KR101291715B1 - 써미스터를 이용한 온도 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전소자를 이용하여 열전소자 상부에 배치되는 부품의 온도를 제어하는 모듈에 있어 열전소자 상부에 배치되는 써미스터를 이용하여 열전소자 상부의 온도를 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 써미스터를 이용한 온도 측정 방법은 써미스터 상부면과 전극핀을 전기적으로 연결할 때 열전소자 또는 열전소자에 부착된 징검다리 서브마운트를 경유하여 써미스터와 전극핀을 전기적으로 연결함으로써 써미스터와 전극핀 사이의 직접 적인 열교환을 억제하고, 또한 써미스터를 열전달률이 낮은 에폭시 등의 고분자 재료로 덮어줌으로써 패키지 내부의 기체에 의한 써미스터와 패키지 뚜껑 사이의 열교환을 효과적으로 억제하여 써미스터가 열전소자의 온도를 정밀하게 측정할 수 있도록 한다.

Description

써미스터를 이용한 온도 측정 방법 {Temperature Measuring Method using Thermistor}
본 발명은 써미스터를 이용한 온도 측정 방법에 관한 것으로, 특히 열전소자를 이용하여 열전소자 상부에 배치되는 부품의 온도를 제어하는 모듈에 있어 열전소자 상부에 배치되는 써미스터를 이용하여 열전소자 상부의 온도를 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법에 관한 것이다.
열전소자는 열전소자를 통하여 흐르는 전류에 의해 열전소자 상부에 배치되는 부품의 온도를 조절하는 장치이다. 이러한 열전소자는 매우 작은 크기로 제작이 가능하며, 부품을 냉각 및 가열시킬 때 기체의 압축, 팽창 등의 역학적 변화를 수반하지 않기 때문에 소형 부품의 온도 조절이 필요한 경우에 많이 채택되고 있다. 한가지 예로써 광통신을 예로 들면, 광통신에서 사용되는 반도체 레이저의 파장은 반도체 레이저의 온도에 의존하는 특성을 가지고 있다.
근래 광통신에서 사용되는 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방법은 빛의 주파수 간격을 100GHz 간격이 되게 적용하고 있으며, 이러한 주파수 간격은 1.55um 파장 대역에서 0.8nm 정도의 파장 간격을 가진다. 이에 비해 광통신에 사용되는 DFB-LD(Distributed Feedback Laser Diode)의 경우 반도체 레이저 다이오드 칩의 온도가 1℃ 정도 바뀔 때 반도체 레이저에서 발진하는 레이저 빛은 대략 0.1nm 정도 바뀌게 된다. 그러므로 일반적인 DFB-LD의 온도를 8℃ 정도 바꾸면 이 레이저에서 발진하는 파장이 DWDM의 다른 채널에 해당되어 통신의 혼신을 가져오게 된다. 그러므로 DWDM에서는 반도체 레이저의 온도를 매우 정밀하게 조절하여야 할 필요가 있다.
DFB-LD 칩의 온도를 제어하는 데는 열전소자가 매우 훌륭히 사용되어 왔다. 열전소자를 이용하여 열전소자 상부의 온도를 제어하기 위해서는, 먼저 써미스터(thermistor)라고 불리는 소자를 열전소자 상부에 부착하여 열전소자의 온도를 측정하여야 한다.
도 1은 종래 통상적인 써미스터의 사시도를 나타낸 것이다. 종래 통상적인 써미스터(100)는 온도에 따라 저항값이 달라지는 특성을 가지는 소자로써, 통상적으로 바닥이 넓은 직육면체의 형상을 가지고 있다. 상기 써미스터(100)의 상부면과 하부면은 각각 금속 박막이 코팅되어 있어 외부 전극과 전기적 연결이 가능한 형태로 구성된다. 이러한 써미스터(100)는 써미스터가 부착되어진 바닥의 온도를 측정하는 장치로써, 도 1의 써미스터(100)의 상부면과 하부면에 증착된 금속 박막을 외부 전극과 연결하여, 온도에 따라 변화하는 써미스터(100)의 저항을 측정함으로써 써미스터(100)의 온도를 측정하게 된다.
