JP2022128707A - Method for manufacturing joint body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a joined body.
2つ以上の部材を部材間に配置した接合材によって接合する技術が広く利用されている。 Techniques for joining two or more members with a joining material disposed between the members are widely used.
例えば、特許文献1の光学ユニットでは、筒状の枠に光学部材を収容してはんだ接合することにより、筒状の枠と光学部材とを接合している。
For example, in the optical unit of
この光学ユニットは、筒状の枠と円柱状の光学部材とを用いており、筒状の枠の一端側には、他端側より内径が増大されている凹部が形成されている。光学部材を筒状の枠に接合する際には、筒状の枠に形成された凹部が上を向くように立置し、筒状の枠の凹部へと光学部材を収容する。この際、凹部の内面と光学部材の外周面との間に隙間が形成される。この隙間の上部開口を覆うように、半田材料によって形成されている円環状の接合材を筒状の枠の環状面に載置する。このとき、筒状の枠の凹部に収容されている光学部材の先端面は、筒状の枠の環状面より所定量突出しており、枠の環状面に載置された円環状の接合材は枠から突出した光学部材の外周面と所定の隙間をもってその内周面が対向するよう挿入されている。 This optical unit uses a cylindrical frame and a cylindrical optical member, and a concave portion having an inner diameter larger than that of the other end is formed at one end of the cylindrical frame. When the optical member is joined to the cylindrical frame, the optical member is placed in the concave portion of the cylindrical frame so that the concave portion formed in the cylindrical frame faces upward. At this time, a gap is formed between the inner surface of the recess and the outer peripheral surface of the optical member. An annular bonding material made of a solder material is placed on the annular surface of the cylindrical frame so as to cover the upper opening of the gap. At this time, the tip surface of the optical member accommodated in the concave portion of the cylindrical frame protrudes from the annular surface of the cylindrical frame by a predetermined amount, and the annular bonding material placed on the annular surface of the frame is The inner peripheral surface of the optical member protruding from the frame is inserted so as to face the outer peripheral surface of the optical member with a predetermined gap.
そして、治具によって光学部材に負荷を与えて筒状の枠の凹部の環状底面に光学部材を押圧し、この状態で光学部材、筒状の枠及び接合材を加熱炉内に投入する。接合材が加熱炉内で加熱されると接合材は溶融し、溶融した半田材料の所定量の半田材料は隙間に充填され、残りの半田材料は筒状の枠の環状面に滞留する。この後、接合材を冷却固化することにより、光学部材と筒状の枠とが接合される。 Then, a load is applied to the optical member by a jig to press the optical member against the annular bottom surface of the concave portion of the cylindrical frame, and in this state, the optical member, the cylindrical frame and the bonding material are put into the heating furnace. When the bonding material is heated in the heating furnace, the bonding material melts, a predetermined amount of the melted solder material fills the gap, and the remaining solder material stays on the annular surface of the cylindrical frame. After that, the optical member and the cylindrical frame are bonded by cooling and solidifying the bonding material.
2つの部材を接合材によって接合する際に、治具によって光学部材に負荷を与えて筒状の枠の凹部の環状底面に光学部材を押圧すると、治具で押圧された光学部材の表面に傷が形成される場合があり、この傷が光学ユニットへの性能に悪い影響を与える。また、治具によって光学部材に負荷を与えず2つの部材を接合材によって接合すると筒状の枠に接合された光学部材は筒状の枠の凹部の環状底面に対して傾いて接合される場合があり、やはり光学ユニットへの性能に悪い影響を与える。 When two members are joined by a joining material, if a load is applied to the optical member by a jig and the optical member is pressed against the annular bottom surface of the concave portion of the cylindrical frame, the surface of the optical member pressed by the jig is scratched. may be formed, and these scratches adversely affect the performance of the optical unit. In addition, when two members are joined by a joining material without applying a load to the optical member by a jig, the optical member joined to the cylindrical frame is inclined with respect to the annular bottom surface of the concave portion of the cylindrical frame. , which also adversely affects the performance of the optical unit.
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、2つ以上の部材を接合材により接合した接合体において、光学ユニットの性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a bonded body in which two or more members are bonded with a bonding material, which does not adversely affect the performance of an optical unit. It is in.
