JPH04187369A - 光部品の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は高速大容量光通信システム等に適用する光部品
に関するものであり、特に光部品の組立時の接合方法に
係わる。

［従来の技術］ 近年、光通信の高速・大容量化に伴い様々な光部品の小
型化及び高性能化が必須のものとなっている。例えば半
導体レーザモジュール、光アイソレータ、光カブラ、光
スィッチ、光変調器、及び光増幅器などがこの例である
。

これら光部品においては、従来、部品組立時に接着剤等
により固定していたが、樹脂による固定ではガスが発生
してポンディング部の断線等を惹起するなど、信頼性の
点で劣ることが指摘されている。このため光学部品の固
定には、最近、樹脂以外で固定する方法が要望されてい
る。

第５図は、光部品の一例である光アイソレータの従来の
構造組立を説明図である。半導体レーザーから発生され
た光ビームは、図中２ａで示す偏光子を通過した後、フ
ァラデー回転子１を通過することにより偏波面が４５度
回転し、偏光子２ｂから出射されるように構成されてい
る。一方、偏光子２ｂ側からの反射光は、偏波面が異な
るために偏光子２ａを通過できないので半導体レーザー
には到達しない。なお、同図において、３は中空の永久
磁石、４ａ’　、４ｂ’は前記偏光子２ａ、２ｂを固定
するための回転ホルダー、６は光アイソレータ全体の強
度を補強するための外ケースである。

従来、例えば上８己構成の光アイソレータを組み立てる
場合には、所定の場所に形成された注入穴から接着剤を
流し込んで接合していたのであるが、最近、接着剤によ
る接合と同様の方法で、接着剤を流し込んでいた穴より
半田を挿入し、それにレーザービームを照射して半田付
けすることが提案された（特開平１−２００２２３号公
報参照）。

この方法は、従来使われていた接着剤を半田に置き換え
るだけで、優れた効果を得ようとするものと考えられる
。

しかし、この場合には半田の溶は廻りが不均一であり、
製造方法も複雑で信頼性に欠けるという問題点があった
。すなわち、溶融して容易に液状になる樹脂の接着剤と
異なり、半田の場合には必ずしも流動性がよくないから
である。このため、高性能で高信頼性のある光アイソレ
ータを実現できないという問題点がある。

そこで上記問題点を解決する手段として、本発明者らは
２種類の半田を用いて光アイソレータを結合一体化する
ことを発明し、先にこれを出願した（特願平２−１５２
２２７号）。

この接合方法は、高融点半田と前ｇ８高融点半田より融
点が５０〜７０℃低い準高融点半田の２種類の半田を用
いる方法であり、組立調整箇所以外を前記高融点半田で
、組立調整箇所を前記準高融点半田で接合する方法であ
る。この様な方法を取ったのは、組立調整時に前記高融
点半田が再溶融しないように構成するためであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、光部品の一例である光アイソレータを前記接合
方法で接合する場合に、例えば前記高融点半田としてＰ
ｂ−８ｎ合金を用いるときには、Ｐｂ−８ｎ合金の融点
がＰｂの融点である３２７゜５℃を超えることはないた
め、前記高融点半田の融点は通常３００〜３２０℃とな
る。また、一般に半田接合を行う際には、接合部の温度
は半田の融点より５０℃程度高い環境にさらされる。し
たがって、前記準高融点半田の融点は最も高い場合でも
２５０〜２７０℃としなければならない。

しかるに、ユーザーが前記方法で一体化した光アイソレ
ータをレーザモジュールに組込む際に、例えば最も一般
的で取扱が簡単な共晶半田を用いる場合を考慮すると、
その融点は１８３℃であるから接合に適当な温度まで光
アイソレータの環境温度をあげるとすれば一時的ではあ
っても２３０〜２４０℃程度となるため、接合部の信頼
性が損なわれる恐れがある。

そこで本発明は、有毒ガスの発生する恐れがなく、多段
階の組立を要する光部品の組立において安定した組立技
術を確保できる、より信頼性の高い接合方法を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記問題点を解決するために本発明は、多段階の接合を
必要とする光部品の各構成部品間において、各構成部品
の接合部に融点の異なる２種類の金属を介在させ、これ
ら金属を溶融することによりこれら金属よりも高融点の
合金または金属間化合物を形成せしめるとともに接合を
行うことを特徴とするものである。

