JP2013230502A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】融点の低いＡｕ−Ｓｎ９０％半田を接合後に硬質半田として使用し得る接合方法を実現する。
レーザ光源の位置に狂いが生じたり、半田が破壊されたりするといった問題を生じることのない、信頼性の高いレーザモジュールを実現する。
【解決手段】本発明の接合方法は、２つの部材Ａ，ＢをＡｕ−Ｓｎ半田で接合する接合方法である。本発明の接合方法においては、接合後のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ’におけるＳｎの重量％濃度を、３８．０％以上８２．３％以下としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田によって２つの部材を接合する接合方法に関する。

光ファイバにレーザ光を入射させる装置として、レーザモジュールが広く用いられている。レーザモジュールは、レーザ光を発するレーザ光源、レーザ光を受ける光ファイバ、及び、レーザ光源と光ファイバとの双方が取り付けられる放熱基板を備えている。レーザ光源及び光ファイバは、レーザ光源から発せられたレーザ光が光ファイバに効率よく入射するように位置合わせした上で放熱基板に固定される。

レーザモジュールでは、通常、レーザ光源と光ファイバとを直接的に放熱基板に接合するのではなく、先ず、レーザマウントとファイバマウントとを放熱基板に接合し、更に、レーザ光源と光ファイバとをレーザマウントとファイバマウントとに接合する構成が採用される。これらの部材の接合には、Ａｕ−Ｓｎ（金・錫）９０％半田やＡｕ−Ｓｎ２０％半田などが頻用されている。このような構成を有する光ファイバを開示した文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。

また、特許文献２には、Ｓｎの重量％濃度が１３％以下のＡｕ−Ｓｎ半田を用いて、レーザモジュールを構成する複数の部材を、前に接合した半田を再溶融させることなく、順に接合する接合方法が開示されている。

米国特許第６，７５８，６１０号明細書（登録日：２００４年６月６日） 特開２００３−２００２８９（公開日：２００３年７月１５日）

しかしながら、上述したＡｕ−Ｓｎ半田には以下のような問題があった。

すなわち、Ａｕ−Ｓｎ２０％半田は、その融点が２７８℃と高いため、Ａｕ−Ｓｎ２０％半田を用いて部材を接合すると、その部材に熱歪を生じさせる。したがって、半導体レーザチップなど、熱歪に弱い部材の接合には適さない。また、特許文献２に記載されたＡｕ−Ｓｎ半田は、その融点が３００℃以上であり、尚更、熱歪に弱い部材の接合には適さない。

一方、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田は、その融点が２１７℃であり、半導体レーザチップの接合にしばしば利用されるものである。しかしながら、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田は、ヤング率が小さい軟質半田（ソフトソルダ）であるため、部材の位置精度が低下し易いという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、融点の低い軟質のＡｕ−Ｓｎ９０％半田を、接合後に硬質半田として使用し得る接合方法を実現することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る接合方法は、第１の部材と第２の部材とをＡｕ−Ｓｎ半田で接合する接合方法であって、接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、８２．３％よりも大きく、接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、３８．０％以上８２．３％以下である、ことを特徴とする。また、上記課題を解決するために、本発明に係る接合方法は、第１の部材と第２の部材とをＡｕ−Ｓｎ半田で接合する接合方法であって、接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田は、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田であり、接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、３８．０％以上８２．３％以下である、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、接合後のＡｕ−Ｓｎ半田は、ε−ＡｕＳｎとη−ＡｕＳｎとの共晶を含む硬質半田（接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、５５．０％以上８２．３％以下である場合）、又は、δ−ＡｕＳｎとε−ＡｕＳｎとの共晶を含む硬質半田（接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、３８．０％以上６１．０％以下である場合）となる。また、第１の部材又は第２の部材の接合面に形成されたＡｕ層と併用すれば、Ｓｎの重量％濃度が８２．３％よりも大きいＡｕ−Ｓｎ半田、又は、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田を接合後に硬質半田として使用することが可能になる。

