JP2007122808A

JP2007122808A - 光学部品の接合方法、および光ピックアップ

Info

Publication number: JP2007122808A
Application number: JP2005313600A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mori; 正裕森; Izuru Nakai; 出中井; Toshiharu Kimura; 敏春木村; Takeshi Fujishima; 猛藤島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-17
Also published as: US20070095806A1; US7897892B2

Abstract

【課題】光源と結合ベース間の相対位置変化のばらつきを低減させ、接合後の位置精度を安定させることによって製品としての特性を確保することが可能な光学部品の接合方法を提供する。
【解決手段】光源２と結合ベース１とを所定の隙間を設けて保持し、その隙間にレーザ光による熱エネルギーによって溶融させた半田ペーストを流入させ、半田層３２を介して光源２と結合ベース１とを接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ディスク装置に用いられる光ピックアップを製造するに際し、光源とその光源を保持する結合ベースとを好適に接合するための光学部品の接合方法、およびその接合方法により光源と結合ベースが接合された光ピックアップに関する。

近年、ＤＶＤなどの光ディスクに対し記録や再生を行う光ディスク装置が普及している。この光ディスク装置に用いられる光ピックアップの製造においては、光源と該光源を保持する結合ベースとの接合に精密性が要求される。以下、従来の接合方法について説明する。

図４（ａ）に光ピックアップ用の光源を保持する結合ベースの斜視図を示す。また、図４（ｂ）に光ピックアップ用の光源の斜視図を示す。図４に示すように、結合ベース１には光源２と接合するための接合部１１、１２が設けられ、光源２には結合ベース１と接合するための側方部２１、２２が設けられている。結合ベース１と光源２との接合は、各部品を予め所定の位置に調節した後、結合ベース１の接合部１１、１２上へ半田材料を供給してレーザ照射し、接合部１１、１２と側方部２１、２２を半田付けすることで行う。

図５（ａ）に結合ベース１と光源２とを接合した後の正面図を示す。また、図５（ｂ）に結合ベース１と光源２とを接合した後の底面図を示す。従来は、図５に示すように、半田３は光源２の外縁に接するように凝固し、かつ結合ベース１と光源２の接合界面が接触している角部に凝固していた（例えば特許文献１参照。）。

しかしながら、従来の接合方法には以下の問題があった。すなわち、半田材料を溶融させて接合を行うために加熱を行うが、このとき光源や結合ベースに熱が加わり、各部材が熱膨張を起こす。その際、光源や結合ベースを構成する材質や形状および保持方法の違いにより熱膨張する方向が異なり、光源と結合ベース間の相対位置が動き、相対位置が動く際に光源と結合ベース間の接合界面における摩擦力が強い場合は、半田溶着後に温度が下がって戻ってくる位置が大きくばらつくという問題があった。また、結合ベースはダイカストを使用しているため、半田接合による加熱時に内部の残留応力が解放され、光源と結合ベース間の相対位置が変化してしまうという問題があった。

以上の問題から、従来の接合方法では、各部品を予め所定の位置に調節した状態から半田接合を行った場合、接合後に光源と結合ベース間の相対位置が変化して、製品としての特性が確保できなかった。
特開２００５−１６６１５７号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、光源と結合ベースとを所定の隙間を設けて保持し、その隙間にレーザ光による熱エネルギーによって溶融させた半田材料を流入させ、光源と結合ベースとを接合することにより、光源と結合ベース間の相対位置変化のばらつきを低減させ、接合後の位置精度を安定させることによって製品としての特性を確保することが可能な光学部品の接合方法、およびその接合方法により光源と結合ベースが接合された光ピックアップを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の光学部品の接合方法は、光源と前記光源を保持する結合ベースとを所定の隙間を設けて保持し、前記隙間にレーザ光による熱エネルギーによって溶融させた半田材料を流入させ、前記光源と前記結合ベースとを接合することを特徴とする。

また、本発明の請求項２記載の光学部品の接合方法は、請求項１記載の光学部品の接合方法であって、半田材料に前記半田材料よりも融点の高い物質を混入させ、光源と結合ベースとの隙間を保持することを特徴とする。

