(57)【要約】【課題】ペルチェ素子の冷却性能を向上させるとともに半田の染み出しなどによる配線ショートのリスクを回避した、小型のTO-CAN型光モジュールを提供すること。【解決手段】気密封止用の誘電体によって信号リード線が固定されたステムと、前記ステム上面に載置された冷却素子としてのペルチェ素子と、前記ペルチェ素子上に載置されるキャリアと、前記キャリアに搭載され、前記信号リード線と接続される光半導体光源素子とを備えたTO-CAN型TOSAモジュールであって、前記ペルチェ素子の放熱面よりも大きい面積を有する凹部を前記ステム上面に形成し、この凹部に前記ペルチェ素子の放熱面がステムと対向するように前記ペルチェ素子を搭載することを特徴とするTO-CAN型TOSAモジュール。前記凹部は、ペルチェ素子の冷却面が埋設されないよう深さが設定されていることが好ましい。【選択図】図３
2011108937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密封止用の誘電体によって信号リード線が固定されたステムと、
前記ステム上面に載置された冷却素子としてのペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子上に載置されるキャリアと、
前記キャリアに搭載され、前記信号リード線と接続される光半導体光源素子とを備えたTO-CAN型TOSAモジュールであって、
前記ペルチェ素子の放熱面よりも大きい面積を有する凹部を前記ステム上面に形成し、この凹部に前記放熱面がステムと対向するように前記ペルチェ素子を搭載することを特徴とするTO-CAN型TOSAモジュール。
【請求項２】
前記凹部は、ペルチェ素子の冷却面が埋設されないよう深さが設定されていることを特徴とする請求項１に記載のTO-CAN型TOSAモジュール。
【請求項３】
前記凹部は、前記ペルチェ素子の高さの０．７５倍以下の深さが設定されていることを特徴とする請求項１に記載のTO-CAN型TOSAモジュール。
【請求項４】
前記凹部は、前記ペルチェ素子の高さの０．３７倍以上、０．６９倍以下の深さが設定されていることを特徴とする請求項２に記載のTO-CAN型TOSAモジュール。
【請求項５】
前記凹部は、前記ペルチェ素子の放熱面側基板の側面と前記凹部の側壁とが、ペルチェ素子の放熱面側基板の高さ以下の間隔で離間されるよう設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のTO-CAN型TOSAモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はTO-CAN型TOSAモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネット、ＩＰ電話、動画のダウンロードなどの利用拡大により、必要とされる通信容量が急速に高まっており、光ファイバや光通信機器に搭載される光送受信装置（電気信号と光信号を相互に変換する光電変換器）の需要が拡大している。光送受信装置やそれを構成する部品は、プラガブル（ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）といった言葉で表現されるように、搭載や交換といった観点から扱いやすいように、仕様に基づくモジュール化が急速に進展している。ＸＦＰ（１０  Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ）などの光送信器モジュールに搭載される光源もモジュール化が進展しており、TOSA（Transmitter Optical Sub-Assembly）と呼ばれ、代表的なモジュール形態として、箱型形状のBOX形モジュールが開発されている(非特許文献１、２、３、４)。ＸＦＰは、１０ギガビット・イーサネット（１０ＧｂＥ）の着脱モジュールの業界標準規格の一つである。
【０００３】
光送受信モジュールの普及は、オフィスビルや一般家庭などに設置されるＬＡＮ機器等にも広がっており、需要は膨らむ一方である。しかもその需要が急速に高まっている。需要の増加に従って、TOSAモジュールの低コスト化への要求も大きくなっており、そのために、データ通信やＬＡＮで使用されるモジュールの仕様を共通化することが検討されている。さらに、一装置あたりに使用される光モジュールの数が増大したことにより、TOSAモジュールの消費電力を下げることやTOSAモジュールから発生する熱を抑制するなどの技術的な要求が高まっている。
【０００４】
