专利名称：具有细线状电阻器的电阻发热体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通以电流产生焦耳热的电阻发热体，特别是不改变细线状的电阻器的形状，可以任意调整表观的(即，从外部看的)电阻值的电阻发热体。
背景技术：
通过在薄膜电阻器中通以电流而产生焦耳热的“电阻发热体”，被广泛用于各个领域，其中之一有形成于硅等的半导体材料上及电路基板上的微小尺寸的电阻发热体。对于此种电阻发热体，为了解决起因于微小尺寸的问题下了很多的功夫。例如，可参照特开昭58-134764号公报、特开平3-164270号公报、特开昭61-219666号公报、特许第2811209号公报等。有关这些电阻发热体的技术，通常其目的是为了加温某特定的微小区域(数μm见方左右)，或者为了加热所搭载的半导体元件，加热从数mm见方到数cm见方的比较大的面积的区域而使用。
在加热正方形或纵横比较小、接近正方形的长方形区域的时候，对于在该区域内的电阻发热体的形状没有什么限制。因此，在该区域内为了能够实现所希望的温度分布，通过设定电阻发热体的形状，容易实现所期望的目的。另外，对于电阻发热体所具有的电阻值，如在特开昭58-134764号公报所公开的那样，由于可以在片状电阻发热体上开多个孔，所以通过调整其孔的大小和数量，也容易得到所希望的电阻值。
这样，对于用于加热正方形区域或接近正方形区域的长方形区域的电阻发热体，对于其形成的温度分布和电阻发热体自身的电阻值，也可以通过调整电阻发热体的形状来应对。
另外，电阻发热体具有的电阻值是决定设置在外部的电阻发热体驱动电路的最大电压值等必需能力的重要的值。由于电阻值大时对于驱动电路需要非常大的电压，所以考虑到用于温度调整等的控制电路(通常由半导体构成)的电源电压(5～12V左右)时，就产生在两电路不能共用电源等的问题。因此，需要调整电阻发热体具有的电阻值。
另一方面，在光通信领域中使用的“热光移相器”等光学元件也包含电阻发热体(例如，参照特开平6-34926号公报)。被内装于此种光学元件的电阻发热体中的电阻器，相对于其宽度从数μm到数十μm左右，其长度为2～5mm左右，与其宽度相比则长度非常长。即，在被用于此种光学元件的电阻发热体中，与上述情况不同，电阻器为微细的细线状(微细的条状)。这是因为，例如对于热光移相器而言，其光波导路部分，由于其宽度为5μm、其长度为2～5mm以上的细线状，所以在仅选择性地加热这样的形状的光波导路部分用的电阻发热体中，需要电阻器也是同样的细线状。
这时，由于呈细线状的电阻器的宽仅为数μm左右，所以采用通过如上述的情形对电阻器其自身的形状下功夫来任意设定其电阻值的手法是困难的。因为如要实现那样的电阻器的形状需要非常微细的加工。
另外，基于在热光移相器的形成中使用的半导体处理过程中的理由，电阻器通常仅能够为数百nm左右的膜。因此，对于细线状电阻器的厚度也有限制。对于形成细线状电阻器用的材料，考虑到与形成光波导路部分的玻璃材料的粘合性以及加工性、稳定性等，选择范围不那么宽。
如上所述，对于用于热光移相器的光学元件中的电阻发热体，由于电阻器的形状应该是细线状的限制，通过对电阻器自身的形状下功夫来制作具有所希望的电阻值特性的加热元件(特别是具有低电阻值的加热元件)是非常困难的。并且，由于其制法和材料上的限制，则根据需要调整电阻发热体的厚度或改变根据需要而使用的材料的应对也并不容易。
作为与本发明相关的其它以往技术，有如下的情形。
在特开平2001-301219号公报中，公开有使用细线状电阻器的热印头。该热印头如在发明1中记述的那样，“一种具有呈线状的电阻器、电源线、接地线的同时还装载有集成电路装置，该集成电路装置内装有多个具有通过上述电阻器连接到上述电源线上的第1电极和连接到接地线上的第2电极的晶体管，通过导通上述晶体管而在上述电阻器中流动的电流，使上述电阻器发热，其特征在于，上述集成电路装置具有多个将上述第2电极连接到接地线上的焊接点”。并且，通过这样的构成，实现“能够尽量缩短将晶体管的第2电极连接到焊接点上的配线，相应地减小配线电阻，并可减小各晶体管间的配线电阻的偏差。其结果，可降低无谓的电力消耗，在便携式的热印头中延长电池寿命。同时，由于能够减小配线电阻带来的电压下降，也能够使用输出电压低的电池电源进行驱动。进而，由于可以减小各晶体管间的配线电阻的偏差，也可改善电阻器部分的发热的偏差，所以也可提高由热印头形成的图像的质量”。
在公开于特开平2001-301219号公报中的热印头中，上述电阻器和上述电源线，通过隔开间隔而配置的多根配线相互连接，同时，上述晶体管的各第1电极通过配线连接到上述电阻器上。上述晶体管的上述第1电极和上述第2电极，例如，分别意味着MOS晶体管的漏极和源极。接通上述集成电路装置内的一个晶体管时，通过上述电阻器从上述电源线向上述接地线向该晶体管通以电流。该电流，由于通过连接上述电源线和上述电阻器的2根配线和由这两根配线夹住的上述电阻器的部分而流动，所以能够仅选择地使该电阻器的特定部分发热。
