JP2855980B2 - Thermoelectric cooling module and cooled semiconductor laser module - Google Patents
Thermoelectric cooling module and cooled semiconductor laser moduleInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体等の温度制御に用
いる熱電冷却モジュールおよび半導体レーザの冷却にこ
の熱電冷却モジュールを適用した冷却型半導体レーザモ
ジュールに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric cooling module used for controlling the temperature of semiconductors and the like, and to a cooled semiconductor laser module using the thermoelectric cooling module for cooling a semiconductor laser.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、光通信システムや光情報処理シス
テムなどのオプトエレクトロニクス分野では、一般に半
導体レーザを熱電冷却モジュールで冷却する冷却型半導
体レーザモジュールが光信号発生用に用いられている。
図３は上述の熱電冷却モジュールの一例の側面図であ
る。この熱電冷却モジュールは、一面に半導体レーザ等
の被冷却物６０を搭載した吸熱用のセラミック基板５１
の他面と、一面を放熱器６１に接合した発熱用のセラミ
ック基板５２の他面との間に、ｎ型とｐ型のビスマス・
テルル化合物からなる複数の角柱型をした熱電素子５３
を挟み込んでいる。セラミック基板５１，５２の基板材
料としては、一般にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）系のセラミ
ックが用いられている。複数の熱電素子５３は、セラミ
ック基板５１の他面とセラミック基板５２の他面にそれ
ぞれ形成した配線パターン５４，５５へ半田付けするこ
とによって直列回路接続される。また、外部回路から熱
電素子５３へ電流を供給するための１対のリード線５６
もセラミック基板５１，５２上の配線パターン５４，５
５に半田付けしている。2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of optoelectronics such as an optical communication system and an optical information processing system, a cooled semiconductor laser module for cooling a semiconductor laser by a thermoelectric cooling module is generally used for generating an optical signal.
FIG. 3 is a side view of an example of the above-described thermoelectric cooling module. The thermoelectric cooling module has a ceramic substrate 51 for heat absorption on which a cooled object 60 such as a semiconductor laser is mounted on one surface.
Between the other surface and the other surface of the heating ceramic substrate 52 having one surface joined to the radiator 61.
A plurality of prismatic thermoelectric elements 53 made of tellurium compound
Is sandwiched. As a substrate material of the ceramic substrates 51 and 52, an alumina (Al 2 O 3 ) -based ceramic is generally used. The plurality of thermoelectric elements 53 are connected in series circuit by soldering to wiring patterns 54 and 55 formed on the other surface of the ceramic substrate 51 and the other surface of the ceramic substrate 52, respectively. Further, a pair of lead wires 56 for supplying a current from the external circuit to the thermoelectric element 53 is provided.
The wiring patterns 54,5 on the ceramic substrates 51,52
5 is soldered.
【０００３】なお、セラミック基板５１，５２は、被冷
却物６０や放熱器６１との固定方法により、セラミック
素地のままのものや、セラミックの発熱面（セラミック
基板５２の一面）および吸熱面（セラミック基板５１の
一面）上に金メタライズを施し、さらに半田コーティン
グを施しているものがある。[0003] The ceramic substrates 51 and 52 may be kept as they are, or may be a ceramic heating surface (one surface of the ceramic substrate 52) and a heat absorbing surface (ceramic substrate), depending on the method of fixing the object to be cooled 60 and the radiator 61. Some substrates have gold metallized on one surface of the substrate 51) and further have a solder coating.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】電子機器においては、
部品の高さ（厚さ）に対する要求条件が年々厳しくなっ
ており、可能な限り高さの低い部品が要求されている。
このような要求から冷却型半導体レーザモジュールにも
薄型化が必要となってきている。冷却型半導体レーザモ
ジュールの薄型化に対しては、熱電冷却モジュールの薄
型化が非常に有効である。SUMMARY OF THE INVENTION In electronic equipment,
The requirements for the height (thickness) of parts are becoming stricter year by year, and parts as low as possible are required.
Due to such demands, the cooling type semiconductor laser module has also become thinner. To reduce the thickness of the cooling semiconductor laser module, it is very effective to reduce the thickness of the thermoelectric cooling module.
【０００５】しかし、従来の熱電冷却モジュールでは、
この厚さを薄くするためには、吸熱および発熱用のセラ
ミック基板の薄型化および熱電素子の長さの短縮化が必
要であるが、セラミック基板の薄型化には強度の点から
限界があり、熱電素子の短縮化が図られている。しかし
熱電素子の素子長を短くすると吸熱能力が劣化するとい
う問題点があった。However, in the conventional thermoelectric cooling module,
In order to reduce the thickness, it is necessary to reduce the thickness of the ceramic substrate for heat absorption and heat generation and the length of the thermoelectric element, but there is a limit in terms of strength in reducing the thickness of the ceramic substrate, The shortening of thermoelectric elements has been achieved. However, when the element length of the thermoelectric element is shortened, there is a problem that the heat absorbing ability is deteriorated.
【０００６】また、従来の熱電冷却モジュールでは、２
枚のセラミック基板で複数の熱電素子を挟み込み、この
熱電素子をセラミック基板に配線パターン上で半田固定
するので、厚さのバラツキが大きいという問題点があっ
た。[0006] In the conventional thermoelectric cooling module, 2
Since a plurality of thermoelectric elements are sandwiched between a plurality of ceramic substrates, and the thermoelectric elements are fixed to the ceramic substrate by soldering on a wiring pattern, there is a problem that thickness variation is large.
【０００７】さらに、従来の熱電冷却モジュールでは、
２枚のセラミック基板上の配線パターンに多数の熱電素
子を高密度に搭載・固定するため、熱電素子の長さが短
くなるにつれて搭載・固定の作業性が悪化するという問
題点があった。Further, in the conventional thermoelectric cooling module,
Since a large number of thermoelectric elements are mounted and fixed on a wiring pattern on two ceramic substrates at high density, there is a problem that the workability of mounting and fixing deteriorates as the length of the thermoelectric elements becomes shorter.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の熱電冷却モジュ
ールは、外側面と第１の広面とを有し，前記外側面に第
１の配線パターンを施した第１のセラミック基板と、前
記第１のセラミック基板の外側面より大きくてしかも前
記外側面に対向する内側面と前記第１の広面とほぼ同一
平面上にある第２の広面とを有し，前記内側面に第２の
配線パターンを施した第２のセラミック基板と、前記第
１のセラミック基板の外側面と前記第２のセラミック基
板の内側面との間に配置された複数の熱電素子とを備
え、前記複数の熱電素子と前記第１の配線パターンと前
記第２の配線パターンとが直列回路を構成する。A thermoelectric cooling module according to the present invention has a first ceramic substrate having an outer surface and a first wide surface, and a first wiring pattern provided on the outer surface . larger than the outer surface of the first ceramic substrate Kuteshikamo ago
The inner surface facing the outer surface is substantially the same as the first wide surface.
A second ceramic substrate having a second wide surface on a plane and having a second wiring pattern formed on the inner surface, an outer surface of the first ceramic substrate and an inner surface of the second ceramic substrate; A plurality of thermoelectric elements are provided between the thermoelectric elements, and the plurality of thermoelectric elements, the first wiring pattern, and the second wiring pattern form a series circuit.
【０００９】また、本発明の冷却型半導体レーザモジュ
ールは、光ファイバを介して光を出射する半導体レーザ
と、前記半導体レーザを固定する半導体レーザ支持体
と、前記支持体を前記第１のセラミック基板の広面の一
つに固定した前記熱電冷却モジュールとを備えている。In addition, a cooled semiconductor laser module according to the present invention comprises: a semiconductor laser that emits light through an optical fiber; a semiconductor laser support for fixing the semiconductor laser; and the first ceramic substrate. And the thermoelectric cooling module fixed to one of the wide surfaces.
