JP2001168447A - Laser diode optical module - Google Patents
Laser diode optical moduleInfo
- Publication number
- JP2001168447A JP2001168447A JP35313499A JP35313499A JP2001168447A JP 2001168447 A JP2001168447 A JP 2001168447A JP 35313499 A JP35313499 A JP 35313499A JP 35313499 A JP35313499 A JP 35313499A JP 2001168447 A JP2001168447 A JP 2001168447A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical module
- laser diode
- plate
- package
- bottom plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
るレーザーダイオード光モジュールに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser diode optical module used for optical communication.
【0002】[0002]
【従来の技術】通信需要の拡大に伴って、通信手段とし
ての光通信の需要は順調に伸びてきており、この光通信
に用いる基幹部品の一つにレーザーダイオード光モジュ
ールがある。レーザーダイオード光モジュールは主とし
て光増幅器の一種であるファイバーアンプの増幅励起光
源として用いられている。 そして、光信号の多重化又
は光の無中継距離延長のために、ファイバーアンプの高
出力化が求められるようになり、ファイバーアンプにお
いてその増幅度を左右するレーザーダイオードの高出力
化が必要となってきた。2. Description of the Related Art The demand for optical communication as communication means has been steadily increasing with the expansion of communication demand, and a laser diode optical module is one of the main components used for this optical communication. The laser diode optical module is mainly used as an amplification excitation light source of a fiber amplifier which is a kind of optical amplifier. In order to multiplex optical signals or extend the non-repeated distance of light, it is necessary to increase the output of fiber amplifiers, and in fiber amplifiers, it is necessary to increase the output of laser diodes that affect the amplification degree. Have been.
【0003】レーザーダイオードの高出力化のために
は、レーザー発光中に上昇するレーザーダイオードの温
度を下げることが必要である。従来のレーザーダイオー
ド光モジュールの一例を図5(a)、(b)に示す。このレ
ーザーダイオード光モジュール101においては、パッ
ケージ102の中にレーザーダイオード103からの放
熱を促進するための熱伝導率の大きい材質、例えばダイ
ヤモンドからなるサブマウント104、同じく熱伝導率
の大きいCu−W合金製(以下、「Cu―W」と記す)の
サブキャリア105とL−キャリア108がある。[0003] In order to increase the output of a laser diode, it is necessary to lower the temperature of the laser diode, which rises during laser emission. FIGS. 5A and 5B show an example of a conventional laser diode optical module. In the laser diode optical module 101, a material having a high thermal conductivity for promoting heat radiation from the laser diode 103, for example, a submount 104 made of diamond, and a Cu-W alloy having a high thermal conductivity in the package 102 (Hereinafter, referred to as “Cu-W”) and an L-carrier 108.
【0004】そして、それらを冷却するためのペルチェ
素子112が、L−キャリア108と底面板111(C
u−W)の間に、電気的絶縁体からなる冷却板113
(Al 2O3)と放熱板114(Al2O3)を介して搭載
されている。尚、底面板111には取付用の取付穴11
5が設けられている。A Peltier for cooling them
The element 112 is composed of the L-carrier 108 and the bottom plate 111 (C
u-W), a cooling plate 113 made of an electrical insulator
(Al TwoOThree) And heat sink 114 (AlTwoOThreeMounted via
Have been. The bottom plate 111 has mounting holes 11 for mounting.
5 are provided.
【0005】ペルチェ素子112から放熱される熱量
は、レーザーダイオード103からの熱(約1W)と、
ペルチェ素子112の作動で生じる動作熱(約3W)で
あり、放熱系の熱抵抗を下げることがレーザーダイオー
ド103からの放熱性改善のためには重要である。そこ
で、従来の技術としては、パッケージ102の底面板1
11に熱伝導率の大きいCu−Wを用い、且つ、底面板
111の放熱板114の載る箇所の板厚を周りより薄く
して窪ませる、等の方法が採られていた。[0005] The amount of heat radiated from the Peltier element 112 includes heat (about 1 W) from the laser diode 103 and
This is operating heat (approximately 3 W) generated by the operation of the Peltier element 112, and it is important to reduce the thermal resistance of the heat radiation system to improve the heat radiation from the laser diode 103. Therefore, as a conventional technique, the bottom plate 1 of the package 102 is used.
For example, a method of using Cu-W having a high thermal conductivity for 11 and making the thickness of the portion of the bottom plate 111 on which the heat radiating plate 114 is placed thinner than the surroundings to make it concave is adopted.
【0006】[0006]
【発明が解決しょうとする課題】図5(a)、(b)に示す
構造では、L―キャリア108(導電体のCu−W)と
冷却板113(電気絶縁体のAl2O3)の間、及び底面板
111(導電体のCu−W)と放熱板114(電気絶縁
体のAl2O3)の間を、例えばPb、Sn等のハンダで
接合する必要があるが、この接合に関する現在のプロセ
スでは、接合部に酸化物や微小な空隙が存在する。この
ため一層のハンダ接合層の熱抵抗は、0.4℃/Wある
ので、二層分のハンダ接合層の熱抵抗は、0.8℃/W
となり、伝熱の面からは妨げとなっている。In the structure shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the L-carrier 108 (Cu-W as a conductor) and the cooling plate 113 (Al 2 O 3 as an electrical insulator) are used. It is necessary to join between the bottom plate 111 (Cu-W of the conductor) and the radiator plate 114 (Al 2 O 3 of the electric insulator) with solder such as Pb or Sn. In current processes, there are oxides and minute voids at the junction. Therefore, the thermal resistance of one solder bonding layer is 0.4 ° C./W, and the thermal resistance of two solder bonding layers is 0.8 ° C./W.
And hinders the heat transfer.