도 2는 상기 도 1의 형상을 가지는 써미스터를 외부 전극과 연결하는 방법을 나타낸다. 상기 도 1의 형상의 써미스터(100)는 금속 박막이 증착된 바닥면을 온도를 측정할 기판과 부착시켜야 하므로, 통상적으로 상부면에 금속이 증착된 서브마운트(600) 상부에 전기 도전성을 가지는 물질을 이용하여 도 1 형상의 써미스터(100) 바닥면을 부착시킨 후, 써미스터(100)의 상부면에서 하나의 금속전기선(310)을 인출하여 외부 전극과 전기적 연결을 한다. 또한, 써미스터(100)의 바닥면과 전기적 접촉을 가지는 서브마운트(600)의 상부면에서 또 다른 금속전기선(320)을 인출하여 외부 전극과 전기적 연결을 하여 써미스터(100)의 저항을 측정하게 된다. 이와 같이 써미스터(100)의 상부면과, 써미스터(100)와 전기적 접촉을 가지는 서브마운트(600)의 상부면에서 두 가닥의 금속전기선(310)(320)을 인출하는 과정이 도 2에 표시되었다.
도 3은 열전소자가 포함된 TO(transistor outline)형 레이저 다이오드(Laser Diode) 패키지에서 열전소자의 상부면 온도를 측정하기 위해 써미스터가 부착된 상태를 나타내는 레이저 다이오드 패키지의 내부 구성도이다. 레이저 다이오드 패키지에서 써미스터(100)는 열전소자(200) 상부에 배치되게 되고, 써미스터(100)의 상부면과 전극핀(410)을 금속전기선(310)으로 연결하고, 써미스터(100)가 부착된 서브마운트(600)의 상부면을 금속전기선(320)으로 전극핀(420)에 연결함으로써 써미스터(100) 하부전극을 외부 전극과 연결하게 된다. 도면부호 400은 상기 전극핀들이 레이저 다이오드 패키지의 하부로 돌출된 상태를 나타낸 것이다.
상기 도 3의 형상에서, 레이저 다이오드 패키지의 전극핀(410)(420)은 온도가 조절되지 않으며 열전소자(200)의 상부면만 열전소자(200)로 흐르는 전류의 방향과 크기에 의해 온도가 조절된다. 그러므로 레이저 다이오드 패키지의 외부 온도가 변화할 때 레이저 다이오드 패키지의 전극핀(410,420)의 온도는 외부온도에 따라 변화하게 된다.
도 4는 도 3의 레이저 다이오드 패키지에서 패키지 뚜껑이 덮어져 패키지가 완성된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 4에서 써미스터(100)와 열전소자(200)를 이용하여 열전소자(200) 상부면의 온도를 정확하게 제어하기 위해서는 써미스터(100)가 열전소자(200) 상부면의 온도를 정확하게 측정하여야 한다. 그러나 도 3에서와 같이 써미스터(100)가 외부 환경 온도와 유사한 온도를 가져 열전소자(200) 상부면과는 다른 온도를 가지는 전극핀(410)과 금속전기선(310)으로 직접 연결됨으로써, 써미스터(100)가 열전소자(200) 상부면의 온도를 측정하는데 오차가 발생하게 된다. 이러한 현상은 특히 써미스터(100)가 매우 작은 크기를 갖고, 전극핀(410)과 써미스터(100) 사이 금속전기선(310)의 길이가 짧을 때 특히 심각한 왜곡 현상이 나타난다. 또한 도 4의 패키지의 뚜껑(700)의 온도 또한 외부 환경 온도와 같으므로 패키지 뚜껑(700)으로부터 열대류 및 열 방사에 의해 써미스터(100)의 온도 측정에 왜곡을 가져온다.
이러한 도 3 및 도 4의 구성과 같이, 종래 TO형 레이저 다이오드 패키지에서 써미스터(100)의 상부면을 전극핀(410)과 직접 연결하고, 써미스터(100)를 패키지 내부의 기체에 노출시키는 형태로 제작할 경우에, 써미스터(100)는 외부 환경 온도가 1℃ 변화 할 때 대략 0.04℃ 정도의 측정 왜곡이 발생하게 된다. 이러한 측정 왜곡은 외부 환경 온도가 125℃ 정도 변화할 때 내부 열전소자(200)의 상부면 온도 조절이 5℃ 정도 바뀌는 것을 의미하며, 이러한 정도의 측정 왜곡은 레이저 다이오드의 파장을 DWDM에 적용 가능할 정도로 정밀하게 조절하지 못하도록 하는 요인이 된다.
