JP2004138971A - Package for optical waveguide type module - Google Patents

Package for optical waveguide type module Download PDF

Info

Publication number
JP2004138971A
JP2004138971A JP2002305891A JP2002305891A JP2004138971A JP 2004138971 A JP2004138971 A JP 2004138971A JP 2002305891 A JP2002305891 A JP 2002305891A JP 2002305891 A JP2002305891 A JP 2002305891A JP 2004138971 A JP2004138971 A JP 2004138971A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chip
heater
package
conductive material
optical waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002305891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Yonekura
米倉 秀樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinko Electric Industries Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinko Electric Industries Co Ltd filed Critical Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority to JP2002305891A priority Critical patent/JP2004138971A/en
Publication of JP2004138971A publication Critical patent/JP2004138971A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a package with which the uniformity of the temperature of a chip in an optical waveguide type module, the reduction of the stress to be exerted on the chip and the reduction of the electric power consumption of a heating means for heating the chip can be achieved. <P>SOLUTION: The optical waveguide type module includes the chip 20 formed with a waveguide, an aluminum heater 24 for heating the chip, and a highly thermally-conductive material 26, such as a Cu-W alloy, interposed between the chip and the heater in such a manner that the heat of the heater is evenly distributed and conducted to the chip. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板上に光導波路を形成したデバイス(以下、チップと称する)を支持する光導波路型モジュール用パッケージに関し、更に詳しくは、アレイ導波路格子(Arrayed Waveguide Grating: AWG)光波長合分波回路モジュール用のパッケージの構造に関する。
【0002】
光ファイバを伝送媒体とする光通信システムでは、1本の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を多重伝送する光波長多重伝送(光WDM)技術が採用されている。本発明は、このような光WDMの中でも最も広く用いられるAWG光合分波器モジュール用のパッケージに関わる。AWG光合分波器モジュールは、波長の異なる複数の光信号を1本のファイバに多重伝送したり、多重伝送された光信号を波長成分ごとに分波するものである。
【0003】
【従来の技術】
導波路型モジュールは、光通信における通信量の増加に伴い広く利用されるようになった。この種の光導波路型モジュールを製造するために使用されるパッケージは、従来、シリコン又は石英からなる基板上にガラス導波路を形成したデバイス(チップ)をパッケージ内壁に支持する構造体であるが、設計時に定めた光学特性を発揮させるためには、次のような条件を満たす必要がある。
(1)チップの温度均一性。特にチップの光回路形成部においては、±数℃以下程度の温度均一性が要求される。
(2)チップの光導波路部分に応力を与えないこと。導波路部分に加わる応力は、数MPa以下であることが要求される。
(3)低消費電力化。チップの均熱性は、ヒータによる加熱で実現されるが、この場合のヒータの消費電力は数W以下であることが要求される。
【0004】
なお、関連する従来技術として特許文献1に開示されている導波路型光合分波装置は、回路構成を簡素化して歩留りを向上させ、製造偏差に対するトレランス緩和を図ることを目的として、各スラブ導波路に接続される出力導波路間で対向する端面形成位置、又は各スラブ導波路に接続される入力導波路間で対向する端面形成位置を、互いに重なり合わないようにずらして形成している。
【0005】
また、特許文献2に開示されている平面光導波路の製造方法においては、光導波路内の有効屈折率が均一になって、より精密な光素子を得るべく、基板に下位被覆層を形成する工程、更にコア層を形成する工程等の各段階にて表面を研磨する工程を加えることにより、光導波路の厚さの均一度を増加させることが提案されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−71977号公報
【特許文献2】
特開平11−72637号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光導波路型モジュール用パッケージの構造によると、チップの温度の均一性、チップにかかる応力の低減化、チップを加熱するための加熱手段の低消費電力化が十分とは言えなかった。
【0008】
