KR102031646B1 - Optical element package device having outstanding heat characterisic - Google Patents

Optical element package device having outstanding heat characterisic

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Abstract

본 발명은 열특성이 우수한 광소자 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충분한 방열공간을 확보하여 광원에서 발생한 열을 충분히 배출하므로 열특성이 우수한 광소자 패키지를 제공한다.
본 발명은 유전체로 이루어지며 가장자리에 신호를 전송하기 위한 시그널비아가 형성된 스템베이스와; 상기 스템베이스의 상부에 설치되는 광원과; 상기 광원의 열을 흡수하여 외부로 배출하는 열전냉각소자; 및 상기 광원의 열을 상기 열전냉각소자에 전달하는 서멀비아;를 포함하는 열특성이 우수한 광소자 패키지를 제공한다. The present invention relates to an optical device package having excellent thermal characteristics. More particularly, the present invention provides an optical device package having excellent thermal characteristics since sufficient heat dissipation space is secured to sufficiently discharge heat generated from a light source.
The present invention is a stem base made of a dielectric and formed with signal vias for transmitting signals at edges; A light source installed above the stem base; A thermoelectric cooling element which absorbs heat of the light source and discharges it to the outside; And a thermal via which transfers heat of the light source to the thermoelectric cooling device.

Description

열특성이 우수한 광소자 패키지{OPTICAL ELEMENT PACKAGE DEVICE HAVING OUTSTANDING HEAT CHARACTERISIC}OPTICAL ELEMENT PACKAGE DEVICE HAVING OUTSTANDING HEAT CHARACTERISIC

본 발명은 열특성이 우수한 광소자 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충분한 방열공간을 확보하여 광원에서 발생한 열을 충분히 배출하므로 열특성이 우수한 광소자 패키지를 제공한다.The present invention relates to an optical device package having excellent thermal characteristics. More particularly, the present invention provides an optical device package having excellent thermal characteristics since sufficient heat dissipation space is secured to sufficiently discharge heat generated from a light source.

근래에 들어 대용량의 정보를 고속으로 송수신하기 위하여 빛을 정보 전송의 매개로 이용하는 광통신이 일반화되어 있다. 이러한 광통신은 광섬유를 전송 매질로 할 때, 수십 Gbps의 초고속의 정보를 수십 Tera bps의 대용량으로 중첩하여 수백 Km의 장거리 전송이 가능하므로 초고속, 대용량, 장거리 정보 전송에 필수적으로 사용되고 있다.In recent years, optical communication using light as a medium for transmitting information in order to transmit and receive a large amount of information at high speed has become common. When optical fiber is used as a transmission medium, it is possible to transmit hundreds of kilometers of long distances by superimposing several tens of Gbps ultra-high speed information with tens of tera bps, which is essential for ultra high speed, large capacity, and long distance information transmission.

한편 광통신에서 빛을 발광하는 레이저 다이오드는 외부의 온도변화에 민감하여 운용 온도에 따라 파장이 크게 달라진다. 따라서 레이저 다이오드 칩의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 열전냉각소자 내장형 광소자 패키지가 널리 사용되고 있다. 통상 열전소자 내장형 광소자 패키지는 버터플라이형 패키지 또는 미니 플랫, 미니 딜형의 패키지가 주로 사용되고 있다.On the other hand, laser diodes emitting light in optical communication are sensitive to external temperature changes, and the wavelength varies greatly depending on the operating temperature. Therefore, a thermoelectric cooling device-embedded optical device package capable of maintaining a constant temperature of a laser diode chip is widely used. In general, a thermoelectric element-embedded optical device package is mainly used as a butterfly package or a mini flat or mini deal package.

상기 열전냉각소자 내장형 광소자 패키지의 일예가 국내공개특허 제10-2014-0147644호에 개시되어 있다. An example of the thermoelectric cooling device built-in optical device package is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2014-0147644.

도 1은 선행기술문헌 1에 따른 종래의 열전냉각소자 내장형 광소자 패키지를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional thermoelectric cooling device built-in optical device package according to the prior art document 1.

도 1에 도시된 바와 같이 광소자 패키지는 철 또는 kovar 등으로 이루어진 스템베이스(stem base; 100)에 복수개 관통공을 형성하고, 이 관통공에 금속 전극핀(110)을 삽입시킨 후 유리 소재(120)로 밀봉한 형태의 패키지이다. 이러한 형태의 패키지는 제작이 용이하여 저가형 광통신용으로 널리 사용되고 있으며 주로 2.5Gbps급에 주로 사용되고 있다.As shown in FIG. 1, the optical device package forms a plurality of through holes in a stem base 100 formed of iron or kovar, and inserts a metal electrode pin 110 into the through holes. 120) is a sealed package. This type of package is easy to manufacture and is widely used for low cost optical communication, and is mainly used for the 2.5Gbps class.

