(57)【要約】【課題】意図しない挿入損失の増大を抑制することができる熱光学効果光部品を提供する。【解決手段】光導波路コア１の上方に、ヒータ、電極パッド、及びヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域からなる金属薄膜領域２が形成されている。  電極パッドと配線領域とが光導波路コア１の直上に配置されるのを避けるようにして金属薄膜領域２が形成されているため、従来の２入力２出力型光スイッチでは、光導波路コア１と金属薄膜領域２との重複領域を生じるのに対して、本発明においては、このような重複領域を生じない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に高分子材料からなる光導波路を形成し、この光導波路の上面に金属薄膜からなるヒータを配置してなる熱光学効果光部品において、該ヒータに電力を供給するための電極パッド、及び該ヒータと該電極パッドとを結ぶ配線領域が、該光導波路のコアの直上又はその近傍を避けて配置されており、
前記電極パッド同士をワイヤボンディングすることにより、グランド端子を共通化したことを特徴とする熱光学効果光部品。
【請求項２】
基板上に高分子材料からなる光導波路を形成し、この光導波路の上面に金属薄膜からなるヒータを配置してなる熱光学効果光部品において、該ヒータに電力を供給するための電極パッド、及び該ヒータと該電極パッドとを結ぶ配線領域が、該光導波路のコアの直上又はその近傍を避けて、前記基板の上方に積層して配置されており、
前記電極パッド同士をワイヤボンディングすることにより、グランド端子を共通化したことを特徴とする熱光学効果光部品。
【請求項３】
前記電極パッド及び前記配線領域と、前記光導波路コアの直上との水平離隔距離が４０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱光学効果光部品。
【請求項４】
前記光導波路のコア及びクラッドのいずれか一方もしくは両方が高分子材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱光学効果光部品。
【請求項５】
前記電極パッドと前記配線領域とが、前記ヒータと一括してパターン形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱光学効果光部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野において用いられる光導波路部品に関し、特に、金属薄膜ヒータを形成し、熱光学効果を利用してスイッチ機能を持たせた光スイッチ等の熱光学効果光部品において、意図しない挿入損失の増加を抑制したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱光学効果を利用した光部品として、光アッテネータや光スイッチが知られている。いずれも、シリコーン、ポリイミド、アクリレートなどの高分子材料からなる光導波路近傍に金属薄膜ヒータを設け、この金属薄膜ヒータで光導波路を加熱することにより、光導波路の屈折率が変化することを利用したものである。
図３に、従来の熱光学効果光部品の例として、Ｙ分岐型光スイッチを示している。図３中、符号１は、光導波路コアであり、符号２は、金属薄膜からなるヒータである。このヒータ２は、光導波路コアの分岐部に沿って形成されている。この分岐部の左右に設けられたヒータ２を交互に加熱することにより、入力光を出力ポート１又は出力ポート２に交互に出力して、スイッチの機能を持たせることができる。
【０００３】
このような熱光学効果光部品では、付与した機能を発動させるためには、金属薄膜ヒータに電力を供給する必要がある。しかし、多くの場合、この金属薄膜ヒータは、その幅がたかだか数μｍから数十μｍ程度であり、そのままでは電力供給用の電線を配置することは困難であり、光部品表面上のいずれかの場所に、より面積の大きな電極パッドを配置することが必要となる。
そして、この電極パッドに対して、細径の電線を半田付けするか、あるいは半導体部品で一般に用いられている金ワイヤまたは金リボンをボンディングする。
このような実装作業の都合上、電極パッドの位置は必ずしも金属薄膜ヒータの両端に配置できるわけではなく、通常は実装作業が容易な位置に配置され、金属薄膜ヒータと電極パッドの間もまた金属薄膜ヒータと同じ金属薄膜によって接続されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような実装方法によっても、１チャネル光アッテネータや１入力２出力光スイッチ程度の簡単な構成の光部品を形成する場合には大きな問題を生じないが、より複雑な構成の光部品の場合には、加熱する必要の無い光導波路のコアの直上に、この電極パッドや、金属薄膜ヒータと電極パッドとを結ぶ配線が配置され、これにより光導波路のコアにおいて温度上昇に起因する屈折率変化が生じ、意図しない挿入損失の増大を引き起こすという問題が生じる。
