KR20020063692A

KR20020063692A - 일체형 열전달모듈을 이용한 광소자 모듈

Info

Publication number: KR20020063692A
Application number: KR1020010004279A
Authority: KR
Inventors: 권오달; 김선태; 김태규
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-05
Also published as: US20020101891A1; US6677555B2; JP2002232065A; JP3672520B2; EP1227352A1; KR100387035B1

Abstract

본 발명은 일체형 전달모듈을 이용한 광소자 모듈에 있어서, 광소자에 부착되며 가열을 할 수 있는 열원 및 온도를 읽는 온도 센서가 일체형으로 구성되는 열전달 모듈을 구비함으로, 광소자 모듈의 패키징시 열전달 경로를 단순하게 하여 온도 분포가 균일하지 않아 발생하는 광소자의 성능 저하를 해결하고 전력 소모량을 줄이며 작업성을 향상시킨다.

Description

일체형 열전달모듈을 이용한 광소자 모듈{OPTICAL WAVEGUIDE MODULE USING UNIFIED HEAT CONDUCTING MODULE}

본 발명은 온도 제어가 필요한 광소자 모듈의 제작 기술에 관한 것으로, 특히 불균일한 온도 분포를 해결하기 위하여 일체형 열전달 모듈을 구비한 광소자 모듈에 관한 것이다.

광소자 제작시 파장 안정성을 위하여 온도를 제어하는 것이 요구되며, 광소자 내의 온도 구배가 파장 변화는 물론 광 손실의 원인이 되므로 소자 전체에 균일한 온도 분포가 요구된다. 이에 따라 열원 및 열 분산 판의 설계가 중요시되어 왔다.

온도 제어가 요구되는 기본적인 광소자의 온도 제어 방식은 광소자와, 열원 및 센서를 이용하는 것으로, 소자의 표면에 열원과 열 감지 센서를 접촉시키고 열원에서 열을 가하고 센서로 온도를 읽어 귀환 제어를 하는 방식이다.

그런데, 이러한 방식에서 열원의 온도 분포가 균일하지 않고 전류 불안정에 의한 온도의 떨림 현상이 발생하기 때문에 이를 보완하기 위하여 열원과 소자 사이에 열전달판을 설치한다. 이러한 열전달판을 통해 열원에서의 열이 소자로 전달되고 열전달판과 소자 사이에 위치한 온도 센서로 온도를 감지하여 귀환 제어를 하게 된다.

도 1은 이러한 광소자 모듈의 개략적인 예시 사시도이며, 도 2는 도 1의 광소자 모듈의 측면 구조도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 광소자 모듈은 온도 제어가 필요한 광소자(100)와, 온도 센서(110)와, 열원(130)과, 하우징(140) 및 마운트(141) 등으로 이루어진다. 이외에도 도면에 도시는 생략하였지만, 열원을 가열하기 위한 전압 또는 전류를 인가하는 리드(lead)선 등이 구성된다.

이때 열원(130)과, 열전달판(120) 및 광소자(100) 사이의 밀착 정도에 따라 열 접촉저항의 차이가 커서 밀착성을 유지하기 위한 매체를 도포하게 된다. 통상 이 매체로는 열 그리스(thermal grease), 땜납 등의 물질을 사용하는데 접착시 균일하게 분포될 수 있도록 접촉면의 문질러 줌을 적절히 할 필요가 있다. 그런데, 이때에도 접촉이 균일하지 못하여 열전달판(120) 전 영역에 온도가 고루 퍼지지 않아 소자에 온도 분포가 균일하지 못하게 되는 현상이 자주 발생한다.

또한 온도 센서(110)로서 서미스터(thermistor) 또는 RTD(Resistance Temperature Detector)를 통상 사용하는데, 이 경우 온도 센서(110)는 광소자(100)의 근처에 위치하는 것이 광소자(100)의 온도 검출의 정확도를 높이기 위해 바람직하다. 그런데 온도 센서(110)는 통상 얼마간의 두께를 가지고 있으므로 도 2에 도시된 바와 같이, 광소자(100)와 열전달판(120)에 위치하게 될 때, 광소자(100)와 열전달판(120) 사이에 절연층을 필히 발생시키게 된다.