이러한 종래의 광소자 패키지를 10Gbps급의 고속 통신용으로 제작하기 위해서는, 광소자에 주고 받는 전기 신호를 전송하는 신호 전송선에서 전기 신호의 왜곡 없이 신호가 잘 전달되어야 한다. 이렇게 전기 신호를 주고 받는 전기 전송선에서 신호의 왜곡이 없도록 하기 위해서는 전송 선로가 각 부분에서 임피던스 정합이 이루어져야 한다. In order to manufacture such a conventional optical device package for high-speed communication of 10Gbps, the signal should be well transmitted without distortion of the electrical signal in a signal transmission line for transmitting electrical signals to and from the optical device. In order to avoid distortion of the signal in the transmission and reception of the electrical signal in this way, the transmission line must be impedance matched at each part.

통상적으로 스템베이스(100) 부분에서 외부로 돌출된 전극핀(110)의 경우 임피던스 정합이 잘 이루어지지 않아, 광소자를 고속 동작시키기 위해서는 스템베이스(100) 외부로 돌출된 전극핀(110)의 길이를 최소화하는 방법을 사용하고 있다. In general, in the case of the electrode pin 110 protruding outward from the stem base 100, impedance matching is not performed well, so that the length of the electrode pin 110 protruding out of the stem base 100 to operate the optical device at high speed. We are using a method to minimize this.

통상적으로 전극핀(110)과 광소자 패키지 내부에 장착되는 광소자는 Au wire(900)로 이루어진 신호 전송선을 통하여 전기적 연결이 이루어지는데 이러한 신호 전송선 또한 임피던스 정합이 이루어지기 어려운 구조를 가지고 있다. In general, an optical device mounted in the electrode pin 110 and the optical device package is electrically connected through a signal transmission line made of Au wire 900. Such signal transmission line also has a structure in which impedance matching is difficult.

그러므로 고속 광통신을 위해서는 광소자 패키지 내부에 장착되는 광소자(200)와 전극핀(110) 사이에 임피던스 정합이 된 전송 신호 중계용 서브마운트(300)를 삽입하여 고속 통신이 이루어질 수 있도록 하고 있다.Therefore, for high speed optical communication, a high speed communication may be performed by inserting a transmission signal relay submount 300 having impedance matching between the optical device 200 and the electrode pin 110 mounted inside the optical device package.

하지만 상기와 같은 종래기술에 따른 광소자 패키지는 금속성 스템베이스를 사용하고 전극이 관통하는 관통공에 유리물질을 충전해야 하므로 상대적으로 공간을 많이 차지함에 따라 방열을 위해 열전냉각소자(TEC)를 설치할 공간이 부족한 문제점이 있다. However, since the optical device package according to the related art uses a metallic stem base and a glass material must be filled in the through hole through which the electrode penetrates, a thermoelectric cooling device (TEC) is installed for heat dissipation as it occupies a relatively large space. There is a problem of running out of space.

1. 국내공개특허 제10-2014-0147644호(2014. 12. 30 공개)1.Korean Patent Publication No. 10-2014-0147644 (published Dec. 30, 2014)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전극핀의 절연을 위해 절연물질을 충전해야 하는 관통공이 필요없음으로 방열을 위한 공간을 확보하여 충분히 방열하므로 열특성이 우수한 광소자 패키지를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, it is not necessary to penetrate the through-hole to insulate the insulating material for the insulation of the electrode pins to secure a space for heat dissipation sufficient heat dissipation is excellent optical device package The purpose is to provide.

본 발명은 유전체로 이루어지며 가장자리에 신호를 전송하기 위한 시그널비아가 형성된 스템베이스와; 상기 스템베이스의 상부에 설치되는 광원과; 상기 광원의 열을 흡수하여 외부로 배출하는 열전냉각소자; 및 상기 광원의 열을 상기 열전냉각소자에 전달하는 서멀비아;를 포함하는 열특성이 우수한 광소자 패키지를 제공한다. The present invention is a stem base made of a dielectric and formed with signal vias for transmitting signals at edges; A light source installed above the stem base; A thermoelectric cooling element which absorbs heat of the light source and discharges it to the outside; And a thermal via which transfers heat of the light source to the thermoelectric cooling device.

여기서 상기 스템베이스는 단면이 원형 또는 사각형인 것이 바람직하다.Here, the stem base is preferably a cross-section or a square.

아울러 상기 광원을 설치하기 위한 설치된 서브마운트를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include an installed submount for installing the light source.

또한 상기 스템베이스는 상방으로 개방된 요홈이 형성되고, 상기 요홈에 열전냉각소자가 장입되는 것이 바람직하다.In addition, the stem base is formed with a groove that is open upwards, it is preferable that a thermoelectric cooling element is charged in the groove.

