JP5761919B2 - 光デバイス用部品および光デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズとレンズの外側面を内側面に接合させてレンズを保持するレンズ鏡筒とを含み、撮像装置や光通信装置等の受発光装置等に用いられる光デバイスを作製するための光デバイス用部品、およびその光デバイス用部品を用いてなる光デバイスに関するものである。

撮像装置や光通信装置等の受発光装置等に用いられる光デバイスは、一般に、映像や通信等の光信号を、この光信号と電気信号との変換を行なう光電変換素子に正確に送り込んだり、光電変換素子から通信用の光ファイバ等に正確に送り込んだりするための凸状または非球面のレンズと、レンズの外側面が接合された、レンズを位置決めして保持するためのレンズ鏡筒とを備えている。

この光デバイスは、例えば光通信の受光用のものであれば、円筒状等のレンズ鏡筒の長さ方向の一方の端部近くにおいて内側面にレンズの外側面の全周が接合された構造である。このレンズ鏡筒の他方の端部が、レンズの焦点位置に光電変換素子として受光用のダイオードが位置するように搭載された配線基板に、はんだ等の接合材で接合されて使用される。

このような光デバイスは、外側面に金属層が被着されたレンズと、少なくともレンズの金属層が接合される部位（内側面の高さ方向の少なくとも一部であって、内側面の全周にわたる部位）が金属材料からなるレンズ鏡筒とを含む光デバイス用部品を用いて作製されている。金属層は、例えば、ほう珪酸ガラスで作製した凸レンズの外側面の全周に、蒸着等の手段で被着されたニッケル薄膜と、そのニッケル薄膜上に被着された金薄膜とによって形成されている。また、レンズ鏡筒は、例えば全体が鉄−ニッケル−コバルト合金等で所定の円筒状等の形状に製作されている。

このような光デバイス部用部品および光デバイスにおいて、レンズ（金属層）とレンズ鏡筒（金属材料）との接合には、一般に、はんだが用いられている。この場合、レンズとレンズ鏡筒との接合に用いるはんだ（１次はんだ）は、その融点が、光デバイスと配線基板等との接合に用いるはんだ（２次はんだ）の融点よりも高いものである必要がある。１次はんだの融点が２次はんだの融点以下であると、光デバイスを配線基板等に接続する際の加熱によって１次はんだが溶融して、レンズの位置ずれ等の不具合を生じる可能性がある。

なお、１次はんだとしては、従来、鉛−錫系等の、融点が約270〜300℃程度のいわゆる高温はんだが用いられ、２次はんだとしては、融点が約184℃の錫−鉛はんだ（いわゆる
共晶はんだ）が用いられていた。

特開平５−127050号公報 特開2001−353590号公報 特開2005−072173号公報

しかしながら、近年、欧州における特定有害物質の規制（ＲｏＨＳ：Restriction on Hazardous Substances）指令等、環境に対する悪影響を防ぐために、はんだの材料として
鉛を使用しないようにすること（いわゆる鉛フリー化）が求められるようになってきている。そのため、従来の鉛系の高温はんだに代わるはんだを１次はんだとして用いた光デバイス用部品および光デバイスを提供する必要が生じている。

この場合、光デバイスを配線基板に接続するための２次はんだについても鉛フリー化が必要であり、従来の錫−鉛はんだに代わって、錫−銀系はんだや錫−銀−銅系はんだ等の、いわゆる鉛フリーはんだが実装用はんだとして多用されるようになってきている。このような鉛フリーはんだは、従来の錫−鉛はんだに比べて、融点が約220℃以上と比較的高
い。そのため、１次はんだについても、従来よりも融点の高いものが必要になってきている。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、レンズ鏡筒に接合されたはんだが鉛を含有せず、さらにこのはんだを介してレンズ鏡筒にレンズが接合されたときの受発光の信頼性が高い光デバイス用部品、およびその光デバイス用部品を用いてなる、受発光の信頼性が高い光デバイスを提供することにある。