そこで、本発明では、光導波路型モジュールにおけるチップの温度の均一性、チップにかかる応力の低減化、チップを加熱するための加熱手段の低消費電力化を図ることが可能な光導波路型モジュール用パッケージを提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、導波路を形成したチップと、該チップを加熱するヒータと、該ヒータの熱を均一に分布させて前記チップに伝えるべく介在させた高熱伝導性材料と、を含むことを特徴とする光導波路型モジュール用パッケージが提供される。
【0010】
前記高熱伝導性材料を前記チップと前記ヒータとの間に介在させたことを特徴とする。この場合において、前記高熱伝導性材料は平面状であって、該材料の一方の面を接着剤を介して前記チップに接着し、該材料の他方の面を接着剤を介して前記ヒータに接着し、前記高熱伝導性材料のチップ側の接触面積は、前記チップの該高熱伝導性材料側の面積よりも小さいことを特徴とする。
【0011】
前記チップはシリコン上にガラス導波路を形成したシリコンチップであり、前記ヒータはアルミナ製ヒータであり、前記高熱伝導性材料はCu−W合金であることを特徴とする。
【0012】
また、前記ヒータを前記チップに隣接させて配置し、前記高熱伝導性材料を前記ヒータの前記チップ側とは反対側に接続することも可能である。
【0013】
また、本発明によれば、導波路を形成したチップと、該チップを加熱するヒータと、該ヒータの熱を均一に分布させて前記チップに伝えるべく、前記チップと前記ヒータとの間に介在させた高熱伝導性材料と、から成るコア部と;該コア部を支持するパッケージ本体と;前記ヒータと該パッケージ本体の底面との間に空気層が規定されるように前記コア部をパッケージ本体に支持する手段と;を具備することを特徴とする光導波路型モジュール用パッケージが提供される。
【0014】
この場合において、前記コア部をパッケージ本体の底面に支持する手段は、前記ヒータと該パッケージ本体の底面との間の接触面積が少なくなるように両者間に設けた脚部から成ることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明の光導波路型モジュール用パッケージを使用するに適した光合分波システムの一例を示すものである。1は発光部であり、複数のレーザダイオード(LD)等からなり、それぞれ異なる波長のレーザ光信号を発光する。2はモジュレータであり、各レーザダイオード(LD)にて発光され且つ光ファイバを伝送された各波長の光信号を変調する。3は合波部であり、レーザダイオード(LD)にて発光された波長の異なる光信号を1本の光ファイバで伝送可能となるように合波する。4は増幅部であり、カプラー4a、アイソレータ4b、フィルタ4c、励起用LD4d等を具備する。5は分波部であり、1本の光ファイバで伝送された波長の異なる光信号を各波長ごとの光信号に分波する。分波され且つ複数の光ファイバで伝送される各光信号は、フィルタ6、スイッチ7、アッテネータ(減衰器)8を通り受光素子(フォトダイオード)9にて受光される。
【0017】
図2は基板上にスラブ導波路を形成して成る、アレイ導波路格子(Arrayed Waveguide Grating: AWG)光波長合分波回路(チップ)20を示す。矩形で板状のシリコン又は石英基板10の上に複数本のガラス導波路11がアレイ状に形成されている。異なった波長の光信号Aがそれぞれ図示しない光ファイバから伝送され、基板10上の複数の導波路11aに入力される。各導波路11aを伝送された光信号は格子12にて多重化され、2つの導波路11b、11cに合波される。更に、格子13にて1つの導波路11dに合波される。合波された光信号Bは、図示しない光ファイバへ伝送される。
【0018】
この種のチップ20を支持するパッケージ構造体は、前述のように、チップの温度均一性を図ること、チップの光導波路部分に応力を与えないこと、低消費電力化を図ることが要求される。これらの要求を実現するために、図3〜9において比較例と共に本発明の実施形態を説明する。これらの図において、20はチップ、22は接着剤、24はアルミナ製ヒータ、26は高熱伝導性材料を示す。
【0019】
チップ20の均熱性を確保するためのヒータとして、矩形で平板状のアルミナ製ヒータ24を用いる。このヒータ24の内部に配線されている抵抗回路には、通常使用されているタングステン(W)を用いる。この場合、均熱性、応力、消費電力はいづれも光学特性を発揮させるには不十分な値であった。
【0020】
図3〜図5は、特にチップの均熱性を考慮したもので、図3は比較例、図4は第1実施形態、図5は第1実施形態をそれぞれ断面図で示す。図3に示す比較例では、アルミナ製ヒータ24を接着剤22により直接チップ20に接合している。チップ20は、前述のように、基板上にスラブ導波路を形成したもので、チップ20の導波路形成面とは反対側の基板面を接着剤22によりアルミナ製ヒータ24に直接接合している。
【0021】
これに対し、図4に示す第1実施形態では、チップ10とアルミナ製ヒータ24との間に、熱伝導性の高い矩形平板状の材料(高熱伝導性材料)26を挿入している。即ち、チップ10と高熱伝導性材料26との間、及び高熱伝導性材料26とアルミナ製ヒータ24との間は接着剤22により接合されている。熱伝導性の高い平板状の材料(高熱伝導性材料)26としては、シリコン、窒化アルミニウム、Cu−W合金、Cu等であり、熱伝導性率はα>150W/m℃であるのが望ましい。
【0022】
このように、アルミナ製ヒータ24に高熱伝導性材料26を貼り付けることで、熱容量を増加させるとともに、ヒータ側の熱を全体的に均等化する作用をする。
【0023】
図5に示す第2実施形態では、高熱伝導性材料26を、第1実施形態のようにチップ20とアルミナ製ヒータ24との間にではなく、アルミナ製ヒータ24のチップ20とは反対側に配置している。即ち、アルミナ製ヒータ24は接着剤22によりチップ20に直接接合させ、高熱伝導性材料26をアルミナ製ヒータ24の裏面側に貼り付けている。この場合においても、アルミナ製ヒータ24の熱は高熱伝導性材料26にてその平面全体にわたって均等化されチップ20に対して均熱化を図ることができる。
【0024】
図6及び図7は、特にチップの光導波路部分に応力を与えないように配慮したもので、図6は比較例、図7は第3実施形態を示す。
【0025】
図6に示す比較例では、チップ20とアルミナ製ヒータ24との間に、熱伝導性の高い平板状の材料(高熱伝導性材料)26を挿入し、これらの間をそれぞれ接着剤22により接合しているが、チップ20の矩形の接合面の面積、高熱伝導性材料26の矩形の上下面の面積、及びアルミナ製ヒータ24の矩形の接合面側の面積がほぼ同一である。そして、これらの三者が互いに面一に接合されている。
【0026】
これに対し、図7に示す第3実施形態では、矩形平板状の高熱伝導性材料26の面積を相対的に小さくしている。即ち、高熱伝導性材料26のチップ20側の接触面積を、チップ20の高熱伝導性材料26側の面積よりも小さくしている。
