JP2008211025A - 電子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度が外部制御回路に接続されたリード線を介して熱伝導しても、この伝導熱を途中で遮断できるような構造を有する半導体レーザーモジュールを提供する。
【解決手段】本発明の半導体レーザモジュールＡは半導体レーザ素子を備えた電子素子ユニット１０と、これを温度制御する熱電モジュール２０とを備えている。熱電モジュール２０は、配線パターン２１ａが形成された上基板２１と、配線パターン２２ａが形成された下基板２２と、これらの配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子２３とからなる。そして、このユニット１０から延出した複数のリード１４が接続されるリード接続部２１ｃが熱電モジュール２０の吸熱側となる上基板２１に形成されていて、リード接続部２１ｃに接続されたリード線２１ｄが外部に配置された制御部に接続されるようになされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子や赤外線センサーや焦電センサー等の電子素子を備えた電子素子ユニットと、該電子素子ユニットを温度制御する熱電モジュールとを備えた電子モジュールに関する。

従来より、光通信機器の発光手段や、ＣＤドライブやＤＶＤドライブの光ピックアップなどに半導体レーザモジュールが広く用いられている。この種の半導体レーザモジュールは、いわゆるＣＡＮタイプやフレームタイプなどのパッケージ内に半導体レーザ素子を収容して構成されるのが一般的である。この場合、半導体レーザ素子は、高温になると発振波長が変動するなどして性能が低下するとともに、寿命も短くなるという問題を生じるようになる。このような熱による性能や寿命の劣化は、半導体レーザ素子自身が作動時に発熱することによって生じる場合が多い。

近年、中空のキャップとベースとから形成されたステムパッケージの取付部に半導体レーザ素子を取り付けて収容した電子素子ユニットを備えた半導体レーザモジュールが広く用いられるようになった。この種の半導体レーザモジュールの場合、金属製のステムパッケージが、この半導体レーザモジュールが取り付けられる電子機器の金属製の筐体に接触し、この金属製の筐体が外部に露出するようになされている。これにより、半導体レーザ素子からの発熱は、ステムパッケージおよび電子機器の金属製の筐体を介して外部に自然放熱されることとなる。

ところが、半導体レーザモジュールや、この半導体レーザモジュールを内蔵する電子機器がさらに小型化し、かつ高出力化するに伴って、半導体レーザ素子からの発熱を自然放熱させるだけでは、温度上昇を十分に抑制することが困難になった。ここで、半導体レーザ素子の温度上昇を抑制できなくなると、上述のように半導体レーザ素子の性能低下や短寿命化を防止することができなくなるため、半導体レーザ素子の温度上昇の抑制がより一層強く要望されるようになった。このような背景において、ステムパッケージを用いた半導体レーザモジュールにおいても、半導体レーザ素子を強制的に温度制御する手段が採用されるようになり、例えば、特許文献１（特開平７−１３１１０６号）や特許文献２（特開２００１−３５８３９８号）にて提案されるようになった。

上述した特許文献１，２にて提案された強制的に温度制御する手段を備えた半導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザ素子を保持する固定具をステムに取り付け、このステムに金属部材（あるいはベース）が接合され、この金属部材（あるいはベース）に電子冷却素子（熱電素子）を備えた熱電モジュールの冷却面が接合されるようになされている。これにより、半導体レーザ素子にて発生した熱は固定具からステムを介して熱電モジュールに流れるようになる。そして、パッケージのキャップの円板状の面に、光学系を収容したホルダが固定され、半導体レーザ素子から射出された光が光ファイバに光学結合するようになされている。

ところで、上述した、例えば、特許文献２にて提案された電子素子ユニット６０は、図６に示すように、ステム６１と、半導体レーザ素子ＬＤと、素子固定ブロック６２と、キャップ６３と、窓６４と、複数のリードピン６５と金ワイヤー６５ａとにより構成されている。そして、半導体レーザ素子ＬＤに外部からリードピン６５を介して電流を流して半導体レーザ素子ＬＤを駆動させると、半導体レーザ素子ＬＤから熱が発生する。この熱は、ヒートシンク６２ａ、素子固定ブロック６２、ステム６１を順に通って、図示しない熱電モジュールに到達し、外部に排出されるようになされている。

