WO2019155505A1 - 熱電クーラー内蔵型ステム - Google Patents

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Definitions

  • thermoelectric cooler built-in stem that realizes a temperature control function of an optical module.
  • thermoelectric cooler hereinafter also referred to as TEC: Thermoelectric Cooler
  • TEC Thermoelectric Cooler
  • the TEC is mounted on the stem upper surface (also referred to as the upper surface of the eyelet), and the TEC Optical components and other components are stacked and mounted on the upper surface to form a coaxial cooling optical module (see, for example, Patent Document 1).
  • a configuration of a box-type optical fiber module in which components are mounted on the upper surface of the TEC is disclosed (for example, see Patent Document 2).
  • a configuration in which a light emitting element used as a light source for a Peltier element is easily attached is disclosed (for example, see Patent Document 3).
  • a configuration of an optical element stem that eliminates interference with the protrusions on the periphery of the lead electrode and reduces high-frequency propagation loss is disclosed (for example, see Patent Document 4).
  • a configuration is disclosed in which an existing CAN package is used to dispose the Peltier element below the stem and cool the entire element (see, for example, Patent Document 5).
  • thermoelectric cooler In the conventional method, it is necessary to stack optical components on the thermoelectric cooler itself, so the optical axis of the optical component is not stable due to stress due to the mounted component, etc. May have an impact. Further, since the stress on the thermoelectric element of the thermoelectric cooler is large, there is a problem that the thermoelectric cooler may be broken due to a disturbance such as a drop impact or vibration.
  • thermoelectric cooler 5 since the weight of the stacked components used for the optical component 7 is applied to the thermoelectric cooler 5, the stress applied to the thermoelectric cooler 5 increases when vibration or impact is applied, and the thermoelectric that becomes the support column of the thermoelectric cooler 5.
  • the element 5a is easily broken or peeled off from the joint between the substrate 5b and the stem 20 of the thermoelectric cooler 5.
  • the thermoelectric cooler 5 and the stem 20 are bonded with a conductive resin, the possibility of peeling due to impact increases.
  • the lead 3 a that supplies an electrical signal to the LD chip and the lead 3 b that supplies an electrical signal to the thermoelectric cooler 5 protrude from the upper surface of the stem 20 and are attached to the stem 20.
  • the lead 3 b is connected to the substrate 5 b of the thermoelectric cooler 5 at the connection point portion 4.
  • the present invention is a thermoelectric cooler built-in stem that realizes the temperature control function of a CAN-type optical module as one function of the stem, and in particular, an optical axis caused by stress fluctuations on a member or the like.
  • the objective is to realize a stem with a built-in thermoelectric cooler that suppresses the occurrence of characteristic fluctuations related to the optical axis, such as position fluctuations.
  • the objective is to realize a thermoelectric cooler built-in stem configured such that the extended contour of the component built in one member of the stem surrounds the thermoelectric cooler.
  • thermoelectric cooler built-in stem is A first stem member having a temperature controlled object mounted on the surface; A second stem member that is disposed on the back side of the first stem member and sandwiches a thermoelectric cooler that controls the temperature of the temperature control object between the first stem member; An insulating resin filled between the first stem member and the second stem member; It is characterized by comprising.
  • the stem with a built-in thermoelectric cooler of the present invention can reduce the height size of the mounted component on the upper surface of the stem, and reduces the variation in stress on the component, thereby affecting the characteristic variation with respect to the optical axis of the optical module. Can be suppressed.
  • the built-in thermoelectric cooler can be protected from disturbances such as drop impact and vibration.
  • thermoelectric cooler built-in type stem which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is the figure which mounted the optical module in the thermoelectric cooler built-in type stem concerning Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows an example of the thermoelectric cooler built-in type stem which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a figure for demonstrating the influence of the external air with respect to the thermoelectric cooler built-in type stem which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure for demonstrating the influence of the external air with respect to the thermoelectric cooler built-in type stem which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • thermoelectric cooler built-in type stem It is a top view for demonstrating in detail the structure of the 1st stem member of the thermoelectric cooler built-in type stem of FIG. It is a figure which shows an example of the thermoelectric cooler built-in type stem which concerns on Embodiment 3 of this invention. It is a figure for demonstrating the subject of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a thermoelectric cooler built-in stem according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram in which an optical module is mounted on the thermoelectric cooler built-in stem according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a thermoelectric cooler 5 (for cooling the optical module to an appropriate temperature is provided immediately below a disk-shaped first stem member 1 for mounting a temperature control object such as an optical module.
