JP2003287632A

JP2003287632A - 温調素子、温調部品および導波路型光モジュール

Info

Publication number: JP2003287632A
Application number: JP2003016246A
Authority: JP
Inventors: Mikio Mori; 幹夫森; Hajime Sakamoto; 一坂本; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】分波波長特性の良好な導波路型光モジュール
を提供し、かつ、面内温度分布の均一性が高い前記導波
路型光モジュール用温調部品、温調素材を提供する。【解決手段】ケーシング内に台座を介して温調素子を
支持すると共に、その温調素子上に光導波路素子を載置
してなる光導波路型光モジュールにおいて、反加熱面側
の表面または内部に発熱体もしくは吸熱体を具える板状
体からなるものであって、主に該板状体の反加熱面側に
接してこれを支持するために設けられる台座と、前記発
熱体もしくは吸熱体との接触面積を含む該板状体との合
計接触面積が、当該板状体の反加熱面側面積の30%を超
え、かつ、前記台座ならびにこれと接触する板状体、発
熱体等の双方の面粗度の合計Ra1＋Ra2を0.05μm以上と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度依存性を有す
る光導波路素子の温度を調節するために用いられる温調
素子，温調部品、およびこれらを取付けてなる導波路型
光モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】導波炉型光モジュール、とくに導波路型
光合分波機能を有する石英アレイ導波路型光モジュール
としては、分波特性が温度に依存する導波路素子を用い
たものがある。この種の導波路型光モジュールは、必要
な分波波長特性を維持するために導波路の温度調節が必
要になる。また、屈折率を温度を変えることで調整し、
光を偏向させる光偏向素子や光スイッチの場合にも、屈
折率が変動しないように温度調節する必要があり、いず
れしても光導波路の温度を調節するための温調部品が必
要になる。

【０００３】このような温調部品に関しては、特開2001
−116936号公報に開示の技術が知られている。この技術
は、熱膨張係数が5ppm／℃以下、熱伝導率100W／m・K以
上のセラミック基板と思われるプレートにヒータを設
け、このプレートを台座上に保持するとともに、このプ
レート上には光導波路素子を形成してなる石英系導波路
型光モジュールである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記導波路型光モジュ
ールは、単に熱膨張係数が小さくかつ熱伝導率の良好な
材料を用いた温調部品の提供だけを考えて開発している
ために、温調素子である前記プレートの板面温度の均一
特性（分布）に劣るという欠点があった。そのために導
波路素子には不可避に歪みが発生し、分波波長特性が劣
化することになるという問題があった。

【０００５】本発明の主たる目的は、分波波長特性の良
好な導波路型光モジュールを提供することにある。本発
明の他の目的は、板面内温度分布の均一性が高い前記導
波路型光モジュール用温調部品、温調素子を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従来技術が抱えている上
述した問題点の克服を目指して鋭意研究した結果、前記
温調素子に現われる板面内の場所による温度不均一の原
因が、台座と板状体との接触面積が大きすぎる（32%
超）ことにあることを見出した。ただし、単にその接触
面積を小さくするだけでは、板状体に反りや歪みが発生
して平坦性の確保が難しくなり、却って不都合が生じ
る。そこで発明者らは、むしろその接触面積を大きくし
てプレートの平坦性をまず確保し、その上で、これらの
互いの接触部分の面粗度を調整するか、もしくは断熱材
を介在させるという手段の採用によって、該板状体に現
れる温度の不均一分布の問題を克服することにした。

【０００７】すなわち、本発明は、反加熱面側の表面ま
たは内部に発熱体もしくは吸熱体を具える板状体からな
り、主に該板状体の反加熱面側に接してこれを中空に支
持するために設けられる台座と、前記発熱体もしくは吸
熱体との接触部分を含む該板状体との合計接触面積が、
当該板状体の反加熱面側面積の30%を超え、かつ、前記
台座と接触する部分の板状体、発熱体もしくは吸熱体側
の面粗度Ra2が台座の側の面粗度との合計で0.05μm以上
になることを特徴とする温調素子である。

【０００８】本発明は、また、温調素子とこれをケーシ
ング内に支持するための台座とからなるものにおいて、
前記温調素子は、反加熱面側の表面または内部に発熱体
もしくは吸熱体を具える板状体からなり、主にこの板状
体の反加熱面側に接する前記台座と、前記発熱体もしく
は吸熱体との接触部分を含む該板状体と台座との合計接
触面積が、当該板状体の反加熱面側面積の30%を超え、
かつ前記板状体、発熱体もしくは吸熱体と接触する部分
の前記台座の面粗度Ra1と、この台座と接触する部分の
板状体、発熱体もしくは吸熱体側の面粗度Ra2との和
が、0.05μm以上であることを特徴とする温調部品を提
案する。

【０００９】本発明は、また、ケーシング内に、台座を
介して温調素子を支持すると共に、その温調用素子上に
光導波路素子を載置してなる導波路型光モジュールにお
いて、前記温調素子は、反加熱面側の表面または内部に
発熱体もしくは吸熱体を具える板状体からなり、主にこ
の板状体の反加熱面側に接する前記台座と、前記発熱体
もしくは吸熱体との接触部分を含む該板状体と台座との
合計接触面積が、当該板状体の反加熱面側面積の30%を
超え、かつ前記板状体、発熱体もしくは吸熱体と接触す
る部分の前記台座の面粗度Ra1と、この台座と接触する
部分の板状体、発熱体もしくは吸熱体側の面粗度Ra2と
の和が、0.05μm以上であることを特徴とする導波路型
光モジュールを提案する。

【００１０】本発明は、また、板状体の反加熱面側の表
面または内部に発熱体もしくは吸熱体を具える板状体か
らなり、主に該板状体の反加熱面側に接してこれを支持
するために設けられる台座と該板状体とが、断熱材を介
して重合されており、その台座と発熱体もしくは吸熱体
を含む板状体との断熱材を介して重合しているその接触
面積の合計が、板状体の反加熱面面積の30%を超えるこ
とを特徴とする温調素子を提案する。

