JP2005272932A - 基体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半田付けをする際に剥離が生じない金属膜を有した石英から成る基体と、基体上に無電解めっきにより金属膜を被着させる方法を提供すること。
【解決手段】 基体１は、表面に算術平均粗さＲａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面２が形成されているとともに、粗面２の表面が算術平均粗さＲａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面３とされており、表面に金属膜６が被着されている石英から成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、石英の表面に金属膜を被着形成して成る基体およびその製造方法に関し、特に、半田付け等の大きな応力が金属膜に作用する場合でも、金属膜と石英との間に剥離が生じることのない信頼性に優れた基体およびその製造方法に関する。

近年、通信情報の大容量化、高速化に伴って、光を用いた通信手法が急速に普及している。同様にコンピュータなどの記録媒体も大容量化が進んでいることから、光を利用した記録形態へ移行しつつある。

このような近年の通信、情報等の状況においては、石英から成り、表面に金属膜が被着形成された基体が多用されるようになってきている。例えば、光ファイバを用いた通信においては、光ファイバを光半導体素子収納用パッケージ等に固定し、光ファイバを通って伝送された光信号をパッケージ内の光半導体素子で受光し、電気信号等に変換する。なお、光ファイバは、石英等の透光性の材料で形成される。

この場合、光ファイバの光半導体素子収納用パッケージに対する固定は、コネクタを介して行われる。上述の基体は、例えばコネクタや光ファイバ等に使用される。光ファイバ導入部を有したコネクタに光ファイバを半田等を用いて接合し、さらに、このコネクタを光半導体素子収納用パッケージ等に半田等を用いて接合する必要がある。また、コネクタの材料としては、光ファイバを保護する目的のため、光ファイバと熱膨張を合わせるものを用いる必要がある。そのため、コネクタの材質は光ファイバと同じ石英が最適である。

光ファイバとコネクタとを半田で接合する場合や、コネクタと光半導体素子収納用パッケージ等を半田で接合する場合、石英から成る光ファイバやコネクタは、直接半田に濡れないため、石英上に金属膜を形成する必要がある。

ガラスなどの非導電性の基体上に金属膜を形成する方法としては、安価な無電解めっき法が最適であるが、石英は化学的に安定で化学エッチングが困難な材料であるため、石英の表面に無電解めっきの触媒核となる触媒金属を吸着させるための微粗面を形成することができないことから、直接無電解めっきを施すことができなかった。

。そのため、従来から光ファイバ、光ディスク基板、光学レンズ等の石英から成る基体上に金属膜を形成するための方法として、ディッピング法や真空蒸着法、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などが用いられてきた（特許文献１、２参照）。
特開平３−１６４４５０号公報 特開平６−２１２４４０号公報

しかしながら、溶融金属中に石英から成る基体（以下、石英基体ともいう）を浸漬させるディッピング法では、石英基体と金属皮膜との密着性が弱く、わずかな外力により金属膜が石英基体から剥離するという問題があった。そのため、半田付けの強度が不十分で、通信機器等の信頼性が低くなる。

一方、石英基体に真空蒸着法により所望の金属層を形成した後、めっき法により金属膜を形成する方法、または石英基体にＣＶＤ法によりアモルファス状カーボン薄膜層を形成した後、めっき法により金属膜を形成する方法では、石英基体に比較的密着性の良い金属膜を形成することができ、石英基体の耐熱性を確保することが可能である。

しかしながら、これらの方法では金属膜の密着性は比較的良いものの、石英基体を半田付けする際、非常に大きな応力が金属膜に作用するので、石英基体と金属膜との界面で剥離が生じるという問題や、石英基体の表面積がある程度大きな場合に金属膜自体の残留応力で石英基体と金属膜との界面に亀裂が生じるといった問題点があった。

また、磁気ディスク等に用いられるガラス基板等では、ガラス基板の表面を化学的にエッチングし、センシタイジング処理、アクチベーティング処理を順次施した後、めっき法により金属膜を形成する方法等が提案されている。しかしながら、複数の結晶層が組み合わさった結晶化ガラスなどは、化学的にエッチングすることである程度の表面粗さを確保することが可能であるが、石英のような単結晶のものの場合、化学エッチングのみでは表面を粗くすることができない。

もし、石英基体の表面を適切に粗くすることができれば、金属膜と石英基体との間で効果的にアンカー効果を生じさせることができ、また、金属膜を無電解めっき法で形成する場合、金属膜の被着形成に対する触媒作用を有する触媒層をより広い面積で被着させることができる。これにより、金属膜を石英基体に強固に被着形成することができる。

