はんだ接合層
【課題】
クリープ変形に対する抵抗力の大きいはんだ接合層を開発する。
【解決手段】
Ｓｎを含有するはんだ用いて部材を接合する際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ，Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種又は２種以上を含有し、さらに、前記接合層にはＳｎとＡｕを主成分として構成される金属間化合物が接合断面の面積分率として５〜５０％の割合で分散しているはんだ接合層である。また、二個以上の部材を接合する際に、少なくとも一個以上の部材の表面をＡｕからなる層とし、一個以上の前記部材にはんだを載置し、前記はんだを加熱して前記Ａｕをはんだ中に溶解させて得た，前記はんだ接合層を備えた接合部材である。
クリープ変形に対する抵抗力の大きいはんだ接合層を開発する。
【解決手段】
Ｓｎを含有するはんだ用いて部材を接合する際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ，Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種又は２種以上を含有し、さらに、前記接合層にはＳｎとＡｕを主成分として構成される金属間化合物が接合断面の面積分率として５〜５０％の割合で分散しているはんだ接合層である。また、二個以上の部材を接合する際に、少なくとも一個以上の部材の表面をＡｕからなる層とし、一個以上の前記部材にはんだを載置し、前記はんだを加熱して前記Ａｕをはんだ中に溶解させて得た，前記はんだ接合層を備えた接合部材である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密素子のはんだ接合層に関する。詳細には、電子デバイス，光デバイス，レーザモジュール，半導体装置のはんだ接合層に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｓｎ−Ｐｂ系の（Ｓｎ：６３重量％）共晶合金は、優れたぬれ性と適当な融点を備えているため、プリント基板や搭載部材、精密素子における部材間の接合に好適なはんだとして用いられてきた。ところが、Ｓｎ−Ｐｂ共晶合金に含まれている鉛に有害性があることから、鉛を用いない（以後鉛フリーと言う）はんだへの転換がなされている。
【０００３】
そこで、Ｓｎ−Ａｇ系の鉛フリーはんだが安定性、及び信頼性の高いことで高信頼性を必要とする電子機器に用いられるようになった。しかし、このはんだを用いると、融点が高く（２２１℃）、プリント基板の電極との濡れ性が共晶はんだに比べて劣るので、従来型のプロセスでは十分な接合ができない。現在、融点を下げるために、Ｓｎ−Ａｇ系にＣｕ、Ｂｉを少量添加したものや、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系のはんだも開発されている。
【０００４】
ところで、精密素子には、長期間にわたり部材間の位置関係が変化しないような高い位置精度が要求される。ところが、はんだ材料は，素子を構成する他の部材、例えばＣｕ−Ｗ系合金やステンレス鋼に比べてクリープ強度は低い値である。そのため、精密素子の使用中にはんだ部が変形して被接合部材が動いてしまい、部材の位置関係が経年変化するという問題があった。
【０００５】
そこで、はんだに強度を持たせるために、特開２０００−１９００９０号公報には、Ｓｎ、Ｃｕが０．１〜２．５重量％、Ｂｉ及び／又はＩｎが１〜１５重量％、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｆｅの何れか１種以上を０．０１〜２重量％含有する合金はんだについて、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｆｅと、ＳｎやＣｕとの金属間化合物を生成させることにより、マトリクスの結晶粒界でのすべりを防止して、接合層の機械的強度を向上させる技術が開示されている。
【０００６】
特開平７−１２８５５０号公報には、Ａｕによる脆性化合物が接合強度を弱くするため、これを避ける方法についての技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１２８５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来技術に関して説明する。Ｓｎは容易にＡｕと反応して、例えばＳｎ4Ａｕ金属間化合物を形成する。この金属間化合物は脆いのではんだ接合層の機械的強度を劣化させる。そのため、はんだ付け時に、この金属間化合物の生成を抑制することが従来技術の課題であった。本発明では、逆にこの化合物を利用することとした。
【０００８】
すなわち、Ｓｎ−Ａｕ系金属間化合物は脆いが硬いため、接合層が破壊にまで達するような高い応力に対しては存在しない方が望ましい。しかしながら、そこまでの高い応力を必要とせず、かつ、部材の位置変動がないことを必要とするような場合には、硬いＳｎ−Ａｕ系の金属間化合物が有効に作用し、はんだの変形抵抗が向上する。
【０００９】
前記のように、精密素子には長期にわたって部材間の位置関係が変化しないような高い位置精度が要求される。ところが、はんだ材料はクリープ強度が低いため、精密素子の使用中にはんだ部が変形して被接合部材が動いてしまう。
【００１０】
従って、本発明では、クリープ変形に対する抵抗力の大きいはんだ接合層を開発することを目的とする。一般に、はんだのクリープ曲線はクリープ初期に大きく変位を生じるので、このクリープ初期の変形量が小さいはんだ接合層を開発することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間が、Ｓｎを含有するはんだを用いて接合される際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、前記接合層中に、ＳｎとＡｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9のいずれかからなる金属間化合物を含み、接合断面中に存在する前記金属間化合物の面積分率の合計として、５％を超えて５０％までの割合で分散しているはんだ接合層を介して接合されている軸ずれの生じないレーザモジュールである。
【００１２】