进而，在特开平2002-008901号公报中，公开有薄膜电阻器、混合IC和MMIC(微波单片集成电路)。此薄膜电阻器是“使连接到薄膜电阻的第1电极和第2电极相对于这2电极相对的方向分别形成为细长的凹凸形状，使上述第1电极的凹凸形状的电极片的侧边和上述第2电极的凹凸形状的电极片的侧边为规定的间隔，进而，在相互相对的上述侧边间分别形成薄膜电阻”的电阻器。即，该电阻器，在使上述第1电极的前端部为梳状地形成凹凸状的电极片的同时，使上述第2电极的前端部为梳状地形成凹凸状的电极片，在上述第1电极的梳状电极片之间的间隙分别插入上述第2电极的梳状电极片，相互扣合两电极片的构造。并且，在扣合的梳状电极片中的各电极片之间的间隙分离配置薄膜电阻。
根据这样的构成可达到“该薄膜电阻器的全体形状可以形成为近似于线路宽度的尺寸，其结果，在薄膜电阻器的形成部位也能够以规定的特性阻抗形成薄膜电阻”。
在最重视电阻发热体的动作稳定性和可靠性的时候，对电阻器常用的材料是氮化钽(TaN)。TaN由于在稳定成膜区域的电阻率通常大至200～300μΩ·cm左右，所以作为半导体电路用的薄膜热源使用时的电阻值变得相当高。例如，在将TaN膜加工成厚度200nm、宽度10μm、长度2mm的细线状的时候，其电阻值为2～3kΩ。使用具有这样的电阻值的TaN制的细线状电阻器要得到300mW的发热，对该细线状电阻器的驱动所需要的电源电压为17～30V这样非常大的值。
因此，即使要使用TaN制的细线状电阻器制作小型且控制性好的发热元件，由于会产生驱动电源大型化的问题，所以不可能实现。此点对于具有与TaN同样的比较大的电阻率的氮化钛(TiN)也同样成立。
发明内容
在这里，本发明的目的在于提供即使在将如氮化钽及氮化钛那样电阻率比较大的材料用于电阻器的时候，也可以得到比由该材料得到的电阻值低的表观电阻值(从外部看的该电阻发热体的电阻值)的具有细线状电阻器的电阻发热体，和具有该电阻发热体的热光移相器。
本发明的另一个目的在于提供能够容易地将表观电阻值调整到任意的值的具有细线状电阻器的电阻发热体，和具有该电阻发热体的热光移相器。
本发明的另一个目的在于提供可以通过简便的电子电路控制发热量的具有细线状电阻器的电阻发热体，和具有该电阻发热体的热光移相器。
另外也公开有如下的技术在于上述的特开平2001-301219号公报中公开的热印头中，通过由连接上述电源线和细线状的上述电阻器的2根配线夹住的上述电阻器的部分通以电流，基于此仅有选择地使该电阻器的特定部分发热，但在该技术中，不能够达到“即使在将如氮化钽及氮化钛那样电阻率比较大的材料用于电阻器的时候，也可以得到比由该材料得到的电阻值低的表观电阻值”这样的本发明的目的。因此，是与本发明的电阻发热体明显不同的发明。
另外，在上述的特开平2002-008901号公报中公开的薄膜电阻器，由于其形态不是细线状，所以不能说成是本发明那样的“具有细线状电阻器的电阻发热体”。另外，要解决的课题(目的)是，“与线路宽度相比大幅地扩大上述第1电极和上述第2电极时，在作为传输线路看时，与规定的特性阻抗(例如50Ω)偏离，产生不匹配而不能够期待得到所希望的动作”，由于其效果是“该薄膜电阻器的全体形状可以形成为近似于线路宽的尺寸，其结果，即使在薄膜电阻的形成部位也能够以规定的特性阻抗形成薄膜电阻”，所以在这些方面与本发明的电阻发热体明显不同。
在这里没有明确记述的本发明的其它目的由以下的说明和附图可以清楚得知。
(1)本发明的电阻发热体，具有细线状的电阻器、在上述电阻器的单侧沿该电阻器配置的第1电极、和在与上述电阻器的上述第1电极相反的一侧沿该电阻器配置的第2电极，上述第1电极通过沿上述电阻器隔开间隔而配置的多个分支部，在多个第1连接点连接到上述电阻器上，上述第2电极通过沿上述电阻器隔开间隔而配置的多个分支部，在多个第2连接点连接到上述电阻器上，上述第2连接点的各点，分别相对于上述第1连接点，位于在上述电阻器的长度方向上错开的位置，处于上述第1连接点的一个和与该第1连接点邻接的上述第2连接点之间的上述电阻器的部分，作为该电阻器的有效区域而起作用。
(2)在本发明的电阻发热体中，在细线状的电阻器的单侧设置沿该电阻器配置的第1电极，并在与上述电阻器的上述第1电极相反的一侧设置沿该电阻器配置的第2电极。上述第1电极通过沿上述电阻器隔开间隔而配置的多个分支部，在多个第1连接点连接到上述电阻器上，上述第2电极通过沿上述电阻器隔开间隔而配置的多个分支部，在多个第2连接点连接到上述电阻器上。并且，上述第2连接点的各点分别相对上述第1连接点，位于在上述电阻器的长度方向上错开的位置，处于上述第1连接点的一个和与该第1连接点邻接的上述第2连接点之间的上述电阻器的各个部分，作为该电阻器的有效区域而起作用。
(3)在本发明的电阻发热体的理想例中，上述第1连接点和上述第2连接点交替地配置在上述电阻器的长度方向上。
(4)本发明的热光移相器具有光波导路、和用于加热上述光波导路而设置的如上述(1)～(3)中任一项所述的上述电阻发热体，上述电阻发热体的上述电阻器沿上述光波导路进行配置。
(5)在本发明的热光移相器中，具有用于加热光波导路而设置的如上述(1)～(3)中任一项所述的上述电阻发热体，上述电阻发热体的上述电阻器沿上述光波导路进行配置。
图1A是表示本发明的第1实施例的电阻发热体的俯视图。
图1B是图1A的等效电路图。
图2A是表示本发明的第2实施例的电阻发热体的俯视图。
图2B是图2A的等效电路图。
图3A是表示本发明的第3实施例的电阻发热体的俯视图。
图3B是图3A的等效电路图。
图4A是表示本发明的第4实施例的电阻发热体的俯视图。
图4B是图4A的等效电路图。