【0027】
本来チップ20にかかる応力は、チップ20の熱膨張率と異なる材料のものがチップ20に接着されることによって生ずる。その場合の発生応力は、相互の熱膨張率の差が大きければ大きい程、また接触面積が広ければ広い程、大きくなる。しかしながら、チップ20の発生応力は単にチップが接着される部品との関係だけで決まるものではない。そのため、チップの周辺部及びその接触面積をも含めた応力解析を行なって、最適な構成を検討した。その結果、チップ20を接着する部品は、単純にチップ20との熱膨張率差の小さいものを使用すれば良い、というのではないことが判明した。チップとして、シリコン上のガラス導波路を形成したものを使用し、またヒータとして、アルミナ製ヒータを用いた場合は、両者間に挿入する高熱伝導性材料26は、シリコンとの熱膨張率が近い窒化アルミニウムを使用するよりも、比較的シリコンとの熱膨張率に差のあるCu−W合金を使用した方がチップの発生応力が小さいことが判明した。
【0028】
したがって、チップ20の接触面積を、チップ20のほぼ全体領域からチップ20上の格子12、13(図2)や導波路を含む光学回路形成部C(図7)に対応する領域にまで縮小し、チップ20の発生応力を低減することとした。
【0029】
シミュレーション・テストによると、接触面積を縮小後のモデルで、高熱伝導材料として窒化アルミニウムからCu−W合金に変更した場合の発生応力は、約75%に減少した。
【0030】
一方、接触面積を約1/3に減少し且つ高熱伝導材料26としてCu−W合金を使用した場合、シミュレーション・テストの結果、発生応力は約23%に減少することがわかった。
【0031】
したがって、接触面積をチップ20の全体領域からチップ20上の格子や導波路を含む光学回路形成部の形成領域Cにまで縮小すると共に、高熱伝導材料26としてCu−W合金を使用するのが好適であることがわかった。
【0032】
図8及び図9は、特にアルミナ製ヒータ24の消費電力の低減化を図ることを配慮したもので、図8は比較例、図9は第4実施形態を示す。導波路を形成したチップ20と、チップ20を加熱するアルミナ製ヒータ24と、チップ20とアルミナ製ヒータ24との間に介在させた高熱伝導性材料26とから成る構成は、図7の第3実施形態と同じである。即ち、チップ20とアルミナ製ヒータ24との間の接触面積をチップ20の面積より小さくしている。以上の部分をコア部30と称する。
【0033】
図8に示す比較例では、コア部30をパッケージ34の内壁に支持・固定するにあたって、アルミナ製ヒータ24の裏面にヒータフランジ32を介在させてコア部30をパッケージ34の内壁面34aに固定していた。ヒータフランジ32を使用する場合は、アルミナ製ヒータ24とパッケージ内壁面34aとの間の空気層の容積を十分とることができず、十分な断熱効果が得られなかった。
【0034】
アルミナ製ヒータ24の消費電力の低減化を図るには、加熱すべき部分の断熱効果を高めることが必要である。また、コア部30を支持するパッケージ構造及び構成部品の材料選定にあたっては、加熱部分の周辺の熱抵抗を高める方向に変更するのが好適である。
【0035】
図9に示す第4実施形態によると、コア部30をパッケージ34の底面上に支持するのに、パッケージ34の内壁34aに対してなるべく接触面積が少なくなるようにし、且つその間に熱抵抗の高い空気層38を介在させるようにするのが好適である。このため、アルミナ製ヒータ24の裏面の4隅にインナーステー(突起ないし脚)36を設け、アルミナ製ヒータ24の裏面とパッケージの内壁面34aとの間の相互接続のための面積(接触面積)を少なくして、即ちこれらのインナーステー部の部分のみに限定して、アルミナ製ヒータ24の裏面とパッケージ34の内壁面34aとの間隔を確保して空気層38の容量を確保するようにした。この空気層38は断熱効果によりアルミナ製ヒータ24の消費電力を低減する効果がある。
【0036】
シミュレーションテストによると、上記のように、アルミナ製ヒータ24とパッケージの内壁面34a間に空気層38を確保することで、消費電力を約22%に減少することができた。また、パッケージ底面に厚さ(t)が1mmの突起36を設けることで、約20%から約50%の消費電力の低減効果が期待できるという結果が得られた。
【0037】
以上添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板に導波路を形成したチップを支持・固定するパッケージ構造体において、チップの温度均一性を図ることができ、チップの光導波路部分に応力を与えず、且つヒータの低消費電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光導波路型モジュール用パッケージを使用するに適した光合波分波システムの一例を示す。
【図2】基板上にスラブ導波路を形成して成る、アレイ導波路格子(Arrayed Waveguide Grating: AWG)光波長合分波回路(チップ)を示す。
【図3】チップの均熱性を検討する比較例を示す。
【図4】チップの均熱性を考慮した本発明の第1実施形態を示す。
【図5】チップの均熱性を考慮した本発明の第2実施形態を示す。
【図6】チップの応力低減を検討する比較例を示す。
【図7】チップの応力低減を考慮した本発明の第3実施形態を示す。
【図8】ヒータの低消費電力化を検討する比較例を示す。
【図9】ヒータの低消費電力化を考慮した本発明の第4実施形態を示す。
【符号の説明】
20…チップ
22…接着剤
24…ヒータ
26…高熱伝導材料
30…コア部
34…パッケージ
36…インナーステー
38…空気層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a package for an optical waveguide type module that supports a device having an optical waveguide formed on a substrate (hereinafter referred to as a chip), and more particularly, to an arrayed waveguide grating (AWG) optical wavelength multiplexing / demultiplexing. The present invention relates to a structure of a package for a circuit module.
[0002]
