特許 7581684 はんだ膜、光学デバイス用部品、及び光学デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】はんだ膜、光学デバイス用部品、及び光学デバイス

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/14 20060101AFI20241106BHJP

   C22C 5/02 20060101ALI20241106BHJP

   B32B 15/01 20060101ALI20241106BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20241106BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20241106BHJP

   H01L 33/48 20100101ALI20241106BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20241106BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20241106BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20241106BHJP

   G02B 7/18 20210101ALI20241106BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20241106BHJP

   H05K 1/03 20060101ALN20241106BHJP

【ＦＩ】

B23K35/14 A

C22C5/02

B32B15/01 E

C23C14/06 N

H01L33/58

H01L33/48

H01S5/022

H01L31/02 B

H01L31/02 D

G02B7/18 100

B23K35/30 310A

H05K1/03 610B

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020125105

(22)【出願日】2020-07-22

(65)【公開番号】P2022021507

(43)【公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-02-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】弁理士法人大阪フロント特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏和

(72)【発明者】

【氏名】山口 義正

(72)【発明者】

【氏名】藤田 浩輝

【審査官】國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１１０６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３８８７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ５／００－ ５／１０

Ｂ２３Ｋ ３５／１４

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／０２

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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－Ｓｎ合金膜を備え、
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有し、
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、対向している第１の主面及び第２の主面を有し、
前記第１の主面が、前記部品が設けられる側の主面であり、
前記第２の主面が、前記部品が設けられる側とは反対側の外側の主面であり、
前記第１の主面及び前記第２の主面を結ぶ方向が、前記厚み方向であり、
前記厚み方向において、前記第１の主面側におけるＳｎの濃度が、Ａｕの濃度より大きくなっており、前記第２の主面側におけるＳｎの濃度が、Ａｕの濃度より小さくなっている、はんだ膜。

【請求項2】

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－Ｓｎ合金膜を備え、
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有し、
表面の算術平均粗さＲａが、０．０５μｍ以下である、はんだ膜。

【請求項3】

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－Ｓｎ合金膜を備え、
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有し、
表面の最大高さＲｚが、０．２５μｍ以下である、はんだ膜。

【請求項4】

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－Ｓｎ合金膜を備え、
前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有し、
前記はんだ膜全体の厚みが、１μｍ以上、１０μｍ以下である、はんだ膜。

【請求項5】

前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、Ａｕ－Ｓｎ合金を蒸着源に用いて蒸着された蒸着膜である、請求項１～４のいずれか１項に記載のはんだ膜。

【請求項6】

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、０．９０以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載のはんだ膜。

【請求項7】

前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が複数積層された多層膜を備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のはんだ膜。

【請求項8】

前記多層膜における前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜の積層数が、１層以上、３０層以下である、請求項７に記載のはんだ膜。

【請求項9】

前記部品と前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜の間に設けられる密着膜をさらに備える、請求項１～８のいずれか１項に記載のはんだ膜。

【請求項10】

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９に記載のはんだ膜。

【請求項11】

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１～１０のいずれか１項に記載のはんだ膜。

【請求項12】

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。

【請求項13】

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。

【請求項14】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平１０－００６０７３号公報

【文献】特開２００８－２６３１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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実装基板等に固定する際に、十分に密着性を高められない場合がある。また、はんだ膜の膜応力によって反りが生じることがあり、この点からも密着性を高められない場合がある。この場合、光学素子やプリズムが実装基板から剥離したり、あるいは光学素子やプリズムが高さ方向において位置ずれしたりすることがある。従って、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。

【0007】

本発明の目的は、表面の平坦性に優れ、反りを抑制することができる、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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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－Ｓｎ合金膜を備え、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有することを特徴とする。

【0009】

本発明においては、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、対向している第１の主面及び第２の主面を有し、前記第１の主面が、前記部品が設けられる側の主面であり、前記第２の主面が、前記部品が設けられる側とは反対側の外側の主面であり、前記第１の主面及び前記第２の主面を結ぶ方向が、前記厚み方向であり、前記厚み方向において、前記第１の主面側におけるＳｎの濃度が、Ａｕの濃度より大きくなっており、前記第２の主面側におけるＳｎの濃度が、Ａｕの濃度より小さくなっていることが好ましい。

【0010】

本発明においては、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が、Ａｕ－Ｓｎ合金を蒸着源に用いて蒸着された蒸着膜であることが好ましい。

