TWI687153B - 熱電冷卻器內置式柄體 - Google Patents

Abstract

做為熱電冷卻器內置式柄體，其包括：第1柄體構件(1,1a)，在表面搭載有光學模組等之溫度控制對象體；第2柄體構件(2)，與前述第1柄體構件(1,1a)相向；以及熱電冷卻器(5)，控制被前述第1柄體構件(1,1a)與前述第2柄體構件(2)夾持之前述溫度控制對象體；同時在前述第1柄體構件(1,1a)與前述第2柄體構件(2)間之空間，填充有熱傳導率較低之絕緣性樹脂(6)。

Description

熱電冷卻器內置式柄體

本發明係關於一種熱電冷卻器內置式柄體。

在包括先前之熱電冷卻器(在以下，有時也稱做TEC：Thermoelectric Cooler)及光學構成元件之同軸冷卻光學模組中，係在柄體上表面(有時也稱做孔眼的上表面)搭載TEC，在TEC上表面堆積光學零件或其他零件以組裝，而構成同軸冷卻光學模組(例如參照專利文獻1)。

又，開示有一種在TEC的上表面，組裝零件之盒型光纖模組之構造(例如參照專利文獻2)。又，開示有一種很容易在珀爾帖元件上，安裝使用做光源之發光元件之構造(例如參照專利文獻3)。又，開示有一種不與導線電極周緣的突起部相干涉，可減少高頻傳播損失之光元件用柄體之構造(例如參照專利文獻4)。而且，開示有一種使用既存之CAN封裝，配置珀爾帖元件在柄體之下，以冷卻元件全體之構造(例如參照專利文獻5)。

【專利文獻】

〔專利文獻1〕日本特開2006-210935號公報

〔專利文獻2〕日本特開平9-325247號公報

〔專利文獻3〕日本特開2014-157898號公報

〔專利文獻4〕日本特開2007-150182號公報

〔專利文獻5〕日本特開2005-50844號公報

在先前之方法中，在熱電冷卻器上堆積光學零件係有必要，所以，因為搭載零件所致之應力等，光學零件之光軸係不穩定，有可能影響光路之變動等，關於光軸之光學零件之特性。又，熱電冷卻器之對於熱電元件之應力也較大，所以，有因為掉落之衝擊或震動等之干擾，而有時有熱電冷卻器被破壞之問題點。

關於此問題點，係使用第8圖，在以下做更詳細之說明。當構成光學模組時，例如如第8圖所示，在熱電冷卻器5之正上方位置，有必要搭載光學零件7。在此情形下，自柄體20算起之高度變高，其姿勢很容易變成不穩定之狀態，而有因為熱應力等，而做為光學零件7之一零件之LD晶片10之光軸很容易偏移等，關於光軸失效之虞。

又，對於熱電冷卻器5，施加有使用在光學零件7上之堆積零件之自重，所以，當施加震動或衝擊後，施加在熱電冷卻器5上之應力變大，變得很容易產生成為熱電冷卻器5的支柱之熱電元件5a之破壞，或者，自熱電冷卻器5的基板5b與柄體20的接合部分之剝離。

尤其，當以導電性樹脂黏接熱電冷卻器5與柄體20時，由衝擊所致之剝離之可能性變高。

而且，供給電氣訊號到LD晶片之導線3a、及供給電氣訊號到熱電冷卻器5之導線3b，係自柄體20的上表面突出，以安裝到柄體20上。又，導線3b係在連接點部4，與熱電冷卻器5的基板5b相連接。

本發明係開示為了解決如上述之課題之技術者，其目的係在於：可減少柄體上表面中之搭載零件之高度尺寸，藉減少施加在零件上之應力變動，可抑制對於關於光學模組的光軸之特性變動之影響。又，可保護內置之熱 電冷卻器，免於掉落之衝擊或震動等之干擾。而且，將可自熱電冷卻器內置式柄體之外部，控制熱電冷卻器當作目的。

