(57)【要約】本発明は、特にマイクロ光学素子（３）を備える小型の部品（２）を、半田結合（６ａ）により基板（１）の所定の固定部（７）に固定する方法に関する。基板（１）は上面（８）と下面（９）を備え、部品（２）は基面（４）を備える。基板（１）の少なくとも固定部（７）は、金属層（５）によって上面（８）の上の被覆され、その金属層（５）は少なくとも固定部（７）に連続平面で、中断の無いように付けられる。方法のひとつの工程で、部品（２）は固定部（７）の上に配置され、部品（２）の基面（４）は、接触せず、縦方向に空間を置き、互いに中間の領域を形成するように、半田材料（６ａ）の上に位置付けられる。他の工程では、特にレーザービーム（１１）により、熱エネルギが、基板（１）の下方（９）から半田（６ａ）を溶融するために、固定部（７）に局部的に限定された領域に供給され、中間領域が双方を固定する溶融半田（６ａ´）の滴形状で満たされる。
2006507946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田付けにより基板（１）の所定の固定部（７）に小型の部品（２）、特にマイクロ光学素子（３）を備える部品（２）を固定する方法であって、
上部（８）と底部（９）を有する基板（１）は、基面（４）を有する部品（２）と、
上部（８）が少なくとも１つの金属層（５）で被覆された基板（１）の少なくとも固定部（７）と、
固定部分が金属層（５）で被覆された基板（１）の固定部（７）に少なくとも部分的に付けられる半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）とを備え、
基板（１）の固定部（７）の上方に部品（２）を、半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）と部品（２）の基面（４）とを互いに反対側に、接触しないよう、中間空間を形成するように縦方向に離間して配置し、
基板（１）の底部（９）から、半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）を少なくとも部分的に溶融するために、固定部（７）に事実上、局部的に制限された範囲に加熱エネルギを供給し、溶融した滴形状の半田材料（６ａ´，６ｂ´，６ｃ´，６ｄ´）が上記中間空間を相互に固定するために充填され、
相互に固定するための時間を待ち、金属層（５）が、少なくとも固定部（７）で連続平面的に、固定部（７）で中断なく、基板（１）の上部（８）に付けられるステップを有することを特徴とする小型の部品を固定する方法。
【請求項２】
上記金属層（５）が事実上基板（１）の上部（８）全体に、基板（１）のほぼ上部（８）全体に亘り中断なく連続平面で付けられることを特徴とする請求項１記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項３】
上記加熱エネルギ供給のステップは、半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）を溶融するために、基板（１）の底部（９）から固定部（７）に事実上局部的に制限された範囲に加熱エネルギを供給し、基板（１）に向かう開始位置から、部品（２）を低くすることにより溶融した半田材料（６ａ´，６ｂ´，６ｃ´，６ｄ´）と部品（２）の基面（４）との間の中間空間を減少させ、部品（２）の基面（４）を溶融した半田材料（６ａ´，６ｂ´，６ｃ´，６ｄ´）に浸し、部品（２）の基面（４）を濡らす部分ステップから成ることを特徴とする請求項１あるいは２記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項４】
上記開始位置において部品（２）を再位置決めする、更なる部分ステップを有することを特徴とする請求項３記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項５】
電磁波ビームにより基板（１）の底部（９）から加熱エネルギを、固定部（７）で直接に供給し、金属層（５）を加熱し、半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）を溶融することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の小型部品を固定する方法。
【請求項６】
上記ビームがレーザービームであり、基板（１）がレーザー放射に対し透明であることを特徴とする請求項５記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項７】
上記部品の基面（４）が凸状であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項８】
上記部品の基面（４）が凸状球面断面の形状を有することを特徴とする請求項７記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項９】
上記部品の基面（４）が凸状円筒横断面の形状を有することを特徴とする請求項７記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１０】