아울러 상기 요홈의 바닥에 상기 광원의 열을 흡수한 열전냉각소자의 열을 외부로 배출하기 위한 별도의 서멀비아가 더 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a separate thermal via is further formed on the bottom of the groove to discharge heat of the thermoelectric cooling element absorbing heat of the light source to the outside.

상기와 같이 본 발명에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지는 스템베이스가 유전체로 이루어져 전극을 절연하기 위해 절연물질을 충진하기 위한 단면적이 넓은 관통구를 형성할 필요없음으로 방열면적이 넓어져 열특성이 획기적으로 개선된다.As described above, the optical device package having excellent thermal characteristics according to the present invention does not need to form a through-hole having a wide cross-sectional area for filling an insulating material in order to insulate an electrode, since the stem base is made of a dielectric material so that the heat radiation area is widened. This is a dramatic improvement.

아울러 이 본 발명에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지는 서브마운트를 설치하므로 와이어본딩의 길이가 짧아져 대역폭이 넓어지므로 고속신호 전송이 가능하다.In addition, since the optical device package having excellent thermal characteristics according to the present invention is provided with a submount, the length of the wire bonding is shortened and the bandwidth is widened, thereby enabling high-speed signal transmission.

또한 이 본 발명에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지는 상기 스템베이스는 상방으로 개방된 요홈이 형성되고, 상기 요홈에 열전냉각소자가 장입되므로 조립이 용이하다.In addition, in the optical device package having excellent thermal characteristics according to the present invention, the stem base is formed with an upwardly open recess, and a thermoelectric cooling element is inserted into the recess to facilitate assembly.

아울러 이 본 발명에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지는 열전냉각소자의 열을 외부로 배출하기 위한 별도의 서멀비아가 더 형성하므로 더욱 용이하게 열을 배출할 수 있다.In addition, the optical device package having excellent thermal characteristics according to the present invention may further discharge heat because a separate thermal via is further formed to discharge heat of the thermoelectric cooling device to the outside.

도 1은 선행기술문헌 1에 따른 종래의 패키지를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional package according to the prior art document 1.
2 is a view showing an optical device package having excellent thermal characteristics according to the first embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating an optical device package having excellent thermal characteristics according to a second exemplary embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating an optical device package having excellent thermal characteristics according to a second exemplary embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지의 실시예들을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of an optical device package having excellent thermal characteristics according to the present invention will be described.

[제1실시예][First Embodiment]

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지를 나타내는 도면이다.2 is a view showing an optical device package having excellent thermal characteristics according to the first embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 스템베이스(12)과, 상기 스템베이스(12)의 상부에 설치되는 광원(14)과, 상기 광원(14)의 열을 흡수하여 외부로 배출하는 열전냉각소자(16) 및 상기 광원(14)의 열을 상기 열전냉각소자(16)에 전달하는 서멀비아(18)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the stem base 12, the light source 14 installed on the stem base 12, and the thermoelectric cooling element 16 absorbing heat from the light source 14 and discharging them to the outside. ) And a thermal via 18 for transferring the heat of the light source 14 to the thermoelectric cooling element 16.

상기 스템베이스(12)은 유전체로 이루어진다. 상기 스템베이스(12)을 형성하는 유전체는 열전도도가 우수하고 절연성 물질인 다양한 소재가 사용될 수 있으며 Si, SiO, SiO2 등의 실리콘 및 실리콘 화합물, Al2O3, AlN 등의 세라믹 또는 이들을 혼합한 재질을 사용할 수 있다. 상기 스템베이스(12)의 가장자리에는 신호를 전달하기 위한 시그널비아(13)가 형성되어 있다. 상기 시그널비아(13)를 통하여 드라이버 IC(미도시)로부터 광원을 구동하기 위한 전기신호가 전달된다. 아울러 상기 시그널비아(13)는 필요에 따라 양측에 형성될 수도 있고 가장자리를 둘러서도 형성될 수 있지만 본 실시예에서는 열전냉각소자(16)의 접촉면적을 늘리기 위해서 양측에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 스템베이스(12)은 제작의 편의성을 고려하여 단면이 통상 원형과 사각형으로 이루어지지만 필요에 따라 다양한 형상의 단면으로 이루어질 수 있음은 물론이다. 상기 시그널비아(13)와 상기 광원(14) 사이에는 와이어 본딩(19)이 연결되어 전기신호를 전달하게 된다. 아울러 필요에 따라서 와이어 본딩(19)을 대신하여 금속패턴 등도 사용될 수 있음은 물론이다.The stem base 12 is made of a dielectric. As the dielectric material forming the stem base 12, various materials having excellent thermal conductivity and insulating material may be used, and silicon and silicon compounds such as Si, SiO, and SiO 2 , ceramics such as Al 2 O 3 , AlN, or a mixture thereof. One material can be used. At the edge of the stem base 12, a signal via 13 for transmitting a signal is formed. An electrical signal for driving a light source from a driver IC (not shown) is transmitted through the signal via 13. In addition, the signal vias 13 may be formed on both sides as necessary and may be formed around the edges, but in this embodiment, the signal vias 13 may be formed on both sides in order to increase the contact area of the thermoelectric cooling element 16. The stem base 12 is generally made of a cross-section and a square in consideration of manufacturing convenience, but may be made of a cross-section of various shapes as necessary. A wire bonding 19 is connected between the signal via 13 and the light source 14 to transmit an electric signal. In addition, a metal pattern or the like may be used instead of the wire bonding 19 as necessary.

