JP3783571B2 - Semiconductor laser module and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信装置などに使用する半導体レーザ素子と光ファイバとの結合器である半導体レーザモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、波長を多重化して送信する方式(WDM)の開発、実用化が進んでいる。この方式では、複数の波長の光が1つの光ファイバ内に存在するため、1つの光源の波長を±0.1nmにおさえる必要がある。
【0003】
このような光通信のレーザ光源としては半導体レーザ素子が用いられ、この半導体レーザ素子とレンズ等をパッケージ内に一体的に収容して半導体レーザモジュールを構成し、この半導体レーザモジュールを光ファイバに結合するようになされている。このような半導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザはその雰囲気温度が変化すると波長が変化するため、光ファイバと結合する半導体レーザモジュールの構成体内に電子冷却素子(以下、ペルチェ素子という)を備えて、半導体レーザ素子の温度を制御している。
【0004】
このような半導体レーザモジュール70は、例えば、図7に示すように、図示しない一対の側壁にリード線をハーメチックシールで設けたバタフライ型やDIP型のパッケージを構成するパッケージ本体71を備えており、このパッケージ本体71の他の1つの側壁に光取り出し窓71aを設けている。また、パッケージ本体71の上部には気密用のカバー71bを取り付けるようにしている。ここで、パッケージ本体71内には、一対の絶縁板72a,72bの間に複数個の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ペルチェ素子72を挟み込み、図示しない電極により複数のP型素子と複数のN型素子とがP,N,P,Nの順に電気的に直列に接続され、更に端部のP型素子及びN型素子を接合した電極にそれぞれ図示しないリード線を接続して構成される。
【0005】
なお、絶縁板72a,72bはアルミナなどから形成されており、この上にペルチェ素子72の電極と固定を兼ねた金属導体パターン(電極パターン)が薄膜や厚膜で形成されている。絶縁板72a側には半導体レーザ素子74、レンズ78および受光素子77等を搭載したベース板73が固定され、絶縁板72b側はパッケージ本体71の内底に固定されている。半導体レーザ素子74はヒートシンク75に搭載されており、このヒートシンク75は半導体レーザ素子74の放熱を行うと共に、半導体レーザ素子74とほぼ同じ膨張係数を有する材料(例えばダイヤモンド,SiC,シリコンなど)を使用して熱応力による故障を防止している。
【0006】
また、ヒートシンク75はヘッダ76に搭載され、このヘッダ76は半導体レーザ素子74の電極用の端子を有している。ヘッダ76の後部にはモニタ用の受光素子77が設けられており、この受光素子77は半導体レーザ素子74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。レンズ78はレンズホルダ79により固定されている。
【0007】
なお、レンズホルダ79は、半導体レーザ素子74から出射され広がったレーザ光がレンズ78により平行光になるように光軸調整後、ベース73にYAGレーザで固定されるようになされている。これは、光学調整後の半導体レーザ素子74とレンズ78の軸ずれ感度が1μm以下と厳しいため固定安定度の高いYAGレーザ溶接を用いるものである。これにより、半導体レーザ素子74から出射されたレーザ光はレンズ78で平行光に変換され、この平行光が光取り出し窓71aを通過するようになる。
【0008】
レンズ78の前方には、スリーブ82が配置され、このスリーブ82にフェルール83を介してレンズ81が固定されている。ここで、半導体レーザ素子74から出射され光取り出し窓71aを通過したレーザ光がレンズ81で光ファイバ84に効率よく入射するように光軸調整した後、スリーブ82のA,B部でYAGレーザ溶接固定している。これにより、半導体レーザ素子74から出射された光はレンズ78と81とによって光ファイバ84に効率良く結合される。このような半導体レーザモジュールの温度が安定なのはペルチェ素子72で半導体レーザ素子74を常時温度制御し、半導体レーザ素子74の発熱による温度上昇を低減しているためである。なお、半導体レーザ素子74とペルチェ素子72の発熱はパッケージ本体71に取り付けたヒートシンク(図示せず)で外部に放熱される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成による半導体レーザモジュールは、電子冷却素子(例えばペルチェ素子)72を搭載しているため特に高さ方向が制限され、小型化が困難であるという問題点があった。そこで、小型で冷却能力に優れた構造を持つ半導体レーザモジュールが、例えば、特開平5−226779号公報において提案されるようになった。この特開平5−226779号公報において提案された半導体レーザモジュールにおいては、パッケージ本体底蓋と下基板とが共通である構造とすることにより、小型化が可能となった。
【0010】
しかしながら、上述した特開平5−226779号公報において提案された半導体レーザモジュールにおいては、パッケージ本体の底蓋にペルチェ素子を接合した後、この底蓋にパッケージ本体を接合するような方法を採用している。
パッケージ本体の底蓋にペルチェ素子を接合した後、この底蓋にパッケージ本体を接合するようにすると、底蓋とパッケージ本体との接合は、底蓋とペルチェ素子とを接合する接合材の融点よりも低い接合材を用いて行う必要がある(なぜならば、底蓋とペルチェ素子とを接合する接合材よりも融点が高い接合材を用いると、先に接合した底蓋とペルチェ素子との接合部が溶けるためである)ため、底蓋とパッケージ本体との接合力が低くて、信頼性に欠けるという問題を生じた。
【0011】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、パッケージ本体とパッケージ本体の底蓋との接合部の信頼性を向上させるとともに、小型化が可能な半導体レーザモジュールを提供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子に熱的に結合される基板に形成された第1電極と、パッケージ本体を封止する底蓋に形成された第2電極と、これらの第1および第2電極の間に接続された複数のペルチェ素子と、パッケージ本体と底蓋とを接合する第1接合材と、第1電極と複数のペルチェ素子の一方の端部とを接合する第2接合材と、第2電極と複数のペルチェ素子の他方の端部とを導電層を介して接合する第3接合材とを備え、第1接合材は第2接合材よりも融点が高い接合材であり、かつ第2接合材は第3接合材よりも融点が高い接合材もしくは第3接合材と融点が等しい接合材であるようにしている。
【0013】
このように、第1接合材は第2接合材よりも融点が高い接合材を用い、第2接合材は第3接合材よりも融点が高い接合材もしくは第3接合材と融点が等しい接合材を用いるようにすると、第1接合材によりパッケージ本体と底蓋とを接合した後、第2接合材で第1電極に接合された複数のペルチェ素子の他方の端部を第3接合材により第2電極に接合するようにしても、第3接合材の溶融時に第1接合材が溶融することがないため、接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高い接合部が得られるようになる。そして、第2電極と複数のペルチェ素子の他方の端部との間に導電層を備えるようにすると、第2電極の厚みを薄くできるようになるため、第2電極は薄膜で形成することが可能となり、抵抗が高い高融点金属で形成することができる。
【0014】
なお、第2電極が形成された底壁が一体的に成形されたパッケージ本体を用いると、パッケージ本体と底蓋との接合を省略できるので、接合工程を減少させることが可能となり、この種の半導体レーザモジュールを低コストで容易に製造することができるようになる。この場合、底壁に形成する第2電極を高融点金属とすれば、パッケージ本体と底蓋を一体的に成形しても第2電極が溶融されることはない。そして、高融点金属の抵抗値が高くて導電性が低い場合は、この高融点金属に導電性が良好な導電層を備えるようにすればよい。
【0015】
また、本発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、第2電極が形成されたパッケージ本体を封止する底蓋を該パッケージ本体の下端に第1接合材により接合する第1接合工程と、第1電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一方の端部を第1接合材より融点が低い第2接合材により接合する第2接合工程と、複数のペルチェ素子の他方の端部に導電層を第2接合材により接合して熱電素子モジュールとする第3接合工程と、前記熱電素子モジュールに接合された導電層を第2電極に第2接合材より融点が低い第3接合材あるいは第2接合材と融点が等しい第3接合材により接合する第4接合工程とを備えるようにしている。
【0016】
このように、第1接合工程、第2接合工程、第3接合工程および第4接合工程とを備えるようにすると、第1接合工程においてパッケージ本体と底蓋とは第1接合材により接合される。このとき、第1接合材の融点が高くても他の接合部に影響を与えることがないため、パッケージ本体と底蓋とは強固に接合されることとなる。もしくは、第2接合工程と第3接合工程を同時に行えば、一度の溶融工程で済む。即ち、第2接合材の再溶融工程そのものをなくすことができる。ついで、第2接合工程において第1電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一方の端部が第1接合材より融点が低い第2接合材により接合される。
【0017】
この後、第3接合工程において、複数のペルチェ素子の他方の端部に導電層を第2接合材により接合するが、第2接合材は第2接合工程での第2接合材と同じ接合材であるため、ほとんど溶融することはない。ついで、第4接合工程において複数のペルチェ素子の他方の端部が第2電極に第3接合材により接合されるが、第3接合材は第2接合材より融点が低いため、この接合時に第1接合材および第2接合材は溶融することはない。この結果、接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高い接合部が得られるようになる。
【0018】
また、第3接合材が第2接合材と同等の融点をもつ場合、第4接合工程において第2接合材が再溶融するデメリットがあるが、同時に溶けて同時に凝固するために、特に凝固時に発生する熱応力が小さいというメリットがある。
なお、このとき、第2接合工程で用いる第2接合材、第3接合工程で用いる第2接合材および第4接合工程で用いる第3接合材の融点は同じであってもよい。この場合、全ての接合材の融点が同じであるので、再溶融するデメリットがあるものの、全ての接合材が同一温度で凝固するのでモジュール内に残留する熱応力が少ないというメリットがある。
【0019】
第1電極を基板上に薄膜あるいは厚膜でパターン形成し、第2電極を底蓋上に薄膜(この場合は、例えば、Mo−Mn法、W法による焼成で)あるいは厚膜(この場合は、例えば、メッキにより)でパターン形成すると、各電極の形成が容易となる。そして、第1接合材は銀蝋あるいはガラスとすることが好ましく、第2接合材はスズ−アンチモン合金ハンダとすることが好ましく、第3接合材はスズ−鉛共晶ハンダあるいはスズ−アンチモン合金ハンダとすることが好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】
ついで、本発明の実施の形態を第1実施例,第2実施例、第3実施例の順に、図1〜図6に基づいて説明する。
【0021】
1.第1実施例
まず、第1実施例を図1および図2に基づいて説明する。なお、図1(a)は本第1実施例のパッケージ本体を模式的に示す斜視図であり、図1(b)は本第1実施例の底蓋を模式的に示す斜視図である。また、図2(a)は本第1実施例の熱電素子モジュールの要部を模式的に示す断面図であり、図2(b)はこの熱電素子モジュールを図1のパッケージ本体内に接合した状態の要部を模式的に示す断面図である。
【0022】
本第1実施例の半導体レーザモジュール10は、図1〜図2に示すように、上下面が開口した箱状のパッケージ本体11と、このパッケージ本体11の底蓋12と、パッケージ本体11内に配置されるペルチェ素子モジュール10aとから構成される。なお、底蓋12の下面には図示しないヒートシンクが設けられている。パッケージ本体11は、フェルニコ系のFe54%,Ni29%,Co17%の合金(商品名:コバール(Kovar))又はFe58%,Ni42%の合金(商品名:42アロイ)などで構成されている。パッケージ本体11の一対の側壁には、リード線11bが設けられたセラミックよりなる絶縁材11a,11aがハーメチックシールで設けられて、いわゆるバタフライ型のパッケージとなされている。また、他の側壁には光取り出し窓11cが設けられている。
【0023】
底蓋12はパッケージ本体11の熱膨張率とほぼ同等の熱膨張率を有するセラミック材、例えばアルミナ(Al23)、窒化アルミナ(AlN)、炭化珪素(SiC)など、あるいはCuW、上記したコバールなどの金属材の表面に絶縁処理したものから構成され、この底蓋12の上表面には電極パターン(第2電極)12a,12a,12a・・・が多数(例えば、32個)設けられている。この電極パターン12a,12a,12a・・・は、例えば、底蓋12上に銅(Cu)メッキを施した後、エッチングにより不要部を除去することにより形成されるものである。この他に、Mo−Mn法、W法により、メタライズ層を焼成により形成する方式もある。この場合は、セラミック材を加工しやすい焼成前のグリーンシートの状態でパターンを形成しても、焼成工程で電極パターンが溶解することがないので、平板以外の複雑な形状にも対応できる。
【0024】
熱電素子(ペルチェ素子)モジュール10aは、基板(第1基板)13と、この基板13上に形成された電極パターン(第1電極)13aと、P型半導体化合物素子14aと、N型半導体化合物素子14bと、導電パターン(導電層)15とから構成されている。基板13は底蓋12と同様なセラミック材、例えばアルミナ(Al23)、窒化アルミナ(AlN)、炭化珪素(SiC)などから構成され、この基板13上に、銅(Cu)メッキとエッチングにより電極パターン13aが形成されている。
【0025】
