JP7368155B2 - 光集積回路、及び光集積回路モジュール - Google Patents

Description

本発明は、Ｓｉ基板に形成された光導波路に設けられた発熱構造体が加熱駆動される導波路型光回路である光集積回路、及びそれをセラミック基板等にフリップチップ実装して構成される光集積回路モジュールに関する。

従来、光集積回路の一例であるシリコンフォトニクス光回路では、Ｓｉ導波路の概ね直上にタングステン等による薄膜ヒータを形成している。非特許文献１で説明されているように、この薄膜ヒータを用いて、Ｓｉ導波路の温度を変化させ、シリコン導波路のｔｈｅｒｍａｌ－ｏｐｔｉｃ（熱光学）効果を用いて、Ｓｉ導波路を通る光の位相を調整することができる。

図１は、非特許文献１に開示された光集積回路モジュール１０Ａの基本構成を示した概略図である。但し、図１（ａ）は、光集積回路モジュール１０Ａを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。図１（ｂ）は、同図（ａ）のＩｂ－Ｉｂ線方向における光集積回路モジュール１０Ａをセラミック基板１７を含めた状態で示した側面断面図である。図１（ｃ）は、同図（ａ）のＩｃ－Ｉｃ線方向における光集積回路モジュール１０Ａをセラミック基板１７を含めた状態で示した側面断面図である。尚、以下では、Ｓｉ基板に光導波路等を形成した構成を光集積回路とみなし、更に、光集積回路にセラミック基板、ＩＣ等を搭載した構成を光集積回路モジュールとみなす。

図１（ａ）乃至図１（ｃ）を参照すれば、この光集積回路モジュール１０Ａでは、Ｓｉ基板１１の主面上にエッチング等により所用パターンで形成された一対の光導波路１２ａ、１２ｂの真上に、薄膜ヒータ１４ａ、１４ｂが配置されている。薄膜ヒータ１４ａ、１４ｂは、発熱構造体とみなせるもので、Ｓｉ基板１１の主面上で光導波路１２ａ、１２ｂにそれぞれ対向して配置されている。薄膜ヒータ１４ａ、１４ｂの延在方向における両端には、配線１５ａ、１５ｂの一部分がそれぞれ接続される。これらの光導波路１２ａ、１２ｂ及び薄膜ヒータ１４ａ、１４ｂと配線１５ａ、１５ｂの薄膜ヒータ１４ａ、１４ｂに対する接続部分とがＳｉО₂によるオーバークラッド層１３で覆われている。尚、Ｓｉ基板１１の主面上には、ＳｉО₂によるアンダークラッド層が形成されているものとする。

また、配線１５ａ、１５ｂにおけるオーバークラッド層１３で覆われた光導波路１２ａ、１２ｂと反対側の表面側に位置される他の部分の箇所には、熱伝導性を持つ接続箇所となるＡｕ等によるバンプ１８ａ、１８ｂが設けられる。更に、バンプ１８ａ、１８ｂ及び配線１５ａ、１５ｂの表面側の箇所とシリコンフォトニクス回路への結合用のセラミック基板１７の主面との間には、樹脂等によるアンダーフィル材１６が塗布により充填されている。シリコンフォトニクス回路は、Ｓｉ基板１１と、光導波路１２ａ、１２ｂと、オーバークラッド層１３と、薄膜ヒータ１４ａ、１４ｂと、配線１５ａ、１５ｂと、を含んで構成される。アンダーフィル材１６は、付着固定用とされる。これにより、Ｓｉ基板１１及びセラミック基板１７が接合される。尚、バンプ１８ａ、１８ｂを設けていない表面側の箇所については、必要に応じてＳｉＮ等による保護膜が設けられても良い。また、Ｓｉ基板１１及びセラミック基板１７の厚さは、スケール上で実際よりも薄く示している。

この接合状態では、セラミック基板１７の導体パターンからバンプ１８ａ、１８ｂを介在して配線１５ａ、１５ｂを経由し、薄膜ヒータ１４ａ、１４ｂへ導通可能な状態となる。

こうした構成によって、光集積回路モジュール１０Ａでは、薄膜ヒータ１４ａ、１４ｂへ給電して加熱することにより、光導波路１２ａ、１２ｂの温度を変化させ、熱光学効果を利用することができる。これによって、光集積回路モジュール１０Ａは、光導波路１２ａ、１２ｂのコアを通る光に対し、温度に依存した屈折率の制御を行うことができる。

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｈｅａｔｅｒ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔｓ

上述した非特許文献１に係る熱光学効果を利用する光集積回路モジュールでは、熱光学効果を利用した使用状態にあって、発熱構造体である薄膜ヒータの直上のオーバークラッド層の表面温度が非常に高くなってしまうという問題がある。これは、汎用的に電子デバイスが搭載されるセラミック基板付近の温度上昇を招く要因となるため、性能面で好ましくない。即ち、非特許文献１に係る光集積回路は、発熱構造体からの排熱効率を良好状態で実施できないと言える。

また、近年では、光集積回路モジュールの小型集積化のために平面実装では無く、フリップチップ実装を適用する場合が多い。このフリップチップ実装では、一般的に光集積回路とその結合用の基板（セラミック基板）との間に樹脂によるアンダーフィル材を充填することで信頼性を高めている。ところが、薄膜ヒータは１００℃以上で駆動するため、放熱が適切に行われないと、樹脂が高温状態に晒されて変形・変質を起こす虞があり、こうした場合には接着強度が劣化し、構造的に機械的強度の面で信頼性が損なわれてしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたものである。その目的は、構造的に機械的強度を維持しつつ発熱構造体からの排熱効率を改善できる光集積回路、及び光集積回路モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、基板の主面上に設けられる光導波路と、光導波路に対向して配置される発熱構造体と、発熱構造体に接続されて給電を行う配線と、光導波路及び発熱構造体と配線における少なくとも当該発熱構造体への接続箇所とを覆うオーバークラッド層と、を有する光集積回路であって、オーバークラッド層に設けられ、発熱構造体への給電時に伝搬された発熱を放熱する放熱構造体を有することを特徴とする。

本発明の一態様の構成を採用することにより、構造的に機械的強度を維持しつつ発熱構造体からの排熱効率を改善できるようになる。

非特許文献１に開示された光集積回路モジュールの基本構成を示した概略図である。（ａ）は、光集積回路モジュールを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。図１（ｂ）は、同図（ａ）のＩｂ－Ｉｂ線方向におけるセラミック基板を含めた状態の光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。図１（ｃ）は、同図（ａ）のＩｃ－Ｉｃ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。 本発明の実施形態１に係る光集積回路モジュールの基本構成を示した概略図である。（ａ）は光集積回路モジュールを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。（ｂ）は（ａ）のＩＩｂ－ＩＩｂ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。（ｃ）は（ａ）のＩＩｃ－ＩＩｃ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。（ｄ）は（ａ）のＩＩｄ－ＩＩｄ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。 本発明の実施形態２に係る光集積回路モジュールの基本構成を示した概略図である。（ａ）は光集積回路モジュールを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。（ｂ）は（ａ）のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。（ｃ）は（ａ）のＩＩＩｃ－ＩＩＩｃ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。（ｄ）は（ａ）のＩＩＩｄ－ＩＩＩｄ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。 本発明の実施形態３に係る光集積回路モジュールの基本構成を示した概略図である。（ａ）は光集積回路モジュールを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。（ｂ）は（ａ）のＩＶｂ－ＩＶｂ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。（ｃ）は（ａ）のＩＶｃ－ＩＶｃ線方向における光集積回路モジュールをセラミック基板を含めた状態で示した側面断面図である。 本発明の実施形態５に係る光集積回路モジュールの基本構成を示した概略図である。（ａ）は光集積回路モジュールを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。（ｂ）は（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線方向における光集積回路モジュールを上下を反転させた方向で組付けられる電子部品実装済み基板とセラミック基板とを含めた状態で示した側面断面図である。（ｃ）は（ａ）のＶｃ－Ｖｃ線方向における光集積回路モジュールを上下を反転させた方向で組付けられる電子部品実装済み基板とセラミック基板とを含めた状態で示した側面断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る光集積回路、及び光集積回路モジュールについて、幾つかの実施形態を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１に係る光集積回路モジュール２０Ａの基本構成を示した概略図である。但し、図２（ａ）は、光集積回路２０Ａを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。図２（ｂ）は、同図（ａ）のＩＩｂ－ＩＩｂ線方向における光集積回路モジュール２０Ａをセラミック基板２７を含めた状態で示した側面断面図である。図２（ｃ）は、同図（ａ）のＩＩｃ－ＩＩｃ線方向における光集積回路モジュール２０Ａをセラミック基板２７を含めた状態で示した側面断面図である。図２（ｄ）は、同図（ａ）のＩＩｄ－ＩＩｄ線方向における光集積回路モジュール２０Ａのセラミック基板２７を含めた状態で示した側面断面図である。

図２（ａ）乃至図２（ｄ）を参照すれば、光集積回路２０Ａにおいても、Ｓｉ基板２１の主面上にエッチング等により所用パターンで形成された一対の光導波路２２ａ、２２ｂの真上に、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂが配置されている。薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂは、発熱構造体とみなせるもので、Ｓｉ基板２１の主面上で光導波路２２ａ、２２ｂにそれぞれ対向して配置されている。薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂの延在方向における両端には、配線２５ａ、２５ｂの一部分がそれぞれ接続される。これらの光導波路２２ａ、２２ｂ及び薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂと配線２５ａ、２５ｂの薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂに対する接続部分とがＳｉО₂によるオーバークラッド層２３で覆われる。尚、Ｓｉ基板２１の主面上には、ＳｉО₂によるアンダークラッド層が形成されているものとする。

