JPH05142457A - 部材の基板への圧着方法 - Google Patents

部材の基板への圧着方法

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JPH05142457A JP4056611A JP5661192A JPH05142457A JP H05142457 A JPH05142457 A JP H05142457A JP 4056611 A JP4056611 A JP 4056611A JP 5661192 A JP5661192 A JP 5661192A JP H05142457 A JPH05142457 A JP H05142457A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体等の素子を汚染することのないパッケ
ージを形成する。 【構成】 ガラス球体（１１）および光ファイバ（３０
´）のような要素とアルミニウムとの界面にエネルギー
と共に押圧力を加えることにより、基板（１２）のアル
ミニウム表面（１３）にこれらの要素を永久に接合させ
ることができる。例えば、ガラス球体は、アルミニウム
を加熱しながら球体をアルミニウムに押圧することによ
り接合させることができる。加熱する代わりに、押圧し
ながら音波エネルギーを球体に印加することもできる。
ガラス光ファイバも同様な方法によりアルミニウム表面
に接合させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧着方法に関する。特
に、ガラス球体のような光学素子をアルミニウムに接合
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】極めて多量の情報を非常に長い距離にわ
たって低歪みで安価に搬送するために、光通信システム
は一般的に光ファイバを使用する。また、光システムは
非常に高速度で動作することができるので、コンピュー
タなどのような目的にも使用することが見込まれる。こ
のような理由により、ガラス光ファイバおよびガラスレ
ンズなどのような光通信システムの要素について活発な
開発活動が続けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ホトニクス(photonic
s) パッケージは通常、レーザおよび検出器のような素
子の他に電子回路も含有している。これらの素子は極め
て汚染されやすい。そのため、外部環境からこれらの素
子を封止するための好適なパッケージングを開発するた
めに多大な労力が費やされてきた。エポキシおよびその
他の接着剤は汚染源となる。従って、このような汚染源
を除去することができれば、ホトニクスパッケージ内に
様々な素子類を実装する作業が容易になる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガラス
球体および光ファイバなどのような素子とアルミニウム
との界面にエネルギーと共に圧力を加えることにより、
これら素子類をアルミニウム表面に永久的に接合させ
る。例えば、ガラス球体はアルミニウムを加熱しながら
ガラス球体をアルミニウムに押圧することにより接合さ
れる。加熱するかわりに、押圧しながら球体に音波エネ
ルギーを付加することもできる。ガラス光ファイバも同
様な方法によりアルミニウム表面に接合させることがで
きる。
【０００５】光ファイバおよびガラス球体などのような
極小素子類を支持するための溝をマスキングおよび異方
性エッチングにより正確に形成することができるので、
シリコン基板はホトニクスパッケージを製造するのに好
適であることは周知である。シリコン表面にアルミニウ
ムを確実に、しかも、正確に塗布できることは半導体分
野で公知である。従って、本発明によれば、エポキシま
たはその他のいかなる種類の接着剤も使用せずに、ガラ
スレンズおよびガラス光ファイバをシリコン基板のアル
ミニウム表面に接合することができ、接着剤の使用によ
り発生する可能性のある汚染を受けることなく、ホトニ
クスパッケージを製造することができる。
【０００６】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて更に詳細に説明する。
【０００７】図１は、一方の表面にアルミニウム被膜１
３を有するシリコン基板１２にガラス球体レンズ１１を
接合させようとする状態の模式図である。当業者に公知
なように、アルミニウムはシリコンに直接接着させるこ
ともできるし、または、シリコンとアルミニウムの間に