これらの要請から、最近では、性能を落とさずに、より低コストで製造可能なＴＯＳＡモジュールとして、ＢＯＸ型（箱型）ＴＯＳＡモジュールに変わり、TO-CAN（Transistor Outlined CAN）形のTOSAモジュールの急速な普及に弾みがつきつつある。
【０００５】
従来のTO-CAN型TOSAモジュール５０は、図１に示すように、気密封止用の誘電体１１で固定された複数の配線端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・・を設けたステム１０上に、レーザダイオードや光変調器などの光半導体光源素子１１０ａを搭載して構成されている。このTO-CAN型TOSAモジュール５０は、レンズまたは光取り出し用窓と一体になったキャップ（図示せず）を、ステム１０に抵抗溶接することなどで光源素子をCANパッケージ内に封止する。TO-CAN型TOSAモジュール５０は、ステム１０の底面にフレキシブルプリント基板６を備え、該モジュールと他の部品とが電気的に接続されるものや、配線端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃなどを使って電気的接続を行うものがある。
【０００６】
TO-CAN型という呼称は、缶（＝CAN）型の形状をしていることに由来する。もともとはトランジスタなどエレクトロニクスデバイス用の小型パッケージとして開発されたが、パッケージの形態が、TOSAを始め光モジュール用に応用されはじめている。その理由は、プレス加工で作成でき、さらには共通仕様の設定による一段の製造コスト低減が見込めるといったことにある。一方、機能の異なる部品を限られた小型の空間に配置しながら所望の特性を担保しなければならない困難さ故に、より進んだ実装技術の開発が待たれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Dongchurl Kim et.al., ‘‘Design and Fabrication of a Transmitter Optical Subassembly in 10-Gb/s Small-Form-Factor Pluggable Transceiver’’, IEEE JORNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS. VOL. 12,No.4, JULY/AUGUST 2006, pp776-782
【非特許文献２】H.Yamamoto et.al., ‘‘Wide Temperature Range Operation of 10.7 Gbit/s Uncooled DFB-LD TOSA with Extremely High Eye-Mask Margin’’, 2006 Electronic Components and Technology Conference, pp1548-1553
【非特許文献３】Norio Okada et.al., ‘‘10.7 Gbit/s Low Power Consumption and Low Jitter EML TOSA Employing Interdigital Capacitor’’, European Conference on Optical Communications 2006 (ECOC 2006), 2006, pp1-2
【非特許文献４】Y. M. Tan et.al., ‘‘Fabrication of Thermoelectric Cooler for Device Integration’’, 2005 Electronics Packaging Technology Conference,pp802-805
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１に示すように、TO-CAN型TOSAモジュール５０のステム１０上に搭載されるレーザダイオードなどの光半導体光源素子１１０ａは、動作時に自己発熱を伴い、それにより自身の温度が上昇することで特性が大きく変化する。温度上昇による特性変化を一定の範囲内にとどめるために、この光半導体光源素子１１０ａを搭載したサブキャリア１０８は、Ｌ字型キャリア１０５に搭載され、該キャリア１０５をペルチェ素子１４の冷却面に載置することで、キャリア１０５、サブキャリア１０８、及び光半導体光源素子１１０ａ全体を冷却している。
【０００９】
