KR100416967B1 - 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자는 광신호의 전송 매체가 되는 코어와 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 반도체 기판 상면에 적층하여 도파로를 형성한 평면 광도파로 소자와, 상기 평면 광도파로 소자의 하면에 접착되며 상기 평면 광도파로 소자의 하면과 접착되는 상면 전체에 굴곡을 이루며 고르게 배열된 한 가닥의 열선이 외부로부터 인가되는 전원으로 상기 평면 광도파로 소자에 전달되는 열을 발생시키는 발열판을 구비한다. 상기와 같은 구성의 평면 광도파로 소자 모듈은 열을 발생하는 열선을 상기 평면 광도파로 소자에 직접적으로 접촉시켜 열효율의 저하를 최소화하고, 종래에 별도로 구성되던 열 전도판을 제거함으로써 공정을 단순화시키고 모듈의 소형화를 달성하였다.

Description

열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈{PLANER LIGHTWAVE CIRCUIT MODULE WITH HEAT TRANSFER DEVICE}

본 발명은 평면 광도파로 소자 모듈에 관한 것으로서, 특히 평면 광도파로 소자의 온도 분포를 일정하게 유지할 수 있는 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈에 관한 것이다.

통상적으로 평면 광도파로 소자의 온도 구배는 도파로 내의 굴절율을 변화시켜 광소자의 특성 파장의 변화와 광파워의 손실을 초래하게 된다. 따라서, 평면 광도파로 소자 전체의 균일한 온도분포가 필수적이며, 이를 위해 평면 광도파로 소자에 열을 공급하는 방식으로 평면 광도파로 소자 전체의 온도를 균일하게 유지시켜 준다. 이에 따라, 열원으로부터 평면 광도파로 소자까지 효율적인 열전달이 중요시되어 왔다.

평면 광도파로 소자의 전형적인 예가 위상 어레이 설계(상이한 광 경로를 갖는 다수의 도파관 사이의 광 간섭에 기초한 설계)에 기초한 평면 WDM 소자이다. 이와 같은 소자들은 펠티에 소자를 이용한 온도 조절 시스템으로 팩키지화 된다. 그러나, 이와 같은 형식의 온도 조절 시스템은 많은 문제점을 갖는다. 이는 고가이고, 비교적 많은 양의 동력을 소비하며, 주위와의 열교환을 필요로 한다. 더욱이 AC 입력 동력이 110V 또는 220V인 전용 전원을 필요로 한다.

이를 개선한 평면 광도파로 소자 모듈의 온도 조절 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 도 1은 평면 광도파로 소자용 패키지에 수용되는 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈(10)의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 평면 광도파로 소자 모듈(10)은 평면 광도파로 소자(11)와 상기 평면 광도파로 소자(11)의 하부에부착되는 열 전도판(12)과, 상기 평면 광도파로 소자(11)와 열 전도판(12) 사이에 설치되는 열 감지 센서(미도시)와, 상기 열 전도판(12)의 하부에 설치되는 발열판(13)으로 구성된다.

상기 평면 광도파로 소자(11)는 실리콘이나 퀄츠(quartz)기판에 여러 층의 실리카 또는 폴리머 박막을 증착하여 광도파로를 형성한 코어(core)와 이를 감싸고 있는 클래드(clad)를 형성하여, 상기 코어와 클래드의 굴절율 차이를 이용해 상기 코어의 형상에 따라 광신호의 세기를 분할 및 합하는 역할을 할 수 있도록 설계되어진 광소자이다.

상기 발열판(13)은 그 내부에 굴곡을 이룬 한 가닥의 라인형태로 배열되는 열선(14)을 포함한다. 상기 열선(14)의 양 끝단(17)은 외부에서 인입되는 전선(18)과 납땜 등의 방법을 통해 연결된다.

상기와 같은 구성의 평면 광도파로 소자 모듈(10)은 외부로부터 인가되는 전원으로 열선(14)에서 발생되는 열을 상기 열 전도판(12)을 통해 상기 평면 광도파로 소자(11)로 전달하고, 열 감지 센서로 상기 열 전도판(12)의 온도를 읽어 피드백제어하는 방식으로 상기 평면 광도파로 소자(11)의 온도가 일정하게 제어된다.