本発明の第２の態様は、ペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間が、Ｓｎを含有するはんだを用いて接合される際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、前記接合層中に、ＳｎとＡｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9のいずれかからなる金属間化合物を含み、前記金属間化合物の結晶粒径が３０μｍ以下の大きさで、且つ接合断面中に存在する前記金属間化合物の面積分率の合計として、５％を超えて５０％までの割合で分散しているはんだ接合層を介して接合されている軸ずれの生じないレーザモジュールである
【００１３】
本発明の第３の態様は、レーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法であって、少なくとも一方の部材の表面をＡｕからなる層とし、少なくとも一方の前記部材にＳｎを含有するはんだを載置し、前記Ｓｎを含有するはんだを加熱して前記Ａｕを前記はんだ中に溶解させて前記Ｓｎと反応させ、前記Ｓｎと前記Ａｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ，ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5，ＳｎＡｕ9のいずれか１種以上の金属間化合物を、合計で５％を超えて５０％までの割合ではんだ接合層中に分散させる軸ずれの生じない接合方法である。
【００１４】
本発明の第４の態様は、レーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法であって、少なくとも一方の部材の表面をＡｕからなる層とし、少なくとも一方の前記部材にＳｎを含有するはんだを載置し、前記Ｓｎを含有するはんだを加熱して前記Ａｕを前記はんだ中に溶解させて前記Ｓｎと反応させ、前記Ｓｎと前記Ａｕを主成分として構成される結晶粒径が３０μｍ以下のＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ，ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5，ＳｎＡｕ9のいずれか１種以上の金属間化合物を、合計で５％を超えて５０％までの割合ではんだ接合層中に分散させる軸ずれの生じない接合方法である。
【００１５】
本発明の第５の態様は、請求項３又は請求項４に記載の軸ずれの生じない接合方法において、少なくとも一方の部材の表面のＡｕからなる層の厚さが１．０〜５．０μｍとし、少なくとも一方のはんだを載置する前記部材の厚さを３０〜６０μｍに形成することを特徴とするレーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本実施の接合層とすることにより、クリープ変形が小さい接合層とすることができ，精密素子の接合において被接合部材の位置変化を極めて小さく抑えることが可能である。また，はんだ部の変動によって軸ずれを生じやすいレーザモジュールにおいても、軸ずれしない高信頼性な接合層とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を以下に説明する。本発明のはんだ接合層は、Ｓｎを含有するはんだを用いて部材を接合する際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ，Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種又は２種以上を含有し、さらに、前記接合層にはＳｎとＡｕを主成分として構成される金属間化合物が接合断面の面積分率として５〜５０％の割合で分散して高い変形強度を備えている。
【００１８】
本実施の形態では、Ｓｎを含有するはんだ合金は、ＳｎにＰｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種又は２種以上を含有している合金であれば良い。Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択する元素、および添加割合は以下のように選ぶことができる。例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系合金、その他の上記元素を組合わせた合金を適宜選択すれば良い。
【００１９】
本発明で言う接合層とは、接合時に溶融した領域であって、溶融しない領域は含まない。例えば、Ａｕめっきがはんだ層に溶け込み、Ａｕの下地のＮｉめっき層や被接合部材のＣｕ板が溶けていない場合、接合層は、Ａｕを含んだはんだ層全域であり、Ｎｉめっき層やＣｕ板は接合層に入らない。
【００２０】
すなわち、被接合部材同士を前記のＳｎを含有するはんだを用いて接合した際にできる接合部のことで、接合層はＳｎの他にＡｕを必須とし、Ｐｂ，Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種又は２種以上を含有するものである。
【００２１】
本実施の形態では、接合層にＡｕを含有させる方法例を以下に示す。第１は、接合前にＡｕを含まないはんだを用い、接合時にはんだを溶融する際にＡｕを含有させる方法である。例をあげると以下のようである。
【００２２】
被接合部にＡｕめっきを施してから、はんだ付けする。この際に、Ａｕめっきの厚みは、接合される部材の全めっき厚さとして０．０５〜８．０μｍ、はんだ接合層の厚さは１０〜１００μｍの範囲とすることが望ましい。より望ましくは、Ａｕめっきの厚みは、接合される部材の全めっき厚さとして１．０〜５．０μｍ、はんだ接合層の厚さは３０〜６０μｍの範囲とすることが望ましい。
【００２３】
被接合部にスパッタリング等によりＡｕ蒸着処理を施してから、はんだ付けする。この際にも、Ａｕ蒸着層の厚みは、接合される部材の全蒸着層厚さとして０．０５〜８．０μｍ、はんだ接合層の厚さは１０〜１００μｍの範囲とすることが望ましい。より望ましくは、Ａｕ蒸着層の厚みは、接合される部材の全蒸着層厚さとして１．０〜５．０μｍ、はんだ接合層の厚さは３０〜６０μｍの範囲とすることが望ましい。
【００２４】
さらに、Ａｕ粉末を振りかけたはんだを用いたり、はんだにＡｕ箔、Ａｕ板、Ａｕ線を載せて用いることもできる。
【００２５】
第２に、接合前のはんだ箔、はんだペースト、はんだ線等にあらかじめＡｕを含有させる方法である。Ａｕは３〜３０重量％程度含有させることが望ましい。あらかじめ、Ａｕを含有させた上記はんだ合金の用い方は、通常のはんだ付け作業に準じて行えば良い。
【００２６】
第３に、上記第１および第２を合わせて用いる方法である。
【００２７】
