(57)【要約】【課題】高温高湿環境に長時間暴露した際に、ハンダ表面が腐食しない長期信頼性に優れた鉛を含まないハンダ接合手段を得る。【解決手段】光デバイスの各構成要素を、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかから選ばれた鉛を含まないハンダを用いて接合し、真空炉内で減圧した後、ＮＨ３を含有する窒化促進ガスを導入して加熱することによって、ハンダの表面に耐腐食性を有する窒素拡散層を形成する。【選択図】図１
2004205645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子とこれを保持するホルダからなる光デバイスにおいて、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれた鉛を含まないハンダを用いて、上記光学素子と上記ホルダを接合した後、上記ハンダの表層部に窒素拡散層を形成したことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
受光素子、発光素子のうち少なくとも一種の光学素子がパッケージ内に固定され、該パッケージの一端に光入出力手段を備えた光デバイスにおいて、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれた鉛を含まないハンダを用いて、上記光学素子と上記パッケージおよび／または上記光入出力手段と上記パッケージを接合した後、上記ハンダの表層部に窒素拡散層を形成したことを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
上記窒素拡散層の表層部に二次拡散層を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の光デバイス。
【請求項４】
光学素子とホルダをＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれた鉛を含まないハンダを用いて接合し、光デバイスを形成した後、該光デバイスを真空炉内に配置し、該真空炉を減圧後加熱し、その後、加熱したままＮＨ３を含有する窒化促進ガスを導入して、上記ハンダの表層部に窒素拡散層を形成することを特徴とする光デバイスの製造方法。
【請求項５】
受光素子、発光素子の少なくとも一種の光学素子とパッケージをＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれた鉛を含まないハンダを用いて接合し、光デバイスを形成した後、該光デバイスを真空炉内に配置し、該真空炉を減圧後加熱し、その後、加熱したままＮＨ３を含有する窒化促進ガスを導入して、上記ハンダの表層部に窒素拡散層を形成することを特徴とする光デバイスの製造方法。
【請求項６】
上記窒素拡散層を形成した後、加熱によって前記窒素拡散層の表面に二次拡散層を生成させることを特徴とする請求項４または請求項５記載の光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信用の光デバイスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズホルダや光アイソレータなどの光学素子とホルダが接合した光デバイスや、光受発光素子が光学素子などとパッケージ内で接合した光モジュールなどが光通信用に用いられている。
【０００３】
図３は光デバイスであるレンズホルダ２０の断面図である。レンズ２１とホルダ２２が接合手段であるハンダ２３により固定されている。
【０００４】
次に、図４は球面レンズ部品を搭載した光デバイスであるレーザダイオードモジュール３０の概略図である。集光用球面レンズ３１は、ステンレス製のホルダ３２に接合手段であるハンダ３８を介して固定されており、ホルダ３２は、レーザダイオード３３、窓３４、電極リード線３５を備えたレーザダイオードユニット３６と溶接によって接合されており、光ファイバ３７と光学的に結合している。
【０００５】