第1の部品と第2の部品とを接合材によって接合した接合体の製造方法であって、前記第1の部品の第1の接合面に第1の接合部材を載置する工程と、前記第1の部品の第2の接合面に第2の接合部材を載置する工程と、前記第1の部品上に前記第2の部品を載置する工程と、前記第1の接合部材及び前記第2の接合部材を溶融、固化して前記第1の部品と前記第2の部品とを接合する工程とを備えた接合体の製造方法とする。前記第1の接合面は前記第1の部品の先端面であり、前記第2の接合面は前記第2の部品が前記第1の部品に載置される面である。また、前記第2の接合部材の厚みは、前記第1の接合部材の厚みより薄い。前記第2の接合部材の融点は、前記第1の接合部材の融点より低い。さらに、前記第1の部品は前記第1の接合面の先端部に凹部を備えた筒状であり、前記第2の部品は円柱状であり、前記第2の部品は前記第1の部品の凹部に収容される。前記第1の接合部材及び前記第2の接合部材を溶融させて、前記凹部の前記環状底面と前記第2の部品の一方の主表面とを接合しながら、前記凹部の内面と前記第2の部品の外周面との間に充填することで前記第1の部品と前記第2の部品とを接合する。 A method for manufacturing a joined body in which a first part and a second part are joined by a joining material, comprising: placing a first joining member on a first joining surface of the first part; placing a second joint member on a second joint surface of a first component; placing the second component on the first component; a step of melting and solidifying a second joining member to join the first component and the second component together. The first bonding surface is the tip surface of the first component, and the second bonding surface is the surface on which the second component is placed on the first component. Moreover, the thickness of the second joint member is thinner than the thickness of the first joint member. The melting point of the second joining member is lower than the melting point of the first joining member. Further, the first component is cylindrical with a concave portion at the tip of the first joint surface, the second component is cylindrical, and the second component is a portion of the first component. Housed in the recess. The first joining member and the second joining member are melted to join the annular bottom surface of the recess and one main surface of the second part, while the inner surface of the recess and the second part are joined together. The first component and the second component are joined by filling the space between the outer peripheral surfaces of the components.
本発明の接合体の製造方法によれば、2つ以上の部材を接合材により接合した接合体において、光学ユニットの性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することができる。 According to the method for manufacturing a bonded body of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a bonded body in which two or more members are bonded with a bonding material, which does not adversely affect the performance of the optical unit.
以下に本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。また図面においては各構成をわかりやすくするために実際の形状や実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。図1は、本発明の接合体の一実施例を示す図であり、(a)は接合体の平面図であり、(b)は(a)のA-Aの断面図である。接合体10は、筒状の枠体12(第1の部品)と、枠体12の一端に接合材13を介して取り付けられた円柱状の閉塞部材11(第2の部品)とを備える。
A mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. Also, in the drawings, in order to make each configuration easier to understand, the actual shape or actual structure may differ from the scale and number of each structure. 1A and 1B are diagrams showing an embodiment of the bonded body of the present invention, where (a) is a plan view of the bonded body and (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of (a). The joined