本実施の形態では、接合時のはんだを溶融する際にＡｕを含有させることが望ましい。そのため、はんだ合金の加熱方法としては、以下のような例があげられる。まず、被接合部材同士それぞれに、はんだを加熱し固着させてはんだ層を形成する。次に、被接合部材同士のはんだ層の位置を合わせ、再加熱して部材同士を接合する。
【００２８】
まず、被接合部材の片方に、はんだを加熱して固着させてはんだ層を形成する。次に、もう一方の被接合部材の所定の位置にはんだ層を合わせ、再加熱して部材同士を接合する。被接合部材の間にはんだを配置し、加熱して部材同士を接合する。なお、接合条件としては、はんだの溶融温度を合金の共晶温度に１０〜６０℃高い温度とし、はんだの溶融時間を１０秒から５分間に選択することが望ましい。
【００２９】
ところで、Ｓｎ中へのＡｕの拡散については、拡散速度が速いために金属間化合物を作りやすい。Ｓｎ−Ａｕを含有する金属間化合物には、例えば、Ｓｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9などある。接合層にはＳｎ−Ａｕを含有する金属間化合物が分散している。金属間化合物が分散した状態とは、接合層にＡｕが含まれ，このＡｕがＳｎとの金属間化合物の形で存在し，その化合物がはんだ接合層全域に分散した状態となっていることである。
【００３０】
なお、ＡｕがＳｎとＳｎ−Ａｕ金属間化合物を形成するメカニズムは、Ａｕが例えばめっき層の場合、はんだを加熱して溶融する際に、Ａｕが溶融したはんだ中に拡散し、すなわち、はんだに溶解し、Ｓｎと反応して金属間化合物を形成するものと思われる。したがって、Ａｕは、接合部材表面にめっき層で形成されたものであっても、はんだにあらかじめ合金成分として添加されたものであっても用いることが可能である。
【００３１】
このように、Ｓｎ4Ａｕ金属間化合物のような変形抵抗の高い金属間化合物をはんだ接合層に分散させることにより、はんだの高温における変形抵抗を向上させることができる。
【００３２】
本発明の実施形態では、接合層にはＳｎ−Ａｕを含有する金属間化合物が接合断面の面積分率にして５〜５０％の割合で分散していることが望ましい。ここで、接合断面とは２個以上の部材（被接合体）が接合された接合層を含む断面であって、接合体と接合層の複数の界面はほぼ平行な関係であるものとし、その界面に垂直な面を接合断面と定義する。
【００３３】
本願発明では、面積分率とは接合断面における接合層の中に占めるＳｎ−Ａｕ化合物相の面積の比率を言う。面積分率は、以下のようにして求めることができる。例えば、ＳＥＭにおけるＥＤＸ，あるいはＥＰＭＡにより接合層を含む接合断面内の構成元素を測定し、Ｓｎ−Ａｕ化合物相の組織を特定する。図１には、本実施の形態例における接合層断面の反射電子像を示した。写真の黒実線長さが１０μｍの長さに該当する。次に、接合層のＳＥＭ写真、もしくは反射電子像写真において、Ｓｎ−Ａｕ化合物相と他の部分をニ値化により分離し、接合層の中に占めるＳｎ−Ａｕ化合物相の面積分率を算出する。図２には、図１で示したＳｎ−Ａｕ層領域を白色で表わし、他の領域を黒色にニ値化した像を示した。
【００３４】
面積分率を算出するために用いるＳＥＭあるいは反射電子像写真については、接合界面に垂直な向きを写真縦軸とし、接合界面に平行な向きを写真横軸と決める。かつ、写真縦の全長は接合層の厚みすべてが入るようにし、接合時に溶融しなかっためっき層、被接合材は写真に入れないものとする。写真横軸の長さは縦軸の長さの２倍とする。また、接合時の溶融層と非溶融層の界面が平坦ではない、または、二つの被接合材が平行ではない場合については、それに応じた領域を写真とする。
【００３５】
以上の操作を同一断面の別な部位から、あるいは、同一試料の別断面の部位から合計５回以上実施し、その平均値をその試料の断面におけるＳｎ−Ａｕ化合物相の面積分率と定義する。
【００３６】
ここで、面積分率を５〜５０％とする理由は以下のようである。５％未満では効果がなく、５０％を超えると、クリープ抵抗は高まるが脆化し、少量のひずみで破壊してしまうからである。５〜５０％の範囲では初期クリープが小さくなり、クリープ抵抗が大きく、位置ずれに対する信頼性が高くなる。
【００３７】
本実施の形態では、接合層の金属間化合物の結晶粒径は３０μｍ以下の大きさであることが望ましい。結晶粒径の大きさは、上記の接合断面の観察時に求めることができる。ここで、結晶粒径を３０μｍ以下とする理由は、３０μｍを超えると結晶粒界を亀裂が伝播しやすくなるためである。
【００３８】
本発明の第２の実施形態を以下に示す。本発明では、二個以上の部材を接合する際に、少なくとも一個以上の部材の表面をＡｕからなる層とし、一個以上の前記部材表面にはんだを載置し、前記はんだを加熱して前記Ａｕをはんだ中に溶解させて得た接合層を備える接合部材である。
【００３９】
本実施の形態では、少なくとも一個以上の部材の最表面層をＡｕ層からなる表面とする。本実施の形態では、接合層中にＡｕが含まれるようにするには、第１の実施形態で説明した方法を用いれば良い。
【００４０】
このように、表面にめっき層を形成し、部材間にＳｎを含有するはんだ合金を載置し、前記はんだ合金を加熱溶融して部材表面のＡｕを溶融はんだ中に溶解させることによりＳｎ−Ａｕを含有する金属間化合物が分散した接合層を備える接合品が得られる。例えば、電子デバイス，光デバイス，レーザモジュール，半導体装置に本実施の形態の接合層を備える接合品を得ることができる。
【実施例１】
【００４１】
はんだとしてＳｎ−Ｐｂ（Ｓｎ：６３重量％）共晶合金を用いた。試験方法としては、図３で示したようなリング−ピン剪断試験用の銅製試験片を用意し一方には、試験片の接合面にＮｉめっきを施し、その上にＡｕめっきをした。もう一方は、めっき処理しないものとした。この２種の試料を用い、上記はんだを用いてリング部のはんだ接合層を形成した。図３中のリング−ピン試験片３１は、リング部３３とピン部３５からなり、リング部３３の中央にピン部とのはんだ接合層３７を形成したものである。リング部の厚みは３ｍｍ、外形は１５ｍｍであり、ピン部の直径は４ｍｍで、長さが２０ｍｍである。
【００４２】
接合層については接合断面を観察した。その結果、めっきをしないものの接合層にはＳｎ相とＰｂリッチ相が認められた。めっき処理したものは、Ｓｎ相とＰｂリッチ相に加えて結晶粒径が２０μｍのＳｎ−Ａｕ金属間化合物相が分散していた。また、めっき処理したもののＳｎ−Ａｕ金属化合物相の面積分率を求めた。その結果、面積分率の値は１５％であった。
【００４３】
上記のめっきをしたものと、めっきをしないものについて、クリープ試験を行った。クリープ試験方法の概略図４１を図４に示した。リビングーピン試験片４３のピンは図４の上方向に、ピンは図４の下方向に荷重を掛けて試験した。試験温度は室温と１００℃の２種類とした。室温（２５℃）で剪断応力を７．５ＭＰａとした試験結果を図５に、１００℃で剪断応力を１．７ＭＰａとした試験結果を図６に示した。