TO-CAN型TOSAモジュールでは、TO-CANのステムの大きさが仕様で規定されている。また、規定された規格の中で搭載する個々の素子をできるだけ小型化することが求められており、この点では冷却素子としてのペルチェ素子の小型化も例外ではない。ただし、ペルチェ素子を小型化することは冷却性能を低下させることにもなる。このようにペルチェ素子を小型化すると冷却性能向上の余地が厳しくなるため、スペースが許される範囲でペルチェ素子の大きさをギリギリまで大きくしたいという要望がある。しかしながら、冷却性能を上げるためにペルチェ素子を大きくした結果、配線端子１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆとペルチェ素子１４との距離が十分に確保できていないと、ペルチェ素子１４をステム１０に固定する際に、ハンダの染み出しなどによって配線同士がショートしてしまうというリスクがあった。
【００１０】
本発明の課題は、ペルチェ素子の冷却性能を向上させるとともに半田の染み出しなどによる配線ショートのリスクを回避した、小型のTO-CAN型TOSAモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、
本発明の請求項１に記載された発明は、気密封止用の誘電体によって高周波給電用信号リード線が固定されたステムと、前記ステム上面に載置された冷却素子としてのペルチェ素子と、前記ペルチェ素子上に載置されるキャリアと、前記キャリア上に搭載され、前記信号リード線と接続される光半導体光源素子とを備えたTO-CAN型TOSAモジュールであって、前記ペルチェ素子の放熱面よりも大きい面積を有する凹部を前記ステム上面に形成し、この凹部に前記放熱面がステムと対向するように前記ペルチェ素子を搭載することを特徴とするTO-CAN型TOSAモジュールである。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて、前記凹部は、ペルチェ素子の放熱面が埋設されないよう深さが設定されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、請求項１に記載のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて、前記凹部は、前記ペルチェ素子の高さの０．７５倍以下の深さが設定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、請求項２に記載のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて、前記凹部は、前記ペルチェ素子の高さの０．３７倍以上、０．６９倍以下の深さが設定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、請求項１から４のいずれかに記載のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて、前記凹部は、前記ペルチェ素子の放熱面側基板の側面と前記凹部の側壁とが、ペルチェ素子の放熱面側基板の高さ以下の間隔で離間されるよう設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のTO-CAN型TOSAモジュールによれば、冷却機能を有するペルチェ素子を実装する際に、ペルチェ素子の搭載スペースを十分に確保することによって、高い冷却性能をもつ大型ペルチェ素子が使用できる、ペルチェ素子をモジュール内に組立てる際に、ハンダが意図しない領域まで広がることによって発生する配線ショートのリスクを回避できる、ペルチェ素子搭載位置の位置決めが容易になる、凹み部の深さの分だけキャリアの高さ、すなわちTO-CANの全長を短くできる、といった様々な効用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のTO-CAN型TOSAモジュールを示す図である。
【図２】本発明のTO-CAN型TOSAモジュールの一例を示す斜視図である。
【図３】図２に示すTO-CAN型TOSAモジュールのＡ−Ａ断面図である。
【図４】ペルチェ素子の高さＨとステムの凹み部深さＤとの関係を説明するための図である。
【図５】凹み部深さＤとペルチェ素子１０９の消費電力との関係を示す図である。
【図６】凹み部深さＤとペルチェ素子１０９の最高温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図２は本発明のTO-CAN型TOSAモジュールの一例を示す斜視図であり、図３は図２に示すTO-CAN型TOSAモジュールのＡ−Ａ断面図である。TO-CAN型TOSAモジュール１００は、気密封止用の誘電体１１、１３と、高周波電気信号やＤＣ電流を通すための複数の配線端子（信号リード線）１２ａ、１２ｂ・・・とを備えたステム１０上に光半導体光源素子１１０ａ等を搭載して構成されている。図示の例では、配線端子１２ａに高周波電気信号を通している。また、ステム１０の底面にはフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）６が設けられている。