本發明所開示之熱電冷卻器內置式柄體，其特徵在於包括：第1柄體構件，在表面搭載有溫度控制對象體；第2柄體構件，被配置於前述第1柄體構件之內表面側，在與前述第1柄體構件之間，夾入進行前述溫度控制對象體之溫度控制之熱電冷卻器；絕緣性樹脂，包圍前述熱電冷卻器，同時被填充到前述第1柄體構件與前述第2柄體構件之間；導線，貫穿前述第2柄體構件，以連接到前述第1柄體構件，同時供給電氣訊號到前述溫度控制對象體；以及另一導線，與前述導線為不同個體，貫穿前述第2柄體構件，被接合到做為前述熱電冷卻器的電極之陽極與陰極。

當依據本發明所開示之熱電冷卻器內置式柄體時，可減少柄體上表面中之搭載零件之高度尺寸，藉減少施加在零件上之應力變動，可抑制對於關於光學模組的光軸之特性變動之影響。又，可保護內置之熱電冷卻器，免於掉落之衝擊或震動等之干擾。而且，可自熱電冷卻器內置式柄體之外部，控制熱電冷卻器。

1,1a‧‧‧第1柄體構件

2‧‧‧第2柄體構件

3,3a,3b‧‧‧導線

4‧‧‧連接點部

5‧‧‧熱電冷卻器

5a‧‧‧熱電元件

5b‧‧‧基板

6‧‧‧絕緣性樹脂

7‧‧‧光學零件

8‧‧‧環狀樹脂成型部

9‧‧‧補強棒

10‧‧‧LD晶片

11‧‧‧第1柄體構件內側

12‧‧‧第1柄體構件外側

15‧‧‧延伸輪廓線

30‧‧‧外部氣體

第1圖係表示第1實施形態熱電冷卻器內置式柄體之一例之圖。

第2圖係在第1實施形態熱電冷卻器內置式柄體上，搭載有光學模組之圖。

第3圖係表示第2實施形態熱電冷卻器內置式柄體之一例之圖。

第4圖係用於說明對於第1實施形態熱電冷卻器內置式柄體之外部氣體影響之圖。

第5圖係用於說明對於第2實施形態熱電冷卻器內置式柄體之外部氣體影響之圖。

第6圖係用於詳細說明第3圖熱電冷卻器內置式柄體的第1柄體構件之構造之俯視圖。

第7圖係表示第3實施形態熱電冷卻器內置式柄體之一例之圖。

第8圖係用於說明本發明之課題之圖。

第1實施形態.

針對第1實施形態之熱電冷卻器內置式柄體，依據圖面做以下說明。

第1圖係表示第1實施形態熱電冷卻器內置式柄體之一例之圖。又，第2圖係在第1實施形態熱電冷卻器內置式柄體上，搭載有光學模組之圖。

在第1圖中，於用於搭載光學模組等之溫度控制對象體之圓板狀第1柄體構件1之緊接下側處，用於冷卻此光學模組到適切溫度之熱電冷卻器5(以下，有時也稱做TEC5。TEC：Thermoelectric Cooler)，係被搭載於被配置成與第1柄體構件1相向且同軸之圓板狀第2柄體構件2的上表面上。在此，熱電冷卻器5係藉軟焊材或導電性樹脂等之導電性材料，被接合到第1柄體構件1及第2柄體構件2的表面。

又，在上述第1柄體構件1與第2柄體構件2，供給電氣訊號到上述光學模組之導線3a，係被設成貫穿兩個柄體之軸向。而且，如第2圖所示，此導線3a係在第1柄體構件1的上表面突出，藉此，被搭載於第1柄體構件1的上表面之做為光學零件7之一構成零件之LD(雷射二極體，Laser Diode之略 稱)晶片10，與Au金屬絲等(未圖示)連接，藉此，變得可自外部控制動作。

又，供給電氣訊號到上述熱電冷卻器5之導線3b，係被設成貫穿第2柄體構件2，在連接點部4，與熱電冷卻器5的基板5b相連接。

又，做為熱電冷卻器5的電極之(未圖示)陽極與陰極，係在上述之連接點部4中，藉軟焊材等，而與上述導線3b相接合。藉此，上述陽極與陰極之兩個端子，係可使用做來自熱電冷卻器5外部之控制用端子(電極)。