本発明に係る接合方法においては、接合前の上記第１の部材の接合面、及び、接合前の上記第２の部材の接合面の少なくとも何れか一方には、Ａｕ層が形成されており、接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田に含まれるＳｎの質量をｘ、接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田及び上記Ａｕ層に含まれるＡｕの合計質量をｙとしたときに、０．３８０≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．８２３となる、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記Ａｕ層に含まれるＡｕの質量が上記条件を満たすよう、上記Ａｕ層の厚などを調整するだけで、容易にＡｕ−Ｓｎ９０％半田を接合後に硬質半田として使用することが可能になる。

本発明に係る接合方法において、接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田は、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田である、ことが好ましい。

上記構成によれば、広く利用されているＡｕ−Ｓｎ９０％半田を使って、硬質半田を実現することができる。

なお、本発明は、上記接合方法を用いた接合工程を含むレーザモジュールの製造方法にも応用可能である。

本発明に係る接合方法は、第１の部材と第２の部材とをＡｕ−Ｓｎ半田で接合する接合方法であって、接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、３８．０％以上８２．３％以下である。したがって、Ｓｎの重量％濃度が８２．３％よりも大きいＡｕ−Ｓｎ半田、又は、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田を、接合後に硬質半田として使用することができる。

Ａｕ−Ｓｎ半田、及び、このＡｕ−Ｓｎ半田により接合される２つの部材の構成を示す断面図である。（ａ）は、接合前の状態、（ｂ）は接合後の状態を示す。 Ａｕ−Ｓｎ半田の状態図（相図）である。 図１に示す接合方法を適用した製造方法により製造される半導体レーザモジュールの全体像を示す斜視図である。 図３に示す半導体光モジュールの製造方法を示す模式図である。

〔接合方法の概要〕
本発明の一実施形態に係る接合方法について、図１を参照して説明する。本実施形態に係る接合方法は、２つの部材Ａ，ＢをＡｕ−Ｓｎ（金・錫）半田Ｓで接合する接合方法である。

なお、対象となる２つの部材Ａ，Ｂは、それぞれ、少なくとも１つの平面を有していればよい。この場合、これらの平面（以下「接合面」と記載）同士をＡｕ−Ｓｎ半田Ｓで接合する際に本実施形態に係る接合方法を適用することができる。部材Ａ，Ｂの材料は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＣｕＷ（銅タングステン）など、レーザモジュール等の光学装置に頻用される材料を想定する。

図１（ａ）は、２つの部材Ａ，Ｂの接合前の状態を示す断面図である。

部材Ａの接合面には、図１（ａ）に示すように、Ａｕ層ＭＡが形成されている。同様に、部材Ｂの接合面にも、図１（ａ）に示すように、Ａｕ層ＭＢが形成されている。これらのＡｕ層ＭＡ，ＭＢは、メッキや蒸着などによって部材Ａ，Ｂの接合面に形成されたものであり、「メタライズ」と呼ばれることもある。

Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓは、板状に成形されたＡｕ−Ｓｎ９０％半田である。Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓの融点は２１７℃であり、熱的なストレスに弱い半導体レーザなどの接合にしばしば用いられるものである。

Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓによる２つの部材Ａ，Ｂの接合は、部材Ａの接合面をＡｕ−Ｓｎ半田Ｓの一方の主面に当接させ、かつ、部材Ｂの接合面をＡｕ−Ｓｎ半田Ｓの他方の主面に当接させた状態で、部材Ｂをヒータステージ等で加熱することによって行われる。ヒータステージから部材Ｂに伝導した熱は、更に、部材ＢからＡｕ−Ｓｎ半田Ｓに伝導し、Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓの温度を上昇させる。

Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓの温度が融点２１７℃を超えると、Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓが溶融し、Ａｕ層ＭＡ〜ＭＢに含まれるＡｕが溶融したＡｕ−Ｓｎ半田Ｓに拡散する。したがって、溶融状態にあるＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ”（不図示）におけるＳｎの重量％濃度は、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田ＳにおけるＳｎの重量％濃度よりも小さくなる。これは、Ａｕ層ＭＡ〜ＭＢから拡散したＡｕによって、溶融状態にあるＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ”に含まれるＡｕの量が増え、Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓ”全体の中でＳｎが占める比率が減少するためである。