また、配線２５ａ、２５ｂにおけるオーバークラッド層２３で覆われた光導波路２２ａ、２２ｂと反対側の表面側に位置される他の部分の箇所には、熱伝導性を持つ接続箇所となるＡｕ等によるバンプ２８ａ、２８ｂが設けられる。この光集積回路２０Ａでは、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂへの給電時に伝搬された発熱を放熱する放熱構造体２９がオーバークラッド層２３における光導波路２２ａ、２２ｂと反対側の表面側に設けられた点を構造上の特色としている。放熱構造体２９は、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂの周囲に非接触で配置されている。

この放熱構造体２９は、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂの延在方向の大部分を覆うように一枚板の形態で設けられている。そして、放熱構造体２９の光導波路２２ａ、２２ｂと反対側の表面には、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂの延在方向に沿うように、配線２５ａ、２５ｂの引き回し部分とは別な接続箇所となるバンプ２８ｃが設けられている。具体的に云えば、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂの延在方向と平行な中央線、左側線、及び右側線にそれぞれ沿うように、バンプ２８ｃが等間隔で３個ずつ総計９個となるように設けられている。

放熱構造体２９のサイズは、バンプ２８ａ、２８ｂ、２８ｃの大きさと比べれば、遥かに大きい。放熱構造体２９の材料は、放熱効果が得られれば良く、例えば金、アルミニウム等のバンプ２８ａ、２８ｂ、２８ｃや配線２５ａ、２５ｂ等と同じ材料を用いることができる。同様に、バンプ２８ｃの材料は、熱伝導性があれば良く、バンプ２８ａ、２８ｂと同じ材料を用いることができる。バンプ２８ｃの設置数は、放熱構造体２９のサイズにもよるが、少なくとも１以上であれば、任意にして良い。

更に、バンプ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ及び配線２５ａ、２５ｂの表面側の箇所とシリコンフォトニクス回路への結合用のセラミック基板２７の主面との間には、樹脂等によるアンダーフィル材２６が塗布により充填されている。シリコンフォトニクス回路は、Ｓｉ基板２１と、光導波路２２ａ、２２ｂと、オーバークラッド層２３と、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂと、配線２５ａ、２５ｂと、を含んで構成される。アンダーフィル材２６は、付着固定用とされる。これにより、Ｓｉ基板２１及びセラミック基板２７が接合される。

実施形態１におけるセラミック基板２７は、Ｓｉ基板２１に対してフリップチップ実装され、セラミック基板２７及びＳｉ基板２１の間には、アンダーフィル材２６が充填されて接合される形態となっている。尚、バンプ２８ａ、２８ｂ、２８ｃを設けていない部分については、必要に応じてＳｉＮ等による保護膜を設けても良い。また、ここでのＳｉ基板２１及びセラミック基板２７の厚さについても、スケール上で実際よりも薄く示している。

この接合状態では、セラミック基板２７の導体パターンからバンプ２８ａ、２８ｂを介在して配線２５ａ、２５ｂを経由し、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂへ導通可能な状態となる。また、セラミック基板２７の接地箇所の導体パターンと接続されるバンプ２８ｃを介在して放熱構造体２９が熱伝導的に接続された状態となる。

こうした構成によって、光集積回路モジュール２０Ａでは、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂへ給電して加熱することにより、光導波路２２ａ、２２ｂの温度を変化させ、熱光学効果を利用することができる。これによって、光集積回路モジュール２０Ａは、光導波路２２ａ、２２ｂのコアを通る光に対し、温度に依存した屈折率の制御を行うことができる。

その他、光集積回路モジュール２０Ａの場合、通常使用で表面温度が高くなるオーバークラッド層２３の表面に設けた放熱構造体２９がバンプ２８ｃを介してセラミック基板２７の接地箇所の導体パターンに接続されている。これにより、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂの発熱によるオーバークラッド層２３の温度上昇時に、放熱構造体２９の表面から放熱が促進され、熱が更にバンプ２８ｃを経由してセラミック基板２７に伝搬される。この結果、オーバークラッド層２３の表面の放熱性が良くなり、アンダーフィル材２６に加えられる熱が低減する。尚、ここでの熱の伝搬とは、以下も同様であるように、熱移動とみなしても良い。

