| 【発明の名称】 |
光学集積回路用ハウジング |
| 【発明者】 |
【氏名】ジョージ フランク デヴォー
【氏名】ダレン リ
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| 【要約】 |
【課題】周囲温度の変動にもかかわらずDWDMのような光学集積回路をある狭い範囲の温度範囲内に維持するようなハウジングを提供する。
【解決手段】光学集積回路用ハウジングにおいて、ベース部材12と、前記ベース部材内に支持される保温ベッド44と、前記保温ベッド44は、光学集積回路を保持するスロット46を形成する、互いに離間した第1と第2の脚部を有し、前記スロット内に光学集積回路を保持する前記スロット46内に配置された伝熱手段47と、前記レグの一方の上に搭載された前記保温ベッドを加熱する加熱手段54と、閉鎖したハウジングを生成するために、前記ベース部材と組み合わせられるキャップ部材13とを有することを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 光学集積回路用ハウジングにおいて、ベース部材(12)と、前記ベース部材内に支持される保温ベッド(44)と、前記保温ベッドは、光学集積回路を保持するスロット(46)を形成する、互いに離間した第1と第2の脚部を有し、前記スロット内に光学集積回路を保持するよう前記スロット内に配置される伝熱手段(47)と、前記脚部の一方の上に搭載され、前記保温ベッドを加熱する加熱手段(54)と、ハウジングをを閉鎖するために、前記ベース部材(12)と組み合わせられるキャップ部材(13)とを有することを特徴とする光学集積回路用ハウジング。 【請求項2】 前記加熱手段は、前記第1と第2の脚部の両方の上に搭載されることを特徴とする請求項1記載のハウジング。 【請求項3】 前記保温ベッド(44)は、伝熱材料製のU字型部材であることを特徴とする請求項1記載のハウジング。 【請求項4】 前記伝熱性材料は、アルミであることを特徴とする請求項1記載のハウジング。 【請求項5】 前記伝熱手段(47)は、銀を含有したシリコングリースであることを特徴とする請求項1記載のハウジング。 【請求項6】 前記脚部の一方の上に搭載された温度モニタデバイス(57,58)をさらに有することを特徴とする請求項1記載のハウジング。 【請求項7】 前記温度モニタデバイス(57,58)からの温度指示信号を受領し、前記加熱手段(54)を活性化して75℃から90℃の範囲内の特定の温度に維持する制御回路(81)をさらに有することを特徴とする請求項6記載のハウジング。 【請求項8】 前記制御回路(81)は、ハウジングの外部に配置され、前記温度モニタデバイス(57,58)と前記加熱手段(54)に電気的に接続されることを特徴とする請求項7記載のハウジング。 【請求項9】 前記制御回路は、ハウジングの内部に配置され、前記温度モニタデバイス(57,58)と前記加熱手段(54)に電気的に接続されることを特徴とする請求項7記載のハウジング。 【請求項10】 所定の温度範囲内のある温度に光学素子を保持する光学素子用保温ハウジングにおいて、ベース部材と、保温ベッド部材と、前記保温ベッドは、光学素子を保持するスロットを形成する、互いに離間した第1と第2の脚部を有し、前記保温ベッド部材を保持し、前記ベース部材から前記保温ベッド部材を断熱する手段と、前記スロット内に光学集積回路を保持する前記スロット内に配置された伝熱手段と、前記保温ベッドを加熱する加熱手段と、前記保温ベッドの温度をモニタし、その温度を表す電気信号を生成する温度検知手段と、前記温度検知手段からの信号を受信し、加熱手段を活性化して前記保温ベッドの温度を所定の温度範囲内に維持する制御回路と、前記ベース部材と適合するキャップ部材とからなることを特徴とする保温性ハウジング。 【請求項11】 前記温度範囲は、75℃から90℃であることを特徴とする請求項10記載のハウジング。 【請求項12】 前記光学素子は、それに接続された第1と第2の光ファイバ部材を有し、前記ハウジングは、光ファイバ部材が通過する溝状の開口を有することを特徴とする請求項10記載のハウジング。 