JP7151593B2 - 光導波路素子、及び光導波路デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光導波路素子及び光導波路デバイスに関する。

高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、導波路型の光変調器を組み込んだ光送信装置が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ_３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコン（Ｓｉ）、あるいはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体系材料を用いた変調素子に比べて、光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速／大容量光ファイバ通信システムに広く用いられている。

一方、光ファイバ通信システムにおける変調方式は、近年の伝送容量の増大化の流れを受け、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＤＰ－ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ － Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）等、多値変調や、多値変調に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流となっている。

近年のインターネットサービスの普及加速は通信トラフィックのより一層の増大を招き、光通信システムについての、継続的な高速大容量化の検討が今も進められている。その一方で、装置の小型化に対する要求は不変であり、光変調素子そのものの小型化が必要とされる。

光変調素子の小型化の一つの策として、例えば、リブ型導波路を用いた光変調素子（以下、リブ型光変調素子）が検討されている（例えば、特許文献１参照）。リブ型導波路は、ＬＮを用いた基板を薄く加工したあと、ドライエッチング等により所望のストライプ状部分（リブ）を残して他の部分を更に薄く（例えば、基板厚さ１０μｍ以下まで）加工することで、当該リブ部分の実効屈折率を他の部分より高めて光導波路としたものである。リブ型光変調素子では、Ｔｉ等の金属拡散を用いて作製された光導波路を用いる光変調素子に比べて、光の閉じ込め部分が上記リブ部分に限定されるため、光と電気との相互作用を効率的に発生させることができる。その結果、当該相互作用部分の長さを短くして、光変調素子の小型化を図ることが可能となる。

しかしながら、基板厚さが数十ミクロン程度まで薄く加工される結果、新たな問題が発生し得る。すなわち、光変調素子は、例えば当該光変調素子を収容する筺体の内部において、ワイヤボンディングやフリップチップボンディング等により、外部回路との接続を中継する中継基板やコネクタ等の電気部品と接続する必要がある。これに対し、上記リブ型光変調素子では、基板が数十ミクロン程度まで薄く加工される結果、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングなどの電気接続を行う際に、ワイヤボンダのキャピラリの先端あるいはハンダバンプから印加される圧力等により基板にヒビや割れが発生し得る。

すなわち、例えばリブ型光変調素子のような、薄い基板を用いる従来の光変調素子は、電気部品との接続不良等による製造歩留まりの低下等の問題が発生する可能性がある。

特開２０１１－７５９１７号公報

上記背景より、例えばリブ型光変調素子のような、薄く加工された基板を用いる光導波路素子において、電気接続の際の基板割れを防止して、接続不良や製造歩留まりの低下を防止することが望まれている。

本発明の一の態様によると、光導波路と導体パターンとが形成された光学基板と、前記光学基板を支持する支持基板と、を有する光導波路素子であって、前記導体パターンは、電気接続が行われる範囲として規定された少なくとも一つの電気接続エリアを含み、前記光学基板は、前記電気接続エリアに対応する部分において前記光学基板を貫通するように当該光学基板の素材が除去された基板除去部を有し、前記電気接続エリアの少なくとも一部は、前記基板除去部を介して前記支持基板に形成されている。
本発明の他の態様によると、前記光学基板の厚さは１０μｍ以下である。
本発明の他の態様によると、前記電気接続エリアは、前記導体パターンの一部として構成される矩形の電気接続パッドであり、前記導体パターンは、前記電気接続パッドにつながる線路部分を含み、前記電気接続パッドは、当該電気接続パッドの直近における前記線路部分の線路幅に対し、当該線路幅と同じ方向に測った幅が広く形成されており、前記電気接続パッドの少なくとも一部は前記基板除去部を介して前記支持基板に形成され、当該基板除去部は、前記光学基板の他の部分との境界が前記線路部分の下に形成されないように配されている。
本発明の他の態様によると、前記基板除去部は、少なくとも直径４０μｍの円を包含する大きさで形成されている。
本発明の他の態様によると、前記基板除去部は、前記光学基板の外縁に開口を有するよう形成されている。
本発明の他の態様によると、前記導体パターンは、前記基板除去部と前記光学基板の他の部分との境界に対応する部分において段差を有するように形成されている。
本発明の他の態様によると、少なくとも２つの前記電気接続エリアが、一つの前記基板除去部を介して前記支持基板に形成されている。
本発明の他の態様によると、前記導体パターンは、電気信号を伝搬する信号導体パターンと、接地電位に接続される接地導体パターンと、を含み、前記少なくとも２つの前記電気接続エリアは、少なくとも一つの前記信号導体パターンの前記電気接続エリアと、少なくとも一つの前記接地導体パターンの前記電気接続エリアと、を含む。
本発明の他の態様によると、前記基板除去部は、前記光学基板の他の部分との境界が、屈曲を含まない形状で形成されている。
本発明の他の態様によると、前記基板除去部は、当該基板除去部を介して視認可能な前記支持基板の範囲に、前記導体パターンが形成されていない部分を含むよう形成されている。
本発明の他の態様によると、前記電気接続エリアは、前記光学基板の外に配された導体を介して他の前記電気接続エリアに電気的に接続されている。
本発明の他の態様は、上記いずれかの光導波路素子と、当該光導波路素子を収容する筺体と、を有する光導波路デバイスである。