実施形態１に係る光集積回路モジュール２０Ａによれば、薄膜ヒータ２４ａ、２４ｂの発熱による排熱効率を向上させることでき、アンダーフィル材２６での接着強度劣化を防ぐことができる。また、干渉計としての光集積回路モジュール２０Ａは、他の光導波路への熱干渉を低減することができる。更に、光集積回路モジュール２０Ａを多層光導波路構造として観た場合、層間の熱移動を低減でき、他の層への発熱による影響を低減できる。結果として、光集積回路モジュール２０Ａは、構造的に機械的強度を維持しつつ放熱構造体からの排熱効率を改善できるようになる。

（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２に係る光集積回路モジュール３０Ａの基本構成を示した概略図である。但し、図３（ａ）は、基板を取り除いた状態の光集積回路モジュール３０Ａを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。図３（ｂ）は、同図（ａ）のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線方向における光集積回路モジュール３０Ａをセラミック基板３７を含めた状態で示した側面断面図である。図３（ｃ）は、同図（ａ）のＩＩＩｃ－ＩＩＩｃ線方向における光集積回路モジュール３０Ａをセラミック基板３７を含めた状態で示した側面断面図である。図３（ｄ）は、同図（ａ）のＩＩＩｄ－ＩＩＩｄ線方向における光集積回路モジュール３０Ａをセラミック基板３７を含めた状態で示した側面断面図である。

図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照すれば、この光集積回路３０Ａは、実施形態１の光集積回路２０Ａと比べ、３つに分割された放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃを有する点が相違している。これらの放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃは、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂの周囲に非接触で配置されている。具体的に云えば、放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃは、オーバークラッド層３３における光導波路３２ａ、３２ｂと反対側の表面側に設けられている。その他の構造は光集積回路２０Ａの場合と共通している。尚、Ｓｉ基板３１の主面上には、ＳｉО₂によるアンダークラッド層が形成されているものとする。

即ち、光集積回路３０Ａにおいても、Ｓｉ基板３１の主面上にエッチング等により所用パターンで形成された一対の光導波路３２ａ、３２ｂの真上に、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂが配置されている。薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂは、発熱構造体とみなせるもので、Ｓｉ基板３１の主面上で光導波路３２ａ、３２ｂにそれぞれ対向して配置されている。薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂの延在方向における両端には、配線３５ａ、３５ｂの一部分がそれぞれ接続される。これらの光導波路３２ａ、３２ｂ及び薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂと配線３５ａ、３５ｂの薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂに対する接続部分とがＳｉО₂によるオーバークラッド層３３で覆われる。配線３５ａ、３５ｂにおけるオーバークラッド層３３で覆われた光導波路３２ａ、３２ｂと反対側の表面側に位置される他の部分の箇所には、熱伝導性を持つ接続箇所となるＡｕ等によるバンプ３８ａ、３８ｂがそれぞれ設けられる。

上述した放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃは、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂの延在方向の周囲を覆うように３分割された形態で設けられている。そして、放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃの光導波路３２ａ、３２ｂと反対側の表面には、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂの延在方向に沿うように、配線３５ａ、３５ｂの引き回し部分とは別な熱伝導性を持つ接続箇所となるＡｕ等によるバンプ３８ｃが設けられている。具体的に云えば、放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃには、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂの延在方向と平行な中間中央線、左側中央線、及び右側中央線にそれぞれ沿うように、バンプ３８ｃが等間隔で３個ずつ総計９個となるように設けられている。

ここでも、放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃのサイズは、バンプ３８ａ、３８ｂ、３８ｃの大きさと比べれば、遥かに大きい。放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃの材料及びバンプ３８ａ、３８ｂ、３８ｃの設置数は、任意に変更しても良い。

更に、バンプ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び配線３５ａ、３５ｂの表面側の箇所とシリコンフォトニクス回路への結合用のセラミック基板３７の主面との間には、樹脂等によるアンダーフィル材３６が塗布により充填されている。シリコンフォトニクス回路は、Ｓｉ基板３１と、光導波路３２ａ、３２ｂと、オーバークラッド層３３と、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂと、配線３５ａ、３５ｂと、を含んで構成される。アンダーフィル材３６は、付着固定用とされる。これにより、Ｓｉ基板３１及びセラミック基板３７が接合される。

実施形態２におけるセラミック基板３７についても、Ｓｉ基板３１に対してフリップチップ実装され、セラミック基板３７及びＳｉ基板３１の間には、アンダーフィル材３６が充填されて接合される形態となっている。尚、バンプ３８ａ、３８ｂ、３８ｃを設けていない部分については、必要に応じてＳｉＮ等による保護膜を設けても良い。また、ここでのＳｉ基板３１及びセラミック基板３７の厚さについても、スケール上で実際よりも薄く示している。