【請求項13】 前記ベース部材は、ハウジングの内部をその外部に電気的に接続する複数の貫通ピンに接続される複数のフィード線を有することを特徴とする請求項10記載のハウジング。 【請求項14】 前記制御回路は、ハウジングの外部に配置され、前記温度検知手段と加熱手段に前記フィード線を介して接続されることを特徴とする請求項10記載のハウジング。 【請求項15】 前記制御回路は、ハウジングの内部に配置されることを特徴とする請求項10記載のハウジング。 【請求項16】 前記制御回路は、リボンコネクタ上に配置され、前記加熱手段と前記温度検知手段にリボン導体により接続されることを特徴とする請求項15記載のハウジング。 【請求項17】 前記リボン導体は、前記制御回路からハウジング内のスロットを介して外部に延びることを特徴とする請求項16記載のハウジング。 【請求項18】 ハウジング内に配置され、ハウジングの内外を開口を介して接続する光ファイバと回路との接続に対する熱応力を低減する方法において、(A)膨張させるためにハウジングを加熱するステップと、(B)カラーを光ファイバに固着するステップと、(C)ハウジングの開口内にカラーを締め付けるステップと、(D)前記ハウジングを周囲温度まで冷却するステップとからなることを特徴とする光ファイバ/回路の接続への熱応力を低減する方法。 【請求項19】 前記カラーは、光ファイバにエポキシ樹脂により固着されることを特徴とする請求項18記載の方法。 【請求項20】 前記(D)のハウジングを冷却するステップの前に、エポキシ樹脂を硬化するステップを含むことを特徴とする請求項18記載の方法。 【請求項21】 前記(a)ステップで、ハウジングを85℃以上に加熱することを特徴とする請求項18記載の方法。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、光学集積回路のハウジングに関し、特に光学集積回路を所定の温度範囲内に維持するような温度制御装置を具備する保温ハウジングに関する。 【0002】 【従来の技術】通信システムおよび他の信号処理システムは、光学信号を用いて形成され、そして従来のものはそのような光学システムに変換されて、その結果光ファイバの使用およびそれに関連するさまざまな構成部品を必要としている。光学信号伝送を特徴とする膨大なバンド幅は、このようなシステムおよび信号伝送用の好ましいモードを用いている。しかし、光学信号を利用する利点が明白であるにもかかわらず、このような伝送システムは、光波信号操作に特有の問題および導電性ワイヤを用いた低周波信号伝送では発生しなかった問題を引き起こす。 【0003】例えば光学スイッチング多重化,分離化は他の装置と同じように全て操作され、これにより問題を引き起こす。一般的にこのような操作は、個別の光学部品を連続して配置することが必要となり、その結果装置が膨大となりシステムの信頼性が低下する。したっがて、多くの努力がそれらの複数の操作を1個のチップ(通常薄い平面状の光学回路)上で組み合わせることにより素子の数を減少させる方向に向けられている。適宜設計されたチップは、回路性能あるいは信号伝送性能を改善し、同時にまた信頼性を大幅に増加させ、回路内の個々の構成部品の数を減少させる利点がある。 【0004】このようなモノリシックなデバイスの一例が高密度波長分割多重化(dense wave division multiplexer −DWDM)であり、これは米国特許第5,136,671号に開示されている。このようなデバイスは、多数の伝送チャネルが狭いバンド幅のウインドウの中に混み合っている場合に有益である。このような狭いウインドウはエルビウムドープの光増幅器を使用することにより得られ、そしてこのような光学増幅器は今日広く用いられているが、使用可能なバンド幅を大幅に制限してしまう。 【0005】狭いウインドウ内に多数のチャネルを収納するためには、これらチャネルは波長内に近接して配置しなければならず、例えば0.8nmまたは1.6nmだけずれた連続する波長となる。OASIC(光学アプリケーション用の特定の集積回路)と称する新たな技術を用いて薄いフィルムの平面状光学回路が形成され、1個のウェハまたはチップ上に、例えばDWDMを生成している。 