本発明によれば、例えばリブ型光変調素子のような、薄く加工された基板を用いる光導波路素子において、ワイヤボンディング等の基板に圧力を加える電気接続の際の基板割れを防止して、接続不良や製造歩留まり低下を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る光変調デバイスの構成を示す図である。 図１に示す光変調デバイスに用いられる光変調素子の構成を示す図である。 図２に示す光変調素子のＡ部の部分詳細図である。 図３に示す部分詳細図におけるａａ断面矢視図である。 図２に示す光変調素子のＢ部の部分詳細図である。 図５に示す部分詳細図におけるｂｂ断面矢視図である。 図２に示す光変調素子のＣ部の部分詳細図である。 図７に示す部分詳細図におけるｃｃ断面矢視図である。 図７に示す部分詳細図におけるｄｄ断面矢視図である。 電気接続エリアにフリップチップボンディングを行う場合の構成の一例を示す図である。 図１０に示す図のｅｅ断面矢視図である。 基板除去部の第１の変形例を示す図である。 基板除去部の第２の変形例を示す図である。 基板除去部の第３の変形例を示す図である。 導体パターンの第１の変形例を示す図である。 導体パターンの第２の変形例を示す図である。 本発明に係る光変調素子の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態に係る光導波路素子は、ＬＮ基板を用いて構成される光変調素子であるが、本発明に係る光導波路素子は、これには限られない。本発明は、ＬＮ基板以外にも電気光学効果や熱光学効果、音響光学効果をもつ基板を用いた電極を有している光導波路素子や、光変調以外の機能を有する光導波路素子にも、同様に適応することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る光導波路素子および光導波路デバイスの構成を示す図である。本実施形態では、光導波路素子はマッハツェンダ光導波路を用いて光変調を行う光変調素子１０２であり、光導波路デバイスは、当該光変調素子１０２を用いた光変調デバイス１００である。

光変調デバイス１００は、筺体１０４の内部に光変調素子１０２を収容する。なお、筺体１０４は、最終的にはその開口部に板体であるカバー（不図示）が固定されて、その内部が気密封止される。

光変調デバイス１００は、筺体１０４内に光を入力するための入力光ファイバ１０６と、光変調素子１０２により変調された光を筺体１０４の外部へ導く出力光ファイバ１０８と、を有する。

光変調デバイス１００は、また、光変調素子１０２に光変調動作を行わせるための高周波電気信号を外部から受信するためのコネクタ１１０と、当該コネクタ１１０が受信した高周波電気信号を光変調素子１０２の信号電極の一端へと中継するための中継基板１１２を備える。また、光変調デバイス１００は、光変調素子１０２の信号電極の他端に接続される、電気信号の反射を抑制するために所定のインピーダンスを有する終端器１１４を備える。ここで、光変調素子１０２の信号電極と、中継基板１１２及び終端器１１４と、の間は、例えば金属ワイヤ等のボンディングにより電気的に接続される。

また、光変調デバイス１００は、リードピン１１６および１１７と、中継基板１１８および１１５を備える。リードピン１１６は、光変調素子１０２に設けられた後述するバイアス電極である導体パターン２３０ｄ，２３０ｅへ、筺体１０４の外部から与えられるバイアス電圧を、中継基板１１８を介して入力する。また、リードピン１１７は、中継基板１１５を介して、光変調素子１０２に設けられた光検出器１１９において検出される信号を、筺体１０４の外部に設けられた電子回路へ出力する。ここで、光検出器１１９は、光変調素子１０２を構成するマッハツェンダ光導波路の出力導波路から分岐させた光を受信し、当該光変調素子１０２の出力光をモニタするための、例えばフォトダイオード（ＰＤ、Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）である。リードピン１１６、１１７は、例えばガラス端子である。

図２は、図１に示す光変調デバイス１００の筺体１０４に収容される光導波路素子である光変調素子１０２の構成を示す図である。

光変調素子１０２は、例えばＬＮで構成される光学基板２２０と、光学基板２２０を支持する支持基板２２２と、を有する。光学基板２２０上には、光導波路２２４（図示太線の点線）が形成されている。光導波路２２４は、例えば２本の並行導波路２２６ａ、２２６ｂを含むマッハツェンダ光導波路である。ここで、光学基板２２０は、本実施形態では厚さが１０μｍ以下まで薄く加工されており、光導波路２２４は、リブ型光導波路として構成されている。また、支持基板２２２は、その機械強度が、少なくとも上記薄く加工された光学基板２２０よりも堅牢となるように、光学基板２２０よりも厚く構成されている。また支持基板２２２は、リブ型光導波路構造が成り立つように、石英やサファイヤ、光学ガラス等の光学基板よりも屈折率の低い材料からなる基板、あるいはＳｉやＬＮなどの光学基板２２０と同じあるいはより高い屈折率を持つ基板の表面に、光学基板２２０よりも低屈折率の層（ＳｉＯ２等）が積層された基板が用いられる。

光学基板２２０上には、また、導体パターン２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅ、２３０ｆ、２３０ｇ（以下、総称して導体パターン２３０ともいう）が形成されている。導体パターン２３０は、光導波路２２４を伝搬する光波を制御する電極を構成する。具体的には、導体パターン２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、入力される高周波電気信号により並行導波路２２６ａ、２２６ｂの屈折率を当該高周波の電気波形に応じて変化させる信号電極である。導体パターン２３０ａは、電気信号を伝搬する信号導体パターンであり、導体パターン２３０ｂ、２３０ｃは、接地電位に接続される接地導体パターンである。

また、導体パターン２３０ｄ，２３０ｅは、入力される直流電圧により、上記信号電極による屈折率変化の動作点（基準点）を設定するバイアス電極である。また、導体パターン２３０ｆ，２３０ｇは、光検出器１１９の２つの電極に接続されている。