그러나, 상기와 같은 과정을 통해 평면 광도파로 소자(11)에 열을 공급하는 평면 광도파로 소자 모듈(10)은 상기 발열판(13)에서 발생된 열이 열 전도판(12)을 통해 상기 평면 광도파로 소자(11)로 전달되는 과정에서, 상기 열 전도판(12)으로 인한 열전달 손실이 발생하여 열효율이 저하되고, 상기 평면 광도파로 소자(11)의 굴절율이나 온도에 따른 파장의 안정성에 영향을 주어 소자의 성능을 저하시키는요인이 되고 있다. 더욱이, 상기 열 전도판(12)을 통해 열을 전달하므로, 상기 평면 광도파로 소자 모듈(10)의 정상동작시간 즉, 동작을 시작하는 시점으로부터 정상적으로 동작하는데 까지 걸리는 시간이 길다는 단점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 열원에서 발생하는 열을 효율적으로 평면 광도파로 소자에 전달할 수 있는 평면 광도파로 소자 모듈을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 평면 광도파로 소자 모듈은 평면 광도파로 소자의 하면에 직접 발열판을 부착하고, 상기 발열판의 상면에 배열된 열선을 구비함을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈을 나타내는 도면.

도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

22 : 발열판 24 : 열선

25 : 관통홀 26 : 도체

27 : 패드

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 열전달 장치를 구비하는 평면 광도파로 소자 모듈(20)은 평면 광도파로 소자(21)와, 상기 열전달 장치는 상기 평면 광도파로 소자의 하면에 부착되는 발열판(22)을 구비한다.

상기 평면 광도파로 소자(21)는 실리콘이나 퀄츠(quartz)기판에 여러 층의 실리카 또는 폴리머 박막을 증착하여 광도파로를 형성한 코어(core)와 이를 감싸고 있는 클래드(clad)를 형성하여, 상기 코어와 클래드의 굴절율 차이를 이용해 상기 코어의 형상에 따라 광신호의 세기를 분할 및 합하는 역할을 할 수 있도록 설계되어진 평면 광도파로 소자이다.

상기 발열판(22)은 열선(24)과, 상기 열선(24)과 외부에서 인입된 전선(28)을 연결하기 위한 패드(27)와, 상기 열선(24)이 상기 패드(27)와 연결될 수 있도록 관통홀(25)을 구비한다.

상기 발열판(22)에 구비된 열선(24)은 굴곡을 이루며 한 가닥의 라인형태로 상기 발열판(22)의 상면(22a)에 부착된다. 상기 열선(24)은 상기 평면 광도파로 소자 모듈(20)의 크기를 작게 하기 위해 실크 프린팅 등의 방법으로 부착되는 얇은 박막으로서 상기 발열판(22)의 상면(22a) 전체에 고르게 배열되어야 한다.

상기 열선(24)의 양 끝단은 상기 발열판(22)의 상면(22a)과 하면(22b)을 관통하는 한 쌍의 관통홀(25)을 통해 상기 하면(22b)에 부착된 패드(27)에 연결된다. 상기 관통홀(25)은 수직방향으로 연장된다. 이때, 상기 열선(24)이 더 연장되어 상기 관통홀(25)을 통과하여 상기 패드(27)와 연결되거나, 또는 도 3에 도시된 것처럼 상기 관통홀(25)에 삽입되는 별도의 도체(26)를 이용하여 상기 패드(27)에 연결될 수 있다. 상기 패드(27)는 상기 열선(24)과 외부에서 인입되는 전선(28)을 납땜 등의 방법을 통해 연결할 수 있는 방법을 제공한다.

상기와 같이 구성된 발열판(22)은 그 상면(22a)이 상기 평면 광도파로소자(21)의 하면에 부착된다. 상기 평면 광도파로 소자(21)에 발열판(22)을 부착할 때, 열 구리스(thermal grease) 등과 같은 매체를 이용하여 부착하며, 부착후 상기 매체들이 경화되는 동안 접촉면의 밀착도를 높일 수 있도록 문질러 주거나, 적당한 힘으로 눌러준다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열전달 장치를 구비하는 평면 광도파로 소자 모듈(30)을 나타내는 도면이다. 개시된 평면 광도파로 소자 모듈(30)은 평면 광도파로 소자(31)와, 상기 열전달 장치는 발열부(32a)와 확장부(32b)를 구비하는 발열판(32)으로서 상기 평면 광도파로 소자(31)의 하면에 부착된다.

상기 발열판(32)은 상기 발열부(32a)로 부터 상기 평면 광도파로 소자(31)보다 일방향으로 더 연장되는 확장부(32b)와, 상기 발열부(32a)의 상면(33a)에 배열되고 상기 확장부(32b)까지 양 끝단이 연장되는 열선(34)을 구비하고, 상기 열선(34)의 양 끝단에는 패드(37)를 구비한다. 상기 패드(37)는 외부에서 인입되는 전선과 상기 열선(34)이 납땜 등의 방법으로 연결될 수 있는 방법을 제공한다.