図2は、閉塞部材を示す図であり、(a)は閉塞部材の平面図、(b)は(a)のA-A断面図である。閉塞部材11は、例えば、ガラスや水晶などからなる透光性部材からなる円柱状の部材である。図示しないが閉塞部材11の外周面(側面)及び一方の主表面の接合部材13bとの対向面には接合材13の濡れ性を向上するための金属膜が形成されている。金属膜は、下地層にNi膜、表面層にAu膜の積層膜により構成されている。金属膜はNi膜とAu膜との積層膜に限らず、閉塞部材11や接合材13との密着性を考慮して適宜選択することができる。なお、本実施例において、閉塞部材11の外径は5mm、高さは1mmであり、閉塞部材11の対向する主表面はそれぞれ平坦である。
2A and 2B are views showing the closing member, in which FIG. 2A is a plan view of the closing member, and FIG. The
図3は枠体を示す図であり、(a)は枠体の平面図、(b)は(a)のA-A断面図である。枠体12は筒状であり、例えば、ステンレス製部材からなる。枠体12は、中心軸に沿って貫通孔12bを有し、枠体12の一端側の先端部である環状先端面12aに、貫通孔12bの直径より大きな直径を有し、貫通孔12bと同軸に形成された凹部12cを備える。これにより凹部12cの底面には平坦な環状底面12dが形成される。環状底面12dとは、凹部12cの内面と貫通孔12bの外径との差分の箇所である。図示しないが枠体12の環状先端面12a、凹部12cの内面及び環状底面12dには、接合部材13a(第1の接合部材)及び接合部材13b(第2の接合部材)との濡れ性を向上するための金属膜が形成されている。金属膜は、下地層にNi膜、表面層にAu膜の積層膜により構成されている。金属膜はNi膜とAu膜との積層膜に限らず、閉塞部材11や接合材13との密着性を考慮して適宜選択することができる。なお、本実施例において、枠体12の外径は6mm、高さは12mmであり、凹部12cの内径は5.2mm、高さは1mm、貫通孔12bの内径は4mmである。環状底面12dの外径は凹部12cの内径と同じ5.2mmである。環状底面12dの片側の長さは0.6mmである。
3A and 3B are views showing the frame, FIG. 3A being a plan view of the frame, and FIG. The
接合体10は、枠体12の凹部12cに閉塞部材11が収容され、閉塞部材11と枠体12とが接合材13により接合されている。接合材13は、例えばAuGeはんだ及びAuSnはんだであり、閉塞部材11の外周面(側面)及び一方の主表面の接合部材13bとの対向面に形成された金属膜と、枠体12の環状先端面12a、凹部12cの内面及び環状底面12dに形成された金属膜とに濡れ広がり、また、それぞれの金属膜間に架橋し、閉塞部材11と枠体12との接合部において接合部を挟んで一方の側より大気成分の侵入がない、つまりリークが生じないよう閉塞部材11と枠体12とを接合している。
In the joined
次に、前述した接合体10の製造方法について説明する。図4は、接合体の製造方法を示す模式図である。接合体10は、以下の工程により製造される。
Next, a method for manufacturing the joined
[枠体載置工程:図4(a)]
まず、枠体12の外形に対応する収容部14aを備えたトレイ14を準備し、枠体12を凹部12cが上を向くように収容部14a内に立置する。
[Frame placement step: FIG. 4(a)]
First, a
[接合部材載置工程:図4(b)]
次に、接合部材13aを枠体12の環状先端面12a上に載置する。言い換えれば、環状先端面12aが第1の接合面である。また、接合部材13bを枠体12の環状底面12dに載置する。言い換えれば、環状底面12dが第2の接合面である。図5は接合部材を示す図であり、(a)は接合部材の平面図、(b)は(a)のA-A断面図である。接合部材13aは、例えば、円環状のAuGeはんだ材(融点は略356℃)である。接合部材13aの内径と外径は枠体12の環状先端面12aと同一であり、円環状の接合部材13aの内径は5.2mm、外径は6mmである。また、厚みは0.2mmである。接合部材13bは、例えば、円環状のAuSnはんだ材(融点は略280℃)である。接合材13bの内径と外径は枠体12の環状底面12dと同一であり、円環状の接合部材13bの内径は4mm、外径は5.2mmである。また、厚みは0.1mmである。
[Joining member placement step: FIG. 4(b)]
Next, the joining member 13a is placed on the annular end face 12a of the
接合部材13a及び接合部材13bの枠体12への載置は、まず、枠体12の環状底面12d上に接合部材13bを載置する。前述したように、接合部材13bの外径は枠体12の凹部12cの内径と同一のため、枠体12の環状底面12dに載置された接合部材13bは凹部12cの内面で位置決めされる。次に、枠体12の凹部12cへ円柱状のジグ15を挿入する。ジグ15は、外径が凹部12cの内径よりわずかに小さく、高さは凹部12cの高さより大きく設定されており、凹部12cへ収容した際にジグ15の一部は枠体12の環状先端面12aより上方へ突出している。次いで、環状先端面12aより上方へ突出したジグ15へ接合部材13aの内周面を通し、環状先端面12a上に接合部材13aを載置する。このようにジグ15を利用することで、接合部材13aの内周面がジグ15の外周面で位置決めされ、環状先端面12aに接合部材13aを精度よく配置できる。ジグ15は、接合部材13aを環状先端面12aに載置した後、凹部12cから取り除く。
For placing the joint member 13 a and the joint member 13 b on the
[閉塞部材載置工程:図4(c)]
次に、閉塞部材11を枠体12の凹部12cへ載置する。このとき閉塞部材11の外径が凹部12cの内径より小さいことから、閉塞部材11は閉塞部材11の外周面と凹部12cの内面との間に所定の隙間が形成された状態で、凹部12c内に収容される。
[Blocking member placement step: FIG. 4(c)]
Next, the closing
[接合工程:図4(d)]
次に、枠体12、閉塞部材11、接合部材13a及び接合部材13bを搭載したトレイ14を加熱炉に搬送、投入して接合部材13a及び接合部材13bを溶融し、その後、溶融した接合部材13a及び接合部材13bを冷却固化することで閉塞部材11と枠体12とを接合する。加熱炉内に投入された各部材は、例えば、大気雰囲気、窒素雰囲気下、真空雰囲気下において、接合部材13aの融点以上の温度で加熱され、先に溶融する接合部材13bは枠12の環状底面12dに形成された金属膜及び閉塞部材11の外周面(側面)及び一方の主表面の接合部材13bとの対向面に形成されたそれぞれの金属膜に濡れ広がる。次に、溶融する接合部材13aは、環状先端面12aに形成された金属膜及び閉塞部材11の外周面(側面)に形成された金属膜上に濡れ広がり、溶融した接合部材13aの所定量は、凹部12cの内面と閉塞部材11の外周面との間に形成された隙間に充填される。また、この隙間に充填されない残りの接合部材13aは、環状先端面12aの表面に滞留する。この後、溶融された接合部材13a及び接合部材13bを冷却固化することで、接合部材13a及び接合部材13bは接合材13となり閉塞部材11と枠体12とを接合した図1に示す接合体10が得られる。
