(57)【要約】【課題】用途に応じてＩ−Ｖ特性を変更することが可能なサーモモジュールおよびこれを用いた半導体レーザモジュールを提供すること。【解決手段】導電部が形成された第１絶縁基板及び第２絶縁基板３と、第１絶縁基板と第２絶縁基板間との間に保持され、導電部２ａ，３ａとの接触によって接続される複数のペルチェ素子４とを備えたサーモモジュール１およびこれを用いた半導体レーザモジュール。複数のペルチェ素子４は、複数のペルチェ素子群４Ａ，４Ｂに区分され、第１絶縁基板又は第２絶縁基板３は、複数のペルチェ素子群を各ペルチェ素子群単位で電気接続する配線パターン３ｃが設けられている。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部が形成された第１絶縁基板及び第２絶縁基板と、前記第１絶縁基板と第２絶縁基板間との間に保持され、前記導電部との接触によって接続される複数のペルチェ素子とを備えたサーモモジュールにおいて、
前記複数のペルチェ素子は、複数のペルチェ素子群に区分され、
前記第１絶縁基板又は前記第２絶縁基板は、前記複数のペルチェ素子群を各ペルチェ素子群単位で電気接続する配線パターンが設けられていることを特徴とするサーモモジュール。
【請求項２】
前記第１絶縁基板又は前記第２絶縁基板は、前記複数のペルチェ素子群間の接続態様に応じ、前記配線パターンと電気接続される補助接続パターンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のサーモモジュール。
【請求項３】
前記補助接続パターンは、前記複数のペルチェ素子群の近傍に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のサーモモジュール。
【請求項４】
半導体レーザ素子の温度を制御するサーモモジュールを備えた半導体レーザモジュールにおいて、
前記サーモモジュールは、
導電部が形成された第１絶縁基板及び第２絶縁基板と、
前記第１絶縁基板と第２絶縁基板間との間に保持され、前記導電部との接触によって接続される複数のペルチェ素子と、
を備え、
前記複数のペルチェ素子は、複数のペルチェ素子群に区分され、
前記第１絶縁基板又は前記第２絶縁基板は、前記複数のペルチェ素子群を各ペルチェ素子群単位で電気接続する配線パターンが設けられ、当該半導体レーザモジュールが有するリードピンと前記配線パターンとの間が接続されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記第１絶縁基板又は前記第２絶縁基板は、前記複数のペルチェ素子群間の接続態様に応じ、前記配線パターンの間が補助接続パターンで電気接続されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーモモジュールおよびこれを用いた半導体レーザモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ（ＬＤ）モジュールにおいては、ＬＤ素子から出力されるレーザ光の波長を安定させるため、ＬＤ素子の温度を精密に制御するＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｏｌｅｒ）と呼ばれるサーモモジュールが用いられている。このサーモモジュールは、一般に、Ｂｉ−Ｔｅ系の半導体材料からなるそれぞれｎ型及びｐ型のペルチェ素子が用いられ、これらｎ型とｐ型の複数のペルチェ素子を交互に直列に接続して２枚の基板間に配置されている。このサーモモジュールは、複数のペルチェ素子に流す直流電流によって一方の基板面が冷却面、他方の基板面が発熱面となり、電流の向きを変えることによって発熱面と冷却面とを切り替えることができる。
【０００３】
従来のＬＤモジュールにおいては、ＬＤモジュールの仕様に応じて内蔵されるペルチェ素子の数，回路構成等を調整し、最適な電流対電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を有するサーモモジュールを設計しており、ＬＤモジュールごとにペルチェ素子の数や回路構成等が決まっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＤモジュールの設計変更等によって、近年、サーモモジュールは、電流値が制限されたり、電源の小型化により電圧が制約されたりする等、同じ冷却能力の下で様々なＩ−Ｖ特性が要求されるようになってきた。このような要求に対し、様々なＩ−Ｖ特性を備えたサーモモジュールをその都度設計していたのでは、作業上の負担が大きいうえ、同一冷却能力にも拘わらず異なるＩ−Ｖ特性を有するサーモモジュールを複数種類用意しておかなければならず、在庫管理も煩雑になるという問題があった。
【０００５】