P型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bの両端部にはニッケルメッキが施されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメッキが施されている。そして、P型半導体化合物素子14aとN型半導体化合物素子14bとは交互に配置され、電極パターン13aと導電パターン15とによりP,N,P,Nの順に電気的に直列に接続されている。なお、P型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bの端部と電極パターン13aおよび導電パターン15とは、融点(Tm)が約240℃であるスズ(Sn)−アンチモン(Sb)ハンダからなる第2接合材16,17によりハンダ付けされている。
【0026】
ついで、上述のように構成される第1実施例の半導体レーザモジュール10の製造方法について説明する。
(1)第1接合工程
まず、上下面が開口した箱状のパッケージ本体11と、上表面に電極パターン(第2電極)12a,12a,12a・・・が多数(例えば、32個)設けられた底蓋12とを用意し、このパッケージ本体11の下端部に底蓋12を第1接合材、例えば、銀蝋あるいはガラスにより固着する。
【0027】
(2)第2接合工程
一方、その表面に多数の電極パターン13aが形成された基板13と、両端部にニッケルメッキを施しこのニッケルメッキ上にハンダメッキを施したP型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bと、導電パターン15とをそれぞれ用意する。そして、基板13に形成された多数の電極パターン13a上に、P型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bを交互に配列して、P型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bが電極パターン13aを介して電気的に直列に接続されるように、電極パターン13aとP型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bの一方の端部とを融点(Tm)が約240℃であるSn−Sbハンダからなる第2接合材16でハンダ付けする。
【0028】
(3)第3接合工程
ついで、P型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bの他方の端部とが導電パターン15を介して電気的に直列に接続されるように、P型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bの他方の端部上に導電パターン15を配置し、導電パターン15とP型半導体化合物素子14aおよびN型半導体化合物素子14bの他方の端部とを第2接合材、例えば、融点(Tm)が約240℃であるSn−Sbハンダからなる第2接合材17でハンダ付けして、熱電素子(ペルチェ素子)モジュール10aを作製する。なお、この第2接合工程と第3接合工程を同時に、即ち、1つの接合工程で行ってもよい。
【0029】
(4)第4接合工程
ついで、底蓋12が銀蝋付けあるいはガラス封着により固着されたパッケージ本体11の底蓋12に形成された多数の電極パターン12a,12a,12a・・・上に第3接合材、例えば、融点(Tm)が約182℃のスズ(Sn)−鉛(Pb)共晶ハンダからなるハンダクリーム18を塗布する。この後、パッケージ本体11内に、上述のようにして作製された熱電素子(ペルチェ素子)モジュール10aを基板13が上になるように逆さにして、底蓋12の電極パターン12aと、熱電素子(ペルチェ素子)モジュール10aの導電パターン15とが一致するように上から配置する。ついで、約182℃の温度に加熱した後、熱電素子(ペルチェ素子)モジュール10aを底蓋12に押圧しながら冷却して、電極パターン12aと導電パターン15とをハンダクリーム18で接合する。
【0030】
ついで、図7と同様に、基板13の上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダおよび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより固定し、パッケージ本体11の上端部に上蓋を気密に封止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、底蓋12の下面には図示しないヒートシンクが設けられ、半導体レーザ素子とペルチェ素子の発熱はヒートシンクを介して外部に放熱されるようになされる。
【0031】
上述したように、第1実施例においては、第1接合工程においてパッケージ本体11と底蓋12とは第1接合材により接合される。このとき、第1接合材の融点が高くても他の接合部に影響を与えることがないため、パッケージ本体11と底蓋12とは強固に接合されることとなる。ついで、第2接合工程において第1電極13aが形成された基板13上に複数のペルチェ素子14a,14bの一方の端部が第1接合材より融点が低い第2接合材16により接合される。
【0032】
この後、第3接合工程において、複数のペルチェ素子14a,14bの他方の端部に導電パターン(導電層)15を第2接合材17により接合するが、第2接合材17は第2接合工程での第2接合材16と同じ接合材であるため、ほとんど溶融することはない。ついで、第4接合工程において複数のペルチェ素子14a,14bの他方の端部が電極パターン(第2電極)12aに第3接合材18により接合されるが、第3接合材18は第2接合材16,17より融点が低いため、この接合時に第1接合材および第2接合材16,17は溶融することがない。この結果、再溶融時に発生するNi−Sn、Ni−Au等の脆い金属間化合物量が少なくなるため、接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高い接合部が得られるようになる。
【0033】
また、第3接合材18が第2接合材16,17と同等の融点をもつ場合、第4接合工程において第2接合材16,17が再溶融するデメリットがあるが、同時に溶けて同時に凝固するために、特に凝固時に発生する熱応力が小さいというメリットがある。このメリットは特に長期信頼性という観点で大きい。したがって、第2接合材16,17および第3接合材18の融点の選択は用途により行うことができる。
【0044】
第2実施例
ついで、第2実施例を図3および図4に基づいて説明する。なお、図3は本第2実施例のパッケージ本体を模式的に示す斜視図である。また、図4(a)は本第2実施例の熱電素子モジュールの要部を模式的に示す断面図であり、図4(b)はこの熱電素子モジュールを図3のパッケージ本体内に接合した状態の要部を模式的に示す断面図である。
【0045】
第2実施例の半導体レーザモジュール30は、図3および図4に示すように、上面が開口した有底で箱状のパッケージ本体31と、このパッケージ本体31と一体的に成形された底壁31dと、パッケージ本体31内に配置されるペルチェ素子モジュール30aとから構成される。なお、底壁31dの下面には図示しないヒートシンクが設けられている。ここで、底壁31dの上表面には電極パターン(第2電極)32,32,32・・・が多数(例えば、32個)設けられている。この電極パターンは、例えば、底壁となるグリーンシートが板状の状態のときに高融点金属(例えば、タングステン(W)など)をパターン状に付けておき、その後パッケージ本体31となるグリーン体と一体化させればよい。なお、底壁31dはパッケージ本体31の外周部より延出してフランジ部が設けられており、このフランジ部にパッケージ本体31を他の部品に固定するための貫通孔が設けられている。
【0046】
なお、有底のパッケージ本体31は、上述した第1実施例と同様に、フェルニコ系のFe54%,Ni29%,Co17%の合金(商品名:コバール(Kovar))又はFe58%,Ni42%の合金(商品名:42アロイ)などで構成されている。そして、有底のパッケージ本体31の一対の側壁には、上述した第1実施例と同様に、リード線31bが設けられたセラミックよりなる絶縁材31a,31aがハーメチックシールで設けられて、他の側壁には光取り出し窓31cが設けられている。
【0047】
熱電素子(ペルチェ素子)モジュール30aは、基板33と、この基板33上に形成された電極パターン(第1電極)34と、P型半導体化合物素子35aと、N型半導体化合物素子35bと、導電パターン36とから構成されている。基板33はセラミック材、例えばアルミナ(Al23)、窒化アルミナ(AlN)、炭化珪素(SiC)などから構成され、この基板33上に、銅(Cu)メッキとエッチングにより電極パターン34が形成されている。
【0048】
P型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bの両端部にはニッケルメッキが施されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメッキが施されている。そして、P型半導体化合物素子35aとN型半導体化合物素子35bとは交互に配置され、電極パターン34と導電パターン36とによりP,N,P,Nの順に電気的に直列に接続されている。なお、P型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bの端部と電極パターン34および導電パターン36とは、融点(Tm)が約240℃であるスズ(Sn)−アンチモン(Sb)ハンダからなる第2接合材37,38によりハンダ付けされている。
【0049】
ついで、上述のように構成される第2実施例の半導体レーザモジュール30の製造方法について説明する。
まず、上表面に多数の電極パターン32が設けられた底壁31dを有する箱状のパッケージ本体31を用意するとともに、その表面に多数の電極パターン34が形成された基板33と、両端部にニッケルメッキを施しこのニッケルメッキ上にハンダメッキを施したP型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bと、導電パターン(導電層)36とをそれぞれ用意する。
【0050】
(1)第1接合工程
ついで、基板33に形成された多数の電極パターン34上に、P型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bを交互に配列して、P型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bが電極パターン34を介して電気的に直列に接続されるように、電極パターン34とP型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bの一方の端部とを融点(Tm)が約240℃であるSn−Sbハンダからなる第2接合材37でハンダ付けする。
【0051】
(2)第2接合工程
ついで、P型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bの他方の端部とが導電パターン36を介して電気的に直列に接続されるように、P型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bの他方の端部上に導電パターン36を配置し、導電パターン36とP型半導体化合物素子35aおよびN型半導体化合物素子35bの他方の端部とを第2接合材、例えば、融点(Tm)が約240℃であるSn−Sbハンダからなる第2接合材38でハンダ付けして、熱電素子(ペルチェ素子)モジュール30aを作製する。なお、この第1接合工程と第2接合工程を同時に、即ち、1つの接合工程で行ってもよい。
【0052】
(3)第3接合工程
ついで、多数の電極パターン32,32,32・・・上に第3接合材、例えば、融点(Tm)が約182℃のスズ(Sn)−鉛(Pb)共晶ハンダからなるハンダクリーム39を塗布する。この後、パッケージ本体31内に、上述のようにして作製された熱電素子(ペルチェ素子)モジュール30aを基板33が上になるように逆さにして、電極パターン32と熱電素子(ペルチェ素子)モジュール30aの導電パターン36とが一致するように上から配置する。ついで、約182℃の温度に加熱した後、熱電素子(ペルチェ素子)モジュール30aをパッケージ本体31の底壁31dに押圧しながら冷却して、電極パターン32と導電パターン36とをハンダクリーム39で接合する。
【0053】
ついで、図7と同様に、基板33の上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダおよび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより固定し、パッケージ本体31の上端部に上蓋を気密に封止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、底蓋31dの下面には図示しないヒートシンクが設けられ、半導体レーザ素子とペルチェ素子の発熱はヒートシンクを介して外部に放熱されるようになされる。
【0054】
上述したように、第2実施例においては、第1接合工程において電極パターン(第1電極)34が形成された基板33上に複数のペルチェ素子35a,35bの一方の端部が第2接合材37により接合される。この後、第2接合工程において、複数のペルチェ素子35a,35bの他方の端部に導電パターン(導電層)36を第2接合材38により接合するが、第2接合材38は第1接合工程での第2接合材37と同じ接合材であるため、ほとんど溶融することはない。ついで、第3接合工程において複数のペルチェ素子35a,35bの他方の端部が電極パターン(第2電極)32に第3接合材39により接合されるが、第3接合材39は第2接合材37,38より融点が低いため、この接合時に第2接合材37,38は溶融することがない。この結果、再溶融時に発生するNi−Sn、Ni−Au等の脆い金属間化合物量が少なくなるため、接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高い接合部が得られるようになる。
【0055】
また、第3接合材39が第2接合材37,38と同等の融点をもつ場合、第3接合工程において第2接合材37,38が再溶融するデメリットがあるが、同時に溶けて同時に凝固するために、特に凝固時に発生する熱応力が小さいというメリットがある。このメリットは特に長期信頼性という観点で大きい。したがって、第2接合材37,38および第3接合材39の融点の選択は用途により行うことができる。
【0066】
第3実施例
ついで、第3実施例を図5および図6に基づいて説明する。なお、図5は本第3実施例のパッケージ本体を模式的に示す斜視図である。また、図6(a)は本第3実施例の熱電素子モジュールの要部を模式的に示す断面図であり、図6(b)はこの熱電素子モジュールを図5のパッケージ本体内に接合した状態の要部を模式的に示す断面図である。
【0067】