  • TEC 5 for cooling the optical module to an appropriate temperature
  • TEC 5 for cooling the optical module to an appropriate temperature
  • thermoelectric cooler is mounted on the upper surface of the disc-shaped second stem member 2 that is coaxially disposed opposite to the first stem member 1. .
  • the thermoelectric cooler 5 is joined to the surfaces of the first stem member 1 and the second stem member 2 with a conductive material such as soldering or conductive resin.
  • first stem member 1 and the second stem member 2 are provided with leads 3a for supplying an electric signal to the optical module so as to penetrate in the axial direction of the two stems.
  • the lead 3 a is a component of the optical component 7 mounted on the upper surface of the first stem member 1 by protruding from the upper surface of the first stem member 1.
  • an LD (abbreviation of laser diode) chip 10 By connecting to an LD (abbreviation of laser diode) chip 10 with an Au wire (not shown), it is possible to control the operation from the outside.
  • a lead 3 b for supplying an electrical signal to the thermoelectric cooler 5 is provided through the second stem member 2, and is connected to the substrate 5 b of the thermoelectric cooler 5 at the connection point portion 4.
  • thermoelectric cooler 5 Further, the anode and cathode (not shown) of the thermoelectric cooler 5 are joined to the lead 3b by solder or the like at the connection point portion 4 described above. Thereby, the two terminals of the anode and the cathode can be used as control terminals (electrodes) from the outside of the thermoelectric cooler 5.
  • an insulating resin 6 having a low thermal conductivity is provided between the first stem member 1 and the second stem member 2. Or is filled so as to surround the thermoelectric cooler 5.
  • thermoelectric cooler 5 This serves to divide the influence of heat generated by the thermoelectric cooler 5 between the first stem member 1 and the second stem member 2. In addition to this, it plays a role of protecting the thermoelectric cooler 5 from disturbance caused by a drop impact or vibration.
  • the leads 3a penetrating the first stem member 1 and the second stem member 2 are separated at substantially equal intervals on the same appropriate radius of the first stem member 1 and the second stem member 2. Four places are installed, and together with the insulating resin 6, it becomes a reinforcing material for protecting the thermoelectric cooler 5.
  • thermoelectric cooler built-in stem when components other than the thermoelectric cooler 5 are configured on the upper surface of the first stem member 1 will be described with reference to FIG.
  • an optical component 7 which is a component other than the thermoelectric cooler 5 is mounted on the upper surface of the first stem member 1. Since the optical component 7 is mounted on the upper surface of the first stem member 1, the height of the component from the stem can be reduced by the height of the thermoelectric cooler 5. Therefore, as compared with the case where the optical component 7 is directly installed on the thermoelectric cooler 5 shown in FIG. 8, the angle deviation due to thermal stress or the like of the optical axis of the LD chip 10 which is one component of the optical component 7 is suppressed. Therefore, the occurrence rate of defects related to the optical axis can be reduced.
  • thermoelectric cooler 5 is covered with an insulating resin 6 having a low thermal conductivity, and the lead 3a penetrating both stems of the second stem member 2 and the first stem member 1 is also provided. Therefore, impact resistance and vibration resistance can be further improved.
  • thermoelectric cooler built-in type stem As described above, in the thermoelectric cooler built-in type stem according to the first embodiment, the height of the mounted component on the upper surface of the stem can be reduced, and thus the above-described characteristic variation regarding the optical axis can be suppressed. Moreover, resin is filled between the first stem member and the second stem member to directly cover the thermoelectric cooler, or to cover the periphery of the thermoelectric cooler, and to the first stem member or the second stem. By providing the lead 3a that penetrates the member or the lead 3b that penetrates the second stem member, it is possible to protect the thermoelectric cooler from disturbances such as impact and vibration.
  • thermoelectric cooler is connected to the first stem member 1 or the second stem member 2 using solder or conductive resin, and supplies current to the thermoelectric cooler to control the operation of the thermoelectric cooler.
  • the lead 3b for doing so penetrates the second stem member 2 and protrudes to the upper surface thereof.
  • the anode terminal and the cathode terminal, which are electrodes of the thermoelectric cooler, and the lead 3b are connected by welding such as soldering.
  • the lead 3 a for supplying current is connected to the first stem member 1 and the first stem member 1.
  • the two stem members 2 are provided so as to penetrate both of the two stem members 2, and also serve to suppress disturbance such as vibration with respect to the optical component 7.
