JP2599226Y2 - 光送信モジュール - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、光送信モジュールの構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光送信モジュールは、例
えば、文献：「電子情報通信学会1989年秋季全国大会予
稿集、SC-8-2 」に開示されたものがある。この文献に開
示のモジュールは、発光素子としての半導体レーザ素子
（以下、ＬＤと称す）と、電子素子としてＬＤの駆動用
ＩＣ（以下、駆動ＩＣと称す）を載せた基板と、それら
を恒温に保つペルチェ素子等の電子冷却手段を収容する
パッケージと、光の射出するパッケージの部分と、電気
信号を入力する入力用コネクタとＬＤと駆動ＩＣに電力
を供給する電源供給端子とを具えた構造になっている。

【０００３】この光送信モジュールは、ＬＤと駆動ＩＣ
を同一基板上に載せ、両者を接続する配線の距離を短く
することにより、10Gb/s程度の高速光伝達用の光信号を
送信することができる。

【０００４】ＬＤ及び駆動ＩＣと基板との間、および、
基板とペルチェ素子との間は、それぞれ半田により、電
気的および熱的な接続を行っている。ＬＤ及び駆動ＩＣ
で発生した熱は基板を伝わりペルチェ素子に導かれ、ペ
ルチェ素子により冷却される。ペルチェ素子は、サーミ
スタ素子等の測温素子と電子回路によるフィードバック
手段とを用いることにより、ＬＤを恒温に保つ機能を持
たせてある。

【０００５】また、特開平２ー２７８７８２号公報に
は、同一ヒートシンク上に発光素子とその薄膜抵抗とを
構成している場合、薄膜抵抗から発生する熱が発光素子
に及ぼす影響をできるだけ低減する目的で、両者間のヒ
ートシンク部分に溝を形成した構成が開示されている。

【０００６】また、特開平３ー２４５５８６号公報に
は、同一のパッケージに半導体レーザ装置とその駆動回
路とを搭載している構造において、半導体レーザ装置に
回り込む熱を低減するため、半導体レーザ装置と駆動回
路とに互いに熱的に分離させた放熱器を設けた構成が開
示してある。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上述の文献開
示の従来の光送信モジュールは、ＬＤおよび駆動ＩＣの
発生する熱を同一のペルチェ素子を用いて冷却するた
め、両素子で発生する熱をすべて冷却する必要があっ
た。

【０００８】一般に、この様な用途に用いられるＬＤお
よび駆動ＩＣの発熱量は、それぞれ０．５Ｗ程度および
２．０Ｗ程度である。従って、これらの素子を冷却する
ために、ペルチェ素子は２．５Ｗ程度の冷却能力が必要
となる。この値は、駆動ＩＣを内蔵しない一般のＬＤモ
ジュールに要求される冷却能力に比べて非常に高く、ペ
ルチェ素子の冷却能力の限界値に近い。

【０００９】しかし、光送信モジュールの形状の制限が
あるので、ペルチェ素子を大型にして冷却能力を高める
ことには限界がある。このため、このような光送信モジ
ュール構造では、周辺温度が高温になった場合、ＬＤを
恒温に保つのが難しくなるという問題点を有していた。

【００１０】また、ＬＤおよび駆動ＩＣを同一のペルチ
ェ素子を用いて冷却するため、ペルチェ素子が大型にな
り、光送信モジュール全体が大きくなるという問題点を
有していた。

【００１１】また、冷却する熱量がＬＤのみを冷却する
場合に比べて大きくなるため、ペルチェ素子の駆動電流
が大きくなるという問題点を有していた。

【００１２】また、上述した特開平２−２７８７８２号
公報に開示の構成では、発光素子を積極的に冷却する特
別の冷却手段を設けていないため、発光素子の温度上昇
を効果的に抑制することが困難であった。

【００１３】また、上述した特開平３−２４５５８６号
公報に開示の構成では半導体レーザ装置として、発光素
子と電子冷却素子とを内蔵したものを使用していると共
に、半導体レーザ装置と駆動回路とのそれぞれに放熱器
を設ける構造であるため、光送信モジュール自体が、大
型となってしまうという問題点があった。

【００１４】この考案の目的は、上述した問題点を除去
した優れた光送信モジュールを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この考案によれば、発光素子と電子素子とを搭載し
た基板と、この基板に固定された冷却部とを有する光送
信モジュールにおいて、冷却部が、基板に接するように
設けられるベースと、このベースを介して、基板の反対
側に配置される第１および第２のセラミック板と、これ
ら第１および第２のセラミック板の間の、電子素子で発
生する熱の伝導経路上に設けられる熱伝導手段と、第１
および第２のセラミック板の間の、電子素子で発生する
熱の伝導経路上に設けられる、発光素子を冷却して恒温
に保つための電子冷却手段とを有し、且つ、基板および
ベースは、発光素子および電子素子を搭載した面と反対
側の面に、発光素子と電子素子との熱分離を行うための
溝を形成する。

【００１６】

【作用】この考案の光送信モジュールは、発光素子で発
生する熱と電子素子で発生する熱を分離して伝導させ、
発光素子で発生する熱の伝導経路にのみ、電子冷却素子
を設け、発光素子のみを電子冷却素子で冷却することに
より、発光素子を恒温に保つことができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照し、この考案の実施例につ
いて説明する。なお、図はこの考案が理解できる程度に
各構成成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に示
してあるに過ぎず、従って、この考案を図示例に限定す
るものではない。

【００１８】図１は、この考案の光送信モジュールの一
実施例を示す構造図である。先ず、この考案において
は、発光素子として例えば、半導体レーザ（以下、ＬＤ
と称す）１０および電子素子として例えば、ＬＤの駆動
用ＩＣ（以下、駆動ＩＣと称す）１２を搭載した基板１
４を具えている。さらに、この基板１４に固定した冷却
部５０を具えている。さらに、この考案の光送信モジュ
ールは、基板１４の、ＬＤ１０と駆動ＩＣ１２とを搭載
している部分の間の領域に、これら両素子で発生する熱
の伝導経路を分離する溝、即ち、この実施例では切り込
み２０を具えた構造となっている。

【００１９】そして、この考案の光送信モジュールは、
上述した駆動ＩＣ１２で発生する熱の伝導経路に設けた
熱伝導手段としての銅等の高熱伝導性金属ブロック（以
下、銅ブロックと称す）２２と、上述した発光素子１０
で発生する熱の伝導経路にのみ設けられ、この発光素子
１０を冷却して恒温に保つための電子冷却素子としてペ
ルチェ素子１８のみを具えた構造となっている。

【００２０】このような構造において、この実施例で
は、この基板１４の同一平面上に、両素子１０および１
２を接近させて並べて半田付け等の手段を用いて固定し
てある。そして、ワイヤボンディング１６等の手段を用
いて直接配線してある。

【００２１】基板１４は、好ましくは、窒化アルミ等の
高熱伝導性材料を用いた絶縁基板または、銅などの高熱
伝導性の金属板上にセラミック等の絶縁性材料を固定し
たものが良い。基板１４には、ＬＤ１０と駆動ＩＣ１２
に入力コネクタ２４からの電力を供給する、金属泊等で
形成した高周波線路パターン（以下、ストリップライン
と称す）２６を設けあり、このストリップライン２６と
電子素子としての駆動ＩＣ１２はワイヤボンディング１
６等の手段を用いて配線してある。

【００２２】この実施例では、基板１４を金属等で出来
た板状のベース２８の一方の表面に搭載し、この搭載面
と同一平面上に、基板１４と基板上のＬＤ１０の発光部
に光軸を合わせた第一レンズ３０を嵌めた第一レンズ固
定部品３２を載せる。また、この実施例では、好ましく
は、基板１４とベース２６の間は半田付け等の手段を用
いて接続し、また、第一レンズ固定部品３２とベース２
８との間はＹＡＧレーザ溶接等の手段を用いて接続する
のが良い。このように構成すると、ＬＤ１０から射出さ
れたレーザ光は、第一レンズ３０、射出窓３４、光アイ
ソレータ３６、第二レンズ３８を通り、光ファイバ４
０、に入射する。

【００２３】既に説明した通り、この考案の光送信モジ
ュールでは、ＬＤ１０と駆動ＩＣ１２で発生する熱を分
離して個別に伝導させるために、基板１４のベース２８
側とベース２８の、両素子の１０および１２間の領域に
対応する部分に、切り込み２０を設けてある。

【００２４】また、冷却部５０は、一般に知られている
珪素等の半導体セルを用いた電子冷却素子であるペルチ
ェ素子１８の部分と、熱伝導手段としての、銅ブロック
２２を用いた部分とに分かれている。ペルチェ素子１８
の部分と銅ブロック２２部分を、この実施例では、それ
ぞれセラミック板等の板（以下、セラミック板と称す）
４２により上下を固定する。ベース２８はペルチェ素子
１８の上に載せ、半田付け等の手段を用いて両者間を接
続する。冷却素子のペルチェ素子１８の部分と銅ブロッ
ク２２部分は、それぞれ基板１４のＬＤ１０を固定して
いる部分と駆動ＩＣ１２を固定している部分に対応して
設けてある。そして、ペルチェ素子１８部分と銅ブロッ
ク２２部分の境目は基板１４とベース２８の切り込み２
０に対応している。ペルチェ素子１８の下側のセラミッ
ク板４２の下面は半田付け等の手段を用いてパッケージ
４４に接続されている。

【００２５】次に、ＬＤ１０と駆動ＩＣ１２で発生する
熱の流れを以下に説明する。

【００２６】ＬＤ１０で発生した熱は、基板１４からベ
ース２８、冷却素子のペルチェ素子１８の部分を通り、
パッケージ４４に流れる。一方、駆動ＩＣ１２で発生し
た熱は、基板１４からベース２８、冷却素子の銅ブロッ
ク２２部分を通り、パッケージ４４に流れる。

【００２７】このように、ＬＤ１０で発生した熱と駆動
ＩＣ１２で発生した熱は、基板１４とベース２８にある
切り込み２０と冷却素子のペルチェ素子１８の部分と銅
ブロック２２部分により、相互の干渉がなく、伝導経路
が分離されている。このため、ペルチェ素子１８はＬＤ
１０の発熱分のみを冷却すれば良い。この構造では駆動
ＩＣ１２を恒温に保つ機能はないが、一般にこのような
ＩＣは内部に温度補正機能があるため、実用上問題な
い。

【００２８】また、上述した実施例では、ペルチェ素子
１８と銅ブロック２２と並置させて設けてあり、しか
も、銅ブロック２２を基板下側全面に設けていないので
モジュール全体を小型化することができる。

【００２９】以上の説明は、半導体レーザの代わりに発
光ダイオードを用いた場合も、駆動ＩＣの代わりに個別
素子による電子回路を用いた場合も同様である。また、
レンズ系の構成とアイソレータの形状、その有無、及び
取り付け位置等は、本実施例に限定されない。また、モ
ジュール各部の固定手段は、本実施例に説明した半田付
け、ＹＡＧレーザ溶接の手段以外にも、接着剤等の樹脂
を用いた場合も同様である。また、電子素子で発生した
熱の熱伝導手段は、本実施例に説明した銅ブロック以外
の手段にも、窒素アルミ等の高熱伝導性材料を用いた場
合も同様である。

【００３０】

【考案の効果】上述した説明からも明らかなように、
この考案によれば以下の効果が期待できる。

【００３１】発光素子のみを電子冷却素子を用いて冷却
するため、電子冷却素子に要求される冷却能力は、従来
例よりも低くなる。このため、例えば、電子冷却素子と
してペルチェ素子を使用したとき、ペルチェ素子に要求
される冷却能力に余裕ができ、周囲の温度の変化に関係
なく発光素子を恒温に保つことが容易になる。

【００３２】また、発光素子のみを電子冷却素子を用い
て冷却するため、電子冷却素子が小型になり、光送信モ
ジュール全体の大きさを従来より小さくすることができ
る。

【００３３】また、発光素子のみを電子冷却素子を用い
て冷却するため、電子冷却素子の素子の駆動電流を従来
より小さくすることができる。

【００３４】また、熱伝導手段を基板下側全面に設けず
に電子冷却素子と熱伝導手段とを並置させているので、
モジュール自体を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、この考案の光送信モジュールの平面
図である。（Ｂ）は、この考案の光送信モジュールの側
面図である。（Ｃ）は、（Ａ）の平面図Ｉ−Ｉの断面図
である。

【符号の説明】

１０：ＬＤ １２：駆動ＩＣ １４：基板 ５０：冷却部 １６：ワイヤボンディング ２４：入力コネクタ ２６：ストリップライン ２８：ベース ３０：第一レンズ ３２：第一レンズ固定部品 ３４：射出窓 ３６：光アイソレータ ３８：第二レンズ ４０：光ファイバ １８：ペルチェ素子 ２０：切り込み ２２：銅ブロック ４２：セラミック板 ４４：パッケージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−296288（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−63610（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−278782（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/42 H01S 3/18

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と電子素子とを搭載した基板
   と、この基板に固定された冷却部とを有する光送信モジ
   ュールにおいて、 前記冷却部が、前記基板に接するように設けられるベー
   スと、 このベースを介して、前記基板の反対側に配置される第
   １および第２のセラミック板と、 これら第１および第２のセラミック板の間の、前記電子
   素子で発生する熱の伝導経路上に設けられる熱伝導手段
   と、 前記第１および第２のセラミック板の間の、前記電子素
   子で発生する熱の伝導経路上に設けられる、前記発光素
   子を冷却して恒温に保つための電子冷却手段とを有し、 且つ、 前記基板および前記ベースは、前記発光素子および前記
   電子素子を搭載した面と反対側の面に、前記発光素子と
   前記電子素子との熱分離を行うための溝を形成したもの
   である、 ことを特徴とする光送信モジュール。