この接合状態では、セラミック基板３７の導体パターンからバンプ３８ａ、３８ｂを介在して配線３５ａ、３５ｂを経由し、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂへ導通可能な状態となる。また、セラミック基板３７の接地箇所の導体パターンと接続されるバンプ３８ｃを介在して放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃがそれぞれ熱伝導的に接続された状態となる。

こうした構成によって、光集積回路モジュール３０Ａでは、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂへ給電して加熱することにより、光導波路３２ａ、３２ｂの温度を変化させ、熱光学効果を利用することができる。これによって、光集積回路モジュール３０Ａは、光導波路３２ａ、３２ｂのコアを通る光に対し、温度に依存した屈折率の制御を行うことができる。

その他、この光集積回路モジュール３０Ａの場合、通常使用で表面温度が高くなるオーバークラッド層３３の表面に分割して設けた放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃがバンプ３８ｃを介してセラミック基板３７の接地箇所の導体パターンに接続される。これにより、薄膜ヒータ３４ａ、３４ｂの発熱によるオーバークラッド層３３の温度上昇時に、放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃの表面から放熱が促進され、熱が更にバンプ３８ｃを経由してセラミック基板３７に伝搬される。この結果、オーバークラッド層３３の表面の放熱性が良くなり、アンダーフィル材３６に加えられる熱が低減する。

実施形態２に係る光集積回路モジュール３０Ａによれば、先の光集積回路モジュール２０Ａの場合と同等な作用効果を奏する他、３つに分割された放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃがアンダーフィル材３６の接着時に発生する空隙を抑止する。即ち、アンダーフィル材３６の塗布時に光導波路３２ａ、３２ｂの長手方向にアンダーフィル材３６が流れ易く、アンダーフィル材３６に空隙が生じ難くなる。アンダーフィル材３６の接着に空隙を生じなければ、光集積回路モジュール３０Ａにおける密着性が高められて、一層接合状態の機械的強度の信頼性が向上し、放熱性を高めることが可能になる。

（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３に係る光集積回路モジュール４０Ａの基本構成を示した概略図である。但し、図４（ａ）は、基板を取り除いた状態の光集積回路モジュール４０Ａを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。図４（ｂ）は、（ａ）のＩＶｂ－ＩＶｂ線方向における光集積回路モジュール４０Ａをセラミック基板４７を含めた状態で示した側面断面図である。図４（ｃ）は、（ａ）のＩＶｃ－ＩＶｃ線方向における光集積回路モジュール４０Ａをセラミック基板４７を含めた状態で示した側面断面図である。

図４（ａ）乃至図４（ｃ）を参照すれば、この光集積回路４０Ａは、先の実施形態２の光集積回路３０Ａと比べ、後述するように３つに分割された放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃの形状とバンプ４８ｃの配設とが異なっている。ここでの放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃについても、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂの周囲に非接触で配置されている。具体的に云えば、放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃは、オーバークラッド層４３における光導波路４２ａ、４２ｂと反対側の表面側からオーバークラッド層４３の積層方向に延び、端部がそれぞれＳｉ基板４１に接近している。その他の構造は、光集積回路３０Ａの場合とほぼ共通している。尚、Ｓｉ基板４１の主面上には、ＳｉО₂によるアンダークラッド層が形成されているものとする。また、放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃの端部がＳｉ基板４１に接触するか、或いは埋め込まれる構成にすることも可能である。

即ち、光集積回路４０Ａにおいても、Ｓｉ基板４１の主面上にエッチング等により所用パターンで形成された一対の光導波路４２ａ、４２ｂの真上に、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂが配置されている。薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂについても、発熱構造体とみなせるもので、Ｓｉ基板４１の主面上で光導波路４２ａ、４２ｂにそれぞれ対向して配置されている。薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂの延在方向における両端には、配線４５ａ、４５ｂの一部分がそれぞれ接続される。これらの光導波路４２ａ、４２ｂ及び薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂと配線４５ａ、４５ｂの薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂに対する接続部分とがＳｉО₂によるオーバークラッド層４３で覆われる。配線４５ａ、４５ｂにおけるオーバークラッド層４３で覆われた光導波路４２ａ、４２ｂと反対側の表面側に位置される他の部分の箇所には、熱伝導性を持つ接続箇所となるＡｕ等によるバンプ４８ａ、４８ｂがそれぞれ設けられる。

上述した放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃは、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂの延在方向の周囲を覆うように３分割された形態で設けられている。そして、放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃの光導波路４２ａ、４２ｂと反対側の表面には、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂの延在方向に沿うように、配線４５ａ、４５ｂの引き回し部分とは別な熱伝導性を持つ接続箇所となるＡｕ等によるバンプ４８ｃが設けられている。具体的に云えば、放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃには、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂの延在方向と平行な中間中央線、左側中央線、及び右側中央線にそれぞれ沿うように、バンプ４８ｃが等間隔で２個ずつ総計６個となるように設けられている。