さらに、図５は光デバイスである光アイソレータ４０の断面図である。光アイソレータ４０は２枚の偏光素子４１の間に配置されたファラデー回転子４２と該ファラデー回転子４２に磁界を印加するマグネット４６から構成される。光アイソレータ４０は一方向からの光は通過させ、逆方向の光の通過を阻止する機能を果たす。
【０００６】
ここで偏光素子４１、ファラデー回転子４２、マグネット４６、ホルダ４３、４４、ケース４５などの各部品は接合手段であるハンダ４７により固定されている。
【０００７】
次に図６は光デバイスであるパッケージ型のレーザダイオードモジュール５０である。光素子５１が半導体レーザの場合の光ファイバ固定構造を示す要部斜視図である。簡単のため、パッケージおよびパッケージ内に配置される電子部品や配線などは省略した。
【０００８】
光素子５１は放熱のためのヒートシンク５２上にＹＡＧレーザ溶接により搭載固定され、ヒートシンク５２は金属からなるステム５３上に同じくＹＡＧレーザ溶接により搭載固定されている。
【０００９】
光素子５１との光結合を高めるため、先端にテーパ先球や楔形状などのレンズ加工が施された光ファイバ５４は、金属からなるフェルール５５により保持されている。光ファイバ５４およびフェルール５５には、Ａｕメッキなどによるメタライズが施されており、光ファイバ５４とフェルール５５の接合固定は、ハンダ５６により成されている。
【００１０】
以上、各種光デバイスには接合手段としてハンダが用いられていることを説明してきた。
【００１１】
これらのハンダ接合技術は、電子回路素子の高密度実装化において、信頼性が求められるという理由から、主に、鉛を用いたＳｎ−Ｐｂ（錫−鉛）系共晶ハンダが使用されている。
【００１２】
このＳｎ−Ｐｂ系共晶ハンダは、６３重量％の錫と３７重量％の鉛の組成（６３Ｓｎ−３７Ｐｂ）からなり、１８３℃の共晶温度をもつ共晶合金であって、温度特性、ハンダ付け特性、信頼特性などにおいて多くの優れた特性を示すため、高密度表面実装の分野や、光デバイスの接合手段として広く使われてきた。
【００１３】
しかし、ハンダに鉛を含有するため、製品の廃棄物から雨水などにより有害成分である鉛が流出し、地下水の汚染を引き起こすなど、環境問題の原因となっている。近年、欧米において鉛の使用が規制されるようになり、その影響は日本国内にも波及しつつある。
【００１４】
そこで、鉛を含有するＳｎ−Ｐｂ系共晶ハンダの代替材料として、融点、接合性や作業性などにおいて同等の特性を持ったＰｂを含まない、いわゆる鉛フリーハンダの開発が精力的に進められている。
【００１５】
例えば、特許文献１に、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系などを基本組成とするハンダ材料に、希土類元素と少量の前記ゲルマニウムを添加することにより、溶融温度特性、濡れ特性、機械的強度特性、および作業性、信頼性を向上させることができる技術が開示されている。
【００１６】
特に、希土類元素の添加により、機械的物性や接着力を上げ、ガラス、セラミックス、ポリイミドなどのハンダ付けが容易となり、またゲルマニウムの添加により、濡れ性と機械的特性を改善することができるため、鉛フリーハンダの中で主流の位置を占めるに至っている。
【００１７】
〔特許文献１〕特開２００１−４７２７６号公報（段落番号００１５〜００１８）
〔特許文献２〕特開２００２−３５９１７号公報（段落番号００１２~００１３）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、特許文献１に示されている鉛フリーハンダのＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系などのハンダ材料を光デバイスの各部材の接合手段として利用しようと試みたが、特に高温高湿環境に長時間暴露すると、ハンダ表面が腐食し、通信障害が生じやすいという問題があることがわかった。詳細な腐食メカニズムについては不明であるが、鉛を含まないハンダの場合、ハンダを組成している金属と酸素、水素が反応して腐食が起こりやすいものと推測する。
【００１９】