图5A～图5E是对本发明的第4实施例的电阻发热体的制造方法按其工序顺序表示的主要部分的概略剖视图。
图6是表示本发明的第5实施例的热光移相器的构成的俯视图。
图7A是表示以往的电阻发热体的俯视图。
图7B是图7A的等效电路图。
具体实施例方式
以下，对本发明的电阻发热体进行说明。
根据本发明，细线状的上述电阻器通过上述第1连接点和上述第2连接点，分割成多个上述有效区域和其以外的非有效区域。多个上述有效区域，由于相对于上述第1电极和上述第2电极并列地连接，所以即使在将氮化钽及氮化钛那样电阻率比较大的材料用于上述电阻器的时候，也可以得到比由该材料得到的电阻值低的表观电阻值(从外部看的该电阻发热体的电阻值)。其结果，通过简便的电子电路即可以控制该电阻发热体的发热量。
另外，通过改变上述第1电极的分支的数量和位置或上述第2电极的分支的数量和位置，由于能够改变上述有效区域的数量、位置和长度，所以能够容易地将该电阻发热体的表观电阻值(从外部看的该电阻发热体的电阻值)调整到任意的值。
在本发明的电阻发热体的理想例中，上述第1电极和上述第2电极即正负的电极，由于交替地并排在上述电阻器的长度方向上，所以可由上述电阻器的大致整体产生热。因此，可得到提高该电阻发热体的长度方向的温度均匀性的优点。进而，通过提高该电阻发热体的长度方向的温度均匀性，可以避免上述电阻器本身的劣化，所以也可得到提高该电阻发热体的长期可靠性的优点。
在本发明的电阻发热体的其它理想例中，使上述有效区域的上述电阻器的长度方向的长度全部相等而配置上述第1连接点和上述第2连接点，在此例中，由于在上述有效区域的各区域上产生的热量(发热量)相同，所以可得到能够提高该电阻发热体的长度方向的温度均匀性，也能够大幅缓和对上述电阻器的负担的优点。并且，由于存在于上述第1电极和上述第2电极(例如正电极和负电极)之间的上述有效区域的电阻值完全相同，所以也有设计及控制便利非常容易处置的优点。
在本发明的电阻发热体的另一个其它理想例中，上述第1连接点和上述第2连接点的任意两个分别配置在上述电阻器的两端。在此例中可知，由于能够有效利用上述电阻器的全体，所以从外部的驱动电路看的电阻发热体的表观电阻值R′仅由此电阻发热体的有效区域数n来决定。由于这意味着表观电阻值R′能够仅以有效区域数n来设计，所以也产生设计的预计性非常好的优点。
在本发明的电阻发热体的另一个其它理想例中，上述电阻器由以氮化钛或氮化钽为主要成分的材料构成。在此例中，在提高上述电阻器用的材料的可靠性的同时，由于氮化钛、氮化钽两者电阻率都比较大，所以具有能够最大限地利用本发明的好处的优点。
在本发明的电阻发热体的另一个其它理想例中，上述第1电极和上述第2电极由包括选自金、铂、铬、钛、铜、铝、氮化钛、氮化钽中的至少2种的材料构成。在此例中，由于能够使上述第1电极和上述第2电极的电阻值与上述电阻器的电阻值相比非常低，所以有可以更加有效地由上述电阻器进行发热的优点。
因此，可得到与上述的本发明的电阻发热体同样的效果。另外，也有能够有效地利用从本发明的电阻发热体产生的热的优点。
以下，对本发明的电阻发热体的理想的实施例参照附图进行详细说明。
(实施例1)图1A和图1B是表示本发明的第1实施例的电阻发热体的构成的俯视图和等效电路图。
如图1A所示，本发明的第1实施例的电阻发热体具有形成于绝缘基板(没有图示)上并设定成规定长度的细线状的电阻器30、在该电阻器30的单侧(在图1A中的上侧)沿该电阻器30而配置的正电极10、和在与电阻器30的正电极10相反的一侧(在图1A中的下侧)沿电阻器30而配置的负电极20。
电阻器30在基板上形成为直线状，其宽度跨全长一致，例如是10μm。电阻器30的长度例如是2mm、其厚度例如是200nm。在这里，电阻器30由TaN或TiN构成。
正电极10沿电阻器30延伸，在两者之间设置间隙。负电极20也沿电阻器30延伸，在两者之间设置间隙。正电极10和负电极20都相对于电阻器30平行。正电极10和负电极20都由电阻率比电阻器30充分小的导电体形成。在这里，由层压铝(Al)、钛(Ti)和金(Au)三层的三层构造的导电体构成。
正电极10具有连接部11、延长部12和2根分支部13、14。连接部11被用于与外部电路的连接，即作为焊片使用。延长部12为条状，从连接部11与电阻器30平行地延伸。延长部12是为了在与电阻器30之间配置分支部13和14而使用的。分支部13和14是比延长部12细很多的条状，在相对于电阻器30和延长部12正交的同时，沿电阻器30隔开间隔进行配置。分支部13在连接点P2与电阻器30连接。分支部14在连接点P3与电阻器30连接。正电极10的电阻值与电阻器30的电阻值相比设定得非常低。
同样，负电极20具有连接部21和延伸部22和2根分支部23和24。连接部21被用于与外部电路的连接，即作为焊片使用。延长部22为条状，从连接部21与电阻器30平行地延伸。延长部22是为了在与电阻器30之间配置分支部23和24而使用的。分支部23和24是比延长部22更细的条状，在相对于电阻器30和延长部22正交的同时，沿电阻器30隔开间隔进行配置。分支部23在连接点P1与电阻器30连接。分支部24在连接点P4与电阻器30连接。负电极20的电阻值也与电阻器30的电阻值相比设定得非常低。