すなわち本発明においては、例えば介在された２種類の
金属のうちの融点の低い金属を融点の高い金属の融点よ
り低い温度で溶融することで、より高い融点の合金また
は金属間化合物を形成し、接合を行うものである。本発
明において、前記金属の介在のさせ方は、例えば接合す
る部材相互間に単に各金属箔を挿入介在させても良いが
、あらかじめ各被接合部材にそれぞれメツキ等の手法で
被着させておくことが好ましい。また、本発明において
、多段階の接合を行う場合には、前工程の接合において
形成される合金まきは金属間化合物の融点は、後工程の
接合において使用される融点の低い金属の融点より十分
に（例えば１００℃以上）高くなるような組成を選定す
ることが必要である。このように選定することにより本
発明においては、例えば第２段階の組立接合で、第１段
階と同様に２種類の金属を介挿し、融点の低い金属の溶
融を同様の温度条件で行っても１段階目の接合で形成し
た合金または金属間化合物が再溶融することはない。ま
た、２段階目の接合で形成される合金または金属間化合
物は、１段階目の接合で形成された合金または金属間化
合物とほぼ等しい融点を持つように形成することができ
る。したがって、この接合は３段階目以降も同様に繰り
返すことができる。最後の段階の接合を終えたときは、
各段階で行った接合により同様の合金または金属間化合
物のみが存在し、接合部はこの合金または金属間化合物
の融点まで昇温されない限り最溶融することはなく、極
めて信頼性に富む光部品を得ることができる。

第１図は、５ｎ−Ｎｉ系合金の状態図であり、本発明に
おける融点と成分比の関係の一例を説明するための図で
ある。前述したように、多段階接合することを前提とす
ると、各段階の接合で形成された合金または金属間化合
物の融点は、各段階の接合に必要な環境温度より高くな
ければならない。しかし、第１図から分かるとおり５ｎ
−Ｎｉ系化合物には数種の相が存在する。さて、各段階
の接合で必要となる環境温度はＳｎの融点である２３１
．１５℃以上であり、光部品の構成部品を破壊しない環
境温度まで昇温することが可能である。例えば、光部品
の一例として光アイソレータを考えると、最も耐熱温度
の低い構成部品が偏光ガラスとなり、その温度は４２０
℃となる。光アイソレータの接合の環境温度を仮に２３
１．１５〜４２０℃とすると、５ｎ−Ｎｉ系化合物の組
成比でＳｎの原子百分率が５８％を越えるとき、この温
度帯で液相が存在することが分かる。多段階接合におい
て、前段階の接合で形成された合金または金属間化合物
が接合時の環境温度で液体を一部含む相となると、接合
時に前段階の接合部分が緩むなどの不具合が起こる可能
性を持つ。よって、仮に前記温度帯で接合する場合は、
Ｓｎの原子百分率を５８％以下とし、液体を含む相が存
在しないようにしなければならない。Ｓｎの原子百分率
を５８％以下とし、２３１．１５〜７９４．５（≧４２
０）’Ｃで接合を行うことによって、前ａ己温度体で含
まれ得る全ての相が固体である合金または金属間化合物
を形成することができる。よって多段階接合をこの温度
帯で繰り返しても、形成された合金または金属間化合物
は再溶融せず、安定な多段階接合が行える。

［実施例コ 以下、本発明を実施例に基づいて、より詳しく説明する
。

（実施例１） 光部品の実施例として光アイソレータの接合方法につい
て述べる。第２図は、本発明の一実施例を説明するため
の構成図である。この図に示されるファラデー回転子１
は光学面両面の有効ビーム径以外の部分に、偏光子２ｂ
は光学面片面の有効ビーム径以外の部分に、中空の永久
磁石３は端面に、回転ホルダー４ｂは片面に、スペーサ
９は全面にＮｆのメタライズ膜を施している。このとき
Ｎｉの膜厚とリング状のＳｎ箔の厚みは接合後にＳｎの
原子百分率が５８％以下になるように制御する。この図
において、偏光子２ｂとスペーサ９及びファラデー回転
子ｌは回転ホルダー４ｂ上に順番に積み上げ、各部品間
にリング状のＳｎ箔７ｂをはさみ、このＳｎを偏光子２
ｂの耐熱温度以下の２３１．１’５〜４２０℃で溶かす
ことによりＮｉとの接合面において５ｎ−Ｎｉ系の合金
または金属間化合物を形成し固定される。また、このと
き回転ホルダー４ｂと永久磁石３の間にもリング状のＳ
ｎ箔７ｃを合わせておき磁石上部よりそれぞれを挿入し
固定することも可能である。