상기와 같이, 종래의 광소자 모듈은 각 부품의 접촉이 완전하지 않아서 온도 분포의 불균일 및 효율의 저하 요인이 되고 있으며, 이에 따라 광소자의 파장특성 및 손실을 저하시키고 전류 소모를 증가시키는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 광소자 모듈의 패키징시 열전달 경로를 단순하게 함으로써 온도분포가 균일하지 않아 발생하는 광소자의 성능 저하를 해결하고 전력 소모량을 줄이며 작업성이 우수한 광소자 모듈을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일체형 전달모듈을 이용한 광소자 모듈에 있어서, 광소자에 부착되며, 가열을 할 수 있는 열원 및 온도를 읽는 온도 센서가 일체형으로 구성되는 열전달 모듈을 구비함을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 광소자 모듈의 개략적인 예시 사시도

도 2는 도 1의 광소자 모듈의 측면 구조도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 열전달모듈이 구비된 광소자 모듈이 측면도

도 4는 도 3 중 일체형 열전달모듈의 제1실시예에 따른 구조도

도 5는 도 3 중 일체형 열전달모듈의 제2실시예에 따른 구조도

도 6a, 6b는 도 3중 일체형 열전달모듈의 제3실시예에 따른 구조도

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 열전달모듈이 구비된 광소자 모듈이 측면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광소자 모듈은 크게 온도 제어가 요구되는 광소자(100)와, 열전달 모듈(200) 및 하우징(140)을 포함한다. 광소자(100)는 열 그리스와 같은 매체를 이용하여 열전달 모듈(200)에 부착된다.

상기 열전달 모듈(200)은 본 발명의 특징에 따라 형성되는 것으로서, 종래의 열전달판의 역할을 하는 외형과, 가열을 할 수 있는 열원 및 온도를 읽는 온도 센서가 일체형으로 구성된다. 또한 온도 센서 및 열원에 동작 전압 및 전류를 제공하는 리드(lead)(미도시)가 구비된다.

이러한 일체형 열전달 모듈(200)을 사용함으로써 종래의 각 부품의 접촉 부분을 최소화하여 열 전달 경로를 보다 단순하게 하고자 한다. 이러한 일체형 열전달 모듈(200)의 구조를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 도 3 중 일체형 열전달모듈의 제1실시예에 따른 구조도로서, 일체형 열전달 모듈(200)에서 열원을 히터를 사용하여 구성할 경우를 보이고 있다. 도 4를 참조하면, 일체형 열전달 모듈(200)의 외형(203) 내부의 상부에 온도 센서(201)가형성되며 그 하부에 히터(202)가 형성됨이 도시되고 있다. 이 경우 히터(202)는 세라믹이나 열선을 이용할 수 있고 세라믹 히터의 경우 금속 도금 후 납땜으로 부착하는 것이 필요하다.

도 5는 도 3 중 일체형 열전달모듈의 제2실시예에 따른 구조도로서, 일체형 열전달 모듈(200)에서 열원을 TEC(Temperature Electric Cooler)(204)를 이용하여 구성할 경우를 보이고 있다. 도 4를 참조하면, 일체형 열전달 모듈(200)의 외형(205) 내부의 상부에 온도 센서(201)가 형성되며 그 하부에 TEC(204)가 형성됨이 도시되고 있다.

TEC(204)는 n, p 형 열전반도체(Thermoelectric semiconductor)를 전기적으로는 직렬로 열적으로는 병렬이 되도록 연결한 모듈 형태로서, DC 전류를 흘렸을 때는 열전효과에 의해 모듈의 양면에 온도차가 발생하도록 한 구조이다. 도 5에 도시된 바와 같은 TEC(204)는 상면에 납땜을 부착하고 측면 및 하면은 외형과 고립되어 구성되는 것이 바람직하다.

