JPH1090077A - 温度制御素子及びこれを用いた電子装置 - Google Patents

温度制御素子及びこれを用いた電子装置

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JPH1090077A
JPH1090077A JP8245099A JP24509996A JPH1090077A JP H1090077 A JPH1090077 A JP H1090077A JP 8245099 A JP8245099 A JP 8245099A JP 24509996 A JP24509996 A JP 24509996A JP H1090077 A JPH1090077 A JP H1090077A
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JP
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temperature
heat
temperature control
control element
surface side
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JP8245099A
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Toshisada Sekiguchi
利貞 関口
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品の温度を精度良くモニタすると共
に、製造工数を削減する。 【解決手段】 温度制御素子2は、熱電冷却素子である
複数のペルチェ素子11を配列させて、それらを上下方
向から吸熱面側基板12と発熱面側基板13とで挟み込
んで板状にしたものである。この温度制御素子2の吸熱
面側基板12の上面には、感温素子としてのサーミスタ
14と、そのリード15と、リード15の末端の電極1
6とが例えば厚膜形成技術によりパターン形成されてい
る。サーミスタ14の真上には温度測定対象の電子部品
(LD等)を搭載することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザモ
ジュールやサブマウントした半導体レーザの測定系等に
使用される温度モニタ機能を備えた温度制御素子及びそ
れを用いた電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザは、その発振波長が温度依
存性を持つため、安定した出力波長を得るには、LD
(レーザダイオード)の温度コントロールが必要にな
る。このため、従来の半導体レーザモジュールでは、L
Dをサブマウントしたチップキャリアを熱電冷却素子
(ペルチェ素子)からなる温度制御素子の吸熱面上に搭
載してLDを冷却すると共に、LDの近傍に温度モニタ
用のサーミスタを配置してサーミスタの出力に基づいて
熱電冷却素子をコントロールすることにより、LDを一
定温度に維持させるようにしている。
【0003】また、サブマウントされた半導体レーザの
特性確認ための測定系においても、熱電冷却素子により
LDの温度をコントロールし、LDの近傍に設けられた
サーミスタや熱電対等の感温素子によりLDの温度をモ
ニタリングしている。
【0004】これらの装置においては、感温素子を固定
する位置に制約がある。即ち、LDの近傍は、レーザ光
の出射経路やボンディングワイヤ等が配置され、チップ
キャリアの上は接地電位に固定されるので、LDの近傍
やチップキャリア上に感温素子を直接設置することはで
きない。このため、通常はチップキャリアと感温素子と
が絶縁状態を保つように、チップキャリアに樹脂によっ
て感温素子を固定し、チップキャリア及び樹脂を介して
LDの温度をモニタするようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のLDモジュールやサブマウントしたLDの測
定系では、感温素子をチップキャリアに固定する樹脂の
熱伝導性があまり良好ではなく、しかもチップキャリア
との熱的な接触面積も余り大きくとれないため、LDの
温度を精度良くモニタすることができないという問題点
がある。また、従来のLDモジュールでは、感温素子を
チップキャリアに樹脂で固定するための工程や感温素子
からのリードの引き出し等の工程が必要で、組立の工数
も大きいという問題もある。
【0006】この発明は、上述した問題点に鑑みなされ
たもので、電子部品の温度を精度良くモニタするのに適
した温度制御素子及びこれを用いた電子装置を提供する
ことを目的とする。また、この発明は、製造工数を大幅
に削減することができる温度制御素子及びこれを用いた
電子装置を提供することを他の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る温度制御
素子は、熱電冷却素子と、その吸熱面側及び発熱面側に
それぞれ設けられた吸熱面側基板及び発熱面側基板とを
備え、前記吸熱面側基板には、温度モニタ用の感温素子
とそのリードとがパターン形成され、前記吸熱面側基板
の前記感温素子の上に温度測定対象の電子部品を搭載可
能であることを特徴とする。
【0008】また、この本発明の電子装置は、そのよう
な温度制御素子と、この温度制御素子の前記吸熱面側基
板の感温素子の上に搭載された温度測定対象である電子
