CN1162730C - 用于光学开关电路中的加热电阻阵列 - Google Patents

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Abstract

一种具有加热底板(11)的热动射流式光学开关电路，上述加热底板具有加热电阻(56)和导热区(58)，该导热区是与上述各加热电阻相关的，并做成可调节加热底板的热特性。

Description

用于光学开关电路中的加热电阻阵列
本发明总的涉及光学开关电路，更具体地说，涉及使用加热电阻以控制光学开关元件的状态的光学开关电路。
在电话机和信息通讯设备中，正在用光学纤维替代导线，因为光学纤维可提供很宽的频带，不受射频噪音的影响，而且实际上不产生电磁干扰。由于光学纤维成本降低，其用途正扩大到要求转换到光学信号路线互联的动态重组的应用上。
一种已知的解决光学开关问题的途径是通过热控法控制多个光学波导段交叉处的间隙内是出现液体或不出现液体。这种方法可以例如通过一种光学开关电路来实施，所述的电路包含一个具有多个热动射流式光学开关的波导板和一个与该波导板相邻接的加热底板，该加热底板具有一个加热电阻阵列，这些电阻通过例如形成驱动气泡使液体移入和移出传播或反射与是否出现液体有关的光线的波导板中的间隙而选择性地热驱动光学开关。
上述的射流式开关电路的一个需要考虑的问题是其加热底板上的加热电阻的热特性不均匀，例如，较靠近加热底板中部的电阻的热容量小于较靠近加热底板边缘的电阻。这种不均匀的热特性会降低性能，并且还可能导致位置靠近加热底板中央的电阻出现可靠性问题。
因此，需要一种具有可独立地调节局部散热特性的光学开关电路加热电阻阵列。
本发明涉及一种加热电阻阵列，它具有一块薄膜集成电路底板、多个在上述薄膜底板上形成的加热电阻和多个在上述薄膜底板上形成并与上述加热电阻电绝缘隔开的导热区，每个导热区贴近一个相关的加热电阻，以便散逸来自该相关加热电阻的热量，其特征在于，每个导热区的面积可独立地选择以调节或改变相关加热电阻的散热能力。在本发明的一个具体实施例中，加热电阻是平面加热电阻，而导热区则是平面金属区。
通过下面结合附图的详细说明，熟悉本技术的人们将更容易明白本发明的优点和特征，附图中：
图1是可应用本发明的一种热动射流式光学开关电路的简略正视图；
图2是图1的光学开关电路的加热电阻阵列的简略顶视图；
图3是图1的电路的加热底板的一个实施例的通过一个典型的加热电阻区的简略剖面图(未按比例画出)；
图4是图1电路的加热底板的另一个实施例的通过一个典型加热电阻区的简略剖面图(未按比例画出)；
图5是图4的加热底板的一种通路构件的顶视图；
图6是图4的加热底板的另一种通路构件的顶视图；
图7是图1的电路的加热底板的又一个实施例的通过一个典型加热电阻区的简略剖面图(未按比例画出)。
在下面的详细说明和几个附图中，相同的元件用相同的标号表示。
下面参看图1，图中示出可应用本发明的一种热动射流式光学开关电路的示意性正视方框图，上述开关电路通常具有一个带有多个热动射流式光学开关21的波导板13，和一个邻接上述波导板13之一侧设置的整体电路或者说薄膜加热底板或模板11。该薄膜加热底板或模板11具有固定在其上面的用于热致动波导板13上的上述射流式光学开关21的加热电阻56，而且通常具有一种诸如硅板之类的基板和在其上面形成的薄膜层。图1的热动式射流光学开关电路还可具有另一个设置在波导板13另一侧的薄膜加热底板15(用虚线表示)。Fouget等人的美国专利No.5699462公开了本发明可与之结合的热动射流式光学开关电路的实例，已纳入本文作为参考。
下面参看图2，图中简单示出薄膜加热底板11的上视平面图，以说明本发明加热电阻的排列结构。上述薄膜加热底板11具有多个电阻56和多个分别与加热电阻56相关联并置于这些电阻下面的用于散逸来自相关加热电阻56的热量的导热区58。正如下面要说明的，作为说明性的实例。上述加热电阻56是薄膜电阻，而上述的导热区58是金属区或者说金属片。在图2中，没有示出与薄膜加热底板边缘附近的加热电阻56相关的导热区，以说明这种导热区58不是侧向延伸到与其相关的加热电阻56之外的。
导热区使加热电阻与薄膜加热底板11的基板热连接，按照本发明。每个传导式散热区58在结构上是独立的，以便修正或者说调节由特定的加热电阻和相关导热区构成的特定的加热电阻构件的散热能力，从而例如形成薄膜加热底板11的热分布。具体地说，导热区的散热能力随其面积的增大而提高，而加热电阻构件的热容量则可通过调节具体加热电阻构件的导热区的面积而进行调节。
