JP2575490B2 - ハンダ付け固定のためのガラス素子構造 - Google Patents
ハンダ付け固定のためのガラス素子構造Info
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Landscapes
- Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レンズ等のガラス素子を金属部材にハンダ
付け固定する場合に有用なガラス素子構造に関する。
付け固定する場合に有用なガラス素子構造に関する。
光通信で使用される光デバイス（光半導体素子と光フ
ァイバーのカップリングなど）には、一般的に微小レン
ズが良く使用されている。
ァイバーのカップリングなど）には、一般的に微小レン
ズが良く使用されている。
微小レンズと金属ホルダーとの固定方法には、エポキ
シ系などの有機樹脂接着剤による方法、ハンダ付けによ
る方法、レーザースポット熔接法等があるが、中でもハ
ンダ付けによる固定方法は信頼性が高く、比較的簡単な
作業で行なえるので広く利用されている。
シ系などの有機樹脂接着剤による方法、ハンダ付けによ
る方法、レーザースポット熔接法等があるが、中でもハ
ンダ付けによる固定方法は信頼性が高く、比較的簡単な
作業で行なえるので広く利用されている。
ハンダ付けによる固定方法では、ガラス面を直接ハン
ダ付けすることはできないので、予めガラスレンズの側
周面にスパッタあるいは蒸着によって金属薄膜を付着形
成しておき、この金属薄膜を介してレンズを金属ホルダ
ーにハンダ付けしている。そして上記のハンダ付け用金
属膜の構造としては、ガラス面と接触する下地層として
ガラスに対し密着性の良いCr膜を設け、直接ハンダ付け
される最外層として酸化されないAu膜を設け、両膜の中
間にバッファ層としてPt膜を設けた三層積層構造が用い
られている。
ダ付けすることはできないので、予めガラスレンズの側
周面にスパッタあるいは蒸着によって金属薄膜を付着形
成しておき、この金属薄膜を介してレンズを金属ホルダ
ーにハンダ付けしている。そして上記のハンダ付け用金
属膜の構造としては、ガラス面と接触する下地層として
ガラスに対し密着性の良いCr膜を設け、直接ハンダ付け
される最外層として酸化されないAu膜を設け、両膜の中
間にバッファ層としてPt膜を設けた三層積層構造が用い
られている。
ハンダ材料には従来Sn/Sbハンダが使用されていた
が、高信頼性が要求されるに従い、Sn/Auハンダへと移
行しつつある。
が、高信頼性が要求されるに従い、Sn/Auハンダへと移
行しつつある。
しかしながらSn/Auハンダは融点が高く、前述した従
来の金属膜構成ではレンズとホルダーの固定強度に著し
いバラツキがあった。すなわち、従来構造の金属膜（Cr
0.05μｍ＋Pt0.05μｍ＋Au0.6μｍ）を付着形成したレ
ンズにSn/Auハンダを使用した場合、下地層であるCr膜
と中間層であるPt膜はハンダとなじみが良いため高温で
侵食され（合金層をつくる）、ガラス界面と金属膜との
密着力が極度に低下する結果、レンズと金属ホルダーと
の固定に充分な強度が得られずバラツキも大きい。
来の金属膜構成ではレンズとホルダーの固定強度に著し
いバラツキがあった。すなわち、従来構造の金属膜（Cr
0.05μｍ＋Pt0.05μｍ＋Au0.6μｍ）を付着形成したレ
ンズにSn/Auハンダを使用した場合、下地層であるCr膜
と中間層であるPt膜はハンダとなじみが良いため高温で
侵食され（合金層をつくる）、ガラス界面と金属膜との
密着力が極度に低下する結果、レンズと金属ホルダーと
の固定に充分な強度が得られずバラツキも大きい。
従来のCr膜に代えてTi膜をガラスとの接触下地層とし
て用いる。すなわち、ガラス素子のハンダ付けされる接
合面に、ガラス面側から外方に向けてTi,Pt,Auの順序で
各金属膜を積層形成する。
て用いる。すなわち、ガラス素子のハンダ付けされる接
合面に、ガラス面側から外方に向けてTi,Pt,Auの順序で
各金属膜を積層形成する。
Ti膜の厚みは、あまり薄いとそれより上層の金属膜を
ガラスに接着する効果が薄くなり、またあまり厚いと熱
膨脹等で剥離する可能性もでてくるため、0.03〜0.1μ
ｍの範囲内とするのが望ましい。
ガラスに接着する効果が薄くなり、またあまり厚いと熱
膨脹等で剥離する可能性もでてくるため、0.03〜0.1μ
ｍの範囲内とするのが望ましい。
後述の実験データで示すように、ハンダによる下地層
の侵食がほとんどなくなり、広い温度範囲で安定的に充
分な固定強度が得られる。
の侵食がほとんどなくなり、広い温度範囲で安定的に充