2. Description of the Related Art In an optical communication system using an optical fiber as a transmission medium, an optical wavelength division multiplexing (optical WDM) technique for multiplexing and transmitting a plurality of optical signals having different wavelengths to one optical fiber is adopted. The present invention relates to a package for an AWG optical multiplexer / demultiplexer module most widely used among such optical WDMs. The AWG optical multiplexer / demultiplexer module multiplexes and transmits a plurality of optical signals having different wavelengths to one fiber, and demultiplexes the multiplexed optical signal for each wavelength component.
[0003]
[Prior art]
Waveguide-type modules have been widely used with an increase in the amount of communication in optical communication. A package used to manufacture this type of optical waveguide module is a structure that conventionally supports a device (chip) in which a glass waveguide is formed on a substrate made of silicon or quartz on an inner wall of the package. In order to exhibit the optical characteristics determined at the time of design, it is necessary to satisfy the following conditions.
(1) Temperature uniformity of the chip. Particularly, in the optical circuit forming portion of the chip, temperature uniformity of about ± several degrees C or less is required.
(2) No stress is applied to the optical waveguide portion of the chip. The stress applied to the waveguide portion is required to be several MPa or less.
(3) Low power consumption. The temperature uniformity of the chip is realized by heating with a heater. In this case, the power consumption of the heater is required to be several W or less.
[0004]
Incidentally, the waveguide type optical multiplexer / demultiplexer disclosed in Patent Document 1 as a related prior art is intended to simplify the circuit configuration, improve the yield, and alleviate the tolerance of manufacturing slabs. The end face formation positions facing each other between the output waveguides connected to the waveguides, or the end face formation positions facing the input waveguides connected to the respective slab waveguides are shifted so as not to overlap with each other.
[0005]
Further, in the method of manufacturing a planar optical waveguide disclosed in Patent Document 2, a step of forming a lower coating layer on a substrate in order to obtain a more precise optical element with a uniform effective refractive index in the optical waveguide. Further, it has been proposed to increase the uniformity of the thickness of the optical waveguide by adding a step of polishing the surface in each step such as a step of forming a core layer.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-71977 [Patent Document 2]
JP-A-11-72637
[Problems to be solved by the invention]
According to the structure of the conventional package for an optical waveguide type module, it cannot be said that the uniformity of the temperature of the chip, the reduction of the stress applied to the chip, and the low power consumption of the heating means for heating the chip are not sufficient.
[0008]
Therefore, the present invention provides an optical waveguide module for an optical waveguide module that can achieve a uniform temperature of a chip, a reduction in stress applied to the chip, and a reduction in power consumption of a heating unit for heating the chip. The task is to provide a package.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, according to the present invention, a chip having a waveguide formed thereon, a heater for heating the chip, and a high heat interposed for uniformly distributing heat of the heater and transmitting the heat to the chip. A package for an optical waveguide module, comprising: a conductive material;
[0010]
The high thermal conductive material is interposed between the chip and the heater. In this case, the high heat conductive material is planar, one surface of the material is bonded to the chip via an adhesive, and the other surface of the material is bonded to the heater via an adhesive. The contact area of the high heat conductive material on the chip side is smaller than the area of the chip on the high heat conductive material side.
[0011]
The chip is a silicon chip having a glass waveguide formed on silicon, the heater is a heater made of alumina, and the high thermal conductive material is a Cu-W alloy.
[0012]
It is also possible to arrange the heater adjacent to the chip and connect the high thermal conductivity material to the side of the heater opposite to the chip.
[0013]
Further, according to the present invention, a chip on which a waveguide is formed, a heater for heating the chip, and a heater interposed between the chip and the heater for uniformly distributing heat of the heater to the chip. A package body supporting the core section; and a package body such that an air layer is defined between the heater and a bottom surface of the package body. Means for supporting the optical waveguide module.
[0014]
In this case, the means for supporting the core portion on the bottom surface of the package body includes legs provided between the heater and the bottom surface of the package body so as to reduce a contact area between the heater and the bottom surface of the package body. I do.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0016]
FIG. 1 shows an example of an optical multiplexing / demultiplexing system suitable for using the optical waveguide module package of the present invention. Reference numeral 1 denotes a light emitting unit which includes a plurality of laser diodes (LDs) and emits laser light signals having different wavelengths. Reference numeral 2 denotes a modulator that modulates an optical signal of each wavelength emitted by each laser diode (LD) and transmitted through an optical fiber. A multiplexing unit 3 multiplexes optical signals having different wavelengths emitted by a laser diode (LD) so that the signals can be transmitted through one optical fiber. Reference numeral 4 denotes an amplifier, which includes a coupler 4a, an isolator 4b, a filter 4c, an LD 4d for excitation, and the like. Reference numeral 5 denotes a demultiplexing unit, which demultiplexes optical signals of different wavelengths transmitted by one optical fiber into optical signals of respective wavelengths. Each optical signal that is split and transmitted by a plurality of optical fibers passes through a filter 6, a switch 7, and an attenuator (attenuator) 8, and is received by a light receiving element (photodiode) 9.
[0017]
FIG. 2 shows an arrayed waveguide grating (AWG) optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit (chip) 20 having a slab waveguide formed on a substrate. A plurality of glass waveguides 11 are formed in an array on a rectangular plate-shaped silicon or quartz substrate 10. Optical signals A having different wavelengths are respectively transmitted from optical fibers (not shown) and input to the plurality of waveguides 11 a on the substrate 10. The optical signal transmitted through each waveguide 11a is multiplexed by the grating 12 and multiplexed into two waveguides 11b and 11c. Further, the light is multiplexed by the grating 13 into one waveguide 11d. The multiplexed optical signal B is transmitted to an optical fiber (not shown).
[0018]
As described above, the package structure supporting this type of chip 20 is required to achieve temperature uniformity of the chip, not to apply stress to the optical waveguide portion of the chip, and to reduce power consumption. . In order to fulfill these requirements, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these figures, 20 is a chip, 22 is an adhesive, 24 is a heater made of alumina, and 26 is a high thermal conductive material.
[0019]
As a heater for ensuring the heat uniformity of the chip 20, a rectangular and flat alumina heater 24 is used. A commonly used tungsten (W) is used for the resistance circuit wired inside the heater 24. In this case, the heat uniformity, stress, and power consumption were all insufficient values for exhibiting optical characteristics.
[0020]
FIGS. 3 to 5 particularly show the thermal uniformity of the chip. FIG. 3 is a sectional view of a comparative example, FIG. 4 is a sectional view of a first embodiment, and FIG. 5 is a sectional view of a first embodiment. In the comparative example shown in FIG. 3, the heater 24 made of alumina is directly bonded to the chip 20 by the adhesive 22. As described above, the chip 20 has a slab waveguide formed on a substrate, and the substrate surface opposite to the waveguide forming surface of the chip 20 is directly bonded to an alumina heater 24 with an adhesive 22. .