在一个具体的实例中，将安装和密封构件固定在薄膜加热底板的边缘，从而可将薄膜加热底板11中部的导热区58的面积做成比薄膜加热底板11边缘附近的导热区58的大，以便例如使整个薄膜加热底板11具有更均匀的热特性。这是由于具有固定在其边缘的安装和密封构件的薄膜加热底板11边缘附近的加热电阻因十分接近安装和密封构件而具有较大的散热能力，而在薄膜加热底板中央的加热电阻则因薄膜加热底板的介电层的导热性较差而具有较小的热容量。
在另一个实例中，安装构件固定在薄膜加热底板11的中部。所以接近薄膜加热底板11边缘的导热区58可做成面积比薄膜加热底板11中部的导热区58的大，以便例如使整个薄膜加热底板11具有更均匀的热特性。
一般而言，应当明白，薄膜加热底板11的散热特性、模式或热分布可通过改变或选择与其在薄膜加热底板上的位置有关的导热区的面积而进行调节。
薄膜加热底板11可按照标准的薄膜集成电路加工方法制成，这些方法包括：化学气相沉积法、感光性树脂沉积法、掩蔽法、显影法和腐蚀法，例如在共同转让的美国专利No.4719477和5317346中公开的那些方法，已纳入本文作为参考。
下面参看图3。图中示出加热底板11的一个具体实施例的通过其一个代表性的加热电阻56的未按比例的简单剖视图。更具体地说，该薄膜加热底板11具有一个硅基板51、一个位于硅基板51上的热胀二氧化硅层53和一个位于热胀二氧化硅层53上的摹制的金属化层(包括金属分区或者说金属片58)。在包含金属分区58的第一金属化层上设置一个沉积的二氧化硅层54，而在该氧化硅层54上形成一个含有例如钽铝化合物的电阻层55，在该电阻层55上例如设置一层搀杂有低浓度的铜和/或硅的含有铝的摹制的金属化层57。
金属化层57含有通过合适的掩蔽法和腐蚀法形成的金属化图形，金属化层的掩蔽和腐蚀也形成电阻区。具体地说，在形成加热电阻的那些区域中将金属化层57的部分图形除掉外电阻层55与金属化层57通常中互相重合的。这样，金属化层57在图形开口处的导电路线便包括位于导电图形中开口或者说间隙处的一部分电阻层55。换句话说，通过形成与电阻区周边不同部位端接的第一和第二金属图形而形成电阻区。上述的第一和第二图形具有实际上包含一部分位于第一和第二图形端部之间的电阻层的电阻的端子或引线，按照这种形成电阻的技术，可以同时腐蚀出电阻层55和金属化层57而形成彼此重合的摹制层。然后，在金属化层57上腐蚀出开口以形成电阻。因此，电阻层55中的加热电阻56是按照金属化层57图形中的间隙具体形成的。
金属分区58位于相关的加热电阻56下面并贴近该加热电阻56，它还具有散热的导热区。按照本发明，金属分区(通常是平的)的面积独立形成以便使由加热电阻和相关的金属分区构成的叠层加热电阻构件具有所需的散热能力，这就可调节薄膜加热底板11的热特性。
在金属化层57、电阻层55的露出部分以及氧化物层53的露出部分上面设置一层包含氮化硅(Si3N4)层59和碳化硅(SiC)层60的复合钝化层。也可在加热电阻56上的复合钝化层59、60上面设置一层具有钽分区61的钽钝化层61，以便例如按照对加热电阻所选的电压而提供可吸收破坏波导板13中的流体产生的驱动气泡的气穴压力的机械钝化。
下面参看图4。图中简单地示出加热底板11的又一个实施例中通过一个典型的加热电阻56的示意剖视图。该加热底板11与图3的加热底板11相似，它具有由通路158与硅基板51电接触的金属片58。上述通路158可以是如图5所示的圆柱形的通路，或者如图6所示的线状的通路。上述通路158可以例如在沉积形成金属片58的第一金属化层之前在热氧化物层53上腐蚀出通路开口的方法而形成。按照本发明，每个金属片58的部位是独立形成的以便使具体的加热电阻构件形成所需的散热能力。
下面参看图7，图中简单地示出加热底板11的另一个实施例中通过一个典型加热电阻56的示意剖视图。该加热底板11与图3的加热底板11相似，它具有设置在硅基板51上并与硅基板51电接触的多个金属片58。该金属片58本质上是一些大的触点，它们可以例如在沉积形成金属片58的第一金属化层之前通过在热氧化物层53上腐蚀出合适的开口而形成。按照本发明，每个金属片58的面积可分别地选定，以便为具体的加热电阻构件形成所需的散热能力。
应当明白，薄膜加热底板11可具有活性固体电路组件，在此情况下，可在形成的热氧化物层53与形成的包含金属片58的金属化层之间形成一些附加层。例如，在热氧化物层上沉积摹制出多硅层，再沉积一种搀杂的氧化物层，并对其进行压实和软溶，然后沉积摹制出第一金属化层。
因此，上面已经说明了一种可用于光学开关电路并有利地包含具有可独立地调节的散热特性的加热电阻的加热底板。
虽然上面已说明和示出本发明的具体实施例，但是，熟悉本技术的人们可以在不违背下面的权利要求书所规定的本发明的范围和精神的情况下对上述实施例加以改型和改变。