以下に、従来の熱光学効果光部品の問題点について説明する。
図４は、従来の熱光学効果光部品の例として、２入力２出力型光スイッチを積層基板上方から見た説明図である。この２入力２出力型光スイッチは、図示しない基板上に光導波路が積層され、さらにその上方に、光導波路の屈折率を変化させるためのヒータが積層されて形成されている。
図４中、符号１は、基板上に積層された光導波路コアであり、１ａ及び１ｂはその分岐部である。符号２は、光導波路コア１の上方に積層された金属薄膜領域であり、この金属薄膜領域は、ヒータ、電極パッド、及びこれらを結ぶ配線領域からなっている。２ａ、２ｂは、光導波路コア１の直上に金属薄膜領域２が配置されている重複領域である。このような重複領域２ａ、２ｂにおいて、上述したように、光導波路のコアの温度上昇に起因する屈折率変化が生じ、意図しない挿入損失の増大を生じてしまう。
また、図５は、従来の熱光学効果光部品の例として、１入力４出力型光スイッチを積層基板上方から見た説明図である。この１入力４出力型光スイッチも、図示しない基板上に光導波路が積層され、さらにその上方に、光導波路の屈折率を変化させるためのヒータが積層されて形成されている。
図５中、符号１は、基板上に積層された光導波路コアであり、１ｃ及び１ｄはその分岐部である。符号２は、光導波路コア１の上方に積層された金属薄膜領域であり、２ｃ、２ｄは、光導波路コア１の直上に金属薄膜領域２が配置されている重複領域である。このような重複領域２ｃ、２ｄにおいても、上述したように、光導波路のコアの温度上昇に起因する屈折率変化が生じ、意図しない挿入損失の増大を生じてしまう。
【０００５】
さらに、この種の多くの熱光学効果光部品は、ヒータ、電極パッド、及びこれらを結ぶ配線を、同じ金属薄膜パターンとして同時に形成している。このヒータ等に使用される金属の熱伝導率は、金の場合で320Ｗ／ｍ・Ｋ、ニクロムの場合で13Ｗ／ｍ・Ｋなどである。これに対し、光導波路材料として使用されるポリイミド樹脂やシリコーン樹脂などの高分子材料の熱伝導率はたかだか0.1〜0.2Ｗ／ｍ・Ｋに過ぎない。
この熱伝導率の差に加え、金属薄膜と、光導波路を構成する樹脂薄膜との間の界面の伝熱抵抗のため、ヒータに電力を供給した際に発生した熱は、まず金属薄膜全体に伝わり、これにより、この熱は、ヒータ及びヒータ直下の樹脂を加熱するのみならず、短時間のうちに、ヒータと電極パッド間を結ぶ配線及び電極パッドをも加熱し、これらの温度上昇を引き起こす。
この温度上昇により、ヒータと電極パッド間を結ぶ配線及び電極パッドの下方に位置する光導波路のコアの近傍においても、温度上昇に起因する屈折率変化が生じる。光導波路用材料として使用されている樹脂材料の屈折率の温度依存性は、−１〜２×１０-4／Ｋ程度であり、この光導波路の屈折率変化により、意図しない挿入損失の増大を引き起こすことがあった。
【０００６】
さらに、光部品の構成が複雑化すると、配線を要する電極パッドの数を軽減するために、グランド端子を共通化することが一般的に行われているが、これにより、ヒータと電極パッド間を結ぶ配線は増加するため、上述した問題点を生じやすくなる。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、意図しない挿入損失の増大を抑制することができる熱光学効果光部品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】
【０００７】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、基板上に高分子材料からなる光導波路を形成し、この光導波路の上面に金属薄膜からなるヒータを配置してなる熱光学効果光部品において、該ヒータに電力を供給するための電極パッド、及び該ヒータと該電極パッドとを結ぶ配線領域が、該光導波路のコアの直上又はその近傍を避けて配置されており、前記電極パッド同士をワイヤボンディングすることにより、グランド端子を共通化したことにより、電極パッド及び配線領域からの熱伝導に起因する光導波路の温度上昇による屈折率変化を防止することを特徴とする熱光学効果光部品である。請求項２記載の発明は、基板上に高分子材料からなる光導波路を形成し、この光導波路の上面に金属薄膜からなるヒータを配置してなる熱光学効果光部品において、該ヒータに電力を供給するための電極パッド、及び該ヒータと該電極パッドとを結ぶ配線領域が、該光導波路のコアの直上又はその近傍を避けて、前記基板の上方に積層して配置されており、前記電極パッド同士をワイヤボンディングすることにより、グランド端子を共通化したことにより、電極パッド及び配線領域からの熱伝導に起因する光導波路の温度上昇による屈折率変化を防止することを特徴とする熱光学効果光部品である。