상기 광원(14)은 전기신호를 전달받아 광신호를 출력하도록 구비되며 본 실시예에서는 수직공진형 표면발광 레이저(VCSEL; Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 이하 'VCSEL'이라 함)로서 구비된다. 본 실시에에서는 광원(14)으로 VCSEL을 채택하였지만 필요에 따라 기존의 측면발광 다이오드(단면발광 다이오드)를 채택할 수 있음은 물론이다.The light source 14 receives an electric signal and outputs an optical signal. In this embodiment, the light source 14 is provided as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). In this embodiment, although the VCSEL is adopted as the light source 14, an existing side light emitting diode (single light emitting diode) can be adopted as necessary.

상기 열전냉각소자(16)는 서로 다른 성질을 가진 두개의 금속으로 전기회로를 만들고 여기에 직류를 흘려주면 두 금속의 접합점에서 한 쪽은 열이 발생하고 다른 쪽은 열을 빼앗긴다는 펠티어 효과를 이용한 것으로 이미 당업자에게 잘 알려진 제품이므로 자세한 설명은 생략한다. 여기서 상기 열전냉각소자(16)는 열을 흡수하는 측이 상기 광원(14)측에 위치하도록 설치해야 한다. 즉, 광원(14)의 열을 흡수하여 반대편으로 방출하는 것이다.The thermoelectric cooling device 16 is made of two metals having different properties, and when a direct current is applied thereto, heat is generated at one side of the junction of the two metals and the other side is deprived of heat. Since the product is well known to those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted. Here, the thermoelectric cooling element 16 should be installed so that the side that absorbs heat is located at the light source 14 side. In other words, the heat of the light source 14 is absorbed and emitted to the opposite side.

상기 서멀비아(18)는 상기 스템베이스(12)를 관통하도록 형성되며 상기 광원(14)의 열을 상기 열전냉각소자(16)에 전달한다. 상기 서멀비아(18)는 상기 광원(14)에서 발생한 열을 전달하기 위하여 열의 전달경로 단면적이 최대가 되도록 구비되는 것이 바람직하다. 상기 서멀비아(18)는 주로 금속으로 이루어지며 구리, 알루미늄, 은 등 열전도도가 우수한 다양한 금속을 사용할 수 있음은 물론이다. 아울러 상기 서멀비아(18)는 필요에 따라서 열전도도가 우수한 파우더를 레진에 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이다. 상기 사용이 가능한 파우더로는 은분, 동분, 팽창흑연 등 다양한 열전도도가 우수한 파우더를 사용할 수 있다.The thermal via 18 is formed to penetrate the stem base 12 and transmits heat from the light source 14 to the thermoelectric cooling element 16. The thermal via 18 is preferably provided to maximize the cross-sectional area of the heat transfer path in order to transfer heat generated from the light source 14. The thermal via 18 is mainly made of a metal, and of course, various metals having excellent thermal conductivity such as copper, aluminum, and silver may be used. In addition, the thermal via 18 may be mixed with a resin having excellent thermal conductivity as needed, of course. As the powder which can be used, powders having excellent thermal conductivity such as silver powder, copper powder, and expanded graphite may be used.

[제2실시예]Second Embodiment

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지를 나타내는 도면이다.3 is a view illustrating an optical device package having excellent thermal characteristics according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이 스템베이스(22)와, 상기 스템베이스(22)의 상부에 설치되는 광원(24)과, 상기 광원(24)을 설치하기 위한 설치된 서브마운트(25와, 상기 광원(24)의 열을 흡수하여 외부로 배출하는 열전냉각소자(26) 및 상기 광원(24)의 열을 상기 열전냉각소자(26)에 전달하는 서멀비아(28)를 포함한다.As shown in FIG. 3, a stem base 22, a light source 24 installed on the stem base 22, a submount 25 provided for installing the light source 24, and the light source ( The thermoelectric cooling element 26 absorbs the heat of the 24 and discharges it to the outside, and the thermal via 28 transfers the heat of the light source 24 to the thermoelectric cooling element 26.

