JP4946615B2 - 光送信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、熱電変換素子を持つモジュールを持つ光送信装置に関する。なお、以下本発明の光送信装置における熱電モジュールを、本発明の熱電モジュールと呼ぶ。
熱電変換素子を持つ熱電モジュールとしては、従来から種々のものが知られている。熱電モジュールは、熱電変換素子（所謂ペルチェ素子）によって種々の装置を冷却および／または加温する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、熱電モジュールを持つ光送信装置が開示されている。特許文献１に開示されている光送信装置は、熱電モジュールの熱電変換素子によって、光送信モジュールのレーザダイオードを冷却する。従来の熱電モジュールおよび光送信装置を模式的に表す説明図を図１８に示す。以下、図１８を基に、従来の熱電モジュールおよび光送信装置を説明する。
図１８に示す従来の光送信装置１００は、熱電モジュール１０２と、光送信手段１０４と、保持部材１０３とを持つ。保持部材１０３は箱状をなし、内部に熱電モジュール１０２および光送信手段１０４を保持している。詳しくは、熱電モジュール１０２は、第１絶縁基板１２０と、第２絶縁基板１２１と、電極（図略）と、熱電変換素子１２３とを持つ。
第１絶縁基板１２０は、接着やはんだ付けなどの方法によって保持部材１０３の底壁部１２４に固着されている。第１絶縁基板１２０の上面には、図略の電極が形成されている。第２絶縁基板１２１は第１絶縁基板１２０と対面している。第２絶縁基板１２１の下面には複数の電極（図略）が形成されている。第２絶縁基板１２１と第１絶縁基板１２０との間には複数の熱電変換素子１２３が介装されている。各熱電変換素子１２３は、第１絶縁基板１２０に形成されている電極と、第２絶縁基板１２１に形成されている電極とに電気的に接続されている。さらに、第１絶縁基板１２０の上面には、光送信手段１０４の一部を構成するフォトダイオード１２５が配設されている。第２絶縁基板１２１の上面には、光送信手段１０４の一部を構成するレーザダイオード１２６が配設されている。熱電変換素子１２３は、通電されると一つの面が昇温し他の一つの面が降温する。昇温する側の面と降温する側の面とは、通電方向に応じて決定される。図１８に示す熱電変換素子１２３では、第２絶縁基板側１２１の面が降温し、第１絶縁基板側１２０の面が昇温する。したがって、図１８に示す熱電変換素子１２３は、第２絶縁基板１２１上のレーザダイオード１２６を冷却する。熱電変換素子１２３の昇温する側の面は第１絶縁基板１２０に固着されているため、熱電変換素子１２３で生じた熱は第１絶縁基板１２０および底壁部１２４を介して保持部材１０３の外部に放熱される。
ところで、熱電モジュール１０２は、一般に限られた領域内に配設される。例えば、図１８に示す従来の光送信装置１００における第１絶縁基板１２０および第２絶縁基板１２１は、面積の大きい側の面（図１８における下面）を保持部材１０３の底壁部１２４に向けている。このため、第１絶縁基板１２０上に配設できる熱電変換素子１２３の数は、底壁部１２４の外径に応じて決定される。光送信器１００における底壁部１２４の外径は、一般に５ｍｍ程度であり、比較的小さい。このため第１絶縁基板１２０における熱電変換素子１２３を配設できる領域は小さく、熱電変換素子１２３を数多く配設できない。さらに、図１８に示す光送信装置１００における第１絶縁基板１２０には、熱電変換素子１２３とともにフォトダイオード１２５が配設されている。このため、熱電変換素子１２３を配設できる第１絶縁基板１２０上の領域はさらに小さくなる。熱電変換素子１２３の配設個数が少ない熱電変換モジュール１０２の熱交換能力は小さい。したがって、例えばレーザダイオード１０４の発熱量が大きい場合には、熱電変換モジュール１０２によってレーザダイオード１０４を効率よく冷却できない場合があった。
特開２００４−２５３７７９号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、限られた空間に配設でき熱交換能力に優れる熱電モジュール、および、限られた空間に配設でき熱交換能力に優れる熱電モジュールを備える光送信装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の光送信装置は箱状をなす保持部材と、発光素子を持ち保持部材の内部に保持されている光送信手段と、保持部材の内部に保持されている熱電モジュールと、を持ち、熱電モジュールは、第１の対向面を持つ第１絶縁基板と、第１の対向面に対向する第２の対向面を持つ第２絶縁基板と、第１の対向面と第２の対向面とにそれぞれ形成されている複数の電極と、第１絶縁基板と第２絶縁基板との間に設けられ複数の電極により電気的に直列および／または並列に接続されている複数の熱電変換素子と、電極と外部電源とを電気的に接続する導通回路と、を備え、導通回路の一部は、第１絶縁基板の内部に形成され、第１絶縁基板は、第１の対向面を持つ基板本体部と、基板本体部に連続し基板本体部と交差する方向に延びる凸部と、を持ち、凸部には、第１の対向面と交差する方向に延びる固定面が形成され、固定面は、保持部材の内部底面に固着され、第１絶縁基板は、孔状をなし内部が導通回路に連通している接続部を持ち、接続部には、外部電源に電気的に接続されるリード端子が差し込まれていることを特徴とする。
