KR20020024544A - 히터 모듈 및 광도파로 모듈 - Google Patents

히터 모듈 및 광도파로 모듈 Download PDF

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히로세요시유키
토미카와타다시
사이토히로히사
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오카야마 노리오
스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 소비 전력 및 광도파로 모듈의 두께를 유지하면서, 광도파로의 온도 균일성을 향상시키는 것이 가능한 히터 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 히터 모듈(20)은, 광도파로 소자를 가열하여 광도파로 소자(12)의 온도 조절을 하기 위한 히터 모듈(20)로서, 통전에 의해 발열하는 발열 회로(22)와, 발열 회로(22)의 상면에 설치되는 동시에, 광도파로 소자(12)를 올려놓기 위한 오목 홈부가 형성된 전열부(21)를 구비한다.
오목 홈부가 형성된 전열부(21)의 저면에 광도파로 소자(12)를 올려놓는 것에 의해, 광도파로 소자(12)를 저면으로부터 뿐만 아니라, 오목 홈부를 구성하는 가장자리부에 의해서 측면으로부터도 가열할 수 있기 때문에, 온도 균일성을 높일 수 있다.

Description

히터 모듈 및 광도파로 모듈{Heater module and optical waveguide module}
본 발명은 광 도파로 소자를 가열하여 상기 광도파로 소자의 온도 조절을 하기 위한 히터 모듈 및 이것을 구비한 광도파로 소자에 관한 것이다.
광도파로 모듈에 있어서, 광도파로 소자 내부의 온도 분포가 크면, 장소에 따라서 기판의 열팽장 차에 의해서 광도파로의 치수가 변화하여 파장 선택성이나 스위칭 특성에 지장을 초래하게 된다. 이 때문에, 광도파로 소자 내부에 있어서의 온도의 균일성이 요구되고 있다.
종래부터, 광도파로 소자의 온도 조절용 디바이스로서 펠티에(Peltier) 소자 및 히터가 이용되고 있다. 그러나, 광도파로 모듈에서는, 외부 기기와의 광신호의 전달에 사용하는 광섬유를 모듈 내부로 끌어넣을 필요가 있기 때문에, 끌어넣는 부분에 있어서 기밀 밀봉이 곤란하다. 이 때문에, 펠티에 소자의 신뢰성 확보가 불가능하고, 온도 조절용 디바이스로서 히터가 사용되는 경우가 많다. 히터는, 통전되는 것에 의해서 발열하는 발열 회로(저항)를 절연층의 내부에 갖고 있고, 발열 회로로부터의 열이 절연층을 통하여 광도파로 소자에 전달되는 것이다. 종래는, 비교적 열 전달율이 낮은 알루미나(열전도율 20W/mK) 등의 세라믹스 히터를 사용하는 경우가 많았다. 그러나, 최근 특히, 광 통신의 분야에서는 대용량화, 고속 통신화의 경향이 현저하게 되고 있고, 최근에는 D-WDM(고밀도-파장 다중 통신)으로의 이행에 동반하여, 대면적의 광도파로 소자가 사용되어 오고 있다. 더욱이, 어떤 주파수 폭에 대해서도, 종래와 비교하여, 더욱 많은 신호를 다중화하고자 하는 요구가 강해지고 있고, 온도 균일성으로의 요구가 높아지고 있다. 이 때문에, 광도파로 소자 내부에 있어서의 온도 균일성을 더욱 높이는(±0.5℃ 이하) 것이 요구되고 있다.
이러한 광도파로 소자의 온도 균일성의 요구를 만족하기 위해서, 현재 2개의 방식이 검토되고 있다. 제 1 방식은, 열전도율이 좋은 Cu 합금 등을 사용한 균열판을 사용하는 방법이다. 알루미나 히터에서 발생한 열을 균열판에 의해서 일단 균일하게 확산시키고 나서, 광도파로 소자로 전달함으로써 온도 균일성을 향상시키는 방법이다. 제 2 방식은, 히터 자체를, 종래 사용되어 온 알루미나의 약 10배의 열전도율을 갖는 AlN(열전도율 170W/mK) 등으로 형성하고, 히터에서 발열한 열을 히터 자체에서 균일하게 확산시키고 나서, 광도파로 소자로 전달함으로써 온도 균일성을 향상시키는 방법이다. 이러한 방법을 채용함으로써, 광도파로 소자의 온도 분포를 ±0.5℃ 이하로 할 수 있다.
