加熱器模塊和光波導模塊的制作方法

專利名稱：加熱器模塊和光波導模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于加熱光波導元件的加熱器模塊和光波導模塊。
背景技術：
至今，作為用于在光波導模塊中備有的光波導元件的溫度調節器件，可以用珀耳帖元件和加熱器模塊。又，在光波導模塊中，因為需要形成將用于與外部設備進行光信號傳達的光纖引入模塊的通路，所以氣密封裝是困難的。而且，因為在非氣密的狀態中，難以確保對濕度抵抗性弱的珀耳帖元件的可靠性，所以一般要用加熱器模塊對光波導模元件的溫度進行調整。這個加熱器模塊是在絕緣層內部具有通過通電發熱的發熱電路(電阻)，使來自發熱電路的熱通過絕緣層傳到光波導元件那樣地構成的。

發明內容
但是，在上述的已有技術中，存在著下列那樣的問題。即，當光波導元件內部的溫度分布大時，基片折射率隨著場所的不同而變化，進一步由于基片的熱膨脹的差使光波導的尺寸變化對波長選擇性和開關特性造成妨礙。為此，在光波導元件內部需要溫度均勻性。因此，至今用熱傳導率比較高的氧化鋁(熱傳導率為20W/mK)等的陶瓷加熱器的情形是很多的。但是，近來特別是在光通信領域中大容量化，高速通信化的傾向變得十分顯著，最近，伴隨著向D-WDM(高密度-波長多路通信)的發展，能夠使用大面積的光波導元件。進一步，即便對于某個頻率寬度，與已有技術比較，進一步加強了對許多信號進行多路化的要求，對溫度均勻性的要求變得更高了。因此，我們希望進一步提高在光波導元件內部的溫度均勻性，使溫度分布在±0.5C以下，但是用已有的加熱器不能夠滿足這個要求。
又，已有的光波導模塊，一般厚度在20mm左右，與此相對，其它的模塊厚度一般在10mm左右。因此，在搭載光波導模塊的裝置中，設計只由其它模塊構成的裝置時的設計規則是不適用的，需要有特別的設計，從而存在著由于設計效率，設計成本引起裝置成本上升那樣的問題。迫切希望減少光波導模塊的厚度。
進一步，因為光波導元件在工作時要經常用加熱器進行加熱，所以要求盡可能地降低電力消耗。
本發明就是鑒于上述相關問題提出的，本發明的目的是提供能夠提高光波導元件的溫度均勻性，厚度小，而且減少了電力消耗的加熱器模塊和光波導模塊。
作為提高本發明目的之一的光波導元件的溫度均勻性的方法，我們考慮(1)如圖22所示的，為了將由至今使用的氧化鋁制成的陶瓷加熱器110產生的熱均勻地傳到光波導元件2上，在陶瓷加熱器110和光波導元件2之間插入Cu(熱傳導率390W/mK)等的熱傳導率高的均熱板120的方法，(2)如圖23所示的，包圍光波導元件2那樣地貯備熱傳導率在1W/mK以下非常低的但是具有柔軟性的橡膠制成的加熱器112，不僅從下部而且從全體加熱光波導元件2的方法等。
而且，對這些方法進行調查，結果，在上述(1)的方法中，已經判明通過使Cu制的均熱板120的厚度約為3mm，能夠使光波導元件的溫度均勻性為±0.5℃。但是因為Cu的厚度，不能使光波導模塊的厚度變薄。即，如上所述，因為其它模塊厚度在10mm以下，所以我們迫切希望光波導模塊的厚度也在10mm以下，但是因為需要均熱板120，所以我們已將判定光波導模塊的厚度為20mm左右。又，我們已經判明這是已有的光波導模塊的厚度非常厚主要原因。
另一方面，在上述(2)的方法中也能夠使光波導元件2的溫度均勻性為±0.5C，但是與(1)相同，不能使厚度變薄，進一步，因為是對光波導元件2全體進而對模塊全體進行加熱的構造，所以產生不能夠降低加熱器的電力消耗那樣的問題。即，(1)的方法中的電力消耗在環境溫度為0℃光波導保持在80℃時，為5W左右，但是在(2)的方法中，電力消耗高達10W以上為2倍以上。這也與要僅盡可能減少電力消耗的要求是背道而馳的。
而且，本發明者們，進一步進行研究，結果，已經查明為了同時滿足作為要求特性的光波導元件的溫度均勻性，加熱器模塊和光波導模塊的厚度，和低電力消耗，不用均熱板120等，提高陶瓷加熱器材料自身的熱傳導率是最有效果的。如果根據這種構造，則不僅能夠提高光波導元件2的溫度均勻性，而且因為不用均熱板，能夠使光波導模塊的厚度變薄。進一步，因為不需要加熱均熱板，所以能夠達到低電力消耗。
進一步當通過實施熱模擬等進行研討時，查明陶瓷的熱傳導率需要在100W/mK以上，判明了作為材料集中到BeO，AlN上。但是大家知道BeO是有毒的，所以能夠得出作為加熱器，用AlN作為陶瓷材料的陶瓷加熱器是最合適的結論。
即，本發明的加熱器模塊的特征是它是用于加熱光波導元件的加熱器模塊，備有具有通過通電發熱的發熱電路和層積在發熱電路上的AlN陶瓷層的陶瓷加熱器。
如果根據本發明的加熱器模塊，則因為在陶瓷加熱器上的陶瓷層是由熱傳導率高的AlN形成的，所以從發熱電路傳來的熱，幾乎均勻地擴散到陶瓷層內，進一步能夠均勻地加熱載置在陶瓷層上的光波導元件。具體地說，可以使光波導元件內部的溫度均勻性在±0.5℃以下。
又，沒有必要設置Cu或Cu合金等的均熱板，能夠減少加熱器模塊的厚度。具體地說，也可以使備有這種加熱器模塊的光波導模塊的厚度在10mm以下。
進一步，因為沒有必要設置均熱板，所以能夠減少電力消耗。具體地說，在氧化鋁加熱器中插入約3mm厚的Cu或Cu合金等的均熱板的情形中，在環境溫度為0℃使光波導元件保持在80℃時，需要5W左右的電力消耗，因為通過用AlN加熱器能夠省略均熱板所以能夠降低到4W左右。
又，在本發明的加熱器模塊中，最好進一步備有支持陶瓷加熱器并且具有隔熱性的隔熱基板。
這樣，通過用具有隔熱性的隔熱基板支持陶瓷加熱器，能夠防止從隔熱基板放出由發熱電路產生的熱引起陶瓷加熱器的熱分布不均勻的事態發生，所以能夠進一步提高光波導元件的溫度均勻性。
又，上述隔熱基板也可以包含氧化鋁或氧化鋁和硅玻璃。進一步，隔熱基板也可以包含樹脂或樹脂和硅玻璃。
又，在本發明的加熱器模塊中，隔熱基板最好具有用于支持陶瓷加熱器的多個突起部，而且，在各突起部的周圍形成空氣層。當采用這樣的構成時，因為陶瓷加熱器由多個突起部支持不與隔熱基板全面接觸而是部分地接觸，即便在用樹脂粘合隔熱基板與突起部粘合的情形中，也難以使陶瓷加熱器發生彎曲，又，能夠防止樹脂從陶瓷加熱器剝離那樣的事態發生。進一步，因為在各突起部的周圍，即陶瓷加熱器與隔熱基板之間形成空氣層，所以空氣層成為隔熱層能夠抑制來自陶瓷加熱器的熱從隔熱基板一側放出的事態發生。又，作為隔熱層形成的空氣層的厚度最好在0.01mm以上5mm以下。
又，陶瓷加熱器與隔熱基板也可以用樹脂粘合起來。進一步，為了提高這個樹脂的粘合強度，最好將陶瓷加熱器的與樹脂粘合面的表面粗糙度Ra控制在0.05μm以上10μm以下。又，同樣為了提高與樹脂的粘合強度，也可以在陶瓷加熱器的與樹脂的粘合面上形成氧化物層，玻璃涂層，或Al蒸涂層。
又，作為陶瓷加熱器與隔熱基板的固定方法，也可以通過設置在陶瓷加熱器上孔用螺絲固定隔熱基板。又，也可以備有將陶瓷加熱器壓向隔熱基板的按壓裝置，用這個按壓裝置將陶瓷加熱器固定在隔熱基板上。
又，在本發明的加熱器模塊上最好具有，備有檢測陶瓷加熱器溫度的溫度檢測元件，溫度檢測元件粘合在與載置陶瓷加熱器的光波導的面相反的面上，隔熱基板具有所定的切去部分，在切去部分內，配置與溫度檢測元件連接的電極構成。
當采用這樣的構成時，因為將熱敏電阻等的溫度檢測元件安裝在與載置光波導元件的面相反的面上，所以不需要在陶瓷加熱器的一個面上確保用于光波導元件的區域和用于溫度檢測元件的區域。因此，能夠減小陶瓷加熱器的面積，能夠達到加熱器模塊小型化的目的。又，因為能夠使加熱器模塊小型化和也使發熱電路變小，所以能夠達到降低電力消耗的目的。進一步，在隔熱基板上形成切去部分，在該切去部分內配置與溫度檢測元件連接的電極。因此，能夠使用于連接溫度檢測元件與該電極的布線通過切去部分內部，從而能夠達到使布線簡略化的目的。
進一步這時，最好使溫度檢測元件與向溫度檢測元件提供電力的外部電源連接起來的布線與陶瓷加熱器連接。
通過上述布線與陶瓷加熱器連接，在測定陶瓷加熱器的溫度時受環境溫度的影響很小，能夠進行適當的溫度測定。
又，在本發明的加熱器模塊中，最好在發熱電路的下層，具有第2AlN陶瓷層。當采用這樣的構成時，能夠提高陶瓷加熱器的耐濕性，進一步提高發熱電路的耐久性。
又，發熱電路能夠以鎢，鉬或銀鈀為主要成分形成。
又，陶瓷加熱器最好在表面具有以硅玻璃作為主要成分的涂膜。當采用這樣的構成時，能夠提高陶瓷加熱器的耐濕性。又，例如用樹脂將陶瓷加熱器與隔熱基板粘合起來時，能夠提高樹脂到陶瓷加熱器的粘合性。
又，在本發明的加熱器模塊中，最好具有當在所定溫度以上時，使電流不流過發熱電路的構成。具體地說，最好具有發熱電路的一部分是由錫與鉛的合金形成的，用由錫與鉛的合金形成的布線連接與發熱電路和外部電源連接的端子的構成。在這樣的構成中，能夠防止由于加熱器模塊的不良工作引起溫度上升，使加熱器模塊破壞，著火等。
又，本發明的光波導元件的特征是它備有上述本發明的加熱器模塊和載置在加熱器模塊的陶瓷加熱器上的光波導元件。由于備有上述加熱器模塊，形成能夠提高光波導元件的溫度均勻性，厚度小，而且降低電力消耗的光波導模塊。
又，在本發明的光波導模塊中，最好光波導元件和陶瓷加熱器之間，插入與光波導元件在室溫的熱膨脹率之差在3×10-6/℃以下的匹配部件。