本発明の光送信装置は以下の（Ｉ）〜（ＩＶ）を備えるのが好ましい。
（Ｉ）上記第１絶縁基板は、金属材料からなる本体層と、絶縁材料からなり本体層の表面に形成されている絶縁層と、を持つ多層構造をなす。
（ＩＩ）上記第２絶縁基板は、上記本体層と上記絶縁層とを持つ多層構造をなす。
（ＩＩＩ）上記熱電変換素子が通電すると、第１絶縁基板は昇温し上記第２絶縁基板は降温する。
（ＩＶ）上記導通回路の一部は上記第２絶縁基板の内部に形成されている。
以下、本発明の光送信装置における熱電モジュールの下記の要素を第１の熱電モジュールと呼ぶ。
第１の対向面を持つ第１絶縁基板と、第１の対向面に対向する第２の対向面を持つ第２絶縁基板と、第１の対向面と第２の対向面とにそれぞれ形成されている複数の電極と、第１絶縁基板と第２絶縁基板との間に設けられ複数の電極により電気的に直列および／または並列に接続されている複数の熱電変換素子と、電極と外部電源とを電気的に接続する導通回路と、を備える熱電モジュールであって、第１絶縁基板は、第１の対向面を持つ基板本体部と、基板本体部に連続し基板本体部と交差する方向に延びる凸部と、を持ち、凸部には、第１の対向面と交差する方向に延びる固定面が形成されていることを特徴とする熱電モジュール。
第１の熱電モジュールは、下記の（１）を持つのが好ましい。
（１）上記導通回路の一部は、上記第１絶縁基板の内部および／または上記第２絶縁基板の内部に形成されている。
上記課題を解決する本発明の第２の熱電モジュールは、第１の対向面を持つ第１絶縁基板と、第１の対向面に対向する第２の対向面を持つ第２絶縁基板と、第１の対向面と第２の対向面とにそれぞれ形成されている複数の電極と、第１絶縁基板と第２絶縁基板との間に設けられ複数の電極により電気的に直列および／または並列に接続されている複数の熱電変換素子と、電極と外部電源とを電気的に接続する導通回路と、を備える熱電モジュールであって、第１絶縁基板は、第１の対向面と交差する方向に延びる固定面を持ち、導通回路の一部は、第１絶縁基板の内部に形成されていることを特徴とする。
第２の熱電モジュールは、下記の（２）を持つのが好ましい。
（２）上記第１絶縁基板は、上記第１の対向面を持つ基板本体部と、基板本体部に連続し基板本体部と交差する方向に延びる凸部と、を持ち、上記固定面は、凸部に形成されている。
第１の熱電モジュールおよび第２の熱電モジュールは、下記の（３）〜（４）の何れかを持つのが好ましい。
（３）上記第１絶縁基板および／または上記第２絶縁基板は、金属材料からなる本体層と、絶縁材料からなり本体層の表面に形成されている絶縁層と、を持つ多層構造をなす。
（４）上記第１絶縁基板および／または上記第２絶縁基板は孔状の接続部を持ち、接続部の内部は上記導通回路に連通している。
上記課題を解決する本発明の第３の熱電モジュールは、第１の対向面を持つ第１絶縁基板と、第１の対向面に対向する第２の対向面を持つ第２絶縁基板と、第１の対向面と第２の対向面とにそれぞれ形成されている複数の電極と、第１絶縁基板と第２絶縁基板との間に設けられ複数の電極により電気的に直列および／または並列に接続されている複数の熱電変換素子と、電極と外部電源とを電気的に接続する導通回路と、を備える熱電モジュールであって、第１絶縁基板は、第１の対向面と交差する方向に延びる固定面を持つことを特徴とする。
本発明の第１の熱電モジュールにおける第１絶縁基板は、第１の対向面と交差する方向に延びる固定面を持つ。熱電モジュールを保持する部材（例えば図１８における保持部材など）に固定面を固着すれば、第１の対向面の大きさ（すなわち熱電変換素子を配設できる領域の大きさ）を保持部材の大きさよりも大きくできる。よって、第１の熱電モジュールは、限られた空間に配設でき、かつ、熱電変換素子を数多く配設できる。熱電変換素子を数多く配設できれば、熱電モジュールの熱交換能力が向上する。よって、第１の熱電モジュールは、限られた空間に配設でき、かつ、熱交換能力に優れる。
さらに、固定面を凸部に形成したことで、第１絶縁基板の肉厚をさほど大きくしなくても、大きな固定面を確保できる。固定面が大きければ、熱電変換素子で生じた熱を保持部材に効率よく伝達でき、熱電変換素子によって種々の装置を効率よく冷却あるいは加温できる。このことによっても、第１の熱電モジュールは熱交換能力に優れる。さらに、固定面が大きければ、熱電モジュールを保持部材に安定して固定できる利点もある。