ここでも、放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃのサイズは、バンプ４８ａ、４８ｂ、４８ｃの大きさと比べれば、遥かに大きい。放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃの材料及びバンプ４８ａ、４８ｂ、４８ｃの設置数は、任意に変更しても良い。

更に、バンプ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ及び配線４５ａ、４５ｂの表面側の箇所とシリコンフォトニクス回路への結合用のセラミック基板４７の主面との間には、樹脂等によるアンダーフィル材４６が塗布により充填され、付着用とされる。シリコンフォトニクス回路は、Ｓｉ基板４１と、光導波路４２ａ、４２ｂと、オーバークラッド層４３と、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂと、配線４５ａ、４５ｂと、を含んで構成される。これにより、Ｓｉ基板４１及びセラミック基板４７が接合される。

実施形態３におけるセラミック基板４７についても、Ｓｉ基板４１に対してフリップチップ実装され、セラミック基板４７及びＳｉ基板４１の間には、アンダーフィル材４６が充填されて接合される形態となっている。尚、バンプ４８ａ、４８ｂ、４８ｃを設けていない部分については、必要に応じてＳｉＮ等による保護膜を設けても良い、ここでのＳｉ基板４１及びセラミック基板４７の厚さについても、スケール上で実際よりも薄く示している。

この接合状態では、セラミック基板４７の導体パターンからバンプ４８ａ、４８ｂを介在して配線４５ａ、４５ｂを経由し、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂへ導通可能な状態となる。また、セラミック基板４７の接地箇所の導体パターンと接続されるバンプ４８ｃを介在して放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃがそれぞれ熱伝導的に接続された状態となる。

こうした構成によって、光集積回路モジュール４０Ａでは、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂへ給電して加熱することにより、光導波路４２ａ、４２ｂの温度を変化させ、熱光学効果を利用することができる。これによって、光集積回路モジュール４０Ａは、光導波路４２ａ、４２ｂのコアを通る光に対し、温度に依存した屈折率の制御を行うことができる。

その他、光集積回路モジュール４０Ａの場合、通常使用で表面温度が高くなるオーバークラッド層４３の表面のみならず、内部を通してＳｉ基板４１に端部が接近するように分割された放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃが設けられている。これらの放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃがバンプ４８ｃを介してセラミック基板４７の接地箇所の導体パターンに接続される。これにより、薄膜ヒータ４４ａ、４４ｂの発熱によるオーバークラッド層４３の温度上昇時に、放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃの表面から放熱が促進され、熱が更にバンプ４８ｃを経由してセラミック基板４７に伝搬される。この結果、オーバークラッド層４３の表面の放熱性が光集積回路モジュール３０Ａの場合よりも良くなり、アンダーフィル材４６に加えられる熱が低減する。

実施形態３に係る光集積回路モジュール４０Ａによれば、先の光集積回路モジュール３０Ａの場合と同等な作用効果を奏する他、３つに分割された放熱構造体３９ａ、３９ｂ、３９ｃがオーバークラッド層４３の内部及びＳｉ基板４１にも延在するように３つに分割されている。このため、先の光集積回路モジュール３０Ａの場合よりもオーバークラッド層４３の表面の放熱性が高められる。尚、放熱構造体４９ａ、４９ｂ、４９ｃの端部がＳｉ基板４１に接触するか、或いは埋め込まれる構成にした場合には、Ｓｉ基板４１へ向けて排熱されることになり、放熱性を高められる。

（実施形態４）
図５は、本発明の実施形態４に係る光集積回路モジュール５０Ａの基本構成を示した概略図である。但し、図５（ａ）は、光集積回路モジュール５０Ａを上面方向からセラミック基板を取り除いた状態で示した平面図である。図５（ｂ）は、同図（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線方向における光集積回路モジュール５０Ａの上下を反転させた方向で組付けられる電子部品実装済み基板とセラミック基板５７とを含めた状態で示した側面断面図である。図５（ｃ）は、同図（ａ）のＶｃ－Ｖｃ線方向における光集積回路モジュール５０Ａの上下を反転させた方向で組付けられる電子部品実装済み基板とセラミック基板５７とを含めた状態で示した側面断面図である。

図５（ａ）乃至図５（ｃ）を参照すれば、この光集積回路５０Ａは、Ｓｉ基板５１にＤｒｉｖｅｒ ＩＣ、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）等の電子デバイス６０が実装される形態となっている。このため、オーバークラッド層５３の内部に埋め込まれる光導波路５２ａ、５２ｂと薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂとに係る配置のパターンを工夫し、且つ放熱性が向上するように放熱構造体５９の形状及び構造を変更している。但し、ここでの放熱構造体５９についても、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂの周囲に非接触で配置されている点は、上述した各実施形態の場合と同様である。尚、Ｓｉ基板５１の主面上には、ＳｉО₂によるアンダークラッド層が形成されているものとする。