그러나, 최근 D-WDM에 대한 요구가 급격하게 엄격해지고 있고, 한층 더 다중화가 갈망되고 있다. 이에 동반하여, 광도파로 소자에는, 종래와 비교하여 높은 온도 균일성이 요구되고 있다. 그 위에, 광 스위칭 등을 구사하여, 전기적인 소자를 일체 사용하지 않는 포토닉 네트워크가 검토되고 있다. 이것을 실현하기 위해서 광도파로 소자로서 종래의 석영, 실리카와는 다른 LiNbO3나, 수지 도파로 등의 새로운 재료를 사용한 소자가 검토되고 있다. 이러한 소자는 종래와 비교하여, 보다 엄격한 온도 균일성이 요구되고, 광도파로 소자에는 ±0.1℃ 이하의 온도 균일성이 요구되는 경우가 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 세라믹스 히터(73)의 두께나, 균열판(72)의 두께를 두껍게 하면, 광도파로 소자(71)의 온도 균일성이 향상되는 것을 이용하여, ±0.1℃ 이하의 온도 균일성을 실현하고자 하는 시도를 행하여 보았다. 이 결과, 광도파로 소자(71)에 있어서 세라믹스 히터(73)나 균열판(72)과 접합하고 있는 면의 온도 균일성은 유지되지만, 세라믹스 히터(73)나 균열판(72)과 접합하고 있는 것과 반대의 면은, 환경 온도에 노출되어 광도파로 소자(71)가 냉각되고, ±0.1℃ 이내의 온도 균일성을 실현하는 것은 불가능함을 알았다.
상기한 바와 같이 광도파로 소자(71)의 상부가 냉각되지 않도록 하기 위해서, 광도파로 소자(71)의 상하면의 양쪽으로부터 히터에 의해서 가열하는 방법이나, 가열 히터를 세라믹스가 아닌, 도 8에 도시하는 바와 같이 자유롭게 굴곡할 수 있는 실리콘(74)이나 폴리이미드 히터에 의해서 구성하고, 히터를 통 형상으로 가공하여 그 중심부에 광도파로 소자(71)를 설치하는 방법이 생각된다.
그러나, 상기의 수법에서는, 광도파로 소자(71) 뿐만 아니라 광 모듈 전체를 가열하게 되어, 광도파로 소자(71)의 하면으로부터만 가열하는 경우와 비교하여, 소비 전력이 약 2배 이상으로 증가한다는 문제가 있다. 또한, 광도파로 모듈의 두께가 두껍게 되는 것을 피할 수 없다는 문제도 있다. 광도파로 모듈에 요구되는 두께는, 광도파로 모듈 이외의 모듈의 두께로서, 일반적인 10mm 정도이지만, 상기의 수법에서는, 광도파로 모듈의 두께는 2O 내지 30mm 정도가 되어 버린다. 이 때문에, 광도파로 모듈을 탑재하는 장치에서는, 다른 장치만으로 구성하는 장치를 설계하는 경우의 설계 룰을 적용할 수 없으며, 특별히 설계가 필요하게 되어, 설계 효율, 설계 비용, 나아가서는 장치 전체의 비용이 상승하게 된다.