また、本発明の請求項３記載の光学部品の接合方法は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の光学部品の接合方法であって、半田材料を供給する前に前記結合ベースにレーザ光を照射することを特徴とする。

また、本発明の請求項４記載の光学部品の接合方法は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光学部品の接合方法であって、前記隙間は５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする。

また、本発明の請求項５記載の光学部品の接合方法は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光学部品の接合方法であって、半田材料は低温半田であることを特徴とする。

また、本発明の請求項６記載の光ピックアップは、光源と、前記光源を保持する結合ベースとを有し、前記光源と前記結合ベースが半田層を介して接合されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項７記載の光ピックアップは、請求項６記載の光ピックアップであって、半田層に半田材料よりも融点の高い物質が混入されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項８記載の光ピックアップは、請求項６もしくは７のいずれかに記載の光ピックアップであって、前記半田層は５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする。

本発明によれば、光源と結合ベースとが所定の高さの半田層を介して接合されるので、光源と結合ベース間の接合界面の摩擦力を低減することができ、接合時の部材間の相対位置ばらつきを少なく保ち、数μｍオーダーの位置精度での接合が可能となり、製品としての特性を確保することが可能となる。

また、半田を供給していない状態で結合ベースにレーザ光を照射することにより、結合ベースの内部歪を除去することができ、接合時の熱膨張量のばらつきや熱膨張による変形を低減することが可能となり、数μｍオーダーの位置精度の接合が可能となって、製品としての特性を確保することが可能となる。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１における結合ベースと光源のレーザ照射時の正面図を示す。ここでは、大きさが約１０．０×１０．０ｍｍ角の結合ベース１と、大きさが約５．０×５．０ｍｍ角の光源２を例に説明するが、無論、この大きさに限定されるものではない。

光ピックアップ用の光源２を保持する結合ベース１には、光源２に設けられた側方部２１、２２と接合する接合部１１、１２が設けられている。接合部１１、１２と側方部２１、２２の接合界面は共に、亜鉛（Ｚｎ）、すず（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、またはそれらの合金などの金属材料で形成することが好ましい。

光源２を結合ベース１に半田付けする際には、まず側方部２１、２２と接合部１１、１２の接合界面間に３０．０μｍの間隔を保持したまま、光源２から得られる光量と光軸が適切な量・位置となるように、結合ベース１と光源２の相互位置を決定する。

結合ベース１と光源２の位置が決定したところで、接合部１１、１２と側方部２１、２２の接合界面付近の接合部１１、１２上に半田材料である半田ペースト（クリーム半田）３１を１点当たり約０．５ｍｇ塗布する。なお、半田材料としては、Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金などの低温半田を用いることが好ましい。

半田ペースト３１を塗布した後、塗布した半田ペースト３１を溶融させるために、半田ペースト３１を塗布した付近にスポット形状１．０×２．０ｍｍ角程度のレーザ光を照射する。照射するレーザ光は、初めは４Ｗで４秒間照射し、その後レーザ光のパワーを上げて８Ｗで７秒間照射する。なお、半田ペースト３１を溶融させるために照射するレーザ光は直接半田ペースト３１に照射してもよいが、結合ベース１に照射し、その熱により半田ペースト３１を溶融させることが望ましい。

図２に、本実施の形態１における結合ベースと光源の接合後の底面図を示す。レーザ光による熱エネルギーにより溶融した半田ペーストは接合部１１、１２と側方部２１、２２の接合界面の間に設けられた隙間に流れ込む。レーザ光の照射停止後、半田ペーストが固化（凝固）することで結合ベース１と光源２とが高さ約３０．０μｍの半田層３２を介して接合される。

なお、ここでは、隙間４（半田層３２の高さ）が３０μｍ程度の場合について説明したが、無論、これに限るものではない。大きさが約１０．０×１０．０ｍｍ角の結合ベース１と、大きさが約５．０×５．０ｍｍ角の光源２を用いる場合には、隙間４は５μｍ〜１００μｍであることが望ましい。