正电极10的分支部13和14的连接点P2和P3位于在电阻器30的长度方向上错开的位置。负电极20的分支部23和24的连接点P1和P4也位于在电阻器30的长度方向错开的位置。负电极20的连接点P1，进而相对于正电极10的连接点P2和P3，位于分别在电阻器30的长度方向上错开的位置。负电极20的连接点P4也相对于正电极10的连接点P2和P3，位于分别在电阻器30的长度方向错开的位置。即，连接点P1～P4全部被设定在不同的位置。
对连接点P1～P4做如以上设定的结果，在本发明的第1实施例的电阻发热体(参照图1A和第2B图)中，于电阻器30中，处于正电极10的连接点P2和负电极20的P1之间的电阻器30的部分31、和处于正电极10的连接点P3和负电极20的P4之间的电阻器30的部分32，作为有效区域而起作用。这些有效区域31和32以外的部分是不作为“电阻部”使用的非有效区域。
对正电极10施加规定的电源电压并使负电极20为接地电位时，从正电极10向负电极20通以电流。此时，从正电极10的分支部13通过电阻器30的有效区域31向负电极20的分支部23通以电流，同时从正电极10的分支部14通过电阻器30的有效区域32向负电极20的分支部24通以电流。在正电极10的分支部13和14之间没有电流。这是因为分支部13和14的电位相同。当然，在电阻器30的两端部，即负电极20的分支部23的左侧部分和负电极20的分支部24的右侧部分也没有电流。
令有效区域31的电阻值为R1，有效区域32的电阻值为R2，假定能够忽略正电极10和负电极20的电阻值，电阻器30的等效电路图能够表示如图1B那样。即，本发明的第1实施例的电阻发热体的表观电阻值(从外部看的该电阻发热体的电阻值)与并联连接二个电阻R1和R2的值相等。因此，与由电阻器30具有的电阻率所期待的电阻值相比能够大大降低本发明的第1实施例的电阻发热体的表观电阻值。
如上所述，在本发明的第1实施例的电阻发热体(参照图1A和图1B)中，即使将如TaN及TiN那样电阻率比较大的材料用于电阻器30的时候，也可得到比由该材料得到的电阻值低的表观电阻值。其结果，通过简便的电子电路就可以控制该电阻发热体的发热量。
另外，通过适当改变正电极10的分支的数量和位置或负电极20的分支的数量和位置，由于能够任意改变电阻器30的有效区域的数量、位置和长度，所以容易做到将该电阻发热体的表观电阻值调整到任意的值。
因此，通过使电源与控制电路、驱动电路等一体化，可以制作小型且使用方便的发热元件。
图7A和图7B是表示作为比较例的以往的电阻发热体的构成的俯视图和等效电路图。图7A的以往的电阻发热体是在细线状的电阻器130的两端分别连接正电极110和负电极120的电阻发热体。从而，其等效电路如图7B所示，该电阻发热体的表观电阻值与电阻器130具有的电阻值R相等。因此，一旦形成电阻器130时，此后则不能调整该电阻发热体的表观电阻值。
使本发明的第1实施例的电阻发热体的构成通用化时，得到如下结果。
令从外部的驱动电路看的电阻发热体的表观电阻值为R′，令该电阻发热体的各有效区域占据细线状电阻器的整体的比例分别为m1、m2、…、mn(n是有效区域的数量，n≠0)，m1、m2、…、mn＜1。这时，如下的算式(1)成立。
(1/R′)＝(1/R)×{(1/m1)+(1/m2)+…+(1/mn)}…(1)由于m1～mn都比1小，所以R′＜R。从而可知，比起图7A和图7B所示的以往的电阻发热体可降低表观电阻值。
(实施例2)图2A和图2B是表示本发明的第2实施例的电阻发热体的构成的俯视图和等效电路图。
如图2A所示，本发明的第2实施例的电阻发热体具有形成于绝缘基板(没有图示)上并设定成规定长度的细线状的电阻器30A、在该电阻器30A的单侧(在图2A中的上侧)沿该电阻器30A而配置的正电极10A、和在与电阻器30A的正电极10A相反的一侧(在图2A中的下侧)沿电阻器30A而配置的负电极20A。
电阻器30A的其它构成由于与第1实施例的电阻器30相同，则其说明省略。
正电极10A沿电阻器30A延伸，在两者之间设置间隙。负电极20A也沿电阻器30A延伸，在两者之间设置间隙。正电极10A和负电极20A都相对于电阻器30A平行。正电极10A和负电极20A都由电阻率比电阻器30A充分小的导电体构成。
正电极10A具有连接部11A、延长部12A和3根分支部13A、14A、15A。连接部11A被用于与外部电路的连接。延长部12A为条状，从连接部11A与电阻器30A平行地延伸。延长部12A是为了在与电阻器30A之间配置分支部13A和14A和15A而使用的。分支部13A、14A、15A为比延长部12A细很多的条状，在相对于电阻器30A和延长部12A正交的同时，沿电阻器30A隔开间隔进行配置。
分支部13A在连接点P11与电阻器30A连接。分支部14A在连接点P13与电阻器30A连接。分支部15A在连接点P15与电阻器30A连接。正电极10A的电阻值与电阻器30A的电阻值相比设定得非常低。
同样，负电极20A具有连接部21A、延伸部22A和3根分支部23A、24A、25A。连接部21A被用于与外部电路的连接。延长部22A为条状，从连接部21A与电阻器30A平行地延伸。延长部22A是为了在与电阻器30A之间配置分支部23A和24A和25A而使用的。分支部23A和24A和25A为比延长部22A细很多的条状，在相对于电阻器30A和延长部22A正交的同时，沿电阻器30A隔开间隔进行配置。