【0011】

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、０．９０以下であることが好ましい。

【0012】

本発明においては、前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜が複数積層された多層膜を備えることが好ましい。前記多層膜における前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜の積層数が、１層以上、３０層以下であることがより好ましい。

【0013】

本発明においては、前記部品と前記Ａｕ－Ｓｎ合金膜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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

本発明においては、前記はんだ膜全体の厚みが、１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、表面の平坦性に優れ、反りを抑制することができる、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。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】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】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。

【図3】Ａｕ－Ｓｎ合金膜の作製方法を説明するための図である。

【図4】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5】本発明の第３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6】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7】（ａ）～（ｃ）は、膜付き基板における反りの測定方法を説明するための模式図である。

【図8】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。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

［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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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、実装基板やパッケージ等に固定される。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。

【0029】

図２に示すように、はんだ膜１は、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３が複数積層された多層膜２により構成されている。Ａｕ－Ｓｎ合金膜３は、Ａｕ及びＳｎの合金からなる膜である。

【0030】

Ａｕ－Ｓｎ合金膜３は、対向している第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂを有する。第１の主面３ａは、プリズム本体１１側の主面である。第２の主面３ｂ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３ａ及び第２の主面３ｂを結ぶ方向は、はんだ膜１の厚み方向とされている。

【0031】

Ａｕ－Ｓｎ合金膜３では、厚み方向において、第１の主面３ａ側におけるＳｎの濃度が、Ａｕの濃度より大きくなっている。また、第２の主面３ｂ側におけるＳｎの濃度が、Ａｕの濃度より小さくなっている。従って、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３は、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有している。

【0032】

なお、本明細書において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の第１の主面３ａ側におけるＡｕ又はＳｎの濃度とは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３のうち第１の主面３ａから５０％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３の第２の主面３ｂ側におけるＡｕ又はＳｎの濃度とは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３のうち第２の主面３ｂから５０％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３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。

【0033】

本明細書において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３がＡｕの濃度勾配を有するとは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３のうち第１の主面３ａ側のＡｕの濃度（金属全体に対する質量割合）が、第２の主面３ｂ側の濃度（金属全体に対する質量割合）と１５％以上異なっている場合をいうものとする。もっとも、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３では、厚み方向において、第１の主面３ａ側から第２の主面３ｂ側に向かって、Ａｕの濃度が大きくなることが望ましい。

【0034】

また、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３がＳｎの濃度勾配を有するとは、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３のうち第１の主面３ａ側のＳｎの濃度（金属全体に対する質量割合）が、第２の主面３ｂ側のＳｎの濃度（金属全体に対する質量割合）と１０％以上異なっている場合をいうものとする。もっとも、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３では、厚み方向において、第２の主面３ｂ側から第１の主面３ａ側に向かって、Ｓｎの濃度が大きくなることが望ましい。

【0035】

本実施形態のはんだ膜１は、Ａｕ及びＳｎの合金である、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３を備え、しかもＡｕ－Ｓｎ合金膜３が、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有している。そのため、はんだ膜１では、表面の平坦性に優れ、反りを抑制することができる。この点については、以下のように説明することができる。

【0036】

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粗れが生じたりすることがあった。

【0037】

これに対して、本実施形態のはんだ膜１は、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３を備えているので、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。また、第２の主面３ｂ側におけるＳｎの濃度が低められているので、この点からも膜表面１ａ側を酸化し難くすることができ、その結果、膜表面１ａを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。また、膜表面１ａ側におけるＡｕの濃度が高められているので、後述する実施形態のように、パッケージ等の表面にＡｕ膜が形成されている場合には、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。

【0038】

また、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、各層の熱膨張係数の差に起因する膜応力により、反りが生じることがあった。これに対して、本実施形態のはんだ膜１は、既に合金化されたＡｕ－Ｓｎ合金膜３により構成されているので、Ａｕ及びＳｎの熱膨張係数の差に起因する膜応力が生じ難く、反りが生じ難い。加えて、本実施形態のように、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の多層膜２により構成されている場合は、各層の厚みを薄くすることができるので、プリズム本体１１との界面付近に生じる膜応力も小さくすることができ、反りをより一層抑制することができる。