그래서, 본 발명은 상기 과제를 해결하고, 소비 전력 및 광도파로 모듈의 두께를 유지하면서, 광도파로의 온도 균일성을 향상시키는 것이 가능한 히터 모듈 및 이것을 구비한 광도파로 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 히터 모듈은, 광도파로 소자를 가열하여 광도파로 소자의 온도 조절을 하기 위한 히터 모듈로서, 통전에 의해 발열하는 발열 회로와, 발열 회로의 상면에 설치되는 동시에, 광도파로 소자를 올려놓기 위한 오목 홈부가 형성된 전열부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 광도파로 소자를 가열하기 위한 전열부에 오목 홈부가 형성되고, 이 오목 홈부에 광도파로 소자를 올려놓게 된다. 이러한 구성에 의해, 광도파로 소자를 저면으로부터 뿐만 아니라, 오목 홈부를 구성하는 가장자리부에 의해서 측면으로부터도 가열할 수 있으므로, 온도 균일성을 높일 수 있는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 또한, 본 발명의 구성에 따르면, 일체의 전열부에 형성된 오목 홈부의 가장자리부로부터 전열되기 때문에, 도 9에 도시하는 바와 같이 광도파로 소자(71)의 저면 및 측면에 각각 발열용의 히터(75)를 설치할 필요가 없다. 또한, 광도파로 소자는, 전열부에 형성된 오목 홈부에 삽입하도록 하여 올려놓을 수 있기 때문에, 광도파로 소자의 상면을 가열하기 위한 전열부는 필요 없고, 간편한 구성으로 온도 균일성을 높일 수 있는 히터 모듈을 실현할 수 있다. 이로써, 광도파로 소자를 사용한 광도파로 모듈의 두께를, 전열부에 단지 광도파로 소자를올려놓는 경우와 동등하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 히터 모듈에 있어서, 전열부는, AlN 세라믹스에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하여도 좋다.
이와 같이 전열부를 열전도가 높은 AlN 세라믹스로 구성하는 것에 의해, 가열되는 광도파로 소자의 온도 균일성을 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기 히터 모듈은, 발열 회로와 전열부의 사이에 절연층이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광도파로 모듈은, 상기 히터 모듈과, 전열부에 형성된 오목 홈부에 올려놓아진 광도파로 소자와, 히터 모듈 및 광도파로 소자를 수용하는 케이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 상기의 히터 모듈을 사용하여 광도파로 소자를 가열하는 광도파로 모듈을 구성하는 것에 의해서, 광도파로 소자의 온도 균일성을 높일 수 있다. 또한, 간편한 구성으로 광도파로 모듈을 실현할 수 있고, 광도파로 모듈의 두께를, 단지 전열부에 광도파로 소자를 올려놓는 경우와 동등하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 광파로 모듈에 있어서, 오목 홈부의 가장자리부와 광도파로 소자의 사이에 구획 형성된 공간에는, 기체 형태의 매체가 개재되고, 오목 홈부를 구성하는 가장자리부의 상면은, 오목 홈부의 저면에 올려놓아진 광도파로 소자의 상면보다 높거나 혹은, 광도파로 소자의 상면과의 고저차가 0.1mm 이하, 또는 광도파로 소자의 높이의 1/10 이하인 것이 바람직하다.
오목 홈부의 가장자리부의 역할은, 전열부에 전열되고 있는 열을 광도파로소자에 전하는 것이고, 가장자리부로부터의 열은 광도파로 소자와 가장자리부와의 사이에 충전된 기체 형태의 매체를 통하여 전달된다. 가장자리부의 상면이 광도파로 소자의 상면보다 낮은 경우에는, 가장자리부의 상면의 높이까지는 광도파로 소자에 열이 전달되지만, 가장자리부보다 높은 부분에 대해서는 광도파로 소자에 열이 전달되지 않는다. 이 경우에는, 환경 온도에 따라서 광도파로 소자의 상면은 냉각되게 된다. 이 가장자리부의 높이와 온도 균일성과의 관계를 시뮬레이션한 결과, 가장자리부의 상면이 광도파로 소자의 상면보다 높거나, 혹은 광도파로 소자의 상면쪽이 가장자리부보다 높은 경우에는, 그 차는 0.1mm 이하, 또는 광도파로 소자의 높이의 1/10 이하인 경우에, 소망의 온도 균일성(±0.1℃ 이하)을 실현할 수 있는 것이 분명하게 되어 있다.
또한, 상기 광도파로 모듈에 있어서, 오목 홈부의 가장자리부와 광도파로 소자의 사이에 구획 형성된 공간에는 기체 형태의 매체가 개재되고, 가장자리부와 광도파로 소자의 사이에 구획 형성된 공간의 폭은, 0.02mm 이상, 1.0mm 이하인 것이 바람직하다.