도 6a, 6b는 도 3중 일체형 열전달모듈의 제3실시예에 따른 구조도로서, 일체형 열전달 모듈(200)에서 열원을 히트파이프(heat pipe)(206)를 이용하여 구성할 경우를 보이고 있다. 도 4를 참조하면, 일체형 열전달 모듈(200)의 외형(208) 내부의 상부에 온도 센서(201)가 형성되며 그 하부에 통상 4개에서 5개의 히트파이프(206)가 형성되며, 히트파이프(206)의 하부에 열원(207)이 형성됨이 도시되고 있다.

통상 히트파이프(206)는 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기-액간의상변화를 통하여 용기 양단 사이에 열을 전달하는 장치로 잠열(latent heat)을 이용하여 열을 이동시킴으로써, 단일상(phase)의 작동유체를 이용하는 통상적인 열전달 기기에 비해 매우 큰 열전달 성능을 발휘한다. 히트파이프(206)의 기본 구조는 밀폐용기(206-1), 작동유체와 용기 내부의 모세관(wick)(206-2)으로 이루어지며, 외벽의 재료 및 작동유체의 종류, 모세관(206-2)의 구조물의 종류, 액체의 귀환(return) 방식, 내부의 기하학적 형태, 작동온도 등에 따라 다양하게 분류된다. 도 6b에는 히트파이프(206)를 구성하는 밀폐용기(206-1)와 모세관(206-2)이 도시되고 있다. 이때 일체형 열전달 모듈(200)의 외형(208)은 열전도도가 우수한 물질로 사용함이 바람직하다.

상기 도 4내지 도 6에 도시된 바와 같은 일체형 열전달 모듈(200)과 광소자(100)를 부착시킨 후 하우징(140)의 마운트(141)에 고정시키게 된다. 이때 온도 센서용 두 개의 전선과 열원에 사용하는 두 개의 전선, 즉 4개의 전선이 요구되는데, 이때 4개의 전선은 핀(pin)처리하며, 하우징(140)의 상기 4개의 핀에 대응되는 부위에 핀홀(pin hole)을 형성하여 상기 핀과 핀홀이 맞물리도록 한다. 이러한 4개의 핀으로 온도를 모니터링하며 제어하게 된다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 특징에 따른 일체형 열전달모듈을 이용한 광소자 모듈이 구성될 수 있다.

한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 일체형 전달모듈을 이용한 광소자 모듈에 있어서, 가열을 할 수 있는 열원 및 온도를 읽는 온도 센서가 일체형으로 구성되는 열전달 모듈을 구비함으로, 광소자 모듈의 패키징시 열전달 경로를 단순하게 함으로써 온도분포가 균일하지 않아 발생하는 광소자의 성능 저하를 해결하고 전력 소모량을 줄이며 작업성이 뛰어날 수 있다.

Claims

일체형 열전달모듈을 이용한 광소자 모듈에 있어서,

온도 제어가 요구되는 광소자와,

상기 광소자와 부착되며, 외형과, 가열을 할 수 있는 열원 및 온도를 읽는 온도 센서가 일체형으로 구성되는 열전달 모듈을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 광소자 모듈.
제1항에 있어서, 상기 열전달 모듈의 상기 열원은 세라믹 또는 열선의 히터로 구성함을 특징으로 하는 광소자 모듈.
제1항에 있어서, 상기 열전달 모듈의 상기 열원은 TEC(Temperature Electric Cooler)로 구성함을 특징으로 하는 광소자 모듈.
제1항에 있어서, 열전달 모듈의 상기 열원은 히트파이프를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 광소자 모듈.
제1항에 있어서, 열전달 모듈의 상기 온도 센서 및 상기 열원용 전선은 핀(pin)처리함을 특징으로 하는 광소자 모듈.