CN111670522B

CN111670522B - 热电冷却器内置型管座

Info

Publication number: CN111670522B
Application number: CN201880088337.9A
Authority: CN
Inventors: 渊孝浩
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: CN111670522A; WO2019155505A1; TWI687153B; KR102374804B1; JP6461436B1; DE112018007021T5; KR20200098695A; TW201936042A; US11522336B2; JPWO2019155505A1; DE112018007021B4; US20200313387A1

Abstract

设为热电冷却器内置型管座，该热电冷却器内置型管座具有：第1管座部件(1、1a)，其在表面搭载有光学模块等温度控制对象体；第2管座部件(2)，其与所述第1管座部件(1、1a)相对；以及热电冷却器(5)，其被所述第1管座部件(1、1a)和所述第2管座部件(2)夹着，对所述温度控制对象体进行控制，并且将所述第1管座部件(1、1a)和所述第2管座部件(2)之间的空间以导热率低的绝缘性树脂(6)进行了填充。

Description

热电冷却器内置型管座

技术领域

本发明涉及实现光学模块的温度控制功能的热电冷却器内置型管座。

背景技术

在现有的具有热电冷却器(下面有时也称为TEC：Thermoelectric Cooler)及光学结构要素的同轴冷却光学模块中，在管座上表面(有时也称为孔眼(eyelet)的上表面)搭载TEC，在TEC上表面堆叠地安装光学部件、其它部件，构成同轴冷却光学模块的结构(例如，参照专利文献1)。

另外，公开了在TEC的上表面安装部件的箱型光纤模块的结构(例如，参照专利文献2)。另外，公开了使得在珀耳帖元件安装用作光源的发光元件变得容易的结构(例如，参照专利文献3)。另外，公开了不与引线电极周缘的凸起部干涉，减少高频传播损耗的光元件用管座的结构(例如，参照专利文献4)。并且，公开了使用已有的CAN封装件，将珀耳帖元件配置于管座之下而对元件整体进行冷却的结构(例如，参照专利文献5)。

专利文献1：日本特开2006-210935号公报

专利文献2：日本特开平9-325247号公报

专利文献3：日本特开2014-157898号公报

专利文献4：日本特开2007-150182号公报

专利文献5：日本特开2005-50844号公报

发明内容

在现有的方法中，由于需要向热电冷却器其本身堆叠光学部件，因此通过由搭载部件造成的应力等，有可能使光学部件的光轴不稳定，产生光路的变动等，对与光轴相关的光学部件的特性造成影响。另外，由于热电冷却器对热电元件的应力也大，因此存在由于下落的冲击、振动等干扰而使热电冷却器破损这样的问题。

下面使用图8对该问题进行更加详细的说明。在构成光学模块的情况下，例如如图8所示，需要在热电冷却器5的正上方的位置搭载光学部件7。在该情况下，从管座20算起的高度变高，其姿势容易成为不稳定的状态，因此由于热应力等，担心光学部件7的一个部件即LD芯片10的光轴变得容易偏移等与光轴相关的不良情况。

另外，由于光学部件7所使用的堆叠部件的自重施加于热电冷却器5，因此在施加了振动、冲击时，施加于热电冷却器5的应力变大，容易发生成为热电冷却器5的支撑柱的热电元件5a的破损、从热电冷却器5的基板5b和管座20之间的接合部分出现的剥离。

特别地，在通过导电性树脂将热电冷却器5和管座20键合的情况下，由冲击导致的剥离的可能性变高。

此外，将电信号供给至LD芯片的引线3a、及将电信号供给至热电冷却器5的引线3b从管座20的上表面凸出地安装于管座20。另外，引线3b在连接点部4处与热电冷却器5的基板5b连接。