  • first stem member outer periphery
  • second stem member outer periphery
  • the space inside the cylindrical body surrounded by the curved surface is reinforced by filling with insulating resin, and this insulating resin is formed around the thermoelectric cooler (in this case insulating)
  • the gap can be formed between the resin and the thermoelectric cooler), or the portion of the thermoelectric element 5a serving as the support of the thermoelectric cooler can be filled and filled.
  • This insulating resin has a low thermal conductivity and is insulative. Thus, it is possible to form a thermoelectric cooler built-in stem having a function capable of temperature control.
  • thermoelectric cooler built-in stem according to the first embodiment is clearly different from the invention according to the above-mentioned literature or the combination thereof particularly in the following points.
  • the first is that, unlike the conventional technique in which a thermoelectric cooler is disposed outside the stem, the thermoelectric cooler having a cooling function is provided as a part of a single stem.
  • the second is that an insulating resin is formed around the thermoelectric cooler so that it is configured as a thermoelectric cooler built-in stem.
  • the lead that penetrates the stem is used to protect the thermoelectric cooler.
  • FIG. A thermoelectric cooler built-in stem according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to FIG.
  • the difference from the thermoelectric cooler built-in type stem described in the first embodiment is that, as shown in FIG. 3, an annular resin mold portion 8 which is a region molded in a ring shape with resin is formed on the first stem member 1a. It is a point that has been.
  • the annular resin mold portion 8 is formed on the first stem member 1a in order to improve the function of the thermoelectric cooler.
  • the thermoelectric cooler built-in stem according to the second embodiment will be described in detail below.
  • thermoelectric cooler 5 The region where each component of the optical module (not shown) is mounted is inside the annular resin mold portion 8 shown in FIG. Then, the entire thermoelectric cooler 5 is arranged at a position directly below this inner side, so that the thermoelectric cooler 5 applies heat to the optical module via the first stem member 1a or conversely reduces the heat. It is possible.
  • the said cyclic resin mold part 8 provided in said 1st stem member 1a has the said extending
  • thermoelectric cooler 5 since the outer portion of the ring formed by the annular resin mold portion 8 is directly affected by the temperature of the outside air, the thermoelectric cooler 5 is affected by the outside air when there is no annular resin mold portion 8. It is easy and the case where the thermoelectric cooler 5 cannot fully perform the function can be considered. For this reason, by providing the annular resin mold portion 8, the influence of the outside air temperature on the thermoelectric cooler 5 is reduced.
  • thermoelectric cooler built-in stem described in the first embodiment of FIG. 4
  • the first surface is cooled by cooling the upper surface of the thermoelectric cooler 5.
  • the temperature of the lower surface of the stem member 1 is lowered, and the overall temperature of the first stem member 1 is lowered by heat conduction due to a temperature difference from the upper surface of the first stem member 1 (see the arrow in the figure).
  • the difference between the temperature and the outside air 30 is large, it is assumed that the function of the thermoelectric cooler 5 is insufficient and the temperature does not decrease.
  • a ring-shaped annular resin mold portion 8 is provided on the first stem member 1a.
  • the annular resin mold portion 8 allows the first stem member 1a that is easily affected by the outside air 30 to be connected to the outside portion of the ring of the annular resin mold portion 8 and the inside of the ring of the annular resin mold portion 8 that is not easily affected.
  • the thermoelectric cooler 5 is not easily affected by the temperature of the outside air 30, and the ability of the thermoelectric cooler 5 can be fully exhibited.
  • FIG. 6 is a top view of the first stem member 1a as viewed from above, in order to explain the structure of the first stem member 1a in more detail.
  • four leads 3a penetrating the first stem member 1a and the second stem member 2 are arranged at substantially the same radial position outside the ring-shaped annular resin mold portion 8 and spaced apart from each other at equal intervals.
  • the annular resin mold portion 8 is provided in a form penetrating in the thickness direction of the first stem member 1a.
  • the first stem member 1 a is thermally separated into the first stem member outer side 12 and the first stem member inner side 11 by the annular resin mold portion 8.
  • the portion of the first stem member inner side 11 is changed to the first side by the thermoelectric cooler 5 whose upper surface is bonded to the rear surface of the first stem member inner side 11 (the contour position is indicated by a dotted line in the drawing). It is possible to control the temperature separately from the stem member outer side 12.
  • thermoelectric cooler can be expanded by providing the annular resin mold portion 8 on the first stem member 1a and making the structure less susceptible to the influence of the ambient temperature.