この光集積回路５０Ａでは、Ｓｉ基板５１の主面上への導波路５２ａ、５２ｂを形成する前にオーバークラッド層５３の土台を形成した後、放熱構造体５９の一部となる放熱構造用底部５９ｃを土台上に形成している。また、放熱構造用底部５９ｃ上の選択した隔てられた箇所に平行して延在するように光導波路５２ａ、５２ｂを形成している。更に、光導波路５２ａ、５２ｂの真上に薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂが配置されるようにし、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂに繋がるように配線５５ａ、５５ｂを設けている。

加えて、光導波路５２ａ、５２ｂ及び薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂと配線５５ａ、５５ｂとの周囲に対し、放熱構造用底部５９ｃと繋がるように放熱構造体５９の他部となる放熱構造用側壁部５９ａ、５９ｂが設けられる。ここでは、光導波路５２ａ、５２ｂ及び薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂと配線５５ａ、５５ｂの薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂに対する接続部分とがオーバークラッド層５３で覆われる。即ち、放熱構造体５９の放熱構造用底部５９ｃについては全体、放熱構造用側壁部５９ａ、５９ｂの大部分がオーバークラッド層５３で覆われる。その他の構造は、ほぼ光集積回路４０Ａの場合とほぼ共通している。

即ち、配線５５ａ、５５ｂにおけるオーバークラッド層５３で覆われた光導波路５２ａ、５２ｂと反対側の表面側に位置される箇所には、熱伝導性を持つ接続箇所となるＡｕ等によるバンプ５８ａ、５８ｂがそれぞれ設けられる。放熱構造体５９の放熱構造用側壁部５９ａ、５９ｂの光導波路５２ａ、５２ｂと反対側の表面には、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂの延在方向に沿うように、配線５５ａ、５５ｂの引き回し部分とは別な熱伝導性を持つ接続箇所となるＡｕ等によるバンプ５８ｃが設けられている。具体的に云えば、放熱構造体５９の放熱構造用側壁部５９ａ、５９ｂには、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂの延在方向と平行な左側中央線、及び右側中央線にそれぞれ沿うように、バンプ５８ｃが等間隔で３個ずつ総計６個となるように設けられている。

ここでも、放熱構造体５９の各部のサイズは、バンプ５８ａ、５８ｂ、５８ｃの大きさと比べれば、遥かに大きい。放熱構造体５９の材料及びバンプ５８ａ、５８ｂ、５８ｃの設置数は、任意に変更しても良い。

更に、バンプ５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び配線５５ａ、５５ｂの表面側の箇所とシリコンフォトニクス回路への結合用のセラミック基板５７の主面との間には、樹脂等によるアンダーフィル材５６が塗布により充填されている。シリコンフォトニクス回路は、Ｓｉ基板５１と、光導波路５２ａ、５２ｂと、オーバークラッド層５３と、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂと、配線５５ａ、５５ｂと、を含んで構成される。アンダーフィル材５６は、付着固定用とされる。但し、このときに光集積回路５０Ａの上下を反転させた方向で組付けられるのは、上述した通りである。これにより、Ｓｉ基板５１及びセラミック基板５７が接合される。

実施形態４におけるセラミック基板５７についても、Ｓｉ基板５１に対してフリップチップ実装され、セラミック基板５７及びＳｉ基板５１の間には、アンダーフィル材５６が充填されて接合される形態となっている。尚、バンプ５８ａ、５８ｂ、５８ｃを設けていない部分については、必要に応じてＳｉＮ等による保護膜を設けても良い。尚、ここでのＳｉ基板５１及びセラミック基板５７の厚さについても、スケール上で実際よりも薄く示している。

この接合状態では、Ｓｉ基板５１には複数の電子デバイス６０が実装され、セラミック基板５７の導体パターンからバンプ５８ａ、５８ｂを介在して配線５５ａ、５５ｂを経由し、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂへ導通可能な状態となる。また、セラミック基板５７の接地箇所の導体パターンと接続されるバンプ５８ｃを介在して放熱構造体５９の放熱構造用側壁部５９ａ、５９ｂ（先端は平坦になっている）がそれぞれ熱伝導的に接続された状態となる。

こうした構成によって、光集積回路モジュール５０Ａでは、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂへ給電して加熱することにより、光導波路５２ａ、５２ｂの温度を変化させ、熱光学効果を利用することができる。これによって、光集積回路モジュール５０Ａは、光導波路５２ａ、５２ｂのコアを通る光に対し、温度に依存した屈折率の制御を行うことができる。