상기 스템베이스(22)는 유전체로 이루어진다. 상기 스템베이스(22)를 형성하는 유전체는 열전도도가 우수하고 절연성 물질인 다양한 소재가 사용될 수 있으며 Si, SiO, SiO2 등의 실리콘 및 실리콘 화합물, Al2O3, AlN 등의 세라믹 또는 이들을 혼합한 재질을 사용할 수 있다. 상기 스템베이스(22)의 가장자리에는 신호를 전달하기 위한 시그널비아(23)가 형성되어 있다. 상기 시그널비아(23)를 통하여 드라이버 IC로부터 광원(24)을 구동하기 위한 전기신호가 전달된다. 아울러 상기 시그널비아(22)는 필요에 따라 양측에 형성될 수도 있고 가장자리를 둘러서도 형성될 수 있지만 본 실시예에서는 열전냉각소자(26)의 접촉면적을 늘리기 위해서 양측에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 스템베이스(22)는 제작의 편의성을 고려하여 단면이 통상 원형과 사각형으로 이루어지지만 필요에 따라 다양한 형상의 단면으로 이루어질 수 있음은 물론이다. 상기 시그널비아(24)와 상기 광원(24) 사이에는 와이어 본딩(29)이 연결되어 전기신호를 전달하게 된다. 아울러 필요에 따라서 와이어 본딩(29)을 대신하여 금속패턴 등도 사용될 수 있음은 물론이다.The stem base 22 is made of a dielectric. The dielectric material forming the stem base 22 may be a variety of materials having excellent thermal conductivity and insulating material, and silicon and silicon compounds such as Si, SiO, SiO 2 , ceramics such as Al 2 O 3 , AlN, or a mixture thereof. One material can be used. At the edge of the stem base 22, a signal via 23 for transmitting a signal is formed. The electrical signal for driving the light source 24 is transmitted from the driver IC through the signal via 23. In addition, the signal vias 22 may be formed on both sides as necessary and may be formed around the edges, but in this embodiment, the signal vias 22 may be formed on both sides in order to increase the contact area of the thermoelectric cooling element 26. The stem base 22 is generally made of a circle and a cross section in consideration of the convenience of manufacturing, but may be made of a cross section of various shapes as necessary. A wire bonding 29 is connected between the signal via 24 and the light source 24 to transmit an electrical signal. In addition, a metal pattern or the like may be used instead of the wire bonding 29 as necessary.

상기 광원(24)은 전기신호를 전달받아 광신호를 출력하도록 구비되며 본 실시예에서는 수직공진형 표면발광 레이저(VCSEL; Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 이하 'VCSEL'이라 함)로서 구비된다. 본 실시에에서는 광원(24)으로 VCSEL을 채택하였지만 필요에 따라 기존의 측면발광 다이오드(단면발광 다이오드)를 채택할 수 있음은 물론이다.The light source 24 receives an electrical signal and outputs an optical signal. In this embodiment, the light source 24 is provided as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). In this embodiment, although the VCSEL is adopted as the light source 24, it is a matter of course that an existing side light emitting diode (single light emitting diode) can be adopted as necessary.

상기 열전냉각소자(26)는 서로 다른 성질을 가진 두개의금속으로 전기회로를 만들고 여기에 직류를 흘려주면 두 금속의 접합점에서 한 쪽은 열이 발생하고 다른 쪽은 열을 빼앗긴다는 펠티어 효과를 이용한 것으로 이미 당업자에게 잘 알려진 제품이므로 자세한 설명은 생략한다. 여기서 상기 열전냉각소자(26)는 열을 흡수하는 측이 상기 광원(24)측에 위치하도록 설치해야 한다. 즉, 광원(24)의 열을 흡수하여 반대편으로 방출하는 것이다. The thermoelectric cooling element 26 is made of two metals having different properties, and when a direct current is applied thereto, heat is generated at one side of the junction of the two metals and the other side is deprived of heat. Since the product is well known to those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted. Here, the thermoelectric cooling element 26 should be installed such that the heat absorbing side is located at the light source 24 side. In other words, it absorbs heat from the light source 24 and emits it to the opposite side.

본 실시예에서 상기 열전냉각소자(26)는 상기 스템베이스(22)의 상부에 위치한다. 따라서 상기 광원(24)을 설치하기 위해서는 상기 열전냉각소자(26)의 상부에 서브마운트(25)가 형성되어야 한다. 상기 서브마운트(25)는 절연성물질로 이루어져 상기 광원(24)을 설치할 수 있다.In the present embodiment, the thermoelectric cooling element 26 is positioned above the stem base 22. Therefore, in order to install the light source 24, a submount 25 must be formed on the thermoelectric cooling element 26. The submount 25 may be made of an insulating material to install the light source 24.