本発明者は上記課題に鑑みて、ハンダ自体を表面改質することによって、腐食を防止することができないか鋭意検討を行った結果、特に鉛フリーハンダにおいて、金型などの表面改質に利用されている真空窒化処理の技術（特許文献２参照）を好適に適用できるという知見を得て、本発明に至った。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光デバイスは、光学素子とこれを保持するホルダからなる光デバイスにおいて、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれた鉛を含まないハンダを用いて、上記光学素子と上記ホルダを接合した後、上記ハンダの表層部に窒素拡散層を形成したことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の光デバイスは、受光素子、発光素子のうち少なくとも一種の光学素子がパッケージ内に固定され、該パッケージの一端に光入出力手段を備えた光デバイスにおいて、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれた鉛を含まないハンダを用いて、上記光学素子と上記パッケージおよび／または上記光入出力手段と上記パッケージを接合した後、上記ハンダの表層部に窒素拡散層を形成したことを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明の光デバイスは、上記窒素拡散層の表層部に二次拡散層を形成したことを特徴とする。
【００２３】
本発明の光デバイスの製造方法は、光学素子とホルダをＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれた鉛を含まないハンダを用いて接合し、光デバイスを形成した後、該光デバイスを真空炉内に配置し、該真空炉を減圧後加熱し、その後、加熱したままＮＨ３を含有する窒化促進ガスを導入して、上記ハンダの表層部に窒素拡散層を形成することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の光デバイスの製造方法は、受光素子、発光素子の少なくとも一種の光学素子とパッケージをＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれた鉛を含まないハンダを用いて接合し、光デバイスを形成した後、該光デバイスを真空炉内に配置し、該真空炉を減圧後加熱し、その後、加熱したままＮＨ３を含有する窒化促進ガスを導入して、上記ハンダの表層部に窒素拡散層を形成することを特徴とする。
【００２５】
さらに、本発明の光デバイスの製造方法は、上記窒素拡散層を形成した後、加熱によって前記窒素拡散層の表面に二次拡散層を生成させることを特徴とする。
【００２６】
なお、光デバイスとは、レンズホルダや光アイソレータなどの光学素子とホルダが接合したものを指すことが多いが、ここでは、光受発光素子と光学素子などをパッケージ内で接合した光モジュールなども広義の光デバイスとする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。
【００２８】
図１（ａ）は本発明の第一の実施の形態である光デバイスであるレンズホルダ４の断面図である。光学素子であるレンズ５とホルダ６が接合手段である鉛フリーのハンダ１により固定されている。レンズ５はほう珪酸ガラス、重フリントガラスなどにより形成されており、ホルダ６はステンレス鋼や銅合金にニッケルメッキを施したもの、ニッケル−鉄合金などが用いられる。
【００２９】
鉛フリーのハンダとは、鉛を含まないハンダ材料を用いたハンダを指し、基本組成は、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの基本組成より選ばれたものが使用される。また、特性を改善するために、この基本組成に希土類元素と少量のゲルマニウムとを添加して用いる。
【００３０】
ハンダの基本組成は、耐酸化性とハンダ付け特性、そして熱サイクルに強いという理由から、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系が好ましい。
【００３１】