为了解决上述课题，本发明是将CAN型的光学模块的温度控制功能作为管座的一个功能而实现的热电冷却器内置型管座，特别地，其目的在于实现下述的热电冷却器内置型管座，该热电冷却器内置型管座抑制了由相对于部件的应力变动等造成的光轴的位置变动等与光轴相关的特性变动的发生。另外，特别地，其目的在于实现下述的热电冷却器内置型管座，为了对由外部空气的影响导致的热电冷却器的破损进行抑制，该热电冷却器内置型管座以使得在管座的一个部件中内置的结构部件的延伸轮廓线将热电冷却器包围的方式构成。

本发明涉及的热电冷却器内置型管座的特征在于，具有：

第1管座部件，其在表面搭载有温度控制对象体，并且在内部具有环状树脂模塑部，该环状树脂模塑部是通过树脂以环状进行模塑的，环状的外侧部分直接受到外部空气的温度的影响；

第2管座部件，其配置于所述第1管座部件的背面侧，在所述第2管座部件与所述第1管座部件之间夹入热电冷却器，该热电冷却器进行所述温度控制对象体的温度控制；

绝缘性树脂，其将所述热电冷却器包围，并且填充在所述第1管座部件及所述第2管座部件之间；

引线，其将所述第2管座部件贯穿而与所述第1管座部件连接，并且将电信号供给至所述温度控制对象体；以及

与所述引线不同的引线，其将所述第2管座部件贯穿，与作为所述热电冷却器的电极的阳极和阴极接合，

所述环状树脂模塑部是在所述第1管座部件的厚度方向上贯穿地设置的，由此所述第1管座部件被热分离为在所述环状树脂模塑部的环的外侧配置的第1管座部件外侧、在所述环状树脂模塑部的环的内侧配置的第1管座部件内侧，并且所述热电冷却器整体配置于所述环状树脂模塑部的环的内侧正下方的位置。

发明的效果

本发明的热电冷却器内置型管座能够减小管座上表面的搭载部件的高度尺寸，能够通过使施加至部件的应力的变动减小，从而抑制对光学模块的与光轴相关的特性变动的影响。另外，能够保护内置的热电冷却器不受下落的冲击、或振动等干扰损害。而且，能够从热电冷却器内置型管座的外部对热电冷却器进行控制，并且通过设为难以受到周围温度的影响的构造，能够扩大由热电冷却器形成的温度控制范围。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座的一个例子的图。

图2是在本发明的实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座搭载有光学模块的图。

图3是表示本发明的实施方式2涉及的热电冷却器内置型管座的一个例子的图。

图4是用于说明外部空气对本发明的实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座的影响的图。

图5是用于说明外部空气对本发明的实施方式2涉及的热电冷却器内置型管座的影响的图。

图6是用于详细说明图3的热电冷却器内置型管座的第1管座部件的构造的俯视图。

图7是表示本发明的实施方式3涉及的热电冷却器内置型管座的一个例子的图。

图8是用于说明本发明的课题的图。

具体实施方式

实施方式1

下面，基于附图对本发明的实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座进行说明。图1是表示本发明的实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座的一个例子的图。另外，图2是在本发明的实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座搭载有光学模块的图。

在图1中，在用于对光学模块等温度控制对象体进行搭载的圆板状的第1管座部件1的紧下侧，用于将该光学模块冷却为适当的温度的热电冷却器5(下面，有时也称为TEC 5。TEC：Thermoelectric Cooler)搭载于与第1管座部件1相对地以同轴方式配置的圆板状的第2管座部件2的上表面。这里，热电冷却器5通过焊料、导电性树脂等导电性材料接合于第1管座部件1及第2管座部件2的表面。

另外，在上述第1管座部件1和第2管座部件2处，在2个管座的轴向贯穿地设置有将电信号供给至上述光学模块的引线3a。而且，如图2所示，该引线3a在第1管座部件1的上表面凸出，从而与在第1管座部件1的上表面搭载的作为光学部件7的一个结构部件的LD(激光二极管，Laser Diode的简称)芯片10通过(未图示的)Au导线等连接，由此能够实现来自外部的动作控制。