請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記電極パッド及び前記配線領域と、前記光導波路コアの直上との水平離隔距離が４０μｍ以上であることを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記光導波路のコア及びクラッドのいずれか一方もしくは両方が高分子材料で形成されていることを特徴とする熱光学効果光部品。請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記電極パッドと前記配線領域とが、前記ヒータと一括してパターン形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によると、電極パッドと配線領域とが光導波路コアの直上及び近傍に配置されるのを避けるようにして金属薄膜領域が形成されているため、電極パッド及び配線領域からの熱伝導による光導波路の温度上昇が抑制され、加熱する必要の無い光導波路コアにおいて温度上昇に起因する屈折率変化を生じることが無く、意図しない挿入損失の増大を防止することができる。
また、電極パッドと配線領域とが光導波路コアの直上及び近傍に配置されるのを避けるようにして金属薄膜領域２を形成し、かつ電極パッド同士を金ワイヤ等を用いて空中配線することにより、グランド端子を共通化しつつ、加熱する必要の無い光導波路コアにおいて温度上昇に起因する屈折率変化を生じることが無く、意図しない挿入損失の増大を防止することができる。
さらに、ヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域を、他の金属薄膜領域よりも熱伝導率の小さい材料を用いて形成し、かつこの配線領域の電気抵抗をヒータの電気抵抗に対して十分に小さくすることにより、配線領域から光導波路への熱伝導による温度上昇を防ぐことができ、加熱する必要の無い光導波路コアにおいて温度上昇に起因する屈折率変化を生じることが無く、意図しない挿入損失の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の熱光学効果光部品の例として、２入力２出力型光スイッチを積層基板上方から見た説明図である。
【図２】本発明の熱光学効果光部品の例として、１入力４出力型光スイッチを積層基板上方から見た説明図である。
【図３】従来の熱光学効果型Ｙ分岐光スイッチを示す図である。
【図４】従来の熱光学効果光部品の例として、２入力２出力型光スイッチを積層基板上方から見た説明図である。
【図５】従来の熱光学効果光部品の例として、１入力４出力型光スイッチを積層基板上方から見た説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の熱光学効果光部品の第１の例について説明する。
図１は、本発明の熱光学効果光部品の例として、２入力２出力型光スイッチを積層基板上方から見た説明図である。この２入力２出力型光スイッチは、図示しない基板上に光導波路が積層され、さらにその上方に、光導波路の屈折率を変化させるためのヒータが積層されて形成されている。
図１中、符号１は、基板上に積層された光導波路コアであり、１ａ及び１ｂはその分岐部である。この光導波路コア１は、大きな熱光学効果が得られ、耐熱性に富むことから、例えばフッ素化ポリイミド等の高分子材料により形成されている。
符号２は、光導波路コア１ａの上方に積層された金属薄膜領域であり、この金属薄膜領域は、ヒータ、電極パッド、及びヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域からなっている。この金属薄膜領域２は、金またはクロム等を材料として、一括してパターン形成されている。
この例の２入力２出力型光スイッチにおいては、電極パッドと配線領域とが光導波路コア１の直上及び近傍に配置されるのを避けるようにして金属薄膜領域２が形成されているため、従来の２入力２出力型光スイッチでは、図４に示すように光導波路コア１と金属薄膜領域２との重複領域２ａ、２ｂを生じるのに対して、この例においては、このような重複領域を生じない。
【００１１】
また、図２は、本発明の熱光学効果光部品の例として、１入力４出力型光スイッチを積層基板上方から見た説明図である。この１入力４出力型光スイッチは、図示しない基板上に光導波路が積層され、さらにその上方に、光導波路の屈折率を変化させるためのヒータが積層されて形成されている。
図２中、符号１は、基板上に積層された光導波路コアであり、１ｃ及び１ｄはその分岐部である。符号２は、光導波路コア１上に積層された金属薄膜領域であり、金属薄膜ヒータ、電極パッド、及びこれらを結ぶ配線領域からなっている。