[Joining step: FIG. 4(d)]
Next, the
この接合工程において、図4で説明したように接合部材13bは接合部材13aより内径、外径を小さく、また、厚みを薄くすることで以下の効果を有する。接合部材13bは接合部材13aより内径、外径が小さく、また、厚みが薄いため、接合部材13aより先に溶融する。先に溶融する接合部材13bには、閉塞部材11の一方の主表面の接合部材13bとの対向面に形成された金属膜と環状底面12dに対して薄く均等に濡れ広がる作用が働く。その結果、閉塞部材11の一方の主表面は環状底面12dに対して平坦に接合される。これにより、光学部材の性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することができる。なお、このときの接合部材13bの融点は接合部材13aの融点より低い。
In this joining step, as described with reference to FIG. 4, the joining member 13b has an inner diameter and an outer diameter that are smaller than those of the joining member 13a, and the thickness thereof is reduced to provide the following effects. Since the joint member 13b has an inner diameter and an outer diameter smaller than those of the joint member 13a and a thickness smaller than those of the joint member 13a, it melts before the joint member 13a. The bonding member 13b, which melts first, has an effect of spreading thinly and evenly on the metal film formed on one main surface of the closing
仮に、接合部材13bの厚みが接合部材13aより厚くなると、閉塞部材11の一方の主表面の接合部材13bとの対向面に形成された金属膜と環状底面12dに対して薄く均等に濡れ広がらないので閉塞部材11は環状底面12dに対して平坦に接合できない。
If the joint member 13b is thicker than the joint member 13a, the metal film formed on one main surface of the closing
また、この接合工程において、図4で説明したように接合部材13bは接合部材13aより融点を低くすることで以下の効果を有する。枠体12の環状底面12dと閉塞部材11の一方の主表面との間に挟まれている接合部材13bの融点は環状先端面12a上に載置された接合部材13aの融点より低いために、接合部材13bは接合部材13aより先に溶融する。先に溶融する接合部材13bには閉塞部材11の一方の主表面の接合部材13bとの対向面に形成された金属膜と環状底面12dに対して濡れ広がる。このとき、閉塞部材11の自重により閉塞部材11の一方の主表面は環状底面12dに押し付けられながら接合される。その結果、閉塞部材11の一方の主表面は環状底面12dに対して平坦に接合される。これにより、光学部材の性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することができる。なお、このときの接合部材13bの厚みは接合部材13aの厚みより薄い。
In addition, in this joining step, as described with reference to FIG. 4, the joining member 13b has a lower melting point than that of the joining member 13a, thereby providing the following effects. Since the melting point of the joining member 13b sandwiched between the
仮に、接合部材13bの融点が接合部材13aより高くなると、接合部材13bは接合部材13aより先に溶融しないので、閉塞部材11の自重により閉塞部材11の一方の主表面は環状底面12dに押し付けられながら接合される前に、溶融した接合部材13aの所定量が凹部12cの内面と閉塞部材11の外周面との間に形成された隙間に充填され冷却固化するので、閉塞部材11は環状底面12dに対して平坦に接合できない。
If the melting point of the joining member 13b is higher than that of the joining member 13a, the joining member 13b does not melt before the joining member 13a. However, before joining, a predetermined amount of the melted joining member 13a is filled in the gap formed between the inner surface of the
前述したように本発明の接合体の製造方法において、接合部材それぞれの厚み及び融点を変え、接合部材13bが接合部材13aより先に溶融するようにコントロールすることで光学部材の性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することができる。接合部材13bが接合部材13aより先に溶融するようにコントロールする手段として前述した手段以外に以下の手段がある。接合部材13bの厚みが接合部材13aの厚みと同じときは、接合部材13bの融点を接合部材13aの融点より低くすればよい。接合部材13bの融点が接合部材13bの融点と同じときは、接合部材13bの厚みを接合部材13aの厚みより薄くすればよい。 