  • FIG. 7 An example of a thermoelectric cooler built-in stem according to Embodiment 3 of the present invention will be described below with reference to FIG.
  • the stem with built-in thermoelectric cooler of the present embodiment has a configuration in which a reinforcing bar 9 is additionally provided between the first stem member 1a and the second stem member 2.
  • the other configurations are the same.
  • the reinforcing bar 9 is connected to the outer peripheral side of each lead at the radial position of these stems so as to connect the first stem member 1a and the second stem member 2 to each other.
  • a plurality of cables are fixed by welding.
  • the reinforcing bar 9 further strengthens the protection from disturbance caused by the lead and the insulating resin through the first stem member 1 and the second stem member 2 with respect to the thermoelectric cooler. It plays the role of a reinforcing material to protect against external disturbances such as impact and vibration.
  • the present invention is not limited to this example, and as described in the first embodiment, the first stem member has an annular resin mold. Even in the case where the mold part 8 is not formed, the same effect can be obtained when the influence of outside air is small.
  • thermoelectric cooler built-in stem As shown in FIG. 7, by providing a reinforcing rod 9 between the first stem member 1a and the second stem member 2, in addition to protecting the thermoelectric cooler 5 from the surface of the structural strength by the insulating resin, Protection from the aspect of strength becomes possible. Thereby, the thermoelectric cooler 5 and the connection point part 4 mounted in the inside of the 1st stem member 1a and the 2nd stem member 2 can be protected.
  • thermoelectric cooler built-in stem As described above, in the thermoelectric cooler built-in stem according to the present embodiment, the components mounted between the first stem member 1a and the second stem member 2 are separated from disturbances such as impact and vibration. It can be further strengthened and protected.
  • the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
  • the first stem member and the second stem member have been described as being installed in the vertical direction (gravity direction). (Vertical direction).
  • the plurality of leads for supplying an electrical signal to the optical module has been described in the example of penetrating the second stem member.