この場合、半導体レーザー素子は、一般に、温度変化によって光出力および波長が変化するため、所定の位置に取り付けられたサーミスタにより検出される温度が一定となるように、外部制御回路によって熱電モジュールに流す電流の調整が行なわれて、上記半導体レーザー素子ＬＤの温度制御がなされることとなる。
特開平７−１３１１０６号公報 特開２００１−３５８３９８号公報

しかしながら、外部制御回路に接続されたリード線が環境温度の雰囲気に曝されることにより、環境温度に保持されたリード線の熱がリードピン６５および金ワイヤー６５ａを介して半導体レーザー素子ＬＤに熱伝導することが明らかとなった。このため、上述のように熱電モジュールに流す電流を調整してサーミスタにより検出される温度を一定となるように温度制御しても、半導体レーザー素子ＬＤの温度が必ずしも一定にはならないという新たな問題を生じるようになった。なお、半導体レーザー素子以外にも、稼働温度を低くすると感度が良くなる赤外線センサーや焦電センサーなどの、熱電モジュールにより強制的に冷却される電子素子においても同様な問題が生じている。

そこで、本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであって、環境温度が外部制御回路に接続されたリード線を介して熱伝導しても、この伝導熱を途中で遮断できるような構造を採用して、環境温度が電子素子に熱伝導しない電子素子モジュールを提供することを目的とする。

本発明は電子素子を備えた電子素子ユニットと、該電子素子ユニットを温度制御する熱電モジュールとを備えた電子モジュールであって、熱電モジュールは、熱電素子用配線パターンが形成された上基板と、熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、これらの両基板の熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなり、電子素子ユニットから延出して形成された複数のリードが接続されるリード接続部が熱電モジュールの上基板に形成されていて、該リード接続部に接続されたリード線が外部に配置された制御部に接続されるようになされている。

このように、電子素子ユニットから延出して形成された複数のリードが接続されるリード接続部が熱電モジュールの上基板に形成されていると、環境温度が外部制御回路に接続されたリード線を介して熱伝導しても、この伝導熱は熱電モジュールの上基板により冷却（あるいは加熱）されるようになるので、環境温度が電子素子に熱伝導するのを防止できるようになる。これにより、熱電モジュールに流す電流を調整して温度検出素子（サーミスタ）により検出される温度を一定となるように温度制御することにより、電子素子は正確な温度に温度制御されるようになる。なお、上基板が熱電モジュールの吸熱側となるように形成されていると、上基板により冷却されることとなる。一方、上基板が熱電モジュールの発熱側となるように形成されていると、上基板により加熱されることとなる。

この場合、電子素子ユニットは電子素子を搭載する取付部を有する円板状のベース部と該ベース部を被覆する略円筒状のカバーとからなるステムパッケージを備え、略円筒状のカバーの中心軸が熱電モジュールの上基板に対して水平になるように配置されたときに、円板状のベース部が上基板に対して垂直になるようにその取り付け面（側面）が平坦面となる治具がベース部に固着されていると、円筒状に形成されたステムパッケージを平板状の熱電モジュールの上基板に水平に固着することが可能となる。

なお、ステムパッケージは、略円筒状のカバーと、該カバーにより被覆される円板状のベース部とからなり、略円筒状のカバーの中心軸が熱電モジュールの上基板に対して水平になるように配置されたときに、円板状のベース部が上基板に対して垂直になるようにその取り付け面（側面）が平坦面となるように形成されていると、ステムパッケージを固定するための治具を備える必要が無くなるため、取り付け作業が容易になる。また、一体となっているため、熱電モジュールへの排熱高率が向上し、熱電モジュールの消費電力を低下させることが可能となる。

さらに、上基板の治具が接合される面あるいはベース部が接合される面にはメタライズ層が形成されていると、治具あるいはステムパッケージを上基板に接合するのが容易になる。そして、メタライズ層がパターン化されていると、治具あるいはベース部を取り付けるための位置決めが容易になるので望ましい。

以下に、電子素子として半導体レーザ素子を用い、この半導体レーザ素子をパッケージ内に収容して半導体レーザ素子ユニット（電子素子ユニット）とし、これを熱電モジュールにより温度制御する半導体レーザモジュール（電子モジュール）の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