【００１９】
ステム１０に用いられる材料は、発熱源である光半導体光源素子１１０ａから発生する熱を放熱する効率を高めるという観点では、熱伝導率が高い材料であることが求められる。ただし、ステム１０を構成する材料として金属系の熱伝導率が高いものを用いると、一般に熱膨張係数も高いものとなる。一方、温度変化によって、高周波電気信号を通すための配線端子１２ａの周囲に設けられる気密封止用のガラス材料とステムとの間でひずみが生じないように、ステム１０と同程度の高い熱膨張係数を有するガラス材料を用いることが求められる。ここで、ステム１０の熱伝導率を優先して高い熱膨張係数を持つガラス材料を用いる場合、一般にガラス材料の比誘電率も大きなものになる事に注意する必要がある。配線端子１２ａのうち、ステム１０を通過する部分は中心導体が封止用の円形ガラスで囲まれた同軸ケーブルみなせるが、同軸ケーブルには、その特性インピーダンスが標準値の５０Ωであることが求められる。５０Ωのインピーダンスを比誘電率の高いガラスで実現するには、ガラスの直径が１ｍｍを大幅に超える大きさになる。ステムに埋め込まれたガラスの上に素子を置くことは信頼性上不可能であり、ステム１０内でガラスが大きな面積を占有するような構造は許容できない。
【００２０】
これらの観点から、ステム１０を２層構成とし、ステムの上層１０ａ（発熱源である光半導体光源素子１１０ａ等がペルチェ素子１０９等を介して搭載される層）を熱伝導率が高い材料で構成し、ステムの下層１０ｂを比誘電率と熱膨張係数が低いガラス材料にマッチする材料で構成している。例えば、ステム上層１０ａを熱伝導率が高いＳＰＣ（軟鋼、冷間圧延鋼）で構成し、ステム下層１０ｂを熱膨張係数が低いＦｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｃｏ（コバルト）合金（Ｋｏｖａｒ、コバール）で構成することができる。
【００２１】
ステム上層１０ａは、配線端子１２ａの周囲が中空（空気は比誘電率がほぼ最小の１）にされている。一方でステム下層１０ｂは、配線端子１２ａの周囲の誘電体１３として比誘電率と熱膨張係数が低いガラス材料が同軸状に配置されることによりステム１０を気密封止している。ステム上層１０ａの誘電体として用いられる空気の誘電率は、ステム下層１０ｂの誘電体１３として用いられるガラス材料の誘電率よりも低い。従って、ステム上層１０ａの誘電体１３の部分、すなわち中空の部分の径は、ステム下層１０ｂの誘電体１３の部分、すなわちガラス材料が設けられた部分の径よりも小さく構成できる。このようにステム上層１０ａにおいて、高周波電気信号を通す配線端子１２ａの周囲を中空、すなわち誘電体１３として低誘電率の空気を用いると、配線端子１２ａの周囲の断面積を小さく構成しても特性インピーダンスを５０Ωに整合させることができる、すなわちインピーダンスマッチングがとれるため、小型化に貢献できるという点でも好ましい。また、配線端子１２ａの周囲の断面積を小さく構成できること以外にも、ステム１０上に搭載する素子の面積を広く確保できるという利点や配線端子周辺を気密封止したステムにレンズキャップを抵抗溶接する際の応力負荷を低減し、ガラス材料にクラックが入るなど製造上のリスクを低減することができる。
【００２２】
ステム１０には上面に突出したノーズ１０ｃが一体に形成されている。ノーズ１０ｃはステム上層１０ａと同じＳＰＣ等の金属製の材料で構成することができる。ステム１０は底面に設けられたグランドピン（図示せず）によって接地されることでグランド電位に保たれている。ノーズ１０ｃも、このステム１０と一体成形されることによってグランド電位に保たれている。なお、ノーズ１０ｃはステム１０とは別に作製され、半田等でステムに張り合わせて、ステム１０と同じグランド電位に保たれている構成としてもよい。ノーズ１０ｃの前面（図示手前側の面）には中継線路基板１０１が半田によって固定されている。中継線路基板１０１は、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）等のセラミック材料で構成することができる。
【００２３】