前溶融状態で、上記半田材料（６ａ，６ｂ）は、金属層（５）で被覆された基板（１）の少なくともその固定部分（７）に付けられ、基板の上部の上に突き出された部品の基面（４）が半田材料（６ａ，６ｂ）の断面範囲を覆うことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の小型部品を固定する方法。
【請求項１１】
前溶融状態で、上記半田材料（６ａ，６ｂ）は、平らな形状で、特に平坦な切頭の円筒状で、金属層（５）で被覆された基板（１）の少なくともその固定部（７）に付けられることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１２】
上記固定部（７）を含む領域の上記半田材料（６ｃ，６ｄ）は、金属層（５）に付けられ、その領域は、それに含まれた固定部（７）より大きいことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１３】
上記半田材料（６ｄ）が、基板（１）の金属層（５）の領域で、連続して平坦に、その領域では中断がないよう、付けられることを特徴とする請求項１２記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１４】
上記半田材料（６ｄ）が、基板（１）の金属層（５）の領域で、離間した多数の半田材料要素（６ｃ”）を有するパターンで付けられることを特徴とする請求項１２記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１５】
基板（１）の部品領域内に配置され、それぞれは少なくとも１つのマイクロ光学素子（３）を有する複数の小型の部品（２）を備える基板（１）であって、
該基板（１）は上部（８）を有し、部品（２）はそれぞれ基面（４）を有し、
基板（１）の少なくとも部品領域は、少なくとも１つの金属層（５）で上部（８）上を覆われ、
金属層（５）にそれぞれの半田接続部により基面（４）に固定される部品（２）と
レーザ放射に対し透明である基板（１）を備え、
上記金属層（５）が少なくとも部品領域内で、基板（１）の上部（８）に、連続平面的に付けられ、該部品領域内で中断が無いことを特徴とする基板（１）。
【請求項１６】
金属層（５）が基板（１）の上部（８）のほぼ全体に連続平面的に付けられ、基板（１）の上部（８）のほぼ全体に亘って中断が無いことを特徴とする請求項１５記載の基板（１）。
【請求項１７】
半田接続の半田材料（６ａ´、６ｂ´、６ｃ´、７ｄ´）が、凹状の外表面を有することを特徴とする請求項１５あるいは１６記載の基板（１）。
【請求項１８】
部品（２）の基面（４）が凸上であることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の基板（１）。
【請求項１９】
複数の部品（２）の少なくとも１つが、それぞれに少なくとも１つのマイクロ光学素子（３）が固定された支持部（２”）を保持するためのホルダ（２´）を備え、半田ポイント（１０）により、該ホルダ（２´）は上記支持部（２”）に、該支持部（２”）はマイクロ光学素子（３）に結合されることを特徴とする請求項１５から１８のいずれかに記載の基板（ａ）。
【請求項２０】
レーザー放射に対し透明である基板（１）と、少なくとも一層の金属層（５）とを備え、基板（１）は少なくとも一層の金属層（５）で一方の側を被覆され、金属層（５）は基板（１）のほぼ片側（８）全体に連続平面的に付けられ、基板（１）の片側（８）全体にほぼ亘り中断が無いことを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の方法において使用されるサブストレート。
【請求項２１】
半田材料（６ｄ）の層が、基板（１）の金属層（５）の少なくとも部分に連続平面的に付けられ、その部分において中断が無いことを特徴とする請求項２０記載のサブストレート。
【請求項２２】
半田材料（６ｃ）の層が、離間した多数の半田材料素子（６ｃ”）を有するパターンで、基板（１）の金属層（５）の少なくとも部分に付けられていることを特徴とする請求項２０記載のサブストレート。
【請求項２３】
半田材料（６ｃ、６ｄ）の層が金属層（５）全体に付けられていることを特徴とする請求項２１あるいは２２記載のサブストレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田付けによる小型の部品を基板に高精度で固定する方法に関するものである。特に、本発明は、少なくともレーザービームに対し部分的に透明で、金属層で被覆された基板にマイクロ光学素子を固定するためのレーザー半田付け方法と、この方法により得られた基板と、この方法に使用されるサブストレートとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半田付けによる小型の部品を固定する異なる方法は、従来例から知られている。
【０００３】