【００１０】[0010]
【実施例】次に本発明の熱電冷却モジュールおよび冷却
型半導体レーザモジュールについて図面を参照して説明
する。Next, a thermoelectric cooling module and a cooled semiconductor laser module according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１１】図１は本発明による熱電冷却モジュールの
一実施例の斜視図である。この熱電冷却モジュールは、
角型の外側面を有する吸熱用のセラミック基板３１と、
セラミック基板３１の外側面を挿入できる大きさの内側
面を有する発熱用のセラミック基板３２と、ｎ型とｐ型
のビスマス・テルル化合物からなる複数の熱電素子３３
と、セラミック基板３２の広面の一つに設けられ熱電素
子３３に電流を供給する一対の電極端子３４とを備えて
いる。セラミック基板３１および３２は、二つの広面と
もほぼ同一面上に位置し、向かい合った側面（セラミッ
ク基板３１の外側面およびセラミック基板３２の内側
面）には、それぞれ配線パターン３６および３７が形成
されている。配線パターン３６と３７と数個から数十個
にもおよぶ熱電素子３３と電極端子３４とは直列回路接
続されており、一対の電極端子３４にそれぞれ接続され
たリード線３５を熱電素子３３への電流入出力端子にし
ている。FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of a thermoelectric cooling module according to the present invention. This thermoelectric cooling module
An endothermic ceramic substrate 31 having a square outer surface;
A heating ceramic substrate 32 having an inner surface large enough to insert the outer surface of the ceramic substrate 31 and a plurality of thermoelectric elements 33 made of n-type and p-type bismuth tellurium compounds
And a pair of electrode terminals 34 provided on one of the wide surfaces of the ceramic substrate 32 to supply a current to the thermoelectric element 33. The ceramic substrates 31 and 32 are located on substantially the same plane on both of the two wide surfaces, and wiring patterns 36 and 37 are formed on opposing side surfaces (the outer surface of the ceramic substrate 31 and the inner surface of the ceramic substrate 32), respectively. I have. The wiring patterns 36 and 37, the thermoelectric elements 33 ranging from several to several tens, and the electrode terminals 34 are connected in a series circuit, and the lead wires 35 respectively connected to the pair of electrode terminals 34 are connected to the thermoelectric element 33. It is a current input / output terminal.
【００１２】また、２つのセラミック基板３１，３２へ
の熱電素子３３の搭載・固定を容易にするために、セラ
ミック基板３１の外側面およびセラミック基板３２の内
側面にはそれぞれ、熱電素子３３をセラミック基板３１
および３２の一方の広面から支えるＬ字型の突起部が設
けられている。従って、熱電素子３３のセラミック基板
３１，３２への搭載・固定は、セラミック基板の広面の
一つ（上部）から実装することができ、このモジュール
組立の作業性がよくなる。To facilitate mounting and fixing the thermoelectric element 33 on the two ceramic substrates 31 and 32, the thermoelectric element 33 is provided on the outer surface of the ceramic substrate 31 and on the inner surface of the ceramic substrate 32, respectively. Substrate 31
And 32 are provided with L-shaped projections supported from one wide surface. Therefore, the thermoelectric element 33 can be mounted and fixed to the ceramic substrates 31 and 32 from one of the wide surfaces (upper part) of the ceramic substrate, thereby improving the workability of the module assembly.
【００１３】さらに、この熱電冷却モジュールの厚さ
は、セラミック基板３１，３２の厚さに依存するが、こ
の厚さの制御は容易であるのでモジュールの厚さにほと
んどバラツキがなくなる。Further, the thickness of the thermoelectric cooling module depends on the thickness of the ceramic substrates 31 and 32. Since the thickness can be easily controlled, the thickness of the module hardly varies.
【００１４】本実施例は、セラミック基板３１の外形寸
法（縦×横×高さ）が８×８×０．８ｍｍであり、セラ
ミック基板３２の外形寸法が１８×１８×１．０ｍｍで
あり、熱電素子３３の素子数が４０（図１では一部の図
示を省略している）である。従ってこの熱電冷却モジュ
ールの厚さは１．０ｍｍである。この寸法は図３に示し
た従来の熱電モジュールに比べて約半分の厚みである。In this embodiment, the outer dimensions (length × width × height) of the ceramic substrate 31 are 8 × 8 × 0.8 mm, and the outer dimensions of the ceramic substrate 32 are 18 × 18 × 1.0 mm. The number of thermoelectric elements 33 is 40 (in FIG. 1, some of them are omitted). Therefore, the thickness of this thermoelectric cooling module is 1.0 mm. This dimension is about half the thickness of the conventional thermoelectric module shown in FIG.
【００１５】なお、本実施例では、セラミック基板３１
および３２の寸法８×８×０．８ｍｍおよび１８×１８
×１．０ｍｍ，熱電素子３３の素子数４０，外形寸法１
８×１８×１．０ｍｍであるが、本発明は本実施例の値
に限定されるものではなく、用途、あるいは要求性能に
応じて変更可能である。In this embodiment, the ceramic substrate 31
And 32 dimensions 8 × 8 × 0.8 mm and 18 × 18
× 1.0mm, 40 thermoelectric elements 33, external dimensions 1
Although it is 8 × 18 × 1.0 mm, the present invention is not limited to the value of the present embodiment, and can be changed according to the application or required performance.