その他、光集積回路モジュール５０Ａの場合、通常使用で表面温度が高くなるオーバークラッド層５３の内部に大部分が埋め込まれるように箱状の放熱構造体５９が設けられている。この放熱構造体５９の放熱構造用側壁部５９ａ、５９ｂがバンプ５８ｃを介してセラミック基板５７の接地箇所の導体パターンに接続される。これにより、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂの発熱によるオーバークラッド層５３の温度上昇時に、放熱構造体５９の放熱構造用側壁部５９ａ、５９ｂにおける表面から放熱が促進され、熱が更にバンプ５８ｃを経由してセラミック基板５７に伝搬される。この結果、オーバークラッド層５３の表面の放熱性が良くなり、アンダーフィル材５６に加えられる熱が低減する。しかも、Ｓｉ基板５１に設けられた電子デバイス６０が発する熱についても、放熱構造体５９の放熱構造用側壁部５９ａ、５９ｂにおける表面から効率良く放熱される。

実施形態４に係る光集積回路モジュール５０Ａによれば、オーバークラッド層５３の内部に埋め込まれた放熱構造体５９が十分な発熱性能を持ち、光集積回路モジュール５０Ａへの発熱の影響を低減することができる。即ち、薄膜ヒータ５４ａ、５４ｂへ給電してのオーバークラッド層５３の発熱時、及びＳｉ基板５１に設けた電子デバイス６０の発熱時にも効率良く放熱され、位相シフタの消費電力低減、応答速度向上が図られる。

１０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａ、５０Ａ 光集積回路モジュール
１１、２１、３１、４１、５１ Ｓｉ基板
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂ、５２ａ、５２ｂ 光導波路
１３、２３、３３、４３、５３ オーバークラッド層
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４ａ、３４ｂ、４４ａ、４４ｂ、５４ａ、５４ｂ 薄膜ヒータ
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、３５ａ、３５ｂ、４５ａ、４５ｂ、５５ａ、５５ｂ 配線
１６、２６、３６、４６、５６ アンダーフィル材
１７、２７、３７、４７、５７ セラミック基板
１８ａ、１８ｂ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、５８ａ、５８ｂ、５８ｃ バンプ
２９、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、５９ 放熱構造体
５９ａ、５９ｂ 放熱構造用側壁部
５９ｃ 放熱構造用底部
６０ 電子デバイス

Claims (8)

1. 基板の主面上に設けられる光導波路と、前記光導波路に対向して配置される発熱構造体と、前記発熱構造体に接続されて給電を行う配線と、前記光導波路及び前記発熱構造体と前記配線における少なくとも当該発熱構造体への接続箇所とを覆うオーバークラッド層と、前記オーバークラッド層の上部に形成される結合用の基板と、前記オーバークラッド層と前記結合用の基板との間に充填されるアンダーフィル材と、有する光集積回路モジュールであって、
   前記オーバークラッド層上、且つ前記発熱構造体と前記アンダーフィル材との間に、前記発熱構造体の延在方向に沿って延在して設けられ、前記発熱構造体への給電時に伝搬された発熱を放熱する３つの放熱構造体を有する
   ことを特徴とする光集積回路モジュール。
2. 前記３つの放熱構造体は、前記オーバークラッド層における前記光導波路と反対側の表面側から前記オーバークラッド層の積層方向に延び、端部がそれぞれ前記基板に接近、又は接触していることを特徴とする請求項１に記載の光集積回路モジュール。
3. 前記放熱構造体は、前記発熱構造体の周囲に当該発熱構造体とは非接触で配置された
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光集積回路モジュール。
4. 前記放熱構造体は、前記配線の引き回し部分とは別な接続箇所を使用して外部と熱的に接続される
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光集積回路モジュール。
5. 前記放熱構造体のサイズは、前記配線の引き回し部分の接続箇所及び前記別な接続箇所よりも大きい
   ことを特徴とする請求項４に記載の光集積回路モジュール。
6. 前記放熱構造体における前記別な接続箇所は、少なくとも１箇所以上の熱伝導性を持つバンプであり、前記バンプは、前記発熱構造体の延在方向と平行な中央線、左側線、右側線に沿って等間隔で配置される、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の光集積回路モジュール。
7. 前記放熱構造体における前記別な接続箇所の前記バンプは、前記基板に対する前記結合用の基板の接地箇所に対して接続される
   ことを特徴とする請求項６に記載の光集積回路モジュール。
8. 請求項７に記載の前記基板が前記結合用の基板と結合されて構成される光集積回路モジュールであって、
   前記結合用の基板は、前記基板に対してフリップチップ実装された
   ことを特徴とする光集積回路モジュール。

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