[0021]
On the other hand, in the first embodiment shown in FIG. 4, a rectangular plate-like material (high thermal conductive material) 26 having high thermal conductivity is inserted between the chip 10 and the heater 24 made of alumina. That is, the adhesive 22 is bonded between the chip 10 and the high thermal conductive material 26 and between the high thermal conductive material 26 and the alumina heater 24. The flat material (high thermal conductivity material) 26 having high thermal conductivity is silicon, aluminum nitride, Cu—W alloy, Cu, or the like, and the thermal conductivity is preferably α> 150 W / m ° C. .
[0022]
As described above, by attaching the high heat conductive material 26 to the alumina heater 24, the heat capacity is increased and the heat on the heater side is totally equalized.
[0023]
In the second embodiment shown in FIG. 5, the high thermal conductive material 26 is not placed between the chip 20 and the alumina heater 24 as in the first embodiment, but on the opposite side of the alumina heater 24 from the chip 20. Are placed. That is, the heater 24 made of alumina is directly bonded to the chip 20 by the adhesive 22, and the high thermal conductive material 26 is attached to the back surface of the heater 24 made of alumina. Also in this case, the heat of the alumina heater 24 is equalized over the entire plane by the high thermal conductive material 26, so that the chip 20 can be evenly heated.
[0024]
FIGS. 6 and 7 show a structure in which stress is not particularly applied to the optical waveguide portion of the chip. FIG. 6 shows a comparative example, and FIG. 7 shows a third embodiment.
[0025]
In the comparative example shown in FIG. 6, a plate-shaped material (highly heat-conductive material) 26 having high heat conductivity is inserted between the chip 20 and the heater 24 made of alumina, and these are bonded to each other by the adhesive 22. However, the area of the rectangular joint surface of the chip 20, the area of the upper and lower surfaces of the rectangle of the high thermal conductive material 26, and the area of the alumina heater 24 on the rectangular joint surface side are substantially the same. And these three are joined to each other flush.
[0026]
On the other hand, in the third embodiment shown in FIG. 7, the area of the high heat conductive material 26 in the shape of a rectangular flat plate is relatively reduced. That is, the contact area of the high heat conductive material 26 on the chip 20 side is made smaller than the area of the chip 20 on the high heat conductive material 26 side.
[0027]
The stress originally applied to the chip 20 is generated when a material different from the coefficient of thermal expansion of the chip 20 is bonded to the chip 20. In this case, the generated stress increases as the difference between the coefficients of thermal expansion increases and as the contact area increases. However, the generated stress of the chip 20 is not determined solely by the relationship with the component to which the chip is bonded. Therefore, stress analysis including the peripheral portion of the chip and its contact area was performed, and the optimum configuration was examined. As a result, it has been found that it is not sufficient to simply use a component having a small thermal expansion coefficient difference with the chip 20 as a component to which the chip 20 is bonded. When a chip having a glass waveguide formed on silicon is used as a chip, and a heater made of alumina is used as a heater, the high thermal conductive material 26 inserted between the two has a coefficient of thermal expansion close to that of silicon. It has been found that the use of a Cu-W alloy having a relatively different coefficient of thermal expansion from silicon compared to the use of aluminum nitride results in a lower chip generated stress.
[0028]
Therefore, the contact area of the chip 20 is reduced from almost the entire area of the chip 20 to an area corresponding to the optical circuit forming portion C (FIG. 7) including the gratings 12 and 13 (FIG. 2) and the waveguide on the chip 20. The stress generated in the chip 20 is reduced.
[0029]
According to the simulation test, in the model after the contact area was reduced, the stress generated when aluminum nitride was changed to a Cu-W alloy as the high thermal conductive material was reduced to about 75%.
[0030]
On the other hand, when the contact area was reduced to about 1/3 and a Cu-W alloy was used as the high thermal conductive material 26, a simulation test showed that the generated stress was reduced to about 23%.
[0031]
Therefore, it is preferable to reduce the contact area from the entire area of the chip 20 to the formation area C of the optical circuit forming portion including the grating and the waveguide on the chip 20 and to use a Cu-W alloy as the high thermal conductive material 26. It turned out to be.
[0032]
FIGS. 8 and 9 are designed to reduce the power consumption of the heater 24 made of alumina. FIG. 8 shows a comparative example, and FIG. 9 shows a fourth embodiment. The structure including the chip 20 having the waveguide formed therein, the heater 24 made of alumina for heating the chip 20, and the high heat conductive material 26 interposed between the chip 20 and the heater 24 made of alumina is the third structure in FIG. This is the same as the embodiment. That is, the contact area between the chip 20 and the heater 24 made of alumina is made smaller than the area of the chip 20. The above part is referred to as a core part 30.