가장자리부와 전열부와의 공간의 폭이 0.02mm보다 작은 경우에는, 전열부의 가공 정밀도의 문제로 전열부와 광도파로 소자가 부분적으로 접촉하는 부분이 생기기 때문에, 광도파로 소자의 온도 균일성을 확보할 수 없다. 또한, 가장자리부와 전열부의 공간의 폭이 1.Omm보다 큰 경우에는, 광도파로 모듈 내에 있어서 부분적인 온도차 등의 원인으로 대류가 생긴 경우에 광도파로 소자의 측면에 효율적으로 열을 전달할 수 없고, 온도 균일성을 확보할 수 없다. 따라서, 가장자리부와 전열부와의 공간의 폭은, 0.02mm 이상, 1.0mm 이하인 것이 바람직하다. 광도파로 모듈의 구조에 따라서는, 공간에 대류의 영향을 주지 않기 때문에, 공간의 폭을 0.5mm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 광도파로 모듈은, 가장자리부와 광도파로 소자의 사이에 구획 형성된 공간에 개재된 수지를 더 구비하는 것을 특징으로 하여도 좋다.
이와 같이 가장자리부와 광도파로 소자의 사이에 구획 형성된 공간에 수지를 개재시키는 것에 의해, 수지에 따라서 전열부로부터 광도파로 소자에 열을 전달시킬 수 있다.
또한, 상기 광도파로 모듈에 있어서, 수지는, 그리스(grease) 형태의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하여도 좋다.
이와 같이 그리스 형태의 수지를 사용하는 것에 의해, 광도파로 소자의 측면에 열 응력이 작용하지 않기 때문에, 응력에 민감한 광도파로 소자를 사용한 경우라도, 광도파로 소자가 파손될 위험을 저감할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 광도파로 모듈을 도시하는 분해 사시도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 광도파로 모듈을 도시하는 단면도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 광도파로 모듈을 도시하는 단면도.
도 4는 광도파로 모듈의 케이스에 대하여 설명하는 설명도.
도 5는 제 2 실시예에 따른 광도파로 모듈을 도시하는 분해 사시도.
도 6은 제 2 실시예에 따른 광도파로 모듈을 도시하는 단면도.
도 7은 종래의 히터 모듈을 도시하는 도면.
도 8은 종래의 히터 모듈을 도시하는 도면.
도 9는 종래의 히터 모듈을 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명 *
10 : 광도파로 모듈 12 : 광도파로 소자
20 : 히터 모듈 21 : 전열부
22 : 발열 회로 23 : 전극
30 : 케이스 41 : 수지
이하, 도면과 같이 본 발명에 따른 광도파로 모듈의 적합한 실시예에 대하여상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서는 동일 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 광도파로 모듈(10)의 구성을 도시하는 사시도이고, 도 2는 광도파로 모듈(10)의 II-II 방향의 단면도이며, 도 3은 광도파로 모듈(10)의 III-III 방향의 단면도이고, 도 4는 케이스(30)에 대하여 설명하는 설명도이다. 광도파로 모듈(10)은, 50×10×1mm의 석영제의 광도파로 소자(12)와, 광도파로 소자(12)를 가열하기 위한 히터 모듈(20)과, 광도파로 소자(12) 및 히터 모듈(20)을 수용하는 케이스(30)를 구비하고 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 히터 모듈(20)은, 0.5 내지 10Ω의 저항을 갖고 통전에 의해 발열하는 발열 회로(22)와, 발열 회로(22)의 상면에 설치된 전열부(21)로 구성되어 있다. 발열 회로(22)는, 텅스텐, 몰리브덴, 은 팔라듐 등으로 형성된다. 발열 회로(22)의 양단에는 발열 회로(22)에 전류를 흘리기 위한 전극(23)이 설치되어 있다. 발열 회로(22)의 상면에 설치된 전열부(21)는, 열전도성이 높은 AlN 세라믹스층(21)에 의해서 형성되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 전열부(21)에는 오목 홈부가 형성되어 있고, 광도파로 소자(12)는 오목 홈부를 구성하는 가장자리부(21a)에 끼워지도록 하며, 오목 홈부의 저면(21b)에 올려놓아진다. 올려놓아진 광도파로 소자(12)와 오목 홈부의 저면(21b)과의 사이 및 광도파로 소자(12)와 가장자리부(21a)의 사이에는, 수지(41)가 충전된다. 발열 회로(22)로부터 전달된 열은, 해당 AlN 세라믹스층(21) 내에서 거의 균일하게 확산된다. 