JP2988432B2 - 温度制御型半導体モジュール - Google Patents
温度制御型半導体モジュールInfo
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- JP2988432B2 JP2988432B2 JP9122002A JP12200297A JP2988432B2 JP 2988432 B2 JP2988432 B2 JP 2988432B2 JP 9122002 A JP9122002 A JP 9122002A JP 12200297 A JP12200297 A JP 12200297A JP 2988432 B2 JP2988432 B2 JP 2988432B2
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- Japan
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- electrode
- temperature control
- semiconductor module
- lower substrate
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度制御機能を有
する半導体モジュールに関し、特に、温度制御部の構造
に関する。
する半導体モジュールに関し、特に、温度制御部の構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来の温度制御型半導体モジュ
ールのペルチェクーラーの構成図を示している。上部基
板２の下面および下部基板３の上面にはペルチェ素子４
の配線および固定のための金属電極が形成され、複数個
のペルチェ素子４が上部基板２と下部基板３の間に固定
される。このとき、下部基板３に形成された金属電極６
が配線の両端にくるように直列に配線される。上述の配
線の両端の金属電極６にはリード線１２が半田付けさ
れ、リード線１２の両端に電圧をかけ、ペルチェ素子に
電流を流すことにより上部基板２上に搭載した半導体ま
たは半導体レーザ等の温度制御を行う。
ールのペルチェクーラーの構成図を示している。上部基
板２の下面および下部基板３の上面にはペルチェ素子４
の配線および固定のための金属電極が形成され、複数個
のペルチェ素子４が上部基板２と下部基板３の間に固定
される。このとき、下部基板３に形成された金属電極６
が配線の両端にくるように直列に配線される。上述の配
線の両端の金属電極６にはリード線１２が半田付けさ
れ、リード線１２の両端に電圧をかけ、ペルチェ素子に
電流を流すことにより上部基板２上に搭載した半導体ま
たは半導体レーザ等の温度制御を行う。
【０００３】ペルチェ素子を使用した半導体レーザモジ
ュールでは、例えば特開平５−６７８４４号公報に記載
された技術が知られている。図６は、従来技術の半導体
レーザモジュールの構成図を示している。ヒートシンク
１４は半導体レーザ素子１３を搭載しその放熱を行うと
ともに、半導体レーザ素子１３とほぼ同じ膨張係数を有
する材料を使用して熱応力による故障を防止している。
ュールでは、例えば特開平５−６７８４４号公報に記載
された技術が知られている。図６は、従来技術の半導体
レーザモジュールの構成図を示している。ヒートシンク
１４は半導体レーザ素子１３を搭載しその放熱を行うと
ともに、半導体レーザ素子１３とほぼ同じ膨張係数を有
する材料を使用して熱応力による故障を防止している。
【０００４】半導体レーザ素子１３を搭載したヒートシ
ンク１４はヘッダ１５に搭載され、ヘッダ１５およびモ
ニタ用の受光素子１６をベース１９上に半田固定されて
いる。モニタ用の受光素子１６で半導体レーザ素子１３
の温度変化等による光出力の変化を監視し、その光出力
が常に一定になるように駆動回路にフィードバックをか
けている。
ンク１４はヘッダ１５に搭載され、ヘッダ１５およびモ
ニタ用の受光素子１６をベース１９上に半田固定されて
いる。モニタ用の受光素子１６で半導体レーザ素子１３
の温度変化等による光出力の変化を監視し、その光出力
が常に一定になるように駆動回路にフィードバックをか
けている。
【０００５】レンズ１７はレンズホルダ１８に固定さ
れ、半導体レーザ素子１３から出射されて広がった光が
レンズ１７により平行光になるように光軸調整後、レン
ズホルダ１８はベース１９にＹＡＧレーザで溶接固定さ
れている。半導体レーザ素子１３等を搭載したベース１