本發明者門發現，當用粘合劑等粘合陶瓷加熱器和光波導元件時，當光波導元件和陶瓷加熱器之間的在室溫的熱膨脹率之差比5×10-6/℃大時，在光波導元件上加上過大的熱應力，恐怕會給波長選擇性和開關特性造成妨礙。進一步近年來，對LiNbO3(熱膨脹率15×10-6/℃)等形成的新的光波導元件正在進行不斷的研討，進一步，正在對光波導元件上的元件高密度安裝等進行研討，因為要求更嚴格的波長選擇性和開關特性的情形很多，所以這時光波導元件和陶瓷加熱器之間的在室溫的熱膨脹率之差必須在3×10-6/℃以下。因此，通過上述那樣地在光波導元件和陶瓷加熱器之間，插入與光波導元件在室溫的熱膨脹率之差在3×10-6/℃以下的匹配部件，能夠防止在光波導元件上加上過大的熱應力。又，插入匹配部件時，恐怕要考慮與已有的插入均熱板類似的方法，但是與已有技術不同，本發明不需要均熱板，為了防止光波導元件的溫度均勻性的惡化需要使匹配部件的厚度變薄，并與光波導模塊的厚度的進一步增加無關。
這時，在光波導元件的熱膨脹率為0.5×10-6/℃～1.0×10-6/℃是低熱膨脹率的情形中，最好用Fe-Ni合金等的匹配部件，相反地在熱膨脹率為15×10-6/℃左右的高熱膨脹率的情形中，最好用Cu(銅)或Cu(銅)合金的匹配部件。又，作為Cu，能夠用無氧Cu(銅)，塔因派其Cu(日文タンビツチCu)等，作為Cu合金，能夠用黃銅，凱依素Cu(日文ケイ素銅)，磷青銅，Al青銅，鎳青銅等。
作為匹配部件的厚度，最好在0.1mm以上2mm以下，更好是在0.3mm以上1mm以下。當比0.1mm薄時，因為匹配部件由于陶瓷加熱器的熱膨脹率伸展，不能夠取得光波導元件和陶瓷加熱器的熱膨脹率的匹配。但是，因為對比0.3mm薄的匹配部件進行處理是困難的，所以希望最好為0.3mm以上的厚度。另一方面，我們擔心匹配部件的厚度變厚時光波導元件的溫度均勻性惡化。匹配部件為Cu或Cu合金時，即便厚度厚也不會發生問題，但是在Fe-Ni合金的情形中，因為厚度比2mm大時溫度均勻性很大地惡化所以是不能令人滿意的。但是，匹配部件的厚度比1mm大時，因為不能否認地增加了光波導模塊的厚度所以是不希望的。又，這樣，當用與光波導元件的熱膨脹率匹配的匹配部件時，能夠用粘合后的形態為固體的樹脂制的粘合劑進行匹配部件與光波導元件粘合。
又，最好用樹脂制的粘合劑粘合陶瓷加熱器和光波導元件。當用保持流動性的涂膏等粘合陶瓷加熱器和光波導元件時，由于涂膏的厚度不均勻，要提高光波導元件的溫度均勻性是困難的，但是因為粘合劑粘合后的形態為固體，所以能夠回避這樣的問題。
又，在本發明的光波導模塊中，陶瓷加熱器的載置光波導元件的面最好比與該面對置的光波導元件的面有窄的面積。這樣，由于使陶瓷加熱器的加熱面比光波導元件小，能夠進一步降低電力消耗。
這時，最好在陶瓷加熱器的周圍，配置與光波導元件的在室溫的熱膨脹率之差在3×10-6/℃以下的匹配部件，匹配部件與光波導元件粘合。陶瓷加熱器比光波導元件小時，光波導元件的構造穩定性下降，但是在這樣的構成中，能夠用匹配部件支持光波導元件。又，使匹配部件的熱膨脹率在上述范圍內，能夠防止在光波導元件上加上熱應力。這時，光波導元件的熱膨脹率為0.5×10-6/℃～1.0×10-6/℃是低熱膨脹率時，最好用Fe-Ni合金等的匹配部件，相反地，當在熱膨脹率為15×10-6/℃左右的高熱膨脹率的情形中，最好用Cu或Cu合金的匹配部件。
又，在本發明的光波導模塊中，也可以進一步備有收容光波導元件和陶瓷加熱器的殼體。
這時，最好備有支持陶瓷加熱器并且具有隔熱性的隔熱基板，殼體收容隔熱基板。這樣，用具有隔熱性的隔熱基板支持陶瓷加熱器，能夠防止從隔熱基板放出由發熱電路產生的熱引起陶瓷加熱器的熱分布不均勻的事態發生，所以能夠進一步提高光波導元件的溫度均勻性。
進一步，也可以具有使加熱器模塊兼作殼體一部分的構成。例如，能夠形成加熱器模塊的隔熱基板成為殼體一部分的構成。
又，殼體最好以銅鎢，鈷，鐵，鎳，氧化鋁或氮化Al為主要成分。這時，能夠提高殼體的溫度均勻性，進一步能夠提高光波導元件的溫度均勻性。
又，殼體最好以樹脂或硅玻璃為主要成分。這時，因為這些材料的隔熱性很高，所以能夠抑制殼體內的熱放出到外部去，從而能夠防止光波導元件的溫度降低。
又，最好在陶瓷加熱器的周圍具有熱傳導率在0.5W/mK以下的隔熱層。當采用這樣的構成時，能夠抑制光波導元件的熱放出到殼體外部去。又，這個隔熱層最好是空氣層，這時，空氣層的厚度最好在0.01mm以上5mm以下。
進一步，最好殼體內部具有從光波導元件的對置面向光波導元件延伸的隔離壁。當采用這樣的構成時，能夠使殼體內的對流軌道小，從而能夠提高光波導元件的溫度均勻性。進一步最好備有與殼體內壁面以所定間隔隔開地配置的薄片。當采用這樣的構成時，能夠使殼體內的對流軌道小，并且在殼體內壁面與薄片之間形成空氣層，這個空氣層起著隔熱層的作用。因此，陶瓷加熱器的熱極少放出到外部去，從而能夠提高光波導元件的加熱效率。
進一步，將光纖夾緊在光波導元件上，最好光纖和光波導元件的夾緊位置在殼體的內部。當這樣構成時，不需要將用于夾緊光纖和光波導元件的機構設置在殼體內，從而提高了殼體設計的自由度。


圖1是表示第1實施形態的加熱器模塊和光波導模塊的斜視圖。
圖2是表示第1實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖3是第1實施形態的陶瓷加熱器的內部平面圖。
圖4是圖3所示的陶瓷加熱器的IV-IV方向的截面圖。
圖5是表示第1實施形態的加熱器模塊的平面圖。
圖6是表示第2實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖7是表示第2實施形態的加熱器模塊的平面圖。
圖8是表示第2實施形態的陶瓷加熱器的截面圖。
圖9是表示第3實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖10是表示第3實施形態的光波導模塊的截面圖。
圖11是表示第4實施形態的隔熱基板的切去部分近旁的放大斜視圖。
圖12是表示第5實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖13是表示第6實施形態的光波導模塊的斜視圖。
圖14是表示第6實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖15是表示第7實施形態的光波導模塊的斜視圖。
圖16是表示第7實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖17是表示第8實施形態的光波導模塊的斜視圖。
圖18是表示第8實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖19是表示第9實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖20是表示第10實施形態的光波導模塊的側面圖。
圖21是表示第11實施形態的光波導模塊的特征部分的斜視圖。
圖22是表示已有的光波導模塊的簡略斜視圖。
圖23是表示已有的光波導模塊的簡略斜視圖。
具體實施形態下面，我們參照附圖詳細說明與本發明有關的加熱器模塊和光波導模塊的優先的實施形態。又，在同一要素上用同一個標號，并省略它們的重復說明。
圖1是表示本實施形態的加熱器模塊和內裝它的光波導模塊的斜視圖，圖2是圖1所示的光波導模塊的側面圖。光波導模塊1備有石英制的尺寸為50mm×10mm×1mm的光波導元件2，與它的兩端連接的光纖4，4，用于加熱光波導元件2的加熱器模塊30，和收容光波導元件2與加熱器模塊30的殼體20。又，殼體20是由焊接了用于使加熱器模塊30通電的導線引腳23并且支持加熱器模塊30的組件基板22，和覆蓋在該組件基板22上的蓋子24構成的。此外，組件全體的尺寸為100mm×50mm×10mm。
其次，我們參照圖3～圖5，詳細說明加熱器模塊30。加熱器模塊30具有尺寸為40mm×20mm×1mm的陶瓷加熱器40和支持它的并具有隔熱性的尺寸為60mm×30mm×2mm的隔熱基板50(參照圖5)。圖3是表示陶瓷加熱器40的內部的平面圖，圖4是圖3所示的陶瓷加熱器40的IV-IV截面圖。如圖3和圖4所示，在陶瓷加熱器40上設置約有0.5～10Ω的電阻值通過通電發熱的發熱電路42。又，在發熱電路42的兩端，設置用于使電流流過發熱電路42的電極42a，42b。
又，在發熱電路42的上層(在圖4中的上側)上層積第1AlN陶瓷層44，在發熱電路42的下層上設置第2AlN陶瓷層46。
這樣，因為在本實施形態中，陶瓷層44是由熱傳導率高的AlN(氮化Al)形成的，所以從發熱電路42傳出的熱幾乎均勻地在該第1AlN陶瓷層44內擴散，進一步使粘合在第1AlN陶瓷層44的上面的光波導元件2均勻地加熱，能夠提高溫度均勻性。又，因為AlN的耐濕性很高，所以即便長期連續地使用，也不會使發熱電路42的電阻值變化，能夠得到高的可靠性。進一步，因為在發熱電路42的下層上設置第2AlN陶瓷層46，所以能夠提高陶瓷加熱器40的耐濕性，進一步能夠提高發熱電路42的耐久性。詳細地說，因為由于第2AlN陶瓷層46不使發熱電路42露出，所以能夠防止發熱電路42的短路和氧化。
又，第1AlN陶瓷層44和第2AlN陶瓷層46的合計厚度最好在0.3mm以上3.0mm以下。當AlN陶瓷層的厚度比0.3mm薄時，因為要使加熱器產生的熱均熱化是困難的，所以要使光波導元件2的溫度均勻性在±0.5℃以下是困難的。又，當陶瓷層的厚度比0.3mm薄時，機械強度變小，處理光波導元件的粘合等變得非常困難。另一方面，第1AlN陶瓷層44和第2AlN陶瓷層46的合計厚度比3.0mm厚時，不會使光波導元件的溫度均勻性惡化，但是因為不可避免地使光波導模塊的厚度變厚，所以是不能令人滿意的。