【0039】

また、本実施形態のはんだ膜１は、既に合金化されたＡｕ－Ｓｎ合金膜３により構成されているので、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、短時間で確実に接合することができる。加えて、本実施形態のように、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の多層膜２により構成されている場合には、各層の厚みを薄くすることができるので、より短時間で確実に接合することができる。

【0040】

本実施形態において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３は、Ａｕ及びＳｎを９５質量％以上含むことが好ましい。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。

【0041】

本実施形態において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の第１の主面３ａ側におけるＡｕとＳｎとの質量比（Ａｕ／Ｓｎ）は、好ましくは６０／４０以上、好ましくは７０／３０以下である。また、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の第２の主面３ｂ側におけるＡｕとＳｎの質量比（Ａｕ／Ｓｎ）は、好ましくは７５／２５以上、好ましくは９５／５以下である。Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の第１の主面３ａ側及び第２の主面３ｂ側における質量比（Ａｕ／Ｓｎ）が上記範囲内にある場合、膜表面１ａをより平坦にすることができ、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。

【0042】

本実施形態において、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３における１層当たりの厚みは、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。Ａｕ－Ｓｎ合金膜３における１層当たりの厚みが上記上限値以下である場合、はんだ膜１の膜表面１ａをより一層平坦にすることができ、しかも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。一方、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３における１層当たりの厚みの下限値は、特に限定されないが、例えば、３０ｎｍとすることができる。Ａｕ－Ｓｎ合金膜３における１層当たりの厚みが上記下限値より小さいと、各層の形成が困難となるおそれがある。

【0043】

本実施形態において、多層膜２の厚みは、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは６μｍ以下である。多層膜２の厚みが上記上限値以下である場合、はんだ膜１の膜表面１ａをより一層平坦にすることができ、しかも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。一方、多層膜２の厚みの下限値は、特に限定されないが、例えば、１μｍとすることができる。多層膜２の厚みが上記下限値より小さいと、各層が薄くなりすぎるため、各層の形成が困難となるおそれがある。

【0044】

本実施形態において、多層膜２におけるＡｕ－Ｓｎ合金膜３の合計の層数は、好ましくは１層以上、より好ましくは５層以上、好ましくは３０層以下、より好ましくは２５層以下、さらに好ましくは２０層以下である。多層膜２におけるＡｕ－Ｓｎ合金膜３の合計の層数が上記下限値以上である場合、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。多層膜２におけるＡｕ－Ｓｎ合金膜３の合計の層数が上記上限値以下である場合、各層をより一層容易に形成することができ、生産性をより一層向上させることができる。

【0045】

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３μｍ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。また、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。また、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。

【0046】

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０．０１μｍ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、０．００５μｍとすることができる。また、算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠して測定することができる。

【0047】

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０．１０μｍ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、０．００５μｍとすることができる。また、最大高さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠して測定することができる。

【0048】

本実施形態においては、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３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０．７５以上、好ましくは０．９０以下、より好ましくは０．８５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、実装に際し、より低温で接合することができる。

【0049】

本実施形態において、はんだ膜１は、例えば、Ａｕ－Ｓｎ合金を蒸着源として用いて、蒸着法により、各層を積層することによって形成することができる。具体的には、図３に示す膜付き基板２０の製造方法を用いて説明することができる。

【0050】

まず、図３に示す容器２１内にＡｕ－Ｓｎ合金を入れ、蒸着源とする。次に、電子銃を用いて、蒸着法により、容器２１内の蒸着源の全てを蒸着させて、ガラス基板２２上に１層のＡｕ－Ｓｎ合金膜３を形成する。加熱温度としては、Ａｕ及びＳｎが蒸発する温度である８００℃以上、１０００℃以下とすることができる。

【0051】

次に、Ａｕ－Ｓｎ合金を入れた容器２１を入れ替え、再度蒸着することにより、２層目のＡｕ－Ｓｎ合金膜３を形成する。この操作を繰り返すことにより、多層膜２を形成することができる。従って、容器２１の数だけ、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３を積層させることができる。なお、各層の形成時の加熱温度は、同じ温度とすることが望ましい。また、各層の膜厚は、容器２１内に入れるＡｕ－Ｓｎ合金の量で調整することができる。

【0052】

容器２１の数は、特に限定されないが、多層膜２におけるＡｕ－Ｓｎ合金膜３の合計の層数と一致することから、好ましくは１個以上、より好ましくは５個以上、好ましくは３０個以下、より好ましくは２５個以下、さらに好ましくは２０個以下である。