本発明の光デバイスの製造方法は、外側面の全周に金属層が被着されたレンズと、少なくとも内側面の高さ方向の一部が該内側面の全周にわたって金属材料で形成されているとともに、この金属材料の表面にはんだ層が被着されたレンズ鏡筒とを含み、前記レンズの前記金属層と前記レンズ鏡筒の前記内側面の前記金属材料とがはんだ接合層を介して接合された光デバイスの製造方法であって、前記はんだ層は、前記レンズ鏡筒側から順に配置された、錫と前記金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１はんだ層と、ビスマス相を主成分として、錫を２乃至５質量％含む錫−ビスマス合金相を含む、前記第１はん
だ層よりも融点が低い第２はんだ層とからなり、前記レンズの金属層と、前記第２はんだ層とを接触させ、前記第２はんだ層を溶融させて、前記レンズ鏡筒側から順に配置された、錫と前記金属材料の金属成分との合金相を主成分とする前記第１はんだ層による第１接合層と、ビスマス相を主成分とする、前記第１接合層よりも融点が低く、前記第２はんだ層よりも融点が高い第２接合層と、錫と前記金属層の金属成分との合金相を主成分とする、前記第２接合層よりも融点が高い第３接合層とからなる接合層を形成させることを特徴とするものである。

また、本発明の光デバイスの製造方法は、前記金属材料の金属成分および前記金属層の金属成分が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種であることを特徴とするものである。

本発明の光デバイス用部品によれば、はんだ層をレンズ鏡筒に直接接合している第１はんだ層が錫とレンズ鏡筒の金属材料の金属成分との合金相を主成分としてなり、その融点が金属材料の作用により約400℃以上と高くなっている。また、レンズ鏡筒にレンズ（実
際にはレンズの外側面に被着されたはんだ付け用の金属層）を接合するための第２はんだ
層がビスマス相を主成分として錫−ビスマス合金相を含んでなり、第１はんだ層よりも融点が低い。そのため、従来の鉛はんだに代わり、有害な鉛を含有しないはんだによるレンズ（金属層）の接合が可能になる。

すなわち、ビスマスの融点が271℃と比較的高いため、ビスマス相を主成分とする第２
はんだ層を、従来の鉛系高温はんだと同様に１次はんだの層として機能させることができる。また、第２はんだ層は、ビスマス相に比べて融点が低い錫−ビスマス相を含有しているため、レンズ接合時の加熱温度を低く抑えることができる。このレンズとレンズ鏡筒との接合時、第１はんだ層の融点が上記のように第２はんだ層の融点よりも高くなっているため、第２はんだ層による接合時に第１はんだ層が溶融せず、レンズ鏡筒に対するはんだ層の接合を維持することができる。さらに、この第２はんだ層による接合時に、第２はんだ層の錫成分がレンズの金属層の金属成分と合金化して、ビスマスよりも融点が高い合金相を形成することもできる。そのため、例えばレンズとレンズ鏡筒とを接合して光デバイスを作製した後に、錫−銀系等の鉛フリーはんだを用いて光デバイスの配線基板に対する接合を行なうような場合でも、はんだ層が溶融することはなく、受発光の信頼性が高い。したがって、レンズ鏡筒に接合されたはんだ層が鉛を含有せず、さらにこのはんだ層を介してレンズ鏡筒にレンズが接合されたときの受発光の信頼性が高い光デバイス用部品を提供することができる。

また、本発明の光デバイス用部品は、上記構成においてレンズ鏡筒の金属材料が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種である場合には、受発光の信頼性をより確実に高くすることが可能であり、光デバイスの作製がより容易な光デバイス用部品を提供することができる。

すなわち、上記の金属材料と錫との合金相の形成が容易であり、その融点を、より確実に上記のように高くすることができる。また、これらの金属材料は、それ自体によってレンズ鏡筒を作製したり、レンズ鏡筒を金属以外の材料（セラミック材料や樹脂材料等）で作製したときに、レンズ鏡筒の内側面に、例えばメタライズ層やめっき層等の形態で被着させたりすることが容易である。したがって、この場合には、受発光の信頼性や実用性がより高い光デバイス用部品を提供することができる。

本発明の光デバイスは、上記構成を備え、レンズ鏡筒とレンズとを接合しているはんだ接合層が、レンズ鏡筒側から順に配置された、錫とレンズ鏡筒の金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１接合層と、ビスマス相を主成分とする、第１接合層よりも融点が低い第２接合層と、錫とレンズの金属層の金属成分との合金相を主成分とする、第２接合層よりも融点が高い第３接合層とからなることから、上記本発明の光デバイス用部品と同様に、鉛を含有しないはんだ接合層によるレンズの接合が可能である。