上記（１）を備える第１の熱電モジュールは、第１絶縁基板に設けられる電気回路の一部を第１絶縁基板の内部および／または第２絶縁基板の内部に形成したことで、第１の対向面における熱電変換素子の配設可能領域をさらに大きくできる。よって、この場合には第１の熱電モジュールにさらに数多くの熱電変換素子を配設できる。すなわち上記（１）を備える第１の熱電モジュールは、さらに熱交換能力に優れる。また、電気回路の一部を第１絶縁基板の内部および／または第２絶縁基板の内部に形成したことで、第１絶縁基板および／または第２絶縁基板にＩＣ等を直接配設および配線できるため、熱電変換素子やその他の素子の実装性も向上する。
本発明の第２の熱電モジュールにおける第１絶縁基板は、第１の熱電モジュールにおける第１絶縁基板と同様に、第１の対向面と交差する方向に延びる固定面を持つため、限られた空間に配設でき、かつ、熱交換能力に優れる。
さらに、第１絶縁基板に設けられる電気回路の一部を第１絶縁基板の内部に形成したことで、第１の対向面における熱電変換素子の配設可能領域をさらに大きくできる。よって、第２の熱電モジュールは、数多くの熱電変換素子を配設でき、熱交換能力に優れる。
上記（２）を備える第２の熱電モジュールは、固定面を凸部に形成したことで、第１の熱電モジュールと同様に、第１絶縁基板の外形をさほど大きくしなくても、大きな固定面を形成できる。よって上記（２）を備える第２の熱電モジュールは、熱交換能力に優れ、かつ保持部材に安定して固定できる。
上記（３）を備える第１の熱電モジュールおよび第２の熱電モジュールは、第１絶縁基板および／または第２絶縁基板が金属材料からなる本体層を持つ。金属材料からなる本体層は、容易に成形できるため、上記（３）を備える第１の熱電モジュールおよび第２の熱電モジュールは、製造が容易である。また、金属材料からなる本体層は、熱伝導性にも優れるため、熱電変換素子で生じた熱を保持部に効率よく伝達できる。よって、上記（３）を備える第１の熱電モジュールおよび第２の熱電モジュールは、熱交換能力に優れる。
上記（４）を備える第１の熱電モジュールおよび第２の熱電モジュールは、接続部にリード端子を差し込めば、熱電モジュールの導通回路を容易に外部電源に接続できる。このため、上記（４）を備える第１の熱電モジュールおよび第２の熱電モジュールは、外部電源への取り付け作業性に優れる。
本発明の第３の熱電モジュールにおける第１絶縁基板は、第１の熱電モジュールおよび第２の熱電モジュールにおける第１絶縁基板と同様に、第１の対向面と交差する方向に延びる固定面を持つため、限られた空間に配設でき、かつ、熱交換能力に優れる。なお、第３の熱電モジュールもまた、上記（２）〜（４）の少なくとも一つを備えるのが好ましい。
上記課題を解決する本発明の光送信装置は、上述した本発明の熱電モジュールを持つため、熱交換能力に優れる。
本発明の熱電モジュールは、光送信装置用の熱電モジュールとして好適に使用できるが、その他の装置に配設しても良い。例えば、本発明の熱電モジュールを撮像装置に配設する場合には、熱電変換素子によってＣＣＤ素子等の撮像素子を冷却できる。または、本発明の熱電モジュールを温冷蔵庫に配設する場合には、熱電変換素子によって温冷蔵庫の庫内を冷却または加温できる。
本発明の熱電モジュールにおける第１絶縁基板および第２絶縁基板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）などから選ばれる少なくとも一種の絶縁材料のみで構成しても良い。あるいは、銅、アルミニウム、銅／タングステン合金などから選ばれる少なくとも一種の金属材料（非絶縁材料）と上述した絶縁材料とで構成しても良い。例えば、金属材料からなる本体層の表面を絶縁材料からなる絶縁層で覆っても良い。この場合、本体層および絶縁層は１層のみであっても良いし、２層以上であっても良い。
導通回路は、第１絶縁基板と第２絶縁基板との少なくとも一方にパターン形成しても良いし、ボンディングワイヤなどによって第１絶縁基板および第２絶縁基板とは別体で形成しても良い。また導通回路は、外部電源に直接接続しても良いし、外部電源に接続されているリード端子等に接続しても良い。
第２絶縁基板は、第１絶縁基板よりも薄肉であるのが好ましい。第２絶縁基板を第１絶縁基板よりも薄肉にすることで、熱電モジュール全体の肉厚を小さくできる。この場合には、本発明の熱電モジュールはさらに小さな空間に配設できる。
また、本発明の熱電モジュールにおける第１絶縁基板と第２絶縁基板との少なくとも一方には、発光素子やＣＣＤ素子などの熱電変換素子以外の素子を配設しても良い。この場合には、熱電変換素子以外の素子を配設した側の絶縁基板に、熱電変換素子以外の素子用の電極や、熱電変換素子以外の素子用の導通回路（以下、副導通回路と呼ぶ）を形成しても良い。この副導通回路の一部は、熱電変換素子用の電極と外部電源とを接続する導通回路と同様に、熱電変換素子以外の素子を配設した側の絶縁基板の内部に形成しても良い。
以下、本発明の熱電モジュールおよび光送信装置を図面を基に説明する。なお、以下、実施例１は参考例１と、実施例２は参考例２と、実施例３は参考例３と、実施例４は実施例と、それぞれ読み替えるものとする。
（実施例１）