この発明は上述した従来技術による問題点を解消するため、用途に応じてＩ−Ｖ特性を変更することが可能なサーモモジュールおよびこれを用いたＬＤモジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係るサーモモジュールは、導電部が形成された第１絶縁基板及び第２絶縁基板と、前記第１絶縁基板と第２絶縁基板間との間に保持され、前記導電部との接触によって接続される複数のペルチェ素子とを備えたサーモモジュールにおいて、前記複数のペルチェ素子は、複数のペルチェ素子群に区分され、前記第１絶縁基板又は前記第２絶縁基板は、前記複数のペルチェ素子群を各ペルチェ素子群単位で電気接続する配線パターンが設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明によれば、複数のペルチェ素子群を、サーモモジュールの用途に応じてそれぞれの配線パターンを利用して直列あるいは並列に接続態様を変更している。
【０００８】
また、請求項２の発明に係るサーモモジュールは、上記の発明において、前記第１絶縁基板又は前記第２絶縁基板は、前記複数のペルチェ素子群間の接続態様に応じ、前記配線パターンと電気接続される補助接続パターンが設けられている。
【０００９】
請求項２の発明によれば、複数のペルチェ素子群における接続の態様に応じ、補助接続パターンによって配線パターン間を接続するボンディングワイヤの錯綜を回避し、接続に要するボンディングワイヤの長さを短縮している。
【００１０】
また、請求項３の発明に係るサーモモジュールは、上記の発明において、前記補助接続パターンは、前記複数のペルチェ素子群の近傍に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明によれば、ボンディングワイヤの錯綜の回避や長さの短縮を一層容易にしている。
【００１２】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項４の発明に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子の温度を制御するサーモモジュールを備えた半導体レーザモジュールにおいて、前記サーモモジュールは、導電部が形成された第１絶縁基板及び第２絶縁基板と、前記第１絶縁基板と第２絶縁基板間との間に保持され、前記導電部との接触によって接続される複数のペルチェ素子とを備え、前記複数のペルチェ素子は、複数のペルチェ素子群に区分され、前記第１絶縁基板又は前記第２絶縁基板は、前記複数のペルチェ素子群を各ペルチェ素子群単位で電気接続する配線パターンが設けられ、当該半導体レーザモジュールが有するリードピンと前記配線パターンとの間が接続されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明によれば、ＬＤ素子の設計に応じてリードピンと配線パターンとの間の接続を変更するようにしている。
【００１４】
また、請求項５の発明に係る半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記第１絶縁基板又は前記第２絶縁基板は、前記複数のペルチェ素子群間の接続態様に応じ、前記配線パターンの間が補助接続パターンで電気接続されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明によれば、複数のペルチェ素子群における接続の態様に応じて、配線パターン間を補助接続パターンによって接続することにより、ボンディングワイヤの錯綜を回避し、接続に要するボンディングワイヤの長さを短縮している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明に係るサーモモジュールおよびこれを用いたＬＤモジュールの好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
まず、この発明のサーモモジュールに係る実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１であるサーモモジュールの斜視図である。図２は、図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図３はサーモモジュールから上部基板を外して下部基板及び複数のペルチェ素子を模式的に示した平面図である。
【００１８】
サーモモジュール１は、図１に示すように、電気絶縁性の上部基板２と下部基板３並びに上部基板２と下部基板３との間に保持される複数のペルチェ素子４を備えている。
【００１９】
上部基板２及び下部基板３は、アルミナ，窒化アルミニウム等の電気絶縁性素材から形成され、図１及び図２に示すように、対向する面に導体パターン２ａ，３ａが形成されている。下部基板３は、図１及び図３に示すように、リードパターン３ｂ及びパッド３ｃ並びに補助接続パターン５が形成されている。リードパターン３ｂは、一端が後述するペルチェ素子群４Ａ，４Ｂの両端に配置されたペルチェ素子４を半田固定した導体パターン３ａと接続され、他端はパッド３ｃに接続されている。補助接続パターン５は、ペルチェ素子群４Ａ，４Ｂの近傍に形成され、ペルチェ素子群４Ａ，４Ｂ間の直列接続あるいは並列接続の態様に応じて、パッド３ｃ間を接続するボンディングワイヤの錯綜を回避し、接続に要するボンディングワイヤの長さを短縮する。補助接続パターン５は、図１及び図３に示すように、後述するペルチェ素子群４Ａ，４Ｂの間及び両側の３箇所に配置され、リードパターン５ａの両端にパッド５ｂが形成されている。
【００２０】
複数のペルチェ素子４は、図３に示すように、ペルチェ素子群４Ａとペルチェ素子４Ｂとに区分され、それぞれ放熱側を下部基板３に、吸熱側を上部基板２に向けて導体パターン２ａ，３ａに半田固定されている。ペルチェ素子群４Ａとペルチェ素子４Ｂは、複数のペルチェ素子４が導体パターン２ａ，３ａによって、それぞれ直列に接続されている。
【００２１】
このとき、サーモモジュール１は、パッド３ｃと補助接続パターン５とを利用してペルチェ素子群４Ａ，４Ｂを並列に接続することにより（図６参照）、用途に応じて異なるＩ−Ｖ特性を有する製品とすることができる。このため、サーモモジュール１は、複数のペルチェ素子４の配列構成が同一であっても、ペルチェ素子群４Ａとペルチェ素子４Ｂとの接続態様を変更することで、Ｉ−Ｖ特性が異なる製品として販売することができる。しかも、サーモモジュール１は、補助接続パターン５を設けたことにより、ボンディングワイヤの錯綜を回避し、ボンディングワイヤの長さを短縮しつつ、ペルチェ素子群４Ａ，４Ｂとの接続態様を種々選択することができ、設計上の自由度が増している。
【００２２】
ここで、サーモモジュール１は、リードパターン３ｂ及びパッド３ｃ並びに補助接続パターン５を下部基板３に形成したが、上部基板２に形成してもよい。
【００２３】
（実施の形態２）
次に、サーモモジュール１を用いたこの発明のＬＤモジュールに係る実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態１のサーモモジュール１を搭載したＬＤモジュールの断面図である。図５は、図４のＬＤモジュールの電気配線図である。
【００２４】
ＬＤモジュール１０は、図４に示すように、パッケージ１１内にサーモモジュール１、ベース１３、ＬＤ素子１５、サーミスタ１６及びフォトダイオード１９が収容されている。
【００２５】
パッケージ１１は、底板１１ａ、側壁１１ｂ及びカバー１１ｃを有している。底板１１ａには、サーモモジュール１が半田固定され、サーモモジュール１にはベース１３が載置されている。パッケージ１１は、側壁１１ｂに形成したスリーブ１１ｄに第２レンズ２１とフェルール２２が取り付けられている。フェルール２２は、光ファイバ２３の端部に取り付けられ、端面反射を考慮して端面が斜めにカットされている。また、パッケージ１１は、図５に示すように、側壁１１ｂにリードピン１２ａ〜１２ｎからなる複数のリードピン１２が突出させて設けられている。
【００２６】
ベース１３は、略中央に設けたキャリア１４にＬＤ素子１５とサーミスタ１６が固定され、キャリア１４を挟んで一方に第１レンズ１７が、他方にキャリア１８が、それぞれ配置されている。キャリア１８は、ＬＤ素子１５と対向する位置にフォトダイオード１９が固定されている。
【００２７】
このように構成されるＬＤモジュール１０は、予め異なるＩ−Ｖ特性を有するように製造されたサーモモジュール１を用途に応じて選択する。ここで、説明の便宜上、複数のパッド３ｃ，５ｂに図６に示す識別符号「Ａ」〜「Ｊ」を付してこれらを区別する。
【００２８】
このとき、ペルチェ素子群４Ａ，４Ｂが直列に接続されたサーモモジュール１を選択したＬＤモジュール１０は、リードピン１２ａとリードピン１２ｎとの間が、ボンディングワイヤＷによってパッド「Ａ」→パッド「Ｂ」→パッド「Ｃ」→パッド「Ｄ」→パッド「Ｆ」→パッド「Ｅ」と接続されている。
【００２９】
これに対して、サーモモジュール１のペルチェ素子群４Ａ，４Ｂが並列に接続されたＬＤモジュール１０は、リードピン１２ａ，１２ｎと複数のパッド３ｃ，５ｂとの間が、ボンディングワイヤＷによって図７に示すように接続されている。即ち、ＬＤモジュール１０は、リードピン１２ａとリードピン１２ｎとの間が、ボンディングワイヤＷによってパッド「Ａ」→パッド「Ｂ」→パッド「Ｉ」→パッド「Ｊ」→パッド「Ｅ」，パッド「Ｈ」→パッド「Ｇ」→パッド「Ｆ」→パッド「Ｅ」と接続されている。
【００３０】