又，能夠用當成形，燒結AlN陶瓷層時一次成形，燒結能夠同時形成的鎢，鉬或AlN陶瓷層后形成，燒結發熱電路的方法，形成以銀鈀作為主要成分的發熱電路42。在鎢，鉬的情形中，因為能夠與AlN陶瓷層同時形成，所以具有降低成本的優點。另一方面，在銀鈀的情形，具有容易高精度地控制電阻值的優點。最好按照作為光波導模塊要求的優先順序選擇這些材料。此外，即便是這些材料以外的發熱材料，在不損害用AlN的陶瓷加熱器優點的情形下，即便使用也沒有任何問題。
又，發熱電路42的厚度不受到特別的限制。但是，例如用網印法形成圖案時，希望控制在1μm以上100μm以下。厚度比1μm薄時，產生圖案缺損等問題的可能性飛躍地增高。另一方面，厚度比100μm厚時，當發熱電路的圖案約為0.2mm很細時，因為經常發生污點等問題，所以是不能令人滿意的。為了完全消除這些不良情況，最好使厚度在50μm以下。又，例如用薄膜等形成發熱電路42時，也可以用1μm以下的膜厚，但是必須用即便流過電流也不會引起缺損那樣的膜厚。
又，作為發熱電路42的保護層，也可以形成玻璃的涂膜。例如，能夠在發熱電路42的表面上形成以硅玻璃為主要成分的涂膜。這樣的玻璃涂膜可以在一旦形成AlN陶瓷層和發熱電路后再形成。因此，具有能夠自由地選擇玻璃涂膜的材料的優點。又，因為玻璃涂膜的熱傳導率一般為1W/mK是比較低的，所以通過將光波導元件2載置在與這個玻璃涂膜相反的面上，玻璃涂膜作為一種隔熱層起作用，起到提高光波導元件2的溫度均勻性的作用。這樣，通過在發熱電路42上形成玻璃涂膜，能夠提高陶瓷加熱器40的耐濕性。
又，這個玻璃涂膜的厚度最好在1μm以上0.2mm以下。進一步，在10μm以上0.2mm以下是另人滿意的。當膜厚比1μm小時，不能均勻地覆蓋發熱電路42，產生沒有被薄膜覆蓋的部分。進一步，因為存在熱電路42的段差，所以為了用薄膜覆蓋段差，使薄膜厚度在10μm以上能夠高成品率地用薄膜覆蓋段差。另一方面，當膜厚比200μm大時，因為通過薄膜形成自不用說，即便用網印法形成膜時，也需要很長的時間，使成本飛躍地增大，所以是不能令人滿意的。但是，即便涂膜厚度在上述范圍以外，如果能夠最低限度地保護發熱電路42則沒有問題。
又，在本實施形態中，如上所述，因為用具有隔熱性的隔熱基板50支持陶瓷加熱器40，所以能夠防止由于發熱電路42產生的熱從隔熱基板50放出使陶瓷加熱器40的熱分布不均勻的事態發生，從而能夠進一步提高光波導元件2的溫度均勻性。特別是，當不設置隔熱基板50時，陶瓷加熱器40不僅加熱載置在其上的光波導元件2，而且也加熱與載置光波導元件2的相反一面連接的部件。即，當在與光波導元件2相反的陶瓷加熱器40的面上粘合熱傳導率高的材料或熱容量大的部件時，因為在陶瓷加熱器40上產生的熱不流入光波導元件2而是主要流入這些部件，所以導致光波導元件2的溫度均勻性惡化，陶瓷加熱器的電力消耗增大。與此相對，用隔熱基板50支持陶瓷加熱器40時，能夠防止由于發熱電路42產生的熱從隔熱基板50放出使陶瓷加熱器40的熱分布不均勻的事態發生。
又，通過熱模擬我們已經判明為了得到這樣的效果，最好使隔熱基板50的熱傳導率在50W/mK以下。又，通過在這個隔熱基板50內實施布線，與陶瓷加熱器進行電連接，因為能夠達到使加熱器模塊簡單化，使光波導模塊簡單化的目的，所以最好是用能夠在內部形成布線的材料。例如，隔熱基板50也可以是包含氧化鋁和硅玻璃的材料。又，在本實施形態中隔熱基板50是以氧化鋁和硅玻璃為主要成分形成的，但如果用樹脂和硅玻璃為主要成分，則能夠進一步提高隔熱性。特別是，如果用樹脂形成隔熱基板50，則可以使熱傳導率在1W/mK以下，是令人滿意的。作為樹脂材料，制作印刷布線基板時能夠用一般的玻璃環氧樹脂和BT(日文ビスマレイド·トリアジン)樹脂等。
又，陶瓷加熱器40的制作方法如下所示。首先，用W涂膏在AlN陶瓷的壓片上印刷發熱電路42和電極42a，42b。其次，在發熱電路42上貼上AlN陶瓷的壓片，得到加熱器的暫時成型體。而且，在1700℃以上的氮氣中燒結這個暫時成型體，完成陶瓷加熱器40。
圖5是表示加熱器模塊30的平面圖。如圖5所示，在隔熱基板50的上面形成電極52a～52f，陶瓷加熱器40的電極42a，42b和電極52a，52f通過導線連接起來。又，在陶瓷加熱器40的上面配置用于測定加熱器溫度的片狀熱敏電阻48，該片狀熱敏電阻48和電極52c，52d通過通過導線連接起來。進一步導線引腳53與各電極52a～52f連接，如圖2所示，各導線引腳53彎曲成直角，在插入組件基板22的插入孔的狀態中進行焊接。因此，各導線引腳53與組件基板22的各導線引腳23電連接。又，因為通過上述那樣地在隔熱基板50上形成電極52a～52f，不需要連系陶瓷加熱器40和外部電極的長布線，所以容易進行組裝和安裝，達到降低成本的目的。
又，如圖2所示，用樹脂41粘合隔熱基板50和陶瓷加熱器40，用樹脂43粘合陶瓷加熱器40和光波導元件2。粘合樹脂41能夠用粘合電子部品的硅樹脂，環氧樹脂等的任何一種，但是為了防止粘合時的變形，在本實施形態中用硅樹脂。又，如上述那樣地在陶瓷加熱器40的最上層設置第1AlN陶瓷層44，但是因為AlN的熱膨脹系數與形成光波導元件2的玻璃和Si接近，所以能夠防止伴隨熱膨脹光波導元件2彎曲。在本實施形態中，也用樹脂43進行光波導元件與AlN的粘合，但是樹脂43是硅樹脂。樹脂41和樹脂43的厚度約為10μm～0.2mm。
又，一般都知道AlN的樹脂粘合強度與其它氧化物系的陶瓷等比較是弱的。即，樹脂粘合強度是由于樹脂的-OH基與金屬表面的-O基的氫結合，和材料之間的緊固效果，這兩者的相互作用引起的。可是，因為AlN的表面是氮化物，所以只有緊固效果對粘合有貢獻。因此，根據AlN陶瓷的表面狀態等，與樹脂的粘合強度可能惡化。所以最好提高AlN的樹脂粘合強度的可靠性。為了提高AlN陶瓷層與樹脂的粘合強度，我們考慮強化緊固效果的第1種方法和設置能夠提高樹脂強度那樣的層的第2種方法這樣2種方法。
作為第1種方法，我們研討為了得到充分的緊固效果的種種必要條件，結果我們發現通過嚴密控制AlN的與樹脂粘合面的表面粗糙度就能夠達到這個目的。即，我們發現當具有AlN加熱器，光波導元件和隔熱基板等的組件與樹脂粘合時，將與樹脂粘合的陶瓷加熱器40的表面粗糙度Ra控制在0.05μm以上10μm以下，最好在0.1μm以上10μm以下就能夠達到充分的粘合強度。當AlN表面粗糙度比0.05μm小時，不能夠在AlN與樹脂之間得到充分的緊固效果，在可靠性試驗中和使用光波導模塊的過程中，發生樹脂粘合面的剝離，脫落等問題。又，因為當用硅樹脂等粘合強度高的樹脂時，如果上述AlN表面粗糙度在0.05μm以上，則能夠實現充分的粘合，但是為了實現與所以其它各種樹脂充分的粘合劑，最好AlN表面粗糙度在0.1μm以上。另一方面，當AlN表面粗糙度比10μm大時，在AlN與樹脂之間容易進入氣泡，不能得到充分的緊固效果。進一步在樹脂粘合層中樹脂與氣泡雜亂地存在，使溫度均勻性很大地惡化。當用涂敷時樹脂粘度為10000cps左右的流動性比較高的樹脂時，如果上述AlN表面粗糙度在100μm以下則能夠防止氣泡的卷入，但是為了即便由于其它樹脂經過時間的變化粘度上升時也能夠防止氣泡的卷入最好使AlN表面粗糙度在10μm以下。
作為用于提高AlN陶瓷層與樹脂的粘合強度的第2種方法，我們研討為了得到使樹脂強度提高的層的種種必要條件，結果我們發現將Al的蒸涂層或以硅玻璃為主要成分的層涂敷在陶瓷加熱器40的樹脂粘合面上具有最佳的效果。
使樹脂強度提高的層必須是包含為了提高與樹脂的氫結合的OH基和-O基的層，或使緊固強度強化的層。作為提高與樹脂的氫結合的層可以考慮氧化物或金屬。
作為這樣的氧化物，例如可以考慮氧化鋁。但是因為為了使氧化鋁等的陶瓷氧化物形成層，必須提高溫度，所以存在著使加熱器成本飛躍地增大那樣的問題。另一方面，因為硅玻璃與氧化鋁比較能夠降低層的形成溫度所以能夠降低成本。而且，因為如上所述也可以用作陶瓷加熱器40的發熱電路42的保護膜，所以當形成硅玻璃層時，能夠形成一個同時提高陶瓷加熱器40的樹脂粘合強度和可靠性的工序，能夠低成本地制作特性優越的AlN陶瓷加熱器。
又，作為在陶瓷加熱器40的表面上形成的硅玻璃層的厚度，與上述發熱電路的玻璃涂膜相同，最好在1μm以上0.5mm以下，在10μm以上0.1mm以下是更加令人滿意的。當硅玻璃層的厚度比1μm小時，因為不能夠均勻地覆蓋AlN陶瓷，產生沒有被薄膜覆蓋的部分，所以不能使樹脂強度充分地高。進一步，當用同一個工序形成加熱器的保護層時，因為存在加熱器層的段差，所以必須使用薄膜覆蓋段差的層厚在10μm以上。另一方面，當硅玻璃層的厚度比500μm大時，因為玻璃自身的強度低，所以樹脂粘合是充分的，但是可靠消息試驗后玻璃自身破壞，不能使用。因此，可以使用薄的膜厚，但是因為為了形成比100μm厚的膜，需要很長的時間，使成本飛躍地增大，所以更好的是使層厚在100μm以下。
關于硅玻璃層的形成，沒有特別的限定，但是因為需要形成樹脂粘合部分和加熱器部分等的限定部分，所以能夠用網印法等印刷玻璃涂膏后，通過燒制的燒結方法。