ＷＯ９９／２６７５４は小型の部品を基板に半田付けする方法を記述している。基板は、格子状の金属パターンあるいは金属構造により少なくとも部分的に被覆されている。ＷＯ９９／２６７５４によると、パターンの構造は、格子状の平面素子、あるいは、互いに垂直に交差し、格子を形成する複数のストライプ、あるいは金属の領域と無い領域の一様な交互による他の構造により、形成される。平面素子は、矩形、正方形、円形あるいはこの方法に使用できる適当な他の形状である。ここで、パターンのステップ幅は、固定される部品側の寸法より少なくとも一次数小さくなければならない。半田材料は、固定される部品側に付けられるか、別の選択として基板の金属パターンに付けられる。部品は、基板の上、金属パターンと部品の半田材料層、あるいは、金属パターン上の半田材料層と、互いに接触せず、縦方向に離れて対向して配置される。加熱エネルギは、半田材料の滴が部品と基板の間の中間空間を互いに固定するために満たすように半田材料の滴が生じるまで、基板の被覆されていない側から半田材料あるいは、部品が配置されている被覆された側の半田材料層を溶融させるために付けられる。金属無しの領域が、半田材料を溶融させるために基板を通る十分な量のエネルギを可能とするため、金属化サンプル領域は、半田材料の固定領域を提供する。加熱エネルギが供給されるとき、エネルギの一部は金属パターンの被覆されていない領域を通過する。金属で被覆された金属パターンの領域に到達するエネルギの一部は、金属層を加熱するかあるいは反射される。このエネルギは、レーザービームによるのが好ましい。基板上の金属パターンの格子構造によって、金属層の適切な光吸収効率は特に問題となり、一方で、基板は過熱が許されず、他方で、或る最低温度がその工程を実行するのに必要とされる。通常、基板の表面の約７０％を、金属パターンが覆う。レーザービームのパワーの３０％が半田材料の加熱のために使われ、残りのパワー約７０％の一部が基板を加熱し、他の部分は反射される。
【０００４】
半田付け工程を実行するため、１５Ｗ以上が２秒持続されることが必要である。金属被覆の異なるタイプでは、基板の選択された材料に応じることが必要である。さらに、もし半田材料が金属層で被覆された金属パターンの領域だけを濡らし、特に流れの挙動と表面張力によって、金属パターンの被覆されていない金属の無い領域では濡らさないならば、金属パターンによって分離効果が生ずる。特に、固定される部品側の片側について粗い金属パターンの場合、固体化する間に必然的に生じる半田材料の収縮により、部品の位置と／あるいは角度位置の変化と関連する非対称な中心ずれの半田継目をもたらす。
【０００５】
実際問題として、半田材料は、半田材料の残りよりも部品の横切る側に近くでより急速に冷却されることがわかる。これが、固体化された半田材料の非対称をもたらす。
【０００６】
固定が二つの異なる半田材料で半田付けすることにより成されると、半田材料の熱膨張係数と基板の熱膨張係数の違いが、半田付けが実行された後の高いストレスと歪の原因となる。媒介材料の機械的抵抗に応じて、寄生部分変形が高いストレスのために、半田接合の領域に生じる。
【０００７】
上記の公知の方法により、６自由度で２ミクロンの精度を達成することが可能である。特に、マイクロ光学素子を含むか搭載する部品の実装においては、より高い実装精度が要求される。
【０００８】
従って、小型の部品、特にマイクロ光学素子を搭載基板へ実装する高い実装精度を達成し、経済性から見て、方法全体を効率的に利用するために、上述し、ＷＯ９９／２６７５４に記述された方法を改善する必要がある。
【０００９】
さらに、上記の方法では、無フラックスと／あるいは無鉛半田がほとんど不可能である。経験から、Ｓｎ９６Ａｇ４を有する無フラックス半田材料と錫、ニッケルと金で被覆された金属層の使用は、金属パターンが十分な濡れ性がなく、ＷＯ９９／２６７５４で記述されているように固定が金属パターン上に成されるなら、期待される満足のいく結果を導かない。
【００１０】
搭載基板に小型の部品を固定する多くの更なる方法が、電子表面実装回路のための装備技術、ＳＭＤ技術の分野から知られている。しかし、電子回路の場合に低い精度が要求され、６自由度で、高い精度の方位合わせは要求されないので、マイクロ光学部品の実装に関連する領域での要求から完全に異なる。さらに、単一の中断されない金属層を有する回路基板上に非常に多くの電子部品を搭載することには向いていないので、電子回路は、当然、中断された金属層で構成される。搭載基板上の部品の完全に自由な位置決め自在性は、電子回路の場合に求められずあるいは期待されないが、しかし、搭載基板上にマイクロ光学システムを築くために決定的に重要である。このように、電子回路基板実装技術からのアプローチは、制限された範囲では適切である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、小型の部品、特に、少なくとも１つのマイクロ光学素子を備える小型の部品を半田結合により基板に固定するための方法を提供することであり、その方法は、公知の方法と比較し、高められた部品の位置精度と高いコスト効果により明確に区別される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、本独立の請求項の特徴を実現することにより達成される。代替あるいは有利な方法で発明を発展させる特徴は本発明の従属の請求項から明白となる。
【００１３】
本発明によると、特にマイクロ光学素子を備える小型の部品を半田結合により、その基面で基板に固定するために、基板は金属層で被覆され、その金属層は連続平面的に付けられ、従って中断がない。基板と金属層はいわゆるサブストレートを形成する。半田材料は、基板の金属層に付けられる。その後、基板の上に配置され、半田材料と部品の基面が互いに接触せず、縦方向に離間し、中間空間を形成するように、部品が対向して置かれる。固定部にほぼ局部的に限定される基板の底部の領域内に過熱エネルギを供給することにより、半田材料は溶融し、金属層と部品の基面との間の中間空間が、溶融した半田材料の滴形状により、さらに部品の高さを低くして補助されて、互いに固定するように満たされる。半田材料の固体化の結果として、互いの固定が成される。