実施例１の熱電モジュールは第１の熱電モジュールの一例である。また、実施例１の光送信装置は、本発明の光送信装置の一例である。実施例１の光送信装置を模式的に表す斜視図を図１に示す。なお、図１において、保持部材は破線で示されている。実施例１の熱電モジュールを模式的に表す斜視図を図２に示す。実施例１の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図を図３〜図６に示す。以下、実施例１において上、下、左、右、前、後とは図１に示す上、下、左、右、前、後を指す。また、幅方向とは図１に示す左右方向を指し、長手方向とは図１に示す上下方向を指し、厚さ方向とは図１に示す前後方向を指す。
実施例１の光送信装置１は、熱電モジュール２と、保持部材３と、光送信手段４と、を持つ。
保持部材３はステンレス製であり、図１に示すように箱状をなす。詳しくは、保持部材３は有底筒状のカバー部３０と、略円板状をなす底壁部３１とを持つ。底壁部３１には、複数のリード端子３２が挿通されている。各リード端子３２の下端部は、図略の外部電源に電気的に接続される。底壁部３１とカバー部３０とは互いに係合する係合部（図略）を持ち、係合一体化している。カバー部３０の上部は下部に比べて小径である。カバー部３０の上壁には、レンズ３３が形成されている。
図１および図２に示すように、熱電モジュール２は、第１絶縁基板２１と、第２絶縁基板２２と、複数の熱電変換素子用電極２３、２５と、複数の熱電変換素子２４と、導通回路とを持つ。
第１絶縁基板２１はアルミナ製であり、断面略Ｌ字状をなす。第１絶縁基板２１は、基板本体部２１０と凸部２１１とを持つ。基板本体部２１０は長尺板状をなす。凸部２１１は基板本体部２１０の長手方向の一端部に連続し、基板本体部２１０と直交する方向（基板本体部２１０の厚さ方向と平行な方向）に延びる。基板本体部２１０の前面には、複数の熱電変換素子用電極（第１熱電変換素子用電極２３）が形成されている。第１熱電変換素子用電極２３は銅製であり基板本体部２１０の前面にめっき形成されている。実施例１の熱電モジュール２における第１絶縁基板２１の前面２１ａは、本発明の熱電モジュールにおける第１の対向面に相当する。凸部２１１の下面２１ｂは、保持部材３の底壁部３１に固着（はんだ付け）されている。凸部２１１の下面２１ｂは第１の対向面２１ａに直交する。実施例１の熱電モジュール２における凸部２１１の下面２１ｂは、本発明の熱電モジュールにおける固定面に相当する。
第２絶縁基板２２はアルミナ製であり、第１絶縁基板２１よりも薄肉の板状をなす。第２絶縁基板２２の後面には、複数の熱電変換素子用電極（第２熱電変換素子用電極２５）が形成されている。第２熱電変換素子用電極２５は銅製であり第２絶縁基板２２の後面にめっき形成されている。実施例１の熱電モジュール２における第２絶縁基板２２の後面２２ｃは、本発明の熱電モジュールにおける第２の対向面に相当する。第１絶縁基板２１と第２絶縁基板２２とは、第１の対向面２１ａと第２の対向面２２ｃとを対向させている。第１の対向面２１ａと第２の対向面２２ｃとの間には、複数の熱電変換素子２４が設けられている。熱電変換素子２４はペルチェ素子からなる。熱電変換素子２４の第１の表面は、第１熱電変換素子用電極２３に電気的に接続されている。熱電素子の第２の表面は第２熱電変換素子用電極２５に電気的に接続されている。各熱電変換素子２４は、各熱電変換素子用電極２３、２５によって電気的に直列に接続されている。配列方向の両端に位置する２つの熱電変換素子２４に接続されている熱電変換素子用電極２３０は、それぞれ異なるボンディングワイヤ２６を介して、それぞれ異なるリード端子３２に電気的に接続されている。このボンディングワイヤ２６は、本発明の熱電モジュールにおける導通回路に相当する。
図１に示すように、光送信手段４は、発光素子４０と、２つの発光素子用電極４１、４２と、各発光素子用電極４１、４２と外部電源とを電気的に接続する第１の副導通回路と、受光素子４５と、２つの受光素子用電極４６、４７と、各受光素子用電極４６、４７と外部電源とを電気的に接続する第２の副導通回路と、を持つ。
発光素子４０はレーザダイオードからなる。発光素子用電極４１、４２は銅製であり、第２絶縁基板２２の前面にめっき形成されている。発光素子４０は、２つの発光素子用電極４１、４２に電気的に接続されている。各発光素子用電極４１、４２は、それぞれ異なるボンディングワイヤ２６を介して、それぞれ異なるリード端子３２に電気的に接続されている。このボンディングワイヤ２６は第１の副導通回路を構成する。
受光素子４５はフォトダイオードからなる。受光素子４５は発光素子４０が送信した光の一部を受けて、発光素子４０の動作をモニタするための素子である。受光素子用電極４６、４７は銅製であり、第２絶縁基板２２の前面にめっき形成されている。受光素子４５は、２つの受光素子用電極４６、４７に電気的に接続されている。各受光素子用電極４６、４７は、それぞれ異なるボンディングワイヤ２６を介して、それぞれ異なるリード端子３２に電気的に接続されている。このボンディングワイヤ２６は第２の副導通回路を構成する。