而且，在上述第1柄體構件1與第2柄體構件2之間，熱傳導率較小之絕緣性樹脂6，係被填充使得完全掩埋第1柄體構件1與第2柄體構件2間之空間，或者，包圍熱電冷卻器5。

藉此，發揮使熱電冷卻器5所產生之熱之影響，在第1柄體構件1與第2柄體構件2之間分開之作用。又，此外，也發揮保護熱電冷卻器5免於受到掉落之衝擊或震動等所致之干擾之作用。

而且，貫穿第1柄體構件1與第2柄體構件2之導線3a，係在第1柄體構件1及第2柄體構件2之適宜之同一半徑上，被設置在大概等間隔分開之四處，與絕緣性樹脂6一齊成為用於保護熱電冷卻器5之補強材料。

接著，使用第2圖，說明在第1柄體構件1的上表面，構成有熱電冷卻器5以外之零件時之第1實施形態熱電冷卻器內置式柄體之作用。

如此圖所示，其係在第1柄體構件1的上表面，搭載有做為熱電冷卻器5以外之零件之光學零件7之例。在第1柄體構件1的上表面搭載有光學零件7，所以，變得可使自柄體算起之零件之高度，僅減少熱電冷卻器5之高度部分。因此，其與第8圖所示之在熱電冷卻器5上，直接設置光學零件7之情形相比較下，做為光學零件7之一零件之LD晶片10之光軸之由熱應力等所致之角度偏移係被抑制，所以，可減少關於此光軸失效之產生率。

又，熱電冷卻器5係以熱傳導率較小之絕緣性樹脂6覆蓋其周 圍，而且，以貫穿第2柄體構件2與第1柄體構件1之兩柄體之導線3a補強，所以，變得可更提高耐衝擊性或耐震動性。

如上所述，在第1實施形態之熱電冷卻器內置式柄體中，可降低柄體上表面的搭載零件之高度，藉此，可抑制關於如上述之光軸之特性變動。又，在第1柄體構件與第2柄體構件之間填充樹脂，以直接覆蓋熱電冷卻器，或者，覆蓋熱電冷卻器之周圍，及設置貫穿第1柄體構件或第2柄體構件之導線3a，或者，貫穿第2柄體構件之導線3b，藉此，可保護熱電冷卻器免於受到衝擊或震動等之干擾。

在上述中，熱電冷卻器係與第1柄體構件1或第2柄體構件2，以軟焊材或導電性樹脂等連接，為了控制熱電冷卻器之動作，用於供給電流到熱電冷卻器之導線3b，係貫穿第2柄體構件2，成為往其上表面突出之形狀。在此，做為熱電冷卻器的電極之陽極端子、陰極端子與導線3b之連接，係藉軟焊等之熔接而進行。

另外，為了控制做為搭載在第1柄體構件1上之零件之光學零件7一零件之LD晶片10之動作，用於供給電流之導線3a，係被設成貫穿第1柄體構件1與第2柄體構件2，其也兼具抑制對於光學零件7之震動等干擾之角色。

又，第1柄體構件(外周)與第2柄體構件(外周)間之空間(由第1柄體構件的下表面、第2柄體構件的上表面、及連接這兩個構件的外周們之曲面所包圍之圓筒狀體的內部空間)，係藉絕緣性樹脂之填充而被補強，此絕緣性樹脂之形成，可以係以包圍熱電冷卻器(在此情形下，係在絕緣性樹脂與熱電冷卻器間產生間隙)，或者，充分填充掩埋成為熱電冷卻器的支柱之熱電元件5a的部分之任一方法形成。此絕緣性樹脂係熱傳導率較小，具有絕緣性者。藉此，可形成具有可控制溫度之功能之熱電冷卻器內置式柄體。

綜上所述，第1實施形態之熱電冷卻器內置式柄體，由上述文獻 所做之發明或其組合，係特別在以下之點，具有明確不同之特徵。

第1係其與在柄體的外部，配置熱電冷卻器之先前技術不同，做為單體之柄體之一部份，其係具有擁有冷卻功能之熱電冷卻器之形態者。第2係在熱電冷卻器之周圍形成有絕緣性樹脂，藉此，構成熱電冷卻器內置式柄體。第3係為了保護熱電冷卻器，而利用貫穿柄體之導線。

第2實施形態.

