JP2009282340A

JP2009282340A - 構造体、及び光学部品

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Publication number: JP2009282340A
Application number: JP2008134926A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ogasawara; 厚志小笠原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2009-12-03

Abstract

【課題】光学素子の接合信頼性の高い構造体及び光学部品を提供すること。
【解決手段】
構造体１０は、基体１の上面に光学素子４を搭載すべき搭載部２を有しており、前記上面は、該搭載部２の一部に設けられた第１領域３と、該第１領域３に隣接して設けられた前記第１領域３よりも表面粗さが小さい第２領域１ｂと、を具備し、前記第１領域３の酸化度は、前記第２領域１ｂの酸化度よりも高いことを特徴とする。
構造体１０は、前記第１領域３は、前記基体材料１ａを中心とし、その周囲に酸化膜３ａが形成されてなる粒子６が存在することが好ましい。
また、光学部品１００は、上記構成の構造体１０と、搭載部２に樹脂接着剤５を介して取着された光学素子４と、を具備して成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子を搭載するための構造体及び光学部品に関する。

従来、基板と光学素子とは接着剤を固化して固定していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−５９０７９号公報

しかしながら、近年の光学素子の小型化に伴い、光学素子の接着領域が小さくなる傾向にあるため、従来の接合層では、光学素子を金属に強固に接合することが困難であった。

そこで、光学素子の接合信頼性が高い構造体及び光学部品が望まれていた。

本実施態様にかかる構造体は、基体の上面に光学素子を搭載すべき搭載部を有しており、前記上面は、該搭載部の少なくとも一部に設けられた第１領域と、該第１領域に隣接して設けられた前記第１領域よりも表面粗さが小さい第２領域と、を具備し、前記第１領域の酸化度は、前記第２領域の酸化度よりも高いことを特徴とする。

本実施態様にかかる光学部品は、上記構成の構造体と、前記搭載部に樹脂接着剤を介して取着された光学素子と、を具備したことを特徴とする。

本実施態様にかかる構造体は、基体の上面に光学素子を搭載すべき搭載部を有しており、前記上面は、該搭載部の少なくとも一部に設けられた第１領域と、該第１領域に隣接して設けられた前記第１領域よりも表面粗さが小さい第２領域と、を具備し、前記第１領域の酸化度は、前記第２領域の酸化度よりも高いことから、第１領域の方が基体の第２領域よりも樹脂接着剤の濡れ性が向上する。したがって、樹脂接着剤は、基体の第２領域から第１領域へ流動し易い。その結果、第１領域に十分な樹脂接着剤の流れ込みを可能にし、光学素子との接合信頼性が高い構造体を提供することができる。

本実施態様にかかる光学部品は、上記構成の構造体と、前記搭載部に樹脂接着剤を介して取着された光学素子と、を具備したことから、光学素子の側面に樹脂接着剤が被着することを抑制できるため、光学素子の光学特性の劣化を抑制したものとなる。

以下、本実施形態にかかる構造体１０及び光学部品１００について詳細に説明する。

本実施形態にかかる光学部品１００は、基体１の上面に光学素子４を搭載すべき搭載部２を有しており、上面は、該搭載部２の一部に設けられた第１領域３と、該第１領域３に隣接して設けられた第１領域３よりも表面粗さが小さい第２領域１ｂと、を具備する。また、第１領域３の酸化度は、第２領域１ｂの酸化度よりも高いものである。さらに、搭載部２に樹脂接着剤５を介して取着された光学素子４を有する。

この場合、基体１の上面に、該搭載部２の一部に設けられた第１領域３と、該第１領域３に隣接して設けられた第１領域３よりも表面粗さが小さい第２領域１ｂと、を有することから、搭載部２において樹脂接着剤５と基体１との接着面積が増加することから接着性に優れる。なお、表面粗さとは、ＪＩＳＢ０６６０１９９８で定義される算術平均粗さ（Ｒａ）を示すものである。

その上、第１領域３の酸化度は、第２領域１ｂの酸化度よりも高いことから、第１領域３の方が基体１の第２領域１ｂよりも樹脂接着剤５の濡れ性が向上する。したがって、樹脂接着剤５は、第２領域１ｂから第１領域３へ流動し易い。その結果、第１領域３に十分な樹脂接着剤５の流れ込みを可能にし、光学素子４と基体１との接合信頼性が高い光学部品１００を提供することができる。