分支部23A在连接点P12与电阻器30A连接。分支部24A在连接点P14与电阻器30A连接。分支部25A在连接点P16与电阻器30A连接。负电极20A的电阻值也与电阻器30A的电阻值相比设定得非常低。
正电极10A的分支部13A、14A和15A的连接点P11、P13和P15位于在电阻器30A的长度方向上错开的位置。负电极20A的分支部23A、24A和25A的连接点P12、P14和P16也位于在电阻器30A的长度方向上错开的位置。负电极20A的连接点P12，进而相对于正电极10A的连接点P11、P13和P15，位于分别在电阻器30A的长度方向上错开的位置。负电极20A的连接点P14也相对于正电极10A的连接点P11、P13和P15，位于分别在电阻器30A的长度方向上错开的位置。负电极20A的连接点P16也相对于正电极10A的连接点P11、P13和P15，位于分别在电阻器30A的长度方向上错开的位置。即，连接点P11～P16全部被设定在不同的位置。
对连接点P11～P16做如以上设定的结果，在本发明的第2实施例的电阻发热体(参照图2A和图2B)中，于电阻器30A中，部分31A、部分32A、部分33A、部分34A和部分35A作为有效区域而起作用。这5个有效区域31A、32A、33A、34A和35A以外的部分，是不作为“电阻部”使用的非有效区域。另外，部分31A是处于正电极10A的连接点P11和负电极20A的P12之间的电阻器30A的一部分。部分32A是处于正电极10A的连接点P13和负电极20A的P12之间的电阻器30A的一部分。部分33A是处于正电极10A的连接点P13和负电极20A的P14之间的电阻器30A的一部分。部分34A是处于正电极10A的连接点P15和负电极20A的P14之间的电阻器30A的一部分。并且，部分35A是处于正电极10A的连接点P15和负电极20A的P16之间的电阻器30A的一部分。
在对正电极10A施加规定的电源电压的同时，使负电极20A为接地电位时，电流从正电极10A流向负电极20A。此时，电流从正电极10A的分支部13A通过电阻器30A的有效区域31A向负电极20A的分支部23A流动，电流从正电极10A的分支部14A通过电阻器30A的有效区域32A向负电极20A的分支部23A流动，电流从正电极10A的分支部14A通过电阻器30A的有效区域33A向负电极20A的分支部24A流动，电流从正电极10A的分支部15A通过电阻器30A的有效区域34A向负电极20A的分支部24A流动，电流从正电极10A的分支部15A通过电阻器30A的有效区域35A向负电极20A的分支部25A流动。不向正电极10A的分支部13A(连接点P11)的外侧和负电极20A的分支部25A(连接点P16)的外侧流动。
令有效区域31A～35A的电阻值分别为R1、R2、R3、R4、R5，假定能够忽略正电极10A和负电极20A的电阻值，电阻器30A的等效电路图能够表示如图2B那样。即，本发明的第2实施例的电阻发热体的表观电阻值R′与并联连接5个分离电阻R1～R5的值相等。因此，将本发明的第2实施例的电阻发热体的表观电阻值R′与由电阻器30A具有的电阻率所期待的电阻值相比能够大大降低。
因此，在本发明的第2实施例的电阻发热体中，可得到与本发明的第1实施例的电阻发热体的情形相同的效果。另外，具有能够使电阻发热体的表观电阻值R′比第1实施例的电阻发热体的电阻值更低的效果。
进而，在本发明的第2实施例的电阻发热体中，正电极10A的连接点P11、P13和P15、负电极20A的连接点P12、P14和P16，由于沿电阻器30A的长度方向交替配置，所以被相邻的连接点夹住的电阻器30A的部分全部为有效区域。因此，非有效区域除去电阻器30A的两端部之外完全消除。这意味着能够最大限度地运用电阻器30A的可以利用的区域。从而，能够在电阻器30A的大致全部区域发热、提高温度均匀性。进而，由于使比第1实施例更宽的有效区域承担发热作用，所以也有可以分散对电阻器30A的负荷、避免电阻发热体自身劣化等的优点。
(实施例3)图3A和图3B是表示本发明的第3实施例的电阻发热体的构成的俯视图和等效电路图。
如图3A所示，本发明的第3实施例的电阻发热体与第1实施例相同，具有形成于绝缘基板(没有图示)上并设定成规定长度的细线状的电阻器30B、在该电阻器30B的单侧(在图3A中的上侧)沿该电阻器30B而配置的正电极10B、和在与电阻器30B的正电极10B相反的一侧(在图3A中的下侧)沿电阻器30B而配置的负电极20B。
电阻器30B的其它构成由于与第1实施例的电阻器30相同，因而其说明省略。
正电极10B的构成除去具有3根分支部13B、14B、15B之外，与第1实施例的正电极10相同。另外，11B是连接部，12B是延长部。
正电极10B的分支部13B在连接点P21连接到电阻器30B上。分支部14B在连接点P23连接到电阻器30B上。分支部15B在连接点P24连接到电阻器30B上。
负电极20B的构成与第1实施例的负电极20相同。另外，21B是连接部，22B是延伸部，23B和24B是分支部。
负电极20B的分支部23B在连接点P22连接到电阻器30B上。分支部24B在连接点P25连接到电阻器30B上。
