JP2000036680A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 データ通信装置の光通信に使用される、光通
信モジュールにおいて、発光素子を固定する金属製支持
板と発光素子の熱を吸熱する電子冷却素子の基板間の線
膨脹率差、および、この電子冷却素子の基板と光通信モ
ジュールの金属製筐体間の線膨脹率差により、それぞれ
の接合点において物理的変形が発生し、発光素子とレン
ズの光軸ずれが生じ、光出力が減衰したり、あるいは、
電子冷却素子に変形ストレスが加わり、電子冷却素子が
破損することを防止することを課題とする。 【解決手段】 電子冷却素子の基板を絶縁薄膜を施した
金属基板にすることにより、発光素子を固定する金属製
支持板と電子冷却素子の第１の金属基板間、および、電
子冷却素子の第２の金属基板と光通信モジュールの金属
製筐体間の線膨脹率差を小さくし、上述した光軸ずれが
生じ、光出力が減衰したり、電子冷却素子が破損するこ
とを防止する構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁薄膜を施し
た金属基板にて、ペルチェ素子を両側より固定した電子
冷却素子を内蔵した、たとえばデータ通信装置用に好適
な、光通信モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の電子冷却素子を用いた、
光通信モジュールの一例である光ファイバモジュールの
断面図である。図６において、発光素子１と、発光素子
１の発熱を放熱するヒートシンク２を接合したものを発
光素子ヘッダ３とし、発光素子ヘッダ３と、温度検出用
サーミスタ抵抗５が、金属製支持板４に取り付けられて
いる。発光素子ヘッダ３と温度検出用サーミスタ抵抗５
は、放熱性を良くするために、半田等により金属製支持
板４に接合されている。発光素子１からの発熱を吸熱す
る電子冷却素子６は、金属製支持板４に半田等で接合さ
れる。また、この電子冷却素子６は、光ファイバモジュ
ールの筐体８に半田等で接合される。

【０００３】図７は、図６の光ファイバモジュールに内
蔵されている、電子冷却素子６の構造を示したものであ
る。電子冷却素子６においては、ペルチェ素子１１をセ
ラミック基板９にて両側より固定する。このセラミック
基板９のペルチェ素子１１と接触する部分には、伝導性
があるメタライズパターン１４が施されている。熱伝導
を良くするために、セラミック基板９のメタライズパタ
ーン１４が施されている部分と、ペルチェ素子１１は、
半田１０によって接合されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
光ファイバモジュールでは、 ペルチェ素子１１を両側
より固定するセラミック基板９のうちの１枚と、光ファ
イバモジュールの金属製筐体８の接合部、および、セラ
ミック基板９の他の１枚と金属製支持板４の接合部は、
材質が異なるから、それぞれ線膨張率差が大きい。その
ため、接合部に広い温度範囲の熱ストレスをかけると、
物理的変形が発生し、接合部の破損、ペルチェ素子１１
の破壊等が引き起こされていた。さらに、この物理的変
形により、光ファイバモジュール内の発光素子１とレン
ズ７の光軸ずれが生じ、光出力が減衰されていた。ま
た、セラミックと金属のように、熱伝導率の異なる材質
を接合することで熱特性が悪くなり、冷却効果が低下し
ていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めの第一の手段は、光通信モジュールを、発光素子と発
光素子を搭載した金属製支持板と、金属製支持板の下に
設けられた第１の金属基板と、第１の金属基板の下に設
けられた第１の絶縁薄膜と、第１の絶縁薄膜の下に設け
られたペルチェ効果を有する素子と、ペルチェ効果を有
する素子の下に設けられた第２の絶縁薄膜と、第２の絶
縁薄膜の下に設けられた第２の金属基板と、第２の金属
基板の下に設けられた金属製筐体により構成することで
ある。

【０００６】第二の手段は、第一の手段の光通信モジュ
ールにおいて、金属製支持板と第１の金属基板を同一の
金属基板で構成することである。

【０００７】第三の手段は、第一の手段の光通信モジュ
ールにおいて、金属製筐体と第２の金属基板を同一の金
属基板で構成することである。

【０００８】第四の手段は、第一の手段の光通信モジュ
ールにおいて、金属製支持板と第１の金属基板を同一の
金属基板で構成し、かつ、金属製筐体と第２の金属基板
を同一の金属基板で構成することである。

【０００９】第五の手段は、第一の手段の光通信モジュ
ールにおいて、第１の金属基板および第２の金属基板
が、コバールあるいはモリブデンであり、第１の絶縁薄
膜および第２の絶縁薄膜がポリイミド絶縁薄膜であるこ
とである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を説明するが、従来
の技術と同一の要素には同一符号を用いて説明する。

【００１１】図１は、第１の実施例の光ファイバモジュ
ールの断面図である。図５は、図１の光ファイバモジュ
ールに内蔵されている金属基板型電子冷却素子１２の構
造を示したものである。金属基板型電子冷却素子１２に
おいては、ペルチェ素子１１を両側より固定する基板に
は、金属が用いられている。この金属基板１３には、ポ
リイミド絶縁薄膜１５が施されている。ポリイミドは有
機物中で最高の耐熱性を有し、耐熱性が重視される場合
に用いられる。さらに、この金属基板１３の、ペルチェ
素子１１と接触する部分には、伝導性があるメタライズ
パターン１４が施され、半田１０により、ペルチェ素子
１１と接合されている。

【００１２】図８に示すように、ｐ形半導体１０１、ｎ
形半導体１０２の接合部の一方を高温接合部１０３、他
方を低温接合部１０４にすると熱起電力１０５が発生す
る。これをゼーベック効果という。このとき、ｎ形半導
体を基準にした起電力を、ｐ形半導体のｎ形半導体に対
する熱電率αｐｎという。熱電率αｐｎが正であると
き、すなわち、高温接合部でｎ形半導体からｐ形半導体
に電流が流れるとき、この構成に図９に示す電流１０８
を流すと、ｐ形半導体とｎ形半導体の接合部において、
図９のような吸熱１０６および放熱１０７の現象が発生
する。これを、ペルチェ効果と呼ぶ。図９を変形したも
のが図１０である。図１０において、図に示す方向に電
流１０８を流すとｐ型半導体１０１、ｎ型半導体１０２
と金属電極１０９の接合面において、吸熱１０６と放熱
１０７の現象が発生する。

【００１３】図５において、メタライズパターン１４を
施した一つの小枠の各々に図１０と同様にｐ形半導体と
ｎ形半導体一組を設置すると、一方の金属基板では吸熱
現象が発生し、他方の金属基板では放熱現象が発生す
る。このとき、図１における、金属製支持板４と接する
金属基板１３の側において吸熱現象、光ファイバモジュ
ールの金属製筐体８と接する金属基板１３の側にて放熱
現象が発生するように金属基板型電子冷却素子１２に流
す電流の向きを設定すると、発光素子より発熱した熱を
光ファイバーモジュール外に放熱することができる。

【００１４】図２は、第２の実施例の光ファイバモジュ
ールの断面図である。第２の実施例においては、図１に
おける金属製支持板４と、これに接する金属基板１３を
一体化したものを金属製支持板４とした。さらに、この
一体化された金属製支持板４の金属基板に該当する個所
にポリイミド絶縁薄膜を施し、このうち、ペルチェ素子
と接触する部分にメタライズパターンを施したものであ
る。すなわち、図１において２枚ある金属基板１３を１
枚にして、構造を簡単にし部品点数を減らしたものであ
る。第１の実施例と同様に、金属製支持板４の側におい
て吸熱現象、光ファイバモジュールの金属製筐体８と接
する金属基板１３の側において放熱現象が発生するよう
に金属基板型電子冷却素子１２に流す電流の向きを設定
すると、発光素子より発熱した熱を光ファイバーモジュ
ール外に放熱することができる。さらに、第１の実施例
の場合に比べ、熱特性がよくなり発光素子からの熱を効
率的に放熱することができる。

【００１５】図３は、第３の実施例の光ファイバモジュ
ールの断面図である。第３の実施例においては、図１に
おける光ファイバーモジュールの金属製筐体８と、これ
に接する金属基板１３を一体化したものを金属製筐体８
とした。さらに、第２の実施例と同様に、この一体化さ
れた金属製筐体８の金属基板に該当する箇所にポリイミ
ド絶縁薄膜を施し、このうち、ペルチェ素子と接触する
部分にメタライズパターンを施したものである。すなわ
ち、図１において２枚ある金属基板１３を１枚にして、
構造を簡単にし部品点数を減らしたものである。この場
合も、金属基板型電子冷却素子１２に流す電流の向きを
第１の実施例と同様に設定すると、発光素子からの熱を
光ファイバモジュール外に放熱することができ、第２の
実施例と同様に、第１の実施例に比べ発光素子からの熱
を効率的に放熱することができる。

【００１６】図４は、第４の実施例の光ファイバモジュ
ールの断面図である。第４の実施例においては、第２の
実施例および、第３の実施例を併用したものである。す
なわち、図１における金属製支持板４と、これに接する
金属基板１３を一体化し、さらに、光ファイバーモジュ
ールの金属製筐体８と、これに接する金属基板１３を一
体化したものである。そして、一体化した部分の各々金
属基板に該当する箇所にポリイミド絶縁薄膜を施し、さ
らに、ペルチェ素子と接触する部分にメタライズパター
ンを施したものである。すなわち、図１において２枚あ
る金属基板１３をなくして、構造を簡単にし部品点数を
減らしたものである。この場合も、金属基板型電子冷却
素子１２に流す電流の向きを第１の実施例と同様に設定
すると、発光素子からの熱を光ファイバモジュール外に
放熱することができ、さらにその構造より、最も効率的
に熱の放熱を行うことができる。

【００１７】金属基板および絶縁薄膜には、耐熱性に優
れたものを使用することが好ましく、金属基板に耐熱特
性がよく、温度係数、熱膨張係数が小さい、コバールあ
るいはモリブデン、および、絶縁薄膜に耐熱性に優れた
ポリイミドを使用することにより、光ファイバモジュー
ルの耐熱性を向上させ、物理的変形を小さくすることが
できる。

【００１８】以上、本発明を光通信モジュールの一例で
ある光ファイバーモジュールを用いて説明したが、これ
らの実施例は、本発明を特に限定するものではなく、発
光素子を有し、その発光素子を冷却する構造となってい
るモジュールに、本発明を適用することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、光通信モジュール
において、絶縁薄膜が施された第１の金属基板および第
２の金属基板により、ペルチェ効果を有する素子を挟む
ことにより、第１の金属基板と、この金属基板に接合す
る金属製支持板間、および、第２の金属基板と、この金
属基板に接合する光通信モジュールの金属製筐体間の線
膨張率差を小さくすることができる。このように、線膨
張率差を小さくすることにより、第１の金属基板と金属
製支持板の接合部、第２の金属基板と光通信モジュール
の金属製筐体の接合部のそれぞれに、熱ストレスがかか
ったとき、接合部の破損や、ペルチェ素子の破壊の発生
をおさえることができ、また、このとき、光通信モジュ
ール内の各部の物理的変形量が小さくなり、発光素子と
レンズの光軸ずれの変化量が小さくなり、長期的に光出
力を安定させることができる。

【００２０】また、金属と金属のように熱伝導率が近似
する材質を接合するので、熱特性が改善され、冷却効果
が向上する。

【００２１】さらに、以下のような部品の共通化が実施
できる。第２の実施例のように、金属製支持板と第１の
金属基板を共通のものにする。あるいは、第３の実施例
のように、光通信モジュールの金属製筐体と第２の金属
基板を共通のものにする。あるいは、第４の実施例のよ
うに、第２の実施例と第３の実施例を併用して、金属製
支持板と第１の金属基板、および光通信モジュールの金
属製筐体と第２の金属基板を共通化する。

【００２２】このような部品の共通化により、部品点数
を削減することができ、構造を簡単にすることにより、
製造コストが低くなる効果、信頼性を向上させる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の光ファイバモジュールの断面図で
ある。

【図２】第２実施例の光ファイバモジュールの断面図で
ある。

【図３】第３実施例の光ファイバモジュールの断面図で
ある。

【図４】第４実施例の光ファイバモジュールの断面図で
ある。

【図５】第１実施例における金属基板型電子冷却素子の
断面図および金属基板の内面図である。

【図６】従来の電子冷却素子を用いた、光ファイバモジ
ュールの断面図である。

【図７】従来の電子冷却素子の断面図およびセラミック
基板の内面図である。

【図８】ゼーベック効果を説明する図である。

【図９】ペルチェ効果を説明する図である。

【図１０】ペルチェ効果を説明する図である。

【符号の説明】

１…………発光素子 ２…………ヒートシンク ３…………発光素子ヘッダ ４…………金属製支持板 ５…………温度検出用サーミスタ抵抗 ６…………電子冷却素子 ７…………レンズ ８…………光ファイバモジュールの金属製筐体 ９…………セラミック基板 １０…………半田 １１…………ペルチェ素子 １２…………金属基板型電子冷却素子 １３…………金属基板 １４…………メタライズパターン １５…………ポリイミド絶縁薄膜 １０１…………ｐ形半導体 １０２…………ｎ形半導体 １０３…………高温接合部 １０４…………低温接合部 １０５…………熱起電力 １０６…………吸熱 １０７…………放熱 １０８…………電流 １０９…………金属電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と、 前記発光素子を搭載した金属製支持板と、 前記金属製支持板の下に設けられた第１の金属基板と、 前記第１の金属基板の下に設けられた第１の絶縁薄膜
   と、 前記第１の絶縁薄膜の下に設けられたペルチェ効果を有
   する素子と、 前記ペルチェ効果を有する素子の下に設けられた第２の
   絶縁薄膜と、 前記第２の絶縁薄膜の下に設けられた第２の金属基板
   と、 前記第２の金属基板の下に設けられた金属製筐体とを有
   することを特徴とする光通信モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光通信モジュールにおい
   て、 前記金属製支持板と前記第１の金属基板が同一の金属基
   板であることを特徴とする光通信モジュール。
3. 【請求項３】 請求項１記載の光通信モジュールにおい
   て、 前記金属製筐体と前記第２の金属基板が同一の金属基板
   であることを特徴とする光通信モジュール。
4. 【請求項４】 請求項１記載の光通信モジュールにおい
   て、 前記金属製支持板と前記第１の金属基板が同一の金属基
   板であり、かつ、前記金属製筐体と前記第２の金属基板
   が同一の金属基板であることを特徴とする光通信モジュ
   ール。
5. 【請求項５】 請求項１記載の光通信モジュールにおい
   て、 前記第１の金属基板および前記第２の金属基板が、コバ
   ールあるいはモリブデンであり、前記第１の絶縁薄膜お
   よび前記第２の絶縁薄膜がポリイミド絶縁薄膜であるこ
   とを特徴とする光通信モジュール。