９は上部絶縁板２０の上面に半田固定される。底板２１
は絶縁性を有し熱伝導率に優れた材料である窒化アルミ
ニウムで作られており、側壁２２の端面部を固定してパ
ッケージ本体を構成する。
れ、半導体レーザ素子１３から出射されて広がった光が
レンズ１７により平行光になるように光軸調整後、レン
ズホルダ１８はベース１９にＹＡＧレーザで溶接固定さ
れている。半導体レーザ素子１３等を搭載したベース１
９は上部絶縁板２０の上面に半田固定される。底板２１
は絶縁性を有し熱伝導率に優れた材料である窒化アルミ
ニウムで作られており、側壁２２の端面部を固定してパ
ッケージ本体を構成する。
【０００６】上記パッケージ本体の底板２１の上面と上
部絶縁板２０の下面とに、ペルチェ素子２３の配線およ
び固定のための金属導体パターンが薄膜あるいは厚膜で
形成されている。ここに複数個のペルチェ素子２３が固
定され、配線されている。前記側壁２２に、光取り出し
窓２４を設け、半導体レーザ素子１３から出射しレンズ
１７で平行光に変換された光を透過させ、レンズ２５で
光ファイバ２６に効率よく入射するように光軸調整さ
れ、スリーブ２７をＹＡＧレーザで溶接固定されてい
る。
部絶縁板２０の下面とに、ペルチェ素子２３の配線およ
び固定のための金属導体パターンが薄膜あるいは厚膜で
形成されている。ここに複数個のペルチェ素子２３が固
定され、配線されている。前記側壁２２に、光取り出し
窓２４を設け、半導体レーザ素子１３から出射しレンズ
１７で平行光に変換された光を透過させ、レンズ２５で
光ファイバ２６に効率よく入射するように光軸調整さ
れ、スリーブ２７をＹＡＧレーザで溶接固定されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来のペ
ルチェクーラーでは、パッケージへの実装は下部基板の
下面をパッケージに半田固定することによって行われる
が、その後にペルチェ素子に接続されたリード線をパッ
ケージの電極に半田ごて等によって半田接続する必要が
ある。このため、ペルチェクーラーの実装・配線工程に
時間と手間がかかり、実装コストが高くなるという問題
がある。自動化も困難であるため、量産化にも適してい
ない。
ルチェクーラーでは、パッケージへの実装は下部基板の
下面をパッケージに半田固定することによって行われる
が、その後にペルチェ素子に接続されたリード線をパッ
ケージの電極に半田ごて等によって半田接続する必要が
ある。このため、ペルチェクーラーの実装・配線工程に
時間と手間がかかり、実装コストが高くなるという問題
がある。自動化も困難であるため、量産化にも適してい
ない。
【０００８】また、リード線の配線のスペース、および
パッケージの電極へのリード線の半田接続のためのスペ
ースが必要であるため、ペルチェクーラーの大きさより
もパッケージを大きくしなければならず、モジュールの
小型化の妨げとなっている。
パッケージの電極へのリード線の半田接続のためのスペ
ースが必要であるため、ペルチェクーラーの大きさより
もパッケージを大きくしなければならず、モジュールの
小型化の妨げとなっている。
【０００９】さらに、上述した特開平５−６７８４４の
半導体レーザモジュールは、小型で冷却能力に優れた構
造の半導体レーザモジュールを得ることを目的としてい
るが、モジュールの組立作業においては多数のペルチェ
素子を一つ一つパッケージに形成された配線部分に実装
する必要があるため、実装する部品の数が多くなり、実
装コストの増大につながる。
半導体レーザモジュールは、小型で冷却能力に優れた構
造の半導体レーザモジュールを得ることを目的としてい
るが、モジュールの組立作業においては多数のペルチェ
素子を一つ一つパッケージに形成された配線部分に実装
する必要があるため、実装する部品の数が多くなり、実
装コストの増大につながる。
【００１０】本発明は、小型で実装性、生産性に優れた
温度制御型半導体モジュールを提供することを目的とし
ている。
温度制御型半導体モジュールを提供することを目的とし
ている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の温度制御型半導
体モジュールは、従来のこの種のモジュールが有する問
題点を解決するために、光を出力する半導体レーザと、
半導体レーザが上面に配置され、第１の電極から電力を
供給されて半導体レーザを温度制御する温度制御部と、
半導体レーザと温度制御部とを収容するパッケージとを
備えており、パッケージはその内部の底面に温度制御部
に電力を供給する第２の電極を備え、第１の電極と第２
の電極が接合されていることを特徴としている。
体モジュールは、従来のこの種のモジュールが有する問
題点を解決するために、光を出力する半導体レーザと、
半導体レーザが上面に配置され、第１の電極から電力を
供給されて半導体レーザを温度制御する温度制御部と、
半導体レーザと温度制御部とを収容するパッケージとを
備えており、パッケージはその内部の底面に温度制御部
に電力を供給する第２の電極を備え、第１の電極と第２
の電極が接合されていることを特徴としている。
【００１２】ここで、温度制御部は、半導体レーザを上
面に実装する上部基板と、第１の電極を下面に有する下
部基板と、上部基板と下部基板に挟まれて配置されたペ
ルチェ素子とを備えている。
面に実装する上部基板と、第１の電極を下面に有する下
部基板と、上部基板と下部基板に挟まれて配置されたペ
ルチェ素子とを備えている。
【００１３】また、上記温度制御型半導体モジュールで
あって、上部基板と下部基板の間には、電気的に直列に
接続された複数個のペルチェ素子が配置され、ペルチェ
素子のうちの少なくとも一つが下部基板の上面に形成さ
れ、第１の電極と接続されている第３の電極に接続され
ていることを特徴としている。
あって、上部基板と下部基板の間には、電気的に直列に
接続された複数個のペルチェ素子が配置され、ペルチェ
素子のうちの少なくとも一つが下部基板の上面に形成さ
れ、第１の電極と接続されている第３の電極に接続され
ていることを特徴としている。
【００１４】さらに、第１の電極と第３の電極は、下部
基板に形成されたビアホールを介して、又は、下部基板
の側面に形成された接続用導通パターンを介して電気的
に接続されている。そして、本発明の温度制御型半導体
モジュールは、下部基板は、第１の電極と第２の電極の
半田付けによりパッケージに実装されていることを特徴
としている。また、パッケージは、外部から電力を供給
される端子を備え、第２の電極と端子が電気的に接続さ
れている。
基板に形成されたビアホールを介して、又は、下部基板
の側面に形成された接続用導通パターンを介して電気的
に接続されている。そして、本発明の温度制御型半導体
モジュールは、下部基板は、第１の電極と第２の電極の
半田付けによりパッケージに実装されていることを特徴
としている。また、パッケージは、外部から電力を供給
される端子を備え、第２の電極と端子が電気的に接続さ
れている。
【００１５】上述した本発明の温度制御型半導体モジュ
ールは、半導体のみならず、温度制御を必要とする半導
体レーザ等広く適用することができる。
ールは、半導体のみならず、温度制御を必要とする半導
体レーザ等広く適用することができる。
【００１６】本発明では、ペルチェクーラーの下部基板
の下面まで金属電極を引き出す構成としている。これに
より、下部基板の下面の金属部分をパッケージの金属部
分に、下部基板の下面の金属電極をパッケージの配線に
それぞれ半田接続することにより同時に実装と配線を行
うことが可能となる。パッケージの端子に電圧をかけ、
ペルチェ素子に電流を流すことにより上部基板上に搭載
した半導体または半導体レーザ等の温度制御を行う。
の下面まで金属電極を引き出す構成としている。これに
より、下部基板の下面の金属部分をパッケージの金属部
分に、下部基板の下面の金属電極をパッケージの配線に
それぞれ半田接続することにより同時に実装と配線を行
うことが可能となる。パッケージの端子に電圧をかけ、
ペルチェ素子に電流を流すことにより上部基板上に搭載
した半導体または半導体レーザ等の温度制御を行う。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の温度制御型半導体
モジュールについて図面を参照して詳細に説明する。
モジュールについて図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明の温度制御型半導体モジュ
ールの第１の実施例の構成図である。上部基板２の下面
および下部基板３の上面にはペルチェ素子４の配線およ
び固定のための金属電極が形成され、複数個のペルチェ
素子４が上部基板２と下部基板３の間に半田固定され
る。このとき、下部基板３の上面に形成された金属電極
が配線の両端にくるように直列に配線され、下部基板３
の側面に形成された金属配線５を通して下面の金属電極
６と導通している。
ールの第１の実施例の構成図である。上部基板２の下面
および下部基板３の上面にはペルチェ素子４の配線およ
び固定のための金属電極が形成され、複数個のペルチェ
素子４が上部基板２と下部基板３の間に半田固定され
る。このとき、下部基板３の上面に形成された金属電極
が配線の両端にくるように直列に配線され、下部基板３
の側面に形成された金属配線５を通して下面の金属電極
６と導通している。
【００１９】下部基板３の下面にはペルチェ素子４とパ
ッケージ８の配線を接続するための金属電極６、および
ペルチェクーラー１とパッケージ８との接合のための金
属部分７が形成されている。パッケージ８にはペルチェ
クーラー１と接合するための金属部分９とパッケージ８
の端子とペルチェ素子４を接続するための配線１０が形
成されている。下部基板３の下面の金属部分７をパッケ
ージ８の金属部分９に、下部基板３の下面の金属電極６
をパッケージ８の配線１０にそれぞれ半田接続すること
により同時に実装と配線が行われる。パッケージ８の端
子に電圧をかけ、ペルチェ素子４に電流を流すことによ
り上部基板２上に搭載した半導体または半導体レーザ等
の温度制御が行われる。
ッケージ８の配線を接続するための金属電極６、および
ペルチェクーラー１とパッケージ８との接合のための金
属部分７が形成されている。パッケージ８にはペルチェ
クーラー１と接合するための金属部分９とパッケージ８
の端子とペルチェ素子４を接続するための配線１０が形
成されている。下部基板３の下面の金属部分７をパッケ
ージ８の金属部分９に、下部基板３の下面の金属電極６
をパッケージ８の配線１０にそれぞれ半田接続すること
により同時に実装と配線が行われる。パッケージ８の端
子に電圧をかけ、ペルチェ素子４に電流を流すことによ
り上部基板２上に搭載した半導体または半導体レーザ等
の温度制御が行われる。
【００２０】図２は、本発明の温度制御型半導体モジュ
ールの第２の実施例の構成図である。ペルチェ素子４を
直列に配線した両端の下部基板３の上面の金属電極と、
下部基板３の下面の金属電極６とをビアホール１１によ
って導通させる構成としている。
ールの第２の実施例の構成図である。ペルチェ素子４を
直列に配線した両端の下部基板３の上面の金属電極と、
下部基板３の下面の金属電極６とをビアホール１１によ
って導通させる構成としている。
【００２１】図３は、本発明の温度制御型半導体モジュ
ールの第３の実施例の構成図である。下部基板３の下面
にパッケージ８との接合のための金属部分７を形成する
代わりに、下部基板３の下面の金属電極６を下部基板３
の下面全体に形成する構成としている。前記金属電極６
はペルチェクーラー１とパッケージ８との接合、および
ペルチェ素子４とパッケージ８の配線１０との接続を兼
ねており、金属電極６を配線１０に半田接続することに
より同時に実装と配線が行われる。
ールの第３の実施例の構成図である。下部基板３の下面
にパッケージ８との接合のための金属部分７を形成する
代わりに、下部基板３の下面の金属電極６を下部基板３
の下面全体に形成する構成としている。前記金属電極６
はペルチェクーラー１とパッケージ８との接合、および
ペルチェ素子４とパッケージ８の配線１０との接続を兼
ねており、金属電極６を配線１０に半田接続することに
より同時に実装と配線が行われる。
【００２２】図４は、本発明の温度制御型半導体モジュ
ールの第４の実施例の構成図である。ペルチェ素子４の
配線を下部基板３の下面まで引き出さず、配線を側面に
引き出す構成としている。下部基板３の下面の金属部分
７をパッケージ８の金属部分９に、下部基板３の側面の
金属電極６をパッケージ８の側面に形成された配線１０
にそれぞれ半田接続することにより同時に実装と配線が
を行われる。
ールの第４の実施例の構成図である。ペルチェ素子４の
配線を下部基板３の下面まで引き出さず、配線を側面に
引き出す構成としている。下部基板３の下面の金属部分
７をパッケージ８の金属部分９に、下部基板３の側面の
金属電極６をパッケージ８の側面に形成された配線１０
にそれぞれ半田接続することにより同時に実装と配線が
を行われる。
【００２３】なお、半導体レーザ素子１３に対する温度
制御性を向上させるため、上部基板２には熱伝導率の高
い材質が用いられ、下部基板３には熱伝導率の低い材質
が用いられる。
制御性を向上させるため、上部基板２には熱伝導率の高
い材質が用いられ、下部基板３には熱伝導率の低い材質
が用いられる。
【００２４】
【発明の効果】本発明のリードレス接続型ペルチェクー
ラーは、下部基板の下面まで金属電極を引き出す構成と
しているため、下部基板の下面の金属部分をパッケージ
の金属部分に、下部基板の下面の金属電極をパッケージ
の配線にそれぞれ半田接続することにより同時に実装と
配線を行うことが可能となる。そのため、ペルチェクー
ラーを実装した後にリード線の配線接続を行うという工
程を省くことができる。
ラーは、下部基板の下面まで金属電極を引き出す構成と
しているため、下部基板の下面の金属部分をパッケージ
の金属部分に、下部基板の下面の金属電極をパッケージ
の配線にそれぞれ半田接続することにより同時に実装と
配線を行うことが可能となる。そのため、ペルチェクー
ラーを実装した後にリード線の配線接続を行うという工
程を省くことができる。
【００２５】リード線の接続は、通常半田ごてを使用し
て行うため自動化が困難であったが、本発明のリードレ
ス接続型ペルチェクーラーではパッケージへの実装時に
同時に配線接続が行われるため、実装工程の自動化が容
易であり、量産化が可能となる。
て行うため自動化が困難であったが、本発明のリードレ
ス接続型ペルチェクーラーではパッケージへの実装時に
同時に配線接続が行われるため、実装工程の自動化が容
易であり、量産化が可能となる。
【００２６】また、リード線を使用しないため、リード
線の配線のスペース、およびパッケージの電極へのリー
ド線の半田接続のためのスペースが必要なくなるので、
ペルチェクーラーの大きさとほぼ同程度までパッケージ
を小さくすることが可能であり、モジュールの小型化を
図ることができる。
線の配線のスペース、およびパッケージの電極へのリー
ド線の半田接続のためのスペースが必要なくなるので、
ペルチェクーラーの大きさとほぼ同程度までパッケージ
を小さくすることが可能であり、モジュールの小型化を
図ることができる。
【図１】本発明の温度制御型半導体モジュールの第１の
実施例の構成を示す図である。
実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の温度制御型半導体モジュールの第２の
実施例の構成を示す図である。
実施例の構成を示す図である。
【図３】本発明の温度制御型半導体モジュールの第３の
実施例の構成を示す図である。
実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明の温度制御型半導体モジュールを半導体
レーザモジュールに適用した一実施例の構成を示す図で
ある。
レーザモジュールに適用した一実施例の構成を示す図で
ある。
【図５】本発明の温度制御型半導体モジュールの一実施
例の構成を示す図である。
例の構成を示す図である。
【図６】本発明の温度制御型半導体モジュールの一実施
例の構成を示す図である。
例の構成を示す図である。
１ ペルチェクーラー ２ 上部基板 ３ 下部基板 ４ ペルチェ素子 ５ 金属配線 ６ 金属電極（第１の電極） ７ 金属部分 ８ パッケージ ９ 金属部分 １０ 配線（第２の電極） １１ ビアホール １２ リード線 １３ 半導体レーザ素子 １４ ヒートシンク １５ ヘッダ １６ 受光素子 １７ レンズ １８ レンズホルダ １９ ベース ２０ 上部絶縁板 ２１ 底板 ２２ 側壁 ２３ ベルチェ素子 ２４ 光取り出し窓 ２５ レンズ ２６ 光ファイバ ２７ スリーブ
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体チップと、 前記半導体チップが上面に配置され、第１の電極から電
力を供給されて前記半導体チップを温度制御する温度制
御手段と、 前記半導体チップと前記温度制御手段とを収容するパッ
ケージとを備えている温度制御型半導体モジュールであ
って、 前記パッケージは、該パッケージの内部の底面に前記温
度制御手段に前記電力を供給する第２の電極を備え、 前記第１の電極と前記第２の電極が接合されていること
を特徴とする温度制御型半導体モジュール。 - 【請求項２】 前記温度制御手段は、 前記半導体レーザを上面に実装する上部基板と、 前記第１の電極を有する下部基板と、 前記上部基板と前記下部基板に挟まれて配置されたペル
チェ素子とを備えていることを特徴とする請求項１記載
の温度制御型半導体モジュール。 - 【請求項３】 請求項２記載の温度制御型半導体モジュ
ールであって、 前記上部基板と前記下部基板の間には、電気的に直列に
接続された複数個の前記ペルチェ素子が配置され、 前記ペルチェ素子のうちの少なくとも一つが前記下部基
板の上面に形成され、前記第１の電極と接続されている
第３の電極に接続されていることを特徴とする温度制御
型半導体モジュール。 - 【請求項４】 前記第１の電極は、前記下部基板の下面
に形成されており、 前記第１の電極と前記第３の電極は、前記下部基板に形
成されたビアホールを介して電気的に接続されているこ
とを特徴とする請求項３記載の温度制御型半導体モジュ
ール。 - 【請求項５】 前記第１の電極は、前記下部基板の下面
に形成されており、 前記第１の電極と前記第３の電極は、前記下部基板の側
面に形成された接続用導通パターンを介して電気的に接
続されていることを特徴とする請求項３記載の温度制御
型半導体モジュール。 - 【請求項６】 請求項２から請求項５までのいずれかの
請求項に記載の温度制御型半導体モジュールであって、 前記下部基板は、前記第１の電極と前記第２の電極の半
田付けにより前記パッケージに実装されていることを特
徴とする温度制御型半導体モジュール。 - 【請求項７】 前記第１の電極は、前記下部基板の側面
に形成され、 前記パッケージは、底面に前記第２の電極が形成された
段差部を有し、 前記第１の電極と前記第２の電極が接続されていること
を特徴とする請求項２又は請求項３記載の温度制御型半
導体モジュール。 - 【請求項８】 前記パッケージは、 外部から前記電力を供給される端子を備え、前記第２の
電極と前記端子が電気的に接続されていることを特徴と
する温度制御型半導体モジュール。 - 【請求項９】 前記半導体チップは、 光を出力する半導体レーザであることを特徴とする請求
項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載の温度
制御型半導体モジュール。 - 【請求項１０】 前記上部基板の熱伝導率は、前記下部
基板の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１か
ら請求項９までのいずれかの請求項に記載の温度制御型
半導体モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9122002A JP2988432B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | 温度制御型半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9122002A JP2988432B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | 温度制御型半導体モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10313150A JPH10313150A (ja) | 1998-11-24 |
| JP2988432B2 true JP2988432B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=14825138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9122002A Expired - Fee Related JP2988432B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | 温度制御型半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2988432B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1041651A3 (en) | 1999-04-01 | 2000-11-02 | Yamaha Corporation | Peltier module |
| JP4161572B2 (ja) * | 2001-12-27 | 2008-10-08 | ヤマハ株式会社 | 熱電モジュール |
| JP2003282969A (ja) | 2002-03-26 | 2003-10-03 | Yamaha Corp | 熱電変換モジュール |
| JP3804629B2 (ja) | 2002-04-25 | 2006-08-02 | ヤマハ株式会社 | 熱電装置用パッケージ |
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