また、本発明のハンダ材料において、共晶組成またはその近傍の組成であることが望ましい。例えば、母合金がＳｎ−Ａｇ系の場合は、Ａｇが０．１重量％以上６重量％以下、さらに好ましくは、２．０重量％以上、４．５重量％以下である。Ａｇの含有量が０．１重量％未満であると、濡れ性が低下し、また溶融温度が上昇しやすくなる。また、Ａｇの含有量が６重量％を超えると、針状結晶の析出がみられ、機械的強度が低下し、また溶融温度も上昇しやすいという問題がある。
【００３２】
また、母合金がＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系の場合は、Ａｇが６．０重量％以下（さらに好ましくは、１．５重量％以上、３．０重量％以下）、Ｂｉが８．０重量％以下（さらに好ましくは、０．５重量％以上、５．０重量％以下）、Ｃｕが５．０重量％以下（さらに好ましくは０．１重量％以上、３．０重量％以下）であることが望ましい。Ａｇの含有量が上記の望ましい範囲に満たないと、濡れテストにおいて良好な濡れ性が得られず、溶融温度が上昇しやすくなるという問題があり、Ａｇの含有量が上記の望ましい範囲を超えると、やはり溶融温度が上昇しすぎ、また針状結晶の析出がみられ、機械的強度が低下しやすくなるという問題がある。また、Ｂｉの含有量が上記の望ましい範囲に満たないと、溶融温度が高まり、また良好な濡れ性が得られなくなりやすい。Ｂｉの含有量が上記の望ましい範囲を超えると、ハンダ合金組成物が脆くなり、衝撃などにより断線が発生する可能性が生ずる。さらに、Ｃｕの含有量が上記の望ましい範囲に満たないと、溶融温度が下がらず、また良好な濡れ性が得られなくなりやすい。Ｃｕの含有量が上記の望ましい範囲を超えると、Ｃｕ−Ｓｎのη型の金属間化合物が形成されて遊離し、クラックが発生しやすくなり、また溶融温度が上昇し、濡れ性も低下しやすい。
【００３３】
添加する前記希土類元素は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）およびガドリニウム（Ｇｄ）からなる群より選ばれた少なくとも１種、またはミッシュメタルであり、添加量はそれぞれ、５重量％以下（複数の希土類元素を併用するときにも、その合計量が５重量％以下）とするのがよい。なお、ミッシュメタルとは、セリウム族希土類元素の混合物であり、Ｃｅ４０〜５０％、Ｌａ２０〜４０％を含む。
【００３４】
この希土類元素を添加することによって機械的強度が向上するが、溶融温度特性および濡れ性については影響を受けない。この希土類元素の添加量が５重量％を超えると、耐酸化性の低減や、濡れ特性や機械的強度の効果の低下がみられるので、その添加量は５重量％以下とするのが良く、さらに好ましくは１．０重量％以下である。また、０．０５重量％を下回ると添加した効果が見られなくなることから、下限値は０．０５重量％とするのがよい。なお、上記の希土類元素は単独で添加する以外に、複数種を併用してもよい。
【００３５】
また、添加するゲルマニウムの添加量は０．００５〜０．２重量％とするのが望ましい。この添加量が０．００５重量％未満であると、濡れ性および機械的特性を向上させる効果が乏しく、また０．２重量％を超えると、均一に混合されにくくなる。このゲルマニウム添加量はさらに、０．０１重量％以上、０．１重量％以下とするのが望ましい。
【００３６】
図１に示すように、上記に示したような組成を有するハンダ１により、レンズ５とホルダ６を接合するが、これはハンダ付けに用いられる周知の方法を適用することができる。
【００３７】
例えば、図１に示した光デバイスの場合は、レンズ５をホルダ６に搭載した後、リング状に成形されたハンダ１をレンズ５とホルダ６の接合箇所に配置させ、温度コントロールが可能な焼成炉に入れて昇温させ、ハンダが溶け始める温度で一定時間保持後、室温まで降温させた後、焼成炉から取り出すことによって、レンズ５とホルダ６を接合することができる。
【００３８】
その他、ハンダペーストを使用して、ハンダコテにて昇温してもかまわない。また、焼成炉に限らず、ホットプレートなどのヒータ付きの高温器具を用いてもよい。
【００３９】
図１（ｂ）は、ハンダ１の断面図である。ハンダ１の表層部に窒素拡散層２が形成されており、該窒素拡散層２の表面に二次拡散層３が形成されている。
【００４０】