【００１１】本発明は、また、温調素子とこれをケーシ
ング内に支持するための台座とからなるものにおいて、
前記温調素子は、反加熱面側の表面または内部に発熱体
もしくは吸熱体を具える板状体からなり、主にこの板状
体の反加熱面側に接する前記台座と該板状体とが断熱材
を介して重合されており、その台座と発熱体もしくは吸
熱体を含む板状体との断熱材を介して重合しているその
接触面積の合計は、板状体の反加熱面面積の30%を超え
ることを特徴とする温調部品を提案する。

【００１２】さらに、本発明は、ケーシング内に台座を
介して温調素子を支持すると共に、その温調用素子上に
光導波路素子を載置してなる導波路型光モジュールにお
いて、前記温調素子は、反加熱面側の表面または内部に
発熱体もしくは収熱体を具える板状体からなり、主にこ
の板状体の反加熱面側に接する前記台座と該板状体とが
断熱材を介して重合されており、その台座と発熱体もし
くは吸熱体を含む板状体との断熱材を介して重合してい
るその接触面積の合計は、板状体の反加熱面面積の30%
を超えることを特徴とする導波路型光モジュールを提案
する。

【００１３】なお、本発明において、前記台座は、板状
体反加熱側面の外周部および／または外周側面に接触し
て支持するものであることが好ましく、また、前記板状
体はセラミックであることが好ましい。

【００１４】本発明において、前記温調用素子は、板状
体の反加熱面側（裏面側）の表面または内部に発熱体も
しくは吸熱体を具えるものである。このため、板状体の
温度を適宜に上昇させ、もしくは低下させる機能を有す
る。しかも、この板状体は熱拡散板としての機能が付与
されているために、発熱体または吸熱体の形状に起因す
る温度分布の不均一を効果的に抑制する。さらに、発熱
体もしくは吸熱体を含む板状体とこれを下から支持する
ための台座との接触面積の合計を、板状体の反加熱面
（裏面）面積の30%を超える大きさとして支持面積を大
きくしたため、板状体が自重でたわんで歪んだり反った
りするようなことがない。そのため、板状体の平坦度
（そり量）を50μm以下にすることができ、ひいては、
この板状体の上に光導波路素子を載置しても、該光導波
路素子が傾いて光軸がずれたり、光伝搬損失を大きくす
るようなことがなくなる。

【００１５】ただし、支持用台座と発熱体もしくは吸熱
体との接触面積および台座と板状体との接触面積の合計
を30%を超えるものとした場合には、板状体の熱が台座
に伝導しやすくなり、該板状体（ヒータ板）の不均一温
度分布が却って大きくなってしまう。そこで、本発明で
は、板状体や発熱体（吸熱体）の表面と台座の表面とを
互いに粗化して、熱伝導を起こさせにくくするか、断熱
材を介在させて、板状体と台座との接触部分からの放熱
を抑制するようにして、平坦度（そり量）の確保と同時
に、板状体全面に亘る温度均一性を両立させようという
いうものである。

【００１６】そこで、本発明では、上記要旨構成に明ら
かなように、板状体、発熱体もしくは吸熱体のうちの台
座と接触する部分の面粗度をRa1とし、この台座と接触
する板状体、発熱体もしくは吸熱体側の面粗度をRa2と
し、これらの粗度を制御する他、とくにその和：Ra1＋R
a2を0.05μm以上にすることにした。つまり、互いが接
触する部分の面粗度が大きくすることで、固体熱伝導に
よる熱の伝搬を抑制し、これによって放熱を抑制する結
果として、板面の温度不均一を解消するのである。

【００１７】この点に関し、一般には、光部品において
光導波路を中空に支持する場合には、平坦性を確保する
目的で、鏡面研磨（Ra＝0.01）することが普通であり、
Ra1＋Ra2は、0.02μm程度である。しかし、板状体や台
座を鏡面研磨すると、熱が台座に容易に伝搬して放熱
し、板状体の温度均一性が阻害されることになる。まつ
り、本発明では、台座からの熱の放熱を阻止して、板状
体にクーリングスポットが生成するのを抑制する点の構
成に特徴がある。

【００１８】本発明のもうひとつの特徴は、台座と板状
体との間に、熱抵抗を付与するために、台座と板状体と
の接触部分に、断熱材を介在させて重合することにあ
る。つまり、前述したように、台座と発熱体もしくは吸
熱体との接触面積および台座と板状体との接触面積の合
計が30%を超えるものでは、板状体の熱が台座の方に伝
導しやすくなり、板状体の偏った温度分布を招くことに
なってしまう。そこで、本発明では、板状体と台座との
間に、前記の面粗度制御に代えて断熱材を介在させるこ
とで、該板状体から台座に向う熱伝導を阻止し、板状体
の温度均一性を確保するのである。

【００１９】本発明において、板状体の外周部を台座と
接触させて支持するが、このような支持形式の下では、
導波路素子が載置される中央部分に温度偏差が発生しに
くくなる。また、台座と接する板状体はその外周部にお
いて台座と接触するように支持すると同時に、板状体の
外周側面とも接触するように支持する。このようにする
と、外周側面は空気などの流動性の雰囲気中に曝され
て、各種の気体と接触して放熱するようなことがなくな
り、板状体外周部の温度を阻止することができる。な
お、台座を円形や方形の枠状（円筒，角筒）となるよう
にして、その内部に空間ができるようにした場合には、
この空間に空気を滞留させて蓄熱を行い、板状体の温度
分布の偏りの発生を抑制する効果が期待できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を好適実施の形態に
基づいて説明する。なお、本発明は、この実施形態だけ
に限定されるものではない。本発明の、温調素子、導波
路型光モジュール用温調部品または導波路型光モジュー
ルの一例を図１〜図８に示す。図１に示すものは、本発
明に係る導波路型光モジュールに用いる温調素子1であ
って、板状体2の導波路素子載置面とは反対側の、反加
熱側の面である裏面側に発熱体3が形成されている例で
ある。ただし、こ例においても前記発熱体3の代わりに
吸熱体としてペルチェ素子を使用してもよい。もちろ
ん、このペルチェ素子は発熱体、吸熱体の両方の機能を
もつ。また、発熱体やペルチェ素子は内装されていても
よい。