また、樹脂接着剤５は、基体１の第２領域１ｂから第１領域３へ流動することから、樹脂接着剤５が搭載部２の外へ漏れ出し、光学素子４の側面に樹脂接着剤５が被着することを抑制できる。

その結果、光学素子４が、その側面に被着した樹脂接着剤５によって、光学特性が劣化することを抑制できる。

以下、本実施形態にかかる構造体１０について、各構成要素について詳細に説明する。
＜構造体＞構造体１０は、基体１の上面に光学素子４を搭載すべき搭載部２を有しており、該上面は、搭載部２の一部に設けられた第１領域３と、該第１領域３に隣接して設けられた第１領域３よりも表面粗さが小さい第２領域１ｂと、を具備する。

基体１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，ステンレス鋼（ＳＵＳ）や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ），Ｃｕ−モリブデン（Ｍｏ）の焼結材等の金属や、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質焼結体等のセラミックス、または樹脂等から成り、金属から成る場合、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法、または射出成形と切削加工等を施すことによって、所定の形状に製作される。基体１は、四角形の平板状（直方体状）や円板状等、種々の形状とすることができる。

基体１がセラミックスまたは樹脂から成る場合、基体１の表面には金属層が被着されていてもよい。例えば、基体１がセラミックスから成る場合、Ｗ，Ｍｏ，マンガン（Ｍｎ）等から成る金属層が、従来周知のメタライズ法によって被着形成されている。

また、基体１の第１領域３を除く表面にはさらに金（Ａｕ）やＮｉ等の耐腐食性に優れる保護金属層が被着されていてもよく、この構成により、基体１の表面全体が腐食するのを抑制することができる。

以下、本実施形態にかかる構造体１０の第１領域３について説明する。

図１（ａ）は、本実施形態の光学部品１００を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光学部品１００のＸ−Ｘ’線における断面図である。

基体１に樹脂接着剤５が被着した状態から、第１領域３の算術平均粗さ（Ｒａ）を測定するためには、以下の手法を用いることができる。

すなわち、まず基体１に被着した樹脂接着剤５を従来周知の溶剤で除去する。次に、例えばZYGO社製New View５０３２装置を用いて、基体１の搭載部２の第１領域と、基体１の第２領域１ｂの領域とを同じ面積で測定する。最後に、両者の算術平均粗さを比較すれば、表面粗さの大小関係を得ることができる。

また、第１領域３は、図１（ａ）又は図１（ｂ）に示すように、光学素子４を搭載すべき搭載部２に設けられている。この第１領域３の酸化度は、基体１の第２領域１ｂの酸化度よりも高いものである。

ここで、酸化度とは、単位面積当たりの酸素原子の数のことである。

すなわち、酸化度は、単位面積当たりの酸素原子の数を増加させることによって増加する。また、単位面積当たりの酸素原子の数を増加させる方法は、例えば、酸化度を高めたい部位に酸化加工を施せばよい。具体的には、酸化度を高めたい部位にレーザ光を照射することが挙げられる。

また、他の酸化加工としては、基体１に自然酸化膜を形成する方法や、基体１を酸素雰囲気で加熱することで酸化させてもよい。

すなわち、酸化度の高い第１層と酸化度の低い第２層とを備え、従来周知の加工方法により、第１層の所定部位を除去すれば、第２層の表面を露出させることができる。その後、基体１表面に自然酸化膜を形成させればよい。

このように、材料によって酸化度は異なるため、基体１を異なる材料を用いた多層構造とすれば、自然酸化膜や酸素雰囲気中で基体１に酸化膜を形成した場合であっても、基体１の酸化度に大小関係をもたせることができる。

なお、酸化度の測定方法は、光電子分光分析法（ＸＰＳ）等の元素分析装置を用いて、元素分析による酸素元素の量の測定を行えばよい。

具体的には、基体１の第２領域１ｂと第１領域３のそれぞれの表面に、同じ強度の電子線を同じ量だけ照射する。次に、基体１の第２領域１ｂまたは第１領域３より反射してくる二次電子を解析して、酸素原子の量を測定する。最後に、両者を比較して酸素原子の量が多い方が、酸化度が高いとみなすことができる。