【００１４】
連続の広い金属層のために、基板上の部品のより高い最終位置決め精度は、金属パターンを使用するＷＯ９９／２６７５４の方法と比べて達成され、連続の金属表面は、中断のある金属構造の場合より容易に、より一様に半田材料で濡れる。
【００１５】
さらに、金属層のより高い吸収効率が、ＷＯ９９／２６７５４の方法と比較して半田付けに要するレーザービームパワーで４０％の低減をもたらす。このように、１０Ｗ２秒より少ないレーザーパワーは、半田付けを実行するのに十分である。必要とするパワーを低減することにより、特に、もしそれらが非常に加熱に敏感なマイクロ光学部品である場合、固定される部品に損傷の危険が減少する。レーザービームは、公知の方法よりも金属層により良く吸収される。従って、高い溶融点を持つ合金を使用することが可能となる。本発明による方法に対し、金属層の吸収効率は、基板の異なるタイプの上で半田付けを可能となるよう最大となることだけが必要とされ、レーザーの半田付けパワーは、基板の熱膨張に適合することが必要なだけである。
【００１６】
本発明の方法において、中断のない、連続の平面的な金属層が使用され、連続金属層が金属パターンよりより容易に製造できるので、サブストレートの製造の考えられるコスト低減が可能である。
【００１７】
もちろん、基板全体に連続平面的な金属層が付けられる必要はない。もう一方に接続される複数の結合力のある金属層を基板に付けることが可能である。部品が基板にその基面で固定される固定部において、金属層はほぼ中断の無い、連続平面的である。平面素子がそれぞれ結合力があり、連続平面的であるが、各平面素子は部品が固定される分離された固定部に相当しているパターンで、部品の基面の突起が１つの平面素子により完全に覆われるように、基板に複数の平面素子を付けることが可能である。連続平面は、金属層が完全に一様な層厚みを有し、ほぼ中断の無い結合力のある表面であり、特に小さい層厚みの場合に生じ、パターンの構造に人為的には形成されない小さな中断から離れていることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施例において、半田材料は、例えば切頭の円筒の形状を有する平坦片の形状で金属層の上に置かれる。その後、部品が半田材料の上にその基面で配置される。エネルギ源、例えばレーザーは、基板の下方に配置され、基板の底部からエネルギビームを照射する。そのエネルギビームは、基板を通過して、基板の上部の上の金属層に当たる。金属層は局部化した熱が加えられ、加熱板と比べられるように、半田材料を過熱する。半田材料の平坦片が溶融し、液化状態で半田の表面張力によって滴形状を呈する。さらに、半田材料は加熱により数百ミクロンの膨張をする。この滴形状と膨張の結果、半田材料と部品の基面との距離が減少する。このように半田材料により部品の基面の濡れが生じ、半田結合が成される。
【００１９】
代替として、金属層と部品の基面との間の中間空間を、開始位置から基板に向かって部品を低くすることにより減少させて、部品の基面が溶融半田材料に浸かり、半田材料で濡れさせる。別の選択として、固形化が始まる前に、部品を開始位置に再び引き戻す。この実施例で、第１のものにおいて、部品の基面にも、あるいは基面だけに半田材料を付けることが考えられる。しかし、放射により直接加熱される金属層に付着される半田材料を加熱するほうがより効率的であるので、金属層に直接付けられた半田材料を用いたほうがより良い結果が得られる。
【００２０】
本発明の更なる実施例において、半田材料は、基板の金属層の少なくとも一部分に、離間した多様な半田材料素子の形で、例えばスポットパターンの形で直接に、あるいは、中断の無い層の形で連絡平面的に、付けられる。ここで、この一部分は、個別の部品が占める実際の固定部より大きい。選択として、金属層全体が半田材料で被覆されるのもある。エネルギ源、例えばレーザーが、上記の方法で基板の下方に配置され、基板の底部からエネルギビームを放射する。このエネルギビームは基板を通り抜け、金属層に当たる。後者は、狭い局部的な領域を加熱し、半田材料あるいはこの領域内の半田材料パターンを溶融させる。滴形成が、半田の表面張力のために、この領域で生じる。このように、選択として、部品をさらに低くすることにより、部品の基面が半田材料で濡れ、半田結合が可能となる。
【００２１】
本発明の他の実施例において、平坦片の形状、特に切頭円筒の半田材料が基板上に配置され、その平坦片の断面が部品の基面の切断面よりも小さく、基板の金属層の上の部品の基面の突起が、溶融する前に、平坦片の断面を完全に覆う。平坦片の断面を低減することにより、固定のより高い精度が可能となる。
【００２２】
本発明による半田付け方法により、０．２５ミクロンの領域で固定する正確さが達成され、この方法は、基板上にマイクロ光学部品を高い精度で搭載するために極めて適切な方法である。
【００２３】
この方法は、以下に詳細に記述される。本発明は、図を参照し、特定の実施例により、以下に示される。
【００２４】
小型の部品の基面は、半田材料に良好な濡れ性を有している。この基面は、平坦かあるいは凸状で、例えば、凸状の球面部あるいは凸状の円筒側面部の形状である。球面の基面は、対称なので、部品の正確な位置合わせを簡単にする。基板と部品の間の回転対称の半田結合により、収縮の場合に小さな歪みを有し、良好な再現性を備える安定した結合が達成される。これは、工程の信頼性を向上し、大量生産のために、特に重要である。
【００２５】
エネルギ供給が、金属層で被覆されている側と反対の基板の側から来て、金属層を加熱するエネルギが基板を通して供給されるので、エネルギが供給される波長に対しほぼ透明な基板を選択する必要がある。もし、レーザービームがエネルギ源として使用される場合、基板はそのレーザービームの波長に対し高い透明度を備えなければならない。
【００２６】
さらに、基板と金属層の熱膨張係数は、エネルギの供給の間と後に金属層の剥離、しわが生じない範囲でなければならない。理想的には、基板の熱膨張係数は金属層と等しいことである。例えば、レーザーあるいはＵＶによりエネルギが供給されるとき、基板を通るエネルギの一部が基板により必然的に吸収されるので、基板の製造に使用される材料は、高い熱負荷に耐えることが可能でなければならない。さらに、強い加熱が、高い伝導性を持つ金属層の領域で生じ、このため、基板も、局部的に限定された領域で強く加熱される。もし、基板が低い熱伝導性を有する材料、例えばガラス、セラミック、あるいはガラスセラミックで構成されるならば、局部的に限定された領域に、高いエネルギ集中が生じる。これは、材料の不適切な選択の場合に材料の問題を引き起こす。もし、複数の部品の相互の位置決めが重要な場合、光学部品の位置決めは基板の加熱により変化するので、高い熱膨張係数を有する材料は、基板として選択されない。これは、光学システムにおいて光学の問題を必然的に引き起こす。基板に適切な材料は、例えばガラス、サファイア、セラミック、ガラス・セラミック、シリコンあるいはパイレックス（登録商標）がある。さらに、適切な材料は従来例から公知である。
【００２７】
金属層は、異なる金属と合金と、選択として酸化防止剤、フラックスなどで被覆された複数の層から成る。金属層の合金は、すこし酸化する傾向にあり、金を含むべきである。
【００２８】
本発明の１つの実施例において、約１から２ｍｍの厚さのサファイア片あるいはパイレックス（登録商標）・ウエハーが基板として選択される。このウエハーはクロームとニッケルと金を有する金属層で被覆されている。金属層は約１ミクロンの厚みを有している。しかし、半田材料は、ＳｎＰｂあるいはＳｎ９６Ａｇ４が選ばれ、０．２から０．５ｍｍある、金属層と部品の基面との間の空間を満たす。
【００２９】
冷却中の半田材料の収縮は基板に垂直な部品の縦方向のずれを必然的にもたらす。それは、良好な再現性を有し、基板と部品の基面との間の空隙の作用である。この縦方向の収縮の相殺のため、部品を対応するより高く位置決めし、前の位置決めにおいて、収縮を考慮することが可能である。
【００３０】
本発明の別の実施例において、半田材料の断面、例えば断面が部品の基面の断面より小さい平坦片の直径を減少させることにより、特に傾斜のある部品において、取付精度が更に大きくなる。この場合、半田材料の平坦片の直径ｄは、部品の基面の直径Ｄより小さい。半田材料の固形化の後、直後は、固形化された半田材料の直径は、基面の直径Ｄよりも小さい。これにより、半田材料の固形化で非対称性がより小さくなり、より小さな非対称は、半田材料が中央よりも横断する表面でより急速に冷却されるので生じる。特に、部品が傾いて取り付けられた場合、少ない半田材料で半田付けがされ、その範囲では収縮は効果を持たない。さらに、この場合、冷却とそれによる収縮から生じるストレスがより少なく、製造精度がより大きくなる。
【００３１】
この方法は、高精度の位置センサシステムを有する操作ロボットにより、ほぼ全ての必要な工程が実行可能なため、無フラックス自動レーザー半田工程に使用するのに適している。このように、各部品は６自由度の空間で高精度で自在に位置決めが可能である。基板の所定の領域で必然的に制限されない位置決め自在性は、本発明の更なる利点である。もし基板全体が金属層で被覆されてる場合、半田材料の平坦片の自在な位置決めによるか、あるいは半田材料層により、基板上の要求されるいかなる位置にも部品を位置決めできる。
【００３２】
この技術は、特に、６自由度すべてに方向付けられたマイクロ光学部品を高精度で固定するために適している。このように、小型の部品は、例えばレンズ、光ファイバ、レーザーダイオードなどのマイクロ光学素子のための保持部品として機能する。このようなマイクロ光学部品は、典型的には、２．６ｍｍの大きさの直系と３．５ｍｍの高さを有する。マイクロ光学部品の保持装置の可能な例は、ＥＰ１１２７２８７Ｂ１に記述されている。
【００３３】
さらに、本発明の他の実施例は、複数の小型の部品を有する基板を備え、その小型の部品はその基板の部品領域内に配置され、それぞれに、少なくとも１つのマイクロ光学素子を有する。基板の少なくとも部品領域は、少なくとも１つの金属層で上面を被覆され、基板の上面の金属層は少なくとも部品領域に連続平面で付けられ、よって中断が無い。部品は、基面で、金属層のそれぞれの１つの半田結合の上に固定される。基板は、レーザー放射に対し透明である。部品領域は、複数の部分が結合力のある金属層の上に配置された基板の一部である。可能性のある実施例として、金属層が基板の上部全体に連続平面的に、従って、事実上中断の無いように付けられる。この場合、部品領域は基板全体で形成される。半田結合の半田材料は凹状の外表面を有することが好ましい。