본 발명은 상기 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 써미스터를 이용하여 열전소자 상부의 온도를 측정 할 경우, 전극핀과 써미스터 사이를 연결하는 금속전기선의 열전달에 따라 발생하는 써미스터의 측정 왜곡을 방지하고, 패키지 내부에서 기체의 열대류 및 열방사에 의해 써미스터가 열전소자 상부면의 온도를 정확하게 측정하지 못하는 점을 개선하여 정확한 온도 측정이 이루어질 수 있도록 하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 써미스터를 이용한 온도 측정 방법은 열전소자의 상부에 위치하는 써미스터(themistor)의 상부면 및 하부면을 전극핀과 전기적으로 연결한 후, 전극핀을 통하여 써미스터의 온도 변화에 따른 저항값을 측정하여 열전소자 상부 온도를 측정하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법에 있어서, 상기 써미스터 상부면을 열전소자의 상부에 형성된 징검다리용 금속 패턴을 경유하여 전극핀과 전기적으로 연결하여, 써미스터의 저항값 변화에 따라 온도를 측정하게 된다.
여기에서, 상기 징검다리용 금속 패턴은, 열전소자의 상부 또는 열전소자 상부에 부착되는 징검다리 서브마운트의 상부에 금속 박막이 증착되어 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 써미스터 하부면은 열전소자의 상부 또는 열전소자 상부에 부착되는 서브마운트의 상부에 형성된 금속 패턴에 부착되고, 상기 상부에 써미스터 하부면이 부착된 금속 패턴은 전극핀과 전기적으로 연결되게 된다.
한편, 본 발명에 따른 써미스터를 이용한 온도 측정 방법은 열전소자의 상부에 위치하는 써미스터(themistor)의 상부면을 전극핀과 전기적으로 연결한 후, 전극핀을 통하여 써미스터의 온도 변화에 따른 저항값을 측정하여 열전소자의 온도를 측정하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법에 있어서, 상기 열전소자 상부에 위치하는 써미스터는 대기와의 열교환을 방지하기 위하여 전기적으로 절연 특성을 가지는 고분자 재료로 덮어 씌워져, 써미스터의 저항값 변화에 따라 온도가 측정되게 된다.
여기에서, 상기 고분자 재료는 에폭시, 고무, 비닐 재질 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 써미스터의 상부면의 전극을 열전소자에 증착된 금속 패턴 또는 열전소자 상부에 배치된 금속 패턴과 전기적 연결을 하고 이 금속 패턴에서 전극핀과 전기적 연결하는 하는 방법을 사용하는 경우, 외부 온도 1℃ 변화에 따른 써미스터의 온도 측정 오차가 0.012℃ 정도로 줄어 들게 되는 효과가 있다. 또한, 상기 방법과 더불어 써미스터를 전기 절연성의 에폭시로 덮어주는 방법을 병용하였을 경우, 외부 온도 1℃ 변화에 대해 써미스터의 온도 측정 오차는 0.003℃ 정도로 개선되는 효과가 있다. 이와 같이 본 발명을 통하여 써미스터를 이용하여 열전소자 상부의 온도를 측정할 때 외부 환경 온도에 변화에 따른 열전소자 상부면의 온도 측정 오차를 대폭 개선할 수 있게 된다.
도 1은 종래 써미스터의 사시도,
도 2는 종래 써미스터에서 금속전기선을 연결하는 상태도,
도 3은 종래 열전소자가 내장된 TO형 레이저 다이오드 패키지의 내부 구성도,
도 4는 종래 열전소자가 내장된 TO형 패키지에 패키지 뚜껑을 씌운 단면도,
도 5는 종래 써미스터를 전극핀과 연결하는 방법을 나타낸 상태도,
도 6은 본 발명에 따른 써미스터를 전극핀과 연결하는 방법의 일례,
도 7은 본 발명에 따른 써미스터를 전극핀과 연결하는 방법의 다른 일례,
도 8은 본 발명에 따른 써미스터를 전극핀과 연결하는 방법의 또 다른 일례,
도 9는 본 발명에 따른 에폭시를 이용하여 써미스터를 덮어주는 방법의 일례를 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 한정하지 않는 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에서는 설명의 이해를 돕기 위하여 열전소자 상부 온도를 써미스터로 측정하는 레이저 다이오드 패키지를 예로 들어 설명한다. 하지만, 본 발명은 열전소자 상부의 온도를 써미스터로 측정하는 것이 필요한 다양한 패키지에 적용될 수 있는 것으로, 이러한 적용이 꼭 레이저 다이오드 패키지일 필요가 없는 것은 자명하다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명과 대비되는 종래 써미스터를 통한 열전소자 상부의 온도 측정 방법에 대하여 먼저 설명하기로 한다.