As described above, in the method for manufacturing a bonded body of the present invention, the thickness and melting point of each of the bonding members are varied to control the bonding member 13b to melt before the bonding member 13a, thereby preventing adverse effects on the performance of the optical member. It is possible to provide a method for manufacturing a conjugate that does not give. In addition to the means described above, the following means are available as means for controlling the joining member 13b to melt earlier than the joining member 13a. When the thickness of the joining member 13b is the same as the thickness of the joining member 13a, the melting point of the joining member 13b should be lower than the melting point of the joining member 13a. When the melting point of the joining member 13b is the same as the melting point of the joining member 13b, the thickness of the joining member 13b may be made thinner than the thickness of the joining member 13a.
以上、本発明の接合体の製造方法について、実施例に基づき説明してきたが、本発明の範囲は前述の実施例に限定されるものではなく本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。例えば、接合部材13bをAuSnはんだとしたが、AuSnはんだに限定されずAgSnはんだ(融点は略221℃)を用いても構わない。また、接合体10の一例として、閉塞部材11と枠体12とを接合した例を示したが、本発明の接合体は閉塞部材11と枠体12との接合に限らず、接合材を介して2つ以上の部材を接合したあらゆる接合体に適用することができる。また、枠体は、例えば、角柱でも構わない。
As described above, the method for producing a joined body according to the present invention has been described based on the examples, but the scope of the present invention is not limited to the above-described examples, and can be changed arbitrarily within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible. For example, although AuSn solder is used for the joining member 13b, the solder is not limited to AuSn solder, and AgSn solder (melting point is about 221° C.) may be used. Also, as an example of the joined
10 接合体
11 閉塞部材
12 枠体
12a 環状先端面
12b 貫通孔
12c 凹部
12d 環状底面
13 接合材
13a 接合部材(第1の接合部材)
13b 接合部材(第2の接合部材)
14 トレイ
14a 収容部
15 ジグ
REFERENCE SIGNS
13b joining member (second joining member)
14 Tray
Claims (6)
前記第1の部品の第1の接合面に第1の接合部材を載置する工程と、
前記第1の部品の第2の接合面に第2の接合部材を載置する工程と、
前記第1の部品上に前記第2の部品を載置する工程と、
前記第1の接合部材及び前記第2の接合部材を溶融、固化して前記第1の部品と前記第2の部品とを接合する工程と、を備えたことを特徴とする接合体の製造方法。 A method for manufacturing a joined body in which a first part and a second part are joined with a joining material,
placing a first joint member on the first joint surface of the first component;
placing a second joint member on the second joint surface of the first component;
placing the second component on the first component;
and melting and solidifying the first joining member and the second joining member to join the first part and the second part. .
前記第2の部品は円柱状であり、
前記第2の部品は前記第1の部品の凹部に収容されることを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の接合体の製造方法。 The first component is cylindrical with a concave portion at the tip of the first joint surface,
the second part is cylindrical,
5. The method of manufacturing a joined body according to claim 1, wherein the second component is accommodated in the recess of the first component.
The first joining member and the second joining member are melted to join the annular bottom surface of the recess and one main surface of the second part, while the inner surface of the recess and the second part are joined together. 6. The method of manufacturing a joined body according to claim 5, wherein the first component and the second component are joined by filling a space between the outer peripheral surfaces of the components.
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