【0006】このようなチップは、一般的に薄いシリコンウェハを含み、その上に低屈折率のシリカガラス製の下部クラッド層が堆積される。その上に高屈折率のコア層が堆積されパターン化されエッチングされて光学導波路を形成し、さらにその上に上部クラッド層が堆積される。さまざまな機能用のウェハは、OASIC技術を用いて生成される。しかし、議論の残りの部分は単純化するためにおよびDWDMに向けられる。他の種類の集積回路も本発明の範囲内に含まれるものである。 【0007】ある種のOASICデバイス、特にDWDM内の配列された導波路グレーティングを使用することにより発生する問題の1つは、温度変動に対するその感受性と信頼性を損なう物理的応力である。例えば、DWDMにおいては、数個の個々のチャネルの動作波長は、わずかしか変わらないために温度変動に起因する膨張,収縮,曲げが光学性能を劣化させ極端な場合には回路を故障させてしまう。 【0008】同様に1℃未満の温度変動が素子の劣化あるいは故障の原因となることがある。劣化または故障を回避し、回路の信頼性が確保するためにはデバイスの温度を75℃から90℃の範囲内の所定の温度に維持することである。このように温度維持は個別の回路に対しては特に周囲温度が例えば0℃から70℃の範囲に亘って変動する場合でも数℃以内に制御しなければならない。かくしてある種の保護ハウジングをウェハ用、即ち回路用に用いなければならない。 【0009】さまざまな種類の電子部品をシールされた容器内に収納することにより、一定の温度に維持することは公知である。米国特許第4,968,121号においては、伝熱材料製の壁を有するオーブンとこのオーブン内に含まれ、水晶を保存する内在物質を含み、この内在物質の壁と熱的に接触しながら水晶を保存する水晶用のハウジングが開示されている。オーブンの壁と水晶の両方を加熱する手段が具備されている。このような装置は、複雑で凹型でありICウエハを一定の温度に維持するのは適当ではなく、また経済的でもない。 【0010】中の温度、あるいは少なくともその一部をほぼ一定の温度に維持するようなハウジングにおいては、ハウジング内の各要素およびハウジングそのものが動作中に有害な温度の影響を受ける。このため温度変動に起因するハウジングの膨張と収縮がハウジング内の構成要素の少なくと一部に悪影響を及ぼし、システム全体の動作に悪影響を及ぼす。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目的は、周囲温度の変動にもかかわらずDWDMのような光学集積回路をある狭い範囲の温度範囲内に維持するようなハウジングを提供することである。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明のハウジングは、熱膨張率の低いガラスを充填したポリフェニレン硫化物材料製のカバー上にベースとスナップとを有する。ハウジング内には、ポリイミド繊維材料製の層が配置されるが、この材料は温度変化に対し、耐性があり長寿命および絶縁性能が優れたものである。同一材料ではあるが硬化された材料製の一対のサポート部材が保温ベッドをサポートし、この保温ベッドがほぼU字型のアルミ製部材を含む。このアルミ製部材の脚部がDWDMのような回路チップまたはウェハを収納するスロットを規定している。 【0013】このスロットには、伝熱性グリース(油)が充填されウェハを保持し、ウェハがスロット内に浮くようにし、そしてU字型ベッドの脚部でもって完全にカバーされる。このためウェハはスロット内でストレスのかからない位置に保持される。U字型ベッドの一方の脚部の上部表面上または両方の脚部の上部表面上にはヒーターが配置され、例えばU字型ベッドの曲げ部分の周囲に巻回されるヒーターと、ベッドの温度をモニタする一対の抵抗性温度デバイスが配置される。 【0014】ヒーターとモニタからのリード(電線)がピンを通過してハウジングの外部に導かれ、そして制御ユニットまで延びる。この制御ユニットは、抵抗性温度デバイスからの信号により保温ベッドの温度を測定し、必要によってはヒーターに電圧をかける。かくしてウェハ、即ちDWDM回路は、均一の温度環境内に保持され、機械的ストレスはかからない。例えば保温ベッドが、先ず動作温度に加熱されると、ウェハは保温ベッド内で浮遊するためにストレスがかからない。