상기 열선(34)은 상기 평면 광도파로 소자 모듈(30)의 크기를 작게 하기 위해 실크 프린팅 등의 방법으로 부착되는 얇은 박막으로, 상기 발열판(32)의 상면(33a, 33b) 전체에 고르게 배열되어야 한다.

상기와 같이 구성된 발열판(32)은 발열부(32a)의 상면(33a)이 상기 평면 광도파로 소자(31)의 하면에 부착된다. 상기 평면 광도파로 소자(31)에 발열판(32)을 부착할 때, 열 구리스(thermal grease) 등과 같은 매체를 이용하여 부착하며, 부착후 상기 매체들이 경화되는 동안 접촉면의 밀착도를 높일 수 있도록 문질러 주거나, 적당한 힘으로 눌러준다.

상기와 같이 구성된 두 가지 형태의 평면 광도파로 소자 모듈(20, 30)들은 각각 외부로부터 일정량의 전원이 열선(24, 34)으로 공급되면, 상기 열선(24, 34)은 열을 발생시켜 상기 평면 광도파로 소자(21, 31)에 공급하게 된다. 상기 평면 광도파로 소자(21, 31)가 균일한 온도 분포를 얻기 위해서는 상기 발열판(22, 32)의 상면(22a, 33a)에 각각 상기 열선(24, 34))을 고르게 배열해야 하며, 상기 평면 광도파로 소자(21, 31)와 발열판(22, 32) 사이의 밀착도 또한 높아야 하는 것은 자명하다. 이와 같은 구성의 평면 광도파로 소자 모듈(20, 30)은 상기 평면 광도파로 소자(21, 31)의 온도 분포가 균일해 지고, 상기 열선(24, 34)에서 발생하는 열이 상기 평면 광도파로 소자(21, 31)에 직접 전달되므로 열효율이 향상된다. 또한, 상기 평면 광도파로 소자(21, 31)의 소정 위치에 열 감지 센서를 부착하고, 상기 센서에서 읽어 들인 온도를 통해 상기 열선(24, 34)에 공급되는 전원를 적절하게 제어하여, 상기 평면 광도파로 소자(21, 31)의 온도를 조절할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 열을 발생시키는 열선 또는 도체를 평면 광도파로 소자에 직접적으로 밀착시켜 열 전도판을 통해 열이 전달되는 과정에서 발생되는 열손실을 방지함으로써 평면 광도파로 소자 모듈의 열효율을 향상시켰다. 따라서, 평면 광도파로 소자의 온도 분포가 균일하지 못해 발생할 수 있는 성능저하 요인이 제거되고, 안정된 온도제어를 통해 소자의 안정성이 향상되었다. 또한 평면광도파로 소자와 발열판 사이에 별도의 열 전도판을 열 구리스등을 사용하여 부착하던 공정이 단순화되고, 열 전도판을 제거하여 모듈이 소형화되었으며, 열 전도판을 거쳐 전달되던 열전달 과정이 없으므로 평면 광도파로 소자의 동작 시점으로부터 정상동작까지 이르는 시간을 단축하게 되었다.

Claims (6)

1. 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈에 있어서,

   평면 광도파로 소자와;

   상기 평면 광도파로 소자의 하면에 접착되며, 상기 평면 광도파로 소자의 하면과 접착되는 상면 전체에 한 가닥의 열선이 굴곡을 이루며 고르게 배열된 발열판을 포함함을 특징으로 하는 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈.
2. 제1 항에 있어서, 상기 발열판은

   하면에 외부 전원과 상기 열선을 연결하기 위한 패드와;

   상면에 배열된 열선이 연장되어 상기 패드와 연결되는 통로를 제공하는 관통홀을 포함함을 특징으로 하는 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈.
3. 제2 항에 있어서, 상기 발열판은

   상기 열선이 상기 관통홀을 통해 패드와 연결하기 위한 도체를 양 끝단에 더 구비함을 특징으로 하는 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈.
4. 제1 항에 있어서, 상기 발열판은

   상면에 상기 열선이 배열되는 발열부와, 상기 발열부로부터 상기 평면 광도파로 소자의 폭보다 일방향으로 더 연장되어 상기 열선의 양단을 연장하여 노출시키고, 상기 노출된 열선의 양단에 패드를 각각 구비하는 확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈.
5. 제4 항에 있어서, 상기 노출된 열선은

   상기 확장부의 상면에 위치함을 특징으로 하는 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈.
6. 제1 항에 있어서, 상기 열선은

   실크 프린팅 방법을 이용하여 상기 발열판의 부착면에 박막형태로 부착됨을 특징으로 하는 열전달 장치를 구비한 평면 광도파로 소자 모듈.