JPH02296754A - ハンダ付け固定のためのガラス素子構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レンズ等のガラス素子を金属部材にハンダ付
け固定する場合に有用なガラス素子構造に関する。

（従来の技術〕 光通信で使用される光デバイス（光半導体素子と光ファ
イバーのカップリングなど）には、−船釣に微小レンズ
が良く使用されている。

微小レンズと金属ホルダーとの固定方法には、エポキシ
系などの有機樹脂接着剤による方法、ハンダ付けによる
方法、レーザースポット熔接法等があるが、中でもハン
ダ付けによる固定方法は信顧性が高（、比較的簡単な作
業で行なえるので広く利用されている。

ハンダ付けによる固定方法では、ガラス面を直接ハンダ
付けすることはできないので、予めガラスレンズの側周
面にスパッタあるいは蒸着によって金属薄膜を付着形成
しておき、この金属薄膜を介してレンズを金属ホルダー
にハンダ付けしている。そして上記のハンダ付け用金属
膜の構造としては、ガラス面と接触する下地層としてガ
ラスに対し密着性の良いＣｒ膜を設け、直接ハンダ付け
される最外層として酸化されないＡｕ膜を設け、両膜の
中間にバッファ層としてＰｔ１ｌを設けた三層禎層構造
が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ハンダ材料には従来Ｓｎ／Ｓｂハンダが使用されていた
が、高信頼性が要求されるに従い、Ｓｎ／Ａｕハンダへ
と１多行しつつある。

しかしながらＳｎ／Ａｕハンダは融点が高く、前述した
従来の金属膜構成ではレンズとホルダー〇固定強度に著
しいバラツキがあった。すなわち、従来構造の金属膜（
Ｃｒｙ、　０５　μｍ　＋ｐｔＱ、　０５　ｐｍ　＋Ａ
ｕ０．６μｍ）を付着形成したレンズにＳｎ／Ａｕハン
ダを使用した場合、下地層であるＣｒ膜と中間層である
ｐｔ膜はハンダとなじみが良いため高温で侵食され（合
金層をつくる）、ガラス界面と金属膜との密着力が極度
に低下する結果、レンズと金属ホルダーとの固定に充分
な強度が得られずバラツキも大きい。

〔問題点を解決するための手段〕

従来のＣｒ膜に代えてＴｉ膜をガラスとの接触下地層と
して用いる。すなわち、ガラス素子のハンダ付けされる
接合面に、ガラス面側から外方に向けてＴｉ、　Ｐｔ、
　Ａｕの順序で各金属膜を積層形成する。

Ｔｉ膜の厚みは、あまり薄いとそれより上層の金属膜を
ガラスに接着する効果が薄くなり、またあまり厚いと熱
膨張等で剥離する可能性もでてくるため、０．０３〜０
．１μ階の範囲内とするのが望ましい。

〔作用〕

後述の実験データで示すように、ハンダによる下地層の
侵食がほとんどなくなり、広い温度範囲で安定的に充分
な固定強度が得られる。

〔実施例〕

第１図において１はハンダ付け固定されるガラス素子の
一例としての屈折率分布型レンズを示し、このレンズ１
の側周面ＩＡ上に第２図に拡大して示す如くガラス面側
から外方に向けてチタン（Ｔｉ）膜１１、白金ＣＰｔ）
膜１２、金（Ａｕ）膜１３をこの順序で積層形成する。

上記金属膜はレンズの側周全面に設ける以外に、要部の
みに限定して設けてもよい。またレンズに限らず、ミラ
ー、フィルタ、プリズム等一般にガラス素子を金属部材
にハンダ付け固定する場合に広く適用することができる
。

以下本発明構造と従来構造とのハンダ付け強度比較及び
侵食チエツクを行なった実験の結果について説明する。

市販の光学ガラスを円板状に加工し、その片面に金属膜
をスパッタ付着したものをテストサンプルとして用意し
た。

このガラス円板の金属膜上にＳｎ／Ａｕのハンダ小片を
載せるとともに、これとは別に銅棒を金属膜にハンダ付
けした。

これらの作業はＮ２ガスフロー中の雰囲気炉内で行ない
、種々の温度水準においてそれぞれ２０分間保持し、取
り出した後に金属膜の侵食状態を観察するとともに、銅
棒の接着強度を測定した。

金属膜の構成は、本発明の実施例としてＴｔ膜０、０３
〜０．１　ａｍ厚＋ｐｔ膜０．０５μｓ厚＋Ａｕ膜０．
６μｍ厚の構成、本発明外の比較例１としてＣｒ膜０．
０５μｍ厚＋Ｐｔ１ｌｌＯ，０５ｐｒａ厚＋篩膜０．６
μｍ厚の構成、比較例２として、Ｃｒｙ、　０５　ｔｔ
ｍ厚＋ｐｔ膜０．０５μｍ厚＋Ａｕ２μｍの構成を用い
た。

上記実験の結果のうち、侵食状態観察結果を第１表に、
また引張強度測定結果を第３図に示す。

金属膜のハンダによる侵食状態（ハンダと金属膜の合金
状態）は、テストサンプルガラス板裏面から目視で観察
し、侵食のない場合を○、部分的に侵食されている場合
を△、全体が侵食されている場合を×としている。

なお試験温度条件は、Ｓｎ／Ａｕハンダ（Ｓｎ２０％、
Ａｕ８０％）の融点が２８０℃であり、一般にハンダ付
け作業温度は融点＋５０℃とされていることを考慮して
設定した。

第１表の結果から、本発明構造による金属膜は、広いハ
ンダ付け温度範囲（３３０℃〜４４０℃）においてＳｎ
／Ａｕハンダによる侵食がないのに対して、従来構造の
金属膜では３７０℃近辺より高温域では侵食され、また
単純に最外層金膜の厚みを大にする（比較例２）だけで
は耐侵食の効果がないことがわかる。

また、第３図から、本発明の金属膜構造は広いハンダ付
け温度範囲（３３０℃〜４４０℃）において充分な接合
強度が得られるのに対して、従来構造の金属膜では３７
０℃近辺よりも高温域では引張り強度が極端に小さ（な
り、バラツキも大きいことがわかる。

また比較例１と比較例２とを対比すると、単なる金膜の
厚膜化だけでは、引張り強度向上に対しても効果がない
ことがわかる。

なお、ハンダの濡れ性については、テストサンプル表面
のハンダの拡がりを観察した結果、今回の実験条件範囲
ではすべて良好であった。ただし、空気中でのハンダ付
けでは、銅棒の酸化のためハンダ付けが困難であり、ま
たハンダの濡れ（拡がり）もＮ２ガスフロー中に比べて
悪く、したがって本発明に係る金属膜を施したガラス素
子をハンダ付けする場合でも、非酸化雰囲気中で作業を
行なうことが望ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レンズ等のガラス素子を金属部材にハ
ンダ付けするに当り、融点の高いハンダ材料を用いても
ガラス素子表面の金属膜に侵食（合金生成）を生じ難く
、広い温度範囲にわたり安定した充分な接合強度が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第２図は同
要部拡大図、第３図は本発明金属膜構造と従来構造との
ハンダ付け接合強度比較を示すグラフである。 １・・・ガラス素子、１０・・・金属膜、１１・・・Ｔ
ｉ膜、１２・・・ＰＬ膜、１３・・・Ａｕ膜。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラス素子のハンダ付けされる面に、ガラス面側から外
   方に向けてＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの順序で各金属膜を積層形
   成したことを特徴とするハンダ付け固定のためのガラス
   素子構造。