CN106482385B - 一种热电制冷模组、光器件及光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热电制冷模组，用于承载热源器件，并对所述热源器件进行控温，所述热电制冷模组包括第一基板、与第一基板相对设置的第二基板及多对第一素子，所述第一基板上用于承载热源器件，所述第一基板与所述第二基板之间形成收容空间，所述多对第一素子间隔排列于所述收容空间内，且所述多对第一素子均连接所述第一基板与第二基板，所述多对第一素子连接外部电源，以改变电压或电流来调节第一基板与第二基板的温差，从而对所述热源器件控温，所述收容空间包括第一区域及与第一区域相邻的第二区域，所述第一区域对应所述热源器件设置，且第一区域内的第一素子的密度大于第二区域内的第一素子的密度。

Description

一种热电制冷模组、光器件及光模组
技术领域
本发明涉及通信射频技术领域，尤其是涉及一种热电制冷模组、光器件及光模组。
背景技术
光器件是光通信领域的重要器件，其内部芯片(特别是激光芯片)对温度的敏感性较高。为了保证光器件内芯片发送或者接收信号的稳定性，通常采用热电制冷模块(TEC,Thermoelectric Cooler)对激光芯片进行精确控温(如芯片温度控制在45±0.1℃)。
随着光器件朝着高速方向发展(如100G TOSA发展为400G TOSA)，位于TEC的基板上的激光芯片或者其它电子元器件的功耗增加，进而使激光芯片或者其它电子元器件产生的热量增加而影响其性能。因此，针对上述热量需要提供一种有效的散热方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种热电制冷模组，可以有效疏导光器件的发热元件的热量。
本发明还提供一种及光器件及光模组。
本发明第一方面提供了一种热电制冷模组，用于承载热源器件，并对所述热源器件进行控温，所述热电制冷模组包括第一基板、与第一基板相对设置的第二基板及多对第一素子，所述第一基板上用于承载热源器件，所述第一基板与所述第二基板之间形成收容空间，所述多对第一素子间隔排列于所述收容空间内，且所述多对第一素子均连接所述第一基板与第二基板，所述多对第一素子连接外部电源，以改变电压或电流来调节第一基板与第二基板的温差，从而对所述热源器件控温，所述收容空间包括第一区域及与第一区域相邻的第二区域，所述第一区域对应所述热源器件设置，且第一区域内的第一素子的密度大于第二区域内的第一素子的密度。
在第一种可能实现的方式中，所述多对第一素子均排列于所述第一区域内。
结合第一种可能实现的方式，在第二种可能实现的方式中，所述第二区域内为空置区域；或者，第二区域内设有连接所述第一基板与第二基板之间的支撑体。
在第三种可能实现的方式中，所述第一区域与所述第二区域相连接，并且所述多对第一素子排列于所述第一区域及所述第二区域内，并且在沿自第一区域向第二区域的方向上所述多对第一素子的以密度逐渐减小方式排布。
在第四种可能实现的方式中，所述第一区域与所述第二区域相连接，所述多对第一素子排列于所述第一区域及所述第二区域内，所述第二区域包括第一子区域及第二子区域，所述第一子区域与第二子区域分别位于所述第一区域两侧；在沿自所述第一区域向所述第一子区域的方向上，以及沿自所述第一区域向所述第二子区域的方向上所述多对第一素子以密度逐渐减小的方式排列。
结合第一种可能实现的方式，在第五种可能实现的方式中，所述第二区域包括第一子区域及第二子区域，所述第一子区域与第二子区域分别位于所述第一区域两侧，所述第一子区域与第二子区域内为空置区域；或者，所述第一子区域与第二子区域内至少有一个子区域内设有连接于所述第一基板与第二基板之间的支撑体。
结合第二种或者第五种可能实现的方式，在第六种可能实现的方式中，所述支撑体为非热电性材料制成。
结合第一种可能实现的方式，在第七种可能实现的方式中，所述热电制冷模组还包括一对或者多对第二素子，所述一对或者多对第二素子排列于第二区域内，当第二素子为多对时在第二区域的第二素子的密度小于所述第一区域内第一素子的密度。
结合第五种可能实现的方式，在第八种可能实现的方式中，所述第二区域包括第一子区域及第二子区域，所述第一子区域与第二子区域分别位于所述第一区域两侧，所述热电制冷模组还包括一对或者多对第二素子，所述第一子区域与所述第二子区域内至少有一个子区域设有所述第二素子，当第二素子为多对时在第二区域的第二素子的密度小于所述第一区域内第一素子的密度。