본 실시예예서 상기 서멀비아(28)는 상기 서브마운트(25)를 관통하도록 형성되며 상기 광원(24)의 열을 상기 열전냉각소자(26)에 전달한다. 상기 서멀비아(28)는 상기 광원(24)에서 발생한 열을 전달하기 위한 전달경로의 단면적이 최대가 되도록 구비되는 것이 바람직하다. 상기 서멀비아(28)는 주로 금속으로 이루어지며 구리, 알루미늄, 은 등 열전도도가 우수한 다양한 금속을 사용할 수 있음은 물론이다. 아울러 상기 서멀비아(28)는 필요에 따라서 열전도도가 우수한 파우더를 레진에 혼합하여 형성할 수 있음은 물론이다. 상기 사용이 가능한 파우더로는 은분, 동분, 팽창흑연 등 다양한 열전도도가 우수한 파우더를 사용할 수 있다.In the present embodiment, the thermal via 28 is formed to penetrate the submount 25 and transmits heat from the light source 24 to the thermoelectric cooling element 26. The thermal via 28 is preferably provided to maximize the cross-sectional area of the transfer path for transferring heat generated from the light source 24. The thermal via 28 is mainly made of a metal, and of course, various metals having excellent thermal conductivity such as copper, aluminum, and silver may be used. In addition, the thermal via 28 may be formed by mixing a resin having excellent thermal conductivity with resin as necessary. As the powder which can be used, powders having excellent thermal conductivity such as silver powder, copper powder, and expanded graphite may be used.

아울러 본 실시예에서는 상기 열전냉각소자(26)의 열을 외부로 방출하기 위하여 스템베이스(220)에 별도의 보조 서멀비아(28a)가 형성되어 있다. 상기 보조 서멀비아(28a)는 상기 서멀비아(28)와 재질 및 조성이 유사하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.In addition, in the present embodiment, a separate auxiliary thermal via 28a is formed in the stem base 220 to discharge heat of the thermoelectric cooling element 26 to the outside. Since the auxiliary thermal via 28a is similar in material and composition to the thermal via 28, a detailed description thereof will be omitted.

[제3실시예]Third Embodiment

도 4은 본 발명의 제3실시예에 따른 열특성이 우수한 광소자 패키지를 나타내는 도면이다.4 is a view illustrating an optical device package having excellent thermal characteristics according to a third exemplary embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이 스템베이스(32)과, 상기 스템베이스(32)의 상부에 설치되는 광원(34)과, 상기 광원(34)을 설치하기 위한 설치된 서브마운트(35)와, 상기 광원(34)의 열을 흡수하여 외부로 배출하는 열전냉각소자(36) 및 상기 광원(34)의 열을 상기 열전냉각소자(36)에 전달하는 서멀비아(38)를 포함한다.As shown in FIG. 4, a stem base 32, a light source 34 installed on the stem base 32, a submount 35 installed to install the light source 34, and the light source The thermoelectric cooling element 36 absorbs the heat of the 34 and discharges it to the outside, and the thermal via 38 transfers the heat of the light source 34 to the thermoelectric cooling element 36.

상기 스템베이스(32)는 유전체로 이루어진다. 상기 스템베이스(32)를 형성하는 유전체는 열전도도가 우수하고 절연성 물질인 다양한 소재가 사용될 수 있으며 Si, SiO, SiO2 등의 실리콘 및 실리콘 화합물, Al2O3, AlN 등의 세라믹 또는 이들을 혼합한 재질을 사용할 수 있다. 상기 스템베이스(32)의 가장자리에는 신호를 전달하기 위한 시그널비아(33)가 형성되어 있다. 상기 시그널비아(33)를 통하여 드라이버 IC로부터 광원(34)을 구동하기 위한 전기신호가 전달된다. 아울러 상기 시그널비아(33)는 필요에 따라 양측에 형성될 수도 있고 가장자리를 둘러서도 형성될 수 있지만 본 실시예에서는 열전냉각소자의 접촉면적을 늘리기 위해서 양측에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 스템베이스(32)는 제작의 편의성을 고려하여 단면이 통상 원형과 사각형으로 이루어지지만 필요에 따라 다양한 형상의 단면으로 이루어질 수 있음은 물론이다. 상기 시그널비아(33)와 상기 광원(34) 사이에는 와이어 본딩(39)이 연결되어 전기신호를 전달하게 된다. 아울러 필요에 따라서 와이어 본딩(39)을 대신하여 금속패턴 등도 사용될 수 있음은 물론이다. 또한 본 실시예에 따른 상기 스템베이스(32)는 상방으로 개방된 요홈(32a)이 형성되어 있다. 이 요홈(32a)에는 열전냉각소자(36)가 장입된다. 따라서 상기 열전냉각소자(36)의 조립이 용이하다. 아울러 상기 요홈(32a)에는 열전냉각소자(36)가 장입되므로 상기 광원(34)의 높이를 낮추어 와이어 본딩(39)의 길이를 짧게 할 수 있다.The stem base 32 is made of a dielectric. As the dielectric material forming the stem base 32, various materials having excellent thermal conductivity and insulating material may be used, and silicon and silicon compounds such as Si, SiO, and SiO 2 , ceramics such as Al 2 O 3 , AlN, or a mixture thereof. One material can be used. At the edge of the stem base 32, a signal via 33 for transmitting a signal is formed. An electrical signal for driving the light source 34 is transmitted from the driver IC through the signal via 33. In addition, the signal vias 33 may be formed on both sides as necessary and may be formed around the edges, but in this embodiment, the signal vias 33 may be formed on both sides in order to increase the contact area of the thermoelectric cooling element. The stem base 32 is generally made of a circle and a cross section in consideration of the convenience of manufacturing, but may be made of a cross section of various shapes as necessary. A wire bonding 39 is connected between the signal via 33 and the light source 34 to transmit an electric signal. In addition, a metal pattern or the like may be used instead of the wire bonding 39 as necessary. In addition, the stem base 32 according to the present embodiment is formed with a recess 32a opened upwards. The recess 32a is filled with a thermoelectric cooling element 36. Therefore, the thermoelectric cooling element 36 can be easily assembled. In addition, since the thermoelectric cooling element 36 is inserted into the groove 32a, the length of the wire bonding 39 may be shortened by lowering the height of the light source 34.

상기 광원(34)은 전기신호를 전달받아 광신호를 출력하도록 구비되며 본 실시예에서는 수직공진형 표면발광 레이저(VCSEL; Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 이하 'VCSEL'이라 함)로서 구비된다. 본 실시에에서는 광원(34)으로 VCSEL을 채택하였지만 필요에 따라 기존의 측면발광 다이오드(단면발광 다이오드)를 채택할 수 있음은 물론이다.The light source 34 receives an electrical signal and outputs an optical signal. In this embodiment, the light source 34 is provided as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). In this embodiment, although the VCSEL is adopted as the light source 34, an existing side light emitting diode (single light emitting diode) can be adopted as necessary.

상기 열전냉각소자(36)는 서로 다른 성질을 가진 두개의 금속으로 전기회로를 만들고 여기에 직류를 흘려주면 두 금속의 접합점에서 한 쪽은 열이 발생하고 다른 쪽은 열을 빼앗긴다는 펠티어 효과를 이용한 것으로 이미 당업자에게 잘 알려진 제품이므로 자세한 설명은 생략한다. 여기서 상기 열전냉각소자(36)는 열을 흡수하는 측이 상기 광원(34)측에 위치하도록 설치해야 한다. 즉, 광원(34)의 열을 흡수하여 반대편으로 방출하는 것이다. The thermoelectric cooling element 36 uses the Peltier effect that an electric circuit is made of two metals having different properties and a direct current is applied thereto, where one side generates heat at the junction of the two metals and the other side takes heat away. Since the product is well known to those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted. Here, the thermoelectric cooling element 36 should be installed so that the side that absorbs heat is located at the light source 34 side. That is, it absorbs heat from the light source 34 and emits it to the opposite side.

본 실시예에서 상기 열전냉각소자(36)는 상기 스템베이스(32)의 상부에 위치한다. 따라서 상기 광원(34)을 설치하기 위해서는 상기 열전냉각소자(36)의 상부에 서브마운트(35)가 형성되어야 한다. 상기 서브마운트(35)는 절연성물질로 이루어져 상기 광원(34)을 설치할 수 있다.In the present embodiment, the thermoelectric cooling element 36 is located above the stem base 32. Therefore, in order to install the light source 34, a submount 35 must be formed on the thermoelectric cooling element 36. The submount 35 may be made of an insulating material to install the light source 34.

본 실시예예서 상기 서멀비아(38)는 상기 서브마운트(35)를 관통하도록 형성되며 상기 광원(34)의 열을 상기 열전냉각소자(36)에 전달한다. 상기 서멀비아(38)는 상기 광원(34)에서 발생한 열을 전달하기 위하여 열이 전달되는 경로의 단면적이 최대가 되도록 구비되는 것이 바람직하다. 상기 서멀비아(38)는 주로 금속으로 이루어지며 구리, 알루미늄, 은 등 열전도도가 우수한 다양한 금속을 사용할 수 있음은 물론이다. 아울러 필요에 따라서 열전도도가 우수한 파우더를 레진에 혼합하여 서멀비아(38)를 형성할 수 있음은 물론이다. 상기 사용이 가능한 파우더로는 은분, 동분, 팽창흑연 등 다양한 열전도도가 우수한 파우더를 사용할 수 있다.In this embodiment, the thermal via 38 is formed to penetrate the submount 35 and transfers heat from the light source 34 to the thermoelectric cooling element 36. The thermal via 38 is preferably provided such that a cross-sectional area of a path through which heat is transmitted is maximized in order to transfer heat generated from the light source 34. The thermal via 38 is mainly made of a metal, and of course, various metals having excellent thermal conductivity such as copper, aluminum, and silver may be used. In addition, the thermal via 38 may be formed by mixing a powder having excellent thermal conductivity with the resin as needed. As the powder that can be used, powders having excellent thermal conductivity such as silver powder, copper powder, and expanded graphite may be used.