在本实施例中，在电阻器30B的连接点P21和P22之间形成有效区域31B，在连接点P22和P23之间形成有效区域32B，在连接点P24和P25之间形成有效区域33B。连接点P21～P25的位置设定成使这三个有效区域31B、32B、33B的长度相互相等。因此有效区域31B、32B、33B的电阻值全部相等。
令有效区域31B～33B的电阻值分别为R1、R2、R3(且，R1＝R2＝R3)，假定能够忽略正电极10B和负电极20B的电阻值，电阻器30B的等效电路图能够表示如图3B那样。即，本发明的第3实施例的电阻发热体的表观电阻值R′与并联连接3个分离电阻R1～R3的值相等。因此，其表观电阻值R′与由电阻器30B具有的电阻率所期待的电阻值相比能够大大降低。
这样，在本发明的第3实施例的电阻发热体中，可得到与本发明的第1实施例的电阻发热体的情形相同的效果。
进而，令从外部的驱动电路看的电阻发热体的表观电阻值为R′，令其电阻发热体的有效区域的数量为n(n≠0)，各有效区域占据细线状电阻器的整体的比例分别为m(m＜1)时，如下的算式(2)成立。
1/R′＝(1/R)×(n/m)…(2)从而也具有，基于电阻发热体的有效区域的数量n、各有效区域占据细线状电阻器的整体的比例m，能够容易决定电阻发热体的表观电阻值R′的优点。
(实施例4)图4A和图4B是表示本发明的第4实施例的电阻发热体的构成的俯视图和等效电路图。
如图4A所示，本发明的第4实施例的电阻发热体，与第1实施例的电阻发热体相同，具有形成于绝缘基板(没有图示)上并设定成规定长度的细线状的电阻器30C、在该电阻器30C的单侧(在图4A中的上侧)沿该电阻器30C配置的正电极10C、和在与电阻器30C的正电极10C相反的一侧(在图4A中的下侧)沿电阻器30C而配置的负电极20C。
电阻器30C的其它构成，除去连接点P31的外侧部分和连接点P36的外侧部分之外，换句话说，除去连接点P31和连接点P36分别配置在电阻器30C的两端之外，由于与图2A和图2B的第2实施例的电阻器30A相同，因而其说明省略。
正电极10C的构成除去3根分支部13C、14C、15C的位置不同这一点之外，与第2实施例的正电极10A相同。另外，11C是连接部，12C是延长部。
正电极10C的分支部13C在连接点P31连接到电阻器30C上。分支部14C在连接点P33连接到电阻器30C上。分支部15C在连接点P35连接到电阻器30C上。
负电极20C的构成除去3根分支部23C、24C、25C的位置不同这一点，与第2实施例的负电极20A相同。另外，21C是连接部，22C是延伸部。
负电极20C的分支部23C在连接点P32连接到电阻器30C上。分支部24C在连接点P34连接到电阻器30C上。分支部25C在连接点P36连接到电阻器30C上。
在本实施例中，在电阻器30C的连接点P31和P32之间形成有效区域31C，在连接点P32和P33之间形成有效区域32C，在连接点P33和P34之间形成有效区域33C，在连接点P34和P35之间形成有效区域34C，在连接点P35和P36之间形成有效区域35C。连接点P31～P36的位置设定成使这5个有效区域31C、32C、33C、34C、35C的长度相互相等。因此，有效区域31C、32C、33C、34C、35C的电阻值全部相等。
令有效区域31C～35C的电阻值分别为R1、R2、R3、R4、R5(且，R1＝R2＝R3 R4＝R5)，假定能够忽略正电极10C和负电极20C的电阻值，电阻器30C的等效电路图能够表示如图4B那样。即，本发明的第4实施例的电阻发热体的表观电阻值R′与并联连接5个分离电阻R1～R5的值相等。因此，其表观电阻值R′与由电阻器30C具有的电阻率所期待的电阻值相比能够大大降低。
这样，在本发明的第4实施例的电阻发热体中，可得到与本发明的第1实施例的电阻发热体的情形相同的效果。
进而，从外部的驱动电路看的电阻发热体的表观电阻值R′，当令该电阻发热体的有效区域的数量为n(n≠0)，各有效区域占据细线状电阻器的整体的比例分别为m(m＜1)时，上述算式(2)成立。并且，在本发明的第4实施例的电阻发热体中，由于在电阻器30C的两端分别连接正电极10C的分支13C和负电极20C的分支25C，所以能够有效地利用电阻器30的整体。从而，m×n＝1…(3)成立。
如果将算式(3)代入算式(2)，可得到下面的算式(4)。
R′＝R/(n2)…(4)即，可知电阻发热体的表观电阻值R′仅由该电阻发热体的有效区域数n决定。由于这意味着表观电阻值R′能够仅考虑有效区域数n来进行设计，所以本发明第4实施例的电阻发热体，在第3实施例中得到的效果之外，还产生设计的预计性非常良好的优点。
接着，对本发明的第4实施例的电阻发热体(参照图4A和图4B)的制造方法进行说明。
图5A～图5E是按工序顺序表示其制造方法的主要部分的剖视图。在这里，作为电阻器30的材料使用电阻率200μΩ·cm的TiN。如特开2000-294738号公报及特开平6-34925号公报所示，TiN与TaN相同，化学稳定性非常好，使用它可得到很好的长期可靠性。
首先最初，如图5A所示，在绝缘基板50上，用喷镀法按TiN层51(例如厚度200nm)、铝(Al)层52(例如厚度200nm)、钛(Ti)层53(例如厚度100nm)、金(Au)层(例如厚度500nm)的顺序层压形成各层。作为绝缘基板50，能够使用在玻璃基板、陶瓷基板、硅基板上形成二氧化硅膜的基板等。代替喷镀法，也能够使用反应性喷镀法及电子束蒸镀法、电阻加热蒸镀法等。在这里TiN层51可用作电阻器30C，但也可以是TaN或其以外的材料。Al层52、Ti层53和Au层54形成为三层构造的导电层，在图案化后可以作为正电极10C和负电极20C使用。代替Al层52和Ti层53，也可以为铜(Cu)层、铬(Cr)层、铂(Pt)层的三层构造，也可以是其以外的导电层。