【００４４】
各図の横軸は、時間（破断までの時間で規格化）を示す。縦軸は、剪断ひずみを示す。これから、めっきしたものは、めっきしないものに比べて、初期クリープが極めて小さく、剪断ひずみが少ないことがわかる。
【００４５】
なお、図８として示した表１にＳｎ−Ａｕ相の分布状態とクリープ変形抵抗について評価した結果を示した。すなわち、Ｓｎ−Ａｕ相が接合層全域にわたって均一に分散している場合には、Ａｕめっきは界面に残存しておらず、このような場合には変形抵抗が極めて高い傾向にあった。反対に、Ｓｎ−Ａｕ相が被接合体と接合層の界面に偏って分布している場合には、Ａｕめっきが界面に残像しており、このような場合には、早期に破断した。
【実施例２】
【００４６】
次に、本発明を適用してレーザ波長が１．４８μｍのレーザモジュールを試作した。レーザモジュールの模式図を図７に示した。レーザモジュール７１の、はんだの使用箇所は、ベース７９とペルチェ素子８１間の接合箇所８５、およびペルチェ素子８１とパッケージ８３間の接合箇所８７であり、両者ともに同じ種類のはんだを用いた。用いたはんだは、図９としての表２に示した。
【００４７】
金属接合部のＡｕ−Ｓｎ金属間化合物量を変化させるために、レーザモジュールのベース、ペルチェ、パッケージ表面のＡｕめっき厚さを調整して、Ａｕ−Ｓｎ化合物の量を変えた。はんだを加熱して溶融させる工程で、Ａｕめっき部は全て溶融はんだ内に溶け込んでいた。
【００４８】
また、表１に示すように実施例及び比較例の合計１１種類のモジュールを１１個ずつ試作し、各１個については、接合層の断面組織を観察して、金属間化合物量を確認した。接合層断面におけるＡｕ−Ｓｎ化合物の面積分率（％）を示した。
【００４９】
試作したモジュールの残り１０個については、８５℃に１０００時間保持する高温放置試験を実施した。試験後、レーザの出力を調べた。出力が試験前と比べて８０％以下にまで低下した試料は不良とし、８０％を超えるものを良品とした。その結果も表２に合わせて示した。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】接合層断面の反射電子像を示した。
【図２】図１のＳｎ−Ａｕ相領域を白、他の領域を黒にニ値化した像を示した。
【図３】リング−ピンせん断試験片を示した。
【図４】リング−ピンせん断クリープ試験の模式図である。
【図５】室温におけるせん断クリープ試験結果である。
【図６】１００℃におけるせん断クリープ試験結果である。
【図７】レーザモジュールの模式図である。
【図８】図８として示した表１であり、Ｓｎ−Ａｕ相の分布状態とクリープ変形抵抗を示した。
【図９】図９として示した表２であり、はんだ種、Ｓｎ−Ａｕ化合物相の面積分率、および高温放置試験後の不良率を示した。
【符号の説明】
【００５１】
３１ リング−ピン剪断試験片
３３ リング部
３５ ピン部
３７ はんだ接合層
４１ クリープ試験方法概略図
４３ リング−ピン剪断試験片
７１ レーザモジュール
７３ 光ファイバ
７５ レンズ
７７ レーザ
７９ ベース
８１ ペルチェ素子
８３ パッケージ
８５ はんだ接合層
８７ はんだ接合層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密素子のはんだ接合層に関する。詳細には、電子デバイス，光デバイス，レーザモジュール，半導体装置のはんだ接合層に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｓｎ−Ｐｂ系の（Ｓｎ：６３重量％）共晶合金は、優れたぬれ性と適当な融点を備えているため、プリント基板や搭載部材、精密素子における部材間の接合に好適なはんだとして用いられてきた。ところが、Ｓｎ−Ｐｂ共晶合金に含まれている鉛に有害性があることから、鉛を用いない（以後鉛フリーと言う）はんだへの転換がなされている。
【０００３】
そこで、Ｓｎ−Ａｇ系の鉛フリーはんだが安定性、及び信頼性の高いことで高信頼性を必要とする電子機器に用いられるようになった。しかし、このはんだを用いると、融点が高く（２２１℃）、プリント基板の電極との濡れ性が共晶はんだに比べて劣るので、従来型のプロセスでは十分な接合ができない。現在、融点を下げるために、Ｓｎ−Ａｇ系にＣｕ、Ｂｉを少量添加したものや、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系のはんだも開発されている。
【０００４】
ところで、精密素子には、長期間にわたり部材間の位置関係が変化しないような高い位置精度が要求される。ところが、はんだ材料は，素子を構成する他の部材、例えばＣｕ−Ｗ系合金やステンレス鋼に比べてクリープ強度は低い値である。そのため、精密素子の使用中にはんだ部が変形して被接合部材が動いてしまい、部材の位置関係が経年変化するという問題があった。
【０００５】
そこで、はんだに強度を持たせるために、特開２０００−１９００９０号公報には、Ｓｎ、Ｃｕが０．１〜２．５重量％、Ｂｉ及び／又はＩｎが１〜１５重量％、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｆｅの何れか１種以上を０．０１〜２重量％含有する合金はんだについて、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｆｅと、ＳｎやＣｕとの金属間化合物を生成させることにより、マトリクスの結晶粒界でのすべりを防止して、接合層の機械的強度を向上させる技術が開示されている。
【０００６】
特開平７−１２８５５０号公報には、Ａｕによる脆性化合物が接合強度を弱くするため、これを避ける方法についての技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１２８５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来技術に関して説明する。Ｓｎは容易にＡｕと反応して、例えばＳｎ4Ａｕ金属間化合物を形成する。この金属間化合物は脆いのではんだ接合層の機械的強度を劣化させる。そのため、はんだ付け時に、この金属間化合物の生成を抑制することが従来技術の課題であった。本発明では、逆にこの化合物を利用することとした。
【０００８】
すなわち、Ｓｎ−Ａｕ系金属間化合物は脆いが硬いため、接合層が破壊にまで達するような高い応力に対しては存在しない方が望ましい。しかしながら、そこまでの高い応力を必要とせず、かつ、部材の位置変動がないことを必要とするような場合には、硬いＳｎ−Ａｕ系の金属間化合物が有効に作用し、はんだの変形抵抗が向上する。