すなわち、ビスマス相を主成分とする第２接合層は、ビスマスの融点が比較的高いので、従来の鉛系高温はんだと同様にレンズ鏡筒とレンズとを接合する主な接合層として機能させることができる。そして、例えばこの光デバイスを、錫−銀系等の鉛フリーはんだを用いて配線基板に対する接合を行なうような場合でも、第２はんだ層が溶融することは効果的に抑制される。また、第１および第３接合層は、いずれも第２接合層よりも融点が高いので、同様に、配線基板への接合に溶融することは効果的に抑制される。そのため、受発光の信頼性の高い光デバイスを提供することができる。なお、第１および第３接合層は、それぞれ錫と合金相を形成する金属層および金属材料の金属成分の作用により、その融点が上記のように高くなっている。

また、本発明の光デバイスは、上記構成において、レンズ鏡筒の金属材料の金属成分およびレンズの金属層の金属成分が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパ
ラジウムの少なくとも１種である場合には、上記本発明の光デバイス用部品の場合と同様に、受発光の信頼性をより確実に高くすることが可能であり、光デバイスとしての実用性も良好な光デバイスを提供することができる。

すなわち、上記の金属成分と錫との合金相の形成が容易であり、その融点をより確実に上記のように高くすることができる。また、これらの金属材料は、それ自体によってレンズ鏡筒を作製したり、金属以外の材料（セラミック材料や樹脂材料等）でレンズ鏡筒を作製したときにレンズ鏡筒の内側面に、例えばメタライズ層やめっき層等の形態で被着させたりすることが容易である。したがって、この場合には、受発光の信頼性や実用性が高い光デバイスを提供することができる。

以上のように、本発明の光デバイス用部品および光デバイスにおいては、ビスマス相を主成分として錫−ビスマス相を含む第２はんだ層がレンズの金属層と接合されるので、比較的低温から金属層とはんだ層（第２はんだ層）との接合が開始され、はんだ層の金属層に対する濡れ性が向上するとともに、接合後には、第２接合層に融点が低いビスマス−錫相が残っていないので、接合層としての融点を、例えば錫−銀系等の鉛フリーはんだの融点に比べて十分に高くすることができる。

本発明の光デバイス用部品の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の光デバイスの実施の形態の一例を示す断面図である。

本発明の光デバイス用部品および光デバイスについて、添付の図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の光デバイス用部品の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は、本発明の光デバイスの実施の形態の一例を示す断面図である。図１および図２において、１はレンズ鏡筒，２ははんだ層，３はレンズ，４は金属層，５ははんだ接合層である。なお、図１および図２は断面図であるが、透明な部材であるレンズ３についてはハッチングを施していない。

レンズ鏡筒１とレンズ３とにより光デバイス用部品が基本的に構成され、それぞれが光デバイス用部品であるレンズ３がレンズ鏡筒１に接合されて光デバイスが基本的に構成されている。光デバイス用部品において、少なくとも内側面の高さ方向の一部がこの内側面の全周にわたって金属材料からなるレンズ鏡筒１にはんだ層２が接合されている。このはんだ層２をレンズ３の外側面の金属層４に接合すれば、レンズ３がレンズ鏡筒１に接合されてなる光デバイスが作製される。

レンズ鏡筒１は、例えば円筒状であり、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金，銅，アルミニウム等の金属材料、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料または樹脂材料やガラス材料等の材料によって形成されている。なお、レンズ鏡筒１は、上記のように内側面の全周にレンズ３の外側面の全周が接合されるため、内側面の高さ方向の少なくとも一部（レンズ３が接合される部分）は、レンズ３の外側面の形状および寸法に対応した形状および寸法としておく必要がある。

レンズ鏡筒１は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合であれば、管状に成形された合金材料に切断や研磨等の金属加工を施して所定の形状および寸法に加工することによって製作することができる。また、レンズ鏡筒１がガラスセラミック焼結体等のセラミック材料からなる場合であれば、酸化ケイ素等のガラス粉末および酸化アルミニウム
等のセラミック粉末等の原料粉末を有機溶剤およびバインダとともに所定のレンズ鏡筒１の形状に成形した後、約900〜1000℃程度の温度で焼成する方法で製作することができる
。