  • the present invention is not limited thereto, and the form does not penetrate the first stem member.
  • the upper end of the lead may be the same surface as the upper surface of the first stem member or may be substantially the same surface.
  • the number of leads is 4 as an example in the figure, but the present invention is not limited to this.

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Abstract

表面に光学モジュールなどの温度制御対象体を搭載した第１のステム部材（１、１ａ）と、前記第１のステム部材（１、１ａ）と対向する第２のステム部材（２）と、前記第１のステム部材（１、１ａ）と前記第２のステム部材（２）とに挟まれた前記温度制御対象体を制御する熱電クーラー（５）と、を備えた熱電クーラー内蔵型ステムとするとともに、前記第１のステム部材（１、１ａ）と前記第２のステム部材（２）間の空間を、熱伝導率が低い絶縁性樹脂（６）で充填した。

Description

熱電クーラー内蔵型ステム
　この発明は光学モジュールの温度制御機能を実現する熱電クーラー内蔵型ステムに関するものである。
　従来の熱電クーラー（以下ではＴＥＣ：Thermoelectric Coolerと呼ぶこともある）及び光学構成要素を備えた同軸冷却光学モジュールにおいては、ステム上面（アイレットの上面と呼ぶこともある）にＴＥＣを搭載し、ＴＥＣ上面に光学部品やその他の部品を積み上げて実装し、同軸冷却光学モジュールの構成にしている（例えば、特許文献１参照）。
　また、ＴＥＣの上面に部品を実装するボックスタイプの光ファイバモジュールの構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、ペルチェ素子に光源として用いる発光素子の取り付けを容易にした構成が開示されている（例えば、特許文献３参照）。また、リード電極周縁の突起部との干渉をなくし、高周波伝播損失を少なくする光素子用ステムの構成が開示されている（例えば、特許文献４参照）。さらに、既存のＣＡＮパッケージを使用して、ペルチェ素子をステムの下に配置して素子全体を冷却する構成が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
特開２００６－２１０９３５号公報 特開平９－３２５２４７号公報 特開２０１４－１５７８９８号公報 特開２００７－１５０１８２号公報 特開２００５－５０８４４号公報
　従来の方法では、熱電クーラーそのものに光学部品を積み上げていく必要があるため、搭載部品による応力などにより、光学部品の光軸が安定せず、光路の変動など、光軸に関する光学部品の特性に影響を与える可能性がある。また、熱電クーラーの熱電素子に対する応力も大きいため、落下の衝撃や振動などの外乱によって熱電クーラーが破壊されることがあるという問題点があった。
　この問題点について、図８を用いて、以下さらに詳しく説明する。光学モジュールを構成する場合には、例えば図８に示すように、熱電クーラー５の真上の位置に、光学部品７を搭載する必要がある。この場合、ステム２０からの高さが高くなり、その姿勢が不安定な状態となり易いため、熱ストレスなどにより、光学部品７の一部品であるＬＤチップ１０の光軸がずれやすくなるなど、光軸に関する不具合が懸念される。
　また、熱電クーラー５に対して、光学部品７に使用した積み上げ部品の自重がかかるため、振動や衝撃が加わった際に、熱電クーラー５に加わる応力が大きくなり、熱電クーラー５の支柱となる熱電素子５ａの破壊や、熱電クーラー５の基板５ｂとステム２０の接合部分からの剥離が発生しやすくなる。
　特に、熱電クーラー５とステム２０を導電性樹脂でボンディングしている場合は、衝撃による剥離の可能性が高くなる。
　なお、ＬＤチップに電気信号を供給するリード３ａ、および熱電クーラー５に電気信号を供給するリード３ｂは、ステム２０の上面から突出してステム２０に取り付けられている。また、リード３ｂは、接続ポイント部４で、熱電クーラー５の基板５ｂと接続されている。
　上述の課題を解決するため、本発明においては、ＣＡＮタイプの光学モジュールの温度制御機能を、ステムの一機能として実現する熱電クーラー内蔵型ステムであって、特に、部材に対する応力変動などによる光軸の位置変動など、光軸に関する特性変動の発生を抑制する熱電クーラー内蔵型ステムを実現することを目的とする。また、特に、外気の影響による熱電クーラーの破壊を抑制するため、ステムの一部材に内蔵した構成部品の延伸輪郭線が熱電クーラーを取り囲むよう構成した熱電クーラー内蔵型ステムを実現することを目的とする。
　本発明に係る熱電クーラー内蔵型ステムは、
表面に温度制御対象体が搭載された第１のステム部材と、
前記第１のステム部材の裏面側に配置され、前記第１のステム部材との間に前記温度制御対象体の温度制御を行う熱電クーラーを挟み込む第２のステム部材と、
前記第１のステム部材および前記第２のステム部材間に充填された絶縁性樹脂と、
を備えたことを特徴とするものである。
　本発明の熱電クーラー内蔵型ステムは、ステム上面における搭載部品の高さサイズを小さくすることが可能であり、部品に及ぼす応力変動を減少させることにより光学モジュールの光軸に関する特性変動への影響を抑制できる。また、内蔵する熱電クーラーを、落下の衝撃や振動などの外乱から保護することができる。
本発明の実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムの一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムに光学モジュールを搭載した図である。 本発明の実施の形態２に係る熱電クーラー内蔵型ステムの一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムに対する外気の影響を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る熱電クーラー内蔵型ステムに対する外気の影響を説明するための図である。 図３の熱電クーラー内蔵型ステムの第１のステム部材の構造を詳しく説明するための上面図である。 本発明の実施の形態３に係る熱電クーラー内蔵型ステムの一例を示す図である。 本発明の課題を説明するための図である。
実施の形態１．
　この発明の実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムについて、図を基にして以下説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムの一例を示す図である。また図２は本発明の実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムに光学モジュールを搭載した図である。
　図１において、光学モジュールなどの温度制御対象体を搭載するための円板状の第１のステム部材１のすぐ下側には、この光学モジュールを適切な温度に冷却するための熱電クーラー５（以下、ＴＥＣ５と呼ぶこともある。ＴＥＣ：Thermoelectric Cooler）が、第１のステム部材１と対向して同軸上に配置された円板状の第２のステム部材２の、上面に搭載されている。ここで、熱電クーラー５は、第１のステム部材１および第２のステム部材２の表面に、半田付けや導電性樹脂などの導電性材料で接合されている。
　また、上記第１のステム部材１と第２のステム部材２には、上記光学モジュールに電気信号を供給するリード３ａが、２つのステムの軸方向に貫通して設けられている。そして、図２に示すように、このリード３ａは、第１のステム部材１の上面に突き出ていることにより、第１のステム部材１の上面に搭載される光学部品７の一構成部品であるＬＤ（レーザダイオード、Laser Diodeの略）チップ１０と、（図示しない）Ａｕワイヤなどで接続することにより、外部からの動作の制御が可能となる。
　また、上記の熱電クーラー５に電気信号を供給するリード３ｂが、第２のステム部材２を貫通して設けられ、接続ポイント部４で、熱電クーラー５の基板５ｂと接続されている。
　また、熱電クーラー５の電極である（図示しない）アノードとカソードは、上記の接続ポイント部４において、上記リード３ｂと半田などにより接合されている。これにより、上記アノードとカソードの２つの端子は、熱電クーラー５の外部からの制御用端子（電極）として用いることができる。
　さらに、上記第１のステム部材１と第２のステム部材２との間には、熱伝導率の小さい絶縁性樹脂６が、第１のステム部材１と第２のステム部材２の間のスペースを埋め尽くすように充填されるか、あるいは、熱電クーラー５を取り囲むように充填されている。
　これにより、熱電クーラー５が発生する熱の影響を、第１のステム部材１と第２のステム部材２との間で分ける役割を果たしている。また、このことに加え、落下の衝撃や振動などによる外乱から熱電クーラー５を保護する役割を果たしている。
　なお、第１のステム部材１と第２のステム部材２とを貫通するリード３ａは、第１のステム部材１および第２のステム部材２の適宜の同一半径上、ほぼ等間隔に離されて４箇所設置され、絶縁性樹脂６と共に、熱電クーラー５を保護するための補強材となる。
　次に、図２を用いて、第１のステム部材１の上面に熱電クーラー５以外の部品が構成される場合の、本実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムの作用について説明する。
　この図に示すように、第１のステム部材１の上面に熱電クーラー５以外の部品である光学部品７を搭載した例である。第１のステム部材１の上面に光学部品７を搭載しているため、ステムからの部品の高さを、熱電クーラー５の高さ分だけ減らすことが可能となる。
従って、図８に示した、熱電クーラー５に直接、光学部品７を設置する場合に比較して、光学部品７の一部品であるＬＤチップ１０の光軸の、熱ストレスなどによる角度ずれが抑制されるため、この光軸に関する不具合の発生率を減らすことができる。
　また、熱電クーラー５は、その周囲を熱伝導率が小さい絶縁性樹脂６で覆われていることに加え、第２のステム部材２および第１のステム部材１の双方のステムを貫通するリード３ａで補強されるため、耐衝撃性や耐振動性を、より向上させることが可能となる。
　以上説明したように、本実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムにおいては、ステム上面の搭載部品の高さを低くできることにより、上述のような光軸に関する特性変動を抑制できる。また、第１のステム部材と第２のステム部材の間に樹脂を充填して、熱電クーラーを直に覆う、又は熱電クーラーの周囲を覆うこと、及び、第１のステム部材あるいは第２のステム部材を貫通するリード３ａ、あるいは第２のステム部材を貫通するリード３ｂを設けることにより、衝撃や振動などの外乱から熱電クーラーを保護することが可能である。