第3実施例の半導体レーザモジュール50は、図5および図6に示すように、上面が開口した有底で箱状のパッケージ本体51と、このパッケージ本体51と一体的に成形された底壁51dと、パッケージ本体51内に配置されるペルチェ素子モジュール50aとから構成される。なお、底壁51dの下面には図示しないヒートシンクが設けられている。ここで、底壁51dの上表面には電極パターン(第2電極)52,52,52・・・が多数(例えば、32個)設けられている。この電極パターンは、例えば、底壁となるグリーンシートが板状の状態のときに高融点金属(例えば、タングステン(W)など)をパターン状に付けておき、その後パッケージ本体51となるグリーン体と一体化させればよい。なお、底壁51dはパッケージ本体51の外周部と同じ大きさに形成されている。
【0068】
なお、有底のパッケージ本体51は、上述した第1実施例と同様に、フェルニコ系のFe54%,Ni29%,Co17%の合金(商品名:コバール(Kovar))又はFe58%,Ni42%の合金(商品名:42アロイ)などで構成されている。そして、有底のパッケージ本体51の一対の側壁には、上述した第1実施例と同様に、リード線51bが設けられたセラミックよりなる絶縁材51a,51aがハーメチックシールで設けられて、他の側壁には光取り出し窓51cが設けられている。なお、本第3実施例においては、有底のパッケージ本体51の下端に底壁51dの強度を補強するCu−W、コバール、アルミナ等のセラミックなどからなる補強板50bが接合されている。この補強板50bの端部にはパッケージ本体51を他の部品に固定するための貫通孔が設けられている。
【0069】
熱電素子(ペルチェ素子)モジュール50aは、基板53と、この基板53上に形成された電極パターン(第1電極)54と、P型半導体化合物素子55aと、N型半導体化合物素子55bと、導電パターン56とから構成されている。基板53はセラミック材、例えばアルミナ(Al23)、窒化アルミナ(AlN)、炭化珪素(SiC)などから構成され、この基板53上に、銅(Cu)メッキとエッチングにより電極パターン54が形成されている。
【0070】
P型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bの両端部にはニッケルメッキが施されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメッキが施されている。そして、P型半導体化合物素子55aとN型半導体化合物素子55bとは交互に配置され、電極パターン54と導電パターン56とによりP,N,P,Nの順に電気的に直列に接続されている。なお、P型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bの端部と電極パターン54および導電パターン56とは、融点(Tm)が約240℃であるスズ(Sn)−アンチモン(Sb)ハンダからなる第2接合材57,58によりハンダ付けされている。
【0071】
ついで、上述のように構成される第3実施例の半導体レーザモジュール50の製造方法について説明する。
まず、上表面に多数の電極パターン52が設けられた底壁51dを有する箱状のパッケージ本体51と、パッケージ本体51を他の部品に固定するための貫通孔が設けられた補強板50bを用意するとともに、その表面に多数の電極パターン54が形成された基板53と、両端部にニッケルメッキを施しこのニッケルメッキ上にハンダメッキを施したP型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bと、導電パターン56とをそれぞれ用意する。
【0072】
(1)第1接合工程
まず、上表面に多数の電極パターン52が設けられた底壁51dを有する箱状のパッケージ本体51の下面に補強板50bを第1接合材、例えば、銀蝋あるいはガラスにより固着する。
【0073】
(2)第2接合工程
ついで、基板53に形成された多数の電極パターン54上に、P型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bを交互に配列して、P型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bが電極パターン54を介して電気的に直列に接続されるように、電極パターン54とP型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bの一方の端部とを融点(Tm)が約240℃であるSn−Sbハンダからなる第2接合材57でハンダ付けする。
【0074】
(3)第3接合工程
ついで、P型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bの他方の端部とが導電パターン56を介して電気的に直列に接続されるように、P型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bの他方の端部上に導電パターン(導電層)56を配置し、導電パターン56とP型半導体化合物素子55aおよびN型半導体化合物素子55bの他方の端部とを第2接合材、例えば、融点(Tm)が約240℃であるSn−Sbハンダからなる第2接合材58でハンダ付けして、熱電素子(ペルチェ素子)モジュール50aを作製する。なお、この第2接合工程と第3接合工程を同時に、即ち、1つの接合工程で行ってもよい。
【0075】
(4)第4接合工程
ついで、多数の電極パターン52,52,52・・・上に第3接合材、例えば、融点(Tm)が約182℃のスズ(Sn)−鉛(Pb)共晶ハンダからなるハンダクリーム59を塗布する。この後、パッケージ本体51内に、上述のようにして作製された熱電素子(ペルチェ素子)モジュール50aを基板53が上になるように逆さにして、電極パターン52と熱電素子(ペルチェ素子)モジュール50aの導電パターン56とが一致するように上から配置する。ついで、約182℃の温度に加熱した後、熱電素子(ペルチェ素子)モジュール50aをパッケージ本体51の底壁51dに押圧しながら冷却して、電極パターン52と導電パターン56とをハンダクリーム59で接合する。
【0076】
ついで、図7と同様に、基板53の上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダおよび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより固定し、パッケージ本体51の上端部に上蓋を気密に封止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、パッケージ本体51の底壁51dに接合された補強板50bの下面には図示しないヒートシンクが設けられ、半導体レーザ素子とペルチェ素子の発熱はヒートシンクを介して外部に放熱されるようになされる。
【0077】
上述したように、第3実施例においては、第2接合工程において電極パターン(第1電極)54が形成された基板53上に複数のペルチェ素子55a,55bの一方の端部が第2接合材57により接合される。この後、第3接合工程において、複数のペルチェ素子55a,55bの他方の端部に導電パターン(導電層)56を第2接合材58により接合するが、第2接合材58は第2接合工程での第2接合材57と同じ接合材であるため、ほとんど溶融することはない。ついで、第4接合工程において複数のペルチェ素子55a,55bの他方の端部が電極パターン(第2電極)52に第3接合材59により接合されるが、第3接合材59は第2接合材57,58より融点が低いため、この接合時に第2接合材57,58は溶融することがない。この結果、再溶融時に発生するNi−Sn、Ni−Au等の脆い金属間化合物量が少なくなるため、接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高い接合部が得られるようになる。
【0078】
また、第3接合材59が第2接合材57,58と同等の融点をもつ場合、第4接合工程において第2接合材57,58が再溶融するデメリットがあるが、同時に溶けて同時に凝固するために、特に凝固時に発生する熱応力が小さいというメリットがある。このメリットは特に長期信頼性という観点で大きい。したがって、第2接合材57,58および第3接合材59の融点の選択は用途により行うことができる。
【0089】
上述したように、本発明においては、第1接合材は第2接合材よりも融点が高い接合材で、第2接合材は第3接合材よりも融点が高い接合材もしくは第3接合材と融点が等しい接合材として、各接合材の温度関係を規定しているので、接合強度が大きい接合部が形成されるとともに、信頼性の高い接合部が得られるようになる。
【0090】
なお、上述した第1実施例においては、パッケージ本体はコバールなどの熱伝導性が良好な材料を用い、底蓋は熱伝導性が良好で、パッケージ本体の熱膨張率とほぼ等しい熱膨張率を有するセラミック材を用いる例について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、パッケージ本体は熱伝導性が良くないセラミック材料とし、底蓋は熱伝導性が良好なセラミック材料(例えば、窒化アルミニウム)としてもよい。また、第2〜第3実施例のような底壁を一体化した有底のパッケージ本体を用いる場合は、熱伝導性が徐々に変化する機能傾斜材料を用いたり、同時焼結可能な異素材を用いてもよい。
【0091】
また、第2電極と底蓋あるいは底壁との間に薄い絶縁層を設けるようにすると、第2電極を薄膜あるいは厚膜でパターン形成できるようになるので、第2電極の形成が容易となる。さらに、パッケージ本体の上部に上蓋を接合するためのメタライズ層を設けたり、底蓋あるいは底壁の下面にヒートシンクを接合するためのメタライズ層を設けたりすると、さらに接合強度に優れたものが得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例のパッケージ本体およびその底蓋を示す図である。
【図2】 第1実施例の熱電素子モジュールおよびこの熱電素子モジュールを図1のパッケージ本体内に接合した状態を示す図である。
【図3】 第2実施例のパッケージを示す図である。
【図4】 第2実施例の熱電素子モジュールおよびこの熱電素子モジュールを図3のパッケージ本体内に接合した状態を示す図である。
【図5】 第3実施例のパッケージ本体を示す図である。
【図6】 第3実施例の熱電素子モジュールおよびこの熱電素子モジュールを図5のパッケージ本体内に接合した状態を示す図である。
【図7】 従来例の半導体レーザモジュールを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
10…半導体レーザモジュール、10a…ペルチェ素子モジュール、11…パッケージ本体、12a…電極パターン(第2電極)、13…基板、13a…電極パターン(第1電極)、14a…P型半導体化合物素子、14b…N型半導体化合物素子、15…導電パターン(導電層)、16…第2接合材、17…第2接合材、18…第3接合材(ハンダクリーム)、30…半導体レーザモジュール、30a…ペルチェ素子モジュール、31…パッケージ本体、31d…底壁、32…電極パターン(第2電極)、33…基板、34…電極パターン(第1電極)、35a…P型半導体化合物素子、35b…型半導体化合物素子、36…導電パターン(導電層)、37…第2接合材、38…第2接合材、39…第3接合材(ハンダクリーム)、50…半導体レーザモジュール、50a…ペルチェ素子モジュール、51…パッケージ本体、51d…底壁、52…電極パターン(第2電極)、53…基板、54…電極パターン(第1電極)、55a…P型半導体化合物素子、55b…型半導体化合物素子、56…導電パターン(導電層)、57…第2接合材、58…第2接合材、59…第3接合材(ハンダクリーム)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser module that is a coupler of a semiconductor laser element and an optical fiber used in an optical communication device or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a method for multiplexing and transmitting wavelengths (WDM) has been developed and put into practical use. In this method, since light of a plurality of wavelengths exists in one optical fiber, it is necessary to set the wavelength of one light source to ± 0.1 nm.
[0003]
A semiconductor laser element is used as a laser light source for such optical communication, and the semiconductor laser element and a lens are integrally accommodated in a package to constitute a semiconductor laser module, and the semiconductor laser module is coupled to an optical fiber. It is made to do. In such a semiconductor laser module, since the wavelength of the semiconductor laser changes when the ambient temperature changes, an electronic cooling element (hereinafter referred to as a Peltier element) is provided in the structure of the semiconductor laser module coupled to the optical fiber, The temperature of the semiconductor laser element is controlled.
[0004]