Claims (12)

1.一种光学开关电路中的加热电阻阵列，它具有：
一块薄膜底板(11)；
多个在上述薄膜底板上形成的加热电阻(56)；和
多个分别与上述加热电阻相关联并与上述各加热电阻电绝缘地隔离的导热区(58)，这些导热区包括一些金属区或金属片，每个上述的导热区与相关的一个上述加热电阻贴近，以便使来自相关的加热电阻的热量散逸，其中，上述的导热区各自具有选定的面积，以便分别适合上述相关的一个加热电阻的散热能力，所述的面积随各个导热区在上述薄膜底板上的位置而改变。
2.根据权利要求1的加热电阻阵列，其特征在于，上述的加热电阻是平面加热电阻，上述的导热区是平面导热区。
3.根据权利要求2的加热电阻阵列，其特征在于，上述的平面导热区是平面金属区。
4.根据权利要求3的加热电阻阵列，其特征在于，上述的平面加热电阻通过二氧化硅层(53)与上述平面金属区相隔离。
5.根据权利要求4的加热电阻阵列，其特征在于，上述的薄膜底板包含一块硅基板(51)。
6.根据权利要求1的加热电阻阵列，其特征在于，上述的薄膜底板包含一块硅基板(51)，上述的导热区是金属区。
7.根据权利要求6的加热电阻阵列，其特征在于，上述的金属区与上述的硅基板相接触。
8.根据权利要求7的加热电阻阵列，其特征在于，还具有使上述金属区与上述硅基板相接触的金属通路(158)。
9.根据权利要求7的加热电阻阵列，其特征在于，上述的金属区是金属接触片。
10.根据权利要求1的加热电阻阵列，其特征在于，位于上述薄膜底板中部的导热区各自的面积大于接近上述薄膜底板边缘的各导热区的面积。
11.根据权利要求1的加热电阻阵列，其特征在于，位于上述薄膜底板中部的导热区各自的面积小于接近上述薄膜底板边缘的各导热区的面积。
12.根据权利要求1的加热电阻阵列，其特征在于，还具有一个邻接上述薄膜底板的波导板(13)，该波导板具有多个由来自上述加热电阻的热能致动的射流式光学开关元件。
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