溶融状態にあるＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ”を冷却することによって、（１）η−ＡｕＳｎとβ−Ｓｎとの共晶、（２）ε−ＡｕＳｎとη−ＡｕＳｎとの共晶、又は、（３）ε−ＡｕＳｎとδ−ＡｕＳｎとの共晶を析出させることができる。何れの共晶が析出するかは、溶融状態にあるＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ”におけるＳｎの重量％濃度によって決まる。Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓ”を更に急冷すると、Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓ”は、何れかの共晶組成を保ったまま凝固する。これにより、部材Ａと部材Ｂとの接合が完了する。なお、溶融状態にあるＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ”から何れの共晶が析出するかについては、参照する図面を代えて後述する。

図１（ｂ）は、２つの部材Ａ，Ｂの接合後の状態を示す断面図である。

Ａｕ層ＭＡ〜ＭＢを構成するＡｕが全て溶融状態にあるＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ”に拡散した場合、図１（ｂ）に示すように、接合後のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ’を介して部材Ａと部材Ｂとが接合されることになる。接合後のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ’におけＳｎの重量％濃度は、溶融状態にあるＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ”の重量％濃度に等しく、また、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田ＳにおけるＳｎの重量％濃度よりも小さい。

Ａｕ層ＭＡ〜ＭＢを構成するＡｕが全て溶融状態にあるＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ”に拡散した場合、接合後のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ’におけＳｎの重量％濃度は、以下のように与えられる。すなわち、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓに含まれるＳｎの質量をｘ、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓに含まれるＡｕの質量をｙＳ、Ａｕ層ＭＡに含まれるＡｕの質量をｙＭＡ、Ａｕ層ＭＢに含まれるＡｕの質量をｙＭＢ、これらに含まれるＡｕの質量の合計をｙ＝ｙＳ＋ｙＭＡ＋ｙＭＢとすると、接合後のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓ’におけＳｎの重量％濃度Ｐ’は、Ｐ’＝１００×ｘ／（ｘ＋ｙ）で与えられる。

次に、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’の物性について、図２を参照して説明する。図２は、Ｓｎ−Ａｕ合金の状態図（相図）である。図２の状態図において、横軸はＳｎの重量％濃度［ｗｔ％］、縦軸は温度［℃］を表す。

まず、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’の融点について、図２を参照して説明する。

接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’の融点は、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’におけるＳｎの重量％濃度に応じて決まる。具体的には、図２に示すように、Ｓｎの重量％濃度が３８％以上であれば、Ｓｎの重量％濃度が小さくなるほど、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’の融点は高くなる。上述したように、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’におけるＳｎの重量％濃度は、接合前のＳｎ−Ａｎ半田ＳにおけるＳｎの重量％濃度よりも小さくなる。したがって、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’の融点は、接合前のＳｎ−Ａｎ半田Ｓの融点よりも高くなる。

この性質は、部材の接合に極めて好都合な性質である。すなわち、部材Ａに部材Ｂを接合し、さらに、部材Ｂに部材Ｃを接合する場合、既に接合した部材Ａと部材Ｂとの間に介在するＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’の融点は、これから接合する部材Ｂと部材Ｃとの間に介在するＳｎ−Ａｕ半田Ｓの融点２１７℃よりも高くなる。したがって、部材Ｂと部材Ｃとの間に介在するＳｎ−Ａｕ半田Ｓを溶融させるために部材Ｂの温度を２１７℃まで上昇させても、既に接合した部材Ａと部材Ｂとの間に介在するＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’が溶融することはない。

次に、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’の共晶組成について、図２を参照して説明する。

図２から明らかなように、溶融状態にあるＳｎ−Ａｕ半田Ｓ”におけるＳｎの重量％濃度が８２．３％以上９０．０％以下であるとき、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’は、（１）η−ＡｕＳｎとβ−Ｓｎとの共晶となる。一方、溶融状態にあるＳｎ−Ａｕ半田Ｓ”におけるＳｎの重量％濃度が５５．０％以上８２．３％以下であるとき、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’は、（２）ε−ＡｕＳｎとη−ＡｕＳｎとの共晶を含む。また、溶融状態にあるＳｎ−Ａｕ半田Ｓ”におけるＳｎの重量％濃度が３８．０％以上６１．０％以下であるとき、接合後のＳｎ−Ａｕ半田Ｓ’は、（３）δ−ＡｕＳｎとε−ＡｕＳｎとの共晶を含む。