さらに、実施例１の熱電モジュールには、ＩＣ７０が配設されている。詳しくは、図４に示すように、第１絶縁基板２１の第１の対向面２１ａには、２つのＩＣ用電極７１、７２がめっき形成されている。ＩＣ７０は２つのＩＣ用電極７１、７２に電気的に接続されている。ＩＣ用電極７１、７２は、それぞれ異なるボンディングワイヤ２６を介して、それぞれ異なるリード端子３２に電気的に接続されている。このボンディングワイヤ２６は第３の副導通回路を構成する。
なお、実施例１の熱電モジュール２における熱電変換素子２４は、通電されると第２の表面が降温して第１の表面が昇温する。このため、この熱電変換素子２４は、後述する第２絶縁基板２２上の発光素子４０を冷却する。第１の表面で生じた熱は、第１絶縁基板２１および底壁部３１を介して保持部材３の外部に放熱される。
実施例１の熱電モジュール２を製造する工程を以下に説明する。
（基板成形工程）
スラリー状のアルミナ混合材料を準備し、図３に示すように断面略Ｌ字状の第１絶縁基板中間成形品２１５を型成形した。この第１絶縁基板中間成形品２１５を焼成して、第１絶縁基板２１を得た。同様に、スラリー状のアルミナ混合材料を準備し、図略の第２絶縁基板中間成形品（図略）を型成形した。この第２絶縁基板中間成形品を焼成して、第２絶縁基板２２を得た。
（電極形成工程）
図４に示すように、基板成形工程で得られた第１絶縁基板２１の前面（すなわち第１の対向面２１ａ）に第１熱電変換素子用電極２３と、ＩＣ用電極７１、７２とをめっき形成した。同様に、第２絶縁基板２２の後面（すなわち第２の対向面２２ｃ）に第２熱電変換素子用電極２５をめっき形成した。さらに、第２絶縁基板２２の前面に発光素子用電極４１、４２と受光素子用電極４６、４７とをめっき形成した。
（一体化工程）
第１絶縁基板２１上に形成されている第１熱電変換素子用電極２３と、熱電変換素子２４の第１の表面と、の間にはんだ（図略）を挟み込んだ。また、熱電変換素子２４の第２の表面と、第２絶縁基板２２上に形成されている第２熱電変換素子用電極２５と、の間にはんだ（図略）を挟み込んだ。そして、図５に示すように、第１絶縁基板２１の後面と第２絶縁基板２２の前面とにヒータプレート９０を当て、はんだをヒータプレート９０によって熱溶融させた。この工程によって第１絶縁基板２１上に形成されている第１熱電変換素子用電極２３と熱電変換素子２４の第１の表面とがはんだ付けされ、第２絶縁基板２２上に形成されている第２熱電変換素子用電極２５と熱電変換素子２４の第２の表面とがはんだ付けされた。以上の工程で、図６に示す実施例１の熱電モジュール２を得た。
実施例１の熱電モジュール２における第１絶縁基板２１は、第１の対向面２１ａと交差する方向に延びる固定面２１ｂを持つ。この固定面２１ｂは保持部材３の底壁部３１に固着されるため、第１の対向面２１ａは長手方向を上下に向ける。よって、第１の対向面２１ａの大きさを底壁部３１の大きさよりも大きくできる。よって、実施例１の熱電モジュール２は、限られた空間に配設でき、かつ、熱電変換素子２４を数多く配設できる。よって、実施例１の熱電モジュール２は熱交換能力に優れる。また、実施例１の光送信装置１は、熱電モジュール２によって発光素子４０を効率よく冷却できる。
また固定面２１ｂは凸部２１１に形成されている。このため実施例１の熱電モジュール２は、第１絶縁基板２１の肉厚を小さくしても、大きな固定面２１ｂを確保できる。固定面２１ａが大きいために、実施例１の熱電モジュール２によると、熱電変換素子２４で生じた熱を保持部材３に効率よく伝達できる。よって実施例１の光送信装置１は、熱電モジュール２によって発光素子４０を効率よく冷却できる。また、固定面２１ｂが大きいために、熱電モジュール２は保持部材３に安定に固定される。
さらに、凸部２１１の固定面２１ｂは底壁部３１に直接固着されているため、熱電変換素子２４で生じた熱は、第１絶縁基板２１および底壁部３１を介して外界に効率よく放熱される。したがって実施例１の光送信装置１は、例えば他部材を介して第１絶縁基板２１を底壁部３１に取り付ける場合に比べて、熱電モジュール２によって発光素子４０を効率よく冷却できる。
なお、実施例１の光送信装置１におけるカバー部３０の上部は、下部に比べて小径である。このため、保持部材３の内部に形成される空間は非常に小さい。しかし、実施例１の熱電モジュール２は、凸部２１１を底壁部３１の外周側に向けて底壁部３１に固着されているため、熱電モジュール２における凸部２１１よりも上側の部分は、凸部２１１に比べて底壁部３１の内周側に引き込んでいる。このため実施例１の熱電モジュール２は、保持部材３の内部（すなわち狭い空間）に容易に配設できる。また、実施例１の光送信装置１は小型化できる。
（実施例２）
実施例２の熱電モジュールは上記（１）を備える第１の熱電モジュールの一例である。また、実施例２の熱電モジュールは上記（２）を備える第２の熱電モジュールの一例でもある。実施例２の光送信装置は、本発明の光送信装置の一例である。実施例２の熱電モジュールを模式的に表す斜視図を図７に示す。実施例２の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図を図８〜図１３に示す。実施例２の光送信装置を図１中上下方向と同じに方向に切断した様子を模式的に表す説明図を図１４に示す。