另一方面，當形成用金屬的層時，在除了Al(鋁)，Ni，Au等的金屬上，因為金屬氧化，所以表面變得破爛同時不能維持粘合強度。另一方面，用作金屬保護膜的Ni，Au表面的OH基和-O基很少，特別在可靠性試驗后與樹脂的粘合強度極弱。與此相對，因為Al表面常常被氧化，所以樹脂強度比較強，是很好的。進一步，我們已經判明即便在自然氧化膜上再有意進行氧化，也不能增加樹脂強度，相反地使樹脂強度變弱。當作進一步的研討時，已經判明用Al的成膜方法使樹脂粘合強度變大。即，通過在自然氧化狀態使用由蒸涂形成的Al膜，能夠制作樹脂粘合強度極高的AlN陶瓷加熱器。
當我們調查由蒸涂形成的Al膜的樹脂強度高的原因時，發現微緊固效果的貢獻。即，由蒸涂等形成Al膜時生成多角形狀的結晶粒子。在結晶粒子之間存在1μm以下的微小的段差，但是在測定表面粗糙度時不能檢測出這個段差。這個結晶粒直徑和與其相伴的結晶間的段差生出充分的緊固效果。即，通過將結晶粒直徑控制在0.1μm以上10μm以下，能夠生出充分的緊固效果。當結晶粒直徑比0.1μm小時用于粘合的樹脂不能充分進入結晶間，容易產生空孔。這種空孔成為起點容易產生粘合的破壞。當結晶粒直徑比10μm大時樹脂能進入結晶間，但是因為對每單位面積的緊固效果作出貢獻的粒子變少，所以不能得到充分的粘合強度。
如上所述，在得到充分的緊固效果的構造中，不需要特別地形成氧化膜。即，希望自然氧化膜的厚度在10×10-10m以上800×10-10m以下。因為在不是自然氧化膜的狀態中，不能在與樹脂之間產生氫的結合所以不能保持充分的粘合強度。又，當形成超過800×10-10m厚度的氧化膜時，樹脂與氧化膜之間的粘合強度沒有問題，但是因為金屬氧化膜相當脆所以不能保持氧化膜與母材金屬之間的粘合強度。
又，希望形成的Al膜厚度，在1μm以上100μm以下。當Al膜的厚度比1μm薄時，雖然生出緊固效果但是不能形成充分的構造。另一方面，當比100μm厚時，因為容易在膜內發生破壞所以是不能令人滿意的。又，因為當比20μm厚時，形成膜的成本增大，時間變得很長，所以存在著經濟上的問題。從而Al膜的厚度更好的是在1μm以上20μm以下。
作為形成的Al膜，也可以是Al，Al合金中的任意一種。但是，當形成Al合金膜時對組成進行控制是困難的，因為容易產生與母材的粘附性的散亂，所以希望純度在99.9wt％以上。進一步，當使Al膜的純度在99.9wt％以上時，因為不產生與母材的粘附度的散亂，所以是合適的。此外，因為能夠比較簡單地用Al蒸涂在種種材料上施加蒸涂膜，所以即便在光波導模塊上應用樹脂粘合的其它材料，也能夠大幅度地提高樹脂粘合強度，最好盡可能地也在其它材料上施加Al蒸涂。施加還是不施加蒸涂，因為Al是金屬，所以從判斷是否需要絕緣性，以及考慮由于施加蒸涂使成本上升來決定。
其次，我們參照圖1和圖2，說明光波導模塊1的殼體20。在殼體20的蓋子24的對置的2個面上，形成用于穿過光纖4，4的插通口24a，24b(參照圖1)。組件基板22具有焊接了上述導線引腳23的平板22a，與平板22a的兩個下端連接的支持板22b，22b。這樣，通過設置支持板22b，當將光波導模塊1安裝在系統用的板等上時，能夠防止在導線引腳23上加上過大的負荷。又，用樹脂粘合蓋子24和組件基板22。
進一步，殼體20的蓋子24和組件基板22是以銅鎢為主要成分形成的。因此，在殼體20中溫度均勻性高，能夠提高光波導元件2的溫度均勻性。又，殼體20即便是以鈷，鐵，鎳，氧化鋁或氮化Al為主要成分形成的，也能夠得到同樣的效果。又，進行了熱模擬，結果，判明為了提高光波導元件2的溫度均勻性，殼體20的熱傳導率最好在10W/mK以上。
又，用樹脂或硅玻璃為主要成分形成殼體20時，因為這些材料的隔熱性高，所以能夠抑制殼體20內的熱放出到外部去，從而能夠防止光波導元件2的溫度降低。作為形成殼體20的樹脂，例如，能夠用ABS樹脂，聚氧亞甲基樹脂，聚乙醚乙醚酮樹脂，苯乙烯樹脂，丙烯樹脂，環氧樹脂，酚醛樹脂，尿素樹脂，密胺樹脂，硅樹脂，氟樹脂，聚碳酸鹽樹脂，聚·苯撐·硫化物樹脂等。關于這種樹脂的熱傳導率，進行熱模擬，結果判定為了提高光波導元件2的溫度均勻性最好在1W/mK以下。進一步為了提高這些樹脂的強度，也可以混入玻璃纖維等。這時，因為這些材料的隔熱性高，所以能夠抑制殼體20內的熱放出到外部去，從而能夠防止光波導元件2的溫度降低。又，也可以將這些使溫度均勻性提高的殼體材料和使隔熱性提高的殼體材料做成多層，組合起來進行使用。
又，如圖2所示，在加熱器模塊30的周圍(在組件基板22和隔熱基板50之間)，設置熱傳導率在0.5W/mK以下的隔熱層27。在本實施形態中隔熱層27為空氣層，它的厚度為1mm。通過這樣地設置隔熱層27，能夠高效率地向光波導元件2傳送熱。進一步，在殼體20的蓋子24的內面，為了抑制光波導元件2的熱放出到殼體20的外部去，設置由空氣層構成的隔熱層。
又，作為空氣層的隔熱層的厚度最好在0.01mm以上5mm以下的范圍內。為了得到高的溫度均勻性，在空氣層中不發生熱對流是極其重要的。通過熱流體模擬和實驗對這種條件進行研討，結果，發現如果空氣層的厚度在5mm以下，則能夠大幅度地防止熱對流，能夠確保陶瓷加熱器40的高溫度均勻性。另一方面，空氣層的厚度越薄則越難產生對流，但是當厚度比0.01mm小時，因為由于加熱器發熱產生的加熱器模塊和光波導模塊的彎曲，隔熱基板50和組件基板22接觸，使空氣層減少一部分，所以不能得到高的溫度均勻性。
這里，我們詳細說明加熱器模塊30和光波導模塊1的厚度(減少厚度)。
當粘合陶瓷加熱器40和光波導元件2時，當陶瓷加熱器和光波導元件的熱膨脹率之差為3×10-6～5×10-6/℃以上時，過大的熱應力作用在光波導元件上，恐怕會妨礙波長選擇制和開關特性。以前使用的氧化鋁加熱器的熱膨脹率為7×10-6/℃，進一步， 因為熱傳導率為20W/mK比較低，所以均熱板是不可缺少的。因為這種均熱板的厚度一般約為3mm，所以不會使光波導模塊的厚度變薄。又，為了減少作用在光波導元件上的應力，我們也正在研討在均熱板和光波導元件之間在粘合后充滿為流動體的油混合物和油膏，只在端部數點用樹脂固定的方法等，但是存在著只在數點用樹脂固定時產生的熱應力對光波導元件來說已經成為問題的情形，這不是能夠通用的方法，進一步，因為不可能沒有均熱板，所以不能夠減少光波導模塊的厚度。
另一方面，因為本實施形態的陶瓷加熱器40的AlN的熱傳導率為170W/mK所以不需要均熱板，能夠大幅度減少光波導模塊的厚度。
進一步，如上所述，用樹脂43粘合光波導元件2和陶瓷加熱器40，但是這種樹脂43是粘合后的形態為固體的粘合劑。因此，既不會產生樹脂厚度的散亂，在光波導模塊工作中樹脂也不會流動。又，希望用于粘合光波導元件2和陶瓷加熱器40的樹脂是包含金屬或陶瓷等的纖維的熱傳導率約為0.5 W/mK以上的高熱傳導率樹脂。用陶瓷加熱器40均勻地加熱光波導元件2，但是當用熱傳導率比0.5 W/mK低的樹脂時，恐怕會使光波導元件2的溫度均勻性惡化。
又，關于代替樹脂43在上述粘合后在光波導元件2和陶瓷加熱器40之間充滿作為流動體的油混合物和油膏，只在端部數點用樹脂固定的方法，因為光波導元件2和陶瓷加熱器40的熱膨脹率之差小沒有應力給予光波導元件2，所以也可以使用該方法。但是，采用這種方法時，必須對油混合物和油膏的厚度進行嚴密的管理。
又，樹脂43的厚度最好在10μm以上500μm以下。因為粘合樹脂的楊氏系數比其它構成材料小一個數量級以上，所以起著吸收粘合時產生的熱應力的作用。但是當樹脂43的厚度比10μm小時，吸收應力作用不能充分發揮，作用在光波導元件2上的應力變大，是不能令人滿意的。另一方面，因為樹脂43的熱傳導率比AlN等低，所以當厚度大時溫度均勻性惡化。當樹脂43的厚度比500μm大時，溫度均勻性惡化，也是不能令人滿意的。
進一步，關于陶瓷加熱器40和光波導模塊1的電力消耗，與用以前的氧化鋁加熱器的情形比較，在本實施形態中，因為不需要加熱當用氧化鋁加熱器時必需的Cu合金制等的均熱板，所以能夠大幅度地降低電力消耗。
又，在本實施形態的光波導模塊1中，能夠實施下列那樣的安全設計。即，發熱電路42的一部分由錫和鉛的合金形成，用由錫和鉛的合金形成的布線連接將發熱電路42和外部電源連接起來的端子，發熱電路42的溫度在它的合金熔點以上時自動斷線，電流不流過發熱電路42。通過這種設計，能夠防止由于加熱器模塊的不良工作使溫度上升引起的加熱器模塊破壞，著火等事態的發生。
例如，如果用錫40wt％，鉛60wt％的合金，在不到約200℃時發生斷線，不會破壞粘合樹脂和殼體等的樹脂。又，代替錫和鉛的合金，也可以用其它的低熔點合金。
我們調查以上那樣的光波導模塊1的特性時得到以下那樣的結果。關于溫度均勻性，在環境溫度為0℃，陶瓷加熱器40的溫度為80℃時，用熱電偶觀察，已經判明能夠將光波導元件2的內部溫度分布抑制到±0.4℃以下。又，為了測定溫度控制性，進行下列那樣的實驗。即，將光波導模塊放入恒溫槽，將恒溫槽的溫度保持在-40℃上1小時，在1小時內升溫到70℃，在70℃保持1小時，在1小時內降溫到-40℃。測定這時的光波導元件上的溫度，將最大溫度和最小溫度之差作為溫度控制性的判斷指標。結果，我們判明了在本實施形態中，光波導元件只顯示出±0.7℃以下的溫度變化，不易受到外部溫度的影響。又，陶瓷加熱器40和光波導元件2彎曲很少，沒有觀察到光波導特性的各向異性，不產生損耗增大和開關特性，由于雙折射引起的極化波依存關系等問題。進一步，因為提高了殼體內的隔熱性，所以與以前那樣地用珀耳帖元件的情形中需要5W的電力消耗相對，在本實施形態中能夠將電力消耗抑制到4W以下。