도 5는 종래의 써미스터를 이용한 열전소자의 온도 측정에서 통상적인 금속전기선 연결 방법을 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 써미스터(100)의 상부에 코팅된 전극은 전극핀(410)과 Au, Al, Cu 등의 금속전기선(310)을 이용하여 직접 연결된다. 또한, 써미스터(100)의 하부 전극은 도전성 접착제를 이용하여 써미스터(100) 하부면과 전기적 연결을 하고 있는 서브마운트(600)의 금속 패턴(박막)과 연결되고, 이 서브마운트(600)의 금속 패턴은 금속전기선(320)으로 다른 전극핀(420)과 연결됨으로써, 써미스터(100)의 하부 전극의 전기적 연결을 완성하게 된다. 한편, 상기 서브마운트(600)는 열전소자(200) 상부에 부착된다.
상기 Au, Al, Cu 등의 재질로 제작되는 금속전기선(310)(320)은 전기전도성이 좋을 뿐만 아니라 열전도율도 300W/K/m 이상의 좋은 열전도성을 가진다. 그러므로 패키지의 외부 환경 온도에 따라 결정되는 전극핀(410)(420)의 온도와 열전소자(200) 상부판의 온도가 차이가 나게 되면 열전소자(200)와 열접촉을 하고 있는 써미스터(100)와 전극핀(410)(420) 사이에 온도차가 발생하게 되며, 이러한 온도차에 의해 전극핀(410)(420)과 써미스터(100) 사이에 열교환이 일어나게 된다. 통상적으로 써미스터(100)는 0.5mm × 0.5mm × 0.2mm 정도의 초소형 소자로써, 이러한 작은 소자에 열전달률이 높은 금속전기선(310)을 통하여 전극핀(410)으로부터 교환되는 열에너지는 써미스터(100)의 온도를 교란시키게 되고, 이에 따라 써미스터(100)가 열전소자(200) 상부의 온도를 정확하게 측정하지 못하도록 하게 된다. 특히 이러한 현상은 더욱 작은 크기의 써미스터(100)를 사용할 때 더욱 큰 영향을 발휘하게 된다.
한편, 써미스터(100)의 하부판을 다른 전극핀(420)과 연결하는 금속전기선(320)에 의한 열교환도 문제가 되지만, 이 금속전기선(320)을 통하여 전달되는 열량은 상대적으로 크기가 매우 큰 기판에 의해 열이 손쉽게 발산되므로 써미스터(100)에 미치는 영향은 제한적이다. 그러나 써미스터(100) 상부와 연결된 금속전기선(310)을 통하여 전달되는 열에너지는 써미스터(100)에 집중적인 효과를 가하므로 써미스터(100) 상부를 연결하는 금속전기선(310)을 통한 열량이 중요한 문제가 된다.
현재 광통신용으로 사용되는 레이저 다이오드 패키지는 기존의 비냉각형에서 냉각형으로 레이저의 파장의 정밀 제어가 가능한 방향으로 발전하고 있으며, 냉각형 레이저 다이오드 패키지도 부피가 수 cc에 달하는 버터플라이형 패키지에서 부피가 1cc 이하인 TO형 패키지로 발전하고 있다. 냉각형 패키지의 크기가 점점 줄어들고, 이에 따라 써미스터의 크기가 점점 줄어들게 되며, 또한 써미스터와 전극핀 사이의 거리가 점점 가까워지므로, 써미스터와 전극핀 사이를 금속전기선으로 연결할 때의 열교환에 의한 써미스터 측정 왜곡은 무시할 수 없는 수준에 도달하게 되었다.
이러한 현상은 써미스터가 점점 작아지므로 전극핀에서 금속전기선으로 전달되는 열량이 소형의 써미스터에 직접적으로 영향을 미치기 때문으로, 이러한 써미스터에서 전극핀으로 직접 연결되는 금속전기선은 써미스터의 상부면과 전극핀을 연결하는 부위가 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 써미스터 상부면을 상기 열전소자의 상부에 형성된 징검다리용 금속 패턴을 경유하여 전극핀과 전기적으로 연결되도록 하여, 금속전기선에서 발생하는 열전달에 따른 영향을 최소화할 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에서 상기 써미스터 상부면과 전극판을 중간에서 연결하기 위하여 열전소자의 상부에 형성되는 징검다리용 금속 패턴은, 열전소자의 상부에 부착되는 징검다리 서브마운트의 상부에 금속 박막이 증착되어 형성되거나, 열전소자의 상부에 직접 금속 박막이 증착되어 형성되게 된다.