【００２１】かかる発熱体形成領域内の板状体2には、
温度測定のためのサーミスタチップや白金抵抗体チップ
などを実装するためのパッド4およびこのパッド4と電気
的接続を得るためのヒータ電源用リード線7やサーミス
タ用リード線8を接続し、前記パッド4に温度測定のため
のサーミスタチップや白金抵抗体チップを実装して温度
測定を行い、温度制御を行うのである。

【００２２】前記板状体2は、金属板やセラミック板、
樹脂板などを使用することができる。金属板の例として
は、アルミニウム板、銅板などが使用でき、セラミック
板の例としては、窒化物セラミック、炭化物セラミッ
ク、酸化物セラミックおよび炭素から選ばれる少なくと
も１種以上がよい。たとえば、窒化物セラミックや炭化
物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械
的な強度が金属に比べて格段に高いため、セラミック板
の厚さを薄くしても、加熱によって反ったり、歪んだり
しない。そのため、セラミック板を薄くて軽いものとす
ることができる。さらに、こうしたセラミック板は、熱
伝導率が高く、セラミック板自体が薄いため、セラミッ
ク板の表面温度が、抵抗発熱体の温度変化に対し迅速に
追従するという特徴がある。従って、電圧、電流値を変
えて抵抗発熱体の温度を変化させようとする場合に、該
セラミック板はその表面温度を制御するときに有利であ
る。

【００２３】なお、上記窒化物セラミックとしては、例
えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒
化チタン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよ
く、２種以上を併用してもよい。また、炭化物セラミッ
クとしては、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、
炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げ
られる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併
用してもよい。これらのなかでは、窒化アルミニウムが
最も好ましい。熱伝導率が180W／m・Kと最も高く、温度
追従性に優れるからである。

【００２４】さらに、かかる板状体2の素材としてセラ
ミックスを使う場合は、熱膨張係数が小さく温度が高く
なっても導波路素子12との熱膨張率差も小さいため、導
波路素子12が破損したり温調素子（板状体）1から剥離
するようなことがなく有利である。

【００２５】なお、前記板状体2および発熱体（もしく
は吸熱体）3の表面は、サンドブラスト処理により、Ｊ
ＩＳＢ０６０１に規定する平均表面粗さRa（Ra2）を
0.025μm以上、とくに台座との関係において、この台座
の側の面粗度Ra1との合計で0.05μm以上となるように調
整されている。

【００２６】前記板状体2の裏面の外周部には方形枠状
の台座5にてケーシング9内中央部に支持される。図１〜
４図では、台座5は、板状体2および発熱体3を収容する
ための凹部5aを得るために、上端面を方形に切り欠いて
段差（板状体外側が嵌合する部位）を設けてなる額縁状
の形状を有し、その段差部5aに板状体2を嵌合し、台座5
の上面と板状体2の上面とが同一面となるように座ぐり
加工してある。

【００２７】かかる台座5には、発熱体3や吸熱体に電力
を供給するリード線7、およびサーミスタチップに電力
を供給するリード線8を引き出すための引出し口を形成
することが好ましい。従って、板状体2の外周のすべて
が台座5に接触している必要はない。なお、板状体2は、
固定具6により台座5に固定することが好ましい。

【００２８】図３は、温調部品の縦断面図である。この
図に明らかなように、本発明の温調部品は、板状体2
が、台座5に形成された凹部内に嵌め込まれている。こ
のような構造を有する温調部品を、ケーシング９内に前
記台座5を介して支持固定する。上記台座5は、また、図
５，図６に示すように、中央部が貫通した角筒状のもの
であってもよい。この場合において、台座5と板状体2と
の関係は、板状体2下面のみ、または板状体下面に形成
した発熱体3（または吸熱体）を含むその外周部を台座
に設けた段差部5aに載置して中空に支持するようにして
もよい。しかも、図５に示すように、台座5による該板
状体2の支持位置、即ち両者の支持接触部位が発熱体配
線領域内にあってもよい。この場合、台座と板状体2と
の接触面積は、発熱体（吸熱体）3と台座5とが接触する
面積を含めてその合計面積が30%を超えるようにするこ
とが必要である。

【００２９】ただし、この場合において、台座5が板状
体2の外周部で接触させて支持する場合の方が、板状体
の温度均一性に優れる。

【００３０】また、額縁状に形成した台座5のその段差
部5aに板状体2の外側面をも嵌合した場合には、板状体2
の外側面を空気の流動雰囲気に曝さないため、蓄熱効率
が向上し、その結果、板状体2の温度の均一性が向上す
る。

【００３１】本発明にかかる温調素子1を構成する板状
体2の厚さは、0.1〜10mm程度が望ましい。それは板状体
の原料が10mmを超えると熱容量が大きくなり、板面の温
度均一性が確保できず、逆に0.1mm未満では、発熱体や
吸熱体に近似した偏った温度分布が生じてしまい、やは
り温度均一性に劣るからである。

【００３２】なお、この台座の板状体2ならびに発熱体3
等と接する表面は、サンドブラスト処理されて、ＪＩＳ
Ｂ０６０１に規定する平均表面粗さRa（Ra1）を0.025
μm以上、とくに板状体との関係において、該板状体の
側の面粗度Ra2との合計で0.05μm以上となるように調整
される。