Such a semiconductor laser module 70 is, for example, FIG. As shown in FIG. 1, a package main body 71 constituting a butterfly type or DIP type package having lead wires provided with hermetic seals on a pair of side walls (not shown) is provided, and light is extracted from the other side wall of the package main body 71. A window 71a is provided. An airtight cover 71b is attached to the upper portion of the package body 71. Here, a Peltier element 72 composed of a plurality of P-type semiconductor compound elements and N-type semiconductor compound elements is sandwiched between a pair of insulating plates 72a, 72b in the package body 71, and a plurality of P's are formed by electrodes (not shown). Type element and a plurality of N type elements are electrically connected in series in the order of P, N, P, N, and lead wires (not shown) are connected to the electrodes joining the P type element and the N type element at the end. Configured.
[0005]
The insulating plates 72a and 72b are made of alumina or the like, and a metal conductor pattern (electrode pattern) that also serves as an electrode and fixing of the Peltier element 72 is formed as a thin film or a thick film thereon. A base plate 73 on which a semiconductor laser element 74, a lens 78, a light receiving element 77, and the like are mounted is fixed to the insulating plate 72a side, and the insulating plate 72b side is fixed to the inner bottom of the package body 71. The semiconductor laser element 74 is mounted on a heat sink 75. The heat sink 75 radiates heat from the semiconductor laser element 74 and uses a material (for example, diamond, SiC, silicon, etc.) having substantially the same expansion coefficient as the semiconductor laser element 74. Therefore, failure due to thermal stress is prevented.
[0006]
The heat sink 75 is mounted on a header 76, and the header 76 has terminals for electrodes of the semiconductor laser element 74. A light receiving element 77 for monitoring is provided at the rear of the header 76. The light receiving element 77 monitors a change in light output due to a temperature change or the like of the semiconductor laser element 74 so that the light output is always constant. Feedback is applied to the drive circuit. The lens 78 is fixed by a lens holder 79.
[0007]
The lens holder 79 is fixed to the base 73 with a YAG laser after adjusting the optical axis so that the laser beam emitted from the semiconductor laser element 74 and spread is converted into parallel light by the lens 78. This is because YAG laser welding with high fixation stability is used because the axial deviation sensitivity of the semiconductor laser element 74 and the lens 78 after optical adjustment is as severe as 1 μm or less. Thus, the laser light emitted from the semiconductor laser element 74 is converted into parallel light by the lens 78, and this parallel light passes through the light extraction window 71a.
[0008]
A sleeve 82 is disposed in front of the lens 78, and a ferrule is placed on the sleeve 82. 83 The lens 81 is fixed via the. Here, after adjusting the optical axis so that the laser light emitted from the semiconductor laser element 74 and passing through the light extraction window 71a is efficiently incident on the optical fiber 84 by the lens 81, YAG laser welding is performed at the A and B portions of the sleeve 82. It is fixed. Thereby, the light emitted from the semiconductor laser element 74 is efficiently coupled to the optical fiber 84 by the lenses 78 and 81. The temperature of such a semiconductor laser module is stable because the temperature of the semiconductor laser element 74 is constantly controlled by the Peltier element 72 and the temperature rise due to heat generation of the semiconductor laser element 74 is reduced. The heat generated by the semiconductor laser element 74 and the Peltier element 72 is radiated to the outside by a heat sink (not shown) attached to the package body 71.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The semiconductor laser module having the above configuration has a problem that since the electronic cooling element (for example, a Peltier element) 72 is mounted, the height direction is particularly limited, and it is difficult to reduce the size. In view of this, a semiconductor laser module having a small size and an excellent cooling capability has been proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-226679. In the semiconductor laser module proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-226779, the package body bottom lid and the lower substrate have a common structure, thereby enabling a reduction in size.
[0010]
However, in the semiconductor laser module proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-22679, a method is adopted in which a Peltier element is joined to the bottom lid of the package body and then the package body is joined to the bottom lid. Yes.
After the Peltier element is joined to the bottom lid of the package body, the package body is joined to the bottom lid. The junction between the bottom lid and the package body is based on the melting point of the joining material joining the bottom lid and the Peltier element. It is necessary to use a bonding material having a melting point higher than that of the bonding material for bonding the bottom cover and the Peltier element. Therefore, the bonding force between the bottom lid and the package body is low, resulting in a problem of lack of reliability.
[0011]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a semiconductor laser module capable of improving the reliability of the joint portion between the package body and the bottom lid of the package body and reducing the size. It is intended to do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor laser module of the present invention includes a first electrode formed on a substrate thermally coupled to a semiconductor laser element, and a second electrode formed on a bottom lid that seals the package body. A plurality of Peltier elements connected between the first and second electrodes, a first bonding material for bonding the package body and the bottom lid, and one end of the first electrode and the plurality of Peltier elements A second bonding material for bonding the second electrode, and the second electrode and the other end of the plurality of Peltier elements Through the conductive layer A first bonding material having a higher melting point than the second bonding material, and the second bonding material has a higher melting point than the third bonding material, or a third bonding material. The bonding material has the same melting point as the material.