【0053】

また、蒸着法としては、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング真空蒸着法、又はイオンアシスト真空蒸着法等を用いることができる。

【0054】

以上のようにして、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有するＡｕ－Ｓｎ合金膜３が積層された多層膜２を形成することができる。

【0055】

（第２の実施形態）
図４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。

【0056】

図４に示すように、はんだ膜３１は、さらに密着膜３３を有する。密着膜３３は、プリズム本体１１と多層膜２との間に設けられている。従って、はんだ膜３１では、密着膜３３の上に多層膜２が積層されている。密着膜３３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。

【0057】

密着膜３３は、第１の層３３ａ、第２の層３３ｂ、及び第３の層３３ｃを有する。第１の層３３ａは、プリズム本体１１側の層である。この第１の層３３ａ上に、第２の層３３ｂが積層されている。第２の層３３ｂ上に、第３の層３３ｃが積層されている。なお、第３の層３３ｃは、多層膜２側の層である。

【0058】

第１の層３３ａ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、Ｎｉ、Ｃｒ、又はＴｉ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３３ａ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３３ａ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。

【0059】

第１の層３３ａの厚みは、特に限定されないが、例えば、０．５μｍ以上、５μｍ以下とすることができる。第１の層３３ａ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。

【0060】

第２の層３３ｂ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３３ｂ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３３ｂ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。

【0061】

第２の層３３ｂの厚みは、特に限定されないが、例えば、０．０１μｍ以上、１μｍ以下とすることができる。第２の層３３ｂ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３３において、第２の層３３ｂは設けられていなくてもよい。

【0062】

第３の層３３ｃ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、多層膜２の成分が、第１の層３３ａ及び第２の層３３ｂ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３１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。

【0063】

第３の層３３ｃ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、多層膜２の成分が、第１の層３３ａ及び第２の層３３ｂ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３３ｃ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３３ｃ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３３ｃ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。

【0064】

第３の層３３ｃ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。

【0065】

また、はんだ膜３１は、さらにＡｕ膜３４を有する。Ａｕ膜３４は、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の第２の主面３ｂ上に積層されている。Ａｕ膜３４は、はんだ膜３１における最外層に設けられている。

【0066】

なお、Ａｕ膜３４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３４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。

【0067】

第２の実施形態におけるはんだ膜３１のように、密着膜３３をさらに備えていてもよい。また、最外層にＡｕ膜３４が設けられていてもよい。最外層をＡｕ膜３４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３１による接合力をより確実に高めることができる。

【0068】

また、第２の実施形態においても、はんだ膜３１が、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３を備え、しかも厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有しているので、膜表面３１ａの平坦性に優れ、反りを抑制することができる。また、光学デバイス用部品であるプリズム３０をパッケージ等に実装するに際し、はんだ膜３１によって短時間で確実に接合することができる。

【0069】

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３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。

【0070】

図５に示すように、はんだ膜４１では、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金単層膜４２が設けられている。

【0071】

本実施形態において、Ａｕ－Ｓｎ単層膜４２の厚みは、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下である。Ａｕ－Ｓｎ合金単層膜４２の厚みが上記上限値以下である場合、はんだ膜４１の膜表面４１ａをより一層平坦にすることができ、しかも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。一方、Ａｕ－Ｓｎ合金単層膜４２の厚みの下限値は、特に限定されないが、例えば、３０ｎｍとすることができる。Ａｕ－Ｓｎ合金単層膜４２の厚みが上記下限値より小さいと、Ａｕ－Ｓｎ合金単層膜４２の形成が困難となるおそれがある。

【0072】

このように、Ａｕ－Ｓｎ合金単層膜４２は、好ましい厚みが異なること以外は、第１の実施形態及び第２の実施形態のＡｕ－Ｓｎ合金膜３と同じものを用いることができる。

【0073】

その他の点は、第２の実施形態と同様である。

【0074】

第３の実施形態におけるはんだ膜４１のように、多層膜２の代わりに、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３の単層膜である、Ａｕ－Ｓｎ合金単層膜４２を有していてもよい。この場合、はんだ膜４１の生産性をより一層向上させることができる。