導体パターン２３０には、例えば金属ワイヤ２４２との電気接続が行われる範囲として予め規定された電気接続エリア２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄ、２４０ｅ、２４０ｆ、２４０ｇ、２４０ｈ、２４０ｊ、２４０ｋ、２４０ｍ、２４０ｎ、２４０ｐ、２４０ｑ、２４０ｒ、２４０ｓ、２４０ｔ、２４０ｕ、２４０ｖ、２４０ｗ、２４０ｙ１、２４０ｙ２、２４０ｚ１、２４０ｚ２、（以下、総称して電気接続エリア２４０ともいう）が設けられている。

例えば、電気接続エリア２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｙ１、２４０ｙ２、２４０ｚ１、２４０ｚ２は、それぞれ、導体パターン２３０ｄ、２３０ｅ、２３０ｆ、２３０ｇの一部を構成する矩形の導体として形成されたいわゆる電気接続パッド（以下、単にパッドともいう）である。また、電気接続エリア２４０ｃ、２４０ｄは、導体パターン２３０ａの図示上下の端部にそれぞれ設けられた矩形のパッド（図示点線矩形部分）であり、それぞれテーパ上に形成された遷移パターンを介して線路部分と接続されている。

また、例えば、電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｆ、２４０ｇ、２４０ｈ、２４０ｐ、２４０ｑ、２４０ｒ、２４０ｓは、パッドのような特定の形状をもった導体パターン部分として構成されたものではなく、幅広の導体パターン２３０ｂを構成する導体平面内に区画された円形の範囲として規定されている。同様に、電気接続エリア２４０ｊ、２４０ｋ、２４０ｍ、２４０ｎ、２４０ｔ、２４０ｕ、２４０ｖ、２４０ｗは、導体パターン２３０ｃを構成する導体平面内に区画された円形の範囲として規定されている。

特に、本実施形態に係る光変調素子１０２は、光学基板２２０の電気接続エリア２４０に対応する部分に、それぞれ、光学基板２２０を厚さ方向に貫通するように当該光学基板２２０の素材が除去された基板除去部２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄ、２５０ｇ、２５０ｈ、２５０ｍ、２５０ｎ、２５０ｐ、２５０ｑ、２５０ｒ、２５０ｓ、２５０ｔ、２５０ｕ、２５０ｖ、２５０ｗ、２５０ｙ１、２５０ｙ２、２５０ｚ１、２５０ｚ２（以下、総称して基板除去部２５０ともいう）が設けられている。

ここで、電気接続エリア２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｇ、２４０ｈ、２４０ｍ、２４０ｎ、２４０ｐ、２４０ｑ、２４０ｒ、２４０ｓ、２４０ｔ、２４０ｕ、２４０ｖ、２４０ｗ、２４０ｙ１、２４０ｙ２、２４０ｚ１、２４０ｚ２に対応する部分に、それぞれ基板除去部２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｇ、２５０ｈ、２５０ｍ、２５０ｎ、２５０ｐ、２５０ｑ、２５０ｒ、２５０ｓ、２５０ｔ、２５０ｕ、２５０ｖ、２５０ｗ、２５０ｙ１、２５０ｙ２、２５０ｚ１、２５０ｚ２が設けられている。また、光変調素子１０２の図示下側の辺に並べて配された電気接続エリア２４０ｃ、２４０ｅ、２４０ｊに対応する部分に、一つの基板除去部２５０ｃが設けられ、光変調素子１０２の図示上側の辺に並べて配された電気接続エリア２４０ｄ、２４０ｅ、２４０ｋに対応する部分に、一つの基板除去部２５０ｄが設けられている。

そして、電気接続エリア２４０のそれぞれは、その少なくとも一部が、対応する基板除去部２５０を介して支持基板２２２上に形成されている。

ここで、本実施形態では、電気接続エリア２４０は、それぞれ、ボールボンディングやウェッジボンディング等のワイヤボンディングにより金属ワイヤが接合される部分として設けられている。そして、基板除去部２５０のそれぞれは、平面視において、当該ワイヤボンディングにより形成されるワイヤ接合部の大きさ及び当該ワイヤボンディングの位置精度を考慮した大きさ（コンタクトサイズ）を包含する大きさで形成されている。本実施形態では、コンタクトサイズは直径４０μｍの円である。すなわち、基板除去部２５０のそれぞれは、平面視において少なくとも直径４０μｍの円を包含する大きさで形成されている。

なお、電気接続エリア２４０は、光学基板２２０外の電気部品（例えば中継基板１１２、１１８や、終端器１１４）と接続されるほか、光学基板２２０外に配された導体（例えば、金属ワイヤ２４２）を介して他の電気接続エリア２４０に電気的に接続され得る。例えば、図２に示す電気接続エリア２４０ｇと２４０ｍとの間、及び２４０ｈと２４０ｎとの間は、その例である。

上記の構成を有する光変調素子１０２は、光学基板２２０のうち電気接続エリア２４０に対応する部分に当該光学基板２２０を貫通するように基板除去部２５０が設けられ、且つ、電気接続エリア２４０の少なくとも一部が基板除去部２５０を介して支持基板２２２上に形成されている。このため、電気接続エリア２４０に対して例えば金属ワイヤをボンディング等する際に、ワイヤボンダのキャピラリにより電気接続エリア２４０に加えられる加圧力は、薄く加工された光学基板２２０には印加されず、基板除去部２５０を介して支持基板２２２に加えられることとなる。したがって、光変調素子１０２では、光学基板２２０上の導体パターン２３０との電気的接続を行う際の、当該光学基板２２０における割れの発生を防止して、接続不良や製造歩留まり低下を防止することができる。