[0013]
Thus, the first bonding material uses a bonding material having a higher melting point than the second bonding material, and the second bonding material has a higher melting point than the third bonding material or a bonding material having the same melting point as the third bonding material. When the package body and the bottom lid are joined by the first joining material, the other end of the plurality of Peltier elements joined to the first electrode by the second joining material is joined by the third joining material. Even when the two electrodes are joined, the first joining material is not melted when the third joining material is melted, so that a joining portion having a high joining strength is formed and a highly reliable joining portion is obtained. become. If a conductive layer is provided between the second electrode and the other end of the plurality of Peltier elements, the thickness of the second electrode can be reduced, so the second electrode can be formed as a thin film. It becomes possible, and can be formed of a refractory metal having a high resistance.
[0014]
If a package body in which the bottom wall on which the second electrode is formed is integrally formed is used, the bonding process between the package body and the bottom lid can be omitted, so that the bonding process can be reduced. The semiconductor laser module can be easily manufactured at a low cost. In this case, if the second electrode formed on the bottom wall is made of a refractory metal, the second electrode will not be melted even if the package body and the bottom lid are integrally formed. When the resistance value of the refractory metal is high and the conductivity is low, the refractory metal may be provided with a conductive layer having good conductivity.
[0015]
The method for manufacturing a semiconductor laser module according to the present invention includes a first bonding step of bonding a bottom lid for sealing the package body on which the second electrode is formed to the lower end of the package body with a first bonding material; A second bonding step of bonding one end of a plurality of Peltier elements on a substrate on which electrodes are formed with a second bonding material having a melting point lower than that of the first bonding material; and conducting to the other end of the plurality of Peltier elements Bonding layers with a second bonding material And the thermoelectric module A third joining step, and For thermoelectric module A fourth bonding step of bonding the bonded conductive layer to the second electrode with a third bonding material having a melting point lower than that of the second bonding material or a third bonding material having a melting point equal to that of the second bonding material.
[0016]
As described above, when the first joining step, the second joining step, the third joining step, and the fourth joining step are provided, the package body and the bottom cover are joined by the first joining material in the first joining step. . At this time, even if the melting point of the first bonding material is high, the other bonding portions are not affected, so that the package body and the bottom lid are firmly bonded. Alternatively, if the second joining process and the third joining process are performed at the same time, a single melting process is sufficient. That is, the remelting process itself of the second bonding material can be eliminated. Next, in the second bonding step, one end of the plurality of Peltier elements is bonded to the substrate on which the first electrode is formed by the second bonding material having a melting point lower than that of the first bonding material.
[0017]
Thereafter, in the third bonding step, the conductive layer is bonded to the other end of the plurality of Peltier elements by the second bonding material. The second bonding material is the same bonding material as the second bonding material in the second bonding step. Therefore, it hardly melts. Next, in the fourth joining step, the other ends of the plurality of Peltier elements are joined to the second electrode by the third joining material. Since the third joining material has a lower melting point than the second joining material, The first bonding material and the second bonding material do not melt. As a result, a joint with high joint strength is formed, and a highly reliable joint can be obtained.
[0018]
In addition, when the third bonding material has the same melting point as that of the second bonding material, there is a demerit that the second bonding material is remelted in the fourth bonding process. There is a merit that the thermal stress is small.
At this time, the melting points of the second bonding material used in the second bonding step, the second bonding material used in the third bonding step, and the third bonding material used in the fourth bonding step may be the same. In this case, since all the bonding materials have the same melting point, there is a demerit of remelting, but since all the bonding materials solidify at the same temperature, there is an advantage that there is little thermal stress remaining in the module.
[0019]
The first electrode is patterned on the substrate with a thin film or a thick film, and the second electrode is formed on the bottom cover with a thin film (in this case, for example, firing by the Mo-Mn method or W method) or a thick film (in this case If the pattern is formed by, for example, plating, each electrode can be easily formed. The first bonding material is preferably silver wax or glass, the second bonding material is preferably tin-antimony alloy solder, and the third bonding material is tin-lead eutectic solder or tin-antimony alloy solder. It is preferable that
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment of the present invention will be described. Example In order, FIG. FIG. Based on
[0021]
1. First embodiment
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1A is a perspective view schematically showing the package body of the first embodiment, and FIG. 1B is a perspective view schematically showing the bottom cover of the first embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing the main part of the thermoelectric element module of the first embodiment, and FIG. 2B is a diagram showing the thermoelectric element module joined in the package body of FIG. It is sectional drawing which shows the principal part of a state typically.
[0022]
As shown in FIGS. 1 to 2, the semiconductor laser module 10 according to the first embodiment includes a box-shaped package body 11 having an open top and bottom surface, a bottom lid 12 of the package body 11, and a package body 11. The Peltier element module 10a is arranged. A heat sink (not shown) is provided on the lower surface of the bottom cover 12. The package body 11 is made of a Fernico alloy of 54% Fe, 29% Ni, 17% Co (trade name: Kovar) or an alloy of 58% Fe, 42% Ni (trade name: 42 alloy). A pair of side walls of the package body 11 are provided with insulating materials 11a and 11a made of ceramic provided with lead wires 11b with hermetic seals to form a so-called butterfly type package. Further, a light extraction window 11c is provided on the other side wall.
[0023]
The bottom cover 12 is made of a ceramic material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the package body 11, such as alumina (Al 2 O Three ), Alumina nitride (AlN), silicon carbide (SiC), or the like, or CuW, the surface of a metal material such as Kovar described above is insulated, and an electrode pattern (second Electrodes) 12a, 12a, 12a... Are provided in large numbers (for example, 32). These electrode patterns 12a, 12a, 12a,... Are formed, for example, by performing copper (Cu) plating on the bottom cover 12 and then removing unnecessary portions by etching. In addition, there is a method in which the metallized layer is formed by firing using the Mo—Mn method or the W method. In this case, even if the pattern is formed in the state of the green sheet before firing, which is easy to process the ceramic material, the electrode pattern is not dissolved in the firing step, so that it can cope with complicated shapes other than the flat plate.
[0024]
The thermoelectric element (Peltier element) module 10a includes a substrate (first substrate) 13, an electrode pattern (first electrode) 13a formed on the substrate 13, a P-type semiconductor compound element 14a, and an N-type semiconductor compound element. 14 b and a conductive pattern (conductive layer) 15. The substrate 13 is made of a ceramic material similar to that of the bottom cover 12, such as alumina (Al 2 O Three ), Alumina nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and the like, and an electrode pattern 13a is formed on the substrate 13 by copper (Cu) plating and etching.
[0025]
Both ends of the P-type semiconductor compound element 14a and the N-type semiconductor compound element 14b are subjected to nickel plating, and solder plating is applied on the nickel plating. The P-type semiconductor compound elements 14a and the N-type semiconductor compound elements 14b are alternately arranged, and are electrically connected in series in the order of P, N, P, and N by the electrode pattern 13a and the conductive pattern 15. Note that the ends of the P-type semiconductor compound element 14a and the N-type semiconductor compound element 14b, the electrode pattern 13a, and the conductive pattern 15 are made of tin (Sn) -antimony (Sb) solder having a melting point (Tm) of about 240 ° C. Soldered by the second bonding materials 16 and 17.
[0026]
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser module 10 of the first embodiment configured as described above will be described.
(1) First joining process
First, a box-shaped package body 11 having an open top and bottom surface and a bottom lid 12 having a large number (for example, 32) of electrode patterns (second electrodes) 12a, 12a, 12a,. The bottom lid 12 is fixed to the lower end portion of the package body 11 with a first bonding material such as silver wax or glass.
[0027]
(2) Second joining process
On the other hand, a substrate 13 having a large number of electrode patterns 13a formed on the surface thereof, a P-type semiconductor compound element 14a and an N-type semiconductor compound element 14b which are plated with nickel on both ends and solder-plated on the nickel plating, Conductive patterns 15 are prepared. Then, P-type semiconductor compound elements 14a and N-type semiconductor compound elements 14b are alternately arranged on a large number of electrode patterns 13a formed on the substrate 13, and P-type semiconductor compound elements 14a and N-type semiconductor compound elements 14b are formed. The melting point (Tm) of the electrode pattern 13a and one end of the P-type semiconductor compound element 14a and the N-type semiconductor compound element 14b is about 240 ° C. so that they are electrically connected in series via the electrode pattern 13a. It solders with the 2nd joining material 16 which consists of a certain Sn-Sb solder.
[0028]
(3) Third joining step
Subsequently, the P-type semiconductor compound element 14a and the N-type semiconductor compound element 14a and the N-type semiconductor compound element 14b are electrically connected in series with each other through the conductive pattern 15. The conductive pattern 15 is disposed on the other end of the element 14b, and the conductive pattern 15 and the other end of the P-type semiconductor compound element 14a and the N-type semiconductor compound element 14b are connected to a second bonding material, for example, a melting point (Tm ) Is soldered with a second bonding material 17 made of Sn—Sb solder having a temperature of about 240 ° C. to produce a thermoelectric element (Peltier element) module 10a. In addition, you may perform this 2nd joining process and 3rd joining process simultaneously, ie, one joining process.
[0029]
(4) Fourth joining step
Next, a third bonding material such as a melting point is formed on a number of electrode patterns 12a, 12a, 12a... Formed on the bottom lid 12 of the package body 11 to which the bottom lid 12 is fixed by silver brazing or glass sealing. Solder cream 18 made of tin (Sn) -lead (Pb) eutectic solder having a Tm of about 182 ° C. is applied. Thereafter, the thermoelectric element (Peltier element) module 10a produced as described above is turned upside down in the package body 11 so that the substrate 13 faces upward, and the electrode pattern 12a of the bottom cover 12 and the thermoelectric element ( The Peltier element) is arranged from above so that the conductive pattern 15 of the module 10a matches. Next, after heating to a temperature of about 182 ° C., the thermoelectric element (Peltier element) module 10 a is cooled while being pressed against the bottom lid 12, and the electrode pattern 12 a and the conductive pattern 15 are joined with the solder cream 18.