[0033]
In the comparative example shown in FIG. 8, in supporting and fixing the core portion 30 to the inner wall of the package 34, the core portion 30 is fixed to the inner wall surface 34a of the package 34 with the heater flange 32 interposed on the back surface of the heater 24 made of alumina. I was When the heater flange 32 was used, the volume of the air layer between the heater 24 made of alumina and the package inner wall surface 34a could not be sufficient, and a sufficient heat insulating effect could not be obtained.
[0034]
In order to reduce the power consumption of the alumina heater 24, it is necessary to enhance the heat insulating effect of the portion to be heated. Further, when selecting the material of the package structure and the components that support the core portion 30, it is preferable to change the direction to increase the thermal resistance around the heated portion.
[0035]
According to the fourth embodiment shown in FIG. 9, in order to support the core section 30 on the bottom surface of the package 34, the contact area with the inner wall 34a of the package 34 is reduced as much as possible, and the thermal resistance is high during that time. Preferably, an air layer 38 is interposed. For this reason, inner stays (projections or legs) 36 are provided at the four corners of the back surface of the heater 24 made of alumina, and an area (contact area) for interconnection between the back surface of the heater 24 made of alumina and the inner wall surface 34a of the package is provided. In other words, the space between the back surface of the heater 24 made of alumina and the inner wall surface 34a of the package 34 is secured to secure the capacity of the air layer 38 by limiting the inner stay portion only. . The air layer 38 has an effect of reducing power consumption of the heater 24 made of alumina by a heat insulating effect.
[0036]
According to the simulation test, the power consumption can be reduced to about 22% by securing the air layer 38 between the heater 24 made of alumina and the inner wall surface 34a of the package as described above. Further, by providing the protrusion 36 having a thickness (t) of 1 mm on the bottom surface of the package, a result was obtained in which an effect of reducing power consumption by about 20% to about 50% can be expected.
[0037]
Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various forms, modifications, and modifications may be made within the spirit and scope of the present invention. It is possible.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a package structure for supporting and fixing a chip having a waveguide formed on a substrate, temperature uniformity of the chip can be achieved, and stress is applied to the optical waveguide portion of the chip. Power consumption of the heater can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of an optical multiplexing / demultiplexing system suitable for using the optical waveguide module package of the present invention.
FIG. 2 shows an arrayed waveguide grating (AWG) optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit (chip) having a slab waveguide formed on a substrate.
FIG. 3 shows a comparative example for examining the thermal uniformity of a chip.
FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention in which the temperature uniformity of a chip is considered.
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention in consideration of the heat uniformity of a chip.
FIG. 6 shows a comparative example for examining a reduction in stress of a chip.
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention in which stress reduction of a chip is considered.
FIG. 8 shows a comparative example in which reduction in power consumption of a heater is considered.
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention in which low power consumption of a heater is considered.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 20 chip 22 adhesive 24 heater 26 high heat conductive material 30 core 34 package 36 inner stay 38 air layer

Claims (7)

導波路を形成したチップと、該チップを加熱するヒータと、該ヒータの熱を均一に分布させて前記チップに伝えるべく介在させた高熱伝導性材料と、を含むことを特徴とする光導波路型モジュール用パッケージ。An optical waveguide type comprising: a chip on which a waveguide is formed; a heater for heating the chip; and a high thermal conductive material interposed for uniformly distributing the heat of the heater and transmitting the heat to the chip. Package for module. 前記高熱伝導性材料を前記チップと前記ヒータとの間に介在させたことを特徴とする請求項1に記載の光導波路型モジュール用パッケージ。The optical waveguide module package according to claim 1, wherein the high thermal conductive material is interposed between the chip and the heater. 前記高熱伝導性材料は平面状であって、該材料の一方の面を接着剤を介して前記チップに接着し、該材料の他方の面を接着剤を介して前記ヒータに接着し、前記高熱伝導性材料のチップ側の接触面積は、前記チップの該高熱伝導性材料側の面積よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の光導波路型モジュール用パッケージ。The high heat conductive material is planar, and one surface of the material is bonded to the chip via an adhesive, and the other surface of the material is bonded to the heater via an adhesive. 