クロム中間層を介在させることもできる。矢線１５で示
されるように、治具１４でガラス球体をアルミニウムに
押圧することによりガラス球体をアルミニウム１３に接
着させることができる。押圧と同時に、模式的に示され
るように、ヒータ１６でアルミニウム１３を加熱する。
【０００７】加えられる熱および圧力は本発明により接
合を起こさせるのに十分なものでなければならないが、
ガラス球体１１の形状を永久に著しく変形させるか、ま
たは、球体を損傷させるほど大きくてもいけない。公知
なように、光通信システムではガラス球体はレンズとし
て使用される。従って、一般的に重要なことは、ガラス
の軟化点以上に加熱してはならず、または圧力はレンズ
の形状を変形させるほど十分なものでなければならな
い。
【０００８】直径が３００ミクロンの球体ガラスレンズ
の場合、押圧力は６００ｇであり、加熱温度は３００℃
超（例、３５０℃）であることが発見された。約３秒間
以上の時間にわたって熱と圧力を加えた場合、ガラス球
体とアルミニウム１３との界面で確実に接合を形成させ
ることができる。この接合を試験したところ、垂直引張
力は８ｇであった。この値は大抵の目的に適う値であ
る。前記のように、本発明の主たる利点は、この接合を
形成するのに、汚染物を構成するいかなる種類の接着剤
もシステム内に導入する必要がないことである。
【０００９】本発明の発見は完全に実験的なものであ
り、この接着の確かなメカニズムを断定的に説明するこ
とは出来ない。しかし、押圧力によりガラス球体の曲面
がアルミニウム層１３上の自然酸化アルミニウムの固有
被膜を破壊し、その結果、純粋なアルミニウムとガラス
の二酸化シリコンとの反応が行われるためであろうと思
われる。通常、球体は完全な平坦面とは一点でしか接触
しないので、球面を図示されているような平坦面に接合
させることは困難である。この場合、球面外形がアルミ
ニウム層１３の酸化アルミニウム被膜の破壊を助ける程
度にまで、球面外形は接合に寄与する。しかし、本発明
の概念はいかなる特定の理論的メカニズムに依拠するも
のでもなく、むしろ、本発明は観察結果に基づくもので
ある。同じ条件下でも、ガラス球体は金表面には接合し
ない。これは恐らく、金が極めて低反応性のためであろ
う。
【００１０】図２は、サファイアコア２１と、二酸化シ
リコン外側被膜２２からなる球体レンズ２０を示す。こ
の球体をシリコン基板２５のアルミニウム被膜２４に接
合させることが望ましい。前記のように、図示されてい
るように治具２６で押圧力を加える。しかし、この実施
例では、熱エネルギーを加えるのではなく、音源２７か
ら音波エネルギーを、治具２６と球体２０を経由して、
球体とアルミニウム被膜との界面に印加する。この実施
例は、界面に印加されるエネルギーが熱エネルギーであ
る必要はなく、音波エネルギーの形でもよいことを例証
している。本発明者の実験によれば、直径が３００ミク
ロンのガラス球体について、荷重３０ｇと音波エネルギ
ー２０Ｗを３秒間加えることにより確実に接合を形成で
きることが確認された。所望ならば、熱エネルギーと音
波エネルギーの両方を印加することもできる。
【００１１】図３は、シリコン基板３２中のＶ溝３１内
にガラス球体２０が含有されている別の実施例を示す。
ガラス球体を内部に正確に配置させることができるＶ溝
の製造方法は公知文献に開示されている。球体レンズは
Ｖ溝を被覆するアルミニウム層３３を圧迫する。前記の
ように、球体を押圧し、同時に加熱することにより、ガ
ラス球体をアルミニウムに接合させることができる。図
１に示されるような単一の接合点ではなく、図３の実施
例では、確実な接合がガラス球体の２個の接触点で形成
される。
【００１２】また、ガラス球体はエッチングされたシリ
コンのピラミッド状空洞内に配設される。この場合、球
体は空洞と４点で接触する。この接合体を試験したとこ
ろ、このような接合体サンプルは全ての軸方向について
２０００Ｇｓ（０．５ミリ秒）の衝撃試験および１０Ｈ
z において２ｋＨz までの２０Ｇ震動レベルに耐えた。
【００１３】図１および図３の実施例は、ガラス光ファ
イバをアルミニウム層に封止する目的にも使用できる。
このような場合、図１の要素１１および図３の要素３０
は光ファイバの断面として観念することができる。すな
わち、光ファイバ３０´は図３の要素３０に対応し、基
板３２´は図３の基板３２に対応し、治具３４´は固着
させるのに使用される治具である。図４に示されている
ように、アルミニウムに接合させようとする光ファイバ
の全長に沿って治具３４´により押圧力を加える。
【００１４】本発明者の実験によれば、二酸化シリコン