【００１６】図２は図１の熱電冷却モジュールを半導体
レーザ素子の冷却のために使用した冷却型半導体レーザ
モジュールの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a cooled semiconductor laser module using the thermoelectric cooling module of FIG. 1 for cooling a semiconductor laser device.
【００１７】この冷却型半導体レーザモジュールは、光
を外部回路に出射する半導体レーザモジュールとして、
光を出射する半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１を
固定するヒートシンク１４と、半導体レーザ１１からの
出射光パワーをモニタする光電気変換素子１３と、温度
検出用のサーミスタ１２と、半導体レーザ１１からの出
射光を外部回路に結合させる光ファイバ１５と、ヒート
シンク１４に結合された熱良導体の支持体１６とを備え
ている。また、この冷却型半導体レーザモジュールは、
半導体レーザ１１の温度制御用として、セラミック基板
３１，３２，熱電素子３３，一対の電極端子３４，リー
ド線３５および配線パターン３６，３７を備える上述の
熱電冷却モジュールとを備えている。これら半導体レー
ザモジュールと熱電冷却モジュールとが気密パッケージ
２に収納されている。なお、この気密パッケージ２は熱
電冷却モジュールの発熱用のセラミック基板３２の放熱
器を兼ねており、また、断熱材４にて吸熱用のセラミッ
ク基板３１と気密パッケージ２との熱遮断を行ってい
る。This cooled semiconductor laser module is a semiconductor laser module that emits light to an external circuit.
A semiconductor laser 11 for emitting light, a heat sink 14 for fixing the semiconductor laser 11, a photoelectric conversion element 13 for monitoring the power of the emitted light from the semiconductor laser 11, a thermistor 12 for temperature detection, An optical fiber 15 for coupling outgoing light to an external circuit, and a support 16 of a good heat conductor coupled to a heat sink 14 are provided. In addition, this cooled semiconductor laser module
For controlling the temperature of the semiconductor laser 11, the above-described thermoelectric cooling module including ceramic substrates 31, 32, a thermoelectric element 33, a pair of electrode terminals 34, lead wires 35, and wiring patterns 36, 37 is provided. The semiconductor laser module and the thermoelectric cooling module are housed in an airtight package 2. The hermetic package 2 also functions as a radiator for the ceramic substrate 32 for heat generation of the thermoelectric cooling module, and the heat insulating material 4 blocks the heat between the ceramic substrate 31 for heat absorption and the hermetic package 2. .
【００１８】この図２の冷却型半導体レーザモジュール
は、図１に示した薄型の熱電冷却モジュールを適用する
ことにより、薄型化が可能になった。The cooling semiconductor laser module shown in FIG. 2 can be made thinner by applying the thin thermoelectric cooling module shown in FIG.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように本発明の熱電冷却モ
ジュールは、吸熱用のセラミック基板と発熱用のセラミ
ック基板とをほぼ同一面上に位置させるので熱電素子の
長さを短縮する必要がなく、従って冷却能力を悪化させ
ることなく薄型化が可能であるという効果を有する。As described above, in the thermoelectric cooling module of the present invention, the ceramic substrate for heat absorption and the ceramic substrate for heat generation are located on substantially the same plane, so that it is not necessary to reduce the length of the thermoelectric element. Therefore, there is an effect that the thickness can be reduced without deteriorating the cooling capacity.
【００２０】また、２つのセラミック基板への熱電素子
の搭載・固定は、熱電素子を上部から実装することがで
きるので、このモジュール組立の作業性がよくなるとい
う効果がある。The mounting and fixing of the thermoelectric elements on the two ceramic substrates has the effect of improving the workability of the module assembly because the thermoelectric elements can be mounted from above.
【００２１】さらに、熱電冷却モジュールの厚さは、２
つのセラミック基板の厚さによるため、ほとんどバラツ
キがなくなるという効果を有する。Further, the thickness of the thermoelectric cooling module is 2
Since the thickness depends on the thickness of one ceramic substrate, there is an effect that almost no variation occurs.
【００２２】また、本発明の冷却型半導体レーザモジュ
ールは、上述の熱電冷却パッケージを半導体レーザの冷
却のために使用するので、モジュールを薄型化できると
いう効果がある。Further, in the cooled semiconductor laser module of the present invention, since the above-described thermoelectric cooling package is used for cooling the semiconductor laser, the module can be made thinner.