針對第2實施形態之熱電冷卻器內置式柄體，依據第3圖做以下說明。

其與第1實施形態所說明過之熱電冷卻器內置式柄體之不同點，如第3圖所示，係在第1柄體構件1a，形成有做為由樹脂成型成環狀之領域之環狀樹脂成型部8。此環狀樹脂成型部8係為了提高熱電冷卻器之功能，而形成在此第1柄體構件1a上者。針對第2實施形態之熱電冷卻器內置式柄體，以下詳細說明之。

組裝有光學模組(未圖示)之各零件之領域，係成為第3圖所示之環狀樹脂成型部8的內側。而且，在此內側正下方之位置，配置有熱電冷卻器5之全體，藉此，可藉熱電冷卻器5，透過第1柄體構件1a以施加熱到光學模組，或者，反之，降低熱量。而且，被設於上述第1柄體構件1a內之上述環狀樹脂成型部8，係往其環狀之輪廓部分之前述絕緣性樹脂之延伸輪廓線15(參照第3圖中的虛線)，包圍前述熱電冷卻器。而且，最好係上述環狀樹脂成型部8，被配置在通過前述複數導線3a的軸心之環狀線內側位置。

在此情形下，形成有環狀樹脂成型部8之環體的外側部分，係直接接受外部氣體之溫度影響，所以，當沒有環狀樹脂成型部8時，熱電冷卻器5很容易受到外部氣體之影響，其被思考成熱電冷卻器5沒有充分發揮功能之例子。因此，藉設置環狀樹脂成型部8，可減少對於熱電冷卻器5之外部氣體溫度之影響。

接著，說明第2實施形態之作用。

當使用在第4圖之第1實施形態所說明過之熱電冷卻器內置式柄體時，外部氣體30係當溫度高於搭載有光學模組之裝置之溫度時，藉冷卻熱電冷卻器5的上表面，第1柄體構件1下表面之溫度降低，藉由與第1柄體構件1上表面之溫度差所致之熱傳導(參照圖中之箭頭)，降低第1柄體構件1之全體溫度，但是，當欲驅動之裝置之溫度與外部氣體30之差較大時，其被假設為熱電冷卻器5之功能不足而溫度不降低之例子。

因此，如第5圖所示，在第1柄體構件1a設置環狀之環狀樹脂成型部8。而且，藉此環狀樹脂成型部8，使很容易受外部氣體30影響之第1柄體構件1a之構造，分離成環狀樹脂成型部8的環體的外側部分，與不太受影響之環狀樹脂成型部8的環體的內側部分(以下，詳細說明之)，藉此，熱電冷卻器5不太受外部氣體30溫度之影響，變得可充分發揮熱電冷卻器5之能力。

第6圖係為了更詳細說明第1柄體構件1a之構造，自上側觀看上述第1柄體構件1a之俯視圖。

在此圖中，貫穿第1柄體構件1a與第2柄體構件2之導線3a，係在環狀之環狀樹脂成型部8的外側之大概相同半徑位置，彼此等間隔分開以配置四個。又，此環狀樹脂成型部8係以貫穿第1柄體構件1a之厚度方向之形態被設置。

因此，藉此環狀樹脂成型部8，第1柄體構件1a係熱被分離到第1柄體構件外側12與第1柄體構件內側11。結果，在第1柄體構件內側11的內表面，藉被黏接在其上表面上之熱電冷卻器5(在圖中，以虛線表示其輪廓位置)，使第1柄體構件內側11的部分與第1柄體構件外側12分離，以可控制溫度。

如此一來，設置環狀樹脂成型部8到第1柄體構件1a，做成不太受到周圍溫度影響之構造，藉此，變得可加大由熱電冷卻器所做之溫度控制範圍。

第3實施形態.