其次，我們參照圖6～圖8說明本發明的光波導模塊的第2實施形態。本實施形態與第1實施形態不同之處主要在于隔熱基板50的構造。下面我們以與第1實施形態的不同點為中心進行說明。
如圖6所示，在隔熱基板50上形成用于支持陶瓷加熱器40的3個突起部62。在各突起部62的上面涂敷樹脂，從而達到與陶瓷加熱器40粘合的目的。這樣，在本實施形態中，因為陶瓷加熱器40與隔熱基板50全面接觸而不是部分接觸，所以極少發生陶瓷加熱器40的彎曲，并且能夠防止用于粘合隔熱基板50與陶瓷加熱器40的樹脂從陶瓷加熱器40剝落的事態發生。又，也可以不是如本實施形態那樣在所有突起部62上涂敷用于粘合的樹脂，而只在一個突起部62上涂敷樹脂。例如只在中央的突起部62上涂敷樹脂時，因為陶瓷加熱器40的兩端部能夠自由地伸縮，所以能夠進一步減少陶瓷加熱器40的彎曲。
又，在本實施形態中，在各突起部62的周圍，換句話說，在陶瓷加熱器40的底面和與它對置的隔熱基板50的面之間形成空氣層64。因此，這個空氣層64作為隔熱層起作用，能夠抑制來自陶瓷加熱器40的熱從隔熱基板50一側放出的事態發生。在本實施形態中，空氣層的厚度為0.2mm。
又，空氣層的厚度最好在0.01mm以上5mm以下的范圍內。為了得到高的溫度均勻性，在空氣層中不發生熱對流是極其重要的。通過熱流體模擬和實驗研討這種條件，結果，發現如果空氣層的厚度在5mm以下，則能夠大幅度地防止熱對流，能夠確保陶瓷加熱器40的高的溫度均勻性。另一方面，空氣層的厚度越薄則越難產生對流，但是當厚度比0.01mm小時，因為由于加熱器發熱產生的加熱器模塊和光波導模塊的彎曲，陶瓷加熱器和支持它的隔熱基板等接觸，使空氣層減少一部分，所以不能得到高的溫度均勻性。
又，如圖7所示，在本實施形態中，設置用于將陶瓷加熱器40向隔熱基板50一側按壓的按壓部分(按壓裝置)70。按壓裝置70由載置在陶瓷加熱器40的上面的按壓板72和用螺絲將該按壓板72固定在隔熱基板50上的構件74構成。通過強烈地擰緊構件74，將陶瓷加熱器40壓向隔熱基板50。通過這樣的按壓裝置70，可以將陶瓷加熱器40壓向隔熱基板一側，能夠在振動疲勞試驗，低速度試驗，耐濕性試驗中得到良好的結果。又，如圖7所示，在隔熱基板50上形成多個貫通孔55，用導線將這些貫通孔55與陶瓷加熱器40的發熱電路42電連接起來。而且，如圖6所示，將插入組件基板的導線引腳23插入貫通孔55。
圖8是本實施形態的陶瓷加熱器40的截面圖。如圖8所示，本實施形態的陶瓷加熱器40備有銀鈀制的發熱電路42，層積在其上的AlN陶瓷層44，和設置在發熱電路42的下面的以硅玻璃為主要成分的涂膜45。這樣，通過在陶瓷加熱器40的表面上形成涂膜45，能夠提高陶瓷加熱器40的耐濕性。又，當用樹脂粘合陶瓷加熱器40和隔熱基板50時，能夠提高樹脂與陶瓷加熱器40的粘合性。
其次，我們參照圖9說明本發明的光波導模塊的第3實施形態。本實施形態與第1實施形態不同之處在于殼體20的構造。如圖9所示，在殼體20的蓋子24的內部，設置4個從與光波導元件2的對置面24r向光波導元件2延伸隔離壁29。又，隔離壁29的高度為在用蓋子24覆蓋組件基板22的狀態中使隔離壁29的下端不與光波導元件2接觸那樣的程度。通過設置這樣的隔離壁29，能夠使殼體20內的對流軌道，換句話說光波導元件2上的對流軌道變小，從而能夠提高光波導元件2的溫度均勻性。
其次，我們參照圖10說明本發明的光波導模塊的第4實施形態。本實施形態與第1實施形態不同之處在于片狀熱敏電阻48的安裝方法和殼體20及蓋子24的構造。
首先，我們詳細說明片狀熱敏電阻48的安裝方法。如圖10所示，在本實施形態中，將檢測陶瓷加熱器40的溫度的熱敏電阻(溫度檢測元件)48安裝在陶瓷加熱器40的底面，即與載置光波導元件2一側的面相反的面上。因此，沒有必要確保將用于將熱敏電阻48載置在陶瓷加熱器40的上面的區域。因此，能夠使陶瓷加熱器40的面積比第1實施形態小，能夠達到使加熱器模塊30小型化的目的。又，因為也能夠使發熱電路42變小，所以能夠達到降低電力消耗的目的。與在第1實施形態中，陶瓷加熱器的尺寸為40mm×20mm×1mm，加熱器模塊的尺寸為60mm×30mm×1mm，加熱器電力消耗在環境溫度為0℃，加熱器控制溫度為80℃時為4W相對，在本實施形態中，能夠使加熱器的尺寸為40mm×12mm×1mm， 加熱器模塊的尺寸為60mm×20mm×1mm實現小型化，也能夠使電力消耗降低到3.5W。進一步，在隔熱基板50中形成切去部分76，在該切去部分76上，配置與熱敏電阻48連接的電極墊片78。
又，在以前用的氧化鋁加熱器的情形中，因為氧化鋁的熱傳導率低，載置加熱器的光波導元件的面和與它相反的面之間的溫度差很大，所以不能夠正確測量在相反的面上光波導元件的溫度。與此相對，如果用AlN加熱器，則用熱模擬查明在光波導元件的載置面和與它相反的面上都能夠正確地預先設想光波導元件2的溫度。
圖11是表示這個切去部分76近旁的放大斜視圖。如圖10和圖11所示，隔熱基板50具有上層52和下層54，在上層52的底面上形成上述電極墊片72。更詳細地說，在上層52上形成貫通孔52h，在下層54上露出上層52的底面的一部分那樣地形成貫通孔54h。而且，具有使電極墊片78的至少一部分位在這個上層52的底面的露出部分上那樣的構成。
又，在陶瓷加熱器40的底面上形成電極墊片80，通過導線73將熱敏電阻48與電極墊片80連接起來，通過導線75將電極墊片80與電極墊片78連接起來。這里，在本實施形態中，因為能夠使導線75通過切去部分76即貫通孔52h和貫通孔54h與電極墊片78連接，所以與使導線75通過隔熱基板50的周圍的情形比較，能夠達到使布線簡略化的目的。
又，因為將熱敏電阻48與向它供電的外部電極連接起來的布線，在電極墊片80上與陶瓷加熱器40連接，具有幾乎與陶瓷加熱器40相等的溫度，所以對于測定陶瓷加熱器40的溫度，很少受到環境溫度的影響，能夠進行適當的溫度測定。
此外，電極墊片78與如圖10所示的導線引腳23連接，從而達到使熱敏電阻48與外部設備導通的目的。通過這樣的熱敏電阻的電極構造，能夠防止熱敏電阻電極的溫度降低。與不進行這個處理的第1實施形態比較，當測定環境溫度為-40℃～70℃時的溫度控制性時，我們判明陶瓷加熱器40的溫度在±0.5℃以下，與第1實施形態中的±0.7℃比較，不易受到外部溫度的影響。
其次，我們參照圖10，說明光波導模塊的殼體20。在殼體20的蓋子24對置的2個面上，形成用于插通光纖4，4的插通口24a，24b。又，在蓋子24上與它的內壁面隔開所定的間隔，設置2個薄片82，84。用粘合劑將各個薄片82，84固定在蓋子24的內壁面上形成的突起24c上。詳細地說，將上段的薄片82固定在中央的突起24c上，使下段的薄片84與兩端的突起24c連接。另一方面，在組件基板22上以所定間隔與其上面隔開地覆蓋2個薄片86，88。用支持部件89支持各薄片86，88的外周部分。
這樣，與殼體20的內壁面隔開所定間隔，安裝薄片82，84，86，88時，在殼體20的內壁面與各薄片82，84，86，88之間，能夠使對流軌道變小，并且形成空氣層，這個空氣層起著隔熱層的作用。因此，陶瓷加熱器40的熱極少放出到外部去，從而能夠容易加熱作為加熱對象的光波導元件2。此外，薄片的個數不限于2個，既可以是1個，也可以是3個以上。
又，在第1實施形態～第4實施形態中用石英制的光波導元件2，但是代替它也可以用在Si基片上制成的二氧化硅的元件，和用LiNbO3制的元件。這時，也能夠得到與各實施形態同樣的效果。
其次，我們參照圖12說明本發明的光波導模塊的第5實施形態。本實施形態與第1實施形態不同之處在于在光波導元件2與陶瓷加熱器40之間插入用于實現熱膨脹率匹配的匹配板92的構造。作為匹配板92，用與在室溫的光波導元件2的熱膨脹率之差在3×10-6/℃以下的匹配部件。
在本實施形態中，由于用石英制(熱膨脹率0.5×10-6/℃)的光波導元件2，所以用熱膨脹率為2.0×10-6/℃的Fe-Ni合金作為匹配板92。又，匹配板92的尺寸為40mm×20mm×0.5mm。
通過設置這樣的匹配板92，能夠使作用在光波導元件2上的應力變小。因此，為了測定作用在光波導元件2上的應力，將變形計安裝在光波導元件2的中央上部(與插入板的粘合面相反的面)上，測定作用在第1實施形態和本實施形態中的光波導元件2上的應力差。結果，已經判定與第1實施形態比較，在本實施形態中作用在光波導元件2上的熱應力只有第1實施形態的1/3。在第1實施形態中也可以充分使用光波導模塊，但是今后，當我們考慮對光波導模塊提出更嚴格的要求時，我們可以考慮在本實施形態中具有熱應力效果低的非常有利的優點的光波導模塊。
又，將光波導元件2變更到用在Si基片上制成的二氧化硅的元件(熱膨脹率1.3×10-6/℃)，進行同樣的實驗，但是能夠得到幾乎與石英的情形相同的結果。
又，在本實施形態中，分別將光波導元件2變更為用LiNbO3(熱膨脹率15×10-6/℃)，將插入板92變更為用Cu合金(熱膨脹率16×10-6/℃)，進行同樣的實驗，能夠得到幾乎同樣良好的結果。
其次，我們參照圖13所示的斜視圖和圖14所示的側面圖，說明本發明的光波導模塊的第6實施形態。本實施形態的石英制的光波導元件2，與第1實施形態的光波導元件比較尺寸較大，縱30mm×橫30mm×高1mm。與此相伴，光波導模塊的各尺寸也是不同的。陶瓷加熱器40的尺寸為40mm×25mm×1mm，加熱器模塊30的尺寸為50mm×40mm×2mm，組件全體的尺寸為100mm×60mm×10mm。