図１４に示すように、実施例２の光送信装置１は、保持部材３と、熱電モジュール２と、光送信手段４と、を持つ。保持部材３は実施例１と同じものである。光送信手段４は、実施例１と同じ発光素子４０および受光素子４５を持つ。
熱電モジュール２における第２絶縁基板２２、第１熱電変換素子用電極２３、第２熱電変換素子用電極２５および熱電変換素子２４は、実施例１とほぼ同じものである。第１絶縁基板２１は、実施例１と同様の基板本体部２１０と凸部２１１とを持つ。凸部２１１には、実施例１と同様の固定面２１ｂが形成されている。この固定面２１ｂは、保持部材３の底壁部３１に固着されている。詳しくは、固定面２１ｂは熱伝導性接着剤（銀入りエポキシ樹脂接着剤）によって、底壁部３１に接着されている。
図１４に示すように、基板本体部２１０の内部には導通回路の一部である２つの第１内側回路部５１と、第３の副導通回路の一部である２つの第３内側回路部６３とが形成されている。基板本体部２１０の前面には、実施例１と同じ複数の第１熱電変換素子用電極２３および２つのＩＣ用電極７１、７２が形成されている。さらに、第１熱電変換素子用電極２３よりも下側（固定面２１ｂ側）には、２つの第１連絡用電極５２が形成されている。ＩＣ用電極７１、７２よりも下側（固定面２１ｂ側）には、２つの第３連絡用電極６４が形成されている。配列方向の両端に位置する２つの熱電変換素子２４に接続されている２つの第１熱電変換素子用電極２３０は、それぞれ、異なる第１内側回路部５１を介して異なる第１連絡用電極５２に電気的に接続する。各第１連絡用電極５２は、それぞれ異なるボンディングワイヤ２６を介して、それぞれ異なるリード端子３２に電気的に接続されている。このボンディングワイヤ２６と、第１内側回路部５１と、第１連絡用電極５２とは、本発明の熱電モジュールにおける導通回路に相当する。
２つのＩＣ用電極７１、７２は、それぞれ、異なる第３内側回路部６３を介して異なる第３連絡用電極６４に接続する。各第３連絡用電極６４は、それぞれ異なるボンディングワイヤ２６を介して、それぞれ異なるリード端子３２に電気的に接続されている。
実施例２の熱電モジュール２における第１絶縁基板２１を製造する工程を以下に説明する。
（中間成形工程）
スラリー状のアルミナ混合材料を準備し、３つの薄層体（第１の薄層体２１６、第２の薄層体２１７、第３の薄層体２１８）と、柱状体２１９とを型成形した。第１の薄層体２１６の上層にペースト状の銅混合材料を印刷して、第１の薄層体２１６の上層に第１の銅層５１０が積層されてなる第１の薄層中間成形品２８１を得た。また、第２の薄層体２１７の上層に、第１の薄層中間成形品２８１とは異なるパターンで銅混合材料を印刷して、第２の薄層体２１７の上層に第２の銅層５１１が積層されてなる第２の薄層中間成形品２８２を得た（図８）。なお図略するが、第１の銅層５１０は互いに離間する２つのパターンからなる。同様に、第２の銅層５１１は互いに離間する２つのパターンからなる。
次いで、柱状体２１９の上層に第１の薄層中間成形品２８１を積層し、その上層に第２の薄層中間成形品２８２を積層し、更にその上層に第３の薄層体２１８を積層した（図９）。
次いで、第３の薄層体２１８側から第１の薄層中間成形品２８１に向けて、行き止まり孔状をなす４つの連絡孔（第１の連絡孔２９１）を穿設した。４つの第１の連絡孔２９１のうちの２つは、第１の銅層５１０の一方のパターンに連絡した。４つの第１の連絡孔２９１のうちの他の２つは、第１の銅層５１０の他方のパターンに連絡した。同様に、第３の薄層体２１８側から第２の薄層中間成形品２８２に向けて行き止まり孔状をなす４つの連絡孔（第２の連絡孔２９２）を穿設した。４つの第２の連絡孔２９２のうちの２つは、第２の銅層５１１の一方のパターンに連絡した。４つの第２の連絡孔２９２のうちの他の２つは、第２の銅層５１１の他方のパターンに連絡した。各第１の連絡孔２９１および各第２の連絡孔２９２にペースト状の銅混合材料を充填した。これらの工程によって、図１０に示す第１絶縁基板中間成形品２１５を得た。
（電極形成工程）
図１１に示すように、中間成形工程で得られた第１絶縁基板中間成形品２１５の前面に第１熱電変換素子用電極２３と、ＩＣ用電極７１、７２と、第１連絡用電極５２と、第３連絡用電極６４とをめっき形成した。
（焼成工程）
電極を形成した第１絶縁基板中間成形品２１５を焼成して、図１２に示す第１絶縁基板２１を得た。詳しくは、焼成工程後、第１の薄層体２１６と第２の薄層体２１７と第３の薄層体２１８とは固着して一体化し、第１絶縁基板２１が得られた。また、焼成工程後、第１の銅層５１０の一方のパターンと、２つの第１の連絡孔２９１に充填されている銅混合材料とは固着して一体化し、一方の第１内側回路部５１が得られた。同様に、第１の銅層５１０の他方のパターンと、他の２つの第１の連絡孔２９１に充填されている銅混合材料とは固着して一体化し、他方の第１内側回路部５１が得られた。同様に、第２の銅層５１１の一方のパターンと、２つの第２の連絡孔２９２に充填されている銅混合材料とは固着して一体化し、一方の第３内側回路部６３が得られた。同様に、第２の銅層５１１の他方のパターンと、他の２つの第２の連絡孔２９２に充填されている銅混合材料とは固着して一体化し、他方の第３内側回路部６３が得られた。