図３は、図２に示す光変調素子１０２のＡ部の部分詳細図である。また、図４は、図３に示すＡ部におけるａａ断面矢視図である。電気接続エリア２４０ｇは、ボンディングの位置精度等を考慮して設定された上記コンタクトサイズ（直径４０μｍの円）以上の大きさで設けられている。基板除去部２５０ｇは、光学基板２２０を厚さ方向に貫通する貫通孔として設けられている。また、基板除去部２５０ｇは、平面視において電気接続エリア２４０ｇを包含する大きさで形成されており、したがって、少なくとも直径４０μｍの円を包含する大きさで形成されている。この基板除去部２５０ｇの範囲内において、導体パターン２３０ｂのうち電気接続エリア２４０ｇ及びその周辺が、支持基板２２２上に形成される。そして、支持基板２２２上に形成された電気接続エリア２４０ｇ内に、金属ワイヤ２４２が接合される。特に高周波信号が伝搬する導体パターンの近傍では、電気接続エリア２４０ｇ及びその周辺のパターンとが基板除去部による段差により分断されないように、光学基板２２０の厚さよりも厚い導体で形成されていることが好ましい。

図５は、図２に示す光変調素子１０２のＢ部の部分詳細図である。また、図５は、図６に示すＢ部におけるｂｂ断面矢視図である。上述したように、電気接続エリア２４０ａは、導体パターン２３０ｄの一部を構成する矩形の導体として形成されたいわゆるパッドである。基板除去部２５０ａは、上述した基板除去部２５０ｇと同様に光学基板２２０を厚さ方向に貫通する貫通孔として設けられており、且つ、平面視において少なくとも４０μｍの円を包含するサイズで形成されている。

この基板除去部２５０ａの範囲内において、電気接続エリア２４０ａの一部が、当該基板除去部２５０ａを介して支持基板２２２上に形成される。そして、電気接続エリア２４０ａのうち基板除去部２５０ａを介して支持基板２２２上に形成された部分に、金属ワイヤ２４２が接合される。

なお、基板除去部２５０ａは、電気接続エリア２４０ａを構成するパッドの大きさや、コンタクトサイズの大きさに依存して、当該パッドの全体、したがって電気接続エリア２４０ａの全体を包含するように形成されるものとすることもできる。この場合、電気接続エリア２４０ａは、その全体が基板除去部２５０ａを介して支持基板２２２上に形成される。

すなわち、電気接続エリア２４０は、当該電気接続エリア２４０のうちコンタクトサイズに相当する大きさの部分が支持基板２２２上に形成される限りにおいて、その少なくとも一部が基板除去部２５０を介して支持基板２２２上に形成されていればよい。

図７は、図２に示す光変調素子１０２のＣ部の部分詳細図である。また、図８および図９は、それぞれ、図７に示すＣ部におけるｃｃ断面矢視図およびｄｄ断面矢視図である。電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｊは、それぞれ、接地導体パターンである幅広の導体パターン２３０ｂ、２３０ｃを構成するそれぞれの導体平面内に区画された円形の範囲として規定されている。また、電気接続エリア２４０ｃは、信号導体パターンである導体パターン２３０ａの図示下側の端部に設けられた矩形のパッド（図７においては、右斜め線でハッチングされた矩形部分として示されている）として形成されている。これらの電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｃ、２４０ｊは、光学基板２２０の図示下側の外縁の近傍に図示左右方向に並べて配されている。

そして、これらの３つの電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｃ、２４０ｊに対し、一つの基板除去部２５０ｃが設けられている。すなわち、基板除去部２５０ｃは、複数の電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｃ、２４０ｊに対して設けられている点が、上述した基板除去部２５０ｇ、２５０ａと異なる。また、基板除去部２５０ｃは、上述した基板除去部２５０ｇ、２５０ａと同様に光学基板２２０を厚さ方向に貫通するように構成されているが、光学基板２２０の外縁に開口を持つ矩形の切り欠きとして構成されている点が、基板除去部２５０ｇ、２５０ａと異なる。

導体パターン２３０ｂ、２３０ｃを構成する導体平面内のそれぞれに円形で区画された電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｊは、それぞれ、上述した電気接続エリア２４０ｇと同様に、コンタクトサイズ（例えば直径４０μｍの円）以上の大きさで設けられている。基板除去部２５０ｃは、これらの電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｊを包含するように、したがって、これらの電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｊに含まれるコンタクトサイズのエリアを包含するように、形成されている。

信号導体パターンである導体パターン２３０ａは、その端部にパッドとして形成された電気接続エリア２４０ｃにつながる線路部分２３０ａ－１（図示左斜め線のハッチング部）を含む。また、電気接続エリア２４０ｃは、例えばその幅方向がテーパ状に変化する形状で設けられた遷移パターン２３０ａ－２を介して線路部分２３０ａ－１と接続されている。

また、上記パッドとして設けられた電気接続エリア２４０ｃは、当該電気接続エリア２４０ｃの直近における線路部分２３０ａ－１の線路幅Ｗ１に対し、当該線路幅と同じ方向に測った幅Ｗ２が広く形成されている。

そして、上記パッドである電気接続エリア２４０ｃの少なくとも一部は、基板除去部２５０ｃを介して支持基板２２２上に形成されている。そして、基板除去部２５０ｃは、光学基板２２０の他の部分との境界２５０ｃ－１が線路部分２３０ａ－１の下に形成されないように、例えば遷移パターン２３０ａ－２の下部に形成されるように、配されている。