　以上において、熱電クーラーは、第１のステム部材１あるいは第２のステム部材２と、半田や導電性樹脂などを用いて接続され、熱電クーラーの動作を制御するために、熱電クーラーに電流を供給するためのリード３ｂは、第２のステム部材２を貫通し、その上面へ突き出した形になっている。ここで、熱電クーラーの電極であるアノード端子、カソード端子と、リード３ｂとの接続は、半田付けなどの溶接により行われる。
　一方、第１のステム部材１に搭載する部品である、光学部品７の一部品であるＬＤチップ１０の動作制御のため、電流を供給するためのリード３ａは、第１のステム部材１と第２のステム部材２の双方を貫通して設けられており、光学部品７に対する振動などの外乱を抑制する役割も兼ねている。
　また、第１のステム部材（外周）と第２のステム部材(外周)間の空間（第１のステム部材の下面と、第２のステム部材の上面と、これら２つの部材の外周同士を繋ぐ曲面とで囲まれた円筒形状体の内部の空間）は、絶縁性樹脂の充填により補強されており、この絶縁性樹脂の形成は、熱電クーラーを取り囲むようにするか（この場合には絶縁性樹脂と熱電クーラーとの間に隙間が生じている）、熱電クーラーの支柱となる熱電素子５ａの部分も充填して埋め尽くすか、のいずれの方法でも形成することが可能である。この絶縁性樹脂は、熱伝導率が小さく、絶縁性のあるものである。これらによって、温度コントロールが可能な機能をもった熱電クーラー内蔵型ステムを形成することが可能となる。
　以上をまとめると、本実施の形態１に係る熱電クーラー内蔵型ステムは、上記の文献による発明またはその組み合わせとは、特に以下の点で明確に異なる特徴を持つ。
　１つ目は、ステムの外部に熱電クーラーを配置する従来の技術とは異なり、単体のステムの一部として冷却機能を有する熱電クーラーを持つ形態としたものであることである。２つ目は、熱電クーラーの周囲に絶縁性樹脂を形成したことにより、熱電クーラー内蔵型ステムとして構成していることである。３つ目は、熱電クーラーの保護のために、ステムを貫通するリードを利用していることである。
実施の形態２．
　この発明の実施の形態２に係る熱電クーラー内蔵型ステムについて、図３を基にして以下説明する。
　実施の形態１で説明した熱電クーラー内蔵型ステムとの違いは、図３に示すように、第１のステム部材１ａに、樹脂によりリング状にモールドされた領域である環状樹脂モールド部８が形成されている点である。この環状樹脂モールド部８は、熱電クーラーの機能を向上させるためにこの第１のステム部材１ａに形成されたものである。この実施の形態２に係る熱電クーラー内蔵型ステムについて、以下詳しく説明する。
　光学モジュール（図示しない）の各部品が実装される領域は、この図３に示す環状樹脂モールド部８の内側になっている。そして、この内側直下の位置に、熱電クーラー５の全体が配置されることで、熱電クーラー５により、第１のステム部材１ａを介して光学モジュールに熱を加えたり、逆に熱を下げたりすることが可能である。なお、上記の第１のステム部材１ａ内に設けられた上記環状樹脂モールド部８は、その環状の輪郭部分の前記絶縁性樹脂への延伸輪郭線１５（図３中の点線参照）が、前記熱電クーラーを取り囲むように構成されている。さらに好ましくは、前記複数のリード線３ａの軸心を通るリング線の内側位置に上記環状樹脂モールド部８は配置される。
　この場合において、環状樹脂モールド部８が形成しているリングの外側部分は、外気の温度の影響を直接受けるため、環状樹脂モールド部８が無い場合には、熱電クーラー５が外気の影響を受けやすく、熱電クーラー５がその機能を十分に果たせなくなるケースが考えられる。このため、環状樹脂モールド部８を設けることで、熱電クーラー５に対する外気温度の影響を少なくしている。
　次に、本実施の形態２の作用について説明する。
図４の実施の形態１で説明した熱電クーラー内蔵型ステムを使用した場合においては、外気３０が、光学モジュールに搭載したデバイスの温度より高温の場合、熱電クーラー５の上面を冷やすことで第１のステム部材１下面の温度が下がり、第１のステム部材１上面との温度差による熱伝導によって（図中の矢印参照）、第１のステム部材１の全体温度を下げるが、駆動したいデバイスの温度と外気３０の差が大きい場合、熱電クーラー５の機能が不足して温度が下がらないケースが想定される。
　このため、図５に示すように、第１のステム部材１ａにリング状の環状樹脂モールド部８を設ける。そして、この環状樹脂モールド部８により、外気３０の影響を受けやすい第１のステム部材１ａを、環状樹脂モールド部８のリングの外側部分と、影響を受けにくい環状樹脂モールド部８のリングの内側部分とに分離した構成（以下で詳しく説明する）とすることで、熱電クーラー５が外気３０の温度の影響を受けにくくし、熱電クーラー５の能力を十分発揮させることが可能となる。
　図６は、第１のステム部材１ａの構造をさらに詳しく説明するため、上記第１のステム部材１ａを上側から見た上面図である。
この図において、第１のステム部材１ａと第２のステム部材２を貫通するリード３ａは、リング状の環状樹脂モールド部８の外側のほぼ同じ半径位置に、互いに等間隔に離れて４個配置されている。また、この環状樹脂モールド部８は、第１のステム部材１ａの厚さ方向に貫通する形態で設けられている