[0030]
Next, Similar to FIG. On the substrate 13, a header on which a semiconductor laser element is mounted via a heat sink (not shown), a lens holder on which a lens is fixed, and a base plate on which a light receiving element is mounted are fixed by soldering, and an upper lid is attached to the upper end of the package body 11 Are hermetically sealed to form a semiconductor laser module. A heat sink (not shown) is provided on the lower surface of the bottom lid 12 so that heat generated by the semiconductor laser element and the Peltier element is radiated to the outside through the heat sink.
[0031]
As described above, in the first embodiment, the package body 11 and the bottom cover 12 are joined by the first joining material in the first joining step. At this time, even if the melting point of the first bonding material is high, the other bonding portions are not affected, so that the package body 11 and the bottom lid 12 are firmly bonded. Next, one end of the plurality of Peltier elements 14a and 14b is bonded to the substrate 13 on which the first electrode 13a is formed in the second bonding step by the second bonding material 16 having a melting point lower than that of the first bonding material.
[0032]
Thereafter, in the third bonding step, the conductive pattern (conductive layer) 15 is bonded to the other end of the plurality of Peltier elements 14a and 14b by the second bonding material 17, and the second bonding material 17 is bonded to the second bonding step. Since it is the same bonding material as the second bonding material 16 in FIG. Next, in the fourth bonding step, the other ends of the plurality of Peltier elements 14a and 14b are bonded to the electrode pattern (second electrode) 12a by the third bonding material 18, and the third bonding material 18 is the second bonding material. Since the melting point is lower than 16 and 17, the first bonding material and the second bonding material 16 and 17 are not melted during the bonding. As a result, the amount of brittle intermetallic compounds such as Ni—Sn and Ni—Au generated at the time of remelting is reduced, so that a joint with high joint strength is formed, and a highly reliable joint can be obtained. .
[0033]
Further, when the third bonding material 18 has a melting point equivalent to that of the second bonding materials 16 and 17, there is a demerit that the second bonding materials 16 and 17 are remelted in the fourth bonding step, but they are simultaneously melted and simultaneously solidified. Therefore, there is an advantage that the thermal stress generated during solidification is particularly small. This merit is particularly great in terms of long-term reliability. Accordingly, the melting points of the second bonding materials 16 and 17 and the third bonding material 18 can be selected depending on the application.
[0044]
2 . Second Example
Next, Second Example FIG. and FIG. Based on In addition, FIG. Is a book Second It is a perspective view which shows the package main body of an Example typically. Also, FIG. (A) is a book Second It is a cross-sectional view schematically showing the main part of the thermoelectric element module of the example, FIG. (B) shows this thermoelectric module FIG. It is sectional drawing which shows typically the principal part of the state joined in the package main body.
[0045]
Book Second The semiconductor laser module 30 of the embodiment includes: FIG. and FIG. As shown, the bottomed and box-shaped package body 31 having an open top surface, a bottom wall 31d formed integrally with the package body 31, and a Peltier element module 30a disposed in the package body 31 Composed. A heat sink (not shown) is provided on the lower surface of the bottom wall 31d. Here, a large number (for example, 32) of electrode patterns (second electrodes) 32, 32, 32... Are provided on the upper surface of the bottom wall 31d. For example, the electrode sheet has a plate-like green sheet as a bottom wall. State Sometimes, a refractory metal (for example, tungsten (W) or the like) is attached in a pattern and then integrated with the green body that becomes the package body 31. The bottom wall 31d extends from the outer peripheral portion of the package body 31 and is provided with a flange portion. The flange portion is provided with a through hole for fixing the package body 31 to other components.
[0046]
In addition, the bottomed package body 31 is a Fernico alloy of 54%, 29% Ni, 17% Co (trade name: Kovar) or an alloy of 58% Fe, 42% Ni, as in the first embodiment. (Trade name: 42 alloy). And, like the first embodiment described above, insulating materials 31a and 31a made of ceramic provided with lead wires 31b are provided on the pair of side walls of the bottomed package body 31 with hermetic seals, A light extraction window 31c is provided on the side wall.
[0047]
The thermoelectric element (Peltier element) module 30a includes a substrate 33, an electrode pattern (first electrode) 34 formed on the substrate 33, a P-type semiconductor compound element 35a, an N-type semiconductor compound element 35b, and a conductive pattern. 36. The substrate 33 is made of a ceramic material such as alumina (Al 2 O Three ), Alumina nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and the like, and an electrode pattern 34 is formed on the substrate 33 by copper (Cu) plating and etching.
[0048]
Both ends of the P-type semiconductor compound element 35a and the N-type semiconductor compound element 35b are plated with nickel, and solder plating is applied on the nickel plating. The P-type semiconductor compound elements 35a and the N-type semiconductor compound elements 35b are alternately arranged, and are electrically connected in series in the order of P, N, P, and N by the electrode pattern 34 and the conductive pattern 36. Note that the ends and electrode patterns of the P-type semiconductor compound element 35a and the N-type semiconductor compound element 35b 34 The conductive pattern 36 is soldered with second bonding materials 37 and 38 made of tin (Sn) -antimony (Sb) solder having a melting point (Tm) of about 240 ° C.
[0049]
Then configured as above Second A method for manufacturing the semiconductor laser module 30 of the embodiment will be described.
First, a box-shaped package body 31 having a bottom wall 31d provided with a large number of electrode patterns 32 on the upper surface is prepared, and a substrate 33 having a large number of electrode patterns 34 formed on the surface and nickel on both ends. A P-type semiconductor compound element 35a and an N-type semiconductor compound element 35b, which are plated and solder-plated on the nickel plating, and a conductive pattern (conductive layer) 36 are prepared.
[0050]
(1) First joining process
Next, P-type semiconductor compound elements 35a and N-type semiconductor compound elements 35b are alternately arranged on a large number of electrode patterns 34 formed on the substrate 33, so that the P-type semiconductor compound elements 35a and the N-type semiconductor compound elements 35b are formed. The melting point (Tm) is about 240 ° C. between the electrode pattern 34 and one end of the P-type semiconductor compound element 35a and the N-type semiconductor compound element 35b so that they are electrically connected in series via the electrode pattern 34. It solders with the 2nd joining material 37 which consists of a certain Sn-Sb solder.
[0051]
(2) Second joining process
Next, the P-type semiconductor compound element 35a and the N-type semiconductor compound element 35a and the N-type semiconductor compound element 35b are electrically connected in series with each other through the conductive pattern 36. A conductive pattern 36 is disposed on the other end of the element 35b, and the conductive pattern 36 and the other end of the P-type semiconductor compound element 35a and the N-type semiconductor compound element 35b are connected to a second bonding material, for example, a melting point (Tm ) Is soldered with the second bonding material 38 made of Sn—Sb solder having a temperature of about 240 ° C. to produce a thermoelectric element (Peltier element) module 30a. In addition, you may perform this 1st joining process and 2nd joining process simultaneously, ie, one joining process.
[0052]
(3) Third joining step
Next, a third bonding material, for example, a solder cream 39 made of tin (Sn) -lead (Pb) eutectic solder having a melting point (Tm) of about 182 ° C. is formed on a large number of electrode patterns 32, 32, 32. Apply. Thereafter, the thermoelectric element (Peltier element) module 30a produced as described above is turned upside down in the package main body 31 so that the substrate 33 faces upward, and the electrode pattern 32 and the thermoelectric element (Peltier element) module 30a are arranged. It arrange | positions from the top so that the conductive pattern 36 of this may correspond. Next, after heating to a temperature of about 182 ° C., the thermoelectric element (Peltier element) module 30 a is cooled while being pressed against the bottom wall 31 d of the package body 31, and the electrode pattern 32 and the conductive pattern 36 are joined with the solder cream 39. To do.
[0053]
Next, Similar to FIG. On the substrate 33, a header on which a semiconductor laser element is mounted via a heat sink (not shown), a lens holder on which a lens is fixed, and a base plate on which a light receiving element is mounted are fixed by soldering, and an upper lid is attached to the upper end portion of the package body 31. Are hermetically sealed to form a semiconductor laser module. A heat sink (not shown) is provided on the lower surface of the bottom cover 31d, and heat generated by the semiconductor laser element and the Peltier element is radiated to the outside through the heat sink.
[0054]
As mentioned above, Second In the embodiment, one end of the plurality of Peltier elements 35 a and 35 b is bonded by the second bonding material 37 on the substrate 33 on which the electrode pattern (first electrode) 34 is formed in the first bonding step. Thereafter, in the second bonding step, the conductive pattern (conductive layer) 36 is bonded to the other end of the plurality of Peltier elements 35a and 35b by the second bonding material 38. The second bonding material 38 is used in the first bonding step. Since it is the same joining material as the second joining material 37 in FIG. Next, in the third bonding step, the other ends of the plurality of Peltier elements 35a and 35b are bonded to the electrode pattern (second electrode) 32 by the third bonding material 39. The third bonding material 39 is the second bonding material. Since the melting point is lower than that of 37 and 38, the second bonding materials 37 and 38 are not melted during the joining. As a result, the amount of brittle intermetallic compounds such as Ni—Sn and Ni—Au generated at the time of remelting is reduced, so that a joint with high joint strength is formed, and a highly reliable joint can be obtained. .
[0055]
Further, when the third bonding material 39 has the same melting point as that of the second bonding material 37, 38, there is a demerit that the second bonding material 37, 38 is remelted in the third bonding step, but it melts at the same time and solidifies simultaneously. Therefore, there is an advantage that the thermal stress generated during solidification is particularly small. This merit is particularly great in terms of long-term reliability. Therefore, the melting points of the second bonding materials 37 and 38 and the third bonding material 39 can be selected depending on the application.