光変調素子１０２の上記Ｃ部における構成では、複数の電気接続エリア２４０が一つの基板除去部２５０により支持基板２２２上に形成されるので、光学基板２２０に設けられる貫通孔や切り欠きの数を減らすことができる。このため、光学基板２２０の加工工程を単純化してコストを低減することができる。また、基板除去部２５０ｃは、その境界２５０ｃ－１が微細なパターンである線路部分２３０ａ－１の下部に形成されないので、線路部分２３０ａ－１の断線、形状不良等を防止することができる。

なお、上記Ｃ部においては、３つの電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｃ、２４０ｊに対して一つの基板除去部２５０ｃを設けるものとしたが、これには限られない。少なくとも２つの電気接続エリア２４０に対して一つの基板除去部２５０が設けられるものとし、当該一つの基板除去部を介して、上記少なくとも２つの電気接続エリア２４０のそれぞれの少なくとも一部が支持基板２２２上に形成されるものとすることができる。

また、一つの基板除去部２５０が設けられる上記少なくとも２つの電気接続エリア２４０は、上記Ｃ部と同様に、少なくとも一つの信号導体パターンである導体パターン２３０の電気接続エリア２４０と、少なくとも一つの接地導体パターンである導体パターン２３０の電気接続エリア２４０と、を含むものとすることができる。

この構成によれば、例えば、近接して並べて配置されやすい、信号線路を構成する信号導体パターン及び接地導体パターンの２つの電気接続エリアに対し、それぞれ個別に２つの基板除去部２５０を隣接して設ける場合に発生し得る、当該２つの基板除去部２５０間での光学基板２２０の割れや欠けを防止することができる。

なお、本実施形態では、電気接続エリア２４０には金属ワイヤ２４２が接続されるのものとしたが、これには限られない。電気接続エリア２４０は、例えばフリップチップボンディングによりハンダバンプを介した接続が行われるものとすることができる。図１０は、電気接続エリア２４０に対してそのようなフリップチップボンディングによる接続を行う場合の構成の一例を示す図である。図１０は、電気接続エリア２４０ｅ、２４０ｃ、２４０ｊとの接続部分を示す図７のＣ部詳細図に相当する図である。なお、図１０において、図７と同じ構成要素については、図７における符号と同じ符号を用いて示している。

図示の例では、中継基板１１２に代えて、フリップチップボンディングを行うよう構成された中継基板１１２´が用いられている。図１１は、図１０におけるｅｅ断面矢視図である。中継基板１１２´は、当該中継基板１１２´の裏面（図１１における図示下側の面）に設けられた電極（不図示）と、例えば電極接続エリア２４０ｊとの間が、ハンダバンプ２４３を介して接続されている。本構成では、フリップチップボンディングに際して、ハンダバンプ２４３を介して中継基板１１２´から印加される圧力は、光学基板２２０に印加されることなく支持基板２２２に印加されるので、上述した金属ワイヤ２４２による接続を行う場合と同様に、光学基板２２０の割れ等の損傷の発生を防止して、接続不良や製造歩留まり低下を防止することができる。

また、基板除去部の形状、すなわち、基板除去部と光学基板２２０の他の部分との境界の形状は、図２、３、５、７に記載の矩形形状には限られない。図１２、図１３は、基板除去部２５０の第１及び第２の変形例を示した図である。図１２、図１３は、図２のＡ部を示した図３に相当する図である。

図１２に示す基板除去部１０５０ｇは、基板除去部２５０ｇと同様の構成を有するが、矩形形状の四隅の屈曲部が曲線となっている点が基板除去部２５０ｇと異なる。また、図１３に示す、基板除去部１１５０ｇは、基板除去部２５０ｇと同様の構成を有するが、矩形に代えて、円形に構成されている点が基板除去部２５０ｇと異なる。これらの基板除去部１０５０ｇ、１１５０ｇは、上記境界が、加工歪や製造プロセス内の温度変動、使用環境温度の変動に伴って発生する応力が集中しやすい屈曲を含まない形状（角を含まない連続した曲率を有する形状）で形成されているので、光学基板２２０の製造プロセス中の除去部での光学基板のヒビ発生の防止や機械的な安定性を向上することができる。なお、基板除去部の形状は、これらに限らず、例えば楕円形や多角形で構成されるものとすることもできる。

また、基板除去部は、当該基板除去部を介して視認可能な支持基板２２２上の範囲に、導体パターン２３０が形成されていない支持基板２２２の部分を含むよう形成されるものとすることができる。図１４は、基板除去部２５０のそのような第３の変形例を示す図である。図１４は、図２のＢ部を示した図５に相当する図である。図１４に示す基板除去部１２５０ａは、基板除去部２５０ａと同様の構成を有するが、図示横方向の幅が、電気接続エリア２４０ａの幅を超えて広がり、基板除去部１２５０ａを介して視認可能な支持基板２２２上の範囲に、電気接続エリア２４０ａが形成されていない部分を含んでいる。

これにより、電気接続エリア２４０ａに電気接続を行う際、例えば金属ワイヤ２４２をボンディングする際に、基板除去部２５０ａの位置を視認することができるので、当該電気接続を基板除去部２５０ａ内の電気接続エリア２４０ａの部分の位置に、上記電気接続を精度よく行うことができる。

また、上述の実施形態を示した図４、６、８、９では、基板除去部２５０の上部に形成される導体パターン２３０の上面が平坦であるものとしたが、これには限られない。導体パターン２３０は、基板除去部と光学基板２２０の他の部分との境界に対応する部分おいて段差を有するように形成されるものとすることができる。