【０００９】
前記のように、精密素子には長期にわたって部材間の位置関係が変化しないような高い位置精度が要求される。ところが、はんだ材料はクリープ強度が低いため、精密素子の使用中にはんだ部が変形して被接合部材が動いてしまう。
【００１０】
従って、本発明では、クリープ変形に対する抵抗力の大きいはんだ接合層を開発することを目的とする。一般に、はんだのクリープ曲線はクリープ初期に大きく変位を生じるので、このクリープ初期の変形量が小さいはんだ接合層を開発することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間が、Ｓｎを含有するはんだを用いて接合される際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、前記接合層中に、ＳｎとＡｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9のいずれかからなる金属間化合物を含み、接合断面中に存在する前記金属間化合物の面積分率の合計として、５％を超えて５０％までの割合で分散しているはんだ接合層を介して接合されている軸ずれの生じないレーザモジュールである。
【００１２】
本発明の第２の態様は、ペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間が、Ｓｎを含有するはんだを用いて接合される際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、前記接合層中に、ＳｎとＡｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9のいずれかからなる金属間化合物を含み、前記金属間化合物の結晶粒径が３０μｍ以下の大きさで、且つ接合断面中に存在する前記金属間化合物の面積分率の合計として、５％を超えて５０％までの割合で分散しているはんだ接合層を介して接合されている軸ずれの生じないレーザモジュールである
【００１３】
本発明の第３の態様は、レーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法であって、少なくとも一方の部材の表面をＡｕからなる層とし、少なくとも一方の前記部材にＳｎを含有するはんだを載置し、前記Ｓｎを含有するはんだを加熱して前記Ａｕを前記はんだ中に溶解させて前記Ｓｎと反応させ、前記Ｓｎと前記Ａｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ，ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5，ＳｎＡｕ9のいずれか１種以上の金属間化合物を、合計で５％を超えて５０％までの割合ではんだ接合層中に分散させる軸ずれの生じない接合方法である。
【００１４】
本発明の第４の態様は、レーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法であって、少なくとも一方の部材の表面をＡｕからなる層とし、少なくとも一方の前記部材にＳｎを含有するはんだを載置し、前記Ｓｎを含有するはんだを加熱して前記Ａｕを前記はんだ中に溶解させて前記Ｓｎと反応させ、前記Ｓｎと前記Ａｕを主成分として構成される結晶粒径が３０μｍ以下のＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ，ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5，ＳｎＡｕ9のいずれか１種以上の金属間化合物を、合計で５％を超えて５０％までの割合ではんだ接合層中に分散させる軸ずれの生じない接合方法である。
【００１５】
本発明の第５の態様は、請求項３又は請求項４に記載の軸ずれの生じない接合方法において、少なくとも一方の部材の表面のＡｕからなる層の厚さが１．０〜５．０μｍとし、少なくとも一方のはんだを載置する前記部材の厚さを３０〜６０μｍに形成することを特徴とするレーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本実施の接合層とすることにより、クリープ変形が小さい接合層とすることができ，精密素子の接合において被接合部材の位置変化を極めて小さく抑えることが可能である。また，はんだ部の変動によって軸ずれを生じやすいレーザモジュールにおいても、軸ずれしない高信頼性な接合層とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を以下に説明する。本発明のはんだ接合層は、Ｓｎを含有するはんだを用いて部材を接合する際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ，Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種又は２種以上を含有し、さらに、前記接合層にはＳｎとＡｕを主成分として構成される金属間化合物が接合断面の面積分率として５〜５０％の割合で分散して高い変形強度を備えている。
【００１８】
本実施の形態では、Ｓｎを含有するはんだ合金は、ＳｎにＰｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種又は２種以上を含有している合金であれば良い。Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択する元素、および添加割合は以下のように選ぶことができる。例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系合金、その他の上記元素を組合わせた合金を適宜選択すれば良い。
【００１９】
本発明で言う接合層とは、接合時に溶融した領域であって、溶融しない領域は含まない。例えば、Ａｕめっきがはんだ層に溶け込み、Ａｕの下地のＮｉめっき層や被接合部材のＣｕ板が溶けていない場合、接合層は、Ａｕを含んだはんだ層全域であり、Ｎｉめっき層やＣｕ板は接合層に入らない。
【００２０】
すなわち、被接合部材同士を前記のＳｎを含有するはんだを用いて接合した際にできる接合部のことで、接合層はＳｎの他にＡｕを必須とし、Ｐｂ，Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種又は２種以上を含有するものである。
【００２１】
本実施の形態では、接合層にＡｕを含有させる方法例を以下に示す。第１は、接合前にＡｕを含まないはんだを用い、接合時にはんだを溶融する際にＡｕを含有させる方法である。例をあげると以下のようである。