熱グリースが保温ベッドと回路との間の伝熱性を増加させ、温度が回路全体に亘って一定となり、特に熱い場所がないようにしている。 【0015】光ファイバの少なくとも一部は、リボン内に収納され、そこでDWDMに接合されるが、そこではストレスがかかることになる。ハウジングと素子を組み立てる方法は、このストレスが実質的に除かれるようにするものである。保温ベッドが支持ブロック上に配置され、電気リードがピンを介してフィード線に接続されると、断熱性の第2層がハウジング内に配置されて、その中の素子の上にかぶせられ、ハウジングの蓋がベース上にかぶせられる。 【0016】本発明のハウジングの別の実施例においては、温度制御回路がハウジング内に収納され、ヒーターのパワーは外部ソースから与えられる。 【0017】このため本発明のハウジングは、光学回路例えばDWDMの温度が狭い範囲内に維持されるようにし、回路の全体に亘って均一となるよう狭い範囲内に維持され、何年例えば20年にも亘って一定の信頼性のある性能を与えるものである。 【0018】 【発明の実施の形態】図1,2において、本発明のハウジング11はDWDM(図示せず)を収納する。ハウジング11はベース部材12と蓋13とを有する。図2に示されるように、ピン14を介して複数の電気リードがハウジング11内の素子と外部の温度制御回路と電力源15とにリード16を介して接続されている。入力のバッファ付き(即ち絶縁保護された)入力ファイバ17がハウジング11内に入り、光学信号をハウジング11内のDWDMに搬送する。 【0019】DWDM回路からの信号出力は、ハウジング11から光ファイバリボン18の形態で出る。各リボン内のファイバが特定の1つの周波数の信号を搬送する。光ファイバリボン18は部品19内に入り、そこで光ファイバリボン18内の各ファイバは分解され、入力ファイバ21の形態で部品19から出る。各ファイバはその一端に終端用ジャックプラグ22を具備する。ここに示された装置の動作においては、入力ファイバ17が異なる波長を有する信号の組み合わせを搬送し、ハウジング内のDWDM回路がこの信号を波長により分離して、光ファイバリボン18内の個々の出力ファイバにそれらを分配する。 【0020】このようにして各入力ファイバ21は、他のファイバとは異なる波長の信号を搬送する。前述したように、これらの波長は極めて近接している。例えば、8本のチャネルの構成においては、波長は1549.4nm,1551.0nm,1552.6nm,1554.2nm,1555.9nm,1557.5nm,1559.1nm,1560.7nmである。これらの連続する波長は、わずか1.6nmという非常に小さな差でもって増加している。32と64チャネルのDWDMのスペースは、0.4nmである。 【0021】図1,2に示した構成は、逆に動作することも可能である。即ち入力ファイバ21が複数の波長のうちの1つの波長の信号を含み、数個の信号が部品19に入力され、そこで個々のファイバが光ファイバリボン18に合成され、それらの複数の信号がハウジング11内のDWDM内に入力される。このDWDMが数個の信号を結合し、それを入力ファイバ17上に出力する。 【0022】図3において、ベース部材12と蓋13は各端部でチャネルに分けられた開口部材23,24を有する。そしてベース部材12と蓋13は開口部材23で熱可塑性のゴム製の光ファイバカラー26を収納し、開口部材24では熱可塑性のゴム製の光ファイバカラー27を収納する。組み立てた状態においては、光ファイバカラー26,27はそれぞれ入力ファイバ17と光ファイバリボン18に固着され、蓋13とベース部材12が一体に組み立てられた時にはそれぞれ開口部材23,24のチャネル内に組み込まれる。これらの光ファイバカラー26,27は、ハウジングの内部素子上に不等な応力が係るのを阻止するのに有効である。 【0023】ベース部材12は、その周囲から延びた突起リブ28を有し、この突起リブ28は蓋13の下側エッヂ29と適合する。さらにまた蓋13は突起部材31を有し、この突起部材31がベース部材12のスロット32内に適合する。リブと突起部とスロットの構成により、蓋13は組立時にベース部材12内にきっちりと入り、その場所に保持される。