另外，将电信号供给至上述热电冷却器5的引线3b是将第2管座部件2贯穿而设置的，在连接点部4处与热电冷却器5的基板5b连接。

另外，作为热电冷却器5的电极的(未图示的)阳极和阴极在上述连接点部4处，通过焊料等与上述引线3b接合。由此，上述阳极和阴极这2个端子能够用作来自热电冷却器5的外部的控制用端子(电极)。

并且，在上述第1管座部件1和第2管座部件2之间，以将第1管座部件1和第2管座部件2之间的空间填满的方式填充、或以将热电冷却器5包围的方式填充有导热率小的绝缘性树脂6。

由此，起到使热电冷却器5所产生的热的影响在第1管座部件1和第2管座部件2之间分散开的作用。另外，除此之外，实现保护热电冷却器5不受由下落的冲击、振动等造成的干扰损害的作用。

此外，将第1管座部件1和第2管座部件2贯穿的引线3a在第1管座部件1及第2管座部件2的适当的同一半径之上，以大致等间隔地分离的方式设置4处，与绝缘性树脂6一起成为用于保护热电冷却器5的加强件。

接着，使用图2，说明在第1管座部件1的上表面构成热电冷却器5之外的部件的情况下的本实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座的作用。

如图2所示，是在第1管座部件1的上表面搭载有作为热电冷却器5之外的部件的光学部件7的例子。由于在第1管座部件1的上表面搭载了光学部件7，因此能够使从管座算起的部件的高度减少热电冷却器5的高度的量。

因此，与图8所示的在热电冷却器5直接设置光学部件7的情况相比，对光学部件7的一个部件即LD芯片10的光轴的由热应力等导致的角度偏移进行抑制，因此能够减少与该光轴相关的不良情况的产生率。

另外，热电冷却器5除了其周围被导热率小的绝缘性树脂6覆盖之外，还由将第2管座部件2及第1管座部件1这两个管座贯穿的引线3a加强，因此能够进一步使耐冲击性、耐振动性提高。

如以上说明所述，在本实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座中，能够降低管座上表面的搭载部件的高度，由此能够对上述那样的与光轴相关的特性变动进行抑制。另外，通过在第1管座部件和第2管座部件之间填充树脂，将热电冷却器的周围覆盖或直接将热电冷却器覆盖、以及设置将第1管座部件或第2管座部件贯穿的引线3a或将第2管座部件贯穿的引线3b，由此能够保护热电冷却器不受冲击、振动等干扰损害。

以上，热电冷却器是使用焊料、导电性树脂等与第1管座部件1或第2管座部件2连接的，为了对热电冷却器的动作进行控制，用于将电流供给至热电冷却器的引线3b成为将第2管座部件2贯穿，向其上表面凸出的形态。这里，作为热电冷却器的电极的阳极端子、阴极端子与引线3b的连接是通过焊接等接合进行的。

另一方面，为了进行搭载于第1管座部件1的部件即光学部件7的一个部件即LD芯片10的动作控制，用于供给电流的引线3a设置为将第1管座部件1和第2管座部件2这两者贯穿，还兼有抑制针对光学部件7的振动等干扰的作用。

另外，第1管座部件(外周)和第2管座部件(外周)之间的空间(由第1管座部件的下表面、第2管座部件的上表面、将这2个部件的外周彼此连接的曲面包围的圆筒状体的内部的空间)通过绝缘性树脂的填充而得到加强，就该绝缘性树脂的形成而言，能够通过如下任意方法形成，即：将热电冷却器包围(在该情况下，在绝缘性树脂和热电冷却器之间产生间隙)；或对成为热电冷却器的支撑柱的热电元件5a的部分也进行填充而填满。该绝缘性树脂的导热率小，具有绝缘性。由此，可以形成具有能够进行温度控制的功能的热电冷却器内置型管座。