部品とを備えたことを特徴とする。
【0009】この発明の温度制御素子によれば、吸熱面
側基板にパターン形成された感温素子の直上に直接又は
熱伝導性の良好な絶縁体を介して電子部品を搭載するこ
とができ、しかも感温素子はパターン形成されるもので
あるから、電子部品との熱的な接触面積を十分に大きく
とることができる。このため、この発明によれば、電子
部品の温度を精度良くモニタリングすることができる。
また、この温度制御素子を用いることにより、電子部品
に感温素子を取り付ける工程やその配線工程が不要とな
るので、電子装置に組み込む場合の工数を大幅に削減す
ることができる。
【0010】なお、前記吸熱面側基板の少なくとも前記
感温素子の上を絶縁層で覆うようにすると、搭載面が接
地電位に固定される電子部品でも、支障無く感温素子上
に搭載可能である。同様の目的から、前記吸熱面側基板
を、少なくとも2層のセラミック基板で構成し、前記電
子部品の搭載面よりも下の層に前記感温素子をパターン
形成するようにしても良い。この場合、電子部品の搭載
面に金属層を形成することにより、電子部品の固定強度
や電子部品の冷却効率等を更に高めることができる。
【0011】また、この発明の温度制御素子を用いた電
子装置によれば、上述の理由から電子部品の温度を精度
良くモニタリングすることができ、しかも温度制御素子
の吸熱面側基板の感温素子の上に電子部品をそのまま搭
載するだけで組み立てが完成するため、組み立て工数を
大幅に削減することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。図1はこの発明を半導
体モジュールに適用した実施例を示す一部切欠した斜視
図である。パッケージ1の内部には、上面を吸熱面、下
面を発熱面とする板状の温度制御素子2が固定されてい
る。この温度制御素子2は、図2にその詳細を示すよう
に、熱電冷却素子である複数のペルチェ素子11を配列
させて、それらを上下方向から吸熱面側基板12と発熱
面側基板13とで挟み込んで板状にしたもので、各基板
12,13のペルチェ素子11側の面に形成された図示
しない電極パターンを介してペルチェ素子11同士の導
通をとるようにしたものである。この温度制御素子2の
吸熱面側基板12の上面には、感温素子としてのサーミ
スタ14と、そのリード15と、リード15の末端の電
極16とが例えば厚膜形成技術によりパターン形成され
ている。
【0013】この温度制御素子2の吸熱面側基板12の
上面のサーミスタ14が形成された部分には、温度制御
の対象となる電子部品、即ちLD3をヒートシンク21
を介してサブマウントすると共に、LD3と隣接する位
置にLD3のアノードと接続される上面がメタライズさ
れたセラミックスのワイヤボンディングパッド22をサ
ブマウントしたチップキャリア4が搭載されている。吸
熱面側基板12の上面のLD3の真後ろに当たる位置に
は、モニタ用光検出器としてのPD(フォトダイオー
ド)5をサブマウントしたチップキャリア6が搭載され
ている。LD3の前方には、レンズ7が配置され、この
レンズ7を介して図示しない光ファイバ等にレーザ光が
出射されるようになっている。
【0014】パッケージ1の両側面からは、例えばバタ
フライ型のリード8の基端部がパッケージ1の内部に延
びており、このリード8の基端部と、LD3,チップキ
ャリア4,6、電極16等が、ボンディングワイヤ9を
介して電気的に接続されている。
【0015】このように構成されたLDモジュールによ
れば、サーミスタ14が広い面積でLD3のチップキャ
リア4と熱的に接しているので、LD3の温度をチップ
キャリア4を介して正確にモニタすることができ、その
モニタ結果に基づいて温度制御素子2を制御してLD3
の温度を一定温度に正確にコントロールすることが可能
になる。
【0016】チップキャリアがシリコンや銅のブロック
である場合には、サーミスタ14の表面に数μm〜数十
μmのガラス等の絶縁層を形成すれば良い。
【0017】本実施例の吸熱面側基板12は、セラミッ
クの基板上に、例えばMg,Co,Ni,Cr,Fe等
の酸化物の混合物のペーストにてサーミスタ14のパタ
ーンを印刷・焼成すると共に、銀パラジウムペースト等
でリード15及び電極16のパターンを印刷・焼成した
のち、必要に応じてガラス等の絶縁層を印刷焼結するこ
とにより、形成することができる。
【0018】LD3搭載のチップキャリア4及びPD5
搭載のチップキャリア6等の電子部品を吸熱面側基板1
2上に固定する方法としては、例えば次の方法を用いる
ことができる。まず、吸熱面側基板12の上面の電子部
品のチップキャリア4,6が搭載される位置に金属合金
材料のソルダを置く。ソルダ材としては、Au−Ge合
金、Au−Sn合金、Au−Zn合金、Pb−Sn合金
等を使用することができる。次に、ソルダ上に電子部品
を搭載し、位置調整を行った後、電子部品を押さえなが
らソルダが融ける温度まで加熱し、ソルダを溶融させた
後に冷却する。
【0019】また、その他の固定方法としては、溶接に
よる方法が考えられる。即ち、先ず電子部品を吸熱面側
基板12上に搭載し、位置調整を行った後、電子部品を
押さえながらYAGレーザ光等を電子部品(チップキャ
リア4,6)と吸熱面側基板12との接合部に集光さ
せ、接合部を溶融させた後、冷却する。
【0020】温度制御素子2への電子部品の固定をより
強固なものにすると共に、温度制御素子2上の電子部品