ベース部材12はその内部に台座部材33を有し、この台座部材33は数個のピン14を収納し、保持する開口34を有する。一方ピン14は、ベース部材12を貫通して外部に延びている(図1,2を参照)。 【0024】例えばポリイミド繊維材料製の1枚または2枚の断熱層36が、ベース部材12の床部37の上に配置される。この断熱層36は、第1と第2の切り込み38を有し、硬化ポリイミド製の第1と第2の支持部材39,41を収納する。支持部材39と41の上部には両面テープ部材42,43が配置され、これらは保温ベッド44をその位置に保持するためのものである。 【0025】保温ベッド44は、例えばアルミのような伝熱性材料で形成されるU字状の部材を含み、その間のスロット46が伝熱性グリース47を収納する。この伝熱性グリース47は、極めて高い伝熱性を有し、銀を充填したシリコングリースである。このグリースは、広い温度範囲に亘ってその特性を維持し、温度,湿度,オゾン,放射あるいは他の化学物質に対し耐性を有する。このような材料は、Norlabs Co. から市販されているNorsil 56840-EC である。 【0026】スロット46内には、例えばDWDM用のOASIC回路ダイが配置される。保温ベッド44はU字形状をしているものとして示されているが、保温ベッド44がOASIC回路をカバーし、スロット46内にグリースを保持できるものであるならば、他の形状あるいは構成を用いることも可能である。回路の一方の脚部49はコネクタ51により入力ファイバ17に接続され、他方の脚部48は光ファイバリボン18にコネクタ52により接続される。 【0027】コネクタ51,52は米国特許第5,559,915号に開示された種類のもので、同特許に議論されている技術を用いて形成される。保温ベッド44の上部表面53上には、加熱素子54が取り付けられ、この加熱素子54には点線で示すリード56によりピン14に接続される。加熱素子54は底部表面の周囲に巻回され接触している。同時に上部表面53には第1と第2の抵抗温度デバイス57,58が取り付けられ、同じく点線で示すようにリード59,61によりピン14に接続される。保温ベッド44とその関連部品の上には断熱ブランケット62が配置され、この断熱ブランケット62は蓋13の内側にぴったりとフィットする。 【0028】ハウジング11とさまざまな構成要素が組み立てられると、ピン14は開口34内に挿入され、それにリード56,59,61が接続され、これによりリード16をさらに制御デバイスに接続する。ハウジング11、即ちベース部材12と蓋13は、例えばガラスを充填したポリフェニレン硫化物(polyphenylene sulfide −PPS)のような低膨張率の材料(TCE)で形成されているが、この膨張率は脚部48のシリコン基板よりも依然として大きいものであり、このような差により導波路(DWDM)上の光ファイバの接続点にストレスを発生される。 【0029】このようなストレスを最少にするために、ハウジングは例えば少なくとも85℃に組立の間加熱され、リボンと光ファイバカラー26,27は入力ファイバ17と光ファイバリボン18にそれぞれエポキシ樹脂で取り付けられ、それが開口部材23,24のそれぞれに配置される。エポキシ樹脂が固まった後、パッケージデバイスは周囲温度まで冷却される。PPS材料が冷却時に若干縮むだけであるならば、ファイバと導波路のジョイント部分は圧縮力が係り85℃以下(75℃から90℃の動作範囲の範囲内を含む)の温度に対しては、それに係るストレスを最少にできる。 【0030】動作準備に際しては、加熱素子54は保温ベッド44を75℃〜90℃の動作範囲まで加熱し、特にはこの動作範囲内の特定の回路に依存する所定の温度まで加熱する。DWDMウェハがスロット46の伝熱性グリース47内に浮遊している限り、保温ベッド44の膨張に起因する歪を受けることはない。 【0031】次に動作に付いて説明すると、予め校正された抵抗温度デバイス57,58が電力源15に対しピン14の温度変化を示し、加熱素子54が活性化されて熱を加えて保温ベッド44を75℃〜90℃の所望の動作範囲に維持する。かくしてハウジング11全体がその中に収納されたDWDMあるいは他のOASIC型のウェハに対し応力の係らない状態を提供する。 