このレンズ鏡筒１の金属材料の表面に、レンズ３の金属層４を接合させるためのはんだ層２が接合されている。このはんだ層２を接合させるために、レンズ鏡筒１は、少なくとも内側面の高さ方向の一部がこの内側面の全周にわたって金属材料からなるものである必要がある。そのため、レンズ鏡筒１を上記の金属材料以外の材料で形成した場合には、上記内側面の少なくとも一部に、この内側面の全周にわたって、メタライズ法やめっき法等の手段で金属材料を層状に被着させておく必要がある。

例えば、レンズ鏡筒１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、このレンズ鏡筒１となる未焼成の成形体の内側面となる部位にタングステンやモリブデン等の金属ペーストを塗布しておき、レンズ鏡筒１と同時焼成すれば、メタライズ層からなる金属材料（図示せず）を被着させることができる。なお、このメタライズ層からなる金属材料の層は、はんだの濡れ性が低いため、その表面にニッケルやコバルト，銅，金，パラジウム，白金等のめっき層を被着させておくことが好ましい。

また、レンズ鏡筒１が鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料で形成されている場合でも、その外側面および内側面等の表面にニッケルや金，銅，銀，錫，亜鉛，クロム等のめっき層を被着させて、レンズ鏡筒１の酸化を抑制したり、レンズ鏡筒１を後述するように配線基板６に接合するときのはんだ等の濡れ性を高めるようにしてもよい。

以上のように、レンズ鏡筒１の内側面の少なくとも高さ方向の一部について、その内側面の全周にわたって構成する金属材料は、鉄，ニッケル，コバルト，金，銅，銀，パラジウム，白金およびアルミニウムまたはこれらの金属材料の合金（鉄−ニッケル−コバルト合金等）の少なくとも１種を金属成分として含むものである。

レンズ３は、例えば凸レンズであり、レンズ鏡筒１とともに光デバイスを作製するための光デバイス用部品の一部である。レンズ３の外側面を上記レンズ鏡筒１の内側面に接合すれば、この光デバイス用部品によって光デバイスが作製される。この光デバイスは、例えばレンズ鏡筒１の一方の開口から入射する光が、レンズ３によって、レンズ鏡筒１の他方の開口側の所定の位置で収束させる機能を有している。この場合、レンズ鏡筒１の他方の開口側が、フォトダイオードやレーザダイオード等の光電変換素子７が搭載された配線基板６に接合される。例えば、あらかじめ上面に光電変換素子７としてフォトダイオードが搭載された配線基板６の上面に光デバイスを接合して、光が収束する位置に光電変換素子７が配置されるようにすれば、外部から入射した光に応じて電気信号が光電変換素子７で発生し、配線基板６の配線導体（図示せず）等を介して電気信号が光通信機器や撮像装置等の外部の電子機器等に送信される。

この場合、光の収束位置の精度を高くする必要があるため、レンズ３の光軸の位置が所定の位置からずれないようにする必要があり、レンズ３のレンズ鏡筒１に対する接合強度を、光デバイスを配線基板６に接合する際の熱処理でも低下しない程度に、十分に高くする必要がある。

なお、レンズ３は、ほう珪酸ガラス等のガラス材料で形成されているため、はんだ２を介してレンズ鏡筒１の金属材料（この実施の形態の例ではレンズ鏡筒１の全体を形成している金属材料）と接合させるために、上記のように外側面の全周に金属層４が被着されている。この金属層４を形成する金属成分は、はんだ層２を接合するための下地金属層であり、また、はんだ層２の成分と合金を形成するための金属材料を供給するためのものであ
る。このような金属層４は、上記レンズ鏡筒１の金属材料と同様の金属成分（鉄，ニッケル，コバルト，銅，金，パラジウムおよび白金、または鉄−ニッケル−コバルト合金等のこれらの金属材料の合金の少なくとも１種）を用いればよい。

このような金属層４は、例えばスパッタリング法等の方法でレンズ３の側面に被着されている。この金属層４についても、その表面にニッケルやコバルト，銅，金，パラジウム，白金等のめっき層を被着させて、はんだの濡れ性を高くするようにしておいてもよい。

なお、図１および図２に示す例において、レンズ３は、凸レンズ状の本体の外側面に環状に張り出し部分（符号なし）が本体と同じ材料によって設けられており、この張り出し部分の外側面から下面にかけて金属層４が被着されている。また、レンズ鏡筒１には、この張り出し部分の下面を載せるための段状の部分（符号なし）が設けられている。このような構造であれば、レンズ３のレンズ鏡筒１に対する接合面積をより大きくすることができるため、レンズ３のレンズ鏡筒１に対する接合の強度をより高くする上で有効である。