の曲面とアルミニウムの表面の間に押圧力とエネルギー
を印加することにより確実な接合を形成できることが確
認された。この接合方法は一般的に、従来のガラス−金
属間固着方法よりも簡単であり、接着剤固着方法よりも
遥かに簡単である。曲面は球体または円筒状の何れの部
分である必要もない。曲面を有するその他の固体も同等
に機能するものと思われる。また、接合される部材は二
酸化シリコンである必要もない。部材がアルミニウムと
反応することができる酸素を含有していれば、その他の
酸化物含有ガラスおよび二酸化アルミニウムのような材
料も使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例により、要素を接合するため
の装置の模式的断面図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す模式的断面図であ
る。
【図３】本発明の他の実施例を示す模式的断面図であ
る。
【図４】基板の溝内に光ファイバを接合する方法を例証
する模式的斜視図である。
【符号の説明】
１１ ガラス球体レンズ １２ シリコン基板 １３ アルミニウム被膜 １４ 治具 １５ 押圧力 １６ ヒータ ２０ 球体レンズ ２１ サファイアコア ２２ 二酸化シリコン外側被膜 ２４ アルミニウム被膜 ２５ シリコン基板 ２６ 治具 ２７ 音源 ３０ ガラス球体 ３１ Ｖ溝 ３２ シリコン基板 ３３ アルミニウム被膜 ３４ 治具 ３０´光ファイバ ３２´基板 ３４´治具

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 部材の曲面を基板上に配置するステッ
    プと、 基板と部材を一緒に押圧し、そして同時に、部材と基板
    の界面にエネルギーを印加し、部材と基板との間で永久
    接合を形成するステップと、からなる曲面を有する部材
    を基板に接合する方法において、 部材と接触する基板面の少なくとも一部分がアルミニウ
    ムである；ことを特徴とする部材の基板への圧着方法。
  2. 【請求項２】 印加されるエネルギーは熱エネルギーで
    あることを特徴とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 印加されるエネルギーは音波エネルギー
    であることを特徴とする請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 部材は主に二酸化シリコンからなること
    を特徴とする請求項１の方法。
  5. 【請求項５】 部材はガラス光ファイバであることを特
    徴とする請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 部材はガラス球体であることを特徴とす
    る請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 アルミニウム表面はＶ字形をしており；
    部材の曲面は２箇所でアルミニウム面と接触することを
    特徴とする請求項１の方法。
  8. 【請求項８】 押圧し、エネルギーを印加する工程はガ
    ラス球体を著しく変形させるには不十分であることを特
    徴とする請求項６の方法。
  9. 【請求項９】 ガラス球体はレンズであることを特徴と
    する請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 部材は直径が約３００ミクロンであ
    り、球体とアルミニウムは約６００ｇの押圧力と共に押
    圧され、そして、部材とアルミニウムとの界面は約３０
    ０℃以上の温度にまで加熱されることを特徴とする請求
    項１の方法。
  11. 【請求項１１】 基板の大部分がシリコンであり、シリ
    コン基板の一部分をアルミニウムで被覆する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１の方法。
  12. 【請求項１２】 被覆工程はシリコン基板の一部分をク
    ロムで被覆し、そして、クロムをアルミニウムで被覆す
    ることからなることを特徴とする請求項１１の方法。
JP4056611A 1991-04-02 1992-02-10 部材の基板への圧着方法 Expired - Lifetime JP2662137B2 (ja)

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