前記ハンダ１の表層部に形成された前記窒素拡散層２は、窒化促進ガス中で加熱することにより形成することができる。具体的には、真空炉の中にハンダ１によって固定された光デバイスを設置して、減圧した後、炉内を５００℃前後に加熱した上で、ＮＨ３を含む窒化促進ガスを送り、３〜１０時間保持することによって、ハンダ１の表面に窒素を拡散させ、合金元素と窒素の化合物を生成させることにより、ハンダ１の表面に窒素拡散層２を生成する。
【００４１】
真空炉は、あらかじめ減圧を行った上で、窒化処理を実施する。減圧が足りないと、炉内に酸素が残存し、窒化処理の加熱時に、ハンダの表面酸化を引き起こし、劣化させる危険性があるからである。減圧は、油回転真空ポンプなどにより、１０−３ｍｍＨｇ程度まで行えばよい。
【００４２】
また、炉内の温度は、４８０〜５５０℃に保つのが好ましく、より好ましくは、４５０〜５３０℃である。この温度領域よりも低いときは、窒化処理が進まなくなるという問題があり、また、この温度領域よりも高いときは高すぎて光学素子などの接合されている部品自体の特性が劣化するという問題があるからである。
【００４３】
ＮＨ３を含有する窒化促進ガスは、ＮＨ３の他、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２などの混合ガスよりなり、その混合比は、例えば、ＮＨ３：２０〜４０容量％、Ｈ２：５〜１５容量％、Ｏ２：２〜８容量％などとし、残部をＮ２とすればよい。
【００４４】
窒化処理時間は、３〜１０時間とするのがよく、この窒化処理時間によって、上記窒素拡散層２の厚みを制御することができる。窒素拡散層２の厚みは１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。窒化硬化層の厚みが１０μｍ未満の場合には、ハンダ表面硬さを均一に得ることが難しく、酸化腐食に対して効果がなくなり、１００μｍを超えると、ハンダ表面の靭性が低下して割れやすくなり、衝撃強度が低下するからである。
【００４５】
なお、上記範囲内で、窒化処理条件（炉内温度、窒化促進ガスの組成および流量、処理時間など）を適宜調整することによって、表面硬さ、窒素拡散層２の厚みなどを制御することができる。例えば、表面硬さを調整するためには、窒化促進ガスの組成や混合比を調整すればよく、窒素拡散層の厚みを調整するためには、処理時間を調整すればよい。
【００４６】
さらに、窒素拡散層の最表面に窒化化合物層が形成されないようにすることが望ましい。窒化化合物層とは、ハンダ中の金属と窒素とが化学反応して生じた、例えば窒化錫などの層であり、非常に硬くて脆いために、ハンダの機械的強度が低下するからである。この窒化化合物層の厚さは２μｍ以下とすることが望ましく、そのためには、主に窒化促進ガスの混合比を調整し、例えばＮ２量を増減させるなどして反応性を調整するとよい。
【００４７】
上記窒化処理により、ハンダ１の母材中に窒素が拡散浸透し、窒素拡散層２が形成される。このとき、Ｎ２濃度は最表面が最も高く、窒素拡散層２の内部にいくにしたがい、徐々に低下する。
【００４８】
このようにして、ハンダ１の表層部に窒化化合物が生成しないように、ハンダの表面に窒素拡散層２を生成することにより、ハンダの耐腐食性、耐熱衝撃性、硬度、耐摩耗性などの物性を一段と高めることができる。
【００４９】
なお、本願発明で用いた、ＮＨ３を含有する窒化促進ガス中で加熱する窒化処理によって、ハンダの表面に窒素拡散層を形成する場合、ハンダに鉛が含まれていないことが重要である。その詳細な理由は、現時点では明らかではないが、窒化促進ガス中に含まれるＮＨ３が、ハンダ中の鉛と反応して窒化を阻害しているのではないかと推測している。
【００５０】
次に、上記ハンダ１の表面の窒素拡散層２をさらに強化するために、窒素拡散層２を加熱することによって、窒素拡散層２の最表面層に二次拡散層３を生成させてもよい。
【００５１】
この処理によって形成される二次拡散層３は窒素拡散層２と比べて、高密度であり、より安定した拡散層であるため、ハンダ１の耐腐食性、耐熱衝撃性、硬度をさらに増大させることが可能となり、長期信頼性を向上させることができるため好ましい。
【００５２】
加熱処理の条件は、温度は４８０〜５５０℃、処理時間は１〜１０時間の範囲で行うことが望ましい。温度がこの範囲よりも高いと光学素子などが接合されている部品自体の特性が劣化するという問題があり、逆に低いと窒化処理が進まなくなるという問題がある。