又，伴隨著光波導元件2的尺寸變大，因為要確保將熱敏電阻48載置在陶瓷加熱器40的上部，即與光波導元件2的粘合面上的空間是困難的，所以將熱敏電阻48載置在陶瓷加熱器40的下部，即與光波導元件2的粘合面相反的面上。又，通過光纖陣列96進行光波導元件2與光纖4的連接。進一步，在隔熱基板50與組件基板22上形成作為隔熱層的空氣層27，但是，為了使即便形成空氣層27構造上也是穩定的，通過墊片94將隔熱基板50固定在組件基板22上。
當調查以上那樣的光波導模塊1的特性時，得到下列那樣的結果。關于溫度均勻性，在使環境溫度為0℃，陶瓷加熱器40的溫度為80℃，用熱電偶進行觀察時，已經判明將光波導元件2的內部溫度分布抑制到±0.4℃以下。又，關于溫度控制性，已經判明即便使溫度在-40℃～70℃的范圍內變化，陶瓷加熱器40也只顯示出在±0.5℃以下的溫度變化，不易受到外部溫度的影響。又，陶瓷加熱器40和光波導元件2的彎曲很少，不能觀察到光波導特性的各向異性，不產生損耗增大和開關特性，由雙折射引起的極化波的依存關系等問題。進一步，因為提高了殼體內的隔熱性，所以在本實施形態中也能夠將電力消耗抑制到4W以下。
此外，在本實施形態中蓋子24是一體地形成的，與隔熱基板22粘合在一起。但是，在這個形態中安裝光纖4是困難的。這時，通過將蓋子24分割成角筒狀的側壁部分24x和天花板部分24y，一旦在粘合組件基板22和側壁部分24x的階段中進行光波導元件2和光纖4的安裝后，也可以成為與天花板部分24y粘合或用螺絲固定的形態。
其次，我們參照圖15所示的斜視圖和圖16所示的側面圖，說明本發明的光波導模塊的第7實施形態。本實施形態與第6實施形態不同之處是陶瓷加熱器40的尺寸。當詳細調查光波導元件2的特性時，已經判明需要溫度均勻性的領域不是光波導元件2全體，而限于陶瓷加熱器的周圍。具體地說，已經判明限于陶瓷加熱器周圍的約10mm×10mm的范圍。因此，在本實施形態中，陶瓷加熱器40的載置光波導元件2的面40a的面積比與這個面40a對置的光波導元件2的面窄。這樣，陶瓷加熱器40的加熱面也比光波導元件2小，能夠進一步減少電力消耗。具體地說，通過利用熱模擬進行設計，使陶瓷加熱器40的尺寸為15mm×15mm×1mm。
當調查以上那樣的光波導模塊1的特性時，得到下列那樣的結果。關于溫度均勻性，在使環境溫度為0℃，陶瓷加熱器40的溫度為80℃，用熱電偶進行觀察時，已經判明在光波導元件2的內部需要溫度均勻性的10mm×10mm的范圍內能夠將溫度分布抑制到±0.4℃以下。又，關于溫度控制性，已經判明即便使環境溫度在-40℃～70℃的范圍內變化，陶瓷加熱器40也只顯示出在±0.5℃以下的溫度變化，不易受到外部溫度的影響。又，因為使陶瓷加熱器40的尺寸小型化，所以在本實施形態中，與第6實施形態的電力消耗4W比較，能夠將電力消耗抑制到2W以下。
其次，我們參照圖17所示的斜視圖和圖18所示的側面圖，說明本發明的光波導模塊的第8實施形態。本實施形態與第8實施形態不同之處是圍繞陶瓷加熱器40配置的匹配板92(在圖18中顯示出它的截面)。作為匹配板92，使用在室溫與光波導元件2的熱膨脹率之差在3×10-6/℃以下的材料。
在本實施形態中，根據用石英制(熱膨脹率0.5×10-6/℃)的光波導元件2，用熱膨脹率為2.0×10-6/℃的Fe-Ni合金作為匹配板92。匹配板92的尺寸具有與第6實施形態中用的陶瓷加熱器40相同的尺寸40mm×25mm×1mm。又，為了在中央加入15mm×15mm×1mm陶瓷加熱器40，通過打洞加工形成15.5mm×15.5mm的中空部分。
這樣，通過設置包圍陶瓷加熱器40的匹配板92，即便陶瓷加熱器40比光波導元件2小時，也能夠將光波導元件2牢固地固定在陶瓷加熱器40上。又，一般地，為了確實地固定光波導元件2，最好使這個匹配板92的尺寸，至少一邊的長度要比光波導元件2大1mm～10mm左右。需要使它與光波導元件2的熱膨脹率匹配那樣地選擇匹配板92的材料，如在均熱板的材料中所述的那樣能夠選擇Fe-Ni合金和Cu合金等。又，匹配板92的厚度，當將匹配板92嵌入陶瓷加熱器40時，最好使兩者的上面大致位于一定的高度上。進一步，當這樣地用匹配板92時，能夠用前述的粘合后的形態成為固體的樹脂制的粘合劑與光波導元件2粘合。
當調查這個光波導模塊1的特性時，能夠得到與其它實施形態同樣卓越的特性。又，在環境溫度為0℃，加熱器設定溫度為80℃時加熱器的電力消耗在2W以下。進一步，在本實施形態中因為光波導元件2不僅與陶瓷加熱器40而且也與匹配板92粘合，所以設置光波導元件2時的穩定性與第7實施形態比較飛躍地提高了。
又，當將光波導元件2變更為用LiNbO3(熱膨脹率15×10-6/℃)，將匹配板92變更為Cu合金(熱膨脹率16×10-6/℃)，進行同樣的實驗時，能夠得到幾乎同樣良好的結果。
其次，我們參照圖19說明本發明的光波導模塊的第9實施形態。本實施形態與第8實施形態不同之處是加熱器模塊30的隔熱基板50與第1實施形態中的組件基板22起同樣的作用。即，加熱器模塊30的的隔熱基板50兼作殼體20的一部分。因此，能夠使光波導模塊1的厚度為8mm比第1實施形態的10mm薄。當調查這個光波導模塊1的特性時，能夠得到與其它實施形態同樣卓越的特性。
其次，我們參照圖20說明本發明的光波導模塊的第10實施形態。本實施形態與第1實施形態不同之處是光纖4和光波導元件2處于夾緊位置(固定位置)。在第1實施形態中，通過殼體20的插通口24a，24b固定光纖4，但是在本實施形態中，夾緊位置在殼體20的內部。詳細地說，通過設置在隔熱基板50上的支持部件99，99固定光纖4。
在這樣的構成中，因為殼體20不需要進行光纖4的夾緊設計，所以容易實現加熱器模塊30和殼體20的相對位置變更和殼體20的形狀變更。
其次，我們參照圖21說明本發明的光波導模塊的第11實施形態。本實施形態與第6實施形態不同之處是陶瓷加熱器40與隔熱基板50的粘合方法。在第6實施形態中，用樹脂41粘合陶瓷加熱器40和隔熱基板50。與此相對，在本實施形態中，用螺絲固定兩者。
如圖21所示，在陶瓷加熱器40的4個角上分別形成為直徑1mm的螺絲孔101。在隔熱基板50的對應位置上形成螺母102。而且，將通過各螺絲孔101的螺絲103旋入螺母102中，使陶瓷加熱器40和隔熱基板50固定。又，為了確實地實現熱接觸，在陶瓷加熱器40和隔熱基板50之間，充滿熱混合物。實施與第6實施形態相同的測定，結果能夠得到同樣的結果。
又，從上述第3實施形態到第11實施形態中，作為陶瓷加熱器40，用由在第1實施形態中使用的AlN陶瓷44，鎢發熱層42，第2AlN陶瓷構成的AlN加熱器，但是代替它，也可以用由在第2實施形態中使用的AlN陶瓷44，銀鈀制的發熱層42，以硅玻璃為主要成分的涂膜45構成的AlN加熱器。
其次，我們說明主要將第1實施形態或第2實施形態的光波導模塊作為基本的實施例。
(實施例1)關于第1實施形態中使用的陶瓷加熱器40，使它的表面粗糙度Ra發生種種變化，測定光波導元件2的溫度均勻性。通常，無論在什么樣的Ra在初期狀態都能滿足溫度均勻性±0.5℃。但是，當Ra條件不適當時，可靠性試驗中，或實際使用光波導模塊的過程中發生惡化是預想得到的。因此，進行在85℃，濕度85％的氣氛中暴露2000小時的高溫高濕試驗，此后使環境溫度為0℃，陶瓷加熱器40的溫度為80℃，用熱電偶觀察光波導元件2的溫度均勻性。其結果如表1所示。作為用于固定陶瓷加熱器40的樹脂41和43，用粘度10000cps的硅樹脂時，如果陶瓷加熱器40的表面粗糙度在0.05μm以上10μm以下時，則已經判明在可靠性試驗后也能夠得到良好的溫度均勻性和溫度控制性。此外，在樹脂隨時間變化時相當的粘度為100000cps的情形中，如果不能將表面粗糙度控制在10μm以下，則不能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性。
用放大倍數10的實體顯微鏡觀察可靠性試驗后不能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性的試料的與陶瓷加熱器40粘合的樹脂，結果確認在粘合樹脂中發生0.1mm以上的大的剝離和龜裂。另一方面，試驗后取出單個陶瓷加熱器40，當使環境溫度為0℃，陶瓷加熱器40的溫度為80℃，用熱電偶觀察時，得到與可靠性試驗前預先觀察到的結果幾乎相同的結果。也不能確認陶瓷加熱器40的熱傳導率發生了變化。
表1Ra用于粘合的樹脂 溫度均勻性 溫度控制性μm℃ ℃試料1 0.1 聚烴硅氧 ±0.5±0.7(粘度10000cps)試料2 10 聚烴硅氧 ±0.5±0.7(粘度10000cps)試料3*100 聚烴硅氧 ±1.0±0.7(粘度10000cps)試料4 10 聚烴硅氧 ±0.5±0.7(粘度100000cps)試料5*15 聚烴硅氧 ±1.0±2.0(粘度100000cps)試料6 0.05 聚烴硅氧 ±0.5±0.7(粘度10000cps)試料7*0.01 聚烴硅氧 ±1.0±2.0(粘度10000cps)比較例(實施例2)
使第1實施形態中使用的陶瓷加熱器40的表面粗糙度Ra發生種種變化，與實施例1相同，測定在2000小時的高溫高溫試驗后的溫度特性。結果如表2所示。作為用于固定陶瓷加熱器40的樹脂41和43，用粘度10000cps的聚酰亞胺樹脂時，如果陶瓷加熱器40的表面粗糙度在0.05μm以上10μm以下時，則已經判明在可靠性試驗后也能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性。
用放大倍數10的實體顯微鏡觀察可靠性試驗后不能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性的試料的與陶瓷加熱器40粘合的樹脂，結果，確認在粘合樹脂中發生0.1mm以上的大的剝離和龜裂。另一方面，試驗后取出單個陶瓷加熱器40，當使環境溫度為0℃，陶瓷加熱器40的溫度為80℃，用熱電偶觀察時，得到與可靠性試驗前預先觀察的結果幾乎相同的結果。也不能確認陶瓷加熱器40的熱傳導率發生了變化。
表2Ra用于粘合的樹脂溫度均勻性溫度控制性μm ℃℃試料8*120 聚酰亞胺 ±1.0 ±2.0試料910 聚酰亞胺 ±0.5 ±0.7試料10 0.01 聚酰亞胺 ±0.5 ±0.7試料11*0.0 聚酰亞胺 ±1.0 ±2.0比較例(實施例3)如圖2～圖4所示，在作為第1實施形態中使用的陶瓷加熱器40的樹脂粘合面的第1AlN陶瓷層44的上側(圖4的上部)，第2AlN陶瓷層46的下側(圖4的下部)上，設置如下所示的玻璃涂層。用網印法形成膜后，進行燒結。用網印法時形成種種膜厚，與實施例1相同，測定在2000小時的高溫高濕試驗后的溫度特性。其結果如表3所示。如果玻璃涂層的膜厚在1μm以上500μm以下，則已經判明在可靠性試驗后也能夠得到良好的溫度均勻性和溫度控制性。又，膜厚在100μm以下時，能夠顯著地縮短成膜時間。
用放大倍數10的實體顯微鏡觀察可靠性試驗后不能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性的試料的陶瓷加熱器40，結果，確認在玻璃涂層的膜厚比5μm小的試料中，涂層不完全覆蓋AlN陶瓷層44，46，部分地露出AlN陶瓷層44，46，在與這些部分粘合的粘合樹脂上發生0.1mm以上的大的剝離和龜裂。又，在玻璃膜的厚度比500μm大的試料中，確認在玻璃層中發生0.1mm以上的大的剝離和龜裂。
表3 膜厚 溫度均勻性溫度控制性μm℃℃試料12*0.5 ±0.9 ±1.9試料131±0.5 ±0.7試料14500 ±0.5 ±0.7試料15*600 ±1.0 ±2.0比較例(實施例4)我們用在第2實施形態中使用的陶瓷加熱器40進行下面的實驗。用網印法形成設置在陶瓷加熱器40上的涂膜后，進行燒結。用網印法時形成種種膜厚，與實施例1相同，測定在2000小時的高溫高濕試驗后的溫度特性。結果如表4所示。如果膜厚在10μm以上500μm以下，則已經判明在可靠性試驗后也能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性。又，膜厚在100μm以下時，能夠顯著地縮短成膜時間。
用放大倍數10的實體顯微鏡觀察可靠性試驗后不能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性的試料的陶瓷加熱器40，結果，確認在玻璃膜的厚度比10μm小的試料中，由于發熱電路42的段差，在涂層中發生0.1mm以上的大的剝離和龜裂。
表4膜厚 溫度均勻性 溫度控制性μm ℃ ℃試料16*5±0.9 ±1.9試料17 10 ±0.5 ±0.7比較例(實施例5)如圖2～圖4所示，在作為實施例1中使用的陶瓷加熱器40的樹脂粘合面的第1AlN陶瓷層44的上側(圖4的上部)，第2AlN陶瓷層46的下側(圖4的下部)上，設置如下所示的Al層。即，將陶瓷加熱器40放入用于蒸涂的真空室內，進行真空排氣達到1.33×10-3pa以下的真空度后，用99.9wt％以上的Al作為蒸發源進行Al的蒸涂。
蒸涂中的真空度在1.33×10-1Pa以上1.33×10-3pa以下，陶瓷加熱器40的溫度為100℃～200℃。又，形成種種厚度的Al膜。另一方面，Al膜的結晶粒子直徑為1μm。用微奧格電子分光法測定在Al膜上形成的自然氧化膜的厚度，結果為500×10-10m。與實施例1相同，測定這個試料在2000小時的高溫高溫試驗后的溫度特性。其結果如表5所示。如果Al膜的膜厚在1μm以上100μm以下，則已經判明在可靠性試驗后也能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性。又，Al膜的膜厚在20μm以下時，能夠顯著地減少成膜時間。
用放大倍數10的實體顯微鏡觀察可靠性試驗后不能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性的試料的陶瓷加熱器40，結果，確認在Al膜的膜厚比1μm小的試料中實施粘合的粘合樹脂中發生0.1mm以上的大的剝離和龜裂。
表5膜厚 溫度均勻性 溫度控制性
μm ℃ ℃試料18*0.5 ±0.9±1.9試料191 ±0.5±0.7試料2020±0.5±0.7試料21100 ±0.5±0.7比較例(實施例6)如圖2～圖4所示，在作為實施例1中使用的陶瓷加熱器40的樹脂粘合面的第1AlN陶瓷層44的上側(圖4的上部)，第2AlN陶瓷層46的下側(圖4的下部)上，與實施例5相同地設置如下所示的Al層。形成種種Al結晶粒子直徑的膜。另一方面，膜厚為2μm。用微奧格電子分光法測定在Al膜上形成的自然氧化膜的厚度，結果為500×10-10m。與實施例1相同，測定這個試料在2000小時的高溫高溫試驗后的溫度特性。其結果如表6所示。如果結晶粒子直徑在0.1μm以上10μm以下，則已經判明在可靠性試驗后也能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性。
用放大倍數10的實體顯微鏡觀察可靠性試驗后不能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性的試料的陶瓷加熱器40，結果，確認在粘合樹脂中發生0.1mm以上的大的剝離和龜裂。
表6結晶粒子直徑 溫度均勻性 溫度控制性μm℃ ℃試料22*0.05 ±1.0±2.0試料23 0.1 ±0.5±0.7試料24 10 ±0.5±0.7試料25*20 ±0.9±1.9較例(實施例7)如圖2～圖4所示，在作為實施例1中使用的陶瓷加熱器40的樹脂粘合面的第1AlN陶瓷層44的上側(圖4的上部)，第2AlN陶瓷層46的下側(圖4的下部)上，與實施例5相同地設置如下所示的Al層。又，有意地使Al層的氧化膜的厚度變化。另一方面，結晶粒子直徑為1.0μm，膜厚為2μm。與實施例1相同，測定這個試料在2000小時的高溫高溫試驗后的溫度特性。其結果如表7所示。如果氧化膜的厚度在10×10-10m以上800×10-10m以下，則已經判明在可靠性試驗后也能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性。
用放大倍數10的實體顯微鏡觀察可靠性試驗后不能得到良好的溫度均勻性和溫度控制性的試料的陶瓷加熱器40，結果，確認在氧化膜的厚度比10×10-10m小的試料中在粘合樹脂中發生0.1mm以上的大剝離和龜裂。另一方面在氧化膜的厚度比800×10-10m大的試料中在Al層中發生0.1mm以上的大的剝離和龜裂。
表7氧化膜厚度 溫度均勻性 溫度控制性×10-10m ℃ ℃試料26*5 ±1.0±2.0試料27 10 ±0.5±0.7試料28 800 ±0.5±0.7試料29*900 ±1.0±2.0比較例
(實施例8)如圖2～圖4所示，在作為實施例1中使用的陶瓷加熱器40的樹脂粘合面的第1AlN陶瓷層44的上側(圖4的上部)，第2AlN陶瓷層46的下側(圖4的下部)上，與實施例6相同地設置如下所示的Al層82。這時，蒸涂的Al的純度低于99％。又，結晶粒子直徑為1.0μm，膜厚為2μm。用微奧格電子分光法測定在Al膜上形成的自然氧化膜的厚度，結果為500×10-10m。與實施例1相同，測定這個試料在2000小時的高溫高溫試驗后的溫度特性。其結果如表8所示。判明溫度均勻性和溫度控制性與Al的純度為99.9％的情形比較有若干下降。
表8Al的純度溫度均勻性溫度控制性％ ℃℃試料30A99.9±0.5 ±0.7試料30B*99 ±0.6 ±0.8比較例(實施例9)在第2實施形態中，使設置在陶瓷加熱器40與隔熱基板50之間的空氣層64，和設置在隔熱基板50與組件基板之間的隔熱層27為空氣層時的厚度發生種種變化，與實施例1相同，測定溫度均勻性。其結果如表9所示。通過使空氣層時的厚度在0.01mm以上5mm以下，已經判明溫度均勻性能夠在±0.5℃以下。
表9
加熱器-隔熱基板 隔熱基板-組件 溫度均勻性mm mm℃試料31*66 ±0.7試料32*62 ±0.7試料33*26 ±0.7試料34 55 ±0.5試料35 0.01 0.01±0.4試料36*0.0050.005 ±0.7試料37*0.0052 ±0.6試料38*20.005 ±0.6比較例(實施例10)在第1實施形態中，使陶瓷加熱器40與光波導元件2粘合的樹脂43是粘度為10000cps，熱傳導率為1W/mK的硅系樹脂，使它的厚度發生種種變化，與實施例1相同，測定溫度均勻性。結果如表10所示。通過使樹脂43的厚度在10μm以上500μm以下，已經判明溫度均勻性能夠在±0.5℃以下。為了探究試料39的溫度均勻性惡化的原因切開截面進行調查，結果觀察到樹脂部分破斷的樣子。因為樹脂厚度薄所以可以預想到樹脂涂敷的部分不均勻性，但是進一步，我們要考慮由于不能完全吸收由光波導元件2與陶瓷加熱器40的熱膨脹率差引起的熱應力導致的破壞。