이하에서는 이러한 본 발명에 따라 써미스터와 전극핀을 연결하는 구조에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 이러한 본 발명의 실시예에 따른 써미스터와 전극핀과 연결하는 방법 일례를 나타낸 것으로, 써미스터(100) 상부와 전극핀(410) 사이를 연결하는 금속전기선을 종래의 직접 연결방식과 달리, 열전소자(200) 상부에 배치된 전기 연결을 위한 징검다리 서브마운트(610)를 매개체로 하여 이루어지는 간접적인 금속전기선 연결 방법을 보여준다. 즉, 써미스터(100)의 상부면은 열전소자(200) 상부 일측에 부착된 징검다리 서브마운트(610) 상부면과 금속전기선(311)으로 연결되고, 징검다리 서브마운트(610)의 상부면은 또 다른 금속전기선(312)을 통하여 금속핀(410)과 연결되어, 최종적으로 써미스터(100) 상부면은 징검다리 서브마운트(610)를 경유하여 전극핀(410)과 전기적으로 연결되게 된다. 이를 위하여 상기 열전소자(200) 상부에 배치된 징검다리 서브마운트(610)는 상부면에 금속 박막이 증착되어 금속 패턴이 형성되는 바람직하다.
이러한 징검다리용 서브마운트(610)는 열전소자(200)에 부착되어 열전소자(200)에 의해 온도가 조절되므로 써미스터(100) 상부면과 징검다리 서브마운트(610)를 연결하는 금속전기선(311)은 외부 환경 온도에 영향을 받지 않는다. 외부 환경 온도에 영향을 받는 전극핀(410)과 징검다리 서브마운트(610) 사이에는 온도차가 발생하므로 금속전기선(312)에 의해 열교환이 일어나나 이렇게 교환된 열량은 징검다리 서브마운트(610) 전체와 징검다리 서브마운트(610)를 부착하고 있는 열전소자(200) 상부면에 열을 발산시키고 열교환량의 일부만 써미스터(100)와 기판을 연결하는 금속전기선(311)을 통하여 써미스터(100)로 전달되므로 전극핀(410)과 열전소자(200) 상부면의 온도차가 써미스터(100)에 미치는 영향을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 도 6에서 상기 써미스터(100)의 하부면을 열전소자(200) 상부에 부착된 서브마운트(600) 및 금속전기선(320)을 통하여 다른 전극핀(420)과 연결하는 구조는 종래 도 5의 구조를 따른다.
상술한 도 6과 같이, 써미스터(100) 상부면의 전기적 연결을 전극핀(410)과 직결하지 않고 열전소자(200) 위에 배치된 징검다리 서브마운트(610)를 통하여 전기적으로 연결하는 방법은 다양한 구성으로 구현될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 써미스터와 전극핀과 연결하는 방법 일례를 나타낸 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 열전소자(200)의 상부면을 금속 박막으로 코팅한 후 금속 박막이 코팅된 열전소자(200) 상부면에 써미스터(100)를 도전성 솔더를 이용해 직접 부착하고, 열전소자(200) 상부면 일측에는 징검다리 서브마운트(610)를 부착한다. 그런 다음, 금속전기선(320)을 금속 박막으로 코팅된 열전소자(200) 상부면과 전극핀(420)에 연결하여, 써미스터(100)의 하부면이 열전소자(200) 상부면 및 금속전기선(320)을 통하여 전극핀(420)에 전기적으로 연결되도록 한다. 또한, 써미스터(100)의 상부면과 징검다리 서브마운트(610) 상부면을 금속전기선(311)으로 연결하고, 징검다리 서브마운트(610) 상부면과 전극핀(410)을 다른 금속전기선(312)으로 연결하여, 써미스터(100) 상부면이 징검다리 서브마운트(610)를 경유하여 전극핀(410)과 전기적으로 연결되도록 한다.
한편, 상기 써미스터(100)의 상부면과 하부면을 전기적으로 각각 전극핀(410)(420)과 연결하는 금속전기선(311, 312)(320)은 서로 전기적으로 절연되므로, 써미스터(100)의 상부면을 전극핀(410)과 전기적으로 연결하기 위해 꼭 징검다리 서브마운트(610) 등의 매개체를 열전소자(200) 상부에 부착하여야 할 필요는 없다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 써미스터와 전극핀과 연결하는 방법 일례를 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 열전소자(200) 상부면에 전기적으로 서로 절연된 복수개의 금속 박막을 증착하여 금속 박막 영역(510)(520)을 형성하고, 그 중 하나의 금속 박막 영역(520)에 써미스터(100)를 부착한 후, 써미스터(100)가 부착된 금속 박막 영역(520)을 금속전기선(320)으로 전극핀(420)과 연결함으로써, 써미스터(100)의 하부면이 열전소자(200) 상부에 형성된 금속 박막 영역(520) 및 금속전기선(320)을 통하여 전극핀(420)에 전기적으로 연결되도록 한다
또한, 써미스터(100)의 상부면과 열전소자(200) 상부에 증착된 다른 금속 박막 영역(510)을 금속 전기선(311)으로 연결하고, 금속 박막 영역(510)과 전극핀(410)을 다른 금속전기선(312)으로 연결하여, 써미스터(100) 상부면이 열전소자(200) 상부에 증착된 금속 박막 영역(510)을 경유하여 전극핀(410)과 전기적으로 연결되도록 한다. 이러한 방법에서는 써미스터(100)의 상부면을 전극핀(410)과 전기적으로 연결하기 위하여 열전소자(200) 이외에, 징검다리 서브마운트와 같은 별도의 다른 물체를 필요로 하지 않게 된다.
상술한 도 6 내지 도 8의 경우와 같이, 써미스터(100) 상부면을 전극핀(410)과 금속전기선으로 직접 연결시키지 않고, 열전소자(200) 상부에 증착된 금속 박막 또는 열전소자(200) 상부와 열적으로 접촉하고 있는 징검다리 서브마운트(610)를 통하여 전기적으로 연결을 하는 경우, 써미스터(100)의 전기적 연결에는 아무런 문제를 일으키지 않으며, 전극핀(410)과 열전소자(200) 상부면의 온도 차이에 의한 금속전기선(312)을 통한 열교환이 써미스터(100)의 온도 측정을 교란하는 현상을 최소화 할 수 있게 된다.
이러한 방법을 사용할 경우, 종래 외부 온도 1℃ 변화에 대해 내부 써미스터(100) 측정 온도 오차가 0.04℃에 이르던 오차를, 0.012℃ 이내의 오차로 제한 할 수 있게 된다.
한편, 상기 TO형 패키지 내부에는 공기 또는 질소 등의 기체가 밀봉되게 되는데, 이러한 패키지 내부 기체를 통하여 써미스터는 TO형 패키지의 패키지 뚜껑과 열교환을 하게 된다. 패키지 내부의 기체와 접촉하는 써미스터의 외주면을 통하여 써미스터는 외부 환경과 열교환이 일어나게 되며, 이러한 열교환이 써미스터로 하여금 열전소자 상부판의 온도를 정밀하게 측정하지 못하도록 하게 된다. 이러한 열교환은 써미스터를 열전달률이 낮으며 전기적으로 절연 특성을 가지는 물질로 덮어줌으로써 개선시킬 수 있다. 이러한 특성을 가지는 물질로는 에폭시, 고무, 플라스틱, 비닐 등의 고분자 재료가 적절하다. 이러한 고분자 재료는 두께 30um 이상이 적절한데, 통상적으로 에폭시, 고무, 비닐 등의 고분자 재료는 10W/m/K 정도의 낮은 열전달률을 갖는 특징이 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 써미스터를 전기적으로 절연의 특성을 가지는 고분자 재료로 덮어준 단면도 일례를 나타낸 것이다.
상기 도 6 내지 도 8에서와 같이, 써미스터(100) 상부면을 전극핀(410)과 직접 연결하지 않고 열전소자(200)의 상부면에 증착된 금속 패턴 또는 열전소자(200) 상부면에 부착된 징검다리 서브마운트(610)를 통하여 전극핀(410)과 전기적으로 연결하고, 도 9에서와 같이 써미스터(100)를 열전도율이 낮은 에폭시 등의 고분자 재료(800)로 덮어 패키지 내부 기체와의 열교환을 차단 할 경우, 외부온도 1℃ 변화에 대해 써미스터(100) 온도 측정 오차를 0.004℃ 이내로 제어할 수 있다.
이러한 정도의 온도 측정 오차 제어를 광통신용의 레이저 다이오드 패키지에 적용할 경우에 발생하는 효과는 다음과 같이 설명할 수 있다. 통상적인 광통신용의 레이저 패키지에서는 -40∼85℃의 구간에서 사용이 가능하여야 한다. 이때 종래의 방법으로 써미스터를 전극핀과 전기적 연결을 하였을 때 외부온도 1℃ 변화에 대해 써미스터는 대략 0.04℃의 온도 측정 오차를 가지게 되며, 0.04℃의 측정 온도 오차는 125℃의 레이저 다이오드 사용 온도 구간에서 약 5℃의 측정 온도 오차를 발생시킨다. 통상적으로 반도체 레이저는 1℃의 온도 변화에 대해 대략 100pm의 파장 변화를 가져오므로 125℃의 외부 환경 온도 변화는 500pm 정도의 레이저 발진 파장 변화를 가져온다. 현대의 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식의 통신에서는 레이저의 파장 변화를 125℃의 외부 환경 온도 변화에 대해 200pm를 허용하고 있다. 그러므로 종래의 방식으로는 현재 DWDM에서 요구하는 파장 정밀도를 만족시키지 못한다. 이에 비해 써미스터를 전극핀과 직접 연결하지 않는 방법과 써미스터를 에폭시 등의 고분자 재료로 감싸 주었을 때 외부 온도 변화 1℃에 대한 써미스터의 온도 측정 오차 0.004℃는 125℃의 외부 환경 온도 변화에 대해 50pm의 레이저 파장 변화를 발생하게 하여 DWDM 방식에 적용이 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명은 써미스터 상부면을 열전소자의 상부에 형성된 금속 박막 또는 열전소자 상부에 부착되는 징검다리 서브마운트의 상부에 형성된 금속 박막을 경유하여 전극핀과 전기적으로 연결되도록 함으로써, 전극핀과 열전소자 사이를 연결하는 금속전기선의 열전달에 따라 발생하는 온도 측정 오차를 최소할 수 있게 된다. 또한, 써미스터의 외부를 절연성 고분자 재료로 덮어 주어 주변 대기 온도 변화에 따른 영향을 최소화함으로써 온도 측정 오차를 최소화할 수 있게 된다.
이러한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100 : 써미스터 200 : 열전소자
310, 311, 312, 320 : 금속전기선 400, 410, 420 : 전극핀
510, 520 : 금속 박막 영역 600 : 서브마운트
610 : 징검다리 서브마운트 700 : 패키지 뚜껑
800 : 고분자 재료

Claims (5)

  1. 열전소자의 상부 일측에 위치하는 써미스터(themistor)의 상부면 및 하부면을 전극핀과 전기적으로 연결한 후, 전극핀을 통하여 써미스터의 온도 변화에 따른 저항값을 측정하여 열전소자 상부 온도를 측정하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법에 있어서,
    상기 써미스터(100) 상부면을 상기 열전소자(200)의 상부 타측에 형성된 징검다리용 금속 패턴과 전기적으로 연결하고, 상기 징검다리용 금속 패턴을 전극핀(410)과 전기적으로 연결하여, 써미스터의 저항값 변화에 따라 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 징검다리용 금속 패턴은, 상기 열전소자(200)의 상부 또는 열전소자(200) 상부에 부착되는 징검다리 서브마운트(610)의 상부에 금속 박막이 증착되어 형성된 것을 특징으로 하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 써미스터(100) 하부면은 열전소자(200)의 상부 또는 열전소자(200) 상부에 부착되는 서브마운트(600)의 상부에 형성된 금속 패턴에 부착되고, 상기 상부에 써미스터(100) 하부면이 부착된 금속 패턴은 금속전기선(320)을 통하여 전극핀(420)과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열전소자(200) 상부에 위치하는 써미스터(100)는, 대기와의 열교환을 방지하기 위하여 전기적으로 절연 특성을 가지는 고분자 재료(800)로 덮어 씌워져, 써미스터의 저항값 변화에 따라 온도가 측정되는 것을 특징으로 하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고분자 재료(800)는 에폭시, 고무, 비닐 재질 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 써미스터를 이용한 온도 측정 방법.
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