分な固定強度が得られる。
第１図において１はハンダ付け固定されるガラス素子
の一例としての屈折率分布型レンズを示し、このレンズ
１の側周面1A上に第２図に拡大して示す如くガラス面側
から外方に向けてチタン（Ti）膜11、白金（Pt）膜12、
金（Au）膜13をこの順序で積層形成する。
の一例としての屈折率分布型レンズを示し、このレンズ
１の側周面1A上に第２図に拡大して示す如くガラス面側
から外方に向けてチタン（Ti）膜11、白金（Pt）膜12、
金（Au）膜13をこの順序で積層形成する。
上記金属膜はレンズの側周全面に設ける以外に、要部
のみに限定して設けてもよい。またレンズに限らず、ミ
ラー、フィルタ、プリズム等一般にガラス素子を金属部
材にハンダ付け固定する場合に広く適用することができ
る。
のみに限定して設けてもよい。またレンズに限らず、ミ
ラー、フィルタ、プリズム等一般にガラス素子を金属部
材にハンダ付け固定する場合に広く適用することができ
る。
以下本発明構造と従来構造とのハンダ付け強度比較及
び侵食チェックを行なった実験の結果について説明す
る。
び侵食チェックを行なった実験の結果について説明す
る。
市販の光学ガラスを円板状に加工し、その片面に金属
膜をスパッタ付着したものをテストサンプルとして用意
した。
膜をスパッタ付着したものをテストサンプルとして用意
した。
このガラス円板の金属膜上にSn/Auのハンダ小片を載
せるとともに、これとは別に銅棒を金属膜にハンダ付け
した。
せるとともに、これとは別に銅棒を金属膜にハンダ付け
した。
これらの作業はN2ガスフロー中の雰囲気炉内で行な
い、種々の温度水準においてそれぞれ20分間保持し、取
り出した後に金属膜の侵食状態を観察するとともに、銅
棒の接着強度を測定した。
い、種々の温度水準においてそれぞれ20分間保持し、取
り出した後に金属膜の侵食状態を観察するとともに、銅
棒の接着強度を測定した。
金属膜の構成は、本発明の実施例としてTi膜0.03〜0.
1μｍ厚＋Pt膜0.05μｍ膜＋Au膜0.6μｍ厚の構成、本発
明外の比較例１としてCr膜0.05μｍ厚＋Pt膜0.05μｍ厚
＋Au膜0.6μｍ厚の構成、比較例２として、Cr0.05μｍ
厚＋Pt膜0.05μｍ厚＋Au2μｍの構成を用いた。
1μｍ厚＋Pt膜0.05μｍ膜＋Au膜0.6μｍ厚の構成、本発
明外の比較例１としてCr膜0.05μｍ厚＋Pt膜0.05μｍ厚
＋Au膜0.6μｍ厚の構成、比較例２として、Cr0.05μｍ
厚＋Pt膜0.05μｍ厚＋Au2μｍの構成を用いた。
上記実験の結果のうち、侵食状態観察結果を第１表
に、また引張強度測定結果を第３図に示す。
に、また引張強度測定結果を第３図に示す。
金属膜のハンダによる侵食状態（ハンダと金属膜の合
金状態）は、テストサンプルガラス板裏面から目視で観
察し、侵食のない場合を○、部分的に侵食されている場
合を△、全体が侵食されている場合を×としている。
金状態）は、テストサンプルガラス板裏面から目視で観
察し、侵食のない場合を○、部分的に侵食されている場
合を△、全体が侵食されている場合を×としている。
なお試験温度条件は、Sn/Auハンダ（Sn20％、Au80
％）の融点が280℃であり、一般にハンダ付け作業温度
は融点＋50℃とされていることを考慮して設定した。
％）の融点が280℃であり、一般にハンダ付け作業温度
は融点＋50℃とされていることを考慮して設定した。
第１表の結果から、本発明構造による金属膜は、広い
ハンダ付け温度範囲（330℃〜440℃）においてSn/Auハ
ンダによる侵食がないのに対して、従来構造の金属膜で
は370℃近辺より高温域では侵食され、また単純に最外
層金膜の厚みを大にする（比較例２）だけでは耐侵食の
効果がないことがわかる。
ハンダ付け温度範囲（330℃〜440℃）においてSn/Auハ
ンダによる侵食がないのに対して、従来構造の金属膜で
は370℃近辺より高温域では侵食され、また単純に最外
層金膜の厚みを大にする（比較例２）だけでは耐侵食の
効果がないことがわかる。
また、第３図から、本発明の金属膜構造は広いハンダ
付け温度範囲（330℃〜440℃）において充分な接合強度
が得られるのに対して、従来構造の金属膜では370℃近
辺よりも高温域では引張り強度が極端に小さくなり、バ
ラツキも大きいことがわかる。
付け温度範囲（330℃〜440℃）において充分な接合強度
が得られるのに対して、従来構造の金属膜では370℃近
辺よりも高温域では引張り強度が極端に小さくなり、バ
ラツキも大きいことがわかる。
また比較例１と比較例２とを対比すると、単なる金膜
の厚膜化だけでは、引張り強度向上に対しても効果がな