【0075】

また、第３の実施形態においても、はんだ膜４１が、Ａｕ－Ｓｎ合金膜３を備え、しかも厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有しているので、膜表面４１ａの平坦性に優れ、反りを抑制することができる。また、光学デバイス用部品であるプリズム４０をパッケージ等に実装するに際し、はんだ膜４１によって短時間で確実に接合することができる。

【0076】

なお、第１～第３の実施形態では、光学デバイス用部品としてプリズム１０，３０，４０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。

【0077】

［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５１は、光学素子５２と、サブマウント５３と、プリズム１０と、パッケージ５４とを備える。パッケージ５４内には、光学素子５２、サブマウント５３、及びプリズム１０が収容されている。

【0078】

より具体的には、パッケージ５４は、底部５５と、底部５５上に配置された側壁部５６とを有する容器状の部材である。パッケージ５４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。

【0079】

底部５５は、実装面５５ａを有する。側壁部５６は、内面５６ａを有する。そして、底部５５の実装面５５ａ及び側壁部５６の内面５６ａには、金属膜５８が設けられている。

【0080】

本実施形態では、実装面５５ａにおける金属膜５８上に、光学素子５２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５８上に、サブマウント５３が設けられており、その上に光学素子５２が配置されている。この際、サブマウント５３の一方側主面５３ａが、図示しないはんだ膜１により光学素子５２に接合されている。また、サブマウント５３の他方側主面５３ｂが、図示しないはんだ膜１により金属膜５８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５８に接合されている。

【0081】

パッケージ５４は、金属膜５８を必ずしも有していなくてもよい。もっとも、パッケージ５４は、本実施形態のように金属膜５８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５３やプリズム１０と、パッケージ５４との熱膨張率差が比較的大きい場合に有効である。

【0082】

金属膜５８は、Ａｕ膜であることが好ましい。この場合、金属膜５８が酸化し難いことから、光学デバイス５１の製造に際し、サブマウント５３やプリズム１０と、パッケージ５４との間の接合力をより一層高めることができる。

【0083】

なお、本実施形態では、底部５５における実装面５５ａの全面及び側壁部５６の内面５６ａの全面に、金属膜５８が設けられている。もっとも、金属膜５８は、少なくともサブマウント５３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。

【0084】

パッケージ５４の側壁部５６上には、光学素子５２及びプリズム１０を封止するように、蓋体５７が設けられている。蓋体５７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５７及び側壁部５６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。

【0085】

本実施形態において、光学素子５２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６に示すように、光学素子５２から出射した光Ａは、プリズム１０において反射され、蓋体５７を通り、光学デバイス５１外に出射される。なお、光学素子５２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。

【0086】

サブマウント５３は、光学素子５２を搭載するために設けれている。また、サブマウント５３は、ヒートシンクを兼ねている。そのため、光学素子５２で発生した熱を、サブマウント５３を通して、パッケージ５４側へ効率よく放熱することができる。

【0087】

光学デバイス５１では、はんだ膜１により、プリズム１０及びパッケージ５４が接合され、光学素子５２及びサブマウント５３が接合され、サブマウント５３及びパッケージ５４が接合され、パッケージ５４における蓋体５７及び側壁部５６が接合されている。そのため、光学デバイス５１では、各部材における反りが抑制され、接合力が高められている。従って、光学デバイス５１では、信頼性が高められている。

【0088】

また、光学デバイス５１では、Ｓｎ－Ａｇ合金などの融点が低いはんだ膜により、パッケージ５４における蓋体５７及び側壁部５６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融点が低いはんだ膜より融点の高いはんだ膜１によって接合すれば、光学素子５２、サブマウント５３、及びプリズム１０を実装した後、蓋体５７及び側壁部５６を上述したはんだ膜によって接合する際の加熱により、光学素子５２、サブマウント５３、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５１の信頼性をより一層高めることができる。

【0089】

なお、光学素子５２、サブマウント５３、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５７及び側壁部５６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５２、サブマウント５３、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。

【0090】

なお、本発明においては、光学素子５２、サブマウント５３、プリズム１０、及びパッケージ５４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によって行わればよく、特に限定はされない。