本実施形態にかかる構造体１０は、上面に、光学素子４を搭載すべき搭載部２と第２領域１ｂとを有する基体１と、搭載部２に設けられ、第２領域１ｂよりも表面粗さの粗い第１領域３と、を具備し、第１領域３の酸化度は、第２領域１ｂの酸化度よりも高いことから、樹脂接着剤５に対して、第１領域３の濡れ性が向上する。したがって、樹脂接着剤５は、基体１の第２領域１ｂから第１領域３へ流動し易い。

それゆえ、樹脂接着剤５が光学素子４の側面まで漏れ出すことを抑制できる。その結果、光学素子４は、その側面に被着した樹脂接着剤５によって、光学特性が劣化することを抑制できる。

第１領域３は、好ましくは、ＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザ等のレーザ光を照射することによって形成するのがよい。

レーザ光を照射して加工することで、粗面化加工と酸化加工とを同時に行うことができ、第１領域３を効率よく形成できる。

すなわち、レーザ光を照射した第１領域３では、基体１の酸化反応が促進されるため、自然酸化膜の酸化度よりも高い酸化度を有する酸化膜３ａを形成することができる。

他の第１領域３の形成方法は、基体１が金属から成る場合、基体１の第２領域１ｂ全面にメッキ法等によってＡｕやＮｉ等の耐腐食性に優れる保護金属層を被着させ、第１領域３となる基体１の一部分のみに砥石等を用いた研磨加工を施すことによって保護金属層を除去し、第１領域３としてもよい。

また、研磨加工を施された面は、基体１の第２領域１ｂより表面粗さが粗くなるとともに、保護金属層が除去されるので、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，ＳＵＳやＣｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏの焼結材等の金属から成る基体１が表面に露出して酸化しやすくなり、第２領域１ｂよりも酸化度が高いものとすることができる。

さらに、基体１が金属から成る場合、搭載部２に搭載される光学素子４から熱が発生する場合であっても効率良く熱放散させることができるという利点がある。

基体１がセラミックスまたは樹脂から成る場合、第１領域３の形成方法は、基体１となるセラミックスまたは樹脂に直接レーザ光照射したり、砥石等を用いた研磨加工を施したりすることによって第１領域３としてもよい。この場合、好ましくは、基体１の搭載部２にＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ等から成る金属層を形成し、その金属層の上に、さらにＡｕやＮｉ等の耐腐食性に優れる保護金属層を被着形成する。その後、保護金属層をレーザ光照射したり、砥石等を用いた研磨加工を施したりすることによって保護金属層を除去し、第１領域３とするのがよい。

このように金属層を形成することで酸化度の高い第１領域３を形成することができる。

また、基体１がセラミックス，樹脂の絶縁体から成る場合は、基体１に複数の電子部品を搭載する場合において、各電子部品を絶縁させた状態で搭載することが可能となるという利点がある。

図２に、本実施形態の構造体１０の他の例を示す第１領域３の拡大断面図を示す。

図２に示すように、第１領域３は、基体材料１ａを中心とし、その周囲に酸化膜３ａが形成されてなる粒子６が存在するのがよい。

この場合、第１領域３における酸化度は、粒子６によってさらに高まる。その上、樹脂接着剤５と酸化膜３ａとの接合面積は、単に基体１を粗面化した場合よりも増加するため、より強固に基体１と光学素子４とを樹脂接着剤５によって接合することができる。

このような第１領域３を形成するためには、レーザ光を基体１の第２領域１ｂに照射して第１領域３を形成することが好ましい。すなわち、レーザ光により、基体１は掘り下げられる際に、基体材料１ａは酸化膜３ａを形成した状態で第１領域３内部に被着するため、第１領域３を形成する際に、容易に基体材料１ａを中心として、その周囲に酸化膜３ａが形成されてなる粒子６を第１領域３に設けることができる。

本実施形態にかかる構造体１０において、好ましくは、酸化膜３ａの厚みは、５μｍ以上とするのがよい。この構成により、酸化膜３ａの厚さが安定なものとなり、酸化膜３ａの厚さにバラツキが生じるのを防止し、樹脂接着剤５の流動性を良好なものとすることができる。

酸化膜３ａの厚みの測定方法として、例えば、第１領域３の断面を、上述した光電子分光分析法（ＸＰＳ）等の元素分析装置にて元素分析してマッピングを行い、マッピングされた結果より、酸化膜３ａの厚みを測定すればよい。

次に、第１領域３の形成パターンについて以下に説明する。

図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、第１領域３の形成パターンの変形例を示す平面図である。例えば、図３（ａ）に示すようなドット状、図３（ｂ）に示すような直線状、図３（ｃ）に示すようなＸ字状、図示しないが面形状等種々の形状とすることができる。