结合第一方面或者第一方面的第一至第八种可能实现的方式，在第九种可能实现的方式中，所述每对第一素子中包括两个素子体，所述两个素子体间隔设置并均连接所述第一基板与第二基板。
结合第九种可能实现的方式，在第十种可能实现的方式中，所述热电制冷模组还包括位于第二基板的靠近收容空间的导接体，所述导接体与所述收容空间内最边缘的第一素子中的两个素子体重的一个电性连接，并且所述多对第一素子中的每两个素子体之间串联。
结合第一方面或者第一方面的第一至第八种可能实现的方式，在第十一种可能实现的方式中，所述热电制冷模组还包括测温器件及控制电路，所述测温器件与所述热源器件连接，以侦测及传递热源器件温度至控制电路，所述控制电路用于控制所述多对第一素子上电压值或电流值的大小。
结合第一方面的第一至第三种可能实现的方式，在第十二种可能实现的方式中，所述热源器件位于所述第一基板一端。
结合第一方面的第四至第六种可能实现的方式，在第十三种可能实现的方式中，所述热源器件位于所述第一基板除端部以外的位置。
结合第一方面或者第一方面的第一至第八种可能实现的方式，在第十四种可能实现的方式中，所述第一基板与第二基板为氮化铝、氧化铝或碳化硅材料制成。
结合第一方面或者第一方面的第一至第八种可能实现的方式，在第十五种可能实现的方式中，所述热电制冷模组还包括装设于第一基板上的无源光组件，所述无源光组件与所述第二区域相对的一侧。
在第二方面，提供一种光器件，包括底座，所述光器件还包括以上任一种可能实现方式中所述的热电制冷模组，所述热电制冷模组装于底座上，并且所述第二基板与所述底座表面接触。
在第三方面，提供一种光模块，包括壳体，所述光模块还第二方面所述的光器件，所述光器件装设于所述壳体内。
本发明所述热电制冷模组通过在热源器件所对应的位置的素子体的密度大于其它区域素子体热量，可以及时疏导第一基板上的热源器件的热量，有利于将在第一基板上的热源器件的温度有效控制在一定恒温状态下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的热电制冷模组的结构示意图；
图2为本发明具有图1所述的热电制冷模组的光器件的示意图；
图3为本发明第二实施例提供的热电制冷模组的结构示意图；
图4为本发明第三实施例提供的热电制冷模组结构示意图；
图5为本发明具有图4所述的热电制冷模组的光器件的示意图；
图6为本发明第四实施例提供的热电制冷模组结构示意图。
具体实施例
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。
请参考图1与图2，本发明第一实施例提供一种热电制冷模组20及具有所述热电制冷模组20的光器件100。所述光器件100包括底座10及热源器件12。所述热电制冷模组20包括第一基板21、第二基板23及多对第一素子25。所述第一基板21上用于承载热源器件12。所述第一基板21与所述第二基板23之间形成收容空间26。所述多对第一素子25间隔排列于所述收容空间26内，且所述多对第一素子25均连接所述第一基板21与第二基板23。所述多对第一素子25外部电源与外部电源连接，以接收电压或电流来调整其制冷或制热的效果，从而对所述热源器件12实现控温。所述收容空间26包括第一区域261及与第一区域261相邻的第二区域263。所述第一区域261对应所述热源器件12设置，且第一区域261内的第一素子25的密度大于第二区域263内的第一素子25的密度。所述热电制冷模组装于底座10上，用于承载光器件100的热源器件12，并对所述热源器件12进行控温。其中，所述第二基板23与所述底座10表面接触。
进一步的，所述多对第一素子25均排列于所述第一区域261内。所述第二区域263内为空置区域；或者，第二区域263内设有连接所述第一基板21与第二基板23之间的支撑体。
在本实施例的第一种实施方式中，优选的所述第二区域263内设有连接所述第一基板21与第二基板23之间的支撑体27。所述支撑体27为一个或者多个，且所述支撑体27大小与所述素子大小相同。在其它实施方式中。所述第二区域263内为空置区域。所述第二区域263内设有支撑体17并且当所述支撑体27为非热电性材料制成。所述支撑体27用于支撑所述第一基板21。当所述支撑体27为多个时可以呈一定规则性的排列与所述第二区域263内。
更进一步的，在本实施例的第二种实施方式中，所述热电制冷模组还包括一对或者多对第二素子(图未标)，所述一对或者多对第二素子排列与第二区域263内，当第二素子为多对时在所述第二区域263内的排布方式不同于逐渐递减的排布方式，如矩阵形式。并且第二区域263的第二素子的密度小于所述第一区域261内第一素子25的密度。所述第二素子与外部电源连接。