本発明は、上記問題点を解決するために完成されたものであり、その目的は、半田付けをする際に剥離が生じることのない金属膜が形成された石英から成る基体およびその製造方法を提供することにある。

本発明の基体は、表面に算術平均粗さＲａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面が形成されているとともに、該粗面の表面が算術平均粗さＲａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面とされており、表面に金属膜が被着されている石英から成ることを特徴とするものである。

また、本発明の基体の製造方法は、前記基体の表面に機械的な粗面化処理により前記粗面を形成した後、前記粗面の表面にエッチング処理を施して前記微粗面を形成し、しかる後、表面に無電解めっき法により金属膜を被着させることを特徴とするものである。

本発明の基体は、表面に算術平均粗さＲａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面が形成されているとともに、粗面の表面が算術平均粗さＲａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面とされており、表面に金属膜が被着されている石英から成ることから、Ｒａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面が、Ｒａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面を形成するための下地となり、Ｒａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面とＲａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面が組み合わさることにより、基体の表面を複雑に入り組んだ形状とすることができる。また、基体の合計の表面積を大きくすることができる。

これにより、金属膜と基体との間に大きなアンカー効果を有効に生じさせることができるとともに接合面積を大きく確保することができ、金属膜を基体に強固に被着形成させることができる。その結果、半田付けによる熱応力や金属膜の応力が負荷されても基体と金属膜との間が剥離せず、強固に接合できるため、信頼性の高い基体を得ることができる。

また、本発明の基体の製造方法によれば、機械的な粗面化処理とエッチング処理とを順次施すようにしたことから、Ｒａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面上に、Ｒａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面を形成することができ、微粗面の凹凸を極めて微細で数が多い、すなわち全体の表面積が大きいものとすることができるので、その微粗面に無電解めっき法で被着する金属膜に対する触媒作用を有する触媒金属等を有効に被着させておくことができ、石英基体表面に直接無電解めっき法で金属膜を被着形成することができる。この場合、無電解めっき法により被着させた金属膜と石英基体の表面とのアンカー効果が極めて大きくなるため、無電解めっき法により被着させた金属膜と石英基体との密着性を高くすることができる。

従って、Ｒａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面は、無電解めっき法の触媒化工程における触媒金属の吸着をより確実なものとし、また、Ｒａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面とＲａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面との組み合わせにより、無電解めっき法で形成された金属膜を石英基体に強固に被着させることができる。

本発明の基体およびその製造方法ついて以下に詳細に説明する。

本発明の基体は、光ファイバ、光ファイバ用コネクタ、光ディスク基板、光学レンズ、光学レンズ保持基板等として用いられる石英から成る基体である。

図１は、本発明の基体の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は基体、２は粗面、３は微粗面、４はＮｉ−Ｐ層、５はＡｕ層、６は金属膜である。

基体１は、表面に算術平均粗さＲａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面２が形成されているとともに、粗面２の表面が算術平均粗さＲａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面３とされている。そして、基体１の表面には、例えばＮｉ−Ｐ層４とＡｕ層５とを順次被着させた金属膜６が形成されている。

基体１は、例えば光ファイバ用コネクタとして使われる場合、軸方向に貫通穴を設けた円柱状の石英の側面に、金属膜６を全周にわたって被着形成した構成である。基体１の金属膜６が、光半導体素子を収納した光半導体素子収納用パッケージ（図示せず）に半田を介して接合され、その後、基体１の貫通穴内に光ファイバが挿入され、コネクタにガラス封止材を介して接合される。そして、光ファイバを通って伝送されてきた光信号が、光半導体素子収納用パッケージ内部に入り、光半導体素子で受光される
次に、本発明の基体の製造方法について説明する。本発明の基体の製造方法は、機械的な粗面化工程、エッチング工程、センシタイジング工程、アクチベーティング工程、次いで無電解めっき工程の順に行われる。また、各工程間には洗浄工程が設けられている。

機械的な粗面化工程は、基体１上に粗面２を形成するための工程である。機械的な粗面化工程は、ウエットブラスト装置、ドライブラスト装置、砥石（研磨テープ、砥粒等でも良い）等を用いることによって実施できる。

次に、エッチング工程は、粗面２の表面を微粗面３とするための工程である。エッチング処理液としては、フッ酸（フッ化水素アンモニウム、水酸化ナトリウム等でも良い）等を用いることができる。