図１５及び図１６は、導体パターン２３０のそのような第１および第２の変形例を示す図である。図１５、図１６に示す導体パターン１３３０ａ、１４３０ａは、導体パターン２３０ａと同様の構成を有するが、基板除去部２５０ａの図示左右の境界の位置に対応する部分であるそれぞれ２つの境界部１３３２、１４３２（いずれも図示点線楕円内）において、段差を有するように構成されている点が異なる。ここで、境界部１３３２は、当該段差が図１５に示す断面視において屈曲部を有するのに対し、境界部１４３２は、上記段差が、図１６に示す断面視において曲線で構成されている。

図１５及び図１６に示すような導体パターン１３３０ａ，１４３０ａは、基板除去部２５０の境界に対応する部分に段差を有するので、電気接続エリア２４０ａに電気接続を行う際、例えば金属ワイヤ２４２をボンディングする際に、導体パターン１３３０ａ、１４３０ａの上記境界部１３３２、１４３２に形成された段差をたよりに、基板除去部２５０ａの位置を視認することができる。このため、当該電気接続を基板除去部２５０ａ内の電気接続エリア２４０ａの部分の位置に精度よく行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態およびその変形例の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

例えば、本実施形態では、光導波路素子として、ＬＮ基板である光学基板２２０上に一対の並行導波路２２６ａ、２２６ｂを含む単一のマッハツェンダ光導波路を構成する光導波路２２４が形成された光変調素子１０２を示したが、本発明が適用される光導波路素子は、これには限られない。

光導波路素子は、電気接続の際に割れ等の機械的破壊が発生し得る程度に薄く構成された、ＬＮ以外の材料を光学基板として用いるものであってもよい。

また、本発明に係る基板除去部が形成される光導波路素子は、本実施形態のように、ＬＮ基板を光学基板として用いたものであって、より複雑な構成の光導波路が形成された光導波路素子であってもよい。例えば、光導波路素子は、図１７に示すような、いわゆるネスト型マッハツェンダ光導波路を２つ用いて構成されるＤＰ－ＱＰＳＫ変調を行う光変調素子１５０２であるものとすることができる。

この光変調素子１５０２は、例えば、光学基板２２０と同様のＬＮ基板である光学基板１５２０と、当該光学基板１５２０に接合された支持基板２２２とで構成されている。光学基板１５２０には、光導波路１５２４が形成されている。ここで、光導波路１５２４は、２つのいわゆるネスト型マッハツェンダ光導波路で構成されており、２つのネスト型マッハツェンダ光導波路が構成する、それぞれ４本の並行導波路で構成される２つの並行導波路群１５２６ａ、１５２６ｂを含む。

また、光学基板１５２０には、導体パターン１５３０ａ、１５３０ｂ、１５３０ｃ、１５３０ｄ、１５３０ｅ、１５３０ｆ（以下、総称して導体パターン１５３０という）が形成されている。ここで、導体パターン１５３０ａ、１５３０ｂは、並行導波路群１５２６ａ、１５２６ｂを伝搬する光波をそれぞれ制御する信号電極であり、導体パターン１５３０ｃ、１５３０ｄ、１５３０ｅ、１５３０ｆは、バイアス電極である。

そして、上述した実施形態に係る光導波路素子である光変調素子１０２の導体パターン２３０と同様に、導体パターン１５３０は、例えば金属ワイヤ２４２による電気接続が行われる範囲として規定された少なくとも一つの電気接続エリアを含む。ここで、上記金属ワイヤ２４２による電気接続の部分は、図１７においては、金属ワイヤ２４２の端部の黒丸で示されている。また、図１７においては、冗長な記載を避けて理解を容易にするため、金属ワイヤのすべてには符号２４２を付していない。符号２４２が付された図形と同じ図形は金属ワイヤ２４２を示すものであり、光学基板１５２０上に示された、それぞれの金属ワイヤの端部の黒丸は、電気接続エリアが規定される部分であるものと理解されたい。

そして、光変調素子１５０２は、光変調素子１０２と同様に、光学基板１５２０が、電気接続エリアに対応する部分において光学基板１５２０を貫通するように光学基板の素材が除去された基板除去部を有し、電気接続エリアの少なくとも一部は、基板除去部を介して支持基板２２２上に形成されているものとすることができる。

なお、図１７に示す光変調素子１５０２では、図示左方から光導波路１５２４に入射された光は、それぞれＱＰＳＫ変調された２つの出力光として図示右方から出力される。この２つの出力光は、従来技術に従い適切な空間光学系により偏波合成されて一つの光ビームにまとめられ、例えば光ファイバに結合されて伝送路光ファイバへと導かれる。

また、上述した実施形態においては、電気接続エリア２４０に用いる電気接続は、金属ワイヤとの電気的接続であるものとしたが、これには限られない。上記電気接続は、例えば、種類に応じて、金属ワイヤ以外の導体ワイヤ、金属リボンを含む導体リボン、またはフリップチップボンディングにおけるハンダバンプとの接続であるものとすることができる。それらの接続では、ワイヤを用いた場合よりも接続に強い圧力が必要となるため、本願の構成がより好適に適用できる。

また、上述した実施形態においては、コンタクトサイズを直径４０μｍの円であるものとしたが、これには限られない。コンタクトサイズは、電気接続エリア２４０に用いる電気接続の種類に応じて他の大きさ又は他の形状とすることができる。

以上、説明したように、本実施形態に示す光導波路素子である光変調素子１０２は、光導波路２２４と導体パターン２３０とが形成された光学基板２２０と、光学基板２２０を支持する支持基板２２２と、を有する。導体パターン２３０は、電気接続が行われる範囲として規定された少なくとも一つの電気接続エリア２４０を含む。また、光学基板２２０は、電気接続エリア２４０に対応する部分において光学基板２２０を貫通するように当該光学基板２２０の素材が除去された基板除去部２５０を有する。そして、電気接続エリア２４０の少なくとも一部は、基板除去部２５０を介して支持基板２２２上に形成されている。