表10樹脂厚度溫度均勻性μm ℃試料39*5 ±0.7試料40 10 ±0.5
試料41 200 ±0.5試料42 500 ±0.5試料43*600 ±0.7(實施例11)與實施例10相同，用熱傳導率0.5W/mK和0.3W/mK的硅系樹脂進行實驗。其結果如表11所示。
表11樹脂熱傳導率樹脂厚度溫度均勻性W/mK μm ℃試料44*0.5 5 ±0.7試料45 0.5 10 ±0.5試料46 0.5 200 ±0.5試料47 0.5 500 ±0.5試料48*0.5 600 ±0.8試料49*0.3 10 ±0.8試料50*0.3 500 ±1.0比較例(實施例12)在第1實施形態中，關于使陶瓷加熱器40與光波導元件2粘合的樹脂43，用熱傳導率為1W/mK的硅系的熱混合物進行粘合。因為只用熱混合物不能固定，所以用粘度為10000cps，熱傳導率為1W/mK的硅系樹脂只固定光波導元件端部的4個地方，與實施例1相同，測定溫度均勻性。光波導元件2中央部分的熱混合物的厚度為50μm。準備好10個相同的試料，分別測定光波導元件2的溫度均勻性。但是只有2個的溫度均勻性達到±0.5℃。
(實施例13)在第1實施形態中，在陶瓷加熱器上附加下面的電路。即，如圖3所示，在陶瓷加熱器40上設置約有0.5～10Ω電阻值的通過通電發熱的發熱電路42。又，在發熱電路42的兩端，設置用于使電流流過發熱電路42的電極42a，42b，但是在本實施例中進一步用網印法印刷焊料涂膏后進行燒結，由錫40wt％鉛60wt％的合金形成發熱電路42的一部分。
其次，為了模擬由于溫度控制電路的誤動作引起AlN加熱器的溫度急劇上升，不斷向加熱器供給電力，使AlN加熱器的溫度急劇上升。另一方面，用粘合著的熱敏電阻測定加熱器溫度。結果，當加熱器溫度達到200℃時溫度不再上升到這個溫度以上。實驗后，對各部件進行分解調查，確認在加熱器上形成的焊接部分熔解斷線。另一方面，確認其它樹脂材料沒有被破壞。又，焊料制成的導線不斷線，但是我們考慮因為在加熱器一方溫度上升高，所以由于首先加熱器的焊接部分斷線，從而直到導線都不斷線。
(實施例14)在第13實施例中，用由焊料形成加熱電路一部分的AlN加熱器，但是在本實施例中，用通常的AlN加熱器。但是，將用于連接陶瓷加熱器40和隔熱基板50的導線從通常的銅線變更為焊料制成的導線，與實施例13相同進行實驗。結果，確認當加熱器溫度達到210℃時，溫度不再上升到這個溫度以上。實驗后，對各部件進行分解調查，確認焊料制成的導線熔解斷線。另一方面，確認其它樹脂材料沒有受到破壞。
以上，我們根據實施形態具體說明了由本發明者作出的發明，但是本發明不限定于上述實施形態。例如，本發明能夠用加熱器模塊加熱這件事不限于石英制，二氧化硅制，LiNbO3制的光波導元件，此外，對于樹脂制等的光波導元件也是有效的。又，關于光波導元件的尺寸，既可以比上述各實施形態小也可以比上述各實施形態大，都可以應用本發明。進一步，關于用于粘合等的樹脂，用于殼體等的材料，也不限定于上述各實施形態。
如上所述，如果根據與本發明有關的加熱器模塊和光波導模塊，則因為由熱傳導率高的AlN形成在陶瓷層，所以從發熱電路傳來的熱，在該陶瓷層內幾乎均勻地擴散，進一步能夠均勻地加熱載置在陶瓷層上的光波導元件。又，因為用具有隔熱性的隔熱基板支持陶瓷加熱器，通過從隔熱基板放出由發熱電路產生的熱，能夠防止陶瓷加熱器的熱分布不均勻的事態發生，所以能夠進一步提高光波導元件的溫度均勻性。
又，因為本發明的陶瓷加熱器是由AlN形成的，熱傳導率高，所以能夠省略在用其它的熱傳導率低的加熱器的情形中必需的均熱板，能夠飛躍地減少加熱器模塊和光波導模塊的厚度。
進一步因為AlN的熱傳導率高，也不需要均熱板，所以通過將陶瓷加熱器設計得很小，能夠大幅度地降低電力消耗。
權利要求
1.加熱器模塊，它的特征是它是用于加熱光波導元件的加熱器模塊，備有具有通過通電發熱的發熱電路和層積在上述發熱電路上的AIN陶瓷層的陶瓷加熱器。
2.權利要求1記載的加熱器模塊，它的特征是它進一步備有支持上述陶瓷加熱器并且具有隔熱性的隔熱基板。
3.權利要求2記載的加熱器模塊，它的特征是上述隔熱基板包含氧化鋁或氧化鋁和硅玻璃。
4.權利要求2記載的加熱器模塊，它的特征是上述隔熱基板包含樹脂或樹脂和硅玻璃。
5.權利要求2記載的加熱器模塊，它的特征是上述隔熱基板具有用于支持上述陶瓷加熱器的多個突起部，而且，在上述各突起部的周圍形成空氣層。
6.權利要求5記載的加熱器模塊，它的特征是上述空氣層厚度在0.01mm以上5mm以下。
7.權利要求2記載的加熱器模塊，它的特征是用樹脂粘合上述陶瓷加熱器與上述隔熱基板。
8.權利要求2記載的加熱器模塊，它的特征是用螺絲固定上述陶瓷加熱器與上述隔熱基板。
9.權利要求2記載的加熱器模塊，它的特征是它具有將上述陶瓷加熱器壓向上述隔熱基板一側的按壓裝置。
10.權利要求2記載的加熱器模塊，它的特征是它進一步備有檢測上述陶瓷加熱器溫度的溫度檢測元件，將上述溫度檢測元件粘合在與載置上述陶瓷加熱器的上述光波導的面相反的面上，上述隔熱基板具有所定的切去部分，在上述切去部分內，配置與上述溫度檢測元件連接的電極。
11.權利要求10記載的加熱器模塊，它的特征是將上述溫度檢測元件與向上述溫度檢測元件提供電力的外部電源連接起來的布線與上述陶瓷加熱器連接。
12.權利要求1記載的加熱器模塊，它的特征是在上述發熱電路的下層，具有第2AlN陶瓷層。
13.權利要求1記載的加熱器模塊，它的特征是上述發熱電路以鎢，鉬或銀鈀作為主要成分。
14.權利要求1記載的加熱器模塊，它的特征是上述陶瓷加熱器在表面上具有以硅玻璃為主要成分的涂膜。
15.權利要求1記載的加熱器模塊，它的特征是上述陶瓷加熱器的表面粗糙度Ra在0.05μm以上10μm以下。
16.權利要求1記載的加熱器模塊，它的特征是在上述陶瓷加熱器的表面上形成氧化物層或玻璃涂層。
17.權利要求1記載的加熱器模塊，它的特征是在上述陶瓷加熱器的表面上形成Al蒸涂層。
18.權利要求1記載的加熱器模塊，它的特征是當它在所定溫度以上時，使電流不流過上述發熱電路。
19.權利要求18記載的加熱器模塊，它的特征是上述發熱電路的一部分是由錫和鉛的合金形成的。
20.權利要求18記載的加熱器模塊，它的特征是在上述發熱電路和外部電源連接的端子是用由錫和鉛的合金形成的布線連接的。
21.光波導模塊，它的特征是它備有權利要求1～20中任何一項記載的加熱器模塊，和載置在上述加熱器模塊的上述陶瓷加熱器上的光波導元件。
22.權利要求21記載的光波導模塊，它的特征是在上述光波導元件和上述陶瓷加熱器之間，插入與上述光波導元件在室溫的熱膨脹率之差在3×10-6/℃以下的匹配部件。
23.權利要求22記載的光波導模塊，它的特征是上述匹配部件是由Fe-Ni合金形成的。
24.權利要求22記載的光波導模塊，它的特征是上述匹配部件是由Cu或Cu合金形成的。
25.權利要求21記載的光波導模塊，它的特征是用樹脂制成的粘合劑粘合上述陶瓷加熱器和上述光波導元件。
26.權利要求21記載的光波導模塊，它的特征是上述陶瓷加熱器的載置上述光波導元件的面比與該面對置的上述光波導元件的面有窄的面積。
27.權利要求26記載的光波導模塊，它的特征是在上述陶瓷加熱器的周圍，配置與上述光波導元件的在室溫的熱膨脹率之差在3×10-6/℃以下的匹配部件，上述匹配部件與上述光波導元件粘合。
28.權利要求27記載的光波導模塊，它的特征是上述匹配部件是由Fe-Ni合金形成的。
29.權利要求27記載的光波導模塊，它的特征是上述匹配部件是由Cu或Cu合金形成的。
30.權利要求21記載的光波導模塊，它的特征是它進一步備有收容上述光波導元件和上述陶瓷加熱器的殼體。
31.權利要求30記載的光波導模塊，它的特征是它備有支持上述陶瓷加熱器并且具有隔熱性的隔熱基板，上述殼體收容上述隔熱基板。
32.權利要求30記載的光波導模塊，它的特征是上述加熱器模塊兼作殼體一部分。
33.權利要求30記載的光波導模塊，它的特征是上述殼體以銅鎢，鈷，鐵，鎳，氧化鋁或氮化Al為主要成分。
34.權利要求30記載的光波導模塊，它的特征是上述殼體以樹脂或硅玻璃為主要成分。
35.權利要求30記載的光波導模塊，它的特征是在上述陶瓷加熱器的周圍具有熱傳導率在0.5W/mK以下隔熱層。
36.權利要求35記載的光波導模塊，它的特征是上述隔熱層是空氣層，它的厚度在0.01mm以上5mm以下。
37.權利要求30記載的光波導模塊，它的特征是上述殼體在內部具有從上述光波導元件的對置面向上述光波導元件延伸的隔離壁。
38.權利要求30記載的光波導模塊，它的特征是上述殼體備有與該殼體的內壁面隔開所定間隔配置的薄片。
39.權利要求30記載的光波導模塊，它的特征是將光纖夾緊在上述光波導元件上，上述光纖和上述光波導元件的夾緊位置在殼體的內部。
全文摘要
本發明的特征是在用于加熱光波導元件(2)的加熱器模塊(30)中，備有具有通過通電發熱的發熱電路(42)和層積在發熱電路上的AIN陶瓷層(44)的陶瓷加熱器(40)。
文檔編號H05B3/14GK1397024SQ01804177
公開日2003年2月12日 申請日期2001年1月19日 優先權日2000年1月28日
發明者廣瀨義幸, 富川唯司, 齋藤裕久, 田遠伸好, 夏原益弘, 仲田博彥, 齋藤真秀, 藤森直治 申請人:住友電氣工業株式會社