【0007】また、パッケージ102の内部に温度の高
い放熱板114があるので、その熱がパッケージ102
内に篭もり、熱放散の面からは妨げとなる。Further, since the heat sink 114 having a high temperature is provided inside the package 102, the heat is
It stays inside and hinders heat dissipation.
【0008】本発明は高出力のレーザー発光による発熱
を、効率よく外部に放熱し、且つ、光結合を損ねること
のない性能の良い高出力のレーザーダイオード光モジュ
ールを提供する。The present invention provides a high-output laser diode optical module that efficiently radiates heat generated by high-power laser emission to the outside and does not impair optical coupling.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】レーザーダイオードをパ
ッケージ内に設けてなる光モジュールにおいて、光モジ
ュール部品が固定されているパッケージの底面板の外面
に、電気絶縁体の冷却板と電気絶縁体の取付板の付いた
ペルチェ素子を固定する。即ち、従来ペルチェ素子は、
密閉されたパッケージ内に収納されていたが、このペル
チェ素子をパッケージの外に搭載するものである。尚、
前記取付板はレーザーダイオード光モジュールのプリン
ト基板等への取付と、ペルチェ素子の動作熱の放熱とを
兼ねることになる。SUMMARY OF THE INVENTION In an optical module having a laser diode provided in a package, a cooling plate of an electrical insulator and an electrical insulator are attached to an outer surface of a bottom plate of the package to which the optical module components are fixed. Fix the Peltier device with the plate. That is, the conventional Peltier device is
Although the Peltier device is housed in a sealed package, the Peltier device is mounted outside the package. still,
The mounting plate serves both to mount the laser diode optical module to a printed circuit board or the like and to radiate the operating heat of the Peltier device.
【0010】前記底面板の光モジュール部品搭載部の板
厚を周辺よりも薄くし、窪ませると、レーザーダイオー
ドが発する熱が外部へ伝わり易くなり、且つ、光モジュ
ールを組立てる時、レーザーダイオードに対するペルチ
ェ素子の平面方向の位置ずれを少なくすることができ効
率的な放熱が可能で好ましい。また、前記底面板と冷却
板と取付板を熱伝導率の大きいAlNにすると、外部へ
伝熱し易くより好ましい。If the thickness of the optical module component mounting portion of the bottom plate is made thinner than the periphery and is depressed, the heat generated by the laser diode can be easily transmitted to the outside, and the Peltier for the laser diode can be easily assembled when assembling the optical module. This is preferable because the displacement of the element in the planar direction can be reduced and efficient heat radiation is possible. Further, it is more preferable that the bottom plate, the cooling plate and the mounting plate are made of AlN having a large thermal conductivity because heat is easily transferred to the outside.
【0011】前記パッケージは投影面積の小さいペルチ
ェ素子の上に載っているので不安定な面があり耐振性を
要するものは、次のようにすると好ましい。即ち、光モ
ジュールが固定されているパッケージの底面板の下面中
央部に、冷却板と放熱板の付いたペルチェ素子を固定
し、そして、同じくその底面板の長さ方向下面両端部に
取付穴を有する取付板を固定する。この取付板はAl2
O3または樹脂等の熱伝導率の小さい材料にすると、レ
ーザーダイオード光モジュールの取付面からの熱が、取
付板を通して底面板に伝わらないので好ましい。Since the package is mounted on a Peltier element having a small projected area and has an unstable surface and requires vibration resistance, it is preferable to perform the following. That is, a Peltier element with a cooling plate and a heat sink is fixed at the center of the lower surface of the bottom plate of the package to which the optical module is fixed, and mounting holes are similarly formed at both ends of the lower surface of the bottom plate in the longitudinal direction. Fix the mounting plate. This mounting plate is Al 2
It is preferable to use a material having a low thermal conductivity, such as O 3 or a resin, because heat from the mounting surface of the laser diode optical module is not transmitted to the bottom plate through the mounting plate.
【0012】尚、その取付板の前記底面板下面から取付
面迄の寸法を、前記冷却板とペルチェ素子と放熱板の和
の寸法と同等又は小さくする。これは、レーザーダイオ
ード光モジュールの取付板を取付面にネジで締め付けた
時、取付板が弾性変形し、放熱板の下面が必ず取付面に
密着するようにするためである。これによりペルチェ素
子の動作熱が取付相手部品に効率よく伝熱することにな
る。The dimension of the mounting plate from the lower surface of the bottom plate to the mounting surface is equal to or smaller than the sum of the cooling plate, the Peltier element, and the heat sink. This is because when the mounting plate of the laser diode optical module is fastened to the mounting surface with screws, the mounting plate is elastically deformed, and the lower surface of the heat radiating plate always adheres to the mounting surface. As a result, the operating heat of the Peltier element is efficiently transferred to the mating component.
【0013】前記ペルチェ素子は密閉されたパッケージ
の内部でなく、外部環境に晒されるので吸湿、結露して
ペルチェ素子としての性能が低下しないように、ペルチ
ェ素子に防湿コートを塗布しておくのが望ましい。Since the Peltier device is exposed not to the inside of the sealed package but to the external environment, it is preferable to apply a moisture-proof coating to the Peltier device so that the performance of the Peltier device does not deteriorate due to moisture absorption and condensation. desirable.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】本発明の要点を図1(a)、(b)で
説明する。本発明のレーザーダイオード光モジュール1
は、光モジュール部品を内部に収納するパッケージ2部
分と、レーザーダイオード3の発熱を冷やすための冷却
板13と、取付板14の付いたペルチェ素子12部分か
ら成っている。そしてペルチェ素子12部分は、そのパ
ッケージ2の底面板11の外面に固定されている。尚、
光モジュール部品は、レーザーダイオード3、フォトダ
イオード4、コリメートレンズ9及びこれらを支えるマ
ウント、キャリア類で構成されるもので、外部に通じる
光ファイバ(図示せず)に接続され光通信をする主要部品
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The gist of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). Laser diode optical module 1 of the present invention
Is composed of a package 2 for housing the optical module components therein, a cooling plate 13 for cooling heat generated by the laser diode 3, and a Peltier element 12 with a mounting plate 14. The Peltier element 12 is fixed to the outer surface of the bottom plate 11 of the package 2. still,
The optical module components are composed of a laser diode 3, a photodiode 4, a collimating lens 9, and mounts and carriers for supporting them, and are main components for optical communication connected to an external optical fiber (not shown). It is.
【0015】ペルチェ素子12は、外部環境に晒されて
いると吸湿、結露等でその性能が劣化するので、従来技
術のレーザダイオード光モジュールでは、ペルチェ素子
12は密閉されたパッケージ2内に収納されていた。本
発明では、吸湿、結露対策としてペルチェ素子12に防
湿コートを施して、ペルチェ素子12をパッケージ2の
外に搭載したのである。When the Peltier device 12 is exposed to an external environment, its performance deteriorates due to moisture absorption, dew condensation, and the like. Therefore, in a conventional laser diode optical module, the Peltier device 12 is housed in a sealed package 2. I was In the present invention, the Peltier device 12 is provided with a moisture-proof coating as a measure against moisture absorption and dew condensation, and the Peltier device 12 is mounted outside the package 2.
【0016】(実施例1)実施例1について図1(a)、
(b)で説明する。パッケージ2の側面板10には、厚み
0.5mmのFe−Ni−Co合金(例えば、商品名コ
バール)を用い、底面板11には厚み0.5mmのCu
−Wを用いた。パッケージ2の寸法は、長さ21mm、
巾13mm、高さ5mmである。(Embodiment 1) Referring to FIG.
This will be described in (b). A 0.5 mm thick Fe—Ni—Co alloy (for example, Kovar) is used for the side plate 10 of the package 2, and a 0.5 mm thick Cu is used for the bottom plate 11.
-W was used. The dimensions of the package 2 are 21 mm in length,
The width is 13 mm and the height is 5 mm.
【0017】側面板10は、厚み0.5mmのFe−N
i−Co合金の板材から切削によって作製し、ロー付す
る時のロー材との接着強度を増すためNi(1μm)/A
u(1μm)メッキを施した。 そしてAl2O3とFe−
Ni−Co合金のリードで形成される電極部17を側面
板10に銀ロー付(800℃)にて固定した。The side plate 10 is made of Fe-N having a thickness of 0.5 mm.
Ni (1 μm) / A is made by cutting from a plate material of i-Co alloy to increase the adhesive strength with the brazing material when brazing.
u (1 μm) plating was applied. Al 2 O 3 and Fe-
The electrode portion 17 formed of a Ni—Co alloy lead was fixed to the side plate 10 with a silver brazing (800 ° C.).
【0018】次に、底面板11を厚み0.5mmのCu
−Wの板材から切削によって作製し、側面板10と同じ
くロー付する時のロー材との接着強度を増すためNi
(1μm)/Au(1μm)メッキを施した。そして4枚の
側面板10と1枚の底面板11を炭素型に挿入し仮組を
し、水素ガス炉内でAuSiの金ロー付で図1形状に固
定した。炉内の加熱条件は、450℃×30min.で
ある。更に、コリメートレンズ9をAuSnの金ロー付
(350℃×30min.)にて固定した。Next, 0.5 mm thick Cu
-W, which is made by cutting from the plate material, and is made of Ni in order to increase the adhesive strength with the brazing material when brazing similarly to the side plate 10.
(1 μm) / Au (1 μm) plating was performed. Then, the four side plates 10 and one bottom plate 11 were inserted into a carbon mold to form a temporary assembly, and fixed in a hydrogen gas furnace to the shape shown in FIG. The heating condition in the furnace was 450 ° C. × 30 min. It is. Further, the collimating lens 9 is provided with gold solder of AuSn.
(350 ° C. × 30 min.).
【0019】続いて、光モジュール部品を組立てた。サ
ブマウント5(ダイヤモンド)の上にレーザーダイオード
3をAuSn(300℃×2min.)で接合後、これ
をサブキャリア6に同じくAuSn(300℃×2mi
n.)で接合した。 更に、フォトダイオード4をマウ
ント7に、サブキャリア6とマウント7をL−キャリア
8に各々AuSn(300℃×2min.)で接合し
た。そして、このL−キャリア8を底面板11上の所定
の位置にAuSn(300℃×2min.)にて実装し
た後、蓋16をシーム溶接で固定した。Subsequently, the optical module parts were assembled. After bonding the laser diode 3 on the submount 5 (diamond) with AuSn (300 ° C. × 2 min.), This is mounted on the subcarrier 6 in the same manner as AuSn (300 ° C. × 2 mi).
n. ). Further, the photodiode 4 was bonded to the mount 7 and the subcarrier 6 and the mount 7 were bonded to the L-carrier 8 with AuSn (300 ° C. × 2 min.). Then, after mounting this L-carrier 8 at a predetermined position on the bottom plate 11 with AuSn (300 ° C. × 2 min.), The lid 16 was fixed by seam welding.
【0020】本発明では、ペルチェ素子12を気密性の
あるパッケージ2の外に搭載するので、このペルチェ素
子12の吸湿、結露等による若干の性能劣化が生じる。
このための対策として、テクニコート(商品名)と称する
防湿コート(パリレン樹脂を化学蒸着法によりコーティ
ングする)を前以ってペルチェ素子12に施しておく。In the present invention, since the Peltier element 12 is mounted outside the hermetic package 2, the performance of the Peltier element 12 is slightly deteriorated due to moisture absorption, dew condensation, and the like.
As a countermeasure for this, a moisture-proof coat (a parylene resin is coated by a chemical vapor deposition method) called Technicoat (trade name) is applied to the Peltier element 12 in advance.
【0021】底面板11の下面(冷却板13を接合する
箇所)に、Pb−64Snのハンダペレットを150℃
で予備加熱し、圧着する。そして、この箇所に冷却板1
3(Al2O3)と取付板14(Al2O3)の付いたペルチェ
素子12を載せて、水素炉中(190℃×30mi
n.)で、加熱し接合した。尚、取付板14には、取付
穴15を設けておく。On the lower surface of the bottom plate 11 (where the cooling plate 13 is joined), Pb-64Sn
Pre-heated and crimped. And the cooling plate 1
3 (Al 2 O 3 ) and the Peltier element 12 with the mounting plate 14 (Al 2 O 3 ) are placed in a hydrogen furnace (190 ° C. × 30 mi).
n. ) To heat and join. The mounting plate 14 is provided with a mounting hole 15.
【0022】実施例1は上記に記載のように、底面板1
1の材質をCu−W、ペルチエ素子12の上下で冷却と
放熱をする冷却板13と取付板14の材質をAl2O3と
し、従来技術で実績のある材質を選定した。In the first embodiment, as described above, the bottom plate 1
The material of No. 1 was Cu-W, the material of the cooling plate 13 and the mounting plate 14 for cooling and radiating heat above and below the Peltier element 12 was Al 2 O 3, and materials having a proven track record in the prior art were selected.
【0023】図1の構造にすることで、ハンダ接合層
は、底面板11と冷却板13間の一層のみとなり、従来
技術によるレーザーダイオード光モジュールのハンダ接
合層が二層であるのに対し一層少なくなる。即ち、ハン
ダ接合層一層分の熱抵抗0.4℃/Wを省略できるのは
大きなメリットである。また、ペルチェ素子12をパッ
ケージ2の外に配置したので、その動作熱もパッケージ
2の内部に篭もらずレーザーダイオード3の冷却という
点では好ましい。By employing the structure shown in FIG. 1, the solder bonding layer becomes only one layer between the bottom plate 11 and the cooling plate 13, and the solder bonding layer of the laser diode optical module according to the prior art is two layers. Less. That is, it is a great merit that the thermal resistance of 0.4 ° C./W for one solder bonding layer can be omitted. In addition, since the Peltier element 12 is arranged outside the package 2, it is preferable in that the operating heat does not stay inside the package 2 and the laser diode 3 is cooled.
【0024】(実施例2)実施例2については、図2に
示すように、厚み0.5mmの底面板11(Cu−W)の
光モジュール部品搭載箇所を厚み0.3mm迄切削加工
で薄くし、この厚み0.3mmの箇所に光モジュール部
品を搭載した。これは、L−キャリア8からの熱を効率
よく外部へ伝熱することを狙いとしたものである。底面
板11の一部を薄くした形状変更以外は、各材料の材
質、パッケージ寸法等、実施例1と全く同じである。(Embodiment 2) In Embodiment 2, as shown in FIG. 2, the optical module component mounting portion of the bottom plate 11 (Cu-W) having a thickness of 0.5 mm is thinned by cutting to a thickness of 0.3 mm. Then, an optical module component was mounted on the portion having a thickness of 0.3 mm. This aims at efficiently transferring the heat from the L-carrier 8 to the outside. Except for the shape change in which a part of the bottom plate 11 is thinned, the material of each material, the package dimensions, and the like are exactly the same as those in the first embodiment.
【0025】(実施例3)実施例3の構造、寸法は、
(底面板11の光モジュール部品搭載箇所を厚み0.3
mmに薄くしたことを含めて)全て図2の実施例2と同
じである。変更点は、底面板11、冷却板13、取付板
14の材質を変えた点である。即ち、実施例2に比べ、
底面板11の材質をCu−WからAlNに、冷却板13
と取付板14の材質をAl2O3(熱伝導率17W/(m・
K))から熱伝導率の高いAlN(熱伝導率170W/
(m・K))に変更した。これは、ペルチェ素子12の動
作熱を効率よく取付相手部(図示せず)に伝熱することを
狙いとしたものである。尚、Cu−WとAlNの熱伝導
率は近似である。Embodiment 3 The structure and dimensions of Embodiment 3 are as follows.
(The thickness at which the optical module parts are mounted on the bottom plate 11 is 0.3
All of them are the same as the embodiment 2 of FIG. The different point is that the materials of the bottom plate 11, the cooling plate 13, and the mounting plate 14 are changed. That is, compared to the second embodiment,
The material of the bottom plate 11 is changed from Cu-W to AlN,
And the material of the mounting plate 14 are Al 2 O 3 (thermal conductivity 17 W / (m ·
K)) to high thermal conductivity AlN (thermal conductivity 170W /
(mK)). This is intended to efficiently transfer the operating heat of the Peltier element 12 to an attachment partner (not shown). The thermal conductivity of Cu-W and AlN is similar.
【0026】側面板10を厚み0.5mmのFe−Ni
−Coで、底面板11を厚み0.5mmのAlNで作製
し、各々にロー付する時のロー材との接着強度を増すた
めNi(1μm)/Au(1μm)メッキを施し、側面板1
0は金ロー付で組立て、側面板10と底面板11の接合
は銀ロー付で実施した。光モジュール部品の組立、冷却
板13と取付板14の付いたペルチェ素子を底面板11
にPb―64Snでハンダ付する方法等、実施例1、2
と同じである。The side plate 10 is made of a 0.5 mm thick Fe--Ni
-Co, the bottom plate 11 is made of 0.5 mm thick AlN, and is plated with Ni (1 μm) / Au (1 μm) to increase the adhesive strength with the brazing material when brazing each.
No. 0 was assembled with gold brazing, and the side plate 10 and bottom plate 11 were joined with silver brazing. Assembly of optical module parts, Peltier element with cooling plate 13 and mounting plate 14
Examples 1 and 2 such as a method of soldering with Pb-64Sn
Is the same as
【0027】AlNは熱伝導の面からは好ましいが、従
来実績も乏しく、また、線膨張率に関しては、AlN
(線膨張率4.5×10-6/K)は、Al2O3(線膨張率
6.7×10-6/K)やCu−W(線膨張率6.5×10
-6/K)に比べ小さいので、昇降温に伴う不具合が発生
しないかを下記の試験で確認したが、問題は見られなか
った。尚、実施例1と2には実績のある材質を使用して
いるので、確認試験の結果は予想通り問題なかった。Although AlN is preferable from the viewpoint of heat conduction, the results have been poor in the past, and the linear expansion coefficient of AlN
(Linear expansion coefficient 4.5 × 10 −6 / K) refers to Al 2 O 3 (linear expansion coefficient 6.7 × 10 −6 / K) or Cu—W (linear expansion coefficient 6.5 × 10 6 / K).
−6 / K), it was confirmed by the following test whether or not a problem with the temperature rise / fall occurred, but no problem was found. Incidentally, since the proven materials were used in Examples 1 and 2, the results of the confirmation test did not have any problem as expected.
【0028】その確認試験は、パワーサイクル試験と称
するもので、試験内容は、レーザーダイオード光モジュ
ール1のペルチェ素子12に交流電流を流しながら所定
の温度サイクルの環境下に置く。そして温度履歴を与え
る前後のペルチェ素子の交流抵抗値の変化率で評価する
ものである。その方法・条件・判定は、 レーザーダイオード光モジュール1のペルチェ素子1
2に1.2Aの交流電流を流し、試験初期の交流抵抗値
R1を測定する。 レーザーダイオード光モジュール1に、図4に示す温
度サイクルの履歴を100サイクル与える。 100サイクルの温度履歴後の交流抵抗値R2を測定
する。 交流抵抗値の変化率 R2/R1=1.1以下であれば
合格とする。The confirmation test is called a power cycle test, and the test is performed under an environment of a predetermined temperature cycle while applying an alternating current to the Peltier device 12 of the laser diode optical module 1. The evaluation is made based on the rate of change of the AC resistance value of the Peltier element before and after giving the temperature history. The method, conditions and judgment are as follows: Peltier element 1 of laser diode optical module 1
An AC current of 1.2 A is passed through the sample No. 2 and the AC resistance value R1 at the beginning of the test is measured. The history of the temperature cycle shown in FIG. 4 is given to the laser diode optical module 1 for 100 cycles. The alternating current resistance value R 2 after 100 cycles the temperature history of the measuring. If the rate of change of the AC resistance value R 2 / R 1 = 1.1 or less, it is judged as acceptable.
【0029】実施例1、2、3は、パッケージ2を、パ
ッケージ2よりも投影面積の小さいペルチェ素子12で
支え、若干不安定な構造になっている。従って、振動や
何らかの外力がパッケージ2に掛かった時、底面板1
1、冷却板13、ペルチェ素子12、取付板14間の各
接合部の強度が懸念される。これへの対応品が実施例4
である。In the first, second, and third embodiments, the package 2 is supported by the Peltier element 12 having a smaller projected area than the package 2, and has a slightly unstable structure. Therefore, when vibration or some external force is applied to the package 2, the bottom plate 1
1. The strength of each joint between the cooling plate 13, the Peltier element 12, and the mounting plate 14 is concerned. Example 4 corresponds to this
It is.
【0030】(実施例4)実施例4は、図3(a)、(b)
に示す構造のものである。パッケージ2は実施例3と全
て同じで、このパッケージ2(側面板10はFe−Ni
−Co合金で、底面板11はAlNで光モジュール搭載
箇所を周りよりも薄くしている)の底面板11の下面
(冷却板13を接合する箇所)に、Pb−64Snハン
ダペレットを150℃で予備加熱し、圧着する。そし
て、この箇所に冷却板13(AlN)と放熱板18(Al
N)の付いたペルチェ素子12を載せて、水素炉中(1
90℃×30min.)で、加熱し接合した。(Embodiment 4) Embodiment 4 is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
The structure shown in FIG. The package 2 is all the same as the third embodiment.
-Co alloy, the bottom plate 11 is made of AlN, and the optical module mounting portion is thinner than the surroundings). Preheat and crimp. Then, the cooling plate 13 (AlN) and the heat radiating plate 18 (Al
N) with the Peltier element 12 attached thereto, and placed in a hydrogen furnace (1).
90 ° C. × 30 min. ) To heat and join.
【0031】次に、厚み0.5mmの断面L型の取付板
14(取付穴15が設けられている)をAl2O3で作製
し、パッケージ2の長さ方向下面両端に、熱伝導率の小
さい接着樹脂(熱伝導率0.5W/(m・K))で図3に示
す箇所に接着した。取付板14に熱伝導率の小さいAl
2O3(熱伝導率17W/(m・K))を使用したのは、取付
面からの熱が、取付板14を通して底面板11に伝熱し
パッケージ2内の温度を上げるのを避けるためである。
因みに、ペルチェ素子12の上下の温度差は、およそ4
5℃前後である。取付板14の材質はAl2O3を使用し
たが、上記に記載の理由で熱伝導率の小さい樹脂で作製
するのも好ましい。Next, a mounting plate 14 (provided with mounting holes 15) having a thickness of 0.5 mm and having an L-shaped cross section is made of Al 2 O 3 , and thermal conductivity is set at both ends of the lower surface of the package 2 in the longitudinal direction. 3 was bonded to the portion shown in FIG. 3 with an adhesive resin having a small thermal conductivity (thermal conductivity 0.5 W / (m · K)). Al with low thermal conductivity is attached to the mounting plate 14.
The reason for using 2 O 3 (thermal conductivity 17 W / (m · K)) is to prevent heat from the mounting surface from being transferred to the bottom plate 11 through the mounting plate 14 and increasing the temperature inside the package 2. is there.
Incidentally, the temperature difference between the upper and lower sides of the Peltier element 12 is about 4
It is around 5 ° C. Although the mounting plate 14 is made of Al 2 O 3 , it is preferable that the mounting plate 14 be made of a resin having a low thermal conductivity for the above-described reason.
【0032】尚、取付板14の底面板11から取付面ま
でのh1寸法を、冷却板13とペルチエ素子12と放熱
板18の和であるh2寸法よりも0.2mm小さくなる
ように設定した。これは、レーザーダイオードモジュー
ルを取付面に取付けた時、必ず放熱板18の下面が取付
面に密着することを目的としている。実施例4に対して
も、パワーサイクル試験を実施したが問題はなかった。The dimension h 1 from the bottom plate 11 to the mounting surface of the mounting plate 14 is set to be 0.2 mm smaller than the dimension h 2 which is the sum of the cooling plate 13, the Peltier element 12 and the heat radiating plate 18. did. This is intended to ensure that when the laser diode module is mounted on the mounting surface, the lower surface of the heat radiating plate 18 always adheres to the mounting surface. A power cycle test was also performed on Example 4, but there was no problem.
【0033】(比較例1)比較例1を図5(a)、(b)に
示す。パッケージ102の側面板110には、実施例
1、2と同じく厚み0.5mmのFe−Ni−Co合金
を用い、底面板111には厚み0.5mmのCu−Wを
用いた。パッケージの寸法は、長さ21mm、巾13m
m、高さ8mmである。Comparative Example 1 Comparative Example 1 is shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). A 0.5 mm-thick Fe-Ni-Co alloy was used for the side plate 110 of the package 102 as in Examples 1 and 2, and a 0.5 mm-thick Cu-W was used for the bottom plate 111. Package dimensions are 21mm long and 13m wide
m, height 8 mm.
【0034】実施例と同じ加工方法で、側面板110と
底面板111を作製し、ロー付する時のロー材との接着
強度を増すためNi(1μm)/Au(1μm)メッキを施
し、それらを組立てた。尚、底面板111は実施例2、
3、4と同様に光モジュール部品搭載部を0.3mmに
薄くした。A side plate 110 and a bottom plate 111 are manufactured in the same processing method as in the embodiment, and Ni (1 μm) / Au (1 μm) plating is performed to increase the bonding strength with the brazing material when brazing. Was assembled. The bottom plate 111 is the same as that of the second embodiment.
The optical module component mounting portion was thinned to 0.3 mm as in the cases of 3 and 4.
【0035】次に、光モジュール部品を実施例と同じ方
法で組立て、これのL―キャリア108(Cu−W)の
下面とペルチェ素子の冷却板113(Al2O3)をPb―
64Snのハンダで接合し、その後、ペルチェ素子11
2の放熱板114(Al2O3)をPb―64Snのハンダ
で底面板111(Cu−W)の所定の位置に接合した。
繰り返しになるが、ハンダ接合層が二層あるのは、熱抵
抗の面からはデメリットである。実施例1〜4、比較例
1の寸法、材料、構造を表1に示し、各材料の物理的特
性を表2に示す。Next, the optical module parts are assembled in the same manner as in the embodiment, and the lower surface of the L-carrier 108 (Cu-W) and the cooling plate 113 (Al 2 O 3 ) of the Peltier element are connected to Pb-
64Sn solder and then Peltier device 11
The heat sink 114 (Al 2 O 3 ) of No. 2 was joined to a predetermined position of the bottom plate 111 (Cu-W) with Pb-64Sn solder.
Again, having two solder bonding layers is disadvantageous in terms of thermal resistance. Table 1 shows dimensions, materials, and structures of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, and Table 2 shows physical properties of each material.
【0036】[0036]
【表1】 [Table 1]
【0037】[0037]
【表2】 [Table 2]
【0038】実施例1〜実施例4、比較例1のレーザー
ダイオード光モジュールの出力を試験評価した。 試験
の方法は、レーザーダイオードに2V×600mAのD
C電流を流す。この電力は、実施例1ではロスなく光出
力された場合、200mWの光出力と1000mWの熱
となる。従って、光の出力を測定し、200mWに対し
て何%に低下しているかを評価の対象とした。尚、試験
中はレーザーダイオード光モジュールを取付ける取付相
手部として、容量の十分なペルチェ素子を用い、レーザ
ーダイオード光モジュールの取付底面が70℃一定にな
るようにした。その結果を表3に示す。The outputs of the laser diode optical modules of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were tested and evaluated. The test method is as follows: 2 V x 600 mA D
Apply C current. In the first embodiment, when the power is output without loss in the first embodiment, the power is 200 mW and the heat is 1000 mW. Therefore, the light output was measured, and what percentage of 200 mW was reduced was evaluated. During the test, a Peltier device having a sufficient capacity was used as a mounting partner for mounting the laser diode optical module, and the mounting bottom surface of the laser diode optical module was kept constant at 70 ° C. Table 3 shows the results.
【0039】[0039]
【表3】 注. 出力%=光出力÷200mW×100[Table 3] note. Output% = light output ÷ 200 mW × 100
【0040】実施例2は、実施例1の底面板11(Cu
−W)の光モジュール部品搭載箇所を0.5mmから
0.3mmに薄くしただけであるが、実施例1に比べて
0.5%光出力が向上している。また、実施例3は、実
施例2に比べて、底面板11の材質をCu−WからAl
Nに変え、冷却板13と取付板14の材質をAl2O3か
ら熱伝導率の大きいAlNに変更したものであるが、実
施例2よりも2.0%光出力が向上した。In the second embodiment, the bottom plate 11 (Cu
Although the mounting position of the optical module component of -W) was merely reduced from 0.5 mm to 0.3 mm, the optical output was improved by 0.5% as compared with the first embodiment. In the third embodiment, the material of the bottom plate 11 is changed from Cu-W to Al
Instead of N, the material of the cooling plate 13 and the mounting plate 14 was changed from Al 2 O 3 to AlN having a large thermal conductivity, but the light output was improved by 2.0% compared to the second embodiment.
【0041】実施例4は、基本的には実施例3に近似
で、相違点は、実施例3が取付とペルチェ素子の放熱を一
つの部品である取付板が兼ねている構造(図2)に対し
て、実施例4は耐震等のため、取付とペルチェ素子の放
熱を二つの部品である取付板と放熱板に分けた点(図
3)である。これにより、実施例4の光出力は実施例3
に比べて2.5%低下した。The fourth embodiment is basically similar to the third embodiment. The difference is that the third embodiment has a structure in which the mounting plate, which is one component, performs both mounting and heat dissipation of the Peltier element (FIG. 2). On the other hand, the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the mounting and the heat radiation of the Peltier element are divided into two parts, a mounting plate and a heat radiating plate for the purpose of earthquake resistance (FIG. 3). As a result, the light output of the fourth embodiment becomes the third embodiment.
2.5% lower than
【0042】従来技術による比較例1は、実施例2のペ
ルチェ素子をパッケージの内部に配置した構造のもの
で、底面板、ペルチェ素子の上下に付いて冷却と放熱を
する板等に使用した材質は実施例2と同じである。即
ち、ペルチェ素子をパッケージの内部に配置した比較例
1の光出力は、実施例2に比べ、4.0%低い。また、
本発明による最も高い光出力の実施例3に比べると、比
較例1は6%も低い結果となった。Comparative Example 1 according to the prior art has a structure in which the Peltier device of Example 2 is disposed inside a package, and is made of a material used for a bottom plate, plates above and below the Peltier device for cooling and radiating heat, and the like. Is the same as in the second embodiment. That is, the optical output of Comparative Example 1 in which the Peltier element is disposed inside the package is 4.0% lower than that of Example 2. Also,
Compared to Example 3 having the highest light output according to the present invention, Comparative Example 1 resulted in 6% lower.
【0043】[0043]
【発明の効果】高出力のレーザーダイオードを冷却する
ペルチェ素子は動作熱を出すが、従来は、このペルチェ
素子は光モジュールと共にパッケージの内部に収納され
ていた。このため動作熱は、パッケージの内部に篭も
り、又、外部への伝熱効率からもレーザーダイオードの
温度を冷やすという点では好ましくなかった。The Peltier device that cools a high-power laser diode generates operating heat. Conventionally, this Peltier device is housed in a package together with an optical module. For this reason, operating heat is not preferable in terms of cooling the temperature of the laser diode from the viewpoint of heat transfer efficiency to the inside of the package and the heat transfer efficiency to the outside.
【0044】このペルチェ素子をパッケージの外部に搭
載することにより、ペルチェ素子の動作熱はパッケージ
内部に篭もることもなく、また、外部への伝熱効率も良
くなり光結合を損ねることのない性能のよいレーザーダ
イオード光モジュールを提供できる。By mounting this Peltier element outside the package, the operating heat of the Peltier element does not stay inside the package, the efficiency of heat transfer to the outside is improved, and the optical coupling is not impaired. A good laser diode optical module.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の第1実施例であるレーザーダイオード
光モジュールの外観図と断面図である。FIG. 1 is an external view and a sectional view of a laser diode optical module according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2、3の実施例であるレーザーダイ
オード光モジュールの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a laser diode optical module according to second and third embodiments of the present invention.
【図3】本発明の第4実施例であるレーザーダイオード
光モジュールの外観図と断面図である。FIG. 3 is an external view and a sectional view of a laser diode optical module according to a fourth embodiment of the present invention.
【図4】パワーサイクル試験の時間と温度の関係を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between time and temperature in a power cycle test.
【図5】従来技術の実施形態のレーザーダイオード光モ
ジュールの外観図と断面図である。FIG. 5 is an external view and a sectional view of a laser diode optical module according to an embodiment of the prior art.
1.レーザーダイオード光モジュール 2.パッケージ 3.レーザーダイオード 4.フォトダイオード 5.サブマウント 6.サブキャリア 7.マウント 8.L―キャリア 9.コリメートレンズ 10.側面板 11.底面板 12.ペルチェ素子 13.冷却板 14.取付板 15.取付穴 16.蓋 17.電極部 18.放熱板 1. 1. Laser diode optical module Package 3. Laser diode 4. Photodiode 5. Submount 6. Subcarrier 7. Mount 8. L-carrier 9. Collimating lens 10. Side plate 11. Bottom plate 12. Peltier device 13. Cooling plate 14. Mounting plate 15. Mounting hole 16. Lid 17. Electrode section 18. Heat sink
Claims (6)
てなる光モジュールにおいて、光モジュール部品が固定
されている前記パッケージの底面板の外面に、電気絶縁
体の冷却板と電気絶縁体の取付板が付いたペルチェ素子
が固定されていることを特徴とするレーザーダイオード
光モジュール。1. An optical module comprising a laser diode provided in a package, wherein a cooling plate of an electrical insulator and a mounting plate of an electrical insulator are provided on an outer surface of a bottom plate of the package to which an optical module component is fixed. A laser diode optical module, wherein the Peltier element is fixed.
の板厚を周りより薄くし、窪ませたことを特徴とする請
求項1に記載のレーザーダイオード光モジュール。2. The laser diode optical module according to claim 1, wherein the thickness of the mounting portion of the bottom plate on which the optical module component is mounted is made thinner than the surroundings and is depressed.
lNからなることを特徴とする請求項1又は2に記載の
レーザーダイオード光モジュール。3. The apparatus according to claim 1, wherein the bottom plate, the cooling plate, and the mounting plate are A
3. The laser diode optical module according to claim 1, comprising 1N.
てなる光モジュールにおいて、光モジュール部品が固定
されている前記パッケージの底面板の外面に、電気絶縁
体の冷却板と電気絶縁体の放熱板が付いたペルチェ素子
が固定され、且つ、前記底面板の外面両端部に取付板が
固定されており、更にその取付板の前記底面板外面から
取付面迄の寸法h1が、前記冷却板とペルチェ素子と放
熱板の和の寸法h2と同等又は小さいことを特徴とする
レーザーダイオード光モジュール。4. An optical module comprising a laser diode provided in a package, wherein a cooling plate of an electrical insulator and a heat radiating plate of an electrical insulator are provided on an outer surface of a bottom plate of the package to which the optical module components are fixed. Peltier element is fixed, and a mounting plate is fixed to both ends of the outer surface of the bottom plate. Further, the dimension h 1 from the outer surface of the bottom plate to the mounting surface of the mounting plate is the cooling plate and the Peltier device. laser diode optical module, wherein the dimension of the sum of the heat radiating plate h 2 equal to or smaller and.
ることを特徴とする請求項4に記載のレーザーダイオー
ド光モジュール。5. The laser diode optical module according to claim 4, wherein said mounting plate is made of Al 2 O 3 or resin.
とを特徴とする請求項1又は4に記載のレーザーダイオ
ード光モジュール。6. The laser diode optical module according to claim 1, wherein a moisture-proof coating is applied to the Peltier device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35313499A JP2001168447A (en) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | Laser diode optical module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35313499A JP2001168447A (en) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | Laser diode optical module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001168447A true JP2001168447A (en) | 2001-06-22 |
Family
ID=18428796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35313499A Pending JP2001168447A (en) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | Laser diode optical module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001168447A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006324391A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Kyocera Corp | Package for storing electronic component, and electronic device |
US7317181B2 (en) | 2001-12-07 | 2008-01-08 | Hitachi Cable, Ltd. | Light-emitting unit and method for producing same as well as lead frame used for producing light-emitting unit |
JP2011091436A (en) * | 2011-01-11 | 2011-05-06 | Fujitsu Ltd | Packaged device |
JP2011158241A (en) * | 2010-01-05 | 2011-08-18 | Daikin Industries Ltd | Refrigerating device |
JP2016058680A (en) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 株式会社デンソー | Laser unit |
CN109346916A (en) * | 2018-11-05 | 2019-02-15 | 中国科学院半导体研究所 | Fixture for semiconductor photoelectronic device test and Lens Coupling |
-
1999
- 1999-12-13 JP JP35313499A patent/JP2001168447A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7317181B2 (en) | 2001-12-07 | 2008-01-08 | Hitachi Cable, Ltd. | Light-emitting unit and method for producing same as well as lead frame used for producing light-emitting unit |
JP2006324391A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Kyocera Corp | Package for storing electronic component, and electronic device |
JP4514647B2 (en) * | 2005-05-18 | 2010-07-28 | 京セラ株式会社 | Electronic component storage package and electronic device |
JP2011158241A (en) * | 2010-01-05 | 2011-08-18 | Daikin Industries Ltd | Refrigerating device |
JP2011091436A (en) * | 2011-01-11 | 2011-05-06 | Fujitsu Ltd | Packaged device |
JP2016058680A (en) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 株式会社デンソー | Laser unit |
CN109346916A (en) * | 2018-11-05 | 2019-02-15 | 中国科学院半导体研究所 | Fixture for semiconductor photoelectronic device test and Lens Coupling |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6888860B2 (en) | Low cost optical bench having high thermal conductivity | |
US20120177074A1 (en) | High reliability laser emitter modules | |
JP2001156219A (en) | Semiconductor device | |
JP2002203942A (en) | Power semiconductor module | |
JPH11274770A (en) | Package accommodating electronic circuit device | |
JP2023096036A (en) | Light-emitting device | |
JP2007012717A (en) | Package type semiconductor device | |
JP5381353B2 (en) | Laser diode device | |
JP2000277843A (en) | Semiconductor laser module and manufacture thereof | |
JP2001168447A (en) | Laser diode optical module | |
JP2004349294A (en) | Semiconductor laser module | |
JP6667149B1 (en) | Semiconductor laser light source device | |
EP3370312B1 (en) | Laser light source module | |
JP2015226017A (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same | |
JP7014645B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP6642749B1 (en) | Semiconductor laser light source device | |
JP2018113377A (en) | Laser light source device | |
JP6485518B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
JP2008147592A (en) | Semiconductor laser device | |
JP2021015849A (en) | Optical module and stem part | |
JP2005026333A (en) | Semiconductor laser equipment | |
JP2019075460A (en) | Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device | |
JP7452774B1 (en) | Optical semiconductor devices and optical transceivers | |
JP2001144361A (en) | Package for optical semiconductor element | |
JPH1174394A (en) | Optical semiconductor module and airtightly sealing container therefor |