【0091】

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。

【0092】

（実施例１）
まず、Ａｕ－Ｓｎ合金を入れた容器を蒸着源とし、真空蒸着法によって、図７（ａ）に示すガラス基板６２（日本電気硝子社製、ＯＡ－１０Ｇ、厚み：０．１９７ｍｍ）上に、Ａｕ－Ｓｎ合金膜を形成した。なお、蒸着時の加熱温度は、ヒータはＯＦＦで蒸着源の輻射熱で凡そ１００℃以下の状態とした。また、Ａｕ－Ｓｎ合金を入れた容器を合計で１８個用いて、同様の条件で同様の操作を行い、Ａｕ－Ｓｎ合金膜を合計で１８層積層することにより、膜付き基板６０を得た。なお、このとき、Ａｕ－Ｓｎ合金膜の１層当たりの厚みをそれぞれ２７０ｎｍとした。なお、はんだ膜６１全体の厚みは、４．９μｍとした。

【0093】

図８は、実施例１で得られたはんだ膜６１の断面を示すＳＥＭ写真である。図８より、実施例１で得られたはんだ膜６１では、Ａｕ－Ｓｎ合金膜が合計で１８層積層されていることを確認することができる。また、各Ａｕ－Ｓｎ合金膜では、ガラス基板６２側の主面側のＳｎの濃度がＡｕの濃度より高くなっていた。一方、ガラス基板６２とは反対側の主面側のＳｎの濃度がＡｕの濃度より低くなっていた。従って、各Ａｕ－Ｓｎ合金膜は、厚み方向においてＡｕ及びＳｎの濃度勾配を有していた。

【0094】

（比較例１）
ガラス基板６２（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、膜付き基板６０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２８ｎｍとした。また、Ｓｎ層の１層当たりの厚みをそれぞれ２８ｎｍとした。なお、はんだ膜６１全体の厚みは、５μｍとした。

【0095】

［評価］
（反りの評価）
反りの評価において、膜付き基板６０の寸法は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、長さａ：１００ｍｍとし、幅ｂ：１０ｍｍとした。また、Ａｕ層及びＳｎ層の成膜は、膜付き基板６０の長さ方向における第１の端部６０ｂ及び第２の端部６０ｃから長さｃ：３．５ｍｍの部分には成膜しなかった。

【0096】

反りの評価では、図７（ｃ）に示すステージ７０上に、膜付き基板６０を載置し、２５℃で１時間放置した後の反り量Ｌを測定した。なお、膜付き基板６０は、膜面６０ａが上方となるように載置した。そして、第１の端部６０ｂ及び第２の端部６０ｃと、膜付き基板６０の非膜面６０ｄにおける長さ方向の中心との高さの差を反り量Ｌとした。反り量Ｌは、２つの端部６０ｂ，６０ｃの反り量Ｌの平均とした。なお、非膜面６０ｄは、膜面６０ａと対向する面である。

【0097】

（表面平坦性の評価）
膜付き基板６０の膜面６０ａにおける算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠して測定した。

【0098】

（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６０をはんだ膜６１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。

【0099】

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６０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３秒及び接合時間１０秒の双方の条件にて行った。

【0100】

結果を下記の表１に示す。

【0101】

【表1】

【0102】

表１から明らかなように、厚み方向において、Ａｕ及びＳｎの濃度勾配を有する、Ａｕ－Ｓｎ合金膜を用いた実施例１のはんだ膜６１では、表面の平坦性に優れ、膜応力による反りが抑制されていることが確認できた。

【符号の説明】

【0103】

１，３１，４１，６１…はんだ膜
１ａ，３１ａ，４１ａ…膜表面
２…多層膜
３…Ａｕ－Ｓｎ合金膜
３ａ…第１の主面
３ｂ…第２の主面
１０，３０，４０…プリズム
１１…プリズム本体
１１ａ…底面
１１ｂ…斜面
１１ｃ…上面
１２…反射膜
２０，６０…膜付き基板
２１…容器
２２，６２…ガラス基板
３３…密着膜
３３ａ…第１の層
３３ｂ…第２の層
３３ｃ…第３の層
３４…Ａｕ膜
４２…Ａｕ－Ｓｎ合金単層膜
５１…光学デバイス
５２…光学素子
５３…サブマウント
５３ａ…一方側主面
５３ｂ…他方側主面
５４…パッケージ
５５…底部
５５ａ…実装面
５６…側壁部
５６ａ…内面
５７…蓋体
５８…金属膜
６０ａ…膜面
６０ｂ…第１の端部
６０ｃ…第２の端部
６０ｄ…非膜面
７０…ステージ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】