以上の工程で得た第１絶縁基板２１に、実施例１と同様の方法で熱電変換素子２４と第２絶縁基板２２とを固定して、図７および図１３に示す実施例２の熱電モジュール２を得た。
実施例２の熱電モジュール２は、実施例１の熱電モジュールと同様に、限られた空間に配設でき、かつ、熱交換能力に優れる。また、実施例２の光送信装置１は、実施例１の光送信装置と同様に、熱電モジュール２によって発光素子４０を効率よく冷却でき、小型化が可能である。
さらに、実施例２の熱電モジュール２は、導通回路の一部（第１内側回路部５１）および第３の副導通回路の一部（第３内側回路部６３）が第１絶縁基板２１の内部に形成されている。このため、第１の対向面２１ａにおける熱電変換素子２４の配設可能領域をさらに大きくできる。よって、実施例２の熱電モジュール２は、さらに熱交換能力に優れる。
さらに、第１連絡用電極５２は第１熱電変換素子用電極２３よりも固定面２１ｂ側の位置に形成されているため、第１連絡用電極５２とリード端子３２との距離は短い。よって、第１連絡用電極５２とリード端子３２とをボンディングワイヤ２６で接続する作業が容易になる。同様に、第３連絡用電極６４はＩＣ用電極７１、７２よりも固定面２１ｂ側の位置に形成されているため、第３連絡用電極６４とリード端子３２との距離は短い。よって、第３連絡用電極６４とリード端子３２とを接続する作業が容易になる。すなわち、実施例２の熱電モジュール２は、外部電源への取り付け作業性に優れる。
なお、本実施例で使用したペースト状の銅混合材料に代えて、ペースト状の他の金属混合材料を用いても良い。例えば銅に代えてタングステン、チタン、モリブデン等を用いても良い。
（実施例３）
実施例３の熱電モジュールは、第１内側回路部の形状および第１連絡用電極の位置以外は実施例２の熱電モジュールと同じである。実施例３の光送信装置は、第１内側回路部の形状、第１連絡用電極の位置、およびリード端子の位置以外は実施例２の光送信装置と同じである。実施例３の光送信装置を図１中上下方向と同じに方向に切断した様子を模式的に表す説明図を図１５に示す。
図１５に示すように、実施例３の熱電モジュール２における第１連絡用電極５２は、第１絶縁基板２１の後面に形成されている。また、第１内側回路部５１の一端部は、第１絶縁基板２１の後面に向けて延びている。２つのリード端子３２は、凸部２１１よりも外周側に配置されている。そして、このリード端子３２と第１連絡用電極５２とは、ボンディングワイヤ２６で電気的に接続されている。
実施例３の熱電モジュール２は、実施例２の熱電モジュールと同様に、限られた空間に配設でき、熱交換能力に優れ、かつ、外部電源への取り付け作業性に優れる。また、実施例３の光送信装置１は、実施例２の光送信装置と同様に、熱電モジュール２によって発光素子４０を効率よく冷却でき、小型化が可能である。
（実施例４）
実施例４の熱電モジュールは上記（１）、（３）、（４）を備える第１の熱電モジュールの一例である。また、実施例４の熱電モジュールは上記（２）、（３）、（４）を備える第２の熱電モジュールの一例でもある。実施例４の光送信装置は、本発明の光送信装置の一例である。実施例４の熱電モジュールを模式的に表す斜視図を図１６に示す。実施例４の光送信装置１を図１中上下方向と同じに方向に切断した様子を模式的に表す説明図を図１７に示す。
図１７に示すように、実施例４の光送信装置１は、保持部材３と、熱電モジュール２と、光送信手段４と、を持つ。保持部材３は、リード端子３２が挿通されている位置以外は実施例１と同じものである。
熱電モジュール２における第２絶縁基板２２、第１熱電変換素子用電極２３、第２熱電変換素子用電極２５および熱電変換素子２４は、実施例２とほぼ同じものである。図１６に示すように、第１絶縁基板２１は、複数の接続部８を持つ。接続部８は、凸部２１１の下面２１ｂ側から上面側に向けて延びる行き止まり孔状をなす。接続部８の一つである第１接続部８１の内部は、一方の第１内側回路部５１に連通している。接続部８の他の一つである第２接続部８２の内部は、他方の第１内側回路部５１に連通している。接続部８の他の一つである第３接続部８３の内部は、一方の第３内側回路部６３に連通している。接続部８の他の一つである第４接続部８４の内部は、他方の第３内側回路部６３に連通している。
実施例４の熱電モジュール２における導通回路は、第１接続部８１および第２接続部８２にそれぞれ対応するリード端子３２を差し込むだけで、外部電源に電気的に接続する。また、実施例４の熱電モジュール２における第３の副導通回路は、第３接続部８３および第４接続部８４にそれぞれ対応するリード端子３２を差し込むだけで、外部電源に電気的に接続する。よって、実施例４の熱電モジュール２は、取り付け作業性に優れる。
