (ja) | 2023-03-09 |
Family
ID=85411244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/032558 WO2023032967A1 (ja) | 2021-09-02 | 2022-08-30 | 膜付き部品及び光学デバイス |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2023032967A1 (ja) |
CN (1) | CN117897643A (ja) |
WO (1) | WO2023032967A1 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000171294A (ja) * | 1998-12-09 | 2000-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | シリコン赤外線透過窓、その製造方法および赤外線検知素子用気密パッケージ |
JP2003152145A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-05-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体放熱用基板とその製造方法及びパッケージ |
JP2015175692A (ja) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | センサ |
JP2017208288A (ja) * | 2016-05-20 | 2017-11-24 | セイコーエプソン株式会社 | 光源装置およびプロジェクター |
-
2022
- 2022-08-30 CN CN202280059077.9A patent/CN117897643A/zh active Pending
- 2022-08-30 WO PCT/JP2022/032558 patent/WO2023032967A1/ja active Application Filing
- 2022-08-30 JP JP2023545593A patent/JPWO2023032967A1/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000171294A (ja) * | 1998-12-09 | 2000-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | シリコン赤外線透過窓、その製造方法および赤外線検知素子用気密パッケージ |
JP2003152145A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-05-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体放熱用基板とその製造方法及びパッケージ |
JP2015175692A (ja) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | センサ |
JP2017208288A (ja) * | 2016-05-20 | 2017-11-24 | セイコーエプソン株式会社 | 光源装置およびプロジェクター |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2023032967A1 (ja) | 2023-03-09 |
CN117897643A (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3918858B2 (ja) | 発光素子搭載用部材およびそれを用いた半導体装置 | |
WO2018043096A1 (ja) | 光半導体装置および光半導体装置の製造方法 | |
JP3509809B2 (ja) | サブマウントおよび半導体装置 | |
WO2003075341A1 (fr) | Embase et dispositif semi-conducteur | |
JP2004072048A (ja) | サブマウントおよび半導体装置 | |
JP2024052748A (ja) | 窓材、光学パッケージ | |
JP5505005B2 (ja) | 発光装置 | |
WO2023032967A1 (ja) | 膜付き部品及び光学デバイス | |
JP2008034581A (ja) | サブマウント | |
JP7508918B2 (ja) | はんだ膜及びその製造方法、光学デバイス用部品、並びに光学デバイス | |
TWI739506B (zh) | 焊接用波長轉換構件、波長轉換裝置及光源裝置 | |
JP7468182B2 (ja) | 膜付き基板、サブマウント、及び光学デバイス | |
JP2022021506A (ja) | はんだ膜、光学デバイス用部品、及び光学デバイス | |
JP2022021507A (ja) | はんだ膜、光学デバイス用部品、及び光学デバイス | |
WO2020022278A1 (ja) | 光学パッケージ | |
JP7427888B2 (ja) | プリズム、光デバイス、プリズムの製造方法及びパッケージデバイスの製造方法 | |
US20220091364A1 (en) | Prism, optical device, method for manufacturing prism, and method for manufacturing package device | |
US12023892B2 (en) | Structure body, structure body manufacturing method, and electronic apparatus | |
TWI811468B (zh) | 封裝用蓋材及封裝 | |
JP7307616B2 (ja) | 波長変換部材 | |
TWI830134B (zh) | 波長轉換構件及具備其之光源裝置 | |
WO2021014925A1 (ja) | 発光装置のリッド材およびリッド材の製造方法 | |
JP2022010778A (ja) | 蓋部材、蓋部材の製造方法、パッケージ、及びパッケージの製造方法 | |
JP2022026606A (ja) | 波長変換部材、波長変換装置、および、光源装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22864549 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2023545593 Country of ref document: JP |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 202280059077.9 Country of ref document: CN |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |