JP3433869B2 - 半導体モジュール - Google Patents
半導体モジュールInfo
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- JP3433869B2 JP3433869B2 JP32400095A JP32400095A JP3433869B2 JP 3433869 B2 JP3433869 B2 JP 3433869B2 JP 32400095 A JP32400095 A JP 32400095A JP 32400095 A JP32400095 A JP 32400095A JP 3433869 B2 JP3433869 B2 JP 3433869B2
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- Japan
- Prior art keywords
- layer
- heater
- insulating substrate
- semiconductor module
- thin film
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子冷却素子を用
いない半導体モジュールに関するものである。
いない半導体モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信装置などには、半導体ＬＤ素子と
光ファイバとの結合器である半導体モジュールが使用さ
れているが、この素子の利得は温度により大きく変化す
る。温度が低下すると利得は大きくなり、利得の波長の
ピークは短波長側にずれる。単一波長ＬＤでは、レーザ
の発振スペクトルをガイド溝に設けたグレーディングに
より選択している。このグレーディングにより定まる光
波長は利得の波長よりも温度変化が約１桁小さい。その
ため、温度変化によりグレーディングにより定まる光波
長と利得の波長がずれ、光出力は温度変化に敏感であ
る。また、低温になるとグレーディングにて発振波長の
制御ができず、単一波長で発振しない領域もある。その
ため、従来の半導体モジュールでは電子冷却素子（ペル
チェ素子）を用いて温度調整を行っていた（特開平5-67
844 号公報，特開平6-318763号公報）。一般に調整温度
は２５℃の常温から消費電力を低減させた３５℃が使用
されている。
光ファイバとの結合器である半導体モジュールが使用さ
れているが、この素子の利得は温度により大きく変化す
る。温度が低下すると利得は大きくなり、利得の波長の
ピークは短波長側にずれる。単一波長ＬＤでは、レーザ
の発振スペクトルをガイド溝に設けたグレーディングに
より選択している。このグレーディングにより定まる光
波長は利得の波長よりも温度変化が約１桁小さい。その
ため、温度変化によりグレーディングにより定まる光波
長と利得の波長がずれ、光出力は温度変化に敏感であ
る。また、低温になるとグレーディングにて発振波長の
制御ができず、単一波長で発振しない領域もある。その
ため、従来の半導体モジュールでは電子冷却素子（ペル
チェ素子）を用いて温度調整を行っていた（特開平5-67
844 号公報，特開平6-318763号公報）。一般に調整温度
は２５℃の常温から消費電力を低減させた３５℃が使用
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電子冷却素子
は大型の部品で高価である。また、他の電子部品は実装
温度が約３２０℃であるのに対し、電子冷却素子は約２
２０℃と低く、実装には複数の温度管理が必要で煩雑で
あった。そのため、電子冷却素子を用いることなく安定
した出力が得られる半導体モジュールが要望されてい
た。
は大型の部品で高価である。また、他の電子部品は実装
温度が約３２０℃であるのに対し、電子冷却素子は約２
２０℃と低く、実装には複数の温度管理が必要で煩雑で
あった。そのため、電子冷却素子を用いることなく安定
した出力が得られる半導体モジュールが要望されてい
た。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
消するためになされたもので、その特徴は、半導体モジ
ュールの発光素子が搭載された絶縁基板にヒータを設け
たことにある。ヒータは、例えば絶縁基板上に薄膜パタ
ーンを形成したものを用いる。絶縁基板は３層構造で、
中間層が他の層より小さくすることが好ましい。その場
合、ヒータの薄膜パターンは、絶縁基板の上層と下層が
接触していない上層面に形成する。また、ヒータの薄膜
パターンを端子に接続するためのパッドは、絶縁基板の
３層が重複した部分に形成することが好適である。さら
に、ヒータの薄膜パターンが形成された絶縁基板の上面
に絶縁層を設け、その上にメタライズ層を形成すること
が好ましい。
消するためになされたもので、その特徴は、半導体モジ
ュールの発光素子が搭載された絶縁基板にヒータを設け
たことにある。ヒータは、例えば絶縁基板上に薄膜パタ
ーンを形成したものを用いる。絶縁基板は３層構造で、
中間層が他の層より小さくすることが好ましい。その場
合、ヒータの薄膜パターンは、絶縁基板の上層と下層が
接触していない上層面に形成する。また、ヒータの薄膜
パターンを端子に接続するためのパッドは、絶縁基板の
３層が重複した部分に形成することが好適である。さら
に、ヒータの薄膜パターンが形成された絶縁基板の上面
に絶縁層を設け、その上にメタライズ層を形成すること
が好ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。図１はパッケージ１の上面を開けた本発明モジュー
ルの平面図である。図示のように、パッケージ１内にＬ
Ｄ素子２が内蔵され、その前面に光ファイバ３の端面が
配置されて、同素子２からの信号は光ファイバ３に導入
される。ＬＤ素子２は絶縁基板４に搭載され、端子５に
ワイヤボンディング６で接続されている。
る。図１はパッケージ１の上面を開けた本発明モジュー
ルの平面図である。図示のように、パッケージ１内にＬ
Ｄ素子２が内蔵され、その前面に光ファイバ３の端面が
配置されて、同素子２からの信号は光ファイバ３に導入
される。ＬＤ素子２は絶縁基板４に搭載され、端子５に
ワイヤボンディング６で接続されている。
【０００６】この絶縁基板４にヒータ７を設けた。ヒー
タ７の構成を図２（Ａ），（Ｃ）に示す。Ａ図はその側
面図、Ｃ図は平面図である。ヒータ７は絶縁基板４をむ
らなく加熱できるよう薄膜による蛇行パターンで構成さ
れている。本例ではＮｉＣｒの薄膜で、抵抗を５Ωとし
た。また、絶縁基板４は矩形板を３層重ねた構造とし、
熱を効率的にＬＤ素子に伝達できるようにした。上層4A
と下層4Cが同じ形状・大きさで、中間層4Bは上下層4A,4
C より小さくこれらの一端に挟持され、基板全体の断面
形状が凹型に形成されている。本例では絶縁基板４とし
てＡｌＮを用いた。ヒータ７の薄膜パターンは、上層4A
の上面で、かつ上層4Aと下層4Cが接触していない部分に
形成されている。即ち、薄膜パターンの形成されている
個所は上層4Aと下層4Cの間に中間層4Bがない。この薄膜
パターンの端部は配線部８（斜線個所）を介してパッド
９に接続されている。配線部８はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの薄
膜で作製した。パッド９はヒータ７の薄膜パターンをワ
イヤボンディング６により端子５に接続するためのもの
である。そのため、パッド９は絶縁基板４の機械的強度
の高い個所、即ち中間層4Bに支持された上層面に設け
た。ＬＤ素子２も同様に中間層4Bに支持された上層面上
に搭載されている。
タ７の構成を図２（Ａ），（Ｃ）に示す。Ａ図はその側
面図、Ｃ図は平面図である。ヒータ７は絶縁基板４をむ
らなく加熱できるよう薄膜による蛇行パターンで構成さ
れている。本例ではＮｉＣｒの薄膜で、抵抗を５Ωとし
た。また、絶縁基板４は矩形板を３層重ねた構造とし、
熱を効率的にＬＤ素子に伝達できるようにした。上層4A
と下層4Cが同じ形状・大きさで、中間層4Bは上下層4A,4
C より小さくこれらの一端に挟持され、基板全体の断面
形状が凹型に形成されている。本例では絶縁基板４とし
てＡｌＮを用いた。ヒータ７の薄膜パターンは、上層4A
の上面で、かつ上層4Aと下層4Cが接触していない部分に
形成されている。即ち、薄膜パターンの形成されている
個所は上層4Aと下層4Cの間に中間層4Bがない。この薄膜
パターンの端部は配線部８（斜線個所）を介してパッド
９に接続されている。配線部８はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの薄
膜で作製した。パッド９はヒータ７の薄膜パターンをワ
イヤボンディング６により端子５に接続するためのもの
である。そのため、パッド９は絶縁基板４の機械的強度
の高い個所、即ち中間層4Bに支持された上層面に設け
た。ＬＤ素子２も同様に中間層4Bに支持された上層面上
に搭載されている。
【０００７】さらに、基板上のＬＤ素子２の隣にはチッ
プサーミスタ10（図１参照）が搭載され、ワイヤボンデ
ィング６により端子５に接続されている。このサーミス
タ10の抵抗値からＬＤ素子２の温度をモニターし、外部
の自動温度制御回路（図示せず）によりヒータ７を制御
して温度調整する。なお、ＬＤ素子２の高温動作時はヒ
ータ７を使用せず、自然冷却させるようにする。
プサーミスタ10（図１参照）が搭載され、ワイヤボンデ
ィング６により端子５に接続されている。このサーミス
タ10の抵抗値からＬＤ素子２の温度をモニターし、外部
の自動温度制御回路（図示せず）によりヒータ７を制御
して温度調整する。なお、ＬＤ素子２の高温動作時はヒ
ータ７を使用せず、自然冷却させるようにする。
【０００８】このようなモジュールにおいて、ＬＤ素子
２を低温から高温（例えば７０℃）での使用に適するよ
うにグレーディング波長と利得の波長とをセッティング
しておく。そして、ヒータ７を発熱させることにより、
外部環境が低温の場合でも半導体ＬＤ素子の温度を安定
させることができる。即ち、従来のモジュールは電子冷
却素子により冷却することでＬＤ素子の温度制御を図っ
ていたが、本発明ではヒータで加温することにより温度
制御を行っている。この構成により電子冷却素子を用い
る必要がなく、モジュールの小型化、低コスト化を実現
できる。本例では６ｍｍ角の半導体モジュールを作製で
きた。さらに、電子冷却素子を用いた従来のモジュール
では、ＬＤ素子と接地との距離が大きく離れるためノイ
ズに弱い欠点があったが、本発明モジュールではこの欠
点も改善される。
２を低温から高温（例えば７０℃）での使用に適するよ
うにグレーディング波長と利得の波長とをセッティング
しておく。そして、ヒータ７を発熱させることにより、
外部環境が低温の場合でも半導体ＬＤ素子の温度を安定
させることができる。即ち、従来のモジュールは電子冷
却素子により冷却することでＬＤ素子の温度制御を図っ
ていたが、本発明ではヒータで加温することにより温度
制御を行っている。この構成により電子冷却素子を用い
る必要がなく、モジュールの小型化、低コスト化を実現
できる。本例では６ｍｍ角の半導体モジュールを作製で
きた。さらに、電子冷却素子を用いた従来のモジュール
では、ＬＤ素子と接地との距離が大きく離れるためノイ
ズに弱い欠点があったが、本発明モジュールではこの欠
点も改善される。
【０００９】なお、ヒータからの電気ノイズを避けるた
め、前記の絶縁基板４にさらに絶縁層を積層し、その上
にメタライズ層を形成してもよい（図２（Ｂ）参照）。
即ち、図２（Ａ）におけるヒータ７の薄膜パターン上に
パッド９を露出して第４の絶縁層11を形成し、その上面
にメタライズ層12を形成して、これをＬＤ素子用台部13
（図１参照）に接地する。
め、前記の絶縁基板４にさらに絶縁層を積層し、その上
にメタライズ層を形成してもよい（図２（Ｂ）参照）。
即ち、図２（Ａ）におけるヒータ７の薄膜パターン上に
パッド９を露出して第４の絶縁層11を形成し、その上面
にメタライズ層12を形成して、これをＬＤ素子用台部13
（図１参照）に接地する。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明モジュール
によりＬＤ素子の温度を高温（例えば約７０℃）に保持
することができ、電子冷却素子を用いなくても安定した
出力を得ることができる。また、電子冷却素子を用いな
いことにより次の効果が奏される。 従来のモジュールは電子冷却素子を実装する際の温度
管理などに煩雑な点があったが、本発明ではこれも解消
されるため、実装コストを低減することができる。 モジュールを小型化でき、製品の信頼性を向上でき
る。
によりＬＤ素子の温度を高温（例えば約７０℃）に保持
することができ、電子冷却素子を用いなくても安定した
出力を得ることができる。また、電子冷却素子を用いな
いことにより次の効果が奏される。 従来のモジュールは電子冷却素子を実装する際の温度
管理などに煩雑な点があったが、本発明ではこれも解消
されるため、実装コストを低減することができる。 モジュールを小型化でき、製品の信頼性を向上でき
る。
【図１】本発明モジュールの平面図である。
【図２】ヒータの説明図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は
第４層を設けたヒータの側面図
第４層を設けたヒータの側面図
１ パッケージ
２ ＬＤ素子
３ 光ファイバ
４ 絶縁基板
4A 上層
4B 中間層
4C 下層
５ 端子
６ ワイヤボンディング
７ ヒータ
８ 配線部
９ パッド
10 サーミスタ
11 絶縁層
12 メタライズ層
13 ＬＤ素子用台部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−204011（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−116878（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−209775（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−83088（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−67844（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−318763（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−252681（ＪＰ，Ａ)
実開 昭61−69856（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
G02B 6/42
H01L 23/34
Claims (3)
- 【請求項１】 ペルチェ素子を用いない半導体モジュー
ルであって、 絶縁基板、 この基板に搭載され、光信号を発する発光素子、 この信号を伝達する光ファイバ、 発光素子を気密封止し、光ファイバが引き出されたパッ
ケージ、 パッケージ内部の電子部品と外部の機器とを電気的に接
続するための端子、および絶縁基板上に形成されたヒー
タを具え、前記絶縁基板が上層、中間層、下層からなる３層構造
で、中間層が他の層より小さく、 前記ヒータは、薄膜パターンで、前記絶縁層の上層面
で、かつ上層と下層が接触していない部分に形成されて
いる ことを特徴とする半導体モジュール。 - 【請求項２】 ヒータの薄膜パターンを端子に接続する
ためのパッドは、絶縁基板の3層が重複した部分に形成
されていることを特徴とする請求項1記載の半導体モジ
ュール。 - 【請求項３】 ヒータの薄膜パターンが形成された絶縁
基板の上面に絶縁層を設け、その上にメタライズ層を形
成したことを特徴とする請求項1記載の半導体モジュー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32400095A JP3433869B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32400095A JP3433869B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 半導体モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148681A JPH09148681A (ja) | 1997-06-06 |
| JP3433869B2 true JP3433869B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=18161013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32400095A Expired - Fee Related JP3433869B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3433869B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3433732B2 (ja) | 2000-11-22 | 2003-08-04 | 住友電気工業株式会社 | 光半導体気密封止容器及び光半導体モジュール並びに光ファイバー増幅器 |
| JP2003209316A (ja) * | 2002-01-16 | 2003-07-25 | Photonixnet Corp | 波長多重化装置およびその調整方法 |
| DE10203790A1 (de) * | 2002-01-31 | 2003-06-26 | Siemens Ag | Aktive Stabilisierung des Temperaturniveaus in Halbleiterbauelementen |
| CN100416803C (zh) | 2003-08-22 | 2008-09-03 | 关西电力株式会社 | 半导体装置及制造方法、使用该半导体装置的电力变换装置 |
| US20060022213A1 (en) * | 2004-08-02 | 2006-02-02 | Posamentier Joshua D | TO-can heater on flex circuit |
| JP4821507B2 (ja) * | 2006-08-28 | 2011-11-24 | ティアック株式会社 | 温度調節機構および温度調節方法 |
| US20130270255A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-10-17 | Gerald Ho Kim | Silicon-Based Cooling Package With Preheating Capability For Compact Heat-Generating Devices |
| GB2507732A (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-14 | Oclaro Technology Ltd | Laser temperature control |
-
1995
- 1995-11-17 JP JP32400095A patent/JP3433869B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09148681A (ja) | 1997-06-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |