(57)【要約】【課題】パッケージより延出したリードを配線パターンに容易に接続できる構造にして配線作業が容易な熱電モジュールを提供する。【解決手段】熱電モジュール１０は、裏面に熱電素子用電極パターン１１ｂが形成された上基板１１と、表面に熱電素子用電極パターン１２ｂが形成された下基板１２と、これらの熱電素子用電極パターン１１ｂ，１２ｂの間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子１３と、上基板１１の略中心部に配置された空間部（切欠部）１５ａを有するパッケージ台１５とからなる。そして、上基板１１の表面上に複数のリード接続用配線パターン１１ｃが形成されていて、パッケージ台１５に配置された電子素子ユニットのパッケージより延出した複数のリードがリード接続用配線パターン１１ｃに接合されるようになされている。【選択図】  図１
2008218892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子と、該電子素子を収容するパッケージと、該パッケージより延出した複数のリードとを備えた電子素子ユニットを温度制御することが可能な熱電モジュールであって、
裏面に熱電素子用電極パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用電極パターンが形成された下基板と、これらの両基板の前記熱電素子用電極パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなり、
前記上基板の略中心部に前記パッケージを支持するとともに当該パッケージより延出した複数のリードを挿通できる空間部を有するパッケージ台を備え、
前記上基板の表面上に前記パッケージより延出した複数のリードが接続されるリード接続用配線パターンが形成されていて、
前記パッケージ台に配置された前記電子素子ユニットのパッケージより延出した複数のリードが前記上基板に形成された前記リード接続用配線パターンに接合されるようになされていることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】
前記リード接続用配線パターンは前記上基板上に直接形成されたメタライズ層であることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記リード接続用配線パターンは前記上基板上に搭載された配線基板上に直接形成されたメタライズ層であることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項４】
前記配線基板を接合するため接合パターンが前記上基板上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電モジュール。
【請求項５】
前記パッケージ台の略中心部に形成された複数のリードを挿通できる空間部は前記リード接続用配線パターンに連通していることを特徴とする請求項１からに請求項４のいずれか記載の熱電モジュール。
【請求項６】
前記パッケージ台の略中心部に形成された複数のリードを挿通できる空間部は前記リード接続用配線パターンの一部に連通していて、
前記空間部に連通していない前記パッケージ台の底部には切欠部が形成されていることを特徴とする請求項１からに請求項４のいずれか記載の熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子や赤外線センサーや焦電センサー等の電子素子と、これらの電子素子を収容するパッケージと、このパッケージより延出した複数のリードとを備えた電子素子ユニットを温度制御することが可能な熱電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光通信機器の発光手段や、ＣＤドライブやＤＶＤドライブの光ピックアップなどに半導体レーザが広く用いられている。この種の半導体レーザは、いわゆるＣＡＮタイプやフレームタイプなどのパッケージ内に半導体レーザ素子を収容して構成されたモジュール（電子素子ユニット）として用いられるのが一般的である。この場合、半導体レーザ素子は、高温になると発振波長が変動するなどして性能が低下し、また寿命も短くなるという問題を生じるようになる。このような熱による性能や寿命の劣化は、半導体レーザ素子自身が作動時に発熱することによって生じる場合が多い。
【０００３】
近年、中空のキャップとベースとから形成されたステムパッケージの取付部に半導体レーザ素子を取り付けて収容した半導体レーザモジュール（電子素子ユニット）が広く用いられるようになった。この種の半導体レーザモジュールの場合、金属製のステムパッケージが、この半導体レーザモジュールが取り付けられる電子機器の金属製の筐体に接触し、この金属製の筐体が外部に露出するようになされている。そして、半導体レーザ素子からの発熱を、ステムパッケージおよび電子機器の金属製の筐体を介して外部に自然放熱させるようになされている。
【０００４】
ところが、半導体レーザモジュールや、この半導体レーザモジュールを内蔵する電子機器がさらに小型化し、かつ高出力化するに伴って、半導体レーザ素子からの発熱を自然放熱させるだけでは、温度上昇を十分に抑制することが困難になった。この場合、半導体レーザ素子の温度上昇を抑制できなくなると、半導体レーザ素子の性能低下や短寿命化を防止することができなくなる。このため、半導体レーザ素子の温度上昇の抑制がより一層強く要望されるようになった。このような背景において、ステムパッケージを用いた半導体レーザモジュールにおいても、半導体レーザ素子を強制的に温度制御する手段が採用されるようになった。なお、半導体レーザ素子以外の、例えば、赤外線センサや焦電センサなどのパッケージ内に収容（搭載）される電子素子においても、強制的に温度制御する手段が採用されるものがある。
【０００５】
ここで、半導体レーザ素子の場合、例えば、特許文献１（特開２００５−５０８４４号）にて、半導体レーザ素子を強制的に冷却することが可能な熱電モジュールを備えて、この熱電モジュールを構成するペルチェ素子の発熱側基板の熱を外部に逃がすことができるようにした半導体レーザモジュールが提案されるようになった。この特許文献１にて提案された半導体レーザモジュール５０においては、図８に示すように、熱電モジュール５０ａを構成するペルチェ素子５３の冷却側基板５１が、ステムパッケージ５６のベース部５７の下面に固定され、発熱側基板５２がベース部５７の下方に配置された放熱部材（ヒートシンク）５８に固着されるようになされている。なお、ステムパッケージ５６のベース部５７より延出してリード５４が配設されている。
【０００６】
また、半導体レーザ素子を冷却することが可能な熱電モジュールが非特許文献１にて開示されるように製品化されるようになった。この非特許文献１にて開示された熱電モジュール６０ａは、図９（ａ）に示すように、複数の孔部６４が連通するように設けられた上基板６１と下基板６２との間に多数のペルチェ素子６３が直列接続されるように配設されている。そして、この熱電モジュール６０ａに半導体レーザモジュールを配置する場合、図９（ｂ）に示すように、複数の孔部６４の上部位置にステムパッケージ６６を配置するとともに、これらの孔部６４内にステムパッケージ６６より延出したリード６６ａを挿通させるようにして、熱電モジュール６０ａを備えた半導体レーザモジュール６０を構成するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−５０８４４号公報
【非特許文献１】「マルチホールサーモモジュール」、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社フェローテック、［２００６年１０月６日検索］、インターネット<URL: http://www.ferrotec.co.jp/ithermo/multihall/multihall.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１にて提案された半導体レーザモジュール５０においては、ステムパッケージ５６のベース部５７の下方に配置された放熱部材（ヒートシンク）５８に挿通孔５８ａが形成されていて、この挿通孔５８ａを通してベース部５７より延出するリード５４を挿通させる必要がある。このため、配線作業が複雑で、煩雑になるという問題を生じた。また、特許文献１にて提案された半導体レーザモジュール５０においては、熱電モジュール５０ａの大きさがステムパッケージ５６のベース部５７の大きさに対して小さすぎるため、充分に冷却できないという問題も生じた。
【０００８】
一方、上述した非特許文献１にて提案された熱電モジュール６０ａにおいても、複数の孔部６４内にステムパッケージ６６より延出したリード６６ａを挿通させるようにしているため、配線作業が面倒になるという問題を生じた。また、通常、熱電モジュール６０ａの発熱側（半導体レーザモジュールが接続される側の反対側）には、図９（ｂ）に示すように、放熱のためのヒートシンク６５を配置するようになされている。ところが、このヒートシンク６５にも挿通孔６５ａを設けるようにして、ステムパッケージ６６より延出したリード６６ａを挿通させる必要がある。このため、配線作業がさらに複雑で、煩雑になるという問題も生じた。
【０００９】
そこで、本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであって、パッケージより延出したリードをヒートシンク内を挿通させることなく配線できる構造にして、配線作業が容易になる熱電モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は電子素子と、この電子素子を収容するパッケージと、このパッケージより延出した複数のリードとを備えた電子素子ユニットを温度制御することが可能な熱電モジュールであって、裏面に熱電素子用電極パターンが形成された上基板と、表面に熱電素子用電極パターンが形成された下基板と、これらの両基板の熱電素子用電極パターン間で直列接続されるように配置・固定された複数の熱電素子とからなり、上基板の略中心部にパッケージを支持するとともに当該パッケージより延出した複数のリードを挿通できる空間部を有するパッケージ台を備え、上基板の表面上にパッケージより延出した複数のリードが接続される複数のリード接続用配線パターンが形成されていて、パッケージ台に配置された電子素子ユニットのパッケージより延出した複数のリードが上基板に形成された各リード接続用配線パターンに接合されるようになされている。
【００１１】
このように、パッケージ台に配置された電子素子ユニットのパッケージより延出した複数のリードが上基板に形成された各リード接続用配線パターンに接合されるようになされていると、電子素子ユニットをパッケージ台に配置することにより、複数のリードが上基板に形成された各リード接続用配線パターンに接続できるようになる。これにより、配線作業が容易な熱電モジュールを提供することが可能となる。
【００１２】
この場合、リード接続用配線パターンは上基板上に直接形成されたメタライズ層としたり、あるいは上基板上に搭載された配線基板上に直接形成されたメタライズ層であるのが望ましい。そして、配線基板を接合するための接合パターンが上基板上に形成されていると、配線基板を上基板上の所定の位置に正確に接合することが可能となる。また、パッケージ台の略中心部に形成された複数のリードを挿通できる空間部はリード接続用配線パターンに連通しているようにするのが望ましい。さらに、パッケージ台の略中心部に形成された複数のリードを挿通できる空間部はリード接続用配線パターンの一部に連通していて、空間部に連通していないパッケージ台の底部には切欠部が形成されているのが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、パッケージ台に配置された電子素子ユニットのパッケージより延出した複数のリードが上基板に形成された各リード接続用配線パターンに接合されるようになされているので、電子素子ユニットをパッケージ台に配置することにより、複数のリードが上基板に形成された各リード接続用配線パターンに接続できるようになる。この結果、配線作業が容易な熱電モジュールを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、電子素子として半導体レーザ素子を用い、この半導体レーザ素子をパッケージ内に収容し、本発明の熱電モジュールによりパッケージ内の半導体レーザ素子が温度制御される実施の形態を図１〜図７に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は実施例１の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は、その側面を模式的に示す側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す熱電モジュールにヒートシンクを装着した状態を模式的に示す側面図である。
【００１５】
図２は、図１に示す熱電モジュールを組み付ける状態を模式的に示す図であり、図２（ａ）はパッケージ台を取り付ける前の状態を模式的に示す上面図であり、図２（ｂ）はパッケージ台を取り付ける状態を模式的に示す側面図である。図３は図１の熱電モジュールに半導体レーザモジュールを搭載する状態を模式的に示す図であり、図３（ａ）は半導体レーザモジュールを搭載する前の熱電モジュールを模式的に示す側面図であり、図３（ｂ）は半導体レーザモジュールを搭載した状態を模式的に示す側面図である。図４は実施例２の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図４（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図４（ｂ）は、その側面を模式的に示す側面図である。
【００１６】
図５は実施例２の熱電モジュールの上基板を模式的に示す上面図であり、図５（ａ）は配線基板を接合するための接合部を設けた状態を模式的に示す上面図であり、図５（ｂ）は配線基板を接合するための接合部に接合パターンを設けた状態を模式的に示す上面図である。図６は変形例の熱電モジュールの上基板を模式的に示す上面図であり、図６（ａ）は実施例１の変形例を模式的に示す上面図であり、図６（ｂ）は実施例２の変形例を模式的に示す上面図である。図７は変形例のパッケージ台を用いた実施例３の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図７（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の矢示Ａ側から見た側面を模式的に示す側面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）に示すパッケージ台の底面の一例を模式的に示す底面図であり、図７（ｄ）は、図７（ａ）に示すパッケージ台の底面の他の例を模式的に示す底面図である。
【００１７】
１．実施例１
（１）実施例１の熱電モジュール
本実施例１の熱電モジュール１０は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、上基板１１および下基板１２と、これらの間で電気的に直列接続された多数のペルチェ素子（熱電素子）１３と、これらの吸熱側（この場合は上基板１１となる）に接合されたパッケージ台１５とからなる。そして、このパッケージ台１５の上に半導体レーザモジュール３０（図３参照）が配設された場合に、この半導体レーザモジュール３０内に設置された半導体レーザ素子（図示せず）を温度制御（この場合は冷却することとなる）することが可能となる。なお、図１（ｃ）に示すように、下基板１２の下部に接して多数の放熱フィンを備えたヒートシンク１６を配設するとともに、この真下に電動ファン（図示せず）を配置するようにすると、一層、放熱性（廃熱性）が良好となって好ましい。この場合、ヒートシンク１６としては熱伝導性が良好なアルミニウムあるいはアルミニウム合金により形成するのが望ましい。
【００１８】
ここで、上基板１１は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミック材により形成されている。なお、セラミック材でなくても絶縁性の基板であれば何でもよい。そして、上基板１１の略全表面（図１〜図３においては上表面となる）にはメタリック層１１ａが形成されているとともに、その一部に複数のリード接続用配線パターン１１ｃが形成されている。なお、メタリック層１１ａはパッケージ台１５を上基板１１に良好に接合するためと、パッケージ台１５と上基板１１との熱的結合を良好にするために形成されている。この場合、メタリック層１１ａは、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法や銅箔の接着剤による接着などで形成するようにすればよい。また、メタリック層１１ａの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。
【００１９】
リード接続用配線パターン１１ｃは、半導体レーザモジュール３０に外部電力を供給したり、あるいは半導体レーザモジュール３０から電気信号を取り出すために形成されている。このため、半導体レーザモジュール３０から延出したリード３３が接続、固定されるようにその一端部は上基板１１の略中心部まで延出して形成されている。そして、リード接続用配線パターン１１ｃの上に配置されたリード３３（図３参照）が電気伝導性接着剤やハンダ付けにより固着されるようになされている。また、リード接続用配線パターン１１ｃが外部に接続されるようにその他端部には電極部１１ｄが形成されている。この場合、リード接続用配線パターン１１ｃは、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法や銅箔の接着剤による接着などでメタリック層１１ａの形成時に同時に形成するようにすればよい。また、リード接続用配線パターン１１ｃの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。
【００２０】
一方、上基板１１の裏面（図１〜図３においては下表面となる）の外周部には熱電素子用電極パターン（導電層）１１ｂが形成されている。なお、熱電素子用電極パターン（導電層）１１ｂは、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法や銅箔の接着剤による接着などで形成するようにすればよい。さらに、熱電素子用電極パターン１１ｂの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。
【００２１】
下基板１２は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミック材により形成されている。そして、下基板１２の略全裏面（図１〜図３においては下表面となる）には、その下部にヒートシンク１６を良好に接合するためのメタリック層１２ａが形成されている。この場合、メタリック層１２ａは、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法や銅箔の接着剤による接着などで形成するようにすればよい。また、メタリック層１２ａの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。また、下基板１２の表面（図１〜図３においては上表面となる）の外周部にも熱電素子用電極パターン（導電層）１２ｂが形成されている。なお、熱電素子用電極パターン（導電層）１２ｂは、例えば、銅めっき法やＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法やロウ付け法や銅箔の接着剤による接着などで形成するようにすればよい。さらに、熱電素子用電極パターン１２ｂの上にニッケルめっき層や金めっき層を設けるようにしてもよい。
【００２２】
そして、これらの熱電素子用電極パターン（導電層）１１ｂ，１２ａの間に、多数のペルチェ素子１３が電気的に直列接続されて形成されているとともに、下基板１２に形成された熱電素子用電極パターン（導電層）１２ａの端部には一対の電極部１３ａ，１３ａが形成されていて、この電極部１３ａ，１３ａにハンダ付けされているリード線（スズめっき銅線や金めっき銅線など）を通してペルチェ素子１３に外部電力が供給されるようになされている。この場合、ペルチェ素子１３は、Ｐ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるものである。そして、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、熱電素子用電極パターン（導電層）１１ｂ，１２ｂにＳｎＳｂ合金からなるハンダによりハンダ付けされている。
【００２３】
パッケージ台１５は熱伝導性が良好な銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅−タングステン合金などにより、円柱状で、その一部に空間部（切欠部）１５ａが形成されるように作製されている。なお、パッケージ台１５の表面にニッケルめっきや金めっきを施すようにしてもよい。ここで、円柱の一部に形成された空間部（切欠部）１５ａは、半導体レーザモジュール３０から延出したリード３３（図３参照）が挿入できるようにするためで、横断面形状が略長方形状となる空間部（略四角柱状の切欠部）が形成されるようになされている。これにより、このパッケージ台１５の上に半導体レーザモジュール３０が配置されると、これから延出したリード３３（図３参照）が上基板１１の略中心部まで延出して形成されたリード接続用配線パターン１１ｃの上に配置され、これらが電気伝導性接着剤やハンダ付けにより固着されるようになる。
【００２４】
なお、リード３３は、後述するようにリード接続用配線パターン１１ｃに接触しないような長さになるように形成されている。また、図示しないが、このパッケージ台１５にはサーミスターや白金抵抗体などからなる温度センサが設置されていて、このパッケージ台１５の温度を監視するようになされている。これによりパッケージ台１５の上に配置された半導体レーザモジュール３０の内部に設けられた電子素子（この場合は半導体レーザ素子）を一定の温度（例えば、２５℃）に正確に制御することが可能となる。なお、温度センサの配置場所としては、パッケージ台１５に限らず、半導体レーザモジュール３０の内部や、あるいは半導体レーザモジュール３０のステムパッケージの表面などのような電子素子の温度を検出しやすい適宜の場所にすればよい。
【００２５】
（２）実施例１の熱電モジュールの組み付け方法
上述のように構成される熱電モジュール１０を組み付ける方法およびこの熱電モジュール１０に半導体レーザモジュール３０を組み付ける方法を図２、図３に基づいて以下に説明する。まず、図２（ａ）に示すように、略全表面にメタリック層１１ａと、その一部に複数のリード接続用配線パターン１１ｃが形成され、かつ裏面の外周部に熱電素子用電極パターン１１ｂが形成された上基板１１と、略全裏面にメタリック層１２ａが形成され、かつ表面の外周部に熱電素子用電極パターン１２ｂが形成された下基板１２と、Ｐ型半導体化合物素子あるいはＮ型半導体化合物素子からなる多数のペルチェ素子１３とを用意する。
【００２６】
ついで、上基板１１に形成された多数の熱電素子用電極パターン１１ｂと、下基板１２に形成された多数の熱電素子用電極パターン１２ｂとの間に、Ｐ型半導体化合物素子からなるペルチェ素子１３とＮ型半導体化合物素子からなるペルチェ素子１３とを交互に配列して、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるように、多数のペルチェ素子１３をＳｎＳｂ合金などからなるハンダによりハンダ付けして接合する。この後、図２（ｂ）に示すように、上基板１１の所定の位置にパッケージ台１５を配置し、上基板１１の表面に形成されたメタリック層１１ａとパッケージ台１５の底面とをハンダ付けあるいは接着剤（例えば、高熱伝導性のシリコン系あるいはエポキシ系接着剤）により接合する。
【００２７】
この場合、上基板１１の略中心部まで延出して形成されたリード接続用配線パターン１１ｃの他端部がパッケージ台１５に形成された空間部（略四角柱状の切欠部）１５ａの真下に位置するようにパッケージ台１５を配置し、これらを接合する。一方、図３（ａ）に示すように、ステムパッケージのベース部３１に形成された取付台（図示せず）に半導体レーザー（ＬＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）などが配置、固定され、ベース部３１のキャップ取付部にキャップ部材３２が気密に接合された半導体レーザモジュール３０を用意する。なお、この半導体レーザモジュール３０においては、キャップ部材３２の先端部には、透明なガラスあるいは合成樹脂からなる窓部材（図示せず）が形成されているとともに、ベース部３１の底部から延出する複数のリード３３が配設されている。
【００２８】
ついで、リード３３の各先端部に電気伝導性接着剤（シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤など）を塗布するとともに、半導体レーザモジュール３０のステムパッケージのベース部３１の底面外周部に高熱伝導性接着剤（シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤など）を塗布する。この後、リード３３の各先端部が上基板１１に形成されリード接続用配線パターン１１ｃ上に位置するように配置する。なお、半導体レーザモジュール３０を上基板１１に配置した際、ステムパッケージのベース部３１より延出する各リード３３の長さがリード接続用配線パターン１１ｃに届くような長さに調整されていると、半導体レーザモジュール３０が上基板１１より浮いた状態で固定されることとなる。
【００２９】
このため、各リード３３の長さはリード接続用配線パターン１１ｃに若干届かないような長さとなるように調整されている。そして、リード接続用配線パターン１１ｃに届かない分は電気伝導性接着剤により埋められることとなる。これにより、図３（ｂ）に示すように、半導体レーザモジュール３０は上基板１１の所定の位置に固定されるとともに、半導体レーザモジュール３０のステムパッケージのベース部３１より延出する各リード３３は上基板１１に形成されたリード接続用配線パターン１１ｃに接続固定されることとなる。
【００３０】
なお、高熱伝導性接着剤（シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤など）や電気伝導性接着剤（シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤など）は、２液硬化タイプでもよいし、紫外線硬化タイプ、熱硬化タイプのいずれであってもよい。また、各リード３３と各リード接続用配線パターン１１ｃとの接続、固定は、接着剤に代えてハンダにより接続、固定するようにしてもよい。また、図においてはリード３３の本数を３本とする例について図示しているが、リードの本数は３本に限らず、４本としたりあるいは５本としても良い。この場合、リード３３の本数に応じてリード接続用配線パターン１１ｃの本数を対応させる必要がある。
【００３１】
２．実施例２
（１）実施例２の熱電モジュール
上述した実施例１においては、半導体レーザモジュール３０のステムパッケージのベース部３１から延出したリード３３を接続するためのリード接続用配線パターン１１ｃを上基板１１に直接形成した例について説明した。ところが、リード接続用配線パターンは上基板１１に直接形成する必要はなく、例えば、リード接続用配線パターンが形成された配線基板を用いるようにしてもよい。そこで、リード接続用配線パターンが形成された配線基板を用いて熱電モジュールを形成する実施例２の熱電モジュールについて、図４および図５に基づいて以下に説明する。なお、図４および図５において、図１〜図３と同一符号は同一名称を表すので、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
本実施例２の熱電モジュール２０は、リード接続用配線パターン１４ａが形成された配線基板１４を用いたことを特徴とする。このため、図４（ａ）（ｂ）に示すように、上基板１１の略全表面（図４においては上表面となる）にはメタリック層１１ａが形成されているとともに、その一部に配線基板１４の接合領域となるメタリック層非形成部１１ｅ（図５（ａ）参照）が形成されている。そして、このメタリック層非形成部１１ｅにリード接続用配線パターン１４ａが形成された配線基板１４が接合されている。この場合、配線基板１４はガラス−エポキシ（以下では、ガラエポという）やセラミックス（例えば、アルミナ）より形成されていて、その上部に複数のリード接続用配線パターン１４ａが形成されている。
【００３３】
そして、これらのリード接続用配線パターン１４ａに半導体レーザモジュール３０から延出したリード３３が接続、固定されるようになされている。この場合、リード接続用配線パターン１４ａの端部がパッケージ台１５に形成された空間部（切欠部）１５ａの下方に位置するように配線基板１４を配設する必要がある。なお、リード接続用配線パターン１４ａの一方の端部に電極部１４ｂが形成されている。そして、リード接続用配線１４ａの上に配置されたリード３３が電気伝導性接着剤やハンダ付けによりリード接続用配線パターン１４ａに固着されるようになされている。
【００３４】
（２）実施例２の熱電モジュールの組み付け方法
ついで、上述のように構成される熱電モジュール２０の組み付ける方法組み付ける方法およびこの熱電モジュール２０に半導体レーザモジュール３０を組み付ける方法を以下に説明する。まず、図５（ａ）に示すように、略全表面にメタリック層１１ａと、その一部に接合領域となるメタリック層非形成部１１ｅが形成され、かつ裏面の外周部に熱電素子用電極パターン１１ｂが形成された上基板１１と、略全裏面にメタリック層１２ａが形成され、かつ表面の外周部に熱電素子用電極パターン１２ｂが形成された下基板１２と、Ｐ型半導体化合物素子あるいはＮ型半導体化合物素子からなる多数のペルチェ素子１３とを用意する。
【００３５】
ついで、上基板１１に形成された多数の熱電素子用電極パターン１１ｂと、下基板１２に形成された多数の熱電素子用電極パターン１２ｂとの間に、Ｐ型半導体化合物素子からなるペルチェ素子１３とＮ型半導体化合物素子からなるペルチェ素子１３とを交互に配列して、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎ・・・の順に電気的に直列に接続されるようにＳｎＳｂ合金などからなるハンダによりハンダ付けして接合する。この後、上基板１１の表面に形成されたメタリック層非形成部１１ｅにリード接続用配線パターン１４ａが形成された配線基板１４を配置した後、エポキシ系の耐熱性接着剤により配線基板１４を上基板１１の所定の位置に接合する。なお、予め配線基板１４が接合された上基板１１を用いて、この上基板１１とペルチェ素子１３と下基板１２とを接合して組み付けるようにしてもよい。
【００３６】
この場合、図５（ｂ）に示すように、上基板１１の表面に形成されたメタリック層非形成部１１ｅに、メタリック層１２ａの形成時に接合パターン１１ｆを形成させておき、この接合パターン１１ｆと配線基板１４とを接合するようにしてもよい。なお、接合パターン１１ｆの厚みは１００μｍとなるようにした。そして、接合パターン１１ｆの上にエポキシ系の耐熱接着剤を塗布した後、これらの上に配線基板１４を配置して、配線基板１４を上基板１１の所定の位置に固着するようにすればよい。このような接合パターン１１ｆを設けてこれに配線基板１４を接合すると、配線基板１４のリード接続用配線パターン１４ａに接合されるリード３３を介しての半導体レーザモジュール３０への熱伝導を防止することが可能となる。なお、配線基板１４を接合パターン１１ｆに耐熱性接着剤で固着することに代えて、ハンダ付けに固着するようにしてもよい。
【００３７】
ついで、上基板１１の所定の位置にパッケージ台１５を配置し、上基板１１の表面に形成されたメタリック層１１ａとパッケージ台１５の底面とをハンダ付けあるいは接着剤（例えば、高熱伝導性のシリコン系あるいはエポキシ系接着剤）により接合する。この場合、配線基板１４に形成されたリード接続用配線パターン１４ａの他端部がパッケージ台１５に形成された空間部（略四角柱状の切欠部）１５ａの下方に位置するようにパッケージ台１５を配置し、これらを接合する。ついで、上述した実施例１と同様に、パッケージ台１５の上に半導体レーザモジュール３０を配置する。
【００３８】
そして、半導体レーザモジュール３０より延出したリード３３の各先端部に電気伝導性接着剤（シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤など）を塗布するとともに、半導体レーザモジュール３０のステムパッケージのベース部３１の底面外周部に高熱伝導性接着剤（シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤など）を塗布する。この後、リード３３の各先端部が上基板１１に形成されリード接続用配線パターン１１ｃ上に位置するように配置する。
【００３９】
これにより、半導体レーザモジュール３０は上基板１１の所定の位置に固定されるとともに、半導体レーザモジュール３０のステムパッケージのベース部３１より延出する各リード３３は上基板１１に配置された配線基板１４に形成されたリード接続用配線パターン１１ｃに接続固定されることとなる。なお、高熱伝導性接着剤（シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤など）や電気伝導性接着剤（シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤など）は、２液硬化タイプでもよいし、紫外線硬化タイプ、熱硬化タイプのいずれであってもよい。また、各リード３３と各リード接続用配線パターン１１ｃとの接続、固定は、接着剤に代えてハンダにより接続、固定するようにしてもよい。
【００４０】
３．変形例
（１）リード挿入用金具
上述した実施例１，２においては、上基板１１の表面あるいは上基板１１に接合された配線基板１４の表面にリード接続用配線パターン１１ｃ（１４ａ）が形成されていて、このリード接続用配線パターン１１ｃ（１４ａ）の上に配置されたリード３３が電気伝導性接着剤あるいはハンダにより固着される例について説明した。ところが、電気伝導性接着剤やハンダを用いることなくリード接続用配線パターン１１ｃ（１４ａ）にリード３３が接続できる方が、製造性を考慮すると望ましい。そこで、電気伝導性接着剤やハンダを用いることなくリード３３が接続できるようにした変形例を、図６（ａ）（ｂ）に基づいて以下に説明する。
【００４１】
まず、図６（ａ）に示す変形例においては、実施例１の上基板１１の表面（図１においては上表面）に形成されたリード接続用配線パターン１１ｃの他方の端部に、リード３３の直径と略等しい内径を有する円筒状のリード挿入用金具１１ｇを形成するようにしている。これにより、リード挿入用金具１１ｇに、半導体レーザモジュール３０のステムパッケージのベース部３１より延出した各リード３３が挿入されることにより、各リード接続用配線パターン１１ｃに各リード３３が接続、固定されることとなる。
【００４２】
この場合、リード挿入用金具１１ｇは銅製あるいは銅合金製で、表面に金めっきが施され、かつ円筒の縦方向の一箇所あるいは２箇所にスリットが形成されているのが望ましい。そして、このような円筒状に形成されたリード挿入用金具１１ｇの底部をリード接続用配線パターン１１ｃの所定の位置にハンダ付けにより固着するようにしている。これにより、実施例１の変形例の熱電モジュール１０ａが形成されることとなる。この結果、リード挿入用金具１１ｇに各リード３３を挿入するだけで、接着や溶接作業を行うことなく、各リード接続用配線パターン１１ｃに各リード３３が機械的および電気的に接続、固定されるので接続作業が極めて容易になる。
【００４３】
一方、図６（ｂ）に示す変形例においては、実施例２の上基板１１の表面（図４においては上表面）に接合された配線基板１４の表面に形成されたリード接続用配線パターン１４ａとの他方の端部に、リード３３の直径と略等しい内径を有する円筒状のリード挿入用金具１４ｃを形成するようにしている。そして、リード挿入用金具１４ｃに、半導体レーザモジュール３０のステムパッケージのベース部３１より延出した各リード３３が挿入されることにより、各リード接続用配線パターン１４ａに各リード３３が接続、固定されることとなる。
【００４４】
この場合、リード挿入用金具１４ｃは銅製あるいは銅合金製で、表面に金めっきが施され、かつ円筒の縦方向の一箇所あるいは２箇所にスリットが形成されているのが望ましい。そして、このような円筒状に形成されたリード挿入用金具１４ｃの底部をリード接続用配線パターン１４ａの所定の位置にハンダ付けにより固着するようにしている。これにより、実施例２の変形例の熱電モジュール２０ａが形成されることとなる。この結果、リード挿入用金具１４ｃに各リード３３を挿入するだけで、接着や溶接作業を行うことなく、各リード接続用配線パターン１４ａに各リード３３が機械的および電気的に接続、固定されるので接続作業が極めて容易になる。
【００４５】
（２）パッケージ台
また、上述した実施例２においては、半導体レーザモジュール３０のステムパッケージのベース部３１より延出した各リード３３が挿入される空間部（略四角柱状の切欠部）１５ａが形成されたパッケージ台１５を用い、このパッケージ台１５を配線基板１４の上方に位置するように配置して、空間部（略四角柱状の切欠部）１５ａがリード接続用配線パターン１４ａの端部に連通するようにした例について説明した。ところが、リード３３が挿入される空間部はこれに限ることなく、各種の変形を加えることが可能である。
【００４６】
例えば、図７（ａ）（ｂ）に示す実施例２の変形例となる熱電モジュール２０ｂに用いられるパッケージ台１７においては、半導体レーザモジュール３０から延出したリード３３（図３参照）が挿入できるように、その中心部に断面形状が円形の空間部（切欠部）１７ａを有するように円筒状に形成されている。そして、図７（ｂ）に示すように、円筒状パッケージ台１７の底部（上基板１１との接合部）には溝部１７ｂが形成されていて、リード接続用配線パターン１４ａが形成された配線基板１４との間に空間部が形成されるようになされている。
【００４７】
この場合、溝部１７ｂは、図７（ｃ）に示すように、配線基板１４に対応する部分（パッケージ台１７の一方の端部から断面形状が円形の空間部１７ａの縁まで）のみに形成するようにしてもよいし、あるいは、図７（ｄ）に示すように、配線基板１４に対応する部分だけではなく、断面形状が円形の空間部（切欠部）１７ａを横切るパッケージ台１７の両端部間に形成するようにしてもよい。ここで、図７（ｃ）に示すように溝部１７ｂを形成すると、上基板（熱電モジュール２０ｂの吸熱部）１１との接合面積が大きくなるので、排熱効果が大きくなる。一方、図７（ｄ）に示すように溝部１７ｂを形成するようにすると、溝部１７ｂの形成が容易となるので、製造効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
なお、上述した実施の形態においては、上基板１１のリード接続用配線パターン１１ｃ（１４ａ）の端部に形成された電極部１１ｄ（１４ｂ）にリード線（スズめっき銅線や金めっき銅線など）を接続する例について説明したが、リード線に代えて、ワイヤーボンディングによる金ワイヤを接続するようにしてもよい。また、下基板の熱電素子用電極パターン（導電層）１２ｂの端部に形成された一対の電極部１３ａにリード線（スズめっき銅線や金めっき銅線など）を接続する例について説明したが、リード線に代えて、ワイヤーボンディングによる金ワイヤを接続するようにしてもよい。また、上述した実施の形態においては、ハンダとしてＳｎＳｂ合金を用いる例について説明したが、ハンダはＳｎＳｂ合金に限らず、ＡｕＳｎ合金やＳｎＡｇＣｕ合金などを用いるようにしてもよい。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、配線基板１４としてガラス−エポキシ（ガラエポ）製の基板を用いる例について説明したが、配線基板１４の材質としてはガラエポ製以外のセラミック（例えば、アルミナなど）や、あるいはメタル基材でもよい。また、上述した実施の形態においては、上基板が熱電モジュールの吸熱側となるように形成して上基板により電子素子ユニット（半導体レーザモジュール）を冷却制御する例について説明したが、電子素子ユニットが低温の温度環境で使用される場合は、上基板が熱電モジュールの発熱側となるように形成し、上基板により電子素子ユニット（半導体レーザモジュール）を加熱制御するようにしてもよい。
さらに、上述した実施の形態においては、電子素子として半導体レーザー素子を用いる例について説明したが、電子素子としては、半導体レーザー素子以外にも、駆動温度を低くすると感度が良くなる赤外線センサーや焦電センサーなどの、熱電モジュールにより強制的に温度制御される電子素子に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は、その側面を模式的に示す側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す熱電モジュールにヒートシートを装着した状態を模式的に示す側面図である。
【図２】図１に示す熱電モジュールを組み付ける（搭載する）状態を模式的に示す図であり、図２（ａ）はパッケージ台を取り付ける前の状態を模式的に示す上面図であり、図２（ｂ）はパッケージ台を取り付ける状態を模式的に示す側面図である。
【図３】図１の熱電モジュールに半導体レーザモジュールを搭載する状態を模式的に示す図であり、図３（ａ）は半導体レーザモジュールを搭載する前の熱電モジュールを模式的に示す側面図であり、図３（ｂ）は半導体レーザモジュールを搭載した状態を模式的に示す側面図である。
【図４】実施例２の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図４（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図４（ｂ）は、その側面を模式的に示す側面図である。
【図５】実施例２の熱電モジュールの上基板を模式的に示す上面図であり、図５（ａ）は配線基板を接合するための接合部を設けた状態を模式的に示す上面図であり、図５（ｂ）は配線基板を接合するための接合部に接合パターンを設けた状態を模式的に示す上面図である。
【図６】変形例の熱電モジュールの上基板を模式的に示す上面図であり、図６（ａ）は実施例１の変形例を模式的に示す上面図であり、図６（ｂ）は実施例２の変形例を模式的に示す上面図である。
【図７】変形例のパッケージ台を用いた実施例３の熱電モジュールを模式的に示す図であり、図７（ａ）はその上面を模式的に示す上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の矢示Ａ側から見た側面を模式的に示す側面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）に示すパッケージ台の底面の一例を模式的に示す底面図であり、図７（ｄ）は、図７（ａ）に示すパッケージ台の底面の他の例を模式的に示す底面図である。
【図８】従来例の熱電モジュールおよび半導体レーザモジュールを模式的に示す図である。
【図９】他の従来例の熱電モジュールおよび半導体レーザモジュールを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…実施例１の熱電モジュール、１１…上基板、１１ａ…メタリック層、１１ｂ…熱電素子用電極パターン、１１ｃ…リード接続用配線パターン、１１ｄ…電極部、１２…下基板、１２ａ…メタリック層、１２ｂ…熱電素子用電極パターン、１２ｂ…電極部、１３…ペルチェ素子、１３ａ…電極部、１５…パッケージ台、１５ａ…空間部（切欠部）、１６…ヒートシンク、３０…半導体レーザモジュール、３１…ベース部、３２…キャップ部材、３３…リード、２０…実施例２の熱電モジュール、１１ｅ…メタリック層非形成部、１１ｆ…接合パターン、１４…配線基板、１４ａ…リード接続用配線パターン、１４ｂ…電極部、１０ａ…実施例１の変形例の熱電モジュール、１１ｇ…リード挿入用金具、２０ａ…実施例２の変形例の熱電モジュール、１４ｃ…リード挿入用金具、２０ｂ…実施例２の他の変形例の熱電モジュール、１７…パッケージ台、１７ａ…空間部（切欠部）、１７ｂ…溝部
【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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【図７】
2008218892.tif 000009
【図８】
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【図９】
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