この例においても、電極パッドと配線領域とが光導波路コア１の直上及び近傍に配置されるのを避けるようにして金属薄膜領域２が形成されているため、従来の１入力４出力型光スイッチでは、図５に示すように光導波路コア１と金属薄膜領域２との重複領域２ｃ、２ｄを生じるのに対して、この例においては、このような重複領域を生じない。
光導波路コア１と電極パッド及び配線領域との離隔距離は、光導波路コア１を構成する樹脂薄膜層の厚さや、ヒータに供給される電力量にも依存するが、電極パッド及び配線領域と光導波路コアの直上との水平離隔距離が４０μｍ以上離れていることが好ましく、さらには５０μｍ以上離れていることがより好ましい。
この例によると、電極パッドと配線領域とが光導波路コア１の直上及び近傍に配置されるのを避けるようにして金属薄膜領域２が形成されているため、加熱する必要の無い光導波路コア１において温度上昇に起因する屈折率変化を生じることが無く、意図しない挿入損失の増大を防止することができる。
【００１２】
次に、本発明の熱光学効果光部品の第２の例について説明する。
この例では、上述した金属薄膜領域２が形成された熱光学効果光部品の素子上の電極パッド同士が、金ワイヤ等を用いて空中配線されて接続されている。
本発明の第１の例のようにして金属薄膜領域２を形成すると、金属薄膜からなる配線領域によってグランド端子を共通化することが困難となり、このため電極パッドの数を増やさざるを得ない。しかし、従来行われていた、素子上の電極パッドとパッケージの外部リード端子との間の金ワイヤボンディングと同様に、この電極パッド同士を金ワイヤ等を用いて空中配線すれば、グランド端子を共通化することができる。
この例によると、電極パッドと配線領域とが光導波路コア１の直上及び近傍に配置されるのを避けるようにして金属薄膜領域２を形成し、かつ電極パッド同士を金ワイヤ等を用いて空中配線することにより、グランド端子を共通化しつつ、加熱する必要の無い光導波路コア１において温度上昇に起因する屈折率変化を生じることが無く、意図しない挿入損失の増大を防止することができる。
【００１３】
次に、本発明の熱光学効果光部品の第３の例について説明する。
この例では、金属薄膜により一括してパターン形成する金属薄膜領域２を、ヒータと電極パッドとに限定し、ヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域は、より熱伝導率の小さい材料を用いて形成されている。具体的には、電気伝導性高分子材料により形成するか、電気伝導性接着剤等を塗布することによって行う。この電気伝導性高分子材料又は電気伝導性接着剤の熱伝導率は、１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。
この例においては、電極パッドは光導波路のコアの直上又はその近傍を避けて配置され、電極パッドと光導波路コアの直上との水平離隔距離が４０μｍ以上離れていることが好ましく、さらには５０μｍ以上離れていることがより好ましい。  
しかし、ヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域は、光導波路の上面の任意の位置に配置されている
このような熱伝導率の小さい材料を用いて、ヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域を形成すると、ヒータから配線領域への伝熱量が、ヒータからヒータの直下に位置する光導波路への伝熱量を下回るか、あるいは同程度にまで減少する。そのため、ヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域が光導波路コアの直上に配置されていても、この配線領域から光導波路への熱伝導による温度上昇を軽減することができる。
【００１４】
この際、ヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域が発熱することを防止するために、ヒータ材料には電気抵抗の大きな金属を選定し、この配線領域には、それに比して電気抵抗が十分小さい材料を選定する。また、この配線領域には、その断面積が十分大きくなるようにたっぷりと材料を塗付して、配線領域の電気抵抗を小さくする。
この例によると、ヒータと電極パッドとを結ぶ配線領域を、他の金属薄膜領域よりも熱伝導率の小さい材料を用いて形成し、かつこの配線領域の電気抵抗をヒータの電気抵抗に対して十分に小さくすることにより、配線領域から光導波路への熱伝導による温度上昇を防ぐことができ、加熱する必要の無い光導波路コア１において温度上昇に起因する屈折率変化を生じることが無く、意図しない挿入損失の増大を防止することができる。
【符号の説明】
【００１５】
１…光導波路コア、２…金属薄膜領域
【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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