综上所述，本实施方式1涉及的热电冷却器内置型管座特别在以下点具有与根据上述文献得到的技术方案或其组合明确不同的特征。

第1点是与在管座的外部配置热电冷却器的现有技术不同，设为作为单体的管座的一部分而具有热电冷却器的形态，该热电冷却器具有冷却功能。第2点是通过在热电冷却器的周围形成绝缘性树脂，从而构成为热电冷却器内置型管座。第3点是为了保护热电冷却器，利用了将管座贯穿的引线。

实施方式2

下面，基于图3对本发明的实施方式2涉及的热电冷却器内置型管座进行说明。

与在实施方式1中说明过的热电冷却器内置型管座的区别点在于，如图3所示，在第1管座部件1a通过树脂而形成有以环状模塑出的区域即环状树脂模塑部8。该环状树脂模塑部8是为了使热电冷却器的功能提高而在该第1管座部件1a形成的。下面，详细地对该实施方式2涉及的热电冷却器内置型管座进行说明。

对光学模块(未图示)的各部件进行安装的区域为该图3所示的环状树脂模塑部8的内侧。而且，通过在该内侧正下方的位置配置热电冷却器5的整体，从而能够通过热电冷却器5经由第1管座部件1a对光学模块施加热量或相反地使热减少。此外，就在上述第1管座部件1a内设置的上述环状树脂模塑部8而言，其环状的轮廓部分的向所述绝缘性树脂的延伸轮廓线15(参照图3中的虚线)构成为将所述热电冷却器包围。进一步优选为在经过所述多个引线3a的轴心的环线的内侧位置配置上述环状树脂模塑部8。

在该情况下，环状树脂模塑部8所形成的环的外侧部分直接受到外部空气的温度的影响，因此想到如下状况，即，在没有环状树脂模塑部8的情况下，热电冷却器5容易受到外部空气的影响，热电冷却器5不能充分地实现其功能。因此，通过设置环状树脂模塑部8，从而减少外部空气针对热电冷却器5的影响。

下面，对本实施方式2的作用进行说明。

在使用了图4的实施方式1中说明过的热电冷却器内置型管座的情况下，设想到以下状况：在外部空气30的温度比搭载于光学模块的器件的温度高的情况下，通过对热电冷却器5的上表面进行冷却而使第1管座部件1下表面的温度降低，通过由与第1管座部件1上表面的温度差导致的导热(参照图中的箭头)，使第1管座部件1的整体温度降低，但在希望驱动的器件的温度与外部空气30的温差大的情况下，热电冷却器5的功能不足，温度并不降低。

因此，如图5所示，在第1管座部件1a设置环状的环状树脂模塑部8。而且，通过该环状树脂模塑部8，设为使容易受到外部空气30的影响的第1管座部件1a分离为环状树脂模塑部8的环的外侧部分、和不易受到影响的环状树脂模塑部8的环的内侧部分的结构(下面进行详细的说明)，从而使得热电冷却器5不易受到外部空气30的温度的影响，能够使热电冷却器5的能力充分发挥。

图6是为了进一步详细地说明第1管座部件1a的构造，从上侧观察上述第1管座部件1a的俯视图。

在图6中，将第1管座部件1a和第2管座部件2贯穿的引线3a在环状的环状树脂模塑部8的外侧的大致相同的半径位置，以彼此等间隔地分离的方式配置有4个。另外，该环状树脂模塑部8是以在第1管座部件1a的厚度方向上贯穿的方式设置的。

因此，通过该环状树脂模塑部8，第1管座部件1a被热分离为第1管座部件外侧12和第1管座部件内侧11。其结果，通过上表面被键合至第1管座部件内侧11的背面的热电冷却器5(在图6中用虚线表示其轮廓位置)，将第1管座部件内侧11的部分与第1管座部件外侧12分离，能够进行温度控制。