いことがわかる。
の厚膜化だけでは、引張り強度向上に対しても効果がな
いことがわかる。
なお、ハンダの濡れ性については、テストサンプル表
面のハンダの拡がりを観察した結果、今回の実験条件範
囲ではすべて良好であった。ただし、空気中でのハンダ
付けでは、銅棒の酸化のためハンダ付けが困難であり、
またハンダの濡れ（拡がり）もN2ガスフロー中に比べて
悪く、したがって本発明に係る金属膜を施したガラス素
子をハンダ付けする場合でも、非酸化雰囲気中で作業を
行なうことが望ましい。
面のハンダの拡がりを観察した結果、今回の実験条件範
囲ではすべて良好であった。ただし、空気中でのハンダ
付けでは、銅棒の酸化のためハンダ付けが困難であり、
またハンダの濡れ（拡がり）もN2ガスフロー中に比べて
悪く、したがって本発明に係る金属膜を施したガラス素
子をハンダ付けする場合でも、非酸化雰囲気中で作業を
行なうことが望ましい。
〔発明の効果〕 本発明によれば、レンズ等のガラス素子を金属部材に
ハンダ付けするに当り、融点の高いハンダ材料を用いて
もガラス素子表面の金属膜に侵食（合金生成）を生じ難
く、広い温度範囲にわたり安定した充分な接合強度が得
られる。
ハンダ付けするに当り、融点の高いハンダ材料を用いて
もガラス素子表面の金属膜に侵食（合金生成）を生じ難
く、広い温度範囲にわたり安定した充分な接合強度が得
られる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第２図は同
要部拡大図、第３図は本発明金属膜構造と従来構造との
ハンダ付け接合強度比較を示すグラフである。 １……ガラス素子、10……金属膜、11……Ti膜、12……
Pt膜、13……Au膜。
要部拡大図、第３図は本発明金属膜構造と従来構造との
ハンダ付け接合強度比較を示すグラフである。 １……ガラス素子、10……金属膜、11……Ti膜、12……
Pt膜、13……Au膜。
Claims (1)
- 【請求項１】ガラス素子のハンダ付けされる面に、ガラ
ス面側から外方に向けてTi,Pt,Auの順序で各金属膜を積
層形成したことを特徴とするハンダ付け固定のためのガ
ラス素子構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11625789A JP2575490B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | ハンダ付け固定のためのガラス素子構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11625789A JP2575490B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | ハンダ付け固定のためのガラス素子構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02296754A JPH02296754A (ja) | 1990-12-07 |
| JP2575490B2 true JP2575490B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=14682636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11625789A Expired - Lifetime JP2575490B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | ハンダ付け固定のためのガラス素子構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2575490B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022138844A1 (ja) * | 2020-12-25 | 2022-06-30 | クアーズテック株式会社 | シリカ部材及びｌｅｄ装置 |
-
1989
- 1989-05-10 JP JP11625789A patent/JP2575490B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02296754A (ja) | 1990-12-07 |
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Legal Events
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