[0066]
3 . Third Example
Next, Third Example FIG. and FIG. Based on In addition, FIG. Is a book Third It is a perspective view which shows the package main body of an Example typically. Also, FIG. (A) is a book Third It is a cross-sectional view schematically showing the main part of the thermoelectric element module of the example, FIG. (B) shows this thermoelectric module FIG. It is sectional drawing which shows typically the principal part of the state joined in the package main body.
[0067]
Book Third The semiconductor laser module 50 of the embodiment includes: FIG. and FIG. As shown in FIG. 1, a bottomed and box-shaped package main body 51 having an open top surface, a bottom wall 51d molded integrally with the package main body 51, and a Peltier element module 50a disposed in the package main body 51 Composed. A heat sink (not shown) is provided on the bottom surface of the bottom wall 51d. Here, a large number (for example, 32) of electrode patterns (second electrodes) 52, 52, 52... Are provided on the upper surface of the bottom wall 51d. For example, the electrode sheet has a plate-like green sheet as a bottom wall. State Sometimes, a refractory metal (for example, tungsten (W)) is applied in a pattern and then integrated with the green body that becomes the package body 51. The bottom wall 51d is formed to have the same size as the outer peripheral portion of the package body 51.
[0068]
In addition, the bottomed package body 51 is a Fernico alloy of 54%, Ni 29%, Co 17% (trade name: Kovar) or an alloy of Fe 58%, Ni 42%, as in the first embodiment. (Trade name: 42 alloy). Further, as in the first embodiment, the pair of side walls of the bottomed package body 51 are provided with insulating materials 51a and 51a made of ceramic provided with lead wires 51b by hermetic seals, A light extraction window 51c is provided on the side wall. Book Third In the embodiment, a reinforcing plate 50b made of a ceramic such as Cu-W, Kovar, or alumina that reinforces the strength of the bottom wall 51d is joined to the lower end of the bottomed package body 51. A through-hole for fixing the package main body 51 to other parts is provided at the end of the reinforcing plate 50b.
[0069]
The thermoelectric element (Peltier element) module 50a includes a substrate 53, an electrode pattern (first electrode) 54 formed on the substrate 53, a P-type semiconductor compound element 55a, an N-type semiconductor compound element 55b, and a conductive pattern. 56. The substrate 53 is a ceramic material such as alumina (Al 2 O Three ), Alumina nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and the like, and an electrode pattern 54 is formed on the substrate 53 by copper (Cu) plating and etching.
[0070]
Both ends of the P-type semiconductor compound element 55a and the N-type semiconductor compound element 55b are plated with nickel, and solder plating is applied on the nickel plating. The P-type semiconductor compound elements 55a and the N-type semiconductor compound elements 55b are alternately arranged, and are electrically connected in series in the order of P, N, P, and N by the electrode pattern 54 and the conductive pattern 56. End portions and electrode patterns of the P-type semiconductor compound element 55a and the N-type semiconductor compound element 55b 54 The conductive pattern 56 is soldered by second bonding materials 57 and 58 made of tin (Sn) -antimony (Sb) solder having a melting point (Tm) of about 240 ° C.
[0071]
Then configured as above Third Example semiconductor laser module 50 The manufacturing method will be described.
First, a box-shaped package main body 51 having a bottom wall 51d provided with a large number of electrode patterns 52 on the upper surface and a reinforcing plate 50b provided with through holes for fixing the package main body 51 to other components are prepared. In addition, a substrate 53 having a large number of electrode patterns 54 formed on the surface thereof, and a P-type semiconductor compound element 55a and an N-type semiconductor compound element 55b in which both ends are plated with nickel and solder plated on the nickel plating, The conductive pattern 56 is prepared.
[0072]
(1) First joining process
First, the reinforcing plate 50b is fixed to the lower surface of the box-shaped package body 51 having the bottom wall 51d provided with a large number of electrode patterns 52 on the upper surface with a first bonding material, for example, silver wax or glass.
[0073]
(2) Second joining process
Next, P-type semiconductor compound elements 55a and N-type semiconductor compound elements 55b are alternately arranged on a large number of electrode patterns 54 formed on the substrate 53, so that the P-type semiconductor compound elements 55a and the N-type semiconductor compound elements 55b are formed. The melting point (Tm) of the electrode pattern 54 and one end of the P-type semiconductor compound element 55a and the N-type semiconductor compound element 55b is about 240 ° C. so that they are electrically connected in series via the electrode pattern 54. It solders with the 2nd joining material 57 which consists of a certain Sn-Sb solder.
[0074]
(3) Third joining step
Subsequently, the P-type semiconductor compound element 55a and the N-type semiconductor compound element 55a and the N-type semiconductor compound element 55b are electrically connected in series with each other through the conductive pattern 56. A conductive pattern (conductive layer) 56 is disposed on the other end of the element 55b, and the conductive pattern 56 and the other end of the P-type semiconductor compound element 55a and the N-type semiconductor compound element 55b are connected to a second bonding material, for example, The thermoelectric element (Peltier element) module 50a is manufactured by soldering with a second bonding material 58 made of Sn—Sb solder having a melting point (Tm) of about 240 ° C. In addition, this 2nd joining process and 3rd joining process May be performed simultaneously, that is, in one joining step.
[0075]
(4) Fourth joining step
Next, a third bonding material, for example, a solder cream 59 made of tin (Sn) -lead (Pb) eutectic solder having a melting point (Tm) of about 182 ° C. is formed on a large number of electrode patterns 52, 52, 52. Apply. Thereafter, the thermoelectric element (Peltier element) module 50a manufactured as described above is turned upside down in the package main body 51 so that the substrate 53 faces upward, and the electrode pattern 52 and the thermoelectric element (Peltier element) module 50a are arranged. It arrange | positions from the top so that the conductive pattern 56 may correspond. Next, after heating to a temperature of about 182 ° C., the thermoelectric element (Peltier element) module 50 a is cooled while being pressed against the bottom wall 51 d of the package body 51, and the electrode pattern 52 and the conductive pattern 56 are joined with the solder cream 59. To do.
[0076]
Next, Similar to FIG. On the substrate 53, a header on which a semiconductor laser element is mounted via a heat sink (not shown), a lens holder on which a lens is fixed, and a base plate on which a light receiving element is mounted are fixed by soldering. Are hermetically sealed to form a semiconductor laser module. Na Oh, Bottom wall 51 of package body 51 d A heat sink (not shown) is provided on the lower surface of the bonded reinforcing plate 50b, and heat generated by the semiconductor laser element and the Peltier element is radiated to the outside through the heat sink.
[0077]
As mentioned above, Third In the embodiment, one end of the plurality of Peltier elements 55 a and 55 b is bonded by the second bonding material 57 on the substrate 53 on which the electrode pattern (first electrode) 54 is formed in the second bonding step. Thereafter, in the third bonding step, the conductive pattern (conductive layer) 56 is bonded to the other end of the plurality of Peltier elements 55a and 55b by the second bonding material 58. The second bonding material 58 is bonded to the second bonding step. Since the second bonding material 57 is the same as the second bonding material 57, it is hardly melted. Next, in the fourth bonding step, the other ends of the plurality of Peltier elements 55a and 55b are bonded to the electrode pattern (second electrode) 52 by the third bonding material 59. The third bonding material 59 is the second bonding material. Since the melting point is lower than those of 57 and 58, the second bonding materials 57 and 58 are not melted during this joining. As a result, the amount of brittle intermetallic compounds such as Ni—Sn and Ni—Au generated at the time of remelting is reduced, so that a joint with high joint strength is formed, and a highly reliable joint can be obtained. .
[0078]
Further, when the third bonding material 59 has the same melting point as the second bonding materials 57 and 58, there is a demerit that the second bonding materials 57 and 58 are remelted in the fourth bonding step, but they are simultaneously melted and simultaneously solidified. Therefore, there is an advantage that the thermal stress generated during solidification is particularly small. This merit is particularly great in terms of long-term reliability. Therefore, the melting points of the second bonding materials 57 and 58 and the third bonding material 59 can be selected depending on the application.
[0089]
As described above, in the present invention, the first bonding material is a bonding material having a melting point higher than that of the second bonding material, and the second bonding material is a bonding material having a melting point higher than that of the third bonding material or the third bonding material. Since the bonding material having the same melting point defines the temperature relationship between the bonding materials, a bonding portion with high bonding strength is formed and a highly reliable bonding portion can be obtained.
[0090]
The above-mentioned number 1 fruit In the example, the package body uses a material having good thermal conductivity such as Kovar, and the bottom cover uses a ceramic material having a good thermal conductivity and a thermal expansion coefficient almost equal to the thermal expansion coefficient of the package body. However, the present invention is not limited to this. For example, the package body may be made of a ceramic material with poor thermal conductivity, and the bottom cover may be made of a ceramic material with good thermal conductivity (for example, aluminum nitride). Also, 2nd to 3rd When using a bottomed package body in which the bottom wall is integrated as in the embodiment, a functionally graded material whose thermal conductivity gradually changes may be used, or different materials that can be simultaneously sintered may be used.
[0091]
If a thin insulating layer is provided between the second electrode and the bottom lid or the bottom wall, the second electrode can be patterned with a thin film or a thick film, so that the second electrode can be easily formed. . Furthermore, if a metallized layer for bonding the upper lid is provided on the upper part of the package body, or if a metallized layer for bonding the heat sink is provided on the bottom surface of the bottom lid or the bottom wall, a material having further excellent bonding strength can be obtained. It becomes like this.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a package main body and a bottom lid thereof according to a first embodiment.
2 is a diagram showing a thermoelectric element module according to a first embodiment and a state in which the thermoelectric element module is joined in the package body of FIG. 1; FIG.
[Fig. 3] Second It is a figure which shows the package of an Example.
[Fig. 4] Second Example thermoelectric module and the thermoelectric module FIG. It is a figure which shows the state joined in the package main body.
[Figure 5] Third It is a figure which shows the package main body of an Example.