【００５３】
また、二次拡散層３の厚さは１０〜１００μｍが望ましい。１０μｍよりも小さいと窒素拡散層２が単独で存在するときと比べて、特性を向上させる効果に乏しいという問題があり、逆に１００μｍよりも大きいと、表面硬さが大きくなりすぎて、一体的に接合されている軟質金属であるハンダ１とのバランスが崩れ、ハンダ１にクラックが生じやすくなるという問題がある。二次拡散層３の厚さは、加熱処理時間によって制御することができ、加熱処理時間を長くすれば、厚い層を得ることができる。
【００５４】
以上示したように、鉛フリーのハンダ１の表層部に窒素拡散層２を形成することにより、表面硬さや耐衝撃性や耐薬品性が向上するという効果を得ることができる。さらに、窒素拡散層２の表面に二次拡散層３を形成することによって、耐衝撃性や耐薬品性が更に向上するという効果を得ることが可能となった。
【００５５】
これによって、光デバイスの各構成要素の接合手段として、鉛フリーのハンダ材料を用いて、高温高湿環境に長時間暴露しても、ハンダの表面が腐食することがなくなり、その結果、長期間にわたって高品質で安定した動作を行うことができるようになった。
【００５６】
次に、図２に本発明の第二の実施形態である光デバイスであるレーザダイオードモジュール１０の斜視図を示す。説明を簡単にするため、パッケージおよびパッケージ内に配置される電子部品や配線などは省略した。
【００５７】
光素子１１は放熱のためのヒートシンク１２上に、鉛フリーのハンダ１により搭載固定され、ヒートシンク１２は金属からなるステム１３上に同じく、鉛フリーのハンダ１により搭載固定されている。
【００５８】
また、先端にテーパ先球や楔形状などのレンズ加工が施された光ファイバ１４は、金属などからなるフェルール１５により保持されている。光ファイバ１４およびフェルール１５には、Ａｕメッキなどによるメタライズが施されており、光ファイバ１４とフェルール１５は、鉛フリーのハンダ１により接合固定されている。
【００５９】
フェルール１５はフェルールホルダ１６にＹＡＧレーザ溶接され、フェルール１５をチャックし、移動することで光ファイバ１４と光素子１１との光軸が調芯される。光軸調芯した後、フェルール１５の固定されているフェルールホルダ１６はステム１３にＹＡＧレーザ溶接により固定されている。
【００６０】
ハンダ１の表層部には、図１（ｂ）に示したのと同様に、窒素拡散層２が形成され、さらにその最表面層には高密度の二次拡散層３が形成されている。
【００６１】
これらの窒素拡散層２ならびに二次拡散層３は、第一の実施の形態の光デバイスにおいて用いたものと全く同様の方法によって、形成することができる。
【００６２】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００６３】
例えば、図１で搭載する光学素子としてレンズ５を用いたが、ここでレンズ以外にも、光アイソレータに用いる偏光子、検光子、ファラデー回転子のみならず、レンズ、偏光板、旋光子、反射鏡、半透明反射鏡、ビ−ムスプリッタ、フィルタ、プリズム、回折格子、方解石、ルチル、ＬＮ結晶などの複屈折結晶、１／２λ波長板、１／４λ波長板、プリズム、ミラーなどの光学系を構成するあらゆる部材を適用することが可能である。
【００６４】
その他、光フィルタモジュール、光ファイバアンプなどとしてもよく、その場合、本発明にて奏するのと同一の効果が得られる。
【００６５】
【実施例】
図１に示すレンズホルダ４において、ステンレス鋼にニッケルをめっきしたホルダ６にほう珪酸ガラスからなるレンズ５を、鉛フリーのハンダ１によって接合した。ハンダ１は、基本組成がＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系のものを用い、Ｓｎに対して、Ａｇを２重量％、Ｂｉを４重量％、Ｃｕを０．５重量％とし、添加物として、ミッシュメタルを０．８重量％、Ｇｅを０．１重量％添加した。
【００６６】
上記ハンダ１をリング状に形成して接合箇所に配置させ、温度コントロール可能な焼成炉に入れて昇温させ、ハンダが溶け始める約２５０℃の温度で一定時間保持後、室温まで降温させた後、焼成炉から取り出して接合固定したサンプルを３００個作製した。