　従って、この環状樹脂モールド部８によって、第１のステム部材１ａは、第１のステム部材外側１２と第１のステム部材内側１１に、熱的に分離される。この結果、第１のステム部材内側１１の裏面に、その上面がボンディングされている熱電クーラー５（その輪郭位置を図中に点線で示す）により、第１のステム部材内側１１の部分を第１のステム部材外側１２と分離して、温度コントロールすることが可能である。
　このように、第１のステム部材１ａに環状樹脂モールド部８を設け、周囲温度の影響を受けにくい構造とすることで、熱電クーラーによる温度コントロール範囲を広げることが可能となる。
実施の形態３．
　この発明の実施の形態３に係る熱電クーラー内蔵型ステムの一例について、図７を基にして以下説明する。
　図７に示すように、本実施の形態の熱電クーラー内蔵型ステムは、第１のステム部材１ａと第２のステム部材２間に、補強棒９を、さらに追加して設けた構成とした点が、実施の形態２で説明した熱電クーラー内蔵型ステムと異なり、その他の構成は同じである。この補強棒９は、図に示すように、第１のステム部材１ａと第２のステム部材２を繋ぐように、これらのステムの半径位置において、各リードの配置位置よりもさらに外周側に、溶接により固定されて複数本設置されている。
　この補強棒９は、熱電クーラーに対する、第１のステム部材１と第２のステム部材２を貫通するリード、および絶縁性樹脂による外乱からの保護を、さらに強化するものであり、熱電クーラー５を衝撃や振動などの外乱から保護するための補強材の役割を果たすものである。
　なお、この図では第１のステム部材に環状樹脂モールド部８が形成されている例で説明したが、これに限らず、実施の形態１で説明したように、第１のステム部材に環状樹脂モールド部８が形成されていないものであっても、外気の影響が少ない場合には、同様の効果を奏する。
　次に、この実施の形態３に係る熱電クーラー内蔵型ステムの作用について説明する。
図７に示すように、第１のステム部材１ａと第２のステム部材２の間に補強棒９を設けることで、絶縁性樹脂による構造強度の面からの熱電クーラー５の保護に加え、構造強度の面からの保護が可能となる。これにより、第１のステム部材１ａと第２のステム部材２の内部に搭載される熱電クーラー５や接続ポイント部４を保護できる。
　以上説明したように、本実施の形態に係る熱電クーラー内蔵型ステムにおいては、第１のステム部材１ａ、第２のステム部材２の間に搭載される部品を、衝撃や振動などの外乱から、さらに強化して保護できる。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、以上においては、第１のステム部材と第２のステム部材が上下方向（重力方向）に設置されている例で説明したが、これに限らず、これらの部材が左右方向（重力方に垂直な方向）に設置されていてもよい。また、光学モジュールに電気信号を供給する複数のリードは、第２のステム部材を貫通している例で説明したが、これに限らず、第１のステム部材を貫通していない形態、すなわち、リード上端が、第１のステム部材の上面と同一面あるいは、ほぼ同一面であってもよい。また上記リードの本数は、図では４本の場合を例に示したが、これに限らず３本以上であれば、同様の効果を奏する。
　１、１ａ　第１のステム部材、２　第２のステム部材、３、３ａ、３ｂ　リード、４　接続ポイント部、５　熱電クーラー、５ａ　熱電素子、５ｂ　基板、６　絶縁性樹脂、７　光学部品、８　環状樹脂モールド部、９　補強棒、１０　ＬＤチップ、１１　第１のステム部材内側、１２　第１のステム部材外側、１５　延伸輪郭線、３０　外気

Claims (6)

  1. 表面に温度制御対象体が搭載された第１のステム部材と、
    前記第１のステム部材の裏面側に配置され、前記第１のステム部材との間に前記温度制御対象体の温度制御を行う熱電クーラーを挟み込む第２のステム部材と、
    前記第１のステム部材および前記第２のステム部材間に充填された絶縁性樹脂と、
    を備えたことを特徴とする熱電クーラー内蔵型ステム。
  2. 前記第１のステム部材および前記第２のステム部材を貫通し、前記温度制御対象体に電気信号を供給するリードを複数備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱電クーラー内蔵型ステム。
  3. 前記熱電クーラーは、支柱となる熱電素子と、前記第１のステム部材および前記第２のステム部材にそれぞれ接合する基板とを備え、前記熱電クーラーに電気信号を供給する別のリードに接続ポイント部を介して接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電クーラー内蔵型ステム。
  4. 前記第１のステム部材は、内部に樹脂により環状にモールドされた環状樹脂モールド部を有し、当該環状樹脂モールド部は、その環状の輪郭部分の前記絶縁性樹脂への延伸輪郭線が、前記熱電クーラーを取り囲むように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱電クーラー内蔵型ステム。
  5. 前記第１のステム部材と前記第２のステム部材とに繋がる補強棒を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱電クーラー内蔵型ステム。
  6. 前記第１のステム部材は、温度を変更するデバイスを搭載する部分と、温度を変更するデバイスを搭載しない部分とに分離された構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の熱電クーラー内蔵型ステム。
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