本発明の光デバイス用部品において、上記のようにレンズ鏡筒１の少なくとも内側面の高さ方向の一部が金属材料からなるとともに、その外周部にはんだ層２が接合されており、はんだ層２は、レンズ鏡筒１側から順に配置された、錫とレンズ鏡筒１の金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１はんだ層２ａと、ビスマス相を主成分として錫−ビスマス合金相を含む、第１はんだ層２ａよりも融点が低い第２はんだ層２ｂとからなる。

レンズ鏡筒１の少なくとも内側面の高さ方向の一部を構成する金属材料は、上記のように、レンズ鏡筒１自体を形成する金属材料や、金属材料以外の材料で形成されたレンズ鏡筒１に被着されたメタライズ層やめっき層等であり、例えばニッケルやコバルト，鉄，金，銀，銅，白金，パラジウム，タングステン，モリブデン，マンガン，アルミニウム等である。

このような光デバイス用部品によれば、はんだ層２をレンズ鏡筒１に直接接合している第１はんだ層２ａが錫とレンズ鏡筒１の金属材料の金属成分との合金相を主成分としてなり、その融点が金属材料の金属成分の作用により約400℃以上と高くなっている。また、
レンズ鏡筒１にレンズ３（実際にはレンズ３に形成されるはんだ付け用の金属層４）を接合するための第２はんだ層２ｂがビスマス相を主成分として錫−ビスマス合金相を含んでなり、第１はんだ層２ａよりも融点が低い。そのため、従来の鉛系高温はんだ等に代わり、有害な鉛を含有しないはんだによるレンズ３の接合が可能になる。

すなわち、ビスマスの融点が271℃と比較的高いため、ビスマス相を主成分とする第２
はんだ層２ｂを、従来の鉛系高温はんだと同様にレンズ３を接合するためのはんだ層として機能させることができる。また、第２はんだ層２ｂは、錫−ビスマス相を含有している分、ビスマス相のみの場合に比べて融点が低いため、レンズ３の接合時の加熱温度を低く抑えることができる。この接合時、第１はんだ層２ａの融点が、金属材料の金属成分の作用により第２はんだ層２ｂの融点よりも高くなっているため、第２はんだ層２ｂによる接合時に溶融せず、レンズ鏡筒１に対するはんだ層２の接合を維持することができる。さらに、この接合時に、第２はんだ層２ｂの錫成分が、レンズ３側の金属層４の金属材料とビスマスよりも融点が高い合金相を形成することもできる。そのため、例えば光デバイス用部品のレンズ鏡筒１にレンズ３を接合して光デバイスとした後に、錫−銀系等の鉛フリーはんだを用いて光デバイスを配線基板６に接合するような場合でも、はんだ層２（第１および第２はんだ層２ａ，２ｂのいずれも）が溶融することはなく、受発光の信頼性が高い。したがって、レンズ鏡筒１に接合されたはんだ層２が鉛を含有せず、さらにこのはんだ層２を介してレンズ鏡筒１がレンズ３に接合されたときの受発光の信頼性が高い光デバイス用部品を提供することができる。

第１はんだ層２ａは、錫とレンズ鏡筒１の金属材料の金属成分との合金相を主成分としたものであり、金属成分の作用によって、上記のように融点が従来の鉛系高温はんだの融点よりも高くなっている。

第２はんだ層２ｂは、レンズ３の金属層４と接合したときに錫成分のほぼ全部が金属層４の金属材料と合金相を形成するような組成で形成する。

このような組成の第２はんだ層２ｂとしては、例えば錫成分を約２〜５質量％、ビスマス−錫相を構成する錫として含むビスマス−錫はんだを挙げることができる。また、上記組成において、錫成分は、一部が錫相や錫と金属材料との合金相として含まれているものでもよい。また、上記組成のビスマス−錫はんだに、ビスマスと金属材料の金属成分との合金相を含んでいてもよい。