ここで、本発明の基体の製造方法おいては、基体１の表面に、機械的な粗面化処理により算術平均粗さＲａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面２を形成した後、この粗面２が形成された基体１にエッチング処理を施して、粗面２の表面に算術平均粗さＲａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面３を形成する。このとき、エッチング処理を施さず、機械的な粗面化処理だけであると、粗面２の凹凸が単純な形状となり、無電解めっき法により被着させた金属膜６と基体１表面とのアンカー効果が弱くなり、基体１表面に密着性良く金属膜６を被着させることができなくなる。その結果、半田付けする際に金属膜６が基体１から剥離したり、半田濡れ不良が発生するといった不具合が発生する。

一方、機械的な粗面化処理を行わずエッチング処理だけであると、基体１の表面に凹凸が形成されず、基体１の表面が均一にエッチングされてしまい、粗面を形成できない。その結果、無電解めっき法の触媒化工程における触媒金属の吸着がなくなる、もしくは少なくなることにより、無電解めっきの反応が起こらないといった不具合が発生する。

また、機械的な粗面化処理により形成した粗面２のＲａ１が０.０１μｍ未満であると、エッチング処理を施して形成する微粗面３の形成が不十分となり、基体１の表面に十分な微粗面が形成できなくなる。その結果、無電解めっき法により被着させた金属膜６と基体１表面とのアンカー効果が弱くなり、基体１表面に密着性良く金属膜６を被着させることができなくなる。一方、粗面２のＲａ１が０.２μｍを超えると、基体１の表面に無電解めっき法により金属膜６を被着させたときに、金属膜６の表面が粗くなりすぎてしまい、外観的な不具合を生じたり、半田が流れすぎるといった不具合を生じる。

さらに、エッチング処理により形成した微粗面３のＲａ２が１０ｎｍ未満であると、無電解めっきの触媒化工程における触媒金属の吸着量が少なくなり、無電解めっきの反応性が損なわれる他、機械的な粗面化処理により形成した粗面２の凹凸が単純な形状となり、無電解めっき法により被着させた金属膜６と基体１表面とのアンカー効果が弱くなり、基体１表面に密着性良く金属膜６を被着させることができなくなる。一方、微粗面３のＲａ２が９００ｎｍを超えると、機械的な粗面化処理により形成した粗面２が過剰にエッチングされ、凹凸がなめらかになってしまう。その結果、基体１の表面に密着性良く金属膜６を被着させることができなくなる。

次に、センシタイジング処理およびアクチベーティング処理は、基体１上に無電解めっき反応を開始させるために必要な触媒活性を与える工程である。つまり、センシタイジング処理は、基体１をセンシタイザー（感応性付与剤）溶液に浸漬することにより、基体１上に金属イオンを吸着させる工程であり、センシタイザー溶液としては、塩化第一錫または硫酸第一錫を主体とした溶液を用いることができる。また、アクチベーティング処理は、センシタイジング処理を施した基体１をアクチベーティング溶液に浸漬し、センシタイジング処理により基体１上に吸着した金属イオンの還元作用によって、触媒活性の強い金属微粒子を基体１上に一様に分布形成する工程であり、アクチベーティング溶液としては、塩化パラジウムを含有した溶液を用いることができる。

さらに、無電解めっきは、基体１を無電解めっき液に浸漬することにより、基体１上に金属膜を形成する工程である。無電解ニッケルめっきを行う場合、めっき液として、水溶性ニッケル塩、有機酸塩（錯化剤）及び次亜リン酸または次亜リン酸塩（次亜リン酸ナトリウム等）等の還元剤を含有しためっき液を用いることができる。また、無電解金めっきを行う場合、めっき液として、シアン化金カリウム、有機酸塩（錯化剤）及びジメチルアミンボランや水素化ホウ素ナトリウム等の還元剤を含有した溶液を用いることができる。

本発明の実施例について以下に詳細に説明する。

長さ５ｍｍ、直径２ｍｍの円柱状の石英基体１を治具に固定し、ウエットブラスト処理を施し、表１に示すように、石英基体１表面に粗面２として、算術平均粗さＲａ１がＲａ１＝０．０１μｍの粗面２を形成したもの（実施例１）、Ｒａ１＝０．１μｍである粗面２を形成したもの（実施例２）、Ｒａ１＝０．２μｍの粗面２を形成したもの（実施例３）、Ｒａ１＝０．００５μｍの粗面２を形成したもの（比較例１）、およびＲａ１＝０．２５μｍの粗面２を形成したもの（比較例２）を準備した。