이로써, 오목 홈부의 저면(21b) 및 가장자리부(21a)로부터 수지(41)를 개재시켜 열이 전달되고, AlN 세라믹스층(21)의 상면에 올려놓은 광도파로 소자(12)는 균일하게 가열되며, 광도파로 소자(12)의 온도 균일성을 높일 수 있다. 또한, AlN 세라믹스는 내습성이 높기 때문에, 장기의 연속 사용에 의해서도 발열 회로(22)의 저항치가 변화하지 않고, 높은 신뢰성이 얻어진다. 여기서, 히터 모듈(20)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 우선, AlN 세라믹스의 프리폼 시트에 발열 회로(22)와,전극(23)을 W 페이스트에 의해서 인쇄한다. 계속해서, 발열 회로(22)의 상면에 AlN 세라믹스의 프리폼 시트를 접착하고, 히터 모듈(20)의 가성형체를 제조한다. 그리고, 이 가성형체를 1700℃ 이상의 질소 분위기 중에서 소결하여, AlN 세라믹스에 오목 홈부를 형성하여 히터 모듈(20)이 완성된다. 이 히터 모듈(20)에 광도파로 소자(12)를 올려놓을 때는, 예를 들면, 광도파로 소자(12)와 오목 홈부 저면(21b)과의 접합 시에 사용하는 수지량을 약간 많게 설정하여 두고, 광도파로 소자(12)와 전열부(21)를 접합할 때에 수지(41)가 넘치도록 한다. 그리고, 넘친 수지(41)를 이용하여 광도파로 소자(12)와 오목 홈부의 가장자리부(21a)의 공간을 충전한다. 본 실시예에서 사용되는 수지(41)는, 실리콘 수지이지만, 에폭시 수지를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 광도파로 소자(12)로 작용하는 응력을 저감하기 위해서, 광도파로 소자(12)의 측면에 접촉하는 수지(41)를 그리스 형태의 수지로 하는 등, 일부분을 그리스로 교체하는 것도 가능하다.
케이스(30)는, 발열 회로(22)에 통전시키기 위한 리드 핀(32)이 납땜되는 패키지 기판(31)과, 해당 패키지 기판(31)에 씌워지는 커버(35)로 이루어져 있다(도 1 참조). 여기서, 패키지 기판(31)은, 히터 모듈(20)을 지지하는 역할을 갖는다. 또, 패키지 전체의 치수로서는, 100×50×10mm 이다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 케이스(30)의 커버(35)가 대향하는 이면에는, 광섬유(14)를 삽입시키기 위한 삽입구(35a)가 형성되어 있다. 패키지 기판(31)은, 리드 핀(32)이 납땜되는 평판(31a)과, 평판(31a)의 양 하단에 접착된 지지판(31b)을 갖고 있다(도 2 참조). 이와 같이 지지판(31b)을 설치하는 것에 의해, 광도파로 모듈(10)을 시스템용의 보드 등에실장하는 경우에, 리드 핀(32)에 과대한 부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 커버(35)와 패키지 기판(31)은, 수지에 의해서 접착된다. 본 실시예에 있어서 사용되는 수지는, 접합 시의 변형 방지에 효과가 있는 실리콘 수지이지만, 에폭시 수지를 사용하는 것도 가능하다. 더욱이, 커버(35) 및 패키지 기판(31)은, 구리 텅스텐을 주성분으로 하여 형성되어 있다. 이 때문에, 케이스(30)에 있어서의 온도 균일성이 높고, 광도파로 소자(12)의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 케이스(30)를, 코발트, 철, 니켈, 알루미나, 또는 질화 알루미늄을 주성분으로 하여 형성하더라도, 같은 효과가 얻어진다. 또한, 케이스(30)를, 단열성이 높은 재료인 수지 또는 실리카 글라스를 주성분으로서 형성한 경우는, 케이스(30) 내의 열이 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있고, 광도파로 소자(12)의 온도 저하를 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 광도파로 모듈(10)은, 광도파로 소자(12)를 가열하는 히터 모듈의 전열부(21)에 오목 홈부가 형성되어 있고, 이 오목 홈부에 광도파로 소자(12)를 올려놓고 있다. 이로써, 광도파로 소자(12)는, 오목 홈부의 저면(21b) 및 가장자리부(21a)로부터 가열되고, 광도파로 소자(12)의 온도 균일성을 높일 수 있다. 히터 모듈(20)의 온도를 80℃, 환경 온도를 0℃의 조건에서, 광 도파로 소자(12)의 온도 균일성을 서모 뷰어(thermo viewer)로 관찰한 바, 온도 분포를 ±0.1℃로 억제할 수 있었다. 또한, 온도 제어성에 대해서는, -40 내지 70℃의 범위에서 변화시킨 경우에도 ±0.2 이하의 온도 변화밖에 나타내지 않고, 외온의 영향을 받기 어려운 것을 판명하였다. 또한, 히터 모듈(20) 및 광도파로 소자(12)의휘어짐이 적고, 광도파로 특성에 이방성은 관측되지 않으며, 로스(loss)의 증대나 스위칭 특성, 복굴절에 의한 편파 의존 등의 문제는 생기지 않았다.
