JPH0617260U - 気密封止ケース一体型ペルチェクーラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案が、放熱性が良好で信頼性の高い気密
封止ケース一体型ペルチェクーラを提供することを目的
とする。 【構成】 本考案では、気密封止ケース１の少なくとも
一面にペルチェクーラの放熱板２を、一体的に結合せし
め、ケース１の壁面の一部を構成するようにしたことを
特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、気密封止ケース一体型ペルチェクーラーに係り、特にその低温部 と高温部との温度差が大きいものに用いるペルチェクーラーの実装構造に関する ものである。

【０００２】

【従来の技術】

高速光ファイバ通信用光源として広く用いられているレーザダイオードモジ ュールの発振波長、発振閾値電流、量子効率等の特性を安定させるためには、レ ーザダイオードの温度を高精度に制御する必要があり、この冷却源としてペルチ ェ素子が用いられている。

【０００３】 ペルチェ素子は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とを、金属を介して接合してＰＮ素 子対を形成し、この接合部を流れる電流の方向によって一方の端部が発熱せしめ られると共に他方の端部が冷却せしめられるいわゆるペルチェ効果を利用したも ので、小型で構造が簡単なことから、携帯用ク―ラ等いろいろなデバイスに幅広 い利用が期待されている。

【０００４】 このような素子を多数個集めて形成したサ―モモジュ―ルをレーザダイオード の冷却に用いた場合、例えば、図４に示すように、コバール合金からなるケース １０１内の内壁にヒートスプレッダー１０２を介してサーモモジュール１０３の 放熱面側を半田層１０５を介して固着し、冷却面側にチップキャリア１１１を載 置しこれにレーザダイオードチップ１１２を搭載している。そしてこのレーザダ イオード１１２からの光をレンズ１１５を介して光ファイバ１２６に導き、さら にこれを所望の場所に導くようにしている。ここでサーモモジュールＳは、アル ミナセラミックス基板等の熱伝導性の良好な絶縁性基板からなる第１および第２ の熱交換基板２，３間にこれに対して良好な熱接触性をもつように多数個のＰＮ 素子対６が挟持せしめられると共に、各素子対６間を夫々第１および第２の電極 ４，５によって直列接続せしめられて構成されている。

【０００５】 そして、この第１および第２の電極４，５は大電流にも耐え得るように通常銅 板からなり、熱交換基板２，３表面に形成された導電体層パタ―ン上に半田等の 溶着層を介して固着されている。

【０００６】 更にこの第１および第２の電極上には、半田層を介してＰ型熱電素子又はＮ型 熱電素子が交互に夫々１対ずつ固着せしめられ、ＰＮ素子対６を構成すると共に 各素子対間は直列接続されている。

【０００７】 ところで、上述したような赤外線センサや半導体レーザは、受光面、発光面の 汚れからの保護やレンズなどの光学部品のアライメントずれを防ぐために、一般 に気密封止ケースに収納して用いられる。しかしながら、その際、これらのデバ イスはデバイスの温度が一定である必要があるため、気密封止ケースとこれらの デバイスの間にペルチェ素子を用いた小型のサーモモジュールを設置し、通常は サーモモジュールの放熱板を半田等でケースの内壁に固着している。

【０００８】 通常この気密封止ケースには、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金すなわちコバール合金が 用いられる。これはケースからリードを導出しなければならないが、リードを気 密性よく引き出すには通常コバールガラスが用いられており、コバールガラスと の熱膨張率の差の小さい材料として選択されたのがコバール合金であり、従来か ら慣用的に用いられている。

【０００９】

【考案が解決しようとする問題点】

しかしながら、コバール合金は熱伝導性があまり良くないため、高出力の半 導体レーザの恒温化に用いる場合、高出力の半導体レーザの排熱はクーラを介し て気密封止ケースの放熱用壁面からなされるが、ケース自体の熱抵抗が大きく、 クーラの放熱が困難になりつつある。例えば、クーラー放熱部からケース放熱壁 を通して周囲に熱放散する際の熱等価回路定数ｒ1 は６．８℃／Ｗにもなる。こ のため、クーラと半導体レーザの両方の排熱量は１Watt以上あり、それだけで７ ℃以上の温度上昇をきたしてしまうという問題があった。（電子通信学会論文誌 Ｃ−Π VolJ72-C- ΠNo91pp.847〜853 ） そこで放熱性を高めるために、ペルチェ素子の放熱側から銅板を介して放熱フ ィンに導くようにしたりするなど種々の工夫がなされている。

【００１０】 しかしながら、十分に放熱を行うことができないという問題があった。

【００１１】 本考案は前記実情に鑑みてなされたもので、放熱性が良好で信頼性の高い気密 封止ケース一体型ペルチェクーラを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

そこで本考案では、気密封止ケースの少なくとも一面にペルチェクーラの放 熱板を、一体的に結合せしめ、ケースの壁面の一部を構成するようにしたことを 特徴とする。

【００１３】 望ましくはケースの壁面にペルチェクーラの放熱板と同じ大きさの窓を形成し 、この窓にペルチェクーラの放熱板を、一体的に結合せしめるようにしている。

【００１４】 また望ましくは、気密封止ケースはコバール合金で構成し、ペルチェクーラの 放熱板はアルミナセラミックで構成している。

【００１５】

【作用】

上記構成によれば、熱は直接クーラの放熱板からケース外部に放出されるた め、熱抵抗は極めて小さく、効率よく排出され、気密封止ケース内部に設置され る半導体レーザ等のデバイスの性能を良好に発揮せしめることができる。

【００１６】 またアルミナセラミックの熱膨張率はコバール合金の熱膨張率に近いため、上 下基板の温度差が大きい場合でも、熱応力によるクラックの発生もなく良好に固 着状態を維持することができる。