【図１】本発明の一実施例の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of the present invention.
【図２】図１の熱電冷却モジュールを適用した冷却半導
体レーザの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a cooling semiconductor laser to which the thermoelectric cooling module of FIG. 1 is applied.
【図３】従来の熱電冷却モジュールの側面図である。FIG. 3 is a side view of a conventional thermoelectric cooling module.
２ 気密パッケージ ４ 断熱材 １１ 半導体レーザ １２ サーミスタ １３ 光電気変換素子 １４ ヒートシンク １５ 光ファイバ １６ 支持体 ３１，３２，５１，５２ セラミック基板 ３３，５３ 熱電素子 ３４ 電極端子 ３５，５６ リード線 ３６，３７，５４，５５ 配線パターン ６０ 被冷却物 ６１ 放熱器 2 airtight package 4 heat insulating material 11 semiconductor laser 12 thermistor 13 photoelectric conversion element 14 heat sink 15 optical fiber 16 support body 31, 32, 51, 52 ceramic substrate 33, 53 thermoelectric element 34 electrode terminal 35, 56 lead wire 36, 37, 54, 55 Wiring pattern 60 Cooled object 61 Radiator
Claims (4)
面に第１の配線パターンを施した第１のセラミック基板
と、前記第１のセラミック基板の外側面より大きくてし
かも前記外側面に対向する内側面と前記第１の広面とほ
ぼ同一平面上にある第２の広面とを有し，前記内側面に
第２の配線パターンを施した第２のセラミック基板と、
前記第１のセラミック基板の外側面と前記第２のセラミ
ック基板の内側面との間に配置された複数の熱電素子と
を備え、 前記複数の熱電素子と前記第１の配線パターンと前記第
２の配線パターンとが直列回路を構成することを特徴と
する熱電冷却モジュール。1. A having an outer surface and a first broad surface Prefecture, a first ceramic substrate subjected to the first wiring pattern on the outer surface, larger than the outer surface of said first ceramic substrate Kuteshi
The inner surface facing the outer surface and the first wide surface
A second ceramic substrate having a second wide surface coplanar with the second wiring pattern on the inner surface ;
A plurality of thermoelectric elements disposed between an outer surface of the first ceramic substrate and an inner surface of the second ceramic substrate, wherein the plurality of thermoelectric elements, the first wiring pattern, and the second A thermoelectric cooling module, wherein said wiring pattern forms a series circuit.
回路の電流入出力端子を構成する一対の電極端子が設け
られていることを特徴とする請求項１記載の熱電冷却モ
ジュール。2. The thermoelectric cooling module according to claim 1, wherein the second ceramic substrate is provided with a pair of electrode terminals constituting current input / output terminals of the series circuit.
び第２のセラミック基板の内側面にはそれぞれ、前記熱
電素子を一方から支えるＬ字型の突起部が設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の熱電冷却モジュー
ル。3. An L-shaped projection for supporting the thermoelectric element from one side is provided on each of an outer surface of the first ceramic substrate and an inner surface of the second ceramic substrate. The thermoelectric cooling module according to claim 1.
レーザと、前記半導体レーザを固定する半導体レーザ支
持体と、前記支持体を前記第１のセラミック基板の広面
の一つに固定した請求項１記載の熱電冷却モジュールと
を備えることを特徴とする冷却型半導体レーザモジュー
ル。4. A semiconductor laser that emits light through an optical fiber, a semiconductor laser support for fixing the semiconductor laser, and the support is fixed to one of the wide surfaces of the first ceramic substrate. A cooled semiconductor laser module comprising the thermoelectric cooling module according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20169592A JP2855980B2 (en) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | Thermoelectric cooling module and cooled semiconductor laser module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20169592A JP2855980B2 (en) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | Thermoelectric cooling module and cooled semiconductor laser module |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653612A JPH0653612A (en) | 1994-02-25 |
| JP2855980B2 true JP2855980B2 (en) | 1999-02-10 |
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ID=16445385
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20169592A Expired - Lifetime JP2855980B2 (en) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | Thermoelectric cooling module and cooled semiconductor laser module |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2855980B2 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4218241B2 (en) | 2001-12-27 | 2009-02-04 | 三菱電機株式会社 | Optical module and optical transmission or reception device |
-
1992
- 1992-07-29 JP JP20169592A patent/JP2855980B2/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JPH0653612A (en) | 1994-02-25 |
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