또한, 본 실시예에 따른 광 모듈은, 하나의 발열 회로(22)에 의해서 광도파로 소자(12)를 가장자리부(21a) 및 저면(21b)으로부터 가열할 수 있기 때문에, 소비 전력을 억제하면서 온도 균일성의 향상을 도모할 수 있다. 상기의 조건으로 행한 실험에서는, 소비 전력은 3W 이하이었다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광도파로 모듈(50)에 대해서 설명한다. 도 5는 제 2 실시예에 따른 광도파로 모듈(50)을 도시하는 사시도이고, 도 6은 광도파로 모듈(50)의 VI-VI 단면도이다. 제 2 실시예에 따른 광도파로 모듈(50)은, 제 1 실시예에 따른 광도파로 모듈(10)과 기본적인 구성은 같지만, 광도파로 소자(12)를 가열하는 히터 모듈(60)의 구성이 다르다.
제 2 실시예에 있어서의 히터 모듈(60)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 통전에 의해 발열하는 발열 회로(62)와, 발열 회로(62)의 상면에 설치된 절연층(61)과, 절연층(61)의 상면에 수지(64)를 개재시켜 설치된 균열판(65)을 갖고 있다. 발열 회로(62)는, 텅스텐, 몰리브덴, 은 팔라듐 등으로 형성된다. 발열 회로(62)의 양단에는, 발열 회로(62)에 전류를 흘리기 위한 전극(63)이 설치되어 있다. 발열 회로(62)의 상면에 설치된 절연층(61)은 알루미나 세라믹스로 이루어지고, 절연층(61)의 상면에 설치된 균열판(65)은 Cu 합금으로 이루어진다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 균열판(65)에는 오목 홈부가 형성되어 있고, 광도파로 소자(12)는 오목 홈부를 구성하는 가장자리부에 끼워지도록 하고, 오목 홈부의 저면에 올려놓아진다. 발열 회로(62)로부터 전달된 열은, 해당 균열판(65) 내에서 거의 균일하게 확산된다. 이로써, 균열판(65)의 상면에 올려놓은 광도파로 소자(12)에 대하여, 그 저면 및 가장자리부에서 열이 전달하여 균일하게 가열되고, 광도파로 소자(12)의 온도 균일성을 높일 수 있다.
이와 같이 구성된 히터 모듈(60)을 갖는 광도파로 모듈(50)에 있어서도, 제 1 실시예에 따른 광도파로 모듈(10)과 마찬가지로, 광도파로 소자(12)의 온도 균일성을 높인다는 효과가 얻어진다. 또, 본 실시예에 있어서는, 절연층(61)이 알루미나 세라믹스제의 세라믹스 히터를 사용하였지만, 다른 세라믹스, 예를 들면 AlN 세라믹이라도 좋다. 또한, 세라믹스 대신에, 실리콘러버, 폴리이미드를 사용하는 것으로서도, 제 2 실시예에 따른 광도파로 모듈(50)과 거의 동일한 결과를 얻을 수 있다. 더욱이 균열판(65)은 Cu 합금에 한정되는 것이 아니고, Al 합금 등의 고 열전도성의 금속이라도 좋다. 다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광도파로 모듈에 관해서 설명한다. 제 3 실시예에 따른 광도파로 모듈은, 제 2 실시예에 따른 광도파로 모듈(50)과 기본적인 구성은 같지만, 오목 홈부를 구성하는 가장자리부(21a)와 광도파로 소자(12)와의 공간에 충전된 수지(41) 대신에, 공기가 충전되어 있는 점이 다르다.