第３図は、本発明の詳細な説明するためのもう一つの構
成図である。この図に示される偏光子２ｂは光学面片面
の有効ビーム径以外の部分に、回転ホルダー４ａは片面
にＮｉのメタライズ膜が施されている。この図において
この場合、偏光子２ａが回転ホルダー４ａの中心にリン
グ状のＳｎ箔７ｂで前記合金または金属間化合物を形成
し固定される。− （実施例２） 第４図は、本発明のもう一つの実施例を説明する構成図
である。このような組立を行うには、第１図に示したフ
ァラデー回転子１、偏光子２ｂ、中空の永久磁石３、回
転ホルダー４ｂ及びスペーサ９の接合方法と、第２図に
示した偏光子２ｂ及び回転ホルダー４ａの接合方法を１
段階とし、更にこれら１段階の接合により作成された２
組の部品を組立調整後２段階目の接合を行う必要がある
。

このとき、１段階で接合された２組の部品の接合部合金
の融点は７９４．５℃以上となり、Ｓｎ箔の融点２３１
．１５℃より著しく高く、Ｓｎ箔の接合に必要な温度を
Ｓｎの融点との温度差△ｔを５０℃としても、１段階目
の接合によって形成された合金の融点を大きく下回り、
１段階目の接合部の合金は再溶融することはない。また
、２段階目の接合によって形成された合金の融点も７９
４゜５℃以上１２３０℃以下となる。

本発明により従来技術と比較して光アイソレータの耐熱
信頼性は著しく向上した。第１表は光アイソレータの耐
熱温度における従来技術と本発明の詳細な説明するため
のものである。

第１表　光アイソレータの耐熱温度における従来技術と
本発明の比較 第１表より、従来技術では半田の融点が光アイソレータ
の耐熱温度であったのに対し、本発明では光アイソレー
タの構成部品のうち最も融点が低い偏光子の耐熱温度が
接合部の融点より低く光アイソレータの耐熱温度となる
ことが分がる。

また、その他の光部品においても同様の接合方法が適用
できる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば従来の
接合方法と異なり接合部が確実・容易になるために、半
田接合などに必要とされるフラックスを使用することが
ないため、光部品を電子装置に組み込んだ後にフラック
スがら塩素ガスなどが発生してワイヤボンド部の断線事
故を発生することもな（なり信頼性の向上は大きい。

また、本発明の構造を用いれば、組立効率の一層の改善
を図りつつ、耐熱温度についても信頼性の高い光部品を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのＮｉ　−８ｎ系
合金の状態図、第２図ないし第４図は本発明の詳細な説
明するための構造図、第５図は従来技術を説明するため
の構造図である。 １：ファラデー回転子、２ａ；２ｂ・偏光子、３：永久
磁石、４ａ；４ｂ　；４ａ’；４ｂ’：回転ホルダー、
５ａ；５ｂ；５ｃ：貫通孔、６：外ケース、７ａ；７ｂ
；７ｃ：リング状Ｓｎ箔、９゜スペーサ。 第１−図 ９２図 第３図 第４図 第５！！ｌｙ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）光部品の組立において、微調整を必要としない組
   立段階と、微調整を必要とする組立段階の、２段階以上
   からなる組立を必要とする光部品の各構成部品間で、金
   属を溶融し接合する場合において、１段階目の溶融で前
   記金属が他種金属と合金または金属間化合物を形成する
   ことにより、２段階目以降の溶融で前記合金または金属
   間化合物が前記金属と前記他種金属との溶融接合に必要
   とする環境温度以上の融点を持つことを特徴とする光部
   品の接合方法。
2. （２）前記金属がＳｎであり、前記他種金属Ｍの融点が
   Ｓｎの融点より十分に高く、前記Ｓｎと前記他種金属Ｍ
   が合金Ｘまたは金属間化合物Ｙを形成し、前記合金Ｘま
   たは前記金属間化合物Ｙの融点がＳｎの融点より十分に
   高いことを特徴とする請求項１に記載の光部品の接合方
   法。
3. （３）前記金属間化合物ＭがＮｉであることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の光部品の接合方法。
4. （４）前記Ｎｉを接合前に前記光部品の各構成部品にメ
   タライズしていることを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかの項に記載の光部品の接合方法。
5. （５）前記Ｓｎを接合前に前記Ｎｉの上から光部品の各
   構成部品にメタライズしていることを特徴とする請求項
   １ないし４のいずれかの項に記載の光部品の接合方法。
6. （６）前記Ｓｎと前記Ｎｉを予め混合し、光部品の各構
   成部品にメタライズしていることを特徴とする請求項１
   ないし５のいずれかの項に記載の光部品の接合方法。
7. （７）前期光部品が仮止め後微調整が可能な組立方法に
   おいて、１段階の溶融で接合することを特徴とする請求
   項２ないし６のいずれかの項に記載の接合方法。
8. （８）前記光部品が光アイソレータであることを特徴と
   する請求項１ないし７のいずれかの項に記載の光部品の
   組立方法。