次に、これらの石英基体１を１０ｇ／Ｌ（グラム／リットル）のフッ化水素アンモニウム溶液に５分間浸漬してエッチング処理し、流水洗浄した。このとき、石英基体１表面に形成した微粗面３の算術平均粗さＲａ２を原子間力顕微鏡を用いて測定した結果、Ｒａ２＝５００ｎｍであった。

次に、５ｇ／Ｌの塩化スズ溶液に３分間浸漬してセンシタイジング処理し、流水洗浄した。次に、石英基体１を０．５ｇ／Ｌの塩化パラジウム溶液に５分間浸漬してアクチベーティング処理し、流水洗浄した。

その後、石英基体１について、無電解Ｎｉ−Ｐめっき液（奥野製薬工業（株）製「ＩＣＰニコロンＧＩＢ」を用いて、浴温８５℃の条件で１５分間めっきを行った。次に、石英基体１をシアン化金カリウム、有機酸塩（錯化剤）及びジメチルアミンボランから成る無電解Ａｕめっき液を用いて、浴温８５℃の条件で５分間めっきを行った。

得られた金属膜６の外観を観察したところ、比較例２は金属膜６の表面が粗く、くすんだ色調であったが、実施例１〜３および比較例１の外観は良好であった。また、これらの石英基体１を錫−鉛共晶半田でディッピングした結果、比較例１は石英基体１と金属膜６の間で剥離が生じたが、実施例１〜３および比較例２は濡れ性、密着性ともに良好であった。

次に、長さ５ｍｍ、直径２ｍｍの円柱状の石英基体１を治具に固定し、ウエットブラスト処理を施し、石英基体１表面の粗面２のＲａ１がＲａ１＝０．１μｍであるものを準備した。この石英基体１を１０ｇ／Ｌのフッ化水素アンモニウム溶液でエッチングし、表２に示すように、粗面２の表面に微粗面３として、Ｒａ２＝１０ｎｍの微粗面を形成したもの（実施例４）、Ｒａ２＝１００ｎｍの微粗面を形成したもの（実施例５）、Ｒａ２＝５００ｎｍの微粗面を形成したもの（実施例６）、Ｒａ２＝９００ｎｍの微粗面を形成したもの（実施例７）、Ｒａ２＝５ｎｍの微粗面を形成したもの（比較例３）、Ｒａ２＝５ｎｍの微粗面を形成したもの（比較例４）を作製した。

これらの石英基体１に、実施例１〜３および比較例１，２と同様の処理を施し金属膜６を形成した。

そして、実施例４〜７、比較例３，４の金属膜６の外観を観察したところ、すべて良好であった。また、これらの石英基体１を錫−鉛共晶半田でディッピングした結果、比較例３，４は石英基体１と金属膜６との間で剥離が生じた。実施例４〜７は濡れ性、密着性ともに良好であった。

次に、長さ５ｍｍ、直径２ｍｍの円柱状の石英基体１を治具に固定し、ウエットブラスト処理を施し、石英基体１表面に粗面２のＲａ１がＲａ１＝０．１μｍであるものを準備した。表３に示すように、この石英基体１にエッチング処理を施さない他は、実施例１〜３、比較例１，２と同様の処理を施し金属膜６を形成したもの（比較例５）を得た。

また、長さ５ｍｍ、直径２ｍｍの円柱状の石英基体１にウエットブラスト処理を施さない他は、実施例１〜３、比較例１，２と同様の処理を施したもの（比較例６）を作製したが、めっき反応が起こらず、金属膜６が形成できなかった。なお、比較例６のエッチング処理後の微粗面３のＲａ２はＲａ２＝０．００２μｍであった。

比較例５の外観を観察したところ、良好であった。また、比較例５を錫−鉛共晶半田でディッピングした結果、石英基体１と金属膜６との間で剥離が生じた。

以上より、本発明によれば、半田付けをする際に剥離が生じることのない金属膜６を有した基体１、およびその製造方法を提供することができた。

なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。

本発明の基体の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１：基体
２：粗面
３：微粗面
４：Ｎｉ−Ｐ層
５：Ａｕ層
６：金属膜

Claims (2)

1. 表面に算術平均粗さＲａ１が０.０１乃至０.２μｍである粗面が形成されているとともに、該粗面の表面が算術平均粗さＲａ２が１０乃至９００ｎｍの微粗面とされており、表面に金属膜が被着されている石英から成ることを特徴とする基体。
2. 請求項１記載の基体の製造方法であって、表面に機械的な粗面化処理により前記粗面を形成した後、前記粗面の表面にエッチング処理を施して前記微粗面を形成し、しかる後、表面に無電解めっき法により金属膜を被着させることを特徴とする基体の製造方法。

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