3. The optical waveguide module package according to claim 2, wherein a contact area of the conductive material on the chip side is smaller than an area of the chip on the high thermal conductive material side. 前記チップはシリコン上にガラス導波路を形成したシリコンチップであり、前記ヒータはアルミナ製ヒータであり、前記高熱伝導性材料はCu−W合金であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光導波路型モジュール用パッケージ。The chip according to any one of claims 1 to 3, wherein the chip is a silicon chip having a glass waveguide formed on silicon, the heater is a heater made of alumina, and the high thermal conductive material is a Cu-W alloy. The package for an optical waveguide module according to claim 1. 前記ヒータを前記チップに隣接させて配置し、前記高熱伝導性材料を前記ヒータの前記チップ側とは反対側に接続したことを特徴とする請求項1に記載の光導波路型モジュール用パッケージ。The optical waveguide module package according to claim 1, wherein the heater is arranged adjacent to the chip, and the high thermal conductive material is connected to a side of the heater opposite to the chip. 導波路を形成したチップと、該チップを加熱するヒータと、該ヒータの熱を均一に分布させて前記チップに伝えるべく、前記チップと前記ヒータとの間に介在させた高熱伝導性材料と、から成るコア部と、
該コア部を支持するパッケージ本体と、
前記ヒータと該パッケージ本体の底面との間に空気層が規定されるように前記コア部をパッケージ本体に支持する手段と、
を具備することを特徴とする光導波路型モジュール用パッケージ。
A chip on which a waveguide is formed, a heater for heating the chip, and a high thermal conductive material interposed between the chip and the heater to uniformly distribute heat of the heater to the chip, A core portion comprising:
A package body supporting the core portion;
Means for supporting the core portion on the package body such that an air layer is defined between the heater and the bottom surface of the package body;
A package for an optical waveguide module, comprising:
前記コア部をパッケージ本体の底面に支持する手段は、前記ヒータと該パッケージ本体の底面との間の接触面積が少なくなるように両者間に設けた脚部から成ることを特徴とする請求項6に記載の光導波路型モジュール用パッケージ。The means for supporting the core portion on the bottom surface of the package body comprises legs provided between the heater and the bottom surface of the package body so as to reduce a contact area between the heater and the bottom surface of the package body. 4. The package for an optical waveguide module according to claim 1.
JP2002305891A 2002-10-21 2002-10-21 Package for optical waveguide type module Pending JP2004138971A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002305891A JP2004138971A (en) 2002-10-21 2002-10-21 Package for optical waveguide type module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002305891A JP2004138971A (en) 2002-10-21 2002-10-21 Package for optical waveguide type module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004138971A true JP2004138971A (en) 2004-05-13

Family

ID=32452857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002305891A Pending JP2004138971A (en) 2002-10-21 2002-10-21 Package for optical waveguide type module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004138971A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100360969C (en) * 2005-12-31 2008-01-09 武汉光迅科技股份有限公司 Heatless array wave guide grating based on stress compensation
JP2011113073A (en) * 2009-11-30 2011-06-09 Mitsubishi Electric Corp Wavelength conversion element
CN112269276A (en) * 2020-11-13 2021-01-26 中国科学院微电子研究所 Optical device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100360969C (en) * 2005-12-31 2008-01-09 武汉光迅科技股份有限公司 Heatless array wave guide grating based on stress compensation
JP2011113073A (en) * 2009-11-30 2011-06-09 Mitsubishi Electric Corp Wavelength conversion element
CN112269276A (en) * 2020-11-13 2021-01-26 中国科学院微电子研究所 Optical device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101501541B (en) Method and system for grating taps for monitoring a dwdm transmitter array
US8285150B2 (en) Method and system for integrated DWDM transmitters
US20030006224A1 (en) Redundant package for optical components
CA2718504A1 (en) Optical module
US8337096B2 (en) Efficient thermoelectric cooling of photonic integrated circuits
JP2008046546A (en) Optical transmitter
JP2004138971A (en) Package for optical waveguide type module
JP2000249853A (en) Optical module
JP3796183B2 (en) Silica-based optical waveguide parts
JP2000075152A (en) Optical module
US6664511B2 (en) Package for optical components
EP1526402A2 (en) Optical device module
US6583388B2 (en) High thermal efficiency, small form-factor packages including thermally insulative cavities, and transfer molded variants
KR20150116707A (en) cost effective optical coupling module
JP2002250903A (en) Optical waveguide element
JPH11326658A (en) Optical module
JP2006003651A (en) Optical module and manufacturing method of optical module
JP2003215365A (en) Optical waveguide module
JP3801060B2 (en) Optical module
JPH11281826A (en) Optical module
JP2001083343A (en) Glass waveguide module and method for its production
JP2006133798A (en) Quartz optical waveguide component
US6606425B1 (en) Transfer molded packages with embedded thermal insulation
KR100416967B1 (en) Planer lightwave circuit module with heat transfer device
JP2000019344A (en) Optical module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050812

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070904

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070906

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080108