【００３３】したがって、本発明においては、板状体2
裏面（発熱体3等を含めて）と台座との両者の接触部分
の面粗度の合計Ra1＋Ra2は0.05μm以上に調整すること
が必要である。すなわち、両者ともその接触部分の面粗
度が粗いため、熱が伝搬しにくくなり、このことが板状
体2の表面温度の均一性を確保することにつながる。

【００３４】本発明では、上記面粗度の調整に代え、図
７に示すように、温調素子1と台座5との接触部分を断熱
材13を介在させて支持するようにしてもよい。この場
合、その断熱材13が熱抵抗となり、熱が板状体2から台
座5に向う熱の伝搬が軽減され、板状体外周部分の放熱
が抑制されて、板面の熱均一性を確保することにつなが
る。

【００３５】本発明において用いる上記断熱材13として
は、樹脂や無機バインダーを使用することができる。樹
脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミ
ド樹脂、シリコーン樹脂から選ばれる少なくとも１種以
上が、無機バインダーとしては、シリカゾル、アルミナ
ゾルから選ばれる少なくとも１種以上が望ましい。樹脂
や無機バインダー中には、気泡や繊維など断熱性を向上
させる成分を含有していることが好適である。

【００３６】前記台座5は、板状体2の裏面のみならず、
発熱体3（もしくは吸熱体）、および板状体2の側面にも
接触している。かかる板状体2および発熱体3（もしくは
吸熱体）と台座5との直接的、または断熱材13を介した
間接的な接触面積は板状体2の反加熱面の面積の30%を超
えるようにする。その結果として、該板状体2は自身の
自重でたわむようなことがなくなり、平坦度（そり量）
を50μm以下にすることができ、導波路素子12を温調素
子1上に重合載置しても、該導波路素子12が傾いて、光
軸の位置ずれによる伝搬損失を生じさせるようなことが
なくなる。

【００３７】前記台座5の素材としては、セラミック
製、金属製、樹脂などを使用することができるが、熱伝
導率が、50Ｗ／m・Ｋ程度以下のものが望ましい。それ
は、熱伝導により板状体に温度分布が発生することを防
止できるからである。セラミックとしては、アルミナ、
石英、コージェライトなどを使用することができる。ま
た、熱伝導率が高いSiCやAlNでも多孔質体にすることで
熱伝導率を下げて使用できる。金属としては、Ni合金な
どの低熱伝導率の金属を使用することができる。さら
に、樹脂としては、ガラスエポキシ基板やガラスポリイ
ミド基板を打ち抜き、座ぐり加工して使用することがで
きる。

【００３８】本発明では、発熱体3は、板状体2の反加熱
面（裏面）に形成してもよく、また、該板状体2の内部
に埋設形成してもよい。発熱体3を板状体2の内部に形成
した場合、上記発熱体3は、加熱面の反対側の面から厚
さ方向に60%以下の位置（加熱面からは遠位置）に形成
されることが望ましい。その埋設位置が反加熱面側が、
60%を超えて加熱面に近くなると、加熱面に近すぎるた
め、上記板状体2内の熱が充分に拡散されず、加熱面に
温度のばらつきが発生するからである。

【００３９】一方、この発熱体3を板状体2の内部に形成
する場合には、発熱体形成層を複数層設けてもよい。こ
の場合は、各層のパターンは、相互に補完するように、
どこかの層に抵抗発熱体が形成され、加熱面の上方から
見ると、どの領域にもパターンが形成されている状態に
配設することが望ましい。このような構造としては、例
えば、互いに千鳥の配置になっている構造が挙げられ
る。なお、発熱体3を板状体の内部に設け、かつ、その
発熱体を一部露出させてもよい。

【００４０】なお、発熱体3を板状体2の表面に形成する
場合には、金属粒子を含む導体ペーストを板状体の表面
に塗布して所定パターンの導体ペースト層を形成した
後、これを焼き付け、板状体の表面で金属粒子を焼結さ
せる方法が好ましい。なお、金属の焼結は、金属粒子同
士および金属粒子とセラミックとが融着していれば充分
である。

【００４１】板状体2の内部に発熱体3を埋設形成する場
合には、その厚さは、1〜50μmが好ましく、そして板状
体2の表面に発熱体3を形成する場合には、この発熱体の
厚さは、1〜30μmが好ましく、1〜10μmがより好まし
い。

【００４２】板状体2の内部に発熱体3を形成する場合に
は、発熱体3の幅は、5〜20μmが好ましい。一方、板状
体2の表面に発熱体3を形成する場合には、発熱体3の幅
は、0.1〜20mmが好ましく、0.1〜5mmがより好ましい。

【００４３】こうした発熱体3は、その幅や厚さにより
抵抗値に変化を持たせることができるが、上記した範囲
が最も実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる
程大きくなる。この点について、該発熱体は、板状体の
内部に形成した場合の方が、厚み、幅とも大きくできる
が、発熱体を内部に設けると、加熱面と発熱体との距離
が短くなり、表面の温度の均一性が低下するため、発熱
体自体の幅を広げる必要が生じ、かつ、内部に発熱体を
設けるために、窒化物セラミック等との密着性を考慮す
る必要性がなく、タングステン、モリブデンなどの高融
点金属やタングステン、モリブデンなどの炭化物を使用
することができ、ひいては抵抗値を高くすることが可能
となるため、断線等を防止する目的で厚み自体を厚くし
てもよい。そのため、発熱体は、上記した厚みや幅とす
ることが望ましい。発熱体の形成位置をこのように設定
することにより、発熱体から発生した熱が伝搬していく
うちに、板状体全体に拡散し、導波路を加熱する面の温
度分布が均一化される。