【００３４】
特別な実施例では、複数の部品の少なくとも１つは、少なくとも１つのマイクロ光学素子がそれぞれ固定された支持部を保持する保持部を備え、保持部は支持部に接合され、支持部は半田箇所によりマイクロ光学素子に接合される。このような保持部は、ＥＰ１１２７２８７Ｂ１に記述されている。
【００３５】
本発明による方法に使用されるサブストレートは、基板により形成され、その基板はレーザー放射に対し透明で、少なくとも１つの金属層で１つの側を被覆され、その金属層はその１つの側ほぼ全体に連続平面的に付けられ、選択として、サブストレートが、基板の金属層の少なくとも一部に連続平面的に付けられる半田材料の層で被覆されるので、半田材料の層はその部分内では中断が無い。代替として、半田材料の層が、基板の金属層の少なくとも１つの部分に、多数の半田材料素子を距離を置いて備えるパターンで、付けられる。
【実施例１】
【００３６】
図１（ａ）と図２（ａ）は、それぞれ、半田結合点を製造する前の状態での上部８と底部９を有する基板を示す。レーザー放射に対し透明な基板１は、その上部８に、連続平面的に付けられ、事実上中断の無い金属層で被覆される。基板１と金属層５はいわゆるサブストレートを形成する。金属層５の上の固定部７内に、まだ溶融されてない状態で、切頭円筒の形状を有するか他の形状を有する平坦片の形状の半田材料６ａ，６ｂが金属層５に付けられるている。固定部７は、単一の部品２が固定されるであろう、あるいは、固定された部分である。マイクロ光学素子３を搭載する小型の部品２は、基板１の固定部７の上方に配置され、半田材料６ａ６ｂと部品２の凸状の基面４が、接触せず、縦方向に距離を置いて、縦方向の中間空間を形成するように互いに対向している。部品２は、ロボットステーション（表示せず）により、その期待される縦方向の収縮が考慮されるように、高精密度で位置決め、保持される。図１（ａ）において、平坦片の形状の半田材料６ａは、部品２の基面４の直径Ｄよりも小さい直径ｄ１を有し、すなわち、ｄ１＜Ｄ、ここで、図２（ａ）の前溶融状態で半田材料６ｂは、直径Ｄと等しいすなわちｄ２＝Ｄである直径ｄ２を有する。
【００３７】
固定部７に局部的に限定されたレーザー放射を供給し、レーザービーム１１の形で、基板１の底部９から基板１を通過させて、金属層５は少なくとも固定部７内で強く加熱され、一種の加熱板のように作用して、半田材料６ａ、６ｂは溶融し、表面張力により滴状に形成され、基面４を濡らし、中間空間内に流れ込み、金属層５と基面４との間の結合を形成する。その後、レーザー放射１１が再び不活性化され、溶融半田材料６ａ´、６ｂ´が固形化する時間が与えられる。図１（ｂ）と図２（ｂ）は、溶融の半田材料６ａ´、６ｂ´で結合を形成した後の状態を示す。両方の場合に、部品２と基板１の間の縦方向の距離が、半田材料６ａ´、６ｂ´の収縮の結果として減少する。さらに、溶融半田材料６ａ´、６ｂ´の直径が、溶融状態でない半田材料６ａ、６ｂの直径ｄ１、ｄ２と比較して減少し、溶融半田材料６ａ´、６ｂ´の直径がＤより小さいことで、図１（ａ）のｄ１＜Ｄと図２（ａ）のｄ２＜Ｄが両方正しい。ここで、図１（ｂ）での溶融材料６ａ´は、図２（ｂ）の溶融半田材料６ｂ´より小さな直径を有する。半田材料６ａ´、６ｂ´の横の面は凹状の形を有する。
【００３８】
図３は、部品２の傾きがαmax＝＋／−５°の場合の、小さな平坦片の形状の半田材料６ａの直径ｄの決定を示す。部品２の基面４の直径Ｄが例えばＤ＝２．６ｍｍ、基面４の円形部の半径はｒ＝１．６ｍｍで、部品２の傾き角はαmax＝＋／−５°と仮定すると、平坦片の形状の半田材料６ａと接触する直径ｄに対し、最大の直径ｄmax＝２．４３ｍｍが得られる。半田材料６ａが、傾斜した部品２の場合でも、結合の形成前に基面４と接触すべきでないという要求から理想的な距離が出てくる。この要求を満たすため、半田材料６ａの小さな平坦片の直径ｄは、ｄmaxに対し２０％減少され、ｄ＝２．４３×（１−０．２）＝１．９４ｍｍである。
【００３９】
図４（ａ）、４（ｂ）は、半田結合の形成の前（図４（ａ））と形成の後（図４（ｂ））の部品２と、基板１と多数の距離を置いた半田材料素子６ｃ”を有するパターンで付けられた半田材料６ｃの層を有する金属層５とを備えるサブストレートを示す。パターンの形状の半田材料６ｃが金属層５全体に付けられている。局部的に限定されたレーザービーム１１は、半田材料層６ｃの複数の半田材料素子６ｃ”を溶融し、半田材料６ｃ´の滴を形成するためにそれらを合体させ、図１（ａ）／１（ｂ）と図２（ａ）／２（ｂ）に示されるように、部品２の基面４と基板１の金属層５との間に結合を形成する。一方で、図５（ａ），５（ｂ）は、半田結合の形成前（図５（ａ））と形成後（図５（ｂ））の、部品２と連続平面的に付けられた半田材料６ｄの層を有するサブストレートとを示す。ここで、レーザービーム１１は、半田材料６ｄ´の滴を形成する半田材料６ｄの一部を溶融し、部品２と基板の間に結合を形成する。
【００４０】