図３においてノーズ１０ｃ前面に固定された中継線路基板１０１の前面には、高周波変調信号（光半導体光源素子の駆動信号）用の信号リード線１２ａと接続される中継線路１０２ａとこの中継線路（信号線路）１０２ａの両側に配置される誘電体（誘電体が露出されている部分）８０と、誘電体８０をはさんで中継線路１０２ａの両側に形成されたグランドパターン１０２Ｇとが設けられている。中継線路基板１０１前面に設けられたグランドパターン１０２Ｇは、スルーホールｈ１、ｈ２、ｈ３・・・を介して中継線路基板１０１の裏側に配されるノーズ１０ｃとグランド接続されている。さらに中継線路基板１０１のグランドパターン１０２Ｇは、ステム１０に近接する領域においてステム１０に半田Ｓ１、Ｓ２によって接続されてステム１０と同電位にされることで安定なマイクロ波の伝搬ができるようにグランド強化されている。
【００２４】
中継線路基板１０１上の中継線路１０２ａは、ボンディングワイヤ１０４を介してサブキャリア基板１０８上の中継線路（信号線路）１０２ｂと接続されている。サブキャリア基板１０８は、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）等のセラミック材料で構成することができる。この中継線路１０２ｂの両側には誘電体（誘電体が露出されている部分）８１が配置され、誘電体８１の周囲にはグランドパターン１２０Ｇがめっきされている。サブキャリア基板１０８上の中継線路１０２ｂを伝搬するマイクロ波の安定化のために、中継線路基板１０１のグランドパターン１０２Ｇとサブキャリア基板１０８のグランドパターン１２０Ｇとが、ボンディングワイヤ１０３ａ、１０３ｂによって接続されている。
【００２５】
ステム１０上には、冷却素子としてのペルチェ素子１０９が搭載されている。本発明のTO-CAN型TOSAモジュール１００では、後述するように、ステム１０上面に、ペルチェ素子の放熱面よりも大きい面積を有する凹み部１０ｄを形成し、この凹み部１０ｄにペルチェ素子１０９を搭載することに特徴がある。このような構成にすることにより、ペルチェ素子１０９を搭載する位置決めを容易に出来るようになり、小型のTO-CAN型TOSAモジュールに実装する場合でもペルチェ素子の搭載スペースを十分に確保することによって、ペルチェ素子の冷却性能を向上させるとともに半田の染み出しなどによる配線ショートのリスクを回避している。また、凹み部１０ｄにペルチェ素子をしまいこむことで、ステム上に積み上げられるように搭載された部品の先端とステム上面の距離を縮めることができ、ステム上に構成された素子全体を覆うレンズキャップやモジュール全体のサイズを小さくすることができる。また、ステム１０上面に構成された凹み部１０ｄをペルチェ素子の放熱面よりも広く確保することで、ペルチェ素子を搭載する際の作業トレランスを広く出来ること、余分な半田を逃がす領域を確保し染み出した半田によるペルチェ素子のショートや周辺にある電気配線とのショートのリスクを低減している。なお、図２は図３で示すＡ−Ａ断面図の断面の位置を示すために、便宜上、断面の位置を示すＡ−Ａ線が通る凹み部１０ｄの部分を特にペルチェ素子１０９から隙間を開けて図示しているが、実際にはペルチェ素子１０９と凹み部１０ｄの側壁との間の隙間はほぼ均等である。
【００２６】
また、ペルチェ素子１０９上には、各種部品を搭載するためのキャリア１０５が搭載されている。キャリア１０５は、Ｃｕ-Ｗ（銅とタングステンの金属化合物）等の金属、すなわち導体で構成できる。キャリア１０５には、上部に光半導体光源素子１１０ａからの光をコリメート光にするためのレンズ１０６が搭載され、その下側にサブキャリア基板１０８を搭載している。サブキャリア基板１０８には、光半導体光源素子として、レーザダイオードと光変調器とをモノリシック集積したチップ１１０ａが搭載され、他に光変調器部を駆動制御するための中継線路１０２ｂ、終端抵抗１１０ｂ、コンデンサ１１０ｃ、温度センサとしてのサーミスタ１１０ｄなどが搭載されている。レーザダイオードからの光が光変調器部を通過する際に、中継線路１０２ｂから変調器部に印加される電気信号に応じた変調信号が光信号に付与（重畳）される。終端抵抗１１０ｂ、コンデンサ１１０ｃなどは、中継線路１０２ｂから光変調器部に効率よく高周波電気信号を引き込むようにその抵抗値や容量、配置が設計されている。キャリア１０５には、さらに、レーザ出力を監視するフォトダイオード（ＰＤ）１１０ｅ、コンデンサ１１０ｆなどが搭載され、外部から光デバイスの動作状態をモニタしたり、電源回路の揺らぎ等の影響が光デバイスに及ばないようにしたり出来るように設計されている。なお、ここでは光源素子１１０ａの構成を外部変調型とした場合について説明したが、レーザダイオードそのものを変調する直接変調型で構成してもよい。