ところで、ε−ＡｕＳｎのヤング率は、１０３ＧＰａであり、ＡｕＳｎ９０％のヤング率（４０ＧＰａ）やβ−Ｓｎのヤング率（４１．４ＧＰａ）よりも高い。また、δ−ＡｕＳｎのヤング率は、８７±９ＧＰａであり、やはり、ＡｕＳｎ９０％のヤング率やβ−Ｓｎのヤング率よりも高い。したがって、溶融状態にあるＳｎ−Ａｕ半田Ｓ”におけるＳｎの重量％濃度が３８．０％以上８２．３％以下となるようにすることによって、本来は軟質半田（ソフトソルダ）として機能するところのＡｕ−Ｓｎ９０％半田を、その２倍程度のヤング率を有する硬質半田（ハードソルダ）として機能させることができる。

この性質もまた、部材の接合に極めて好適な性質である。すなわち、対象となる部材の表面に形成するＡｕ層の厚みを適宜変更することによって、接合箇所毎に接合強度を異ならせることができる。例えば、応力の緩和が重要な箇所では、Ａｕ層の厚みを薄くしてＳｎ−Ａｕ半田を軟質半田として機能させ、部材の固定が重要な箇所では、Ａｕ層の厚みを厚くしてＳｎ−Ａｕ半田を硬質半田として機能させることなどが可能である。

なお、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓに含まれるＳｎの質量をｘ、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田Ｓに含まれるＡｕの質量をｙＳ、Ａｕ層ＭＡに含まれるＡｕの質量をｙＭＡ、Ａｕ層ＭＢに含まれるＡｕの質量をｙＭＢ、これらに含まれるＡｕの質量の合計をｙ＝ｙＳ＋ｙＭＡ＋ｙＭＢとすると、Ａｕ−Ｓｎ半田Ｓを硬質半田として機能させるための条件は、０．３８０≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．８２３と表現することができる。

〔適用例〕
次に、本実施形態に係る接合方法の適用例について、図３〜図４を参照して説明する。

まず、本実施形態に係る接合方法を適用して製造する半導体レーザモジュール１の構成について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る接合方法を適用して製造するレーザモジュール１の全体像を示す斜視図である。

半導体レーザモジュール１は、光ファイバ２の末端に装着されるレーザモジュールであり、図３に示すように、基板１０、サブマウント２０、ＣｏＳ（Chip on Submount）３０、ファイバマウント４０、及びケース５０を備えている。なお、図３においては、半導体レーザモジュール１の内部の構造を明らかにするために、ケース５０の天板及び側板の一部を省略している。

基板１０は、半導体レーザモジュール１の底板である。本適用例においては、図３に示すように、基板１０として、主面が角丸矩形の板状部材を用いる。基板１０は、半導体レーザモジュール１の内部（特にＣｏＳ３０）で発生した熱を半導体レーザモジュール１の外部に放熱するためのヒートシンクとして機能する。このため、基板１０は、熱伝導率の高い材料、例えば、例えばＣｕ（銅）により構成される。

基板１０の上面には、図３に示すように、４つの凸部１１ａ〜１１ｄが設けられている。これらの４つの凸部１１ａ〜１１ｄは、サブマウント２０の下面を基板１０の上面から離間させるためのスペーサとして機能する。これらの４つの凸部１１ａ〜１１ｄは、打ち抜き加工や削り出し加工などによって成形された、基板１０と一体のものである。