【００６７】
そのうち２００個を真空炉内に配置し、真空ポンプにより１０−３ｍｍＨｇに減圧した後、同炉内にＮＨ３を３０容量％、水素１０容量％、酸素容量６％、残部が窒素からなる窒化促進ガスを送って、炉内を５１０℃で６時間加熱して、ハンダ１の表層部に窒素を拡散させた窒素拡散層２を形成した。なお、この条件によって形成された窒素拡散層２の厚さは６μｍであった。このうち、１００個を取り出して、本発明第一例のサンプルとした。
【００６８】
窒素拡散層２を形成した残りの１００個については、再度炉内に設置し、５１０℃に加熱して、窒素拡散層２の表面に二次拡散層３を形成させ、本発明第二例のサンプルとした。
【００６９】
窒素拡散層２および二次拡散層３の形成を行わなかった１００個のサンプルについては、従来例とした。
【００７０】
次に、これら３種類のサンプルに塩水噴霧試験を行い、腐食の有無を４０倍の実体顕微鏡で観察した。塩水噴霧試験条件は、５重量％塩化ナトリウム溶液を用いて、サンプルを２時間の塩水噴霧およびそれに続く２２時間の湿気中保存を４回繰り返した後、温度２３℃、相対湿度５０％の大気中で３日間保存し、これを１サイクルとして、１サイクルずつ行った。
【００７１】
さらに、本発明第一例、第二例に対しては、上記試験をさらに３サイクル繰り返し、合計４サイクル行った。
【００７２】
その結果を表１に示す。表の表示は、腐食発生数／試験サンプル数であり、この数字が大きいほど、腐食されやすいことを示す。
【００７３】
【表１】
2004205645.tif 000003
【００７４】
この結果より、従来例では１サイクルの塩水噴霧試験で１００／１００の全数腐食が発生していたが、本発明第一例、第二例ともに腐食の発生はなかった。次に４サイクル試験では、本発明の第一例では１００個中２個の腐食の発生が確認できたが、第二例では腐食はなかった。
【００７５】
このように鉛フリーハンダの表層部に窒素拡散層を形成した本発明の第一例、および第一例のサンプルの表面に二次拡散層を形成した本発明の第二例の双方で、１サイクルの塩水噴霧試験を経ても腐食の発生がなかったことから、実用上問題ないレベルにあることを確認した。さらに、二次拡散層を形成した本発明の第二例は、二次拡散層を形成していない本発明の第一例よりも、高い耐腐食性を有していることを確認した。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光デバイスの各構成要素を、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかから選ばれた鉛を含まないハンダを用いて接合し、真空炉内で減圧した後、ＮＨ３を含有する窒化促進ガスを導入して加熱することによって、ハンダの表面に耐腐食性を有する窒素拡散層が形成される。これによって、高温高湿環境に長時間暴露しても、ハンダ表面が腐食せず、長期信頼性に優れた鉛を含まないハンダ接合手段を得ることができるようになった。
【００７７】
また、ハンダの表層部の窒素拡散層を加熱し、窒素拡散層の表面に二次拡散層を形成することによって、さらに高い耐腐食性を有する、鉛を含まない接合手段を得ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光デバイスの断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。
【図２】本発明の光デバイスの実施形態の斜視図である。
【図３】従来の光デバイスを示す断面図である。
【図４】従来の光デバイスを示す断面図である。
【図５】従来の光デバイスを示す断面図である。
【図６】従来の光デバイスを示す斜視図である。
【符号の説明】
１：ハンダ
２：窒素拡散層
３：二次拡散層
４：レンズホルダ
５：レンズ
６：ホルダ
１０：レーザダイオードモジュール
１１：光素子
１２：ヒートシンク
１３：ステム
１４：光ファイバ
１５：フェルール
１６：フェルールホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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