이러한 구성의 광도파로 모듈에 있어서, 오목 홈부의 가장자리부와 광도파로 소자와의 공간의 폭(도 3에 도시하는 폭(D)에 상당한다)을 변화시켜, 광도파로 소자의 온도 균일성을 측정한 실험 1의 결과를 표 1에 나타낸다. 여기서는, 광도파로 소자의 상면과 오목 홈부의 가장자리부(21a)의 상면의 높이는 같게 한다.
공간 폭(mm) 온도 균일성(℃)
샘플 1* 0.01 ±0.2
샘플 2 0.02 ±0.1
샘플 3 0.1 ±0.07
샘플 4 0.5 ±0.09
샘플 5 1.0 ±0.1
샘플 6 1.5 ±0.3
- 전열부와 광도파로 소자는 동일한 높이를 가짐.
- *는 비교예를 나타냄.
이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 오목 홈부의 가장자리부(21a)와 광도파로 소자와의 공간의 폭이 0.02 이상, 1.0mm 이하인 경우에, 온도 균일성 ±0.1℃ 이하를 달성할 수 있다.
또한, 실험 1에 있어서, 광도파로 모듈의 외부를 풍속 5m/s로 강제 공냉(空冷)한 실험 2의 결과를 표 2에 나타낸다.
공간 폭(mm) 온도 균일성(℃)
샘플 7* 0.01 ±0.2
샘플 8 0.02 ±0.1
샘플 9 0.1 ±0.07
샘플 10 0.5 ±0.09
샘플 11 1.0 ±0.2
- 전열부와 광도파로 소자는 동일한 높이를 가지며, 5m/s의 풍속으로 강제 공냉됨.
- *는 비교예를 나타냄
이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 오목 홈부의 가장자리부(21a)와 광도파로 소자의 공간의 폭이 0.02 이상, 0.5mm 이하인 경우에, 온도 균일성 ±0.1℃ 이하를 달성할 수 있다.
다음에, 제 3 실시예에 따른 광도파로 모듈에 있어서, 오목 홈부의 가장자리부(21a)의 높이와 광도파로 소자의 높이를 상대적으로 변화시켜, 광도파로 소자의 온도 균일성을 측정한 실험 3의 결과를 표 3에 나타낸다. 여기서는, 광도파로 소자의 높이를 1.2mm 광도파로 소자와 오목 홈부의 가장자리부(21a)의 공간의 폭은 0.1mm으로 하였다.
광도파로소자와 가장자리부 사이의 위치관계(mm) 온도 균일성(℃)
샘플 12* 0.01 ±0.07
샘플 13 0.05 ±0.07
샘플 14 0.12 ±0.1
샘플 15* 0.2 ±0.12
- 공간폭은 0.1mm이고, 광도파로 소자의 높이는 1.2mm임.
- *는 비교예를 나타냄.
이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 광도파로 소자쪽이 오목 홈부의 가장자리부(21a)보다 높은 경우에는, 그 차가 광도파로 소자의 두께의 1/10인 0.1mm 이하로 하는 것에 의해, 온도 균일성 ±0.1℃ 이하를 달성할 수 있다.
다음에, 제 3 실시예에 따른 광도파로 모듈에 있어서, 오목 홈부의 가장자리부(21a)의 높이와 광도파로 소자의 높이를 상대적으로 변화시켜, 광도파로 소자의 온도 균일성을 측정한 실험 4의 결과를 표 4에 나타낸다. 여기서는, 광도파로 소자의 높이를 0.5mm, 광도파로 소자와 오목 홈부의 가장자리부(21a)와의 공간의 폭은 0.1mm로 하였다.