【００２７】
また、ステム１０の光半導体光源素子１１０ａ等の搭載面の上方空間は、レンズ４が設けられたキャップ５によって封止されている。光ファイバや光ファイバを差し込むレセプタクル部に設けられた光導波路に光デバイスの出力を結合させるため、レンズ１０６でコリメートされた光出力をレンズ４によって集光できるよう設計されている。
【００２８】
次に、ペルチェ素子１０９を搭載するための凹み部１０ｄについてさらに説明する。図４は、凹み部１０ｄの深さＤとペルチェ素子の高さＨとを説明するための図である。本発明のTO-CAN型TOSAモジュール１００は、図４に示すように、ステム１０上面に凹み部１０ｄを形成し、この凹み部１０ｄにペルチェ素子１０９を搭載するため、凹み部１０ｄの面積は搭載するペルチェ素子１０９の占有面積に基づいて設定される。
【００２９】
ペルチェ素子１０９は、図４に示すように、放熱板（放熱面）１０９ａ上に、ゼーベック素子１０９ｂと、冷却板(冷却面)１０９ｃとが積層されて構成される。このように積層されたペルチェ素子１０９が、放熱板１０９ａがステム１０に対向するように搭載される。凹み部１０ｄの深さＤは、ペルチェ素子の高さＨに基づいて設定される。具体的には、凹み部１０ｄの深さＤは、ペルチェ素子の冷却板１０９ｃが埋設されないような深さとされる。なお、図４は便宜上、素子の断面を示すために冷却板１０９ｃが放熱板１０９ａ、ゼーベック素子１０９ｂよりも大きく図示されているが、実際には放熱板１０９ａ、ゼーベック素子１０９ｂ、冷却板１０９ｃはほぼ同じ大きさである。
【００３０】
最適な凹み部１０ｄの深さＤを決定するために、凹み部１０ｄの深さＤを変化させて、ペルチェ素子１０９の消費電力および最高温度の変化の様子をシミュレーションした結果を示す。シミュレーションでは、サブキャリア基板１０８上に発熱体（図示せず）が置かれた図２，３と同様の構造をコンピュータ上に構築した。このなかで、ステム１０に仮想的な筺体が接するように境界条件を設定した。ほか、筺体およびTOSAモジュールを囲む空気の温度（環境温度）は75℃に、ペルチェ素子の冷却板の温度Tcは35℃に、発熱体（図示せず）の発熱量（ペルチェ素子の吸熱量）Qabとして0.3ワットを設定した。これにより、冷却性能線図を用いて、ペルチェ素子に流すべき電流Iとペルチェ素子に発生する電圧からペルチェ素子の消費電力Qpeltierが算出できる。またQabとQpeltierの合算値をペルチェ素子の放熱面に与え、熱収支方程式を数値的に解くと、定常状態でのTOSAモジュールの温度分布が求められる。図５は、こうして得られた凹み部の深さとペルチェ素子１０９の消費電力（ペルチェ素子に流れる電流と発生する電圧の積）との関係を示す図であり、図６は凹み部の深さとペルチェ素子１０９の最高温度との関係を示す図である。最高温度は放熱版内に位置する。ペルチェ素子の高さＨを約０．８ｍｍとし、そのうち放熱板/冷却板の高さをそれぞれ約０．２ｍｍ、ペルチェ素子１０９の側面とステムの凹み部１０ｄの側壁との距離が約０．１２５ｍｍという構造を想定し、凹み部１０ｄの深さＤによって放熱効率がどのように変化するのかを計算した。
【００３１】
凹み部深さＤとペルチェ素子１０９の消費電力との関係は、図５に示すように、凹み部深さＤが０ｍｍから約０．３ｍｍとなるまでの範囲では消費電力は最初に一旦下がったあとは凹み部深さＤを深くしてもほぼ一定である。さらに凹み部深さＤが深くなると、約０．５ｍｍとなるまでの範囲では消費電力が約０．５５Ｗとなるまで低下している。しかし、凹み部深さＤが約０．５ｍｍを越えて深くなると、消費電力は約０．５５Ｗから徐々に増大している。
【００３２】
凹み部の深さＤとペルチェ素子の放熱板１０９ａの最高温度との関係は、図６に示すように、凹み部深さＤが０ｍｍから約０．３ｍｍとなるまでの範囲では最高温度は最初に一旦下がったあとは凹み部深さＤを深くしてもほぼ一定である。さらに凹み部深さＤが深くなると、約０．５ｍｍとなるまでの範囲では最高温度が約８０．７℃となるまで低下している。しかし、凹み部深さＤが約０．５ｍｍを越えて深くなると、最高温度は約８０．７℃から徐々に増大する。
【００３３】
このシミュレーション結果から、本発明の効果が得られる凹み部の深さＤの数値範囲は、約０．６０ｍｍ以下の範囲であることが導かれる。この範囲はペルチェ素子の高さＨに対して０．７５倍以下の深さＤとなる範囲である。特に好適な範囲は、特に消費電力が下がる約０．３０ｍｍ〜約０．５５ｍｍで、ペルチェ素子の高さＨに対して０．３７〜０．６９倍の深さＤとなる範囲である。
【００３４】