このようなはんだ層２は、例えば、以下の方法でレンズ鏡筒１（レンズ鏡筒１の金属材料）に接合することができる。

すなわち、例えば鉄−ニッケル合金で作製されたレンズ鏡筒１を準備するとともに、その内側面の高さ方向の一部に、錫を約６〜10質量％含む、ビスマス−錫はんだのペースト（図示せず）を塗布する。そして、このペーストを塗布したレンズ鏡筒１を280〜300℃で１〜２分程度加熱すれば、ビスマス−錫はんだの錫成分と、レンズ鏡筒１の金属材料の金属成分とが互いに接合界面部分で錫−金属成分の合金相を形成し、はんだ層２がレンズ鏡筒１に接合される。また、接合されたはんだ層２の第２はんだ層２ｂは、錫成分の拡散によって上記のような錫成分を２〜５質量％程度含む組成となる。

なお、はんだ層２は、上記のようにレンズ３の金属層４が接合される一部に被着させておけば十分であり、レンズ鏡筒１の内側面の全面に被着させる必要はない。

また、本発明の光デバイス用部品は、上記構成においてレンズ鏡筒１の金属材料が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種である場合には、受発光の信頼性をより確実に高くすることが可能であり、光デバイス用部品としての実用性も良好な光デバイス用部品を提供することができる。

すなわち、上記の金属材料と錫との合金相の形成が容易であり、その融点をより確実に上記のように高くすることができる。また、これらの金属材料は、それ自体によりレンズ鏡筒１を作製したり、金属材料以外の材料でレンズ鏡筒１を作製したときにレンズ鏡筒１の下面の外周部に、例えばスパッタリング層やめっき層等（図示せず）の形態で被着させたりすることが容易である。したがって、この場合には、受発光の信頼性や実用性が高い光デバイス用部品を提供することができる。例えば、ニッケルやコバルト，鉄であればレンズ鏡筒１自体を形成する材料として用いられ、金や銀，銅，白金およびパラジウムであればセラミック材料等からなるレンズ鏡筒１の内側面にスパッタリング層や被覆用のめっき層として用いられる。

これらの金属材料の中でも、ニッケル，銅および金が、めっき層としての被着が容易であり、また、はんだ層２をはんだペーストの塗布および溶融によって接合する際の濡れ性が良好であるため、好ましい。

そして、レンズ鏡筒１とレンズ３の金属層４とをはんだ層２を介して接合し、レンズ３の外側面がレンズ鏡筒１の内側面に、光軸が所定の位置になるように固定すれば、光デバイスが製作される。

本発明の光デバイスは、外側面の全周に金属層４が被着されたレンズ３と、少なくとも内側面の高さ方向の一部がその内側面の全周にわたって金属材料で形成されているレンズ鏡筒１とを備え、レンズ３の金属層４とレンズ鏡筒１の内側面の金属材料とがはんだ接合層５を介して接合されて形成されている。

はんだ接合層５は、例えば本発明の光デバイス用部品におけるはんだ層２がレンズ３の金属層４と接合されて形成されたものである。

この光デバイスにおいて、レンズ鏡筒１とレンズ３とを接合しているはんだ接合層５は、レンズ鏡筒１側から順に配置された、錫と金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１接合層５ａと、ビスマス相を主成分として錫−ビスマス合金相を含む、第１接合層５ａよりも融点が低い第２接合層５ｂと、錫と金属層４の金属成分との合金相を主成分とする、第２接合層５ｂよりも融点が高い第３接合層５ｃとからなる。

本発明の光デバイスは、はんだ接合層５が、上記構成の第１〜第３接合層５ａ〜５ｃからなることから、本発明の光デバイス用部品と同様に、鉛を含有しないはんだ接合層５によるレンズ３（金属層４）のレンズ鏡筒１（金属材料）に対する接合が可能になる。

ビスマス相を主成分とする第２接合層５ｂは、融点が低い錫−ビスマス合金相を含有せず、ビスマスの融点が比較的高いので、従来の鉛系高温はんだと同様にレンズ鏡筒１とレンズ３とを接合する主な接合層として機能させることができる。そして、例えばこの光デバイスを、錫−銀系等の鉛フリーはんだを用いて配線基板６に接合するような場合でも、第２接合層５ｂが溶融することはない。また、第１および第３接合層５ａ，５ｃは、いずれも第２接合層５ｂよりも融点が高いので、同様に、配線基板６への接合時に溶融することはない。そのため、受発光の信頼性の高い光デバイスを提供することができる。なお、第１および第３接合層５ａ，５ｃは、それぞれ錫と合金相を形成するレンズ鏡筒１の金属材料またはレンズ３の金属層４の金属成分の作用により、その融点が上記のように高くなっている。