아울러 본 실시예에서는 상기 열전냉각소자(36)의 열을 외부로 방출하기 위하여 스템베이스(32)에 별도의 보조 서멀비아(38a, 38b)가 형성되어 있다. 여기서 상기 보조 서멀비아(38a, 38b)는 상기 스템베이스(32)의 수직방향 뿐만 아니라 수평방향으로도 연장된다. 상기 수평방향으로 연장된 보조 서멀비아(38b)는 상기 시그널비아(33)를 간섭하지 않도록 구비되어야 한다. 상기 보조서멀비아아(38a, 38b)는 서멀비아(38)와 재질 및 조성이 유사하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.In addition, in this embodiment, separate auxiliary thermal vias 38a and 38b are formed in the stem base 32 to discharge heat of the thermoelectric cooling element 36 to the outside. The auxiliary thermal vias 38a and 38b extend in the horizontal direction as well as the vertical direction of the stem base 32. The auxiliary thermal via 38b extending in the horizontal direction should be provided so as not to interfere with the signal via 33. Since the auxiliary thermal vias 38a and 38b are similar in material and composition to the thermal vias 38, a detailed description thereof will be omitted.

10, 20, 30 : 광소자 패키지
12, 22, 32 : 스템베이스
13, 23, 33 : 시그널 비아
14, 24, 34 : 광원
25, 35 : 서브마운트
16, 26, 36 : 열전냉각소자
18, 28, 38 : 서멀비아
28a, 38a, 38b : 보조 서멀비아
19, 29, 39 : 와이어 본딩10, 20, 30: optical device package
12, 22, 32: stem base
13, 23, 33: signal vias
14, 24, 34: light source
25, 35: submount
16, 26, 36: thermoelectric cooling element
18, 28, 38: Thermal Via
28a, 38a, 38b: secondary thermal via
19, 29, 39: wire bonding

Claims (5)

유전체로 이루어지는 스템베이스와;
상기 스템베이스의 상부에 설치되는 광원과;
상기 스템베이스의 가장자리를 관통하여 상기 광원에 전기신호를 전송하도록 형성된 시그널비아;
상기 시그널비아와 상기 광원 사이에 전기신호를 전달하도록 연결되는 와이어 본딩;
상기 스템베이스의 하부에 설치되어, 상기 광원의 열을 흡수하여 외부로 배출하는 열전냉각소자; 및
상기 광원의 열을 상기 열전냉각소자에 전달하도록 스템베이스를 관통하여 형성되는 서멀비아;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열특성이 우수한 광소자 패키지.
A stem base made of a dielectric;
A light source installed above the stem base;
A signal via configured to transmit an electrical signal to the light source through an edge of the stem base;
Wire bonding coupled to transfer an electrical signal between the signal via and the light source;
A thermoelectric cooling element installed under the stem base to absorb heat from the light source and discharge the heat to the outside; And
And a thermal via formed through the stem base to transfer the heat of the light source to the thermoelectric cooling element.
청구항 1에 있어서,
상기 스템베이스는 단면이 원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 열특성이 우수한 광소자 패키지.
The method according to claim 1,
The stem base is an optical device package having excellent thermal characteristics, characterized in that the cross-section is circular or square.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 광원을 설치하기 위한 설치된 서브마운트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열특성이 우수한 광소자 패키지.
The method according to claim 1 or 2,
An optical device package having excellent thermal characteristics, characterized in that it further comprises an installed submount for installing the light source.
청구항 3에 있어서,
상기 스템베이스는 상방으로 개방된 요홈이 형성되고, 상기 요홈에 열전냉각소자가 장입되는 것을 특징으로 하는 열특성이 우수한 광소자 패키지.
The method according to claim 3,
The stem base has a recess that is open upward, the optical element package having excellent thermal characteristics, characterized in that the thermoelectric cooling element is inserted into the groove.
청구항 4에 있어서,
상기 요홈의 바닥에 상기 광원의 열을 흡수한 열전냉각소자의 열을 외부로 배출하기 위한 별도의 보조서멀비아가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 열특성이 우수한 광소자 패키지.The method according to claim 4,
An optical device package having excellent thermal characteristics, characterized in that a separate auxiliary thermal via is further formed on the bottom of the groove for discharging the heat of the thermoelectric cooling device absorbing the heat of the light source to the outside.
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KR101543771B1 (en) * 2012-12-03 2015-08-12 한국전자통신연구원 Multi-channel transmitter Optical Sub Assembly
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