特に、図３（ａ）に示すように第１領域３がドット状に配置されていることが好ましい。

この構成により、第１領域３に光学素子４を平坦に搭載させることができる。

すなわち、図３（ａ）に示すパターンは、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すパターンと比較して、第１領域３の長手方向が短いため、樹脂接着剤５が第１領域３を伝い、光学素子４の側面まで漏れ出すことを一層抑制できる。

また、レーザ光照射による加工は、ＹＡＧレーザの第１高調波（波長：１０６４ｎｍ）等を用いたレーザマーカーを用いるのが好ましいが、より好ましくは短波長で高出力である第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いるのがよい。

ＹＡＧレーザの第２高調波は第１高調波に比べ出力が高いため、ＹＡＧレーザの第２高調波のレーザ光を照射させて加工することで、精細かつ加工ピッチの小さい加工を施すことができる。

精細な加工ができるので、第１領域３にバリが形成されるのを抑制し、第１領域３に搭載される光学素子４がバリによって傾いて搭載されるのを防止することができる。よって、光学素子４の光学軸合わせを良好なものとすることができる。

また、図３（ａ）乃至図３（ｃ）では、搭載部２の平面視形状が四角形、すなわち光学素子４の基体１と接着される面形状が四角形である場合を示しているが、搭載部２の平面視形状は光学素子４の基体１との接着面形状に応じて、円形、楕円形、多角形等種々の形状とすることができる。

以下、上記の構造体１０を用いた光学部品１００について説明する。
＜光学部品＞光学部品１００は、上記構成の構造体１０と、搭載部２に樹脂接着剤５を介して取着された光学素子４と、を具備する。

搭載部２に搭載される光学素子４としては、光学レンズ、光導波路等の光透過部材、又は半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等を用いることができる。

樹脂接着剤５は、例えば、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、シリコーン樹脂系等の接着剤を用いることができる。

特に、樹脂接着剤５がエポキシ樹脂の場合は、他の樹脂と比較して接着強度の面で硬化した際に硬くなるという作用により接着強度が高まるという効果を奏する。

また、アクリル樹脂，シリコーン樹脂の場合は、光学素子４を接着するという面で光による劣化が少ないという作用により光学素子４を長期にわたって接着固定できるという効果を奏する。

これらの樹脂接着剤５は、酸化度の高い第１領域３側へ樹脂接着剤５が流れ込むとともに、光学素子４の自重と、上記流動性によって、基体１に光学素子４を安定した状態で搭載することができる。その結果、光学素子４を所定の位置に平坦に搭載することができ、光学軸合わせが必要な光学素子４に対して、特に有効なものとなる。

また、樹脂接着剤５は、搭載部２の第１領域３に形成された酸化膜３ａと密着して、光学素子４を搭載部２に強固に接着固定することができ、接着後に光学素子４に外力が作用しても、光学素子４が位置ずれするのを抑制し、光学軸合わせされた状態を保持することができる。

従って、上記の構成により、基体１に光学素子４を安定して搭載することができ、良好に光学軸合わせされ、所定の光学特性を有する光学部品１００とすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

図１（ａ）は、本実施形態の光学部品を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光学部品のＸ−Ｘ’線における断面図である。本実施形態の構造体の他の例を示す第１領域の拡大断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、第１領域の形成パターンの変形例を示す平面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：基体材料
１ｂ：第２領域
２：搭載部
３：第１領域
３ａ：酸化膜
４：光学素子
５：樹脂接着剤
６：粒子
１０：構造体
１００：光学部品

Claims

基体の上面に光学素子を搭載すべき搭載部を有しており、
前記上面は、該搭載部の少なくとも一部に設けられた第１領域と、該第１領域に隣接して設けられた前記第１領域よりも表面粗さが小さい第２領域と、
を具備し、
前記第１領域の酸化度は、前記第２領域の酸化度よりも高いことを特徴とする構造体。
前記第１領域は、前記基体材料を中心とし、その周囲に酸化膜が形成されてなる粒子が存在することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
前記酸化膜の厚みは、５μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の構造体。
前記第１領域は、レーザ光を照射することにより形成してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の構造体。
前記第１領域は、前記搭載部にドット状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の構造体。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の構造体と、
前記搭載部に樹脂接着剤を介して取着された光学素子と、
を具備した光学部品。