具体的，所述底座10为平板，用于承载所述热点制冷模组20。所述热点制冷模组20装于所述底座10的表面11上。所述所述第二基板23与所述表面11接触。其中，所述第一基板21与第二基板23均为矩形板体。所述第一基板21与第二基板23平行相对设置。所述第一基板21用于承载激光芯片等热源器件12以及其它电子元件。本实施例中，所述热源器件12为激光芯片。所述热源器件12设于所述第一基板21远离第二基板23的表面并位于第一区域21上方，并且所述热源器件12位于所述第一基板21一端位置。本实施例中，所述第一区域261与第二区域263的划分根据所述热源器件12所占用的位置而确定，只要保证所述热源器件12位于所述第一区域261上方并并与第一区域261相对设置即可。
所述多对第一素子25位于所述第一区域21内。每一个第一素子的两个相对的端部分别连接所述第一基板21与第二基板23。以所述收容空间26从左到右方向为横向方向，垂直于横向方向的方向为纵向方向，在所述横向方向上所述多对第一素子25为一列或者间隔设置的多列；在纵向方向上所述多对第一素子25为一列或者间隔设置的多列。本实施例中，所述横向方向上，设有5对第一素子25且紧凑并间隔设置。
进一步的，所述每对第一素子25中包括两个素子体，分别为素子体251与素子体253。所述素子体251与素子体253间隔排列并均连接所述第一基板21与第二基板23，即所述素子体251、253的相对两端分别连接第一基板21及第二基板23。本实施例中，所述素子体252与素子体253是平行排列设置。在其它实施方式中，所述素子体252与素子体253可以错位排列。素子体253的相对两端分别连接第一基板21及第二基板23。所述素子体251与素子体253内含有不同的掺杂物以使所述素子体251与素子体253构成相反的性能关系，如电子或空穴的关系。本实施例中所述素子体251为BiTe型材料参杂形成含有电子的P型素子。所述素子体253为BiTe型材料参杂形成含有空穴的N型素子。以使当有电流从所述素子体251下方进入素子体251后再从上方进入所述素子体253时，所述素子体251与所述素子体253向同一方向传递热量。
进一步的，所述第一基板21与第二基板23为氮化铝或者氧化铝或者碳化硅材料制成。本实施例中，所述第一基板21为氮化铝材料制成，所述第二基板23为氧化铝材料制成。
进一步的，所述热电制冷模组20还包括位于第二基板23的靠近收容空间26的导接体28，所述导接体28与相邻的素片与所述子之间电性连接，并且所述多对第一素子25中的所有素子体之间串联。具体的，所述导接体28连接外部电源，以提供电量给所述第一素子。所述导接体28设于所述第二基板23一端，所述导接体28与所述第二基板23之间设置有金属导流片，用于与所述第一素子电性连接。具体的，所述收容空间内靠近所述导接体28的第一对第一素子25中，素子体251与所述第二基板23之间设置有第一金属片，所述导接体通过第一金属片与素子体251串联。所述素子体251与素子体253通过设于第一基板21上的第二金属片串联。第二组的素子体251与第一组的素子体253通过设于第二基板23上的第三金属片串联，以此类推，使所述多对第一素子25的每个素子之间串联形式电性连接。所述导接体28传送给所述第一素子体25的电流由第二基板23方向经过第一素子体25向第一基板21方向运动并经过第一金属片进入所述素子体253内流回第二基板23，电流构成波浪形的运动轨迹，在此过程中，以为热源器件12制冷为例，素子体251内电子及第二素子体内的空穴都从第一基板21向第二基板23运动，同时将热量从第一基板21传递到第二基板23最终实现将第一基板21的热量传递至第二基板，减小第一基板21的热量，提高所述热源器件12的温度稳定性。
进一步的，所述热电制冷模组还包括测温器件(图未示)及控制电路。所述测温器件与所述热源器件12连接，以侦测及传递热源器件12温度至控制电路；所述控制电路用于控制所述多对第一素子25上电压值或电流值的大小，使所述热源器件12的温度保持一定的平衡，即处于一定的温度范围内实现控温目的。本实施例中，所述测温器件为热敏电阻。
进一步的，所述热电制冷模组还包括装设于第一基板21上的无源光组件，所述无源光组件位于与所述第二区域263相对的一侧。所述无源光组件为光学元件等自身非发热元件，但是所处环境需要在一定的温度范围内，当设有无源光组件时，所述第二区域263内的第一素子或第二素子的数量提高所述无源光组件的温度环境条件。