図６は、マイクロ光学素子３が固定される支持部品２”を保持するための保持部２´を備え、その保持部２´は支持部品２に結合され、その支持部品２”は半田ポイント１０によりマイクロ光学素子３に結合される。半田ポイント１０を可能にするため、部品２は、基面４を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（ａ）は、半田結合の形成の前の、部品と、小片に形成された半田材料と、サブストレートとの配置を示し、（ｂ）は、半田結合の形成の後の、部品と、小片に形成された半田材料と、サブストレートとの配置を示す。
【図２】（ａ）は、半田結合の形成の前の、部品と、大きな平坦片に形成された半田材料と、サブストレートとの配置を示し、（ｂ）は、半田結合の形成の後の、部品と、大きな平坦片に形成された半田材料と、サブストレートとの配置を示す。
【図３】部品の傾きがαmax＝±５°の場合の平坦片に形成された半田材料の直径ｄを決定を示す。
【図４】（ａ）は、半田結合の形成の前の、部品と、離間した多数の半田材料素子を有するパターンに付けられる半田材料の層を有するサブストレートとを示し、（ｂ）は、半田結合の形成の後の、部品と、離間した多数の半田材料素子を有するパターンに付けられる半田材料の層を有するサブストレートとを示す。
【図５】（ａ）は、半田結合の形成の前の、部品と、連続平面的に付けられた半田材料の層を有するサブストレートとを示し、（ｂ）は、半田結合の形成の後の、部品と、連続平面的に付けられた半田材料の層を有するサブストレートとを示す。
【図６】マイクロ光学素子が固定された支持部品を保持するための保持部を備える部品を示す。
【図１】
2006507946.tif 000003
【図２】
2006507946.tif 000004
【図３】
2006507946.tif 000005
【図４】
2006507946.tif 000006
【図５】
2006507946.tif 000007
【図６】
2006507946.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月8日(2005.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田付けにより基板（１）の所定の固定部（７）に小型の部品（２）、特にマイクロ光学素子（３）を備える部品（２）を高精度で位置決め自在に固定する方法であって、
上部（８）と底部（９）を有する基板（１）は、基面（４）を有する部品（２）と、
上部（８）が少なくとも１つの金属層（５）で被覆された基板（１）の少なくとも固定部（７）と
固定部分が金属層（５）で被覆された基板（１）の固定部（７）に少なくとも部分的に供給される半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）とを備え、
基板（１）の固定部（７）の上方に部品（２）を、半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）と部品（２）の基面（４）とを互いに反対側に、接触しないよう、中間空間を形成するように縦方向に離間して高精度で配置し、
基板（１）の底部（９）から、半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）を少なくとも部分的に溶融するために、固定部（７）に事実上、局部的に制限された範囲に加熱エネルギを供給し、溶融した滴形状の半田材料（６ａ´，６ｂ´，６ｃ´，６ｄ´）が上記中間空間を相互に固定するために充填され、
相互に固定するための時間を待ち、金属層（５）が、少なくとも固定部（７）で連続平面的に、固定部（７）で中断なく、基板（１）の上部（８）に付けられるステップを有することを特徴とする小型の部品を固定する方法。
【請求項２】
上記金属層（５）が事実上基板（１）の上部（８）全体に、基板（１）のほぼ上部（８）全体に亘り中断なく連続平面で付けられることを特徴とする請求項１記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項３】
上記加熱エネルギ供給のステップは、半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）を溶融するために、基板（１）の底部（９）から固定部（７）に事実上局部的に制限された範囲に加熱エネルギを供給し、基板（１）に向かう開始位置から、部品（２）を低くすることにより溶融した半田材料（６ａ´，６ｂ´，６ｃ´，６ｄ´）と部品（２）の基面（４）との間の中間空間を減少させ、部品（２）の基面（４）を溶融した半田材料（６ａ´，６ｂ´，６ｃ´，６ｄ´）に浸し、部品（２）の基面（４）を濡らす部分ステップから成ることを特徴とする請求項１あるいは２記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項４】
上記開始位置において部品（２）を再位置決めする、更なる部分ステップを有することを特徴とする請求項３記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項５】
電磁波ビームにより基板（１）の底部（９）から加熱エネルギを、固定部（７）で直接に供給し、金属層（５）を加熱し、半田材料（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）を溶融することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の小型部品を固定する方法。