【００１７】 また、かかる構造によれば、熱交換基板上に配線パターンを形成するとともに 、電極パターンを形成しておき、これに熱電半導体を固着し電気的接続を行うよ うにすれば、導体パタ―ンに電極板を位置決めする工程や固着工程等が不要とな り、工程の大幅な簡略化をはかることができると共に、配線パタ―ンと電極との 位置ずれが生じることもなく、信頼性を高めることができる。

【００１８】

【実施例】

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１９】 実施例１ このレーザモジュールは、図１に示すように、図４に示した従来例のレーザモ ジュールの、コバール合金からなるケース１の底部に窓を開け、この窓にサーモ モジュールＳの放熱側のアルミナセラミック基板２をろう付けするとともに、さ らにこのアルミナセラミック基板に直接放熱フィン１７を取り付けたことを特徴 とするものである。

【００２０】 このサーモモジュールは、アルミナセラミック基板２，３表面に銅電極４，５ をセミアディティブ法もしくは銅ペースト焼成膜で数１０μm 形成し、これに熱 電半導体６をろう付けしたものである。他の部分についてはほぼ図４に示した従 来例のレーザモジュールと同様に形成されているが、ここでリード７，８は、ケ ースの底に形成された孔Ｈから導出されコバールガラス９によって固着され、ケ ース内部は密閉されている。またケース１の上部はカバー１０によって、密閉さ れている。さらにチップキャリア１１にはレーザダイオードチップ１２の他にレ ーザダイオードの発光をモニタするモニタダイオード１３と、温度変化に対して 抵抗値を補償するためのサーミスタ１４とが搭載されている。１５はボールレン ズ、１６は光ファイバである。

【００２１】 このレーザモジュールによれば、効率よく排熱を行うことができるため、安定 した発振波長を長時間にわたりかつ高出力で維持することができ、極めて信頼性 の高いものとなっている。

【００２２】 また、破損も脱落もなく極めて信頼性の高いものとなっている。

【００２３】 なお、前記実施例１では、基板としてアルミナセラミック、電極として銅タン グステンを用いたが、これに限定されることなく、他の材料の組み合わせを用い ても良い。

【００２４】 実施例２ 次に、本発明の第２の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２５】 前記実施例では、サーモモジュールの熱交換基板２は、リード７，８取りだし 面と同一の面に形成されたが、この例では図２に示すように他の面すなわち側面 に取り付けられたことを特徴とする。他は前記第１の実施例と同様に形成されて いる。なお、同一箇所には同一符号を付した。

【００２６】 この構造では、前記実施例の効果に加え、放熱フィン１７を、リードの位置に 依存することなく大きくとることができるという効果を奏効する。

【００２７】 実施例３ 次に本発明の第３の実施例について説明する。

【００２８】 図３は本発明の第３の実施例の光センサモジュールである。この光センサモジ ュールは、コバール合金板からなる底板２１に設けられた窓にカスケード構造の サーモモジュール３０の熱交換基板２２をろう付けによって固着するとともに、 リード２７，２８をコバールガラスで固着し、頂面に窓Ｗを有するカバー２６で 覆うようにし、このサーモモジュール３０の冷却側の熱交換基板２３上に半導体 光センサ２４を配設したことを特徴とするものである。

【００２９】 この半導体光センサ２４は低温下に維持する必要があり、このためサーモモジ ュール３０は多量の熱を放出するが、ケース底部に設けられ、放熱面側が外気と 接するように取り付けられたサーモモジュールによって良好に効率よく放熱する ことができるため、温度上昇もなく信頼性の高い光特性を検出することが可能と なる。

【００３０】

【考案の効果】

以上説明してきたように、本考案の装置によれば、ペルチェクーラの熱交換 基板をケースに設けられた窓にはめ込み、熱交換基板が直接の外気と接触するよ うにしているため、効率よく排熱が処理され、高出力で排出熱量の大きなデバイ スに用いる際にも信頼性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例のレーザモジュールを示
す図、

【図２】本考案の第２の実施例のレーザモジュールを示
す図、

【図３】本考案の第３の実施例のセンサモジュールを示
す図

【図４】従来例のレーザモジュールを示す図、

【符号の説明】

１ ケース ２，３ 熱交換基板 ４，５ 銅電極 ６ 熱電半導体 ７，８ リード ９ コバールガラス １０ カバー １１ チップキャリア １２ レーザダイオードチップ １３ モニタダイオード １４ サーミスタ １５ レンズ １６ 光ファイバ １７ 放熱フィン ２１ ケース底板 ２２ 熱交換基板 ２３ 熱交換基板 ２４ 光センサ ２６ カバー ２７，２８ リード Ｗ ウインドウ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密封止ケースと前記気密封止ケースの
   少なくとも一面に、ペルチェクーラの放熱板を、一体的
   に結合せしめ、熱交換基板の１つがケースの壁面の一部
   を構成するようにしたことを特徴とする気密封止ケース
   一体型ペルチェクーラ。
2. 【請求項２】 前記気密封止ケースの壁面にペルチェク
   ーラの放熱側の熱交換基板と同じ大きさの窓が形成さ
   れ、この窓に、ペルチェクーラの放熱板が、一体的に結
   合せしめらられるようにしたことを特徴とする請求項１
   に記載の気密封止ケース一体型ペルチェクーラー。
3. 【請求項３】 前記気密封止ケースはコバール合金で構
   成され、ペルチェクーラの放熱板はアルミナセラミック
   で構成されていることを特徴とする請求項１または２に
   記載の気密封止ケース一体型ペルチェクーラー。