この構成によれば、電気接続エリア２４０に対して例えば金属ワイヤ２４２をボンディング等する際には、ワイヤボンダのキャピラリにより電気接続エリア２４０に加えられる加圧力は、薄く加工された光学基板２２０には印加されず、基板除去部２５０を介して支持基板２２２に加えられることとなる。したがって、光変調素子１０２では、光学基板２２０上の導体パターン２３０との電気的接続を行う際の、当該光学基板２２０における割れの発生を防止して、接続不良や製造歩留まり低下を防止することができる。

また、光変調素子１０２では、光学基板２２０の厚さは１０μｍ以下である。この構成によれば、例えば薄く加工された光学基板２２０上に形成されたリブ型光導波路により構成される光導波路素子において、光学基板２２０における割れの発生を防止して、接続不良や製造歩留まり低下を防止することができる。尚、これまでの説明では光学基板の厚さが１０μｍ以下として説明したが、５μｍ以下の場合はより上記の効果を奏することができ、更に２μｍ以下の場合は更に効果を奏することができる。

また、光変調素子１０２では、例えば電気接続エリア２４０ｃは、導体パターン２３０ａの一部として構成される矩形の電気接続パッドであり、導体パターン２３０ａは、電気接続パッドである電気接続エリア２４０ｃにつながる線路部分２３０ａ－１を含む。電気接続パッドである電気接続エリア２４０ｃは、その直近における線路部分２３０ａ－１の線路幅Ｗ１に対し、当該線路幅Ｗ１と同じ方向に測った幅Ｗ２が広く形成されている。そして、電気接続パッドである電気接続エリア２４０ｃの少なくとも一部は、基板除去部２５０ｃを介して支持基板２２２上に形成される。また、基板除去部２５０ｃは、光学基板２２０の他の部分との境界２５０ｃ－１が線路部分２３０ａ－１の下に形成されないように配されている。

この構成によれば、線路部分２３０ａ－１の断線等の発生を防止することができる。

また、光変調素子１０２では、基板除去部２５０は、少なくとも直径４０μｍの円を包含する大きさで形成されている。この構成によれば、電気接続エリア２４０に対しワイヤボンディングにより電気接続を行う場合にも、ワイヤボンダのキャピラリによる光学基板２２０への加圧を効果的に回避することができる。

また、光変調素子１０２では、例えば基板除去部２５０ｃは、光学基板２２０の外縁に開口を有するよう形成されている。この構成によれば、割れや欠けが発生しやすい光学基板２２０の外縁部の構造を単純化して、当該外縁部における機械強度を確保することができる。

また、光変調素子１０２では、導体パターンとして、基板除去部２５０と光学基板２２０の他の部分との境界に対応する境界部１３３２、１４３２部分において段差を有する導体パターン１３３０ａ、１４３０ａを用いることができる。この構成によれば、電気接続エリア２４０ａに電気接続を行う際、例えば金属ワイヤ２４２をボンディングする際に、導体パターン２３０の上記境界部に形成された段差をたよりに、基板除去部２５０ａの位置を視認することができるので、当該電気接続を基板除去部２５０ａ内の電気接続エリア２４０ａの部分の位置に、上記電気接続を精度よく行うことができる。

また、光変調素子１０２では、少なくとも２つの電気接続エリア２４０が、一つの基板除去部２５０を介して支持基板２２２上に形成され得る。この構成によれば、光学基板２２０に設ける基板除去部２５０の数を減らして、光学基板２２０の加工工程を単純化してコストを低減することができる。

また、光変調素子１０２では、導体パターン２３０は、電気信号を伝搬する信号導体パターンである例えば導体パターン２３０ａと、接地電位に接続される接地導体パターンである例えば導体パターン２３０ｂ、２３０ｃと、を含む。そして、上記少なくとも２つの電気接続エリア２４０は、少なくとも一つの信号導体パターンの電気接続エリア（たとえば、電気接続エリア２４０ｃ）と、少なくとも一つの接地導体パターンの電気接続エリア（たとえば、電気接続エリア２４０ｅ及び又は２４０ｊ）と、を含み得る。

この構成によれば、近接して並べて配置されやすい、信号線路を構成する信号導体パターン及び接地導体パターンの２つの電気接続エリアに対し、それぞれ個別に２つの基板除去部２５０を隣接して設ける場合に発生し得る、当該２つの基板除去部２５０間の光学基板２２０の部分の割れや欠けを防止することができる。

また、光変調素子１０２では、基板除去部２５０は、光学基板２２０の他の部分との境界が、屈曲を含まない形状で形成され得る。この構成によれば、基板除去部は、その境界が、加工歪や環境温度の変動に伴って発生する応力が集中しやすい屈曲を含まないので、光学基板２２０の機械的な安定性を向上することができる。

また、光変調素子１０２では、基板除去部２５０は、当該基板除去部２５０を介して視認可能な支持基板２２２上の範囲に、導体パターン２３０が形成されていない部分を含むよう形成され得る。この構成によれば、電気接続エリア２４０ａに電気接続を行う際、例えば金属ワイヤ２４２をボンディングする際に、基板除去部２５０ａの位置を視認することができるので、当該電気接続を基板除去部２５０ａ内の電気接続エリア２４０ａの部分の位置に、精度よく行うことができる。

また、光変調素子１０２では、電気接続エリア２４０は、光学基板２２０外に配された導体である例えば金属ワイヤ２４２を介して、他の電気接続エリア２４０に電気的に接続されている。この構成によれば、光学基板２２０の破損を心配することなく、光学基板２２０内での導体パターン２３０間の電気的接続を自由に行うことができるので、光変調素子１０２の設計自由度を向上することができる。

また、光変調素子１０２では、電気接続エリア２４０には、金属ワイヤ２４２等の導体ワイヤのほか、導体リボン、またはハンダバンプが接続され得る。この構成によれば、光学基板２２０の破損を防止しつつ、種々の導体を用いて導体パターン２３０に対する電気接続を行うことができる。

また、本実施形態に係る光導波路デバイスである光変調デバイス１００は、上記いずれかの光導波路素子である光変調素子１０２と、当該光変調素子を収容する筺体と、を有する。この構成によれば、光学基板２２０の破損発生の確率を低減して製造歩留まりの良い電気接続を行い得るので、安価で信頼性の高い光導波路デバイスを安定的に生産することが可能となる。

１００…光変調デバイス、１０２、１５０２…光変調素子、１０４…筺体、１０６…入力光ファイバ、１０８…出力光ファイバ、１１０…コネクタ、１１２、１１２´、１１５、１１８、１５１２ａ、１５１２ｂ、１５１８ａ、１５１８ｂ、１５１８ｃ、１５１８ｄ…中継基板、１１４、１５１４ａ、１５１４ｂ…終端器、１１６、１１７…リードピン、１１９…光検出器、２２０、１５２０…光学基板、２２２…支持基板、２２４、１５２４…光導波路、２２６ａ、２２６ｂ…並行導波路、２３０、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅ、１３３０ａ、１４３０ａ、１５３０ａ、１５３０ｂ、１５３０ｃ、１５３０ｄ、１５３０ｅ、１５３０ｆ…導体パターン、２３０ａ－１…線路部分、２３０ａ－２…遷移パターン、２４０、２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄ、２４０ｅ、２４０ｆ、２４０ｇ、２４０ｈ、２４０ｊ、２４０ｋ、２４０ｍ、２４０ｎ、２４０ｐ、２４０ｑ、２４０ｒ、２４０ｓ、２４０ｔ、２４０ｕ、２４０ｖ、２４０ｗ、２４０ｙ１、２４０ｙ２、２４０ｚ１、２４０ｚ２…電気接続エリア、２４２…金属ワイヤ、２４３…ハンダバンプ、２５０、２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄ、２５０ｇ、２５０ｈ、２５０ｍ、２５０ｎ、２５０ｐ、２５０ｑ、２５０ｒ、２５０ｓ、２５０ｔ、２５０ｕ、２５０ｖ、２５０ｗ、２５０ｙ１、２５０ｙ２、２５０ｚ１、２５０ｚ２、１０５０ｇ、１１５０ｇ、１２５０ａ…基板除去部、２５０ｃ－１…境界、１３３２、１４３２…境界部、１５２６ａ、１５２６ｂ…並行導波路群。

Claims (12)

1. 光導波路と導体パターンとが形成された光学基板と、
   前記光学基板を支持する支持基板と、
   を有する光導波路素子であって、
   前記導体パターンは、電気接続が行われる範囲として規定された少なくとも一つの電気接続エリアを含み、
   前記光学基板は、前記電気接続エリアに対応する部分において前記光学基板を貫通するように当該光学基板の素材が除去された基板除去部を有し、
   前記電気接続エリアの少なくとも一部は、前記基板除去部を介して前記支持基板に形成されている、
   光導波路素子。
2. 前記光学基板の厚さは１０μｍ以下である、
   請求項１に記載の光導波路素子。
3. 前記電気接続エリアは、前記導体パターンの一部として構成される矩形の電気接続パッドであり、
   前記導体パターンは、前記電気接続パッドにつながる線路部分を含み、
   前記電気接続パッドは、当該電気接続パッドの直近における前記線路部分の線路幅に対し、当該線路幅と同じ方向に測った幅が広く形成されており、
   前記電気接続パッドの少なくとも一部は前記基板除去部を介して前記支持基板に形成され、当該基板除去部は、前記光学基板の他の部分との境界が前記線路部分の下に形成されないように配されている、
   請求項１または２に記載の光導波路素子。
4. 前記基板除去部は、少なくとも直径４０μｍの円を包含する大きさで形成されている、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光導波路素子。
5. 前記基板除去部は、前記光学基板の外縁に開口を有するよう形成されている、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光導波路素子。
6. 前記導体パターンは、前記基板除去部と前記光学基板の他の部分との境界に対応する部分において段差を有するように形成されている、
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光導波路素子。
7. 少なくとも２つの前記電気接続エリアが、一つの前記基板除去部を介して前記支持基板に形成されている、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光導波路素子。
8. 前記導体パターンは、電気信号を伝搬する信号導体パターンと、接地電位に接続される接地導体パターンと、を含み、
   前記少なくとも２つの前記電気接続エリアは、少なくとも一つの前記信号導体パターンの前記電気接続エリアと、少なくとも一つの前記接地導体パターンの前記電気接続エリアと、を含む、
   請求項７に記載の光導波路素子。
9. 前記基板除去部は、前記光学基板の他の部分との境界が、屈曲を含まない形状で形成されている、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光導波路素子。
10. 前記基板除去部は、当該基板除去部を介して視認可能な前記支持基板の範囲に、前記導体パターンが形成されていない部分を含むよう形成されている、
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子。
11. 前記電気接続エリアは、前記光学基板の外に配された導体を介して他の前記電気接続エリアに電気的に接続されている、
    請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の光導波路素子。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
    当該光導波路素子を収容する筺体と、
    を有する光導波路デバイス。
    

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