基板１０の上面には、図３に示すように、サブマウント２０が載置される。

サブマウント２０は、ＣｏＳ３０及びファイバマウント４０を支持する支持体である。本適用例においては、図３に示すように、サブマウント２０として、主面が矩形の板状部材を用い、このサブマウント２０を、その下面が基板１０の上面と平行になり、かつ、その主面の長辺が基板１０の主面の長辺と平行になるように配置する。サブマウント２０は、その下面と基板１０の上面との間に広がった軟質半田６１によって、基板１０の上面に接合される。サブマウント２０と基板１０との接合に際しては、後述するように、Ａｕ−Ｓｎ半田９０％を軟質半田６１として利用する。

サブマウント２０の上面には、図３に示すように、ＣｏＳ３０とファイバマウント４０とが載置される。サブマウント２０の上面において、ファイバマウント４０は、光ファイバ２が引き出される側（図３において右手前側、以下では「ファイバ側」と記載）に配置され、ＣｏＳ３０は、光ファイバ２が引き出される側と反対側（図３において左奥側、以下では「リード側」と記載）に配置される。

ＣｏＳ３０は、レーザマウント３１と半導体レーザチップ３２とが一体化されたものである。

レーザマウント３１は、半導体レーザチップ３２を支持する支持体である。本適用例においては、図３に示すように、レーザマウント３１として、主面が矩形状の板状部材を用い、このレーザマウント３１を、その下面がサブマウント２０の上面と平行になり、かつ、その主面の長辺がサブマウント２０の主面の長辺と平行になるように配置する。レーザマウント３１は、その下面とサブマウント２０の上面との間に広がった硬質半田６２によって、サブマウント２０の上面に接合される。レーザマウント３１とサブマウント２０との接合に際しては、後述するように、Ａｕ−Ｓｎ半田９０％を硬質半田６２として利用する。

レーザマウント３１の上面には、図３に示すように、半導体レーザチップ３２が載置される。半導体レーザチップ３２は、その端面３２ａからレーザ光を発するレーザ光源である。本適用例においては、主にＧａＡｓ（ガリウム砒素）からなる、５ｍｍ以上のキャビティ長を有する高出力半導体レーザを用いる。半導体レーザチップ３２は、図３に示すように、その延在方向がレーザマウント３１の主面の長辺と平行になるように配置され、その下面がレーザマウント３１の上面に接合されている。また、半導体レーザチップ３２は、図３に示すように、ワイヤ３３を介してレーザマウント３１の上面に形成された回路に接続されており、この回路から供給された電流によって駆動される。

ファイバマウント４０は、光ファイバ２を支持する支持体である。本適用例においては、ファイバマウント４０として、図３に示すように、主面が矩形状の板状部材を用い、このファイバマウント４０を、その下面がサブマウント２０と平行になり、かつ、その主面の長辺がサブマウント２０の主面の長辺と垂直になるように配置する。ファイバマウント４０は、その下面とサブマウント２０の上面との間に広がった硬質半田６３によって、サブマウント２０の上面に接合される。

ファイバマウント４０には、図３に示すように、ケース５０に設けられた挿通パイプ５１を通して半導体レーザモジュール１の内部に引き込まれた光ファイバ２が載置される。光ファイバ２は、楔状に加工された先端２ａが半導体レーザチップ３２の端面３２ａに正対するように配置され、半田６４によってファイバマウント４０の上面に接合される。半導体レーザチップ３２の端面３２ａから発せられたレーザ光は、先端２ａから光ファイバ２に入射し、光ファイバ２内を伝搬する。

次に、本実施形態に係る接合方法の適用したレーザモジュール１の製造方法について、図４を参照して説明する。ここでは、特に、サブマウント２０を基板１０に接合する工程と、レーザマウント３１をサブマウント２０に接合する工程とに注目する。