【００２２】
被接合部にＡｕめっきを施してから、はんだ付けする。この際に、Ａｕめっきの厚みは、接合される部材の全めっき厚さとして０．０５〜８．０μｍ、はんだ接合層の厚さは１０〜１００μｍの範囲とすることが望ましい。より望ましくは、Ａｕめっきの厚みは、接合される部材の全めっき厚さとして１．０〜５．０μｍ、はんだ接合層の厚さは３０〜６０μｍの範囲とすることが望ましい。
【００２３】
被接合部にスパッタリング等によりＡｕ蒸着処理を施してから、はんだ付けする。この際にも、Ａｕ蒸着層の厚みは、接合される部材の全蒸着層厚さとして０．０５〜８．０μｍ、はんだ接合層の厚さは１０〜１００μｍの範囲とすることが望ましい。より望ましくは、Ａｕ蒸着層の厚みは、接合される部材の全蒸着層厚さとして１．０〜５．０μｍ、はんだ接合層の厚さは３０〜６０μｍの範囲とすることが望ましい。
【００２４】
さらに、Ａｕ粉末を振りかけたはんだを用いたり、はんだにＡｕ箔、Ａｕ板、Ａｕ線を載せて用いることもできる。
【００２５】
第２に、接合前のはんだ箔、はんだペースト、はんだ線等にあらかじめＡｕを含有させる方法である。Ａｕは３〜３０重量％程度含有させることが望ましい。あらかじめ、Ａｕを含有させた上記はんだ合金の用い方は、通常のはんだ付け作業に準じて行えば良い。
【００２６】
第３に、上記第１および第２を合わせて用いる方法である。
【００２７】
本実施の形態では、接合時のはんだを溶融する際にＡｕを含有させることが望ましい。そのため、はんだ合金の加熱方法としては、以下のような例があげられる。まず、被接合部材同士それぞれに、はんだを加熱し固着させてはんだ層を形成する。次に、被接合部材同士のはんだ層の位置を合わせ、再加熱して部材同士を接合する。
【００２８】
まず、被接合部材の片方に、はんだを加熱して固着させてはんだ層を形成する。次に、もう一方の被接合部材の所定の位置にはんだ層を合わせ、再加熱して部材同士を接合する。被接合部材の間にはんだを配置し、加熱して部材同士を接合する。なお、接合条件としては、はんだの溶融温度を合金の共晶温度に１０〜６０℃高い温度とし、はんだの溶融時間を１０秒から５分間に選択することが望ましい。
【００２９】
ところで、Ｓｎ中へのＡｕの拡散については、拡散速度が速いために金属間化合物を作りやすい。Ｓｎ−Ａｕを含有する金属間化合物には、例えば、Ｓｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9などある。接合層にはＳｎ−Ａｕを含有する金属間化合物が分散している。金属間化合物が分散した状態とは、接合層にＡｕが含まれ，このＡｕがＳｎとの金属間化合物の形で存在し，その化合物がはんだ接合層全域に分散した状態となっていることである。
【００３０】
なお、ＡｕがＳｎとＳｎ−Ａｕ金属間化合物を形成するメカニズムは、Ａｕが例えばめっき層の場合、はんだを加熱して溶融する際に、Ａｕが溶融したはんだ中に拡散し、すなわち、はんだに溶解し、Ｓｎと反応して金属間化合物を形成するものと思われる。したがって、Ａｕは、接合部材表面にめっき層で形成されたものであっても、はんだにあらかじめ合金成分として添加されたものであっても用いることが可能である。
【００３１】
このように、Ｓｎ4Ａｕ金属間化合物のような変形抵抗の高い金属間化合物をはんだ接合層に分散させることにより、はんだの高温における変形抵抗を向上させることができる。
【００３２】
本発明の実施形態では、接合層にはＳｎ−Ａｕを含有する金属間化合物が接合断面の面積分率にして５〜５０％の割合で分散していることが望ましい。ここで、接合断面とは２個以上の部材（被接合体）が接合された接合層を含む断面であって、接合体と接合層の複数の界面はほぼ平行な関係であるものとし、その界面に垂直な面を接合断面と定義する。
【００３３】
本願発明では、面積分率とは接合断面における接合層の中に占めるＳｎ−Ａｕ化合物相の面積の比率を言う。面積分率は、以下のようにして求めることができる。例えば、ＳＥＭにおけるＥＤＸ，あるいはＥＰＭＡにより接合層を含む接合断面内の構成元素を測定し、Ｓｎ−Ａｕ化合物相の組織を特定する。図１には、本実施の形態例における接合層断面の反射電子像を示した。写真の黒実線長さが１０μｍの長さに該当する。次に、接合層のＳＥＭ写真、もしくは反射電子像写真において、Ｓｎ−Ａｕ化合物相と他の部分をニ値化により分離し、接合層の中に占めるＳｎ−Ａｕ化合物相の面積分率を算出する。図２には、図１で示したＳｎ−Ａｕ層領域を白色で表わし、他の領域を黒色にニ値化した像を示した。
【００３４】
面積分率を算出するために用いるＳＥＭあるいは反射電子像写真については、接合界面に垂直な向きを写真縦軸とし、接合界面に平行な向きを写真横軸と決める。かつ、写真縦の全長は接合層の厚みすべてが入るようにし、接合時に溶融しなかっためっき層、被接合材は写真に入れないものとする。写真横軸の長さは縦軸の長さの２倍とする。また、接合時の溶融層と非溶融層の界面が平坦ではない、または、二つの被接合材が平行ではない場合については、それに応じた領域を写真とする。
【００３５】
以上の操作を同一断面の別な部位から、あるいは、同一試料の別断面の部位から合計５回以上実施し、その平均値をその試料の断面におけるＳｎ−Ａｕ化合物相の面積分率と定義する。
【００３６】
ここで、面積分率を５〜５０％とする理由は以下のようである。５％未満では効果がなく、５０％を超えると、クリープ抵抗は高まるが脆化し、少量のひずみで破壊してしまうからである。５〜５０％の範囲では初期クリープが小さくなり、クリープ抵抗が大きく、位置ずれに対する信頼性が高くなる。
【００３７】
本実施の形態では、接合層の金属間化合物の結晶粒径は３０μｍ以下の大きさであることが望ましい。結晶粒径の大きさは、上記の接合断面の観察時に求めることができる。ここで、結晶粒径を３０μｍ以下とする理由は、３０μｍを超えると結晶粒界を亀裂が伝播しやすくなるためである。
【００３８】
本発明の第２の実施形態を以下に示す。本発明では、二個以上の部材を接合する際に、少なくとも一個以上の部材の表面をＡｕからなる層とし、一個以上の前記部材表面にはんだを載置し、前記はんだを加熱して前記Ａｕをはんだ中に溶解させて得た接合層を備える接合部材である。
【００３９】
本実施の形態では、少なくとも一個以上の部材の最表面層をＡｕ層からなる表面とする。本実施の形態では、接合層中にＡｕが含まれるようにするには、第１の実施形態で説明した方法を用いれば良い。
【００４０】