광도파로소자와 가장자리부 사이의 위치관계(mm) 온도 균일성(℃)
샘플 16* 0.01 ±0.06
샘플 17 0.05 ±0.06
샘플 18 0.1 ±0.08
샘플 19* 0.2 ±0.12
- 공간폭은 0.1mm이고, 광도파로 소자의 높이는 0.5mm임.
- *는 비교예를 나타냄.
이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 광도파로 소자쪽이 오목 홈부의 가장자리부(21a)보다 높은 경우, 그 차가 0.1mm 이하이면, 광도파로 소자의 높이의 1/10 이하가 아니더라도, 온도 균일성 ±0.1℃ 이하를 달성할 수 있다.
또한, 실험 3에 있어서, 광도파로 소자의 높이를 오목 홈부의 가장자리부(21a)의 높이보다 낮게 한 실험 5의 결과를 표 5에 나타낸다.
광도파로소자와 가장자리부 사이의 위치관계(mm) 온도 균일성(℃)
샘플 20 0.01 ±0.07
샘플 21 0.05 ±0.07
샘플 22 0.1 ±0.07
샘플 23 0.2 ±0.07
- 공간폭은 0.1mm이고, 광도파로 소자의 높이는 1.2mm임.
이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 오목 홈부의 가장자리부(21a)쪽이 광도파로 소자보다 높은 경우에는, 온도 균일성 0.1℃ 이하를 달성할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하여 왔지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
상기 실시예에 있어서, 광도파로 소자는 석영제이지만, 광도파로 소자는 석영제에 한정되지 않는다. 예를 들면, 수지제, 실리카제, LiNbO3제의 광도파로 소자를 사용하는 것으로 하여도 좋다.
또한, 광도파로 소자의 치수에 대해서도 변경하는 것은 가능하다.
더욱이, 접합 등에 사용되는 수지, 케이스 등에 사용되는 재질에 대해서도 상기 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 따르면, 히터 모듈을 구성하는 전열부에 오목 홈부가 형성되어 있고, 해당 오목 홈부에 광도파로 소자를 삽입하도록 올려놓음으로써, 광도파로 소자를 저면 및 측면으로부터 가열한다. 이로써, 광도파로 소자의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광도파로 소자 전체를 가열하는 구조로는 되어 있지 않기 때문에, 광도파로 소자를 가열하기 위한 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 더욱이, 광도파로 모듈의 두께를, 전열부에 단순히 광도파로 소자가 올려놓아져 있는 경우와 동등하게 유지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 광도파로 소자를 가열하여 상기 광도파로 소자의 온도 조절을 하기 위한 히터 모듈에 있어서,
    통전에 의해 발열하는 발열 회로와,
    상기 발열 회로의 상면에 설치되는 동시에, 상기 광도파로 소자를 올려 놓기 위한 오목 홈부가 형성된 전열부를 구비하는 것을 특징으로 하는 히터 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전열부는 AlN 세라믹스에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 히터 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 발열 회로와 상기 전열부의 사이에 절연층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 히터 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 히터 모듈과,
    상기 전열부에 형성된 오목 홈부에 올려놓아진 광도파로 소자와,
    상기 히터 모듈 및 상기 광도파로 소자를 수용하는 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 광도파로 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 오목부의 가장자리부와 상기 광도파로 소자와의 사이에 구획 형성된 공간에는 기체 형태의 매체가 개재되고,
    상기 오목 홈부를 구성하는 가장자리부의 상면은, 상기 오목 홈부의 저면에 올려놓아진 상기 광도파로 소자의 상면보다 높거나 또는, 상기 광도파로 소자의 상면과의 고저차가 0.1mm 이하, 또는 상기 광도파로 소자의 높이의 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 광도파로 모듈.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 오목 홈부의 가장자리부와 상기 광도파로 소자와의 사이에 구획 형성된 공간에는 기체 형태의 매체가 개재되고,
    상기 가장자리부와 상기 광도파로 소자와의 사이에 구획 형성된 공간의 폭은 0.02mm 이상, 1.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 광도파로 모듈.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 가장자리부와 상기 광도파로 소자의 사이에 구획 형성된 공간에 개재된 수지를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광도파로 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 수지는 그리스 형태의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광도파로 모듈.
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