上記した方法により、光源２と、光源２を保持する結合ベース１とを有し、光源２と結合ベース１とが半田層３２を介して接合された光ピックアップを製造することができる。

以上のように、結合ベースと光源とを所定の高さの半田層を介して接合することで、結合ベースと光源の接合界面の摩擦力を低減できる。それにより、レーザ照射時の熱膨張による相互作用が低減され、半田凝固時の相互位置ずれを抑制することができ、製品特性の安定性が向上する。また、溶融した半田材料が毛細管現象により接合界面に侵入しやすくなり、半田接合不良を防止できる。また、隙間に溶融した半田材料が流入することで、接合面積や熱容量が増加し、熱による光源の特性劣化や短寿命になることの少なくとも一方を防止できる。

（実施の形態２）
図３に、本発明の実施の形態２における結合ベースと光源の接合後の底面図を示す。但し、前述した実施の形態１で説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。また、結合ベース１と光源２を接合する時の半田ペーストの供給位置やレーザ光の照射位置については実施の形態１と同様であるため、図１を引用して説明する。

光源２を結合ベース１に半田付けする際には、実施の形態１と同様に、まず側方部２１、２２と接合部１１、１２の接合界面間に３０．０μｍの間隔を保持したまま、光源２から得られる光量と光軸が適切な量・位置となるように、結合ベース１と光源２の相互位置を決定する。各部材の位置が決定したところで、接合部１１、１２と側方部２１、２２の接合界面付近の接合部１１、１２上に半田材料である半田ペースト（クリーム半田）３１を１点当たり約０．５ｍｇ塗布する。

本実施の形態２では、半田ペースト３１に、半田材料よりも融点の高い物質を材料とするボール状の物質５が５〜４０ｖｏｌ％の割合で混入されている。なお、この物質の形状はボール状に限るものではない。その形状は、大きさが均一で、平行な２つの平面で挟み込んだ際にその平面間が常に同じ間隔に保たれる形状であることが好ましい。ここでは光源２と結合ベース１の接合界面間の隙間が３０．０μｍであるので、直径３０．０μｍ程度のボール状物質を使用する。

半田ペースト３１を塗布した後、塗布した半田ペースト３１を溶融させるために、半田ペースト３１を塗布した付近にスポット形状１．０×２．０ｍｍ角程度のレーザ光を照射し、ボール状物質５の混入された半田ペースト３１を溶融させる。照射するレーザ光は、実施の形態１と同様に、初めは４Ｗで４秒間照射し、その後レーザ光のパワーを上げて８Ｗとして７秒間照射する。また、実施の形態１と同様に、レーザ光を直接半田ペースト３１に照射してもよいが、結合ベース１に照射し、その熱により半田ペースト３１を溶融させることが望ましい。

レーザ光による熱エネルギーにより溶融した半田ペーストはボール状物質５と共に接合部１１、１２と側方部２１、２２との隙間に流れ込む。レーザ光の照射停止後、ボール状物質５が隙間に入り込んだ状態で半田ペーストが固化（凝固）し、結合ベース１と光源２とが高さ約３０．０μｍの半田層３２を介して接合される。

なお、ここでは、隙間４（半田層３２の高さ）が３０μｍ程度の場合について説明したが、無論、これに限るものではない。大きさが約１０．０×１０．０ｍｍ角の結合ベース１と、大きさが約５．０×５．０ｍｍ角の光源２を用いる場合には、隙間４は５μｍ〜１００μｍであることが望ましい。よって、半田材料に混入させる物質も隙間４を５μｍ〜１００μｍに保持できる大きさのものを使用する。

上記した方法により、光源２と、光源２を保持する結合ベース１とを有し、光源２と結合ベース１とが、半田材料よりも融点が高く光源２と結合ベースとの間の隙間を保持する物質が混入した半田層３２を介して接合された光ピックアップを製造することができる。

以上のように、本実施の形態２によれば、半田材料より融点が高いボール状の物質５を半田ペースト３１に混入させることで、ボール状の物質５がスペーサーの役割を果たし、精度良く隙間４を維持することができる。