なお、この光デバイスを構成するレンズ鏡筒１およびレンズ３等の構成は上記の光デバイス用部品の場合と同様であり、同様の方法で製作することができる。

また、接合層５の第１接合層５ａは、錫とレンズ鏡筒１の金属材料の金属成分との合金相を主成分とするものであり、その全部が錫−金属成分の合金相からなるものであってもよく、数質量％程度のビスマス相やビスマスと上記金属成分との合金相を含むものであってもよい。

第３接合層５ｃは、錫と金属層４の金属成分との合金相を主成分とするものであり、その全部が錫−金属成分の合金相からなるものであってもよく、数質量％程度のビスマス相やビスマスと上記金属成分との合金相を含むものであってもよい。

第１接合層５ａおよび第３接合層５ｃは、それぞれ接合層５をレンズ鏡筒１およびレンズ３の金属層４に接合している層であり、光デバイス用部品における第１はんだ層２ａと同様に、金属成分の作用により融点が従来の鉛系高温はんだよりも高い。これらの第１接合層５ａおよび第３接合層３ｃは、例えばそれぞれの融点が互いに同じ程度である。

これらの第１および第３接合層５ａ，５ｃにおいて錫と合金相を形成する金属材料は、例えば光デバイス用部品における第１はんだ層２ａと同様にニッケルやコバルト，鉄，金，銀，銅，白金，パラジウム，アルミニウム等である。

第２接合層５ｂは、レンズ鏡筒１（金属材料）とレンズ３（金属層４）とを、レンズ鏡筒１にあらかじめ接合しておいたはんだ層２を金属層４に接合して、レンズ３をレンズ鏡筒１に接合する際の主な接合材である。すなわち、ビスマス相を主成分とする、融点がビスマスの融点（約271℃）程度と高い第２接合層５ｂを介してレンズ鏡筒１とレンズ３と
が接合されて、上記のように受発光の信頼性が高い光デバイスが形成されている。

第２接合層５ｂは、その全部がビスマス相で形成されていてもよく、レンズ鏡筒１の金属材料や金属層４の金属成分とビスマスとの合金相を含むものであってもよい。

このような接合層５を介してレンズ鏡筒１とレンズ３とが接合された光デバイスは、例えば、まず上記本発明の光デバイス用部品を準備し、次に、レンズ３をレンズ鏡筒１内に収容するとともに、レンズ３の外側面をレンズ鏡筒１の内側面の所定位置に位置決めし、次に、レンズ鏡筒１の内側面に接合したはんだ層２をレンズ３の金属層４に対向させて位置決めし、その後、これらをリフロー炉等を用いて加熱する方法で製作することができる。

この場合、はんだ層２の構成が、例えば上記のように、錫成分を約２〜５質量％、ビスマス−錫合金相を構成する錫として含む第２はんだ層２ｂを備えている場合であれば、炉中での加熱条件を約280〜300℃で約１〜２分程度に設定すればよい。この条件であれば、第２はんだ層２ｂの錫成分が金属層４の金属成分と良好に反応して合金相を形成することができ、接合後の第２接合層５ｂを上記のようなビスマス相を主成分とする組成とすることができる。

また、この場合、第２はんだ層２ｂにはビスマス相に比べて融点が低い錫−ビスマス合金相が存在しているため、また、さらに融点が低い錫相が存在する場合もあるため、比較的低い加熱温度から接合が開始されることによってはんだ層２の金属層４に対する濡れ性が高まり、融点の高い第３接合層５ｃを有する接合層５によるレンズ鏡筒１とレンズ３との間の接合ができる。すなわち、接合前のはんだ層２（特に第２はんだ層２ｂ）よりも、接合後の接合層５（特に第２接合層５ｂ）が高融点になる。

また、この光デバイスは、上記構成において、レンズ鏡筒１の金属材料の金属成分およびレンズ３の金属層４の金属成分が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種である場合には、上記本発明の光デバイス用部品の場合と同様に、受発光の信頼性をより確実に高くすることが可能であり、光デバイスとしての実用性も良好な光デバイスを提供することができる。