[Fig. 6] Third Example thermoelectric module and the thermoelectric module FIG. It is a figure which shows the state joined in the package main body.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a conventional semiconductor laser module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor laser module, 10a ... Peltier device module, 11 ... Package body, 12a ... Electrode pattern (second electrode), 13 ... Substrate, 13a ... Electrode pattern (first electrode), 14a ... P-type semiconductor compound device, 14b ... N-type semiconductor compound element, 15 ... conductive pattern (conductive layer), 16 ... second bonding material, 17 ... second bonding material, 18 ... third bonding material (solder cream), 30 ... semiconductor laser module, 30a ... Peltier Element module 31 ... Package body 31d ... Bottom wall 32 ... Electrode pattern (second electrode) 33 ... Substrate 34 ... Electrode pattern (first electrode) 35a ... P-type semiconductor compound element 35b ... Type semiconductor compound Element, 36 ... conductive pattern (conductive layer), 37 ... second bonding material, 38 ... second bonding material, 39 ... third bonding material (solder cream), 50 ... Conductor laser module, 50a ... Peltier element module, 51 ... package body, 51d ... bottom wall, 52 ... electrode pattern (second electrode), 53 ... substrate, 54 ... electrode pattern (first electrode), 55a ... P-type semiconductor compound Element, 55b ... type semiconductor compound element, 56 ... conductive pattern (conductive layer), 57 ... second bonding material, 58 ... second bonding material, 59 ... third bonding material (solder cream)

Claims (7)

半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子を冷却するようにした半導体レーザモジュールであって、
前記半導体レーザ素子に熱的に結合される基板に形成された第1電極と、
前記パッケージ本体を封止する底蓋に形成された第2電極と、
前記第1および第2電極の間に接続された複数のペルチェ素子と、
前記パッケージ本体と前記底蓋とを接合する第1接合材と、
前記第1電極と前記複数のペルチェ素子の一方の端部とを接合する第2接合材と、
前記第2電極と前記複数のペルチェ素子の他方の端部とを導電層を介して接合する第3接合材とを備え、
前記第1接合材は前記第2接合材よりも融点が高い接合材であり、かつ前記第2接合材は前記第3接合材よりも融点が高い接合材もしくは前記第3接合材と融点が等しい接合材であることを特徴とする半導体レーザモジュール。
A semiconductor laser module that houses a semiconductor laser element in a package body, and cools the semiconductor laser element in the package body,
A first electrode formed on a substrate thermally coupled to the semiconductor laser element;
A second electrode formed on a bottom lid for sealing the package body;
A plurality of Peltier elements connected between the first and second electrodes;
A first bonding material for bonding the package body and the bottom lid;
A second bonding material for bonding the first electrode and one end of the plurality of Peltier elements;
A third bonding material for bonding the second electrode and the other end of the plurality of Peltier elements via a conductive layer ;
The first bonding material is a bonding material having a melting point higher than that of the second bonding material, and the second bonding material has a melting point equal to that of the bonding material having a melting point higher than that of the third bonding material or the third bonding material. A semiconductor laser module which is a bonding material.
半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子を冷却するようにした半導体レーザモジュールであって、
前記半導体レーザ素子に熱的に結合される基板に形成された第1電極と、
前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁に形成された第2電極と、
前記第1および第2電極の間に接続された複数のペルチェ素子と、
前記第1電極と前記複数のペルチェ素子の一方の端部とを接合する第2接合材と、
前記第2電極と前記複数のペルチェ素子の他方の端部とを導電層を介して接合する第3接合材とを備え、
前記第2接合材は前記第3接合材よりも融点が高い接合材もしくは前記第3接合材と融点が等しい接合材であることを特徴とする半導体レーザモジュール。
A semiconductor laser module that houses a semiconductor laser element in a package body, and cools the semiconductor laser element in the package body,
A first electrode formed on a substrate thermally coupled to the semiconductor laser element;
A second electrode formed on a bottom wall formed integrally with the package body;
A plurality of Peltier elements connected between the first and second electrodes;
A second bonding material for bonding the first electrode and one end of the plurality of Peltier elements;
A third bonding material for bonding the second electrode and the other end of the plurality of Peltier elements via a conductive layer ;
2. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the second bonding material is a bonding material having a melting point higher than that of the third bonding material or a bonding material having the same melting point as that of the third bonding material.
半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子を冷却するようにした半導体レーザモジュールであって、
前記半導体レーザ素子に熱的に結合される基板に形成された第1電極と、
前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁に形成された第2電極と、
前記第1および第2電極の間に接続された複数のペルチェ素子と、
前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁を補強する補強板と該底壁とを接合する第1接合材と、
前記第1電極と前記複数のペルチェ素子の一方の端部とを接合する第2接合材と、
前記第2電極と前記複数のペルチェ素子の他方の端部とを導電層を介して接合する第3接合材とを備え、
前記第1接合材は前記第2接合材よりも融点が高い接合材であり、かつ前記第2接合材は前記第3接合材よりも融点が高い接合材もしくは前記第3接合材と融点が等しい接合材であることを特徴とする半導体レーザモジュール。
A semiconductor laser module that houses a semiconductor laser element in a package body, and cools the semiconductor laser element in the package body,
A first electrode formed on a substrate thermally coupled to the semiconductor laser element;
A second electrode formed on a bottom wall formed integrally with the package body;
A plurality of Peltier elements connected between the first and second electrodes;
A reinforcing plate for reinforcing a bottom wall formed integrally with the package body and a first bonding material for joining the bottom wall;
A second bonding material for bonding the first electrode and one end of the plurality of Peltier elements;
A third bonding material for bonding the second electrode and the other end of the plurality of Peltier elements via a conductive layer ;
The first bonding material is a bonding material having a melting point higher than that of the second bonding material, and the second bonding material has a melting point equal to that of the bonding material having a melting point higher than that of the third bonding material or the third bonding material. A semiconductor laser module which is a bonding material.
前記第1電極は前記基板上にパターン形成された薄膜あるいは厚膜であり、前記第2電極は前記底蓋あるいは前記底壁上にパターン形成された薄膜あるいは厚膜であることを特徴とする請求項1から請求項のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。The first electrode is a thin film or a thick film patterned on the substrate, and the second electrode is a thin film or a thick film patterned on the bottom lid or the bottom wall. The semiconductor laser module according to any one of claims 1 to 3 . 半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子を冷却するようにした半導体レーザモジュールの製造方法であって、
第2電極が形成された前記パッケージ本体を封止する底蓋を該パッケージ本体の下端に第1接合材により接合する第1接合工程と、
第1電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一方の端部を前記第1接合材より融点が低い第2接合材により接合する第2接合工程と、
前記複数のペルチェ素子の他方の端部に導電層を前記第2接合材により接合して熱電素子モジュールとする第3接合工程と、
前記熱電素子モジュールに接合された導電層を前記第2電極に前記第2接合材より融点が低い第3接合材あるいは前記第2接合材と融点が等しい第3接合材により接合する第4接合工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor laser module, wherein a semiconductor laser element is accommodated in a package body, and the semiconductor laser element is cooled in the package body,
A first joining step of joining a bottom lid for sealing the package body on which the second electrode is formed to the lower end of the package body with a first joining material;
A second bonding step of bonding one end of a plurality of Peltier elements on the substrate on which the first electrode is formed by a second bonding material having a melting point lower than that of the first bonding material;
A third joining step in which a conductive layer is joined to the other end of the plurality of Peltier elements by the second joining material to form a thermoelectric element module ;
A fourth bonding step of bonding the conductive layer bonded to the thermoelectric element module to the second electrode by a third bonding material having a melting point lower than that of the second bonding material or a third bonding material having a melting point equal to that of the second bonding material; A method for manufacturing a semiconductor laser module.
半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子を冷却するようにした半導体レーザモジュールの製造方法であって、
第1電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一方の端部を第2接合材により接合する第1接合工程と、
前記複数のペルチェ素子の他方の端部に導電層を前記第2接合材により接合して熱電素子モジュールとする第2接合工程と、
前記熱電素子モジュールに接合された導電層を前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁に形成された第2電極に前記第2接合材より融点が低い第3接合材あるいは前記第2接合材と融点が等しい第3接合材により接合する第3接合工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor laser module, wherein a semiconductor laser element is accommodated in a package body, and the semiconductor laser element is cooled in the package body,
A first bonding step of bonding one end of a plurality of Peltier elements with a second bonding material on the substrate on which the first electrode is formed;
A second joining step in which a conductive layer is joined to the other end of the plurality of Peltier elements by the second joining material to form a thermoelectric element module ;
A third bonding material having a melting point lower than that of the second bonding material or a second bonding material formed on a bottom wall formed integrally with the package main body by bonding the conductive layer bonded to the thermoelectric element module. And a third bonding step of bonding with a third bonding material having the same melting point.
半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子を冷却するようにした半導体レーザモジュールの製造方法であって、
内面に第2電極が形成された前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁の外面を該底壁を補強する補強板に第1接合材により接合する第1接合工程と、
第1電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一方の端部を前記第1接合材より融点が低い第2接合材により接合する第2接合工程と、
前記複数のペルチェ素子の他方の端部に導電層を前記第2接合材により接合して熱電素子モジュールとする第3接合工程と、
前記熱電素子モジュールに接合された導電層を前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁に形成された第2電極に前記第2接合材より融点が低い第3接合材あるいは前記第2接合材と融点が等しい第3接合材により接合する第3接合工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor laser module, wherein a semiconductor laser element is accommodated in a package body, and the semiconductor laser element is cooled in the package body,
A first joining step of joining an outer surface of a bottom wall formed integrally with the package body having a second electrode formed on an inner surface to a reinforcing plate that reinforces the bottom wall with a first joining material;
A second bonding step of bonding one end of a plurality of Peltier elements on the substrate on which the first electrode is formed by a second bonding material having a melting point lower than that of the first bonding material;
A third joining step in which a conductive layer is joined to the other end of the plurality of Peltier elements by the second joining material to form a thermoelectric element module ;
A third bonding material having a melting point lower than that of the second bonding material or a second bonding material formed on a bottom wall formed integrally with the package main body by bonding the conductive layer bonded to the thermoelectric element module. And a third bonding step of bonding with a third bonding material having the same melting point.
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