【0032】図1〜3に示された本発明の実施例は、ハウジング11の外部に電力源15を有し、リード16とピン14を介して内部の構成要素に接続された状態を示している。図4〜7には、本発明の他の実施例を示し、この実施例においては制御回路はハウジング11内に収納されている。 【0033】図4に示すように、ベース部材12は図3のベース部材12とは若干変わっている。ベース部材12の端部エッヂ71,72は応力開放部材73,74を収納するよう溝が設けられ、そこを通って入力ファイバ17,光ファイバリボン18がそれぞれ対を形成する。応力開放部材73,74は、例えば熱可塑性のゴム製である。さらにベース部材12は一側76に沿って中央部に配置されたポーチ部材77を有し、このポーチ部材77は蓋13上のポーチ部材78と適合するものである。蓋13がベース部材12にかぶせられると、ポーチ部材77,78はリボン導体79が外部に通じるパスとなるスロットを形成する。 【0034】リボン導体79は、図5,6から分かるようにその上に制御回路81を有し、第1抵抗温度デバイス57からの信号に応答して加熱素子54を活性化する。図5,6に示すように、複数の導体82を含むフレキシブルな絶縁材料から形成されるリボン導体79は制御回路81を抵抗温度デバイス57,58に接続する。さらにまた制御回路81は加熱素子54と第2ヒーター83に、リード84,86により加熱素子54と第2ヒーター83が直列接続となるように接続される。 【0035】リボン導体79は複数のハンダポイント87を有し、このハンダポイント87が導体82を図3に示すピン14に必要によっては接続し、この場合リボン導体79はハンダポイント87の真下で切断されている。一方、ピン14は取り除くことができリボン導体79をスロット88を介して供給される。ポーチ部材77,78は両方とも断熱部材89を含み、リボン導体79をスロット88内の場所に保持してハウジング70の内側を断熱する。 【0036】図7は、ハウジング70の断面図で保温ベッド44と制御回路81がハウジング70内に配置された状態を示す。ベース部材12の床面には両面テープ91が配置され、その上にリボン導体79が通過しその位置に保持される。リボン導体79は92の点で上方向に曲げられ、その結果保温ベッド44が制御回路81の上に載り、断熱層36あるいは他の適当な絶縁手段によりそこから離される。断熱層36は制御回路を保温ベッド44の熱から保護し、電気的には金属から絶縁する。 【0037】図4〜7の実施例は、図3の実施例と基本的には同じであるが、制御回路81をハウジング70内に配置した点で若干異なっている。外部への電気接続は、電力用およびテスト用あるいは動作の構成用である。実際の温度制御は、ハウジング70内で行われる。 【0038】 【発明の効果】以上述べたように本発明のハウジングは、さまざまな種類のプリント回路基板を温度変化の悪影響からこのような回路を熱的に安定した回路内に配置することにより保護することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】596077259 【氏名又は名称】ルーセント テクノロジーズ インコーポレイテッド 【氏名又は名称原語表記】Lucent Technologies Inc. 【住所又は居所原語表記】600 Mountain Avenue,Murray Hill, New Jersey 07974−0636U.S.A.
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| 【出願日】 |
平成10年(1998)12月17日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】 【氏名又は名称】三俣 弘文
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| 【公開番号】 |
特開平11−243290 |
| 【公開日】 |
平成11年(1999)9月7日 |
| 【出願番号】 |
特願平10−359724 |
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