接着，如图5B所示，使用光刻法，在Au层54上形成图案化的光刻胶层60。该光刻胶层60，在将Al层52、Ti层53和Au层54蚀刻成正电极10C和负电极20C具有的形状时作为掩模使用。
使光刻胶层60为掩模，按照Au层54、Ti层53、Al层52的顺序进行蚀刻，如图5C所示，形成由这三层构成的正电极10C和负电极20C。对这时的蚀刻能够任意使用湿蚀刻法、及铣削(ミリング)、反应性离子蚀刻等的干蚀刻法。
除去光刻胶层60，洗净正电极10C和负电极20C及TiN层51的表面以后，如第5D图所示，使用光刻法，在TiN层51上形成图案化的光刻胶层61。该光刻胶层61在将氮化钛层51蚀刻成电阻器30C具有的细线形状时作为掩模使用。
使光刻胶层61为掩模，进行TiN层51的蚀刻，如图5E所示，形成由TiN层51构成电阻器30C。在此蚀刻时，能够任意使用湿蚀刻法、及铣削(ミリング)、反应性离子蚀刻等的干蚀刻法。这样，完成图4A和图4B所示的第4实施例的电阻发热体。
由TiN层51构成的电阻器30C，在这里，宽度为10μm，长度为2mm、厚度为200nm。这时，由于TiN的电阻率是200μΩ·cm，所以在使用电阻器30C构成图7A和图7B所示的以往的电阻发热体的时候，其电阻值为2kΩ。以该构成若要给出300mW的热量，需要17V以上的电源电压。另外，由于电子电路的电源电压为3V～12V左右，所以电阻发热体和电子电路共用电源是不可能的。需要设计电阻发热体专用的电源。
但是，使用由TiN层51构成的电阻器30C构成如图4A和图4B所示的第4实施例的电阻发热体时，由于电阻发热体的有效区域数n＝5，所以根据上述算式(4)，表观电阻R′为R′＝2kΩ/(52)＝80Ω在这时，若要给出300mW的热量，所需要的电压是4.9V。因此，能够充分实现在电阻发热体和电子电路共用电源。
假如，电阻发热体的有效区域数为n＝8时，表观电阻R′为R′＝2kΩ/(82)＝31.25Ω为了得到300mW的热量，所需要的电源电压为3.1V左右。因此，可知在电阻发热体和电子电路共用电源变得更加容易。
在这里，对正电极10C和负电极20C用的材料进行说明。作为正电极10C和负电极20C用的材料，最好使用包括选自金、铂、铬、钛、铜、铝、氮化钛和氮化钽中的至少2种的材料，当然也可以使用这些以外的导电材料。
在本发明的电阻发热体中，正电极10C和负电极20C用的材料具有的电阻率的值很重要。即，作为极端的情形，假定采用图7A和图7B所示的以往的电阻发热体的构成，正电极110和负电极120用的材料具有的电阻率值与电阻器130的电阻率值相同。一般来讲，正电极和负电极的全长与电阻器130的全长相同或为其以上并不少见。在这里，假定正电极110和负电极120的全长与电阻器130的长度相等。则投入的电力的一半被正电极110和负电极120消耗。即，为了由电阻器130得到300mW的热量就必须投入600mW的电力。
以相同状况采用图4A和图4B所示的第4实施例的电阻发热体的构成时，由于相比图7A和图7B的以往的电阻发热体，正电极10C和负电极20C的全长变长，所以电阻器30C的表观电阻值R′比其以往的电阻发热体减小，但正电极10C和负电极20C的总计电阻值增加。从而，产生相比电阻器30C的发热、正电极10C和负电极20C的发热占主导地位的问题。因此，正电极10C和负电极20C的电阻值与电阻器30C的电阻值相比需要设计得非常低。
在由第4实施例使用的Al层52、Ti层53和Au层54的三层构造构成的正电极10C和负电极20C中，从正电极10C的连接部(焊片)11C到其连接点P31、P33、P35的电阻值为1～3Ω左右，从负电极20C的连接部(焊片)21C到其连接点P32、P34、P36的电阻值为1～3Ω左右。从而，在电阻器30C的有效区域数n为5的时候(参照图4A和图4B)，可以将正电极10C和负电极20C各个电阻值抑制到不满电阻器30C的电阻值的4％。即使在使电阻器30C的有效区域数n为8的时候，也能够抑制到电阻器30C的电阻值的10％以下。
(实施例5)图6是表示本发明的第5实施例的热光移相器的构成的俯视图。在该热光移相器中使用的电阻发热体具有与本发明的第4实施例的电阻发热体实质上相同的构成。
在本发明的第5实施例的热光移相器中，在绝缘基板(没有图示)中形成沿该基板延伸的直线状的光波导路，在图6中仅概念地表示该光波导路的芯70。光波导路的芯70由没有图示的包层包围。
在该热光移相器中使用的电阻发热体，具有设定成规定长度的细线状的电阻器30D、在该电阻器30D的单侧(在图6中上侧)沿该电阻器30D而配置的正电极10D、和在与电阻器30D的正电极10D相反的一侧(在图6中下侧)沿该电阻器30D而配置的负电极20D。
电阻器30D的构成与图4A和图4B的第4实施例的电阻器30C相同。电阻器30D配置在包围光波导路芯70的包层上，与光波导路芯70平行地延伸。