请参阅图3，本发明第二实施例中，与所述第一实施例不同之处在于素子的排列方式：即所述多对第一素子25排列于所述第一区域261及所述第二区域263内，并且在沿自第一区域261向第二区域263的方向上所述多对第一素子25的以密度逐渐减小方式排布。在本实施例中，位于第一区域261内的素子密度较大，可以更好的传导第一基板21上设有热源器件12部分的热量，使所述热源器件12的温度在一定规定范围内。在本实施例中，所述第一区域261与所述第二区域263的划分根据所述热源器件12所占用的位置的面积而确定的同时，位于第一区域261与所述第二区域263分界线可以是位于一对第一素子中的两个素子体体之间，也可以是两对素子之间的位置。
请参阅图4与图5，本发明第三实施例中，所述热电制冷模组30的所述多对素子设于第一区域261内。所述第二区域22包括第一子区域221及第二子区域222。所述第一子区域221与第二子区域222分别位于所述第一区域261两侧，所述第一子区域221与第二子区域222内为空置区域；或者，所述第一子区域221内与第二子区域222内至少有一个子区域设有连接于所述第一基板21与第二基板23之间的支撑体27。优选的，所述第一子区域221与第二子区域222内为空置区域。
进一步的，在第三实施例的一种实施方式中，所述第一子区域221与第二子区域222内均有支撑体27。所述支撑体27为非热电性材料制成，主要用于支撑第一基板21。在其它实施方式中，所述第一子区域221内或第二子区域222内设置有用于支撑第一基板21的支撑体27。本方式中支撑体27的排列列方式呈一定规则性即可。需要说明的是，当所述支撑体27为非热电性材料制成时，所述第一区域261内的多对第一素子25均成对的位于第一区域261内；或者，所述支撑体27位于两对素子之间的位置与所述多对素子穿插设置。
进一步的，在第三实施例的另一种实施方式中，所述热电制冷模组还包括一对或者多对第二素子(图未标)，所述第一子区域221与第二子区域222内至少有一个子区域设有所述第二素子，所述第二素子与外部电源连接，并且当第二素子为多对时在所述第一子区域221或所述第二子区域222内的排布方式不同于逐渐递减的排布方式。需要说明书的是，当第二素子存在时，所述第一区域261与第二区域22相邻位置的一对第一素子25可以一个在第一区域261内，另一个在第二区域22内，也可以均在第一区域内。第二区域263内的第二素子的密度小于所述第一区域261内第一素子25的密度。此方式可以更大面积的对第一基板21进行疏导热量，以使所述热源器件12的温度在一定规定范围内。
进一步的，所述热源器件12位于所述第一基板21除端部以外的位置。比如所述热源器件12位于第一基板21的中部，或者中部附近的位置。本实施例中，所述热源器件12位于第一基板21的中部位置(如图5所示)。
请参阅图6，本发明的第四实施例中，与所述第三实施例不同之处在于：所述热电制冷模组40的所述多对第一素子25排列于所述第一区域261及所述第二区域29内。所述第二区域29包括第一子区域291及第二子区域292，所述第一子区域291与第二子区域292分别位于所述第一区域261两侧；在沿自所述第一区域261向所述第一子区域291的方向上以及沿自所述第一区域261向所述第二子区域292的方向上所述多对第一素子25以密度逐渐减小的方式排列。位于第一区域261内的素子密度较大，可以更好的疏导第一基板21上设有热源器件12部分的热量，使所述热源器件12的温度在一定规定范围内。
本发明所述热电制冷模组20通过在热源器件12所对应的位置增加素子体的密度，及时对第一基板及时疏导热源器件12的热量。此外，本发明相对现有的散热源热点的不均匀问题进行针对性匹配素子体，可以有效疏导热源集中位置的热量，对TEC制冷起到一定效果，进而增强热电制冷模块的COP数值。可以理解，本发明的所述热电制冷模组20也可以用于除光器件以外的适用于本所述热电制冷模组20的电子元件上，比如CUP。
本发明还提供一种光模块，所述光模块包括壳体(图未示)及具有以上任一实施例的热电制冷模组20的所述的光器件100，所述光器件100装设于所述壳体内。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (18)