このように、表面にめっき層を形成し、部材間にＳｎを含有するはんだ合金を載置し、前記はんだ合金を加熱溶融して部材表面のＡｕを溶融はんだ中に溶解させることによりＳｎ−Ａｕを含有する金属間化合物が分散した接合層を備える接合品が得られる。例えば、電子デバイス，光デバイス，レーザモジュール，半導体装置に本実施の形態の接合層を備える接合品を得ることができる。
【実施例１】
【００４１】
はんだとしてＳｎ−Ｐｂ（Ｓｎ：６３重量％）共晶合金を用いた。試験方法としては、図３で示したようなリング−ピン剪断試験用の銅製試験片を用意し一方には、試験片の接合面にＮｉめっきを施し、その上にＡｕめっきをした。もう一方は、めっき処理しないものとした。この２種の試料を用い、上記はんだを用いてリング部のはんだ接合層を形成した。図３中のリング−ピン試験片３１は、リング部３３とピン部３５からなり、リング部３３の中央にピン部とのはんだ接合層３７を形成したものである。リング部の厚みは３ｍｍ、外形は１５ｍｍであり、ピン部の直径は４ｍｍで、長さが２０ｍｍである。
【００４２】
接合層については接合断面を観察した。その結果、めっきをしないものの接合層にはＳｎ相とＰｂリッチ相が認められた。めっき処理したものは、Ｓｎ相とＰｂリッチ相に加えて結晶粒径が２０μｍのＳｎ−Ａｕ金属間化合物相が分散していた。また、めっき処理したもののＳｎ−Ａｕ金属化合物相の面積分率を求めた。その結果、面積分率の値は１５％であった。
【００４３】
上記のめっきをしたものと、めっきをしないものについて、クリープ試験を行った。クリープ試験方法の概略図４１を図４に示した。リビングーピン試験片４３のピンは図４の上方向に、ピンは図４の下方向に荷重を掛けて試験した。試験温度は室温と１００℃の２種類とした。室温（２５℃）で剪断応力を７．５ＭＰａとした試験結果を図５に、１００℃で剪断応力を１．７ＭＰａとした試験結果を図６に示した。
【００４４】
各図の横軸は、時間（破断までの時間で規格化）を示す。縦軸は、剪断ひずみを示す。これから、めっきしたものは、めっきしないものに比べて、初期クリープが極めて小さく、剪断ひずみが少ないことがわかる。
【００４５】
なお、図８として示した表１にＳｎ−Ａｕ相の分布状態とクリープ変形抵抗について評価した結果を示した。すなわち、Ｓｎ−Ａｕ相が接合層全域にわたって均一に分散している場合には、Ａｕめっきは界面に残存しておらず、このような場合には変形抵抗が極めて高い傾向にあった。反対に、Ｓｎ−Ａｕ相が被接合体と接合層の界面に偏って分布している場合には、Ａｕめっきが界面に残像しており、このような場合には、早期に破断した。
【実施例２】
【００４６】
次に、本発明を適用してレーザ波長が１．４８μｍのレーザモジュールを試作した。レーザモジュールの模式図を図７に示した。レーザモジュール７１の、はんだの使用箇所は、ベース７９とペルチェ素子８１間の接合箇所８５、およびペルチェ素子８１とパッケージ８３間の接合箇所８７であり、両者ともに同じ種類のはんだを用いた。用いたはんだは、図９としての表２に示した。
【００４７】
金属接合部のＡｕ−Ｓｎ金属間化合物量を変化させるために、レーザモジュールのベース、ペルチェ、パッケージ表面のＡｕめっき厚さを調整して、Ａｕ−Ｓｎ化合物の量を変えた。はんだを加熱して溶融させる工程で、Ａｕめっき部は全て溶融はんだ内に溶け込んでいた。
【００４８】
また、表１に示すように実施例及び比較例の合計１１種類のモジュールを１１個ずつ試作し、各１個については、接合層の断面組織を観察して、金属間化合物量を確認した。接合層断面におけるＡｕ−Ｓｎ化合物の面積分率（％）を示した。
【００４９】
試作したモジュールの残り１０個については、８５℃に１０００時間保持する高温放置試験を実施した。試験後、レーザの出力を調べた。出力が試験前と比べて８０％以下にまで低下した試料は不良とし、８０％を超えるものを良品とした。その結果も表２に合わせて示した。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】接合層断面の反射電子像を示した。
【図２】図１のＳｎ−Ａｕ相領域を白、他の領域を黒にニ値化した像を示した。
【図３】リング−ピンせん断試験片を示した。
【図４】リング−ピンせん断クリープ試験の模式図である。
【図５】室温におけるせん断クリープ試験結果である。
【図６】１００℃におけるせん断クリープ試験結果である。
【図７】レーザモジュールの模式図である。
【図８】図８として示した表１であり、Ｓｎ−Ａｕ相の分布状態とクリープ変形抵抗を示した。
【図９】図９として示した表２であり、はんだ種、Ｓｎ−Ａｕ化合物相の面積分率、および高温放置試験後の不良率を示した。
【符号の説明】
【００５１】
３１ リング−ピン剪断試験片
３３ リング部
３５ ピン部
３７ はんだ接合層
４１ クリープ試験方法概略図
４３ リング−ピン剪断試験片
７１ レーザモジュール
７３ 光ファイバ
７５ レンズ
７７ レーザ
７９ ベース
８１ ペルチェ素子
８３ パッケージ
８５ はんだ接合層
８７ はんだ接合層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間が、Ｓｎを含有するはんだを用いて接合される際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、前記接合層中に、ＳｎとＡｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9のいずれかからなる金属間化合物を含み、接合断面中に存在する前記金属間化合物の面積分率の合計として、５％を超えて５０％までの割合で分散しているはんだ接合層を介して接合されている軸ずれの生じないレーザモジュール。
【請求項２】
ペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間が、Ｓｎを含有するはんだを用いて接合される際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、前記接合層中に、ＳｎとＡｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9のいずれかからなる金属間化合物を含み、前記金属間化合物の結晶粒径が３０μｍ以下の大きさで、且つ接合断面中に存在する前記金属間化合物の面積分率の合計として、５％を超えて５０％までの割合で分散しているはんだ接合層を介して接合されている軸ずれの生じないレーザモジュール。
【請求項３】
レーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法であって、少なくとも一方の部材の表面をＡｕからなる層とし、少なくとも一方の前記部材にＳｎを含有するはんだを載置し、前記Ｓｎを含有するはんだを加熱して前記Ａｕを前記はんだ中に溶解させて前記Ｓｎと反応させ、前記Ｓｎと前記Ａｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ，ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5，ＳｎＡｕ9のいずれか１種以上の金属間化合物を、合計で５％を超えて５０％までの割合ではんだ接合層中に分散させる軸ずれの生じない接合方法。
【請求項４】
レーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法であって、少なくとも一方の部材の表面をＡｕからなる層とし、少なくとも一方の前記部材にＳｎを含有するはんだを載置し、前記Ｓｎを含有するはんだを加熱して前記Ａｕを前記はんだ中に溶解させて前記Ｓｎと反応させ、前記Ｓｎと前記Ａｕを主成分として構成される結晶粒径が３０μｍ以下のＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ，ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5，ＳｎＡｕ9のいずれか１種以上の金属間化合物を、合計で５％を超えて５０％までの割合ではんだ接合層中に分散させる軸ずれの生じない接合方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の軸ずれの生じない接合方法において、少なくとも一方の部材の表面のＡｕからなる層の厚さが１．０〜５．０μｍとし、少なくとも一方のはんだを載置する前記部材の厚さを３０〜６０μｍに形成することを特徴とするレーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法。
【請求項１】
ペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間が、Ｓｎを含有するはんだを用いて接合される際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、前記接合層中に、ＳｎとＡｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9のいずれかからなる金属間化合物を含み、接合断面中に存在する前記金属間化合物の面積分率の合計として、５％を超えて５０％までの割合で分散しているはんだ接合層を介して接合されている軸ずれの生じないレーザモジュール。
【請求項２】
ペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間が、Ｓｎを含有するはんだを用いて接合される際に形成される接合層であって、前記接合層はＳｎおよびＡｕの他に、Ｐｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎから選択されるいずれか１種または２種以上を含有し、さらに、前記接合層中に、ＳｎとＡｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ、ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5、ＳｎＡｕ9のいずれかからなる金属間化合物を含み、前記金属間化合物の結晶粒径が３０μｍ以下の大きさで、且つ接合断面中に存在する前記金属間化合物の面積分率の合計として、５％を超えて５０％までの割合で分散しているはんだ接合層を介して接合されている軸ずれの生じないレーザモジュール。
【請求項３】
レーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法であって、少なくとも一方の部材の表面をＡｕからなる層とし、少なくとも一方の前記部材にＳｎを含有するはんだを載置し、前記Ｓｎを含有するはんだを加熱して前記Ａｕを前記はんだ中に溶解させて前記Ｓｎと反応させ、前記Ｓｎと前記Ａｕを主成分として構成されるＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ，ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5，ＳｎＡｕ9のいずれか１種以上の金属間化合物を、合計で５％を超えて５０％までの割合ではんだ接合層中に分散させる軸ずれの生じない接合方法。
【請求項４】
レーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法であって、少なくとも一方の部材の表面をＡｕからなる層とし、少なくとも一方の前記部材にＳｎを含有するはんだを載置し、前記Ｓｎを含有するはんだを加熱して前記Ａｕを前記はんだ中に溶解させて前記Ｓｎと反応させ、前記Ｓｎと前記Ａｕを主成分として構成される結晶粒径が３０μｍ以下のＳｎ4Ａｕ、Ｓｎ2Ａｕ，ＳｎＡｕ、ＳｎＡｕ5，ＳｎＡｕ9のいずれか１種以上の金属間化合物を、合計で５％を超えて５０％までの割合ではんだ接合層中に分散させる軸ずれの生じない接合方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の軸ずれの生じない接合方法において、少なくとも一方の部材の表面のＡｕからなる層の厚さが１．０〜５．０μｍとし、少なくとも一方のはんだを載置する前記部材の厚さを３０〜６０μｍに形成することを特徴とするレーザモジュールにおけるペルチェ素子を搭載したベースと該ペルチェ素子間、及び該ペルチェ素子とレーザモジュールのパッケージ間の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１９４６３０（Ｐ２００７−１９４６３０Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６０５８（Ｐ２００７−６０５８）
【出願日】平成１９年１月１５日（２００７．１．１５）
【分割の表示】特願２００２−８９１４１（Ｐ２００２−８９１４１）の分割
【原出願日】平成１４年３月２７日（２００２．３．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１５日（２００７．１．１５）
【分割の表示】特願２００２−８９１４１（Ｐ２００２−８９１４１）の分割
【原出願日】平成１４年３月２７日（２００２．３．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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