また、実施例４の熱電モジュール２によると、ボンディングワイヤ２６の数を削減できる。よって、実施例４の熱電モジュール２によると、熱電変換素子２４を配設するための第１の対向面２１ａ上の領域を大きく確保できる。よって、実施例４の熱電モジュール２は、熱交換能力に優れる。
また、実施例４の熱電モジュール２は、実施例２の熱電モジュールと同様に、限られた空間に配設できる。実施例４の光送信装置１は、実施例２の光送信装置と同様に、熱電モジュール２によって発光素子４０を効率よく冷却でき、小型化が可能である。
実施例１の光送信装置を模式的に表す斜視図である。 実施例１の熱電モジュールを模式的に表す斜視図である。 実施例１の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例１の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例１の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例１の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例２の熱電モジュールを模式的に表す斜視図である。 実施例２の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例２の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例２の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例２の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例２の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例２の熱電モジュールを製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例２の光送信装置を図１中上下方向と同じに方向に切断した様子を模式的に表す説明図である。 実施例３の光送信装置を図１中上下方向と同じに方向に切断した様子を模式的に表す説明図である。 実施例４の熱電モジュールを模式的に表す斜視図である。 実施例４の光送信装置を図１中上下方向と同じに方向に切断した様子を模式的に表す説明図である。 従来の光送信装置を模式的に表す説明図である。
符号の説明
１：光送信装置 ２：熱電モジュール
３：保持部材 ４：光送信手段
８：接続部 ３１：底壁部
２１：第１絶縁基板 ２２：第２絶縁基板
２３、２５：熱電変換素子用電極 ２４：熱電変換素子
２１ａ：第１の対向面 ２１ｂ：固定面
２２ｃ：第２の対向面 ４０：発光素子
５１：第１内側回路部 ２１０：基板本体部
２１１：凸部

Claims (5)

  1. 箱状をなす保持部材と、
    発光素子を持ち該保持部材の内部に保持されている光送信手段と、
    該保持部材の内部に保持されている熱電モジュールと、を持ち、
    該熱電モジュールは、第１の対向面を持つ第１絶縁基板と、該第１の対向面に対向する第２の対向面を持つ第２絶縁基板と、該第１の対向面と該第２の対向面とにそれぞれ形成されている複数の電極と、該第１絶縁基板と該第２絶縁基板との間に設けられ複数の該電極により電気的に直列および／または並列に接続されている複数の熱電変換素子と、該電極と外部電源とを電気的に接続する導通回路と、を備え、
    該導通回路の一部は、該第１絶縁基板の内部に形成され、
    該第１絶縁基板は、該第１の対向面を持つ基板本体部と、該基板本体部に連続し該基板本体部と交差する方向に延びる凸部と、を持ち、
    該凸部は、該第１の対向面と交差する方向に延びる固定面と、該固定面に開口する孔状をなし内部が該導通回路に連通している接続部と、を持ち、
    該固定面は、該保持部材の内部底面に固着され、
    該接続部には、該外部電源に電気的に接続されるリード端子が差し込まれていることを特徴とする光送信装置。
  2. 前記第１絶縁基板は、金属材料からなる本体層と、絶縁材料からなり該本体層の表面に形成されている絶縁層と、を持つ多層構造をなす請求項１に記載の光送信装置。
  3. 前記第２絶縁基板は、金属材料からなる本体層と、絶縁材料からなり該本体層の表面に形成されている絶縁層と、を持つ多層構造をなす請求項１または請求項２に記載の光送信装置。
  4. 前記熱電変換素子が通電すると、第１絶縁基板は昇温し前記第２絶縁基板は降温する請求項１〜請求項３の何れか一つに記載の光送信装置。
  5. 前記導通回路の一部は前記第２絶縁基板の内部に形成されている請求項１〜請求項４の何れか一つに記載の光送信装置。
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