如上所示，通过在第1管座部件1a设置环状树脂模塑部8，设为不易受到周围温度的影响的构造，从而能够扩大由热电冷却器实现的温度控制范围。

实施方式3

下面，基于图7对本发明的实施方式3涉及的热电冷却器内置型管座的一个例子进行说明。

如图7所示，本实施方式的热电冷却器内置型管座设为在第1管座部件1a和第2管座部件2之间进一步追加设置有加强棒9的结构，这一点与在实施方式2中说明过的热电冷却器内置型管座不同，其它结构是相同的。如图所示，该加强棒9以将第1管座部件1a和第2管座部件2连接的方式，在这些管座的半径位置上与各引线的配置位置相比更靠外周侧处，通过熔接而固定、设置有多根。

该加强棒9进一步强化针对热电冷却器的相对于由将第1管座部件1和第2管座部件2贯穿的引线及绝缘性树脂引起的干扰来说的保护，起到用于保护热电冷却器5不受冲击、振动等干扰损害的加强件的作用。

此外，在图7中说明了在第1管座部件形成有环状树脂模塑部8的例子，但并不限于此，即使是如实施方式1中说明过那样，在第1管座部件没有形成环状树脂模塑部8的结构，在外部空气的影响少的情况下，也取得同样的效果。

接着，对该实施方式3涉及的热电冷却器内置型管座的作用进行说明。

如图7所示，通过在第1管座部件1a和第2管座部件2之间设置加强棒9，除了由绝缘性树脂形成的构造强度方面上的对热电冷却器5的保护之外，还能够实现构造强度方面上的保护。由此，能够对在第1管座部件1a和第2管座部件2的内部搭载的热电冷却器5、连接点部4进行保护。

如以上说明所述，在本实施方式涉及的热电冷却器内置型管座中，能够进一步强化地保护在第1管座部件1a、第2管座部件2之间搭载的部件不受冲击、振动等干扰损害。

此外，本发明可以在其发明的范围内将各实施方式自由地组合，对各实施方式适当进行变形、省略。例如，以上对第1管座部件和第2管座部件设置于上下方向(重力方向)的例子进行了说明，但并不限于此，也可以将这些部件设置于左右方向(与重力方向垂直的方向)。另外，说明了向光学模块供给电信号的多个引线将第2管座部件贯穿的例子，但并不限于此，也可以是不贯穿第1管座部件的形态，即，引线上端与第1管座部件的上表面共面或大致共面。另外，关于上述引线的根数，在图中以4根的情况为例示出，但并不限于此，只要是大于或等于3根，则取得同样的效果。

标号的说明

1、1a第1管座部件，2第2管座部件，3、3a、3b引线，4连接点部，5热电冷却器，5a热电元件，5b基板，6绝缘性树脂，7光学部件，8环状树脂模塑部，9加强棒，10LD芯片，11第1管座部件内侧，12第1管座部件外侧，15延伸轮廓线，30外部空气

Claims

1.一种热电冷却器内置型管座，其特征在于，具有：

第1管座部件，其在表面搭载有作为光学部件的温度控制对象体，并且在内部具有环状树脂模塑部，该环状树脂模塑部是通过树脂以环状进行模塑的，环状的外侧部分直接受到外部空气的温度的影响；

2.根据权利要求1所述的热电冷却器内置型管座，其特征在于，

具有多个将所述第1管座部件及所述第2管座部件贯穿，将电信号供给至所述温度控制对象体的引线。

3.根据权利要求1所述的热电冷却器内置型管座，其特征在于，

所述热电冷却器具有成为支撑柱的热电元件以及与所述第1管座部件及所述第2管座部件各自接合的基板，该热电冷却器经由连接点部与将电信号供给至所述热电冷却器的所述与所述引线不同的引线连接。

4.根据权利要求2所述的热电冷却器内置型管座，其特征在于，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热电冷却器内置型管座，其特征在于，

设置有与所述第1管座部件和所述第2管座部件连接的加强棒。

6.根据权利要求1所述的热电冷却器内置型管座，其特征在于，

所述第1管座部件具有如下构造，即，被分离为搭载对温度进行变更的器件的部分和没有搭载对温度进行变更的器件的部分。