【００４４】発熱体は、その断面形状が矩形であっても
楕円であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏
平の方が加熱面に向かって放熱しやすいため、加熱面の
温度分布ができにくいからである。また、抵抗発熱体を
形成する際に用いる、導体ペーストとしては特に限定さ
れないが、導電性を確保するための金属粒子または導電
性セラミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘
剤などを含むものが好ましい。

【００４５】発熱体3用の金属粒子としては、例えば、
貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステ
ン、モリブデン、ニッケルなどが好ましく、中でも、貴
金属（金、銀、白金、パラジウム）がより好ましい。ま
た、これらは、単独で用いてもよいが、２種以上を併用
することが望ましい。これらの金属は、比較的酸化しに
くく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。上
記導電性セラミックとしては、例えば、タングステン、
モリブデンの炭化物などが挙げられる。これらは、単独
で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、こ
れら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒径は、0.
1〜100μmが好ましい。0.1μm未満だと、酸化されやす
く、一方、100μmを超えると、焼結しにくくなり、抵抗
値が大きくなる。

【００４６】上記金属粒子の形状は、球状であっても、
またリン片状であってもよく、さらには球状物とリン片
状物との混合物であってもよい。上記金属粒子がリン片
状物、または、球状物とリン片状物との混合物の場合
は、金属粒子間の金属酸化物を保持しやすくなり、抵抗
発熱体と窒化物セラミック等との密着性を確実にし、か
つ、抵抗値を大きくすることができるため有利である。

【００４７】導体ペーストに使用される樹脂としては、
例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられ
る。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコ
ールなどが挙げられる。増粘剤としては、セルロースな
どが挙げられる。導体ペーストには、上記したように、
金属粒子に金属酸化物を添加し、抵抗発熱体を金属粒子
および金属酸化物を焼結させたものが望ましい。このよ
うに、金属酸化物を金属粒子とともに焼結させることに
より、セラミック基板である窒化物セラミックまたは炭
化物セラミックと金属粒子とを密着させることができ
る。このように、導体ペーストに金属酸化物を混合する
ことにより、窒化物セラミックまたは炭化物セラミック
と密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子
表面や窒化物セラミック、炭化物セラミックの表面は、
わずかに酸化されて酸化膜が形成されており、この酸化
膜同士が金属酸化物を介して焼結して一体化し、金属粒
子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとが密着
するのではないかと考えられる。

【００４８】上記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（B_２O_３）、アルミ
ナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれる
少なくとも１種が好ましい。これらの酸化物は、抵抗発
熱体の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子と窒化物
セラミックまたは炭化物セラミックとの密着性を改善す
ることができるからである。上記酸化鉛、酸化亜鉛、シ
リカ、酸化ホウ素（B_２O _３）、アルミナ、イットリア、
チタ二アの割合は、金属酸化物の全量を100重量部とし
た場合、重量比で、酸化鉛が1〜10、シリカが1〜30、酸
化ホウ素が5〜50、酸化亜鉛が20〜70、アルミナが1〜1
0、イットリアが1〜50、チタニアが1〜50であって、そ
の合計が100重量部を超えない範囲で調整されることが
望ましい。これらの範囲で、これらの酸化物の量を調整
することにより、特に窒化物セラミックとの密着性を改
善することができる。

【００４９】上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量
は、0.1wt%以上10wt%未満が好ましい。また、発熱体と
して金属箔や金属線を使用することもできる。上記金属
箔としては、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等
でパターン形成して抵抗発熱体としたものが望ましい。
パターン化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせ
てもよい。金属線としては、例えば、タングステン線、
モリブデン線等が挙げられる。

【００５０】発熱体が板状体2の表面に形成される場合
には、発熱体の表面部分に、金属被覆層を形成すること
が望ましい。内部の金属焼結体が酸化されて抵抗値が変
化するのを防止するためである。形成する金属被覆層の
厚さは、0.1〜10μmが好ましい。金属被覆層を形成する
際に使用される金属は、非酸化性の金属であれば特に限
定されないが、具体的には、例えば、金、銀、パラジウ
ム、白金、ニッケルなどが挙げられる。これらは、単独
で用いてもよく、また、２種以上を併用してもよい。こ
れらのなかでは、ニッケルが好ましい。

【００５１】発熱体には、電源と接続するためのリード
線7との接続が必要であり、この接続は、半田、ろう材
を介して行う。発熱体に代えて吸熱体を使用できるが、
その吸熱体としてはペルチェ素子を使用することができ
る。ペルチェ素子は接着剤などを介して接着してもよ
く、ねじやばねなどの物理的手段を介して接合してもよ
い。

【００５２】なお、本発明における導波路型光モジュー
ルの代表的な構成を図８に示す。図に示すように、本発
明にかかる導波路型光モジュール100は、温調素子1と台
座5とからなる上述した温調部品、Y分岐が描画された導
波路素子12およびケーシング11によって主に構成されて
いる。前記導波路素子12としては、たとえば入力用光フ
ァイバ9、出力用光ファイバ9’に接続され、光合・分波
機能を有すると共に、分波波長特性が温度に依存して変
化する石英アレイ導波路素子12などが有利に適合する。
なお、図示の10，10’はファイバ固定治具である。

【００５３】また、上記ケーシング１１は、図示したよ
うに、前記入出力用光ファイバ9，9’ならびにリード線
7，8を挿通させるための通孔を有する箱形のもので、そ
の内部には、台座5を介して前記温調素子1を中空に支持
固定すると共に、この温調素子1の加熱面側の表面に接
して前記導波路素子12が重合固定される。

【００５４】導波路型光モジュール100をこのように構
成することで、温調素子1の板面に均一な熱を短時間の
うちに導波路素子12に均一に伝導させることができ、熱
消費電力を低下させることができると共に、このことを
通じて、導波路素子12による分波波長特性の波長変動量
の抑制を実現し、安定した分波波長特性を確保するので
ある。