このとき、図６に示す直列接続の場合に、リードピン１２ａとリードピン１２ｎとの間を流れる電流をＩ０（Ａ）、電圧をＶ０（Ｖ）、抵抗をＲ０（Ω）とすると、図７に示す並列接続の場合、流す電流をＩ０（Ａ）とすると、全電圧が１／４Ｖ０（Ｖ）、合成抵抗が１／４Ｒ０（Ω）となる。即ち、ＬＤモジュール１０は、サーモモジュール１を構成するペルチェ素子群４Ａ，４Ｂを並列に接続すると、直列に接続した場合に比べて、サーモモジュール１全体として抵抗及び電圧が共に１／４になり、用途に応じてＩ−Ｖ特性を種々に変更することができることになる。例えば、同じ容量のサーモモジュール１でも、低電圧で駆動させたい場合にはペルチェ素子群４Ａ，４Ｂを並列に接続すればよいことになる。従って、ＬＤモジュール１０は、パッケージ１１に組み込む段階でペルチェ素子群４Ａ，４Ｂの接続状態が並列か直列のサーモモジュール１を設計に応じて適宜選択すれば、同一の構成でありながら複数種類のＬＤモジュールとして使用することができる。
【００３１】
一方、ＬＤモジュール１０は、図８に示すように、リードピン１２ａとパッド「Ａ」、リードピン１２ｆとパッド「Ｂ」、リードピン１２ｉとパッド「Ｅ」及びリードピン１２ｎとパッド「Ｆ」とを、それぞれボンディングワイヤＷで接続する。すると、ＬＤモジュール１０は、ペルチェ素子群４Ａがリードピン１２ａとリードピン１２ｆとの間に、ペルチェ素子群４Ｂがリードピン１２ｉとリードピン１２ｎとの間に、それぞれ接続され、ペルチェ素子群４Ａとペルチェ素子群４Ｂとを独立して駆動することができる。
【００３２】
また、ＬＤモジュール１０は、パッケージ１１の外部においてリードピン１２ａ，１２ｆ，１２ｉ，１２ｎに接続された配線の接続状態をスイッチ等の切替手段によって直列接続や並列接続に切り替えることにより、同様にしてＩ−Ｖ特性を変更することができる。このように、ＬＤモジュール１０は、ボンディングワイヤによるサーモモジュール１の配線を変更することで、１種類のサーモモジュール１を複数の温度調整能力を有するサーモモジュールに使い分けることができることになる。しかも、ＬＤモジュール１０は、パッケージ１１の外部で配線の接続状態を切り替えるので、パッケージ１１内という狭い空間内での設計に比べると設計上の自由度が飛躍的に向上する。
【００３３】
ここで、サーモモジュール１は、ペルチェ素子群４Ａ，４Ｂを下部基板３の半分に分けて配置したが、図９に示すように、ペルチェ素子群４Ａとペルチェ素子群４Ｂとが互いに入り込んだように配置した方が温度制御の効率が向上して好ましい。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１，４の発明によれば、複数のペルチェ素子群を、それぞれの配線パターンを利用してボンディングワイヤの配線を変更することにより、直列あるいは並列に任意に変更することができるので、複数のペルチェ素子４の配列構成が同一であっても、製品として異なるＩ−Ｖ特性を有する複数種類のサーモモジュールに使い分けることができる。
【００３５】
請求項２，３，５の発明によれば、複数のペルチェ素子群における接続の態様に応じ、補助接続パターンによって配線パターン間を接続するボンディングワイヤの錯綜を回避し、接続に要するボンディングワイヤの長さを短縮するので、サーモモジュールにおける回路設計を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるサーモモジュールの斜視図である。
【図２】図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図３】図１のサーモモジュールから上部基板を外して下部基板及び複数のペルチェ素子を模式的に示した平面図である。
【図４】この発明の実施の形態２であるＬＤモジュールの断面図である。
【図５】図４のＬＤモジュールの電気配線図である。
【図６】図３に示すペルチェ素子群をボンディングワイヤで接続した平面図である。
【図７】図６に示すボンディングワイヤの他の接続状態を示す平面図である。
【図８】図６に示すボンディングワイヤの更に他の接続状態を示す平面図である。
【図９】図３に示すペルチェ素子群の他の配置例を示す模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１　サーモモジュール
２　上部基板
２ａ　導体パターン
３　下部基板
３ａ　導体パターン
３ｂ　リードパターン
３ｃ　パッド
４　ペルチェ素子
４Ａ，４Ｂ　ペルチェ素子群
５　補助接続パターン
５ａ　リードパターン
５ｂ　パッド
１０　ＬＤモジュール
１１　パッケージ
１３　ベース１３
１５　ＬＤ素子
１６　サーミスタ
１９　フォトダイオード
【図１】
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【図２】
2004055621.tif 000004
【図３】
2004055621.tif 000005
【図４】
2004055621.tif 000006
【図５】
2004055621.tif 000007
【図６】
2004055621.tif 000008
【図７】
2004055621.tif 000009
【図８】
2004055621.tif 000010
【図９】
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