また、このシミュレーションにおいては、ペルチェ素子の放熱板１０９ａの側面とステムの凹み部１０ｄの側壁とが形成する間隔は約０．１２５ｍｍとしている。すなわち、ステム１０上に形成される凹み部１０ｄは、ペルチェ素子の放熱板１０９ａと重なる部分からさらに約０．１２５ｍｍだけ幅広にした面を有する場合を想定している。
【００３５】
ペルチェ素子の放熱板１０９ａの側面とステムの凹み部１０ｄの側壁とが形成する間隔は、放熱板１０９ａがぎりぎり収容される程度以上であればよいが、ある程度の余裕があることが好ましい。ペルチェ素子１０９の搭載時の誤差によるステムとの物理的接触による破損、半田の流れこみによるショート、を生じる可能性をなくすためである。
【００３６】
また、ペルチェ素子の放熱板１０９ａの側面とステムの凹み部１０ｄの側壁とが形成する間隔は、放熱板１０９ａの板の高さとほぼ等しい大きさ以下とされることが好ましい。ペルチェ素子の放熱板１０９ａの側面とステムの凹み部１０ｄの側壁とが形成する間隔が放熱板１０９ａの板の高さとほぼ等しい大きさ以下であると、放熱効率が目に見えて改善されるからである。ペルチェ素子１０９は、光半導体光源素子１１０ａ等で発生した熱エネルギーを、ステムの凹み部１０ｄの側壁に吸収させて、TO-CAN外部に移動させるように機能している。しかしながら、放熱板１０９ａの側面とステムの凹み部１０ｄの側壁とが形成する空間（余裕空間）が増えすぎると、放熱板１０９ａからの熱がステムの凹み部１０ｄの側壁に伝わらずに、余裕空間内に放熱されて再びペルチェ素子１０９等に戻るという熱エネルギーの授受のループがTO-CAN内でできてしまい、放熱効率が落ちてしまうからである。
【００３７】
ペルチェ素子の放熱板１０９ａの側面とステムの凹み部１０ｄの側壁とが形成する間隔は、このシミュレーションにおけるペルチェ素子１０９の大きさを有する場合、より好ましくは約０．１２５ｍｍである。約０．１２５ｍｍよりも大きくすると、製造時の位置決め誤差を考慮し作業性を良くする事や、これ以上近接させハンダが漏れて側壁に溜ったときにペルチェ素子をショートさせてしまうことを十分に防止するなどの理由からである。またペルチェ素子の放熱板１０９ａの側面とステムの凹み部１０ｄの側壁とが形成する間隔を約０．１２５ｍｍよりも小さくすると、小型のCANでは配線端子との間隔が十分確保でき、かつ物理的、電気的に干渉しやすくなるという問題を回避できるからでもある。
【００３８】
また、ペルチェ素子をステムに固定する時に使う半田がペルチェ素子とショートするようなことを防ぐためには、側壁間の距離によって、最大の凹み部の深さＤをペルチェ素子の高さＨの半分以下に設定してもよい。
【００３９】
このように、本発明のTO-CAN型TOSAモジュールによれば、小型のTO-CAN型TOSAモジュールにペルチェ素子を実装する際に、ペルチェ素子の冷却性能を向上させるとともに半田の染み出しなどによる配線ショートのリスクを回避できる。
【符号の説明】
【００４０】
４          レンズ
５          キャップ
６          フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
１０        ステム
１０ａ      ステムの上層
１０ｂ      ステムの下層
１０ｃ      ノーズ
１１、１３  気密封止用の誘電体
１４        ペルチェ素子
８０、８１  誘電体
１００      TO-CAN型TOSAモジュール
１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ，１２ｆ  配線端子（信号リードピン）
１０１      中継線路基板
１０２ａ、１０２ｂ  中継線路
１０２Ｇ、１２０Ｇ  グランドパターン
１０３ａ、１０３ｂ・・・  ボンディングワイヤ
１０４      ボンディングワイヤ
１０５      キャリア
１０６      レンズ
１０８      サブキャリア基板
１０９      ペルチェ素子
１０９ａ    放熱板
１０９ｂ    ゼーベック素子
１０９ｃ    冷却板
１１０ａ    光半導体光源素子（レーザダイオード）
１１０ｂ    終端抵抗
１１０ｃ    コンデンサ
１１０ｄ    サーミスタ
１１０ｅ    フォトダイオード（ＰＤ）
１１０ｆ    コンデンサ
Ｓ１、Ｓ２  半田
ｈ１、ｈ２、ｈ３・・・  スルーホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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