の冷却効率を更に向上させるために、吸熱面側基板12
の上面をメタライズする場合には、図3に示すように、
吸熱面側基板12として多層(少なくとも2層)のセラ
ミック基板を用いればよい。この場合、サーミスタ14
及びそのリード15を印刷したセラミックのグリーンシ
ートの上に1層分のセラミックのグリーンシートを重
ね、焼結して多層基板としたのち、上面に金属層17を
メッキ等で形成すればよい。電極16の部分は、予め印
刷によって金属層17と分離するか、エッチング等によ
って金属層17を分離するように形成し、スルーホール
等を介してその下の層のリード15と接続するようにす
る。
【0021】この実施例においても、吸熱面側基板12
に搭載された電子部品と下層のセラミック14とが熱伝
導性の良いセラミック及び金属層を介して熱的に結合さ
れるので、従来の樹脂を用いた場合に比べ、遥かに精度
の良い温度モニタが可能になる。
【0022】図4は、この発明をサブマウントされたL
Dの測定系に適用した実施例を示す図である。この測定
系では、温度制御素子2の吸熱面側基板12のサーミス
タが形成された部分の上に、LD3をサブマウント18
を介して搭載し、サブマウント18に形成された電極1
9に測定プローブ20を当ててLD3の特性を測定す
る。この実施例においても、サーミスタがサブマウント
18の下側にパターン形成されているので、サブマウン
ト18を介してLD3の温度を精度良くモニタリングす
ることができる。
【0023】以上の実施例で吸熱面側基板12として使
用されたセラミックは、その熱膨張係数が金属等に比べ
て非常に小さいので、この発明のように、吸熱面側基板
12の上に直接、電子部品を搭載可能であることは、電
子部品間の熱的な相対位置の変動が少ないことも意味し
ており、図1の例のように、LD3とPD5との間の光
学的な位置変動が安定するという付随的な効果も奏す
る。
【0024】なお、以上は、電子部品としてLDを用い
たモジュールや測定系を例にとって本発明を説明した
が、温度コントロールや温度モニタが必要な他のIC等
を搭載する温度制御素子やこれを用いた電子装置にも本
発明は適用可能である。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、吸
熱面側基板にパターン形成された感温素子の直上に直接
又は熱伝導性の良好な絶縁体を介して電子部品を搭載す
ることができ、しかも感温素子はパターン形成されるも
のであるから、電子部品との熱的な接触面積を十分に大
きくとることができる。このため、この発明によれば、
電子部品の温度を精度良くモニタリングすることができ
る。また、本発明によれば、電子部品に感温素子を取り
付ける工程やその配線工程が不要となるので、電子装置
に組み込む場合の工数を大幅に削減することができると
いう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る半導体レーザモジュ
ールの一部切欠した斜視図である。
【図2】 同モジュールに使用される温度制御素子の斜
視図である。
【図3】 本発明の他の実施例に係る温度制御素子の斜
視図である。
【図4】 本発明の更に他の実施例に係る半導体レーザ
の測定系の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
1…パッケージ、2…温度制御素子、3…レーザダイオ
ード、4,6…チップキャリア、5…フォトダイオー
ド、7…レンズ、8…リード、9…ボンディングワイ
ヤ、11…ペルチェ素子、12…吸熱面側基板、13…
発熱面側基板、14…サーミスタ、15…リード、1
6,19…電極、17…金属層、18…サブマウント、
20…測定プローブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01S 3/18 H01S 3/04 S

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱電冷却素子と、その吸熱面側及び発熱
    面側にそれぞれ設けられた吸熱面側基板及び発熱面側基
    板とを備え、 前記吸熱面側基板には、温度モニタ用の感温素子とその
    リードとがパターン形成され、 前記吸熱面側基板の前記感温素子の上に温度測定対象の
    電子部品を搭載可能であることを特徴とする温度制御素
    子。
  2. 【請求項2】 前記吸熱面側基板は、少なくとも前記感
    温素子の上を覆う絶縁層を更に備えたことを特徴とする
    請求項1記載の温度制御素子。
  3. 【請求項3】 前記吸熱面側基板は、少なくとも2層の
    セラミック基板であり、前記電子部品の搭載面よりも下
    の層に前記感温素子がパターン形成されていることを特
    徴とする請求項1記載の温度制御素子。
  4. 【請求項4】 前記電子部品の搭載面に金属層が形成さ
    れていることを特徴とする請求項3記載の温度制御素
    子。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
    温度制御素子と、 この温度制御素子の前記吸熱面側基板の感温素子の上に
    搭載された温度測定対象である電子部品とを備えたこと
    を特徴とする電子装置。
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