【００５５】なお、本発明に用いる光導波路素子12は、
上述した石英型導波路の他、弗化ポリイミドなどを使用
した樹脂導波路などを使用することができるが、半導体
レーザを用いてもよい。その光導波路素子12と温調素子
1との重合固定（接合）には、接着材による固定の他、
ねじやばねによる機械的な固定であってもよい。以下、
実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

【００５６】

【実施例】（実施例１および比較例１）（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
1,1μm）100重量部、酸化イットリウム（Y_２O_３：イッ
トリア、平均粒径0.4μm）４重量部、アクリル系樹脂バ
インダ11.5重量部、分散剤0.5重量部および１−ブタノ
ールとエタノールとからなるアルコール53重量部を混合
したペーストをドライスプレー処理し、この顆粒を金型
に充填し、成形を行うことにより、厚さ1.5mmの生成形
体を作製した。この生成形体を窒素雰囲気中1890℃の温
度で、200kg／m^２の圧力にて３時間焼結し、その後、こ
の生成形体の表面をダイヤモンドペースト（0.25μm）
でポリシングして鏡面研磨し、その表面を面粗度をＪＩ
ＳＢ０６０１に規定するRaで0.02μmに仕上げた。そ
して、切断加工し、厚さ0.64mm、１辺が50.3mmの正方形
のセラミック板状体（温調素子基板）2とした。

【００５７】（２）（１）で得たセラミック板状体2の
反加熱面側（裏面側）に、スクリーン印刷にて、発熱体
３用導体ペースト層を形成した。印刷した導体ペースト
による発熱パターンは、図１に示すようなパターンとし
た。上記導体ペーストとしては、Ag：48wt%、Pt：21wt
%、SiO_２：1.0₀wt%、B_２O_３：1.2wt%、ZnO：4.1wt%、Pb
O：3.4wt%、酢酸エチル：3.4wt%、ブチルカルビトー
ル：17.9wt%からなる組成のものを使用した。この導体
ペーストは、Ag−Ptペーストであり、銀粒子は、平均粒
径が4.5μmで、リン片状のものであった。また、Pt粒子
は、平均粒子径0.5μmの球状であった。

【００５８】（３）導体ペーストによる発熱体パターン
を形成した後、セラミック板を780℃で加熱し、焼成し
て、導体ペースト中のAg，Ptを焼結させるとともに前記
セラミック板表面に焼付け、抵抗発熱体を形成して温調
素子（ヒータ板）とした。さらに、セラミック板状体2
裏面および抵抗発熱体３の台座5と接する部分を、各種
平均粒子径のSiC粉によってサンドブラスト処理し、Ｊ
ＩＳＢ０６０１に規定するRaで、Ra1＝0.01〜2.5μm
の粗化面を形成した。抵抗発熱体3は、厚さが5μm、幅
が2.4mm、面積抵抗率が7.7mΩ／□であった。

【００５９】（４）硫酸ニッケル：80g／l、次亜リン酸
ナトリウム：24g／l、酢酸ナトリウム：12g／l、ほう
酸：8g／l、塩化アンモニウム：6g／lの濃度の水溶液か
らなる無電解ニッケルめっき浴に、上記（３）で作製し
たセラミック板状体を浸漬し、銀の抵抗発熱体3および
サーミスタ回路およびサーミスタパッドの表面に厚さ1
μmの金属被覆層（ニッケル層）を析出させた。

【００６０】（５）前記サーミスタパッドに半田ペース
トを印刷してサーミスタを載置して200℃に加熱して実
装した。さらに、サーミスタ回路と発熱体回路にリード
線7，8をろう材にて接合し温調素子（セラミックヒー
タ）とした。

【００６１】（６）次に、ガラスエポキシ基板（松下電
工製 FR−4）を四角に切断し、さらにドリルを用いた
座ぐり加工によって、図３，図４の断面図に示すよう
に、基板の外周部に段部を設けてなるくぼみ部分（段差
部）5aをもつ台座5を形成した。この台座の段差部5aに
は、セラミック板状体2の外周部底面ならびに外周側面
が嵌合することとなる。また、この台座5上の段差部5a
の内には、該板状体２とともにその下面に形成した発熱
体3が収容されるが、この段差部5の深さ，大きさを打ち
抜き加工の際に調製することで、台座5と板状体2ならび
に発熱体3との接触面積を調整することができる。な
お、この台座5には、座ぐり加工によってリード線7，8
を引き出す引出し口を同時に形成した。さらに、この台
座5の前記段差部5aの表面（板状体や発熱体と接する部
分）を、各種直径のアルミナ粉を用いたサンドブラスト
処理により、ＪＩＳＢ０６０１ＲａでRa2＝0.01〜
2.5μm程度に粗化面処理した。

【００６２】（７）前記台座5の裏面に、発熱体3つき板
状体2を嵌め込み、さらにこの台座5の対角の隅をガラス
エポキシ製の押さえ金６で固定し、温調部品とした。

【００６３】（８）前記温調部品（台座5）をステンレ
ス製の箱型ケーシング11内にシリコーン樹脂接着材にて
固定し、さらに前記温調素子1上にY分岐が描画された石
英型光導波路素子12をシリコーン樹脂系接着材にて固定
し導波路型光モジュールとした。

【００６４】この実施例では、台座5の座ぐり加工によ
って形成された段差部5aとセラミック板状体2との接触
面積を、該セラミック板状体の裏面面積の10%〜80%まで
変化させて平坦度（そり量）を測定した。すなわち、セ
ラミック板状体2の裏面面積に対する台座5とセラミック
板状体2との接触面積の比（以下、単に「接触面積比」
という）が、10%〜80%の範囲内となるような数種類の台
座5を作製し、これら接触面積比の異なる台座5毎にセラ
ミック性板状体2を支持し、その際の平坦度（そり量）
を測定した。この実施例１においては、台座5とセラミ
ック板状体2との接触形態は、板状体外周部とその側面
（以下、単に「外周側面」という）であるが、このよう
な接触形態の台座だけでなく、板状体2の内部（中心寄
り）にて接触するような形態の台座や、板状体2の外周
部にて接触するような形態の台座を、接触面積比が、10
%〜80%の範囲内となるような数種類の台座5を作製し、
それぞれの台座にセラミック板状体2を支持した場合の
平坦度（そり量）も測定した。それらの結果を図９に示
した。なお、各接触形態で、接触面積比が30％を超える
場合を適合例とし、30％以下の場合を比較例とした。さ
らに、接触面積を80%に固定し、面粗度（Ra1＋Ra2）を
種々変更して、面内温度均一性を測定した。面内温度均
一性は、サーモビュアによる測定により、80℃に設定し
た場合の最高温度と最低温度の差ΔTで示した。その結
果を図１０に示した。なお、図１３は、セラミック板状
体の加熱面の温度分布を設定温度80℃としてサーモビュ
アによって測定した写真を示したものである。赤色の枠
で囲った部分は、温調素子が配置された領域であり、こ
のような領域内における温度差は、小さい（ΔＴ＜１
℃）ことが観察された。

【００６５】（実施例２および比較例２）この実施例
２、比較例２は、基本的に実施例１と同一の条件とした
が、発熱体3の代わりにペルチェ素子をエポキシ系接着
材にて固定したものにて冷却した例である。従って、こ
の実施例では、面内温度均一性を、5℃に設定した場合
の最高温度と最低温度の差ΔTで示した。その結果を図
１１に示した。

【００６６】（実施例３および比較例３）この実施例
３、比較例３は、基本的に実施例１と同様一の条件とし
たが、窒化アルミニウムに代えて炭化珪素を使用して生
成形体を製造した。すなわち、炭化珪素（屋久島電工
製、平均粒径1.1μm）：100重量部、B₄C（平均粒径1μ
m）：4重量部、アクリル系樹脂バインダ：11.5重量部、
分散剤：0.5重量部および１−ブタノールとエタノール
とからなるアルコール：53重量部を混合したペーストを
用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ0.
47mmの複数の生成形体を得た。次に、この生成形体を80
℃で5時間乾燥した後、パンチングにより外部端子と接
続するための引出し口となる部分を形成した。

【００６７】そして、前記生成形体の前記引出し口とな
る部分に、平均粒径1.1ｍのタングステンカーバイト粒
子：100重量部、アクリル系バインダ：3.0重量部、α−
テルピネオール溶媒：3.5重量部および分散剤：0.3重量
部を混合して調製した導体ペーストを充填して導体ペー
スト層を形成した。また、この生成形体にガラスペース
トを塗布し、更に、そのガラスペーストの上に導体ペー
ストを印刷して発熱体3およびサーミスタを実装するた
めの配線パターンおよびパッドを形成した。

【００６８】次に、これら生成形体を積層して、200kg
／cm^２で、1980℃の窒素雰囲気中で、200kg／cm^２の圧
力下で、焼結してセラミック板状体2を得た。さらに、
この板状体の表面をサンドブラスト処理により、ＪＩＳ
Ｂ０６０１ＲａでRa2＝0.01〜2.5μmの粗化面を形
成した。

【００６９】さらに、前記セラミック板状体2を削り、
実装パッドを露出させた。さらに、この実装パッドにサ
ーミスタを半田にて実装し、厚さ1.5mmの温調素子1（ヒ
ータ板）とした。実施例１と同様に平坦度（そり量）に
ついては図９に、そして面内温度均一性については図１
２にそれぞれ示した。

【００７０】図９〜図１２に示す結果からもわかるよう
に、台座5と温調素子1（ヒータ板）との接触面積が30%
を越える場合には、平坦度（そり量）を50μm以下にで
きる。このため、導波路素子12が傾いて入出力光ファイ
バーとの光軸がずれ、伝搬損失を招くようなことがなく
なる。一方、Ra1＋Ra2の総和は、0.05μmを超えると、
ΔＴが急速に小さくなることがわかった。これは、台座
5とヒータ板の接触が点接触の集合になり、熱伝達が阻
害されるからであると推定される。また、これらの結果
からヒータ板は、その外周部分で台座5に接触している
ことが望ましいとわかった。それは、発熱体形成領域で
接触している場合、ΔＴが大きくなってしまうからと推
定される。

【００７１】（実施例４）基本的に実施例１と同様一の
条件で実施したが、サンドブラスト処理を行わず、シリ
コーン樹脂をヒータ板にシリコーン樹脂を塗布し、台座
5にはめ込んで硬化させた。シリコーン樹脂層13は、100
μmの厚さである。この実施例では、平坦度（そり量）
は、10μmであった。また、80℃設定で、ΔTは0.1℃で
あった。

【００７２】（比較例４）基本的に実施例１と同一の条
件での実施であるが、台座5を座ぐり加工して断差部を
形成する際に、断差部の形状を発熱体3のパターンおよ
びパッド4のパターンと一致するように形成した。その
ような、ヒータ板と台座5の接触面積は１００％となる
ものである。この比較例では、平坦度（そり量）は、10
μmであった。また、80℃設定で、ΔTは２℃であった。
実施例４、比較例４の対比からわかるように、台座5と
ヒータ板との接触面積が大きいため、そり量は小さくな
るが、粗化面を形成せず、断熱材も介在させない場合に
は、ΔTが大きくなることがわかった。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる温
調素子およびそれを用いた温調部品ならびに導波路型光
モジュールは、温調素子1の板面全域に亘る温度均一性
に優れると共に、安定した分波波長特性を確保すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】温調部品の平面図である。

【図２】台座の断面図である。

【図３】温調部品の断面図（側面）である。

【図４】温調部品の断面図（正面）である。

【図５】温調部品の他の実施形態の断面図である。

【図６】温調部品のさらに他の実施形態の断面図であ
る。

【図７】温調部品のさらに他の実施形態の断面図であ
る。

【図８】導波路型光モジュールの断面図である。

【図９】接触面積比とそり量（平坦度）との関係を示す
グラフである。

【図１０】実施例１における面粗度（Ra1＋Ra2）とΔT
の関係を示すグラフである。

【図１１】実施例２における面粗度（Ra1＋Ra2）とΔT
の関係を示すグラフである。

【図１２】実施例３における面粗度（Ra1＋Ra2）とΔT
の関係を示すグラフである。

【図１３】実施例１のヒータの加熱面をサーモビュアで
観察した写真である。

【符号の説明】

1 温調素子 2 板状体 3 発熱体 5 台座 5a 段差部 6 固定治具 7，8 リード線 9，9’ 入・出力用光ファイバ 10 固定治具 11 ケーシング 12 導波路素子絶縁材

フロントページの続き (72)発明者伊藤康隆岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１イビデン株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 LA12 QA01 QA04 QA05 TA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反加熱面側の表面または内部に発熱体も
しくは吸熱体を具える板状体からなり、主に該板状体の
反加熱面側に接してこれを支持するために設けられる台
座と、前記発熱体もしくは吸熱体との接触部分を含む該
板状体との合計接触面積が、当該板状体の反加熱面側面
積の30%を超え、かつ、前記台座と接触する部分の板状
体、発熱体もしくは吸熱体側の面粗度Ra2が台座の側の
面粗度との合計で0.05μm以上になることを特徴とする
温調素子。
【請求項２】前記台座は、板状体反加熱側面の外周部
および／または外周側面に接触して支持するものである
請求項１に記載の温調素子。
【請求項３】前記板状体はセラミックである請求項１
または２に記載の温調素子。
【請求項４】温調素子とこれをケーシング内に支持す
るための台座とからなるものにおいて、前記温調素子
は、反加熱面側の表面または内部に発熱体もしくは吸熱
体を具える板状体からなり、主にこの板状体の反加熱面
側に接する前記台座と、前記発熱体もしくは吸熱体との
接触部分を含む該板状体と台座との合計接触面積が、当
該板状体の反加熱面側面積の30%を超え、かつ前記板状
体、発熱体もしくは吸熱体と接触する部分の前記台座の
面粗度Ra1と、この台座と接触する部分の板状体、発熱
体もしくは吸熱体側の面粗度Ra2との和が、0.05μm以上
であることを特徴とする温調部品。
【請求項５】前記台座は、板状体反加熱側面の外周部
および／または外周側面に接触して支持するものである
請求項４に記載の導波路型光モジュール用温調部品。
【請求項６】前記板状体はセラミックである請求項４
または５に記載の導波路型光モジュール用温調部品。
【請求項７】ケーシング内に、台座を介して温調素子
を支持すると共に、その温調用素子上に光導波路素子を
載置してなる導波路型光モジュールにおいて、前記温調
素子は、反加熱面側の表面または内部に発熱体もしくは
吸熱体を具える板状体からなり、主にこの板状体の反加
熱面側に接する前記台座と、前記発熱体もしくは吸熱体
との接触部分を含む該板状体と台座との合計接触面積
が、当該板状体の反加熱面側面積の30%を超え、かつ前
記板状体、発熱体もしくは吸熱体と接触する部分の前記
台座の面粗度Ra1と、この台座と接触する部分の板状
体、発熱体もしくは吸熱体側の面粗度Ra2との和が、0.0
5μm以上であることを特徴とする導波路型光モジュー
ル。
【請求項８】板状体の反加熱面側の表面または内部に
発熱体もしくは吸熱体を具える板状体からなり、主に該
板状体の反加熱面側に接してこれを支持するために設け
られる台座と該板状体とが、断熱材を介して重合されて
おり、その台座と発熱体もしくは吸熱体を含む板状体と
の断熱材を介して重合しているその接触面積の合計が、
板状体の反加熱面面積の30%を超えることを特徴とする
温調素子。
【請求項９】前記台座は、板状体の反加熱側面の外周
部および／または外周側面に接触して支持するものであ
る請求項８に記載の温調素子。
【請求項１０】前記板状体はセラミックである請求項
８または９に記載の温調素子。
【請求項１１】温調素子とこれをケーシング内に支持
するための台座とからなるものにおいて、前記温調素子
は、反加熱面側の表面または内部に発熱体もしくは吸熱
体を具える板状体からなり、主にこの板状体の反加熱面
側に接する前記台座と該板状体とが断熱材を介して重合
されており、その台座と発熱体もしくは吸熱体を含む板
状体との断熱材を介して重合しているその接触面積の合
計が、板状体の反加熱面面積の30%を超えることを特徴
とする温調部品。
【請求項１２】前記台座は、板状体の反加熱側面の外
周部および／または外周側面に接触して支持するもので
ある請求項１１に記載の温調部品。
【請求項１３】前記板状体は、セラミックである請求
項１１または１２に記載の温調部品。
【請求項１４】ケーシング内に台座を介して温調素子
を支持すると共に、その温調用素子上に光導波路素子を
載置してなる導波路型光モジュールにおいて、前記温調
素子は、反加熱面側の表面または内部に発熱体もしくは
収熱体を具える板状体からなり、主にこの板状体の反加
熱面側に接する前記台座と該板状体とが断熱材を介して
重合されており、その台座と発熱体もしくは吸熱体を含
む板状体との断熱材を介して重合しているその接触面積
の合計は、板状体の反加熱面面積の30%を超えることを
特徴とする導波路型光モジュール。