正电极10D具有连接部11D、形成为L字状的延伸部12D和3根直线状的分支部13D、14D、15D。分支部13D在处于一端的连接点P41连接到电阻器30D上。分支部14D在连接点P43连接到电阻器30D上。分支部15D在连接点P45连接到电阻器30D上。
负电极20D具有连接部21D、直线状的延伸部22D和3根直线状的分支部23D、24D、25D。分支部23D在连接点P42连接到电阻器30D上。分支部24D在连接点P44连接到电阻器30D上。分支部25D在位于另一端的连接点P46连接到电阻器30D上。
在电阻器30D的连接点P41和P42之间形成有效区域31D，在连接点P42和P43之间形成有效区域32D，在连接点P43和P44之间形成有效区域33D，在连接点P44和P45之间形成有效区域34D，在连接点P45和P46之间形成有效区域35D。连接点P41～P46的位置设定成使这5个有效区域31D、32D、33D、34D、35D的长度相互相等。因此，有效区域31D、32D、33D、34D、35D的电阻值全部相等。
令有效区域31D～35D的电阻值分别为R1、R2、R3、R4、R5(且，R1＝R2＝R3 R4＝R5)，假定能够忽略正电极10C和负电极20C的电阻值，电阻器30C的等效电路图能够表示如图4B那样。即，本发明的第5实施例的电阻发热体的表观电阻值R′与并联连接5个电阻R1～R5的值相等。
在本发明的第5实施例的热光移相器中，在电阻发热体中通以电流由电阻器30D产生热，通过由产生的热提高光波导路芯70的温度而改变其折射率，能够改变在该光波导路中传播的光的相位。
为了尽量抑制在电阻器30D消耗的电力，需要高效地加热光波导路芯70。由于由电阻器30D产生的热通过玻璃制的包层传递到光波导路芯70，所以使光波导路芯70和作为发热源的电阻器30D的距离为对光学特性不给予影响的距离之内，两者尽量靠近地配置比较理想。在本实施例中，考虑到此点，由于电阻器30D相对光波导路芯70平行地形成或配置在其附近，所以能够使电阻器30D和光波导路的芯70的距离保持最短，将由电阻器30D产生的热高效地传输到光波导路芯70。另外，在加热光波导路芯70的区域由于可以保持光波导方向的温度均匀性，因而也能够抑制热应力带来的光学特性的恶化。
(变形例)上述的第1～第5的实施例是表示将本发明具体化的例子。从而，本发明不是限定于这些实施例的发明，当然不脱离本发明的宗旨可以做种种变形。例如正负两电极的连接部、延伸部、分支部的数量、位置和形状根据需要可以进行任意改变。
如上详述，根据本发明，即使在将氮化钛及氮化钽那样电阻率比较大的材料用于电阻器的情形下，也可以得到比由该材料得到的电阻值小的表观电阻值(从外部看的该电阻发热体的电阻值)。其结果，通过简单的电子电路可以控制该电阻发热体的发热量。另外，容易做到将该电阻发热体的表观电阻值调整到任意值。因此，本发明通过简单的电子电路在实现可以控制的细线状的电阻发热体方面非常有用。
权利要求
1.一种电阻发热体，具有细线状的电阻器、在所述电阻器的单侧沿该电阻器配置的第1电极、和在与所述电阻器的所述第1电极相反的一侧沿该电阻器配置的第2电极，所述第1电极通过沿所述电阻器隔开间隔而配置的多个分支部，在多个第1连接点连接到所述电阻器上，所述第2电极通过沿所述电阻器隔开间隔而配置的多个分支部，在多个第2连接点连接到所述电阻器上，所述第2连接点的各点，分别相对于所述第1连接点，位于在所述电阻器的长度方向上错开的位置，处于所述第1连接点的一个和与该第1连接点邻接的所述第2连接点之间的所述电阻器的部分，作为该电阻器的有效区域而起作用。
2.如权利要求1所述的电阻发热体，所述第1连接点和所述第2连接点交替地配置在所述电阻器的长度方向上。
3.如权利要求1或2所述的电阻发热体，所述第1连接点和所述第2连接点配置成使所述有效区域的所述电阻器的长度方向的长度全部相等。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电阻发热体，所述第1连接点中的一个和所述第2连接点中的一个分别配置在所述电阻器的两端。
5.如权利要求1～4中任一项所述的电阻发热体，所述电阻器由以氮化钛和氮化钽为主要成分的材料构成。
6.如权利要求1～5中任一项所述的电阻发热体，所述第1电极和所述第2电极由包含选自金、铂、铬、钛、铜、铝、氮化钛和氮化钽中的至少2种的材料构成。
7.一种热光移相器，具有光波导路、和用于加热所述光波导路而设置的如权利要求1～6中任一项所述的所述电阻发热体，所述电阻发热体的所述电阻器沿所述光波导路进行配置。
全文摘要
一种电阻发热体，在细线状电阻器(30)的各侧沿其配置正电极(10)和负电极(20)，正电极(10)通过沿电阻器(30)隔开间隔而配置的多个分支部(13、14)在连接点(P2、P3)连接到电阻器(30)上，负电极(20)通过沿电阻器(30)隔开间隔而配置的分支部(23、24)在连接点(P1、P4)连接到电阻器(30)上。连接点(P1)～(P4)处于沿电阻器(30)相互错开的位置。处于连接点(P1)和(P2)以及连接点(P3)和(P4)之间的电阻器(30)的部分(31)和(32)作为电阻器(30)而起作用。
文档编号H05B3/14GK1757264SQ20048000563
公开日2006年4月5日 申请日期2004年5月28日 优先权日2003年5月30日
发明者高桥森生 申请人:日本电气株式会社