まず、レーザマウント３１の下面をサブマウント２０の上面に接合する工程について説明する。

レーザマウント３１をサブマウント２０に接合する前に、図４に示すように、レーザマウント３１の下面及びサブマウント２０の上面に、それぞれ、Ａｕ層３１ｂ及びＡｕ層２０ｂを形成する。これらのＡｕ層３１ｂ，２０ｂの厚みは、以下のように決める。すなわち、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田である接合前のＡｕ−Ｓｎ半田６２に含まれるＳｎの質量をｘ、同じく接合前のＡｕ−Ｓｎ半田６２に含まれるＡｕの質量をｙ６２、Ａｕ層３１ｂに含まれるＡｕの質量をｙ３１ｂ、Ａｕ層２０ｂに含まれるＡｕの質量をｙ２０ｂ、これらに含まれるＡｕの質量の合計をｙ＝ｙ６２＋ｙ３１ｂ＋ｙ２０ｂとして、０．３８０≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．８２３となるように決める。この場合、接合後のＡｕ−Ｓｎ半田６２が硬質半田として機能することは、図２を参照して既に説明したとおりである。なお、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田６２としては、板状に形成されたＡｕ−Ｓｎ９０％半田を利用する。

上記の準備を行ったうえで、以下の工程Ｓ１〜Ｓ８によって、レーザマウント３１とサブマウント２０とを接合する。

工程Ｓ１：サブマウント２０をヒータステージ上に載置する。

工程Ｓ２：板状に成形されたＡｕ−Ｓｎ半田６２を基板１０上に載置する。

工程Ｓ３：レーザマウント３１をＡｕ−Ｓｎ半田６２上に載置する。

工程Ｓ４：ヒータステージによるサブマウント２０の加熱を開始する。

ヒータステージによるサブマウント２０の加熱を開始すると、サブマウント２０の温度が次第に上昇する。サブマウント２０の温度が２１７℃に達すると、Ａｕ−Ｓｎ半田６２がサブマウント２０側から溶融し始める。この際、Ａｕ層３１ｂ及びＡｕ層２０ｂを構成するＡｕが溶融したＡｕ−Ｓｎ半田６２に拡散し、溶融したＡｕ−Ｓｎ半田６２におけるＳｎの重量％濃度が３８．０％以上８２．３％以下になる。なお、Ａｕの拡散を促進するために、半導体レーザチップ３２への悪影響が生じない範囲でＡｕ−Ｓｎ半田６２をできるだけ高温になるよう加熱すること、すなわち、Ａｕ−Ｓｎ半田６２を２４０℃〜２５０℃程度まで加熱することが望ましい。

工程Ｓ５：Ａｕ−Ｓｎ半田６２が完全に溶融したら、レーザマウント３１をスクラブする。なお、レーザマウント３１をスクラブするとは、レーザマウント３１をサブマウント２０の上面と平行な面内で何度か摺動させることを指す。これにより、Ａｕ−Ｓｎ半田６２とレーザマウント３１との間に混入した気泡を排除する。

工程Ｓ６：ヒータステージによるサブマウント２０の加熱を停止する。ヒータステージによるサブマウント２０の加熱を停止すると、サブマウント２０の温度が次第に下降する。

工程Ｓ７：Ａｕ−Ｓｎ半田６２を急冷する。この際、溶融したＡｕ−Ｓｎ半田６２におけるＳｎの重量％濃度が３８．０％以上８２．３％以下なので、ε−ＡｕＳｎとη−ＡｕＳｎとの共晶、又は、δ−ＡｕＳｎとε−ＡｕＳｎとの共晶が形成される。

以上のようにして、レーザマウント３１とサブマウント２０との接合が実現される。接合後のＡｕ−Ｓｎ半田６２は、ヤング率の大きい硬質半田となる。

次に、サブマウント２０の下面を基板１０の上面に接合する工程について説明する。なお、サブマウント２０を基板１０に接合する工程は、レーザマウント３１をサブマウント２０に接合する工程の後に行われる。

サブマウント２０を基板１０に接合する前に、サブマウント２０の下面及び基板１０の上面に、それぞれ、Ａｕ層２０ａ及びＡｕ層１０ａを形成する。これらのＡｕ層２０ａ，１０ａの厚みは、以下のように決める。すなわち、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田６１に含まれるＳｎの質量をｘ、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田６１に含まれるＡｕの質量をｙ６１、Ａｕ層２０ａに含まれるＡｕの質量をｙ２０ａ、Ａｕ層１０ａに含まれるＡｕの質量をｙ１０ａ、これらに含まれるＡｕの質量の合計をｙ＝ｙ６１＋ｙ２０ａ＋ｙ１０ａとして、０．８２３≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．９００を満たすように決める。この場合、接合後のＡｕ−Ｓｎ半田６１が軟質半田として機能することは、図２を参照して既に説明したとおりである。なお、接合前のＡｕ−Ｓｎ半田６１としては、板状に形成されたＡｕ−Ｓｎ９０％半田を利用する。