1.一种热电制冷模组，用于承载热源器件，并对所述热源器件进行控温，其特征在于：所述热电制冷模组包括第一基板、与第一基板相对设置的第二基板及多对第一素子，所述第一基板上用于承载热源器件，所述第一基板与所述第二基板之间形成收容空间，所述多对第一素子间隔排列于所述收容空间内，且所述多对第一素子均连接所述第一基板与第二基板，所述多对第一素子连接外部电源，以改变电压或电流，进而来调节第一基板与第二基板的温差，从而对所述热源器件控温，所述收容空间包括第一区域及与第一区域相邻的第二区域，所述第一区域与所述热源器件所在位置相对应，且第一区域内的第一素子的密度大于第二区域内的第一素子的密度。
2.根据权利要求1所述的热电制冷模组，其特征在于：所述多对第一素子均排列于所述第一区域内。
3.根据权利要求2所述的热电制冷模组，其特征在于：所述第二区域内为空置区域；或者，第二区域内设有连接于所述第一基板与第二基板之间的支撑体。
4.根据权利要求1所述的热电制冷模组，其特征在于：所述第一区域与所述第二区域相连接，并且所述多对第一素子排列于所述第一区域及所述第二区域内，并且在沿自第一区域向第二区域的方向上所述多对第一素子以密度逐渐减小方式排布。
5.根据权利要求1所述的热电制冷模组，其特征在于：所述第一区域与所述第二区域相连接，所述多对第一素子排列于所述第一区域及所述第二区域内，所述第二区域包括第一子区域及第二子区域，所述第一子区域与第二子区域分别位于所述第一区域两侧；在沿自所述第一区域向所述第一子区域的方向上，以及沿自所述第一区域向所述第二子区域的方向上所述多对第一素子以密度逐渐减小的方式排列。
6.根据权利要求2所述的热电制冷模组，其特征在于：所述第二区域包括第一子区域及第二子区域，所述第一子区域与第二子区域分别位于所述第一区域两侧，所述第一子区域与第二子区域内为空置区域；或者，所述第一子区域与第二子区域内至少有一个子区域内设有连接于所述第一基板与第二基板之间的支撑体。
7.根据权利要求3所述的热电制冷模组，其特征在于：所述支撑体为非热电性材料制成。
8.根据权利要求2所述的热电制冷模组，其特征在于：所述热电制冷模组还包括一对或者多对第二素子，所述一对或者多对第二素子排列于第二区域内，当第二素子为多对时在第二区域的第二素子的密度小于所述第一区域内第一素子的密度。
9.根据权利要求6所述的热电制冷模组，其特征在于：所述第二区域包括第一子区域及第二子区域，所述第一子区域与第二子区域分别位于所述第一区域两侧，所述热电制冷模组还包括一对或者多对第二素子，所述第一子区域与所述第二子区域内至少有一个子区域设有所述第二素子，当第二素子为多对时在第二区域的第二素子的密度小于所述第一区域内第一素子的密度。
10.根据权利要求1-9任一项所述的热电制冷模组，其特征在于：所述每对第一素子中包括两个素子体，所述两个素子体间隔设置并均连接所述第一基板与第二基板。
11.根据权利要求10所述的热电制冷模组，其特征在于：所述热电制冷模组还包括设于第二基板表面上的位于所述第一基板一侧并靠近所述收容空间的导接体，所述导接体与所述收容空间内最边缘的第一素子中的两个素子体中的一个电性连接，所述多对第一素子中的所有素子体串联在一起。
12.根据权利要求1-9任一项所述的热电制冷模组，其特征在于：所述热电制冷模组还包括测温器件及控制电路，所述测温器件与所述热源器件连接，以侦测及传递热源器件温度至控制电路，所述控制电路用于控制所述多对第一素子上电压值或电流值的大小。
13.根据权利要求2至4任一项所述的热电制冷模组，其特征在于：所述热源器件位于所述第一基板的一端。
14.根据权利要求5至7任一项所述的热电制冷模组，其特征在于：所述热源器件位于所述第一基板除端部以外的位置。
15.根据权利要求1-9任一项所述的热电制冷模组，其特征在于：所述第一基板与第二基板由氮化铝、氧化铝、碳化硅材料中的一种制成。
16.根据权利要求1-9任一项所述的热电制冷模组，其特征在于：所述热电制冷模组还包括装设于第一基板上的无源光组件，所述无源光组件位于所述第一基板上与所述第二区域相对的一侧并远离所述第一区域。
17.一种光器件，包括底座，其特征在于：所述光器件还包括如权利要求1-16任一项所述的热电制冷模组，所述热电制冷模组装于底座上，并且所述第二基板与所述底座表面接触。
18.一种光模块，包括壳体，其特征在于：所述光模块还包括权利要求17所述的光器件，所述光器件装设于所述壳体内。
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