【請求項６】
上記ビームがレーザービームであり、基板（１）がレーザー放射に対し透明であることを特徴とする請求項５記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項７】
上記部品の基面（４）が凸状であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項８】
上記部品の基面（４）が凸状球面断面の形状を有することを特徴とする請求項７記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項９】
上記部品の基面（４）が凸状円筒横断面の形状を有することを特徴とする請求項７記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１０】
前溶融状態で、上記半田材料（６ａ，６ｂ）は、金属層（５）で被覆された基板（１）の少なくともその固定部分（７）に付けられ、基板の上部の上に突き出された部品の基面（４）が半田材料（６ａ，６ｂ）の断面範囲を覆うことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の小型部品を固定する方法。
【請求項１１】
前溶融状態で、上記半田材料（６ａ，６ｂ）は、平らな形状で、特に平坦な切頭の円筒状で、金属層（５）で被覆された基板（１）の少なくともその固定部（７）に付けられることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１２】
上記固定部（７）を含む領域の上記半田材料（６ｃ，６ｄ）は、金属層（５）に付けられ、その領域は、それに含まれた固定部（７）より大きいことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１３】
上記半田材料（６ｄ）が、基板（１）の金属層（５）の領域で、連続して平坦に、その領域では中断がないよう、付けられることを特徴とする請求項１２記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１４】
上記半田材料（６ｄ）が、基板（１）の金属層（５）の領域で、離間した多数の半田材料要素（６ｃ”）を有するパターンで付けられることを特徴とする請求項１２記載の小型の部品を固定する方法。
【請求項１５】
基板（１）の部品領域内に高精度で位置決め自在に配置され、それぞれは少なくとも１つのマイクロ光学素子（３）を有する複数の小型の部品（２）を備える基板（１）であって、
該基板（１）は上部（８）を有し、部品（２）はそれぞれ基面（４）を有し、
基板（１）の少なくとも部品領域は、少なくとも１つの金属層（５）で上部（８）上を覆われ、
金属層（５）にそれぞれの半田接続部により基面（４）に固定される部品（２）と
レーザ放射に対し透明である基板（１）を備え、
上記金属層（５）が少なくとも部品領域内で、基板（１）の上部（８）に、連続平面的に付けられ、該部品領域内で中断が無いことを特徴とする基板（１）。
【請求項１６】
金属層（５）が基板（１）の上部（８）のほぼ全体に連続平面的に付けられ、基板（１）の上部（８）のほぼ全体に亘って中断が無いことを特徴とする請求項１５記載の基板（１）。
【請求項１７】
半田接続の半田材料（６ａ´、６ｂ´、６ｃ´、７ｄ´）が、凹状の外表面を有することを特徴とする請求項１５あるいは１６記載の基板（１）。
【請求項１８】
部品（２）の基面（４）が凸上であることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の基板（１）。
【請求項１９】
複数の部品（２）の少なくとも１つが、それぞれに少なくとも１つのマイクロ光学素子（３）が固定された支持部（２”）を保持するためのホルダ（２´）を備え、半田ポイント（１０）により、該ホルダ（２´）は上記支持部（２”）に、該支持部（２”）はマイクロ光学素子（３）に結合されることを特徴とする請求項１５から１８のいずれかに記載の基板（ａ）。
【請求項２０】
レーザー放射に対し透明である基板（１）と、少なくとも一層の金属層（５）と、半田材料の層（６ｃ）とを備え、基板（１）は少なくとも一層の金属層（５）で一方の側を被覆され、金属層（５）は基板（１）のほぼ片側（８）全体に連続平面的に付けられ、基板（１）の片側（８）全体にほぼ亘り中断が無なく、半田材料の層（６ｃ）が、離間した多数の半田材料素子（６ｃ”）を有するパターンで基板（１）の金属層（５）の少なくとも一部に付けられることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の方法において使用されるサブストレート。
【請求項２１】
半田材料（６ｃ、６ｄ）の層が、金属層（５）全体に付けられることを特徴とする請求項２０記載のサブストレート。
【国際調査報告】
2006507946.tif 000009
2006507946.tif 000010
2006507946.tif 000011
2006507946.tif 000012
2006507946.tif 000013
2006507946.tif 000014
2006507946.tif 000015
2006507946.tif 000016