上記の準備を行ったうえで、以下の工程Ｔ１〜Ｔ８によって、サブマウント２０と基板１０とを接合する。

工程Ｔ１：基板１０をヒータステージ上に載置する。

工程Ｔ２：板状に成形されたＡｕ−Ｓｎ半田６１を基板１０上に載置する。

工程Ｔ３：サブマウント２０をＡｕ−Ｓｎ半田６１上に載置する。

工程Ｔ４：ヒータステージによる基板１０の加熱を開始する。

ヒータステージによる基板１０の加熱を開始すると、基板１０の温度が次第に上昇する。基板１０の温度が２１７℃に達すると、Ａｕ−Ｓｎ半田６１が基板１０側から溶融し始める。この際、Ａｕ層２０を構成するＡｕが溶融したＡｕ−Ｓｎ半田６１に拡散し、溶融したＡｕ−Ｓｎ半田６１におけるＳｎの重量％濃度が８２．３％以上９０．０％以下になる。

工程Ｔ５：Ａｕ−Ｓｎ半田６１が完全に溶融したら、サブマウント２０をスクラブする。

工程Ｔ６：ヒータステージによる基板１０の加熱を停止する。ヒータステージによる基板１０の加熱を停止すると、基板１０の温度が次第に下降する。

工程Ｔ７：Ａｕ−Ｓｎ半田６１を急冷する。この際、溶融したＡｕ−Ｓｎ半田６１におけるＳｎの重量％濃度が８２．３％以上９０．０％以下なので、η−ＡｕＳｎとβ−Ｓｎとの共晶が形成される。

以上のようにして、サブマウント２０と基板１０との接合が実現される。接合後のＡｕ−Ｓｎ半田６１は、ヤング率の小さい軟質半田となる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田による部材の接合に広く適用することができる。特に、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田による光学部品の接合に広く適用することができる。

Ａ 部材（第１の部材）
ＭＡ Ａｕ層
Ｂ 部材（第２の部材）
ＭＢ Ａｕ層
Ｓ Ａｕ−Ｓｎ半田（接合前）（Ａｕ−Ｓｎ９０％半田）
Ｓ’ Ａｕ−Ｓｎ半田（接合後）
１ 半導体レーザモジュール（レーザモジュール）
１０ 基板
１１ａ〜１１ｄ 凸部
２０ サブマウント
３０ ＣｏＳ
３１ レーザマウント
３２ 半導体レーザチップ（レーザ光源）
４０ ファイバマウント
５０ ケース
６１ 軟質半田
６２ 硬質半田

Claims (5)

1. 第１の部材と第２の部材とをＡｕ−Ｓｎ半田で接合する接合方法であって、
   接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、８２．３％よりも大きく、
   接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、３８．０％以上８２．３％以下である、ことを特徴とする接合方法。
2. 第１の部材と第２の部材とをＡｕ−Ｓｎ半田で接合する接合方法であって、
   接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田は、Ａｕ−Ｓｎ９０％半田であり、
   接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、３８．０％以上８２．３％以下である、ことを特徴とする接合方法。
3. 接合前の上記第１の部材の接合面、及び、接合前の上記第２の部材の接合面の少なくとも何れか一方には、Ａｕ層が形成されており、
   接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田に含まれるＳｎの質量をｘ、接合前の上記Ａｕ−Ｓｎ半田及び上記Ａｕ層に含まれるＡｕの合計質量をｙとしたときに、０．３８０≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．８２３となる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合方法。
4. 接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、５５．０％以上８２．３％以下である、
   ことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の接合方法。
5. 接合後の上記Ａｕ−Ｓｎ半田におけるＳｎの重量％濃度が、３８．０％以上６１．０％以下である、
   ことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の接合方法。

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