また、これらの金属材料は、それ自体によりレンズ鏡筒１を作製したり、金属材料以外の材料でレンズ鏡筒１を作製したときにレンズ鏡筒１の下面の外周部に、例えばメタライズ層やめっき層等の形態で被着させたりすることが容易である。したがって、この場合には、受発光の信頼性や実用性が高い光デバイスを提供することができる。

鉄−ニッケル−コバルト合金を用いて円筒状のレンズ鏡筒を作製するとともに、ほう珪酸ガラスからなる凸レンズを準備し、その凸レンズの外側面の全周にわたってニッケルのスパッタリング層および金めっき層を順次被着させて、金属層が外側面に被着されたレンズを作製した。

はんだ層は、錫を６質量％含有するビスマス−錫はんだを、このはんだのペーストの塗布および加熱（290℃で１分の条件）によってレンズ鏡筒の内側面に接合させた。このは
んだ層の第１はんだ層は、錫−ニッケルの合金相が主成分であり、ニッケルを含んでいた。また、第２はんだ層は、ＷＤＳ解析によれば、ビスマス相に微量の錫−ビスマス合金相を含むものであった。

レンズは、平面視したときの直径が約２ｍｍの凸レンズであり、光が入射されるのと反対側における光の収束位置が８ｍｍであった。これに合わせて、レンズ鏡筒も、レンズを接合させる部位から光が入射するのと反対側の端までの距離を８ｍｍとした。

この実施例の光デバイス用部品について、レンズの外側面の金属層をレンズ鏡筒の内側面にはんだ層を介して接合して光デバイスとした後、あらかじめ光電変換素子としてフォトダイオードを搭載しておいた配線基板上に、融点が約220℃の錫−銀はんだを用いて接
合し、外部から入射される光が正確に光電変換素子に伝わるか否かを、光電変換素子で光に応じて生じる電気信号で確認した。また、試験個数は100個とした。

なお、比較例として、鉛−錫はんだ（共晶はんだ）をはんだ層としてレンズ鏡筒に接合した従来技術の光デバイス用部品を準備し、上記実施例と同様に受光の信頼性を確認した。

その結果、試験した100個の実施例の光デバイス用部品において、入射した光に応じて
正確に電気信号が発信され、受光の信頼性が高いことが確認された。なお、比較例の光デバイス用部品は、はんだ層および接合層中に鉛を数十質量％程度含有しているため、環境に対して悪影響を与えるものであり、また、受光不良が２個発生した。

１・・・レンズ鏡筒
２・・・はんだ層
２ａ・・第１はんだ層
２ｂ・・第２はんだ層
３・・・レンズ
４・・・金属層
５・・・はんだ接合層
５ａ・・第１接合層
５ｂ・・第２接合層
５ｃ・・第３接合層
６・・・配線基板
７・・・光電変換素子

Claims (2)

1. 外側面の全周に金属層が被着されたレンズと、少なくとも内側面の高さ方向の一部が該内側面の全周にわたって金属材料で形成されているとともに、該金属材料の表面にはんだ層が被着されたレンズ鏡筒とを含み、前記レンズの前記金属層と前記レンズ鏡筒の前記内側面の前記金属材料とがはんだ接合層を介して接合された光デバイスの製造方法であって、前記はんだ層は、前記レンズ鏡筒側から順に配置された、錫と前記金属材料の金属成分との合金相を主成分とする第１はんだ層と、ビスマス相を主成分として、錫を２乃至５質量％含む錫−ビスマス合金相を含む、前記第１はんだ層よりも融点が低い第２はんだ層とからなり、
   前記レンズの金属層と、前記第２はんだ層とを接触させ、前記第２はんだ層を溶融させて、前記レンズ鏡筒側から順に配置された、錫と前記金属材料の金属成分との合金相を主成分とする前記第１はんだ層による第１接合層と、ビスマス相を主成分とする、前記第１接合層よりも融点が低く、前記第２はんだ層よりも融点が高い第２接合層と、錫と前記金属層の金属成分との合金相を主成分とする、前記第２接合層よりも融点が高い第３接合層とからなる接合層を形成させることを特徴とする光デバイスの製造方法。
2. 前記金属材料の金属成分および前記金属層の金属成分が、ニッケル，コバルト，鉄，金，銀，銅，白金およびパラジウムの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の光デバイスの製造方法。
   

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