（実施の形態３）
以下、本実施の形態３について、図１を引用して説明する。但し、前述した実施の形態１で説明した部材と同一の部材については説明を省略する。また、結合ベース１と光源２を接合する時の半田ペーストの供給位置やレーザ光の照射位置は実施の形態１と同様である。本実施の形態３では、半田を供給していない状態で結合ベース１にレーザ光を照射して、熱履歴を与えた後に半田を供給する点が、実施の形態１と異なる。

光源２を結合ベース１に半田付けする際には、実施の形態１と同様に、まず側方部２１、２２と接合部１１、１２の接合界面間に３０．０μｍの間隔を保持したまま、光源２から得られる光量と光軸が適切な量・位置となるように、結合ベース１と光源２の相互位置を決定する。

その後、結合ベース１の半田ペースト３１が供給される位置にレーザ光を照射する。照射するレーザ光は、初めは４Ｗで４秒間照射し、その後レーザ光のパワーを上げて８Ｗとして７秒間照射する。この事前のレーザ照射により、結合ベース１の温度をその使用材料の転移温度以上に上昇させる。なお、レーザ照射方法は上記方法に限られるものではなく、転移温度以上に上昇させることができればよく、少なくとも１回以上照射すればよい。

その後、接合部１１、１２と側方部２１、２２の接合界面付近の接合部１１、１２上に半田材料である半田ペースト（クリーム半田）３１を１点当たり約０．５ｍｇ塗布し、半田ペースト３１を溶融させるために、半田ペースト３１を塗布した付近にスポット形状１．０×２．０ｍｍ角程度のレーザ光を照射して、半田ペースト３１を溶融させる。照射するレーザ光は、実施の形態１と同様に、初めは４Ｗで４秒間照射し、その後レーザ光のパワーを上げて８Ｗとして７秒間照射する。

なお、本実施の形態３では、結合ベース１と光源２の相互位置を決定した後、半田ペースト３１を塗布する前にレーザ光を照射しているが、結合ベース１と光源２の相互位置を決定する前にレーザ光を照射してもよい。

以上のように、本実施の形態３によれば、半田供給前に予めレーザ光を照射することで、結合ベースの内部歪を除去することができ、半田付け時の熱膨張量のばらつきや熱膨張による変形を低減することが可能となり、接合前後での位置変動を抑えることができる。

本発明にかかる光学部品の接合方法は、光ピックアップ用の光源と結合ベース間の相対位置変化のばらつきを低減させ、接合後の位置精度を安定させることによって製品としての特性を確保することが可能であり、精度の高い接合が要求される製品の製造に有用である。また、本発明にかかる光ピックアップは、光源と結合ベースの接合精度がよく、光ピックアップを搭載する光ディスク装置に有用である。

本発明の実施の形態１における結合ベースと光源の接合時の模式図（正面）本発明の実施の形態１における結合ベースと光源の接合後の模式図（底面）本発明の実施の形態２における結合ベースと光源の接合後の模式図（底面）結合ベースと光源の模式図従来の結合ベースと光源の接合後の模式図

符号の説明

１結合ベース
１１接合部
１２接合部
２光源
２１側方部
２２側方部
３半田
３１半田ペースト
３２半田層
４結合ベースと光源の接合界面間の隙間
５ボール状物質

Claims

光源と前記光源を保持する結合ベースとを所定の隙間を設けて保持し、前記隙間にレーザ光による熱エネルギーによって溶融させた半田材料を流入させ、前記光源と前記結合ベースとを接合することを特徴とする光学部品の接合方法。
半田材料に前記半田材料よりも融点の高い物質を混入させ、光源と結合ベースとの隙間を保持することを特徴とする請求項１記載の光学部品の接合方法。
半田材料を供給する前に前記結合ベースにレーザ光を照射することを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の光学部品の接合方法。
前記隙間は５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光学部品の接合方法。
半田材料は低温半田であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光学部品の接合方法。
光源と、前記光源を保持する結合ベースとを有し、前記光源と前記結合ベースが半田層を介して接合されていることを特徴とする光ピックアップ。
半田層に半田材料よりも融点の高い物質が混入されていることを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ。
前記半田層は５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項６もしくは７のいずれかに記載の光ピックアップ。