なお、図１は実施例１の半導体レーザモジュールＡを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその正面図であり、図１（ｂ）はその側面図であり、図１（ｃ）はその上面図である。図２は実施例２の半導体レーザモジュールＢを模式的に示す図であり、図２（ａ）はその正面図であり、図２（ｂ）はその側面図であり、図２（ｃ）はその上面図である。図３は半導体レーザ素子ユニットを模式的に示す図であり、図３（ａ）はキャップを取り付けた状態を模式的に示す図であり、図３（ｂ）はキャップを取り付ける前の状態を模式的に示す図である。図４は変形例の熱電モジュールの上基板を模式的に示す上面図である。

１．実施例１
本実施例１の半導体レーザモジュールＡは、図１に示すように、半導体レーザ素子ユニット１０と、熱電モジュール２０とからなる。この場合、半導体レーザ素子ユニット１０はステムパッケージのベース部１１とキャップ部材１２と治具１５とを備えている。ここで、図３に示すように、ステムパッケージのベース部１１に形成された取付台１１ａには半導体レーザー素子（ＬＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）などが配置されて、固定されている。そして、ベース部１１のキャップ取付部（図示せず）に抵抗溶接法やハンダ付けによりキャップ部材１２が気密に接合されている。なお、キャップ部材１２の先端部には、透明な窓部材１３が形成されているとともに、ベース部１１の底部から延出してリード１４が配設されている。なお、図においては３本のリード１４が形成された例を示しているが、リード１４の本数は３本に限らず、何本でもよい。

ステムパッケージのベース部１１は、鉄、ニッケル、コバルトからなる合金（例えば、コバール：Ｋｏｖａｒ）もしくは鉄系材料からなり、プレス加工により略円板状に作製されている。そして、成形されたベース部１１には複数の開孔が形成されていて、この複数の開孔内にはそれぞれリード１４が挿入され、外部に延出するようにガラス封止材により絶縁されて気密に固着されている。なお、ベース部１１はリード固着後に金メッキ処理が施されて、ベース部１１およびリード１４の表面は金層が形成されている。なお、金メッキの下地膜としてニッケルメッキを施すようにしてもよい。

キャップ部材１２は、鉄、ニッケル、コバルトからなる合金（例えば、コバール：Ｋｏｖａｒ）もしくは鉄系材料からなり、プレス加工により略円筒状に作製されている。そして、キャップ部材１２の先端部には、石英ガラスやコバールガラスやサファイヤガラスからなる透明な窓部材１３がロウ付けあるいはハンダ付けにより接合されている。また、キャップ部材１２には金メッキ処理が施されて、その表面は金層が形成されている。なお、金メッキ処理は窓部材１３の接合後でも、あるいは接合前であってもよい。また、金メッキ処理の前にニッケル（Ｎｉ）めっき処理を施すようにしてもよい。

治具１５は、半導体レーザ素子ユニット１０を支持固定するために設けられている。そして、鉄−ニッケル−コバルトからなる合金（例えば、コバール：Ｋｏｖａｒ）、鉄系材料、銅系材料、アルミニウム系材料からなり、略円板状に形成されたベース部１１の外周部の曲面に一致する断面形状が略半円形状の凹部１５ａを有し、その取り付け面（側面）は後述する熱電モジュール２０の上基板２１に一致する平坦面を有するように形成されている。これにより、治具１５の凹部１５ａに半導体レーザ素子ユニット１０のベース部１１が固着（接合）され、かつ、この治具１５が熱電モジュール２０の上基板２１に配置されることにより、半導体レーザ素子ユニット１１に形成された光軸（図示せず）は上基板２１と平行となる。

熱電モジュール２０は、上基板２１および下基板２２と、これらの間で電気的に直列接続された多数のペルチェ素子（熱電素子）２３とからなる。そして、この熱電モジュール２０の吸熱側（この場合は上基板２１となる）に半導体レーザ素子ユニット１０が配設されて、半導体レーザ素子ユニット２０内に設置された半導体レーザ素子（ＬＤ）を温度制御（この場合は冷却することとなる）することが可能となる。なお、下基板２２の下部に接して多数の放熱フィンを備えたヒートシンクを配設するとともに、この真下に電動ファンを配置するようにすると、一層、放熱性（廃熱性）が良好となって好ましい。この場合、ヒートシンクとしては熱伝導性が良好なアルミニウムあるいはアルミニウム合金により形成るのが望ましい。また、下基板２２とヒートシンクとの接合を良好にするために、下基板２２の表面（この場合は下表面となる）にはメタライズ層２２ｃが形成されている。

ここで、上基板２１および下基板２２は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミック材により形成されている。なお、セラミック材でなくても、電気絶縁性のある基板であれば材質は問わない。そして、上基板２１の表面（この場合は下表面となる）には熱電素子用電極パターン（導電層）２１ａが形成されており、下基板２２の表面（この場合は上表面となる）にも熱電素子用電極パターン（導電層）２２ａが形成されている。この場合、熱電素子用電極パターン（導電層）２１ａ，２２ａは、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法など、あるいは接着剤による接合で形成するようにすればよい。なお、熱電素子用電極パターン（導電層）２１ａ，２２ａの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。

そして、これらの熱電素子用電極パターン（導電層）２１ａ，２２ａの間に、多数のペルチェ素子２３が電気的に直列接続されて形成されている。また、下基板２２に形成された熱電素子用電極パターン（導電層）２２ａの端部には一対の電極部２２ｂ，２２ｂが形成されていて、この電極部２２ｂ，２２ｂに接続されたリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）２２ｄを通してペルチェ素子２３に外部電力が供給されるようになされている。この場合、ペルチェ素子２３は、Ｐ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるものである。そして、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、熱電素子用電極パターン（導電層）２１ａ，２２ａにＳｎＳｂ合金からなるハンダによりハンダ付けされている。

ここで、上基板２１の表面（この場合は上表面となる）には半導体レーザ素子ユニット１０の治具１５を接合しやすくするためにメタライズ層２１ｂが形成されているとともに、半導体レーザ素子ユニット１０に外部電力を供給したり、あるいは半導体レーザ素子ユニット１０から電気信号を取り出すために複数のリード接続部２１ｃがメタライズ処理により形成されている。この場合、メタライズ層２１ｂと複数のリード接続部２１ｃとは隔離されるように形成されている。そして、このリード接続部２１ｃにステムパッケージのベース部１１に固着されたリード１４が接続されているとともに、このリード接続部２１ｃに接続されたリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）２１ｄが外部に配置された制御部（図示せず）に接続されるようになされている。

また、熱電モジュール２０の上基板２１にはサーミスターなどの温度センサー（図示せず）が設置されていて、ステムパッケージの温度を監視（モニター）するようにしており、熱電モジュール２０に流す電流を制御することでステムパッケージの温度が所定の温度になるように制御している。なお、温度センサーはステムパッケージ内に設けるようにしても、あるいはステムパッケージの表面やベース部に設けるようにしても良い。

ついで、上述のような構成となる本実施例１の半導体レーザモジュールＡの組み付け方法を以下に説明する。まず、上述のような構成となる半導体レーザ素子ユニット１０と熱電モジュール２０とを用意する。ついで、熱電モジュール２０の上基板２１の表面に形成されたメタライズ層２１ｂの上の所定の位置に、ベース部１１が治具１５の凹部１５ａに固着された半導体レーザ素子ユニット１０を配置し、これらをハンダ付けやシリコン系の高熱伝導性接着剤で接合して一体化して、実施例１の半導体レーザモジュールＡを作製する。なお、熱電モジュール２０の下基板２２の下部に接して多数の放熱フィンを備えたヒートシンク（図示せず）を配設するとともに、必要に応じて、この真下に電動ファンを配置する。

そして、熱電モジュール２０の上基板２１の表面に形成されたリード接続部２１ｃに図示しない制御部に接続されたリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）２１ｄを接続し、かつ熱電モジュール２０の下基板２２に形成された一対の電極部２２ｂ，２２ｂに外部電力が供給されることにより、ペルチェ素子２３が作動し、半導体レーザ素子ユニット１０は温度制御されることとなる。このとき、リード線２１ｄは熱電モジュール２０の吸熱側となる上基板２１に形成されたリード接続部２１ｃに接続されているため、リード線２１ｄが外部環境温度に曝されても、この伝導熱はリード接続部２１ｃにより遮断される。これにより、半導体レーザ素子ユニット１０に配置された半導体レーザ素子（ＬＤ）は所定の設定温度に正確に温度制御されることとなる。

２．実施例２
上述した実施例１においては、ステムパッケージのキャップ部材１２と治具１５とを別々に設けて、これらを接合して用いるようにしていた。ところが、曲線部が多いキャップ部材１２と治具１５とを別々に設けると、部材代が高価で、組み付け工程も複雑になるという欠点があった。そこで、本実施例２の半導体レーザモジュールＢにおいては、ステムパッケージのキャップ部材と治具とを一体的に形成したキャップ部材を用いたことに特徴を有し、図２に基づいて以下に詳細に説明する。なお、熱電モジュールについては、上述した実施例１の熱電モジュール２０と同一であるので、同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例２の半導体レーザモジュールＢは、図２に示すように、半導体レーザ素子ユニット３０と、熱電モジュール２０とからなる。この場合、半導体レーザ素子ユニット３０はステムパッケージのベース部３１とキャップ部材３２とを備えている。ここで、図３に示すように、ステムパッケージのベース部３１に形成された取付台３１ａには半導体レーザー（ＬＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）などが配置されて、固定されている。そして、ベース部３１のキャップ取付部（図示せず）に抵抗溶接法やハンダ付けによりキャップ部材３２が気密に接合されている。なお、キャップ部材３２の先端部には、透明な窓部材３３が形成されているとともに、ベース部３１の底部から延出してリード３４が配設されている。

ステムパッケージのベース部３１は、鉄、ニッケル、コバルトからなる合金（例えば、コバール：Ｋｏｖａｒ）もしくは鉄系材料からなり、上部が円板状で下部が方形でその取り付け面（側面）が上基板２１に一致する平坦な板状になるようにプレス加工により作製されている。これにより、上述した実施例１のような治具１５を設けることなく、熱電モジュール２０の上基板２１に対して平行に配置されることとなり、半導体レーザ素子ユニット１１に形成された光軸（図示せず）は上基板２１と平行となる。そして、成形されたベース部３１には複数の開孔が形成されていて、この複数の開孔内にはそれぞれリード３４が挿入され、外部に延出するようにガラス封止材により気密に固着されている。なお、ベース部３１はリード固着後に金メッキ処理が施されて、ベース部３１およびリード３４の表面は金層が形成されている。なお、金メッキの下地膜としてニッケルメッキを施すようにしてもよい。

キャップ部材３２は、鉄、ニッケル、コバルトからなる合金（例えば、コバール：Ｋｏｖａｒ）もしくは鉄系材料からなり、プレス加工により略円筒状に作製されている。そして、キャップ部材３２の先端部には、石英ガラスやコバールガラスやサファイヤガラスからなる透明な窓部材３３がロウ付けあるいはハンダ付けにより接合されている。また、キャップ部材３２には金メッキ処理が施されて、その表面は金層が形成されている。なお、金メッキ処理は窓部材３３の接合後でも、あるいは接合前であってもよい。また、金メッキ処理の前にニッケル（Ｎｉ）めっき処理を施すようにしてもよい。

ついで、上述のような構成となる本実施例２の半導体レーザモジュールＢの組み付け方法を以下に説明する。まず、上述のような構成となる半導体レーザ素子ユニット３０と熱電モジュール２０とを用意する。ついで、熱電モジュール２０の上基板２１の表面に形成されたメタライズ層２１ｂの上の所定の位置に、半導体レーザ素子ユニット３０のベース部３１を配置し、メタライズ層２１ｂの上にベース部３１をハンダ付けやシリコン系の高熱伝導性接着剤で接合して実施例２の半導体レーザモジュールＢを作製する。なお、熱電モジュール２０の下基板２２の下部に接して多数の放熱フィンを備えたヒートシンク（図示せず）を配設するとともに、必要に応じて、この真下に電動ファンを配置する。

そして、熱電モジュール２０の上基板２１の表面に形成されたリード接続部２１ｃに図示しない制御部に接続されたリード線２１ｄを接続し、かつ熱電モジュール２０の下基板２２に形成された一対の電極部２２ｂ，２２ｂに外部電力が供給されることにより、ペルチェ素子２３が作動し、半導体レーザ素子ユニット１０は温度制御されることとなる。このとき、リード線２１ｄは熱電モジュール２０の吸熱側となる上基板２１に形成されたリード接続部２１ｃに接続されているため、リード線２１ｄが外部環境温度に曝されても、この伝導熱はリード接続部２１ｃにより遮断される。これにより、半導体レーザ素子ユニット１０に配置された半導体レーザ素子（ＬＤ）は所定の設定温度に正確に温度制御されることとなる。
なお、実施例１と同様に、熱電モジュール２０の上基板２１にはサーミスターなどの温度センサー（図示せず）が設置されているが、温度センサーはステムパッケージ内に設けるようにしても、あるいはステムパッケージの表面やベース部に設けるようにしても良い。

３．実施例３
上述した実施例１，２においては、ステムパッケージのベース部１１（３１）に固着されたリード１４（３４）が熱電モジュール２０の上基板２１の表面に形成されたリード接続部２１ｃに接続されるようにしていた。ところが、ベース部１１（３１）に固着されたリード１４（３４）をリード接続部２１ｃに接続するためにはリード１４（３４）を過度に折り曲げなければならない。このため、リード１４（３４）を封止しているガラス封止部に割れが発生するという問題があった。そこで、本実施例３の半導体レーザモジュールＣにおいては、熱電モジュール２０の上基板２１の上に接合ステージ５０を設けるようにしたことに特徴を有し、図４に基づいて以下に詳細に説明する。なお、熱電モジュールについては、上述した実施例１，２の熱電モジュール２０と同一であるので、同一符号を付してその説明は省略する。

本実施例３の半導体レーザモジュールＣは、図４に示すように、半導体レーザ素子ユニット４０と、熱電モジュール２０と、接合ステージ５０とからなる。この場合、半導体レーザ素子ユニット４０はステムパッケージのベース部４１とキャップ部材４２とを備えている。ここで、図４に示すように、ステムパッケージのベース部４１に形成された取付台４１ａには半導体レーザー（ＬＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）などが配置されて、固定されている。そして、ベース部４１のキャップ取付部（図示せず）に抵抗溶接法やハンダ付けによりキャップ部材４２が気密に接合されている。なお、キャップ部材４２の先端部には、透明な窓部材４３が形成されているとともに、ベース部４１の底部から延出してリード４４が配設されている。

ステムパッケージのベース部４１は、鉄、ニッケル、コバルトからなる合金（例えば、コバール：Ｋｏｖａｒ）もしくは鉄系材料からなり、上部が円板状で下部が方形でその取り付け面（側面）が上基板２１に一致する平坦な板状になるようにプレス加工により作製されている。これにより、上述した実施例１のような治具１５を設けることなく、熱電モジュール２０の上基板２１に対して平行に配置されることとなり、半導体レーザ素子ユニット４０に形成された光軸（図示せず）は上基板２１と平行となる。そして、成形されたベース部４１には複数の開孔が形成されていて、この複数の開孔内にはそれぞれリード４４が挿入され、外部に延出するようにガラス封止材により気密に固着されている。なお、ベース部４１はリード固着後に金メッキ処理が施されて、ベース部４１およびリード４４の表面は金層が形成されている。なお、金メッキの下地膜としてニッケルメッキを施すようにしてもよい。

キャップ部材４２は、鉄、ニッケル、コバルトからなる合金（例えば、コバール：Ｋｏｖａｒ）もしくは鉄系材料からなり、プレス加工により略円筒状に作製されている。そして、キャップ部材４２の先端部には、石英ガラスやコバールガラスやサファイヤガラスからなる透明な窓部材４３がロウ付けあるいはハンダ付けにより接合されている。また、キャップ部材４２には金メッキ処理が施されて、その表面は金層が形成されている。なお、金メッキ処理は窓部材４３の接合後でも、あるいは接合前であってもよい。また、金メッキ処理の前にニッケル（Ｎｉ）めっき処理を施すようにしてもよい。

接合ステージ５０は熱電モジュール２０の上基板２１の上の所定の位置（上述したリード接続部２１ｃが形成された位置）に配置されて、上基板２１に固着されている。そして、この接合ステージ５０は、アルミナや窒化アルミなどの電気絶縁性に優れた材料により立方体状に形成されていて、その表面に導電性パターンからなるメタライズ層を形成してリード接続部５１としている。この場合、接合ステージ５０は、半導体レーザ素子ユニット４０のベース部４１にガラス封止材により気密に固着されたリード４４とほぼ等しい高さとなるように形成されている。これにより、リード４４を過度に折り曲げることなくリード接続部５１に接続することが可能となる。

ついで、上述のような構成となる本実施例３の半導体レーザモジュールＣの組み付け方法を以下に説明する。まず、上述のような構成となる半導体レーザ素子ユニット４０と熱電モジュール２０と接合ステージ５０とを用意する。ついで、熱電モジュール２０の上基板２１の表面に形成されたメタライズ層２１ｂの上の所定の位置に、半導体レーザ素子ユニット４０のベース部４１と接合ステージ５０とを配置する。この後、メタライズ層２１ｂの上にベース部４１および接合ステージ５０をハンダ付けやシリコン系の高熱伝導性接着剤で接合して、実施例３の半導体レーザモジュールＣを作製する。なお、熱電モジュール２０の下基板２２の下部に接して多数の放熱フィンを備えたヒートシンク（図示せず）を配設するとともに、必要に応じて、この真下に電動ファンを配置する。

そして、熱電モジュール２０の上基板２１の表面に固着された接合ステージ５０の表面に形成されたリード接続部５１に図示しない制御部に接続されたリード線２１ｄを接続し、かつ熱電モジュール２０の下基板２２に形成された一対の電極部２２ｂ，２２ｂに外部電力が供給されることにより、ペルチェ素子２３が作動し、半導体レーザ素子ユニット１０は温度制御されることとなる。このとき、リード線２１ｄは熱電モジュール２０の吸熱側となる上基板２１に接合ステージ５０の表面に形成されたリード接続部５１に接続されているため、リード線２１ｄが外部環境温度に曝されても、この伝導熱はリード接続部５１により遮断される。これにより、半導体レーザ素子ユニット４０に配置された半導体レーザ素子（ＬＤ）は所定の設定温度に正確に温度制御されることとなる。
なお、実施例１，２と同様に、熱電モジュール２０の上基板２１にはサーミスターなどの温度センサー（図示せず）が設置されているが、温度センサーはステムパッケージ内に設けるようにしても、あるいはステムパッケージの表面やベース部に設けるようにしても良い。

４．変形例
上述した実施例１〜３においては、熱電モジュール２０の上基板２１の表面に半導体レーザ素子ユニット１０（３０，４０）を接合しやすくするためのメタライズ層２１ｂや、半導体レーザ素子ユニット１０（３０，４０）に外部電力を供給したり、あるいは半導体レーザ素子ユニット１０（３０，４０）から電気信号を取り出すための複数のリード接続部２１ｃを形成する例について説明した。この場合、メタライズ層２１ｂについては、リード接続部２１ｃ以外の上基板２１のほぼ全表面に設けるようにしていた。

ところが、上述のようにメタライズ層２１ｂがリード接続部２１ｃ以外のほぼ全表面に設けるようにすると、半導体レーザ素子ユニット１０（３０，４０）を上基板２１に接合するための位置決めが作業が複雑になるという問題を生じた。このため、本変形例においては、図５に示すように、複数のリード接続部２１ｃが形成されるとともに、位置決め部２５が形成されるようにパターン化されたメタライズ層２１ｅを形成するにしている。このように位置決め部２５が形成されていると、半導体レーザ素子ユニット１０（３０，４０）を上基板２１に接合するための位置決めが作業が極めて簡単、容易になる。
なお、上述した実施例３（図４）に示すような接合ステージ５０を上基板２１の表面に固着（接合）する場合においても、パターン化されたメタライズ層を形成するようにする方が望ましい。

なお、上述した実施の形態においては、電子素子としてレーザー素子を備えた半導体レーザモジュールに適用する例について説明したが、本発明を適用する電子素子としては、半導体レーザー素子以外にも、稼働温度を低くすると感度が良くなる赤外線センサーや焦電センサーなどの、熱電モジュールにより強制的に冷却される電子素子に適用するようにしてもよい。また、上述した実施の形態においては、上基板が熱電モジュールの吸熱側となるように形成して上基板により電子素子ユニット（半導体レーザモジュール）を冷却制御する例について説明したが、電子素子ユニットが低温の温度環境で使用される場合は、上基板が熱電モジュールの発熱側となるように形成し、上基板により電子素子ユニット（半導体レーザモジュール）を加熱制御するようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態においては、 ハンダとしてＳｎＳｂ合金を用いる例について説明したが、ハンダはＳｎＳｂ合金に限らず、ＡｕＳｎ合金やＳｎＡｇＣｕ合金などを用いるようにしてもよい。また、上述した実施の形態においては、下基板２２の熱電素子用電極パターン（導電層）２２ａの端部に形成された一対の電極部２２ｂにリード線（スズめっき銅線や金メッキ銅線など）２２ｄを接続する例について説明したが、リード線に代えて、ワイヤーボンディングによる金ワイヤを接続するようにしてもよい。

本発明の実施例１の半導体レーザモジュールを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその正面図であり、図１（ｂ）はその側面図であり、図１（ｃ）はその上面図である。 本発明の実施例２の半導体レーザモジュールを模式的に示す図であり、図２（ａ）はその正面図であり、図２（ｂ）はその側面図であり、図２（ｃ）はその上面図である。 半導体レーザ素子ユニットを模式的に示す図であり、図３（ａ）はキャップを取り付けた状態を模式的に示す図であり、図３（ｂ）はキャップを取り付ける前の状態を模式的に示す図である。 本発明の実施例３の半導体レーザモジュールを模式的に示す図であり、図３（ａ）はその正面図であり、図３（ｂ）はその側面図であり、図３（ｃ）はその上面図である。 変形例の熱電モジュールの上基板を模式的に示す上面図である。 従来例の半導体レーザ素子ユニットを模式的に示す図である。

符号の説明

Ａ…実施例１の半導体レーザモジュール、１０…半導体レーザ素子ユニット、１１…ベース部、１１ａ…取付台、１２…キャップ部材、１３…窓部材、１４…リード、１５…治具、１５ａ…凹部、２０…熱電モジュール、２１…上基板、２１ｂ…メタライズ層、２１ｃ…リード接続部、２１ｄ…リード線、２１ｅ…メタライズ層、２２…下基板、２２ｂ…電極部、２２ｃ…メタライズ層、２３…ペルチェ素子、Ｂ…実施例２の半導体レーザモジュール、３０…半導体レーザ素子ユニット、３１…ベース部、３１ａ…取付台、３２…キャップ部材、３３…窓部材、Ｃ…実施例３の半導体レーザモジュール、４０…半導体レーザ素子ユニット、４１…ベース部、４１ａ…取付台、４２…キャップ部材、４３…窓部材、５０…接合ステージ、５１…リード接続部

Claims (5)

1. 電子素子を備えた電子素子ユニットと、該電子素子ユニットを温度制御する熱電モジュールとを備えた電子モジュールであって、
   前記熱電モジュールは、熱電素子用配線パターンが形成された上基板と、熱電素子用配線パターンが形成された下基板と、これらの両基板の前記熱電素子用配線パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなり、
   前記電子素子ユニットから延出して形成された複数のリードが接続されるリード接続部が前記熱電モジュールの上基板に形成されていて、該リード接続部に接続されたリード線が外部に配置された制御部に接続されるようになされていることを特徴とする電子モジュール。
2. 前記電子素子ユニットは前記電子素子を搭載する取付部を有する円板状のベース部と該ベース部を被覆する略円筒状のカバーとからなるステムパッケージを備え、
   前記略円筒状のカバーの中心軸が前記熱電モジュールの上基板に対して水平になるように配置されたときに、前記円板状のベース部が前記上基板に対して垂直になるようにその取り付け面が平坦面となる治具が前記ベース部に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
3. 前記ステムパッケージは、略円筒状のカバーと、該カバーにより被覆される円板状のベース部とからなり、
   前記略円筒状のカバーの中心軸が前記熱電モジュールの上基板に対して水平になるように配置されたときに、前記円板状のベース部が前記上基板に対して垂直になるようにその取り付け面が平坦面となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
4. 前記上基板の前記治具が接合される面あるいは前記ベース部が接合される面にはメタライズ層が形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電子モジュール。
5. 前記メタライズ層はパターン化されていることを特徴とする請求項４に記載の電子モジュール。

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