針對第3實施形態熱電冷卻器內置式柄體之一例，依據第7圖以做以下之說明。

如第7圖所示，本實施形態之熱電冷卻器內置式柄體，係在第1柄體構件1a與第2柄體構件2之間，更追加設置補強棒9之構成之點，與於第2實施形態說明過之熱電冷卻器內置式柄體不同，其他構成係相同。如圖所示，此補強棒9係在這些柄體之半徑位置中，於比各導線之配置位置還要外周側處，藉熔接而被固定設置複數支，使得連接第1柄體構件1a與第2柄體構件2。

此補強棒9係對於熱電冷卻器，更強化不受貫穿第1柄體構件1與第2柄體構件2之導線、及絕緣性樹脂所致之干擾，發揮用於使熱電冷卻器5不受衝擊或震動等之干擾之補強材料之作用。

而且，在此圖中，雖然說明過在第1柄體構件形成有環狀樹脂成型部8之例，但是，本發明並不侷限於此，如第1實施形態所說明過地，即使係在第1柄體構件未形成有環狀樹脂成型部8，當外部氣體之影響較少時，也發揮同樣之效果。

接著，說明第3實施形態熱電冷卻器內置式柄體之作用。

如第7圖所示，在第1柄體構件1a與第2柄體構件2之間設置補強棒9，藉此，在由自絕緣性樹脂所做之構造強度之面，對於熱電冷卻器5之保護之外，也可由構造強度之面來保護之。藉此，也可保護被搭載於第1柄體構件1a與第2柄體構件2內部之熱電冷卻器5或連接點部4。

如上所述，在本實施形態之熱電冷卻器內置式柄體中，可更強化保護被搭載於第1柄體構件1a與第2柄體構件2間之零件，免於衝擊或震動等之干擾。

而且，本發明雖然記載有各種例示性之實施形態及實施例，但 是，一個或複數個之實施形態所述之種種特徵、態樣及功能，並不侷限於特定實施形態之適用，其可單獨或做各種組合，以適用於實施形態。例如在上述中，雖然說明過第1柄體構件與第2柄體構件，係被設成上下方向(重力方向)之例，但是，本發明並不侷限於此，這些構件也可以被設成在左右方向(垂直於重力方向之方向)。又，供給電氣訊號到光學模組之複數導線，雖然說明過貫穿第2柄體構件之例，但是，本發明並不侷限於此，也可以係不貫穿第1柄體構件之形態，亦即，導線上端係與第1柄體構件的上表面為同一表面，或者，大概為同一表面。又，上述導線之條數，在圖中雖然表示四條之情形之例，但是，本發明並不侷限於此，如果係三條以上時，也可發揮同樣之效果。

1‧‧‧第1柄體構件

2‧‧‧第2柄體構件

3,3a,3b‧‧‧導線

4‧‧‧連接點部

5‧‧‧熱電冷卻器

6‧‧‧絕緣性樹脂

Claims (5)

1. 一種熱電冷卻器內置式柄體，其特徵在於包括：第1柄體構件，在表面搭載有溫度控制對象體；第2柄體構件，被配置於前述第1柄體構件的內表面側，在與前述第1柄體構件之間，夾入進行前述溫度控制對象體之溫度控制之熱電冷卻器；絕緣性樹脂，包圍前述熱電冷卻器，同時被填充到前述第1柄體構件與前述第2柄體構件之間；導線，貫穿前述第2柄體構件，以連接到前述第1柄體構件，同時供給電氣訊號到前述溫度控制對象體；以及另一導線，貫穿前述第2柄體構件，被接合到做為前述熱電冷卻器的電極之陽極與陰極，與前述導線為不同個體；前述第1柄體構件係在內部具有藉樹脂而成型為環狀之環狀樹脂成型部，前述環狀樹脂成型部係其環狀之輪廓部分的往前述絕緣性樹脂之延伸輪廓線，包圍前述熱電冷卻器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱電冷卻器內置式柄體，其中，其包括貫穿前述第1柄體構件及前述第2柄體構件，供給電氣訊號到前述溫度控制對象體之複數導線。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱電冷卻器內置式柄體，其中，前述熱電冷卻器係包括：熱電元件，成為支柱；以及基板，分別接合到前述第1柄體構件及前述第2柄體構件；透過連接點部，被連接到供給電氣訊號到前述熱電冷卻器之另一導線。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱電冷卻器內置式柄體，其中，其設有連接前述第1柄體構件與前述第2柄體構件之補強棒。
5. 如申請專利範圍第1項所述之熱電冷卻器內置式柄體，其中，前 述第1柄體構件係具有被分離成搭載有變更溫度之裝置之部分、及未搭載有變更溫度之裝置之部分之構造。

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