(57)【要約】【課題】熱電モジュールと放熱フィンとの間での放熱性を改善して、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようにして、熱電モジュールの消費電力が低減した熱電装置用パッケージを提供できるようにする。【解決手段】本発明の熱電装置用パッケージ１０Ａは、外部放熱部材に固定するための支持部１１ｂを長手方向に有するフレーム部材１１と、フレーム部材１１の底板となるベース部材１２を備えるとともに、ベース部材１２の両側にフレーム部材１１の幅方向に延出する延出部１２−１を備えるようにしている。ベース部材１２の両側にフレーム部材１１の幅方向に延出する延出部１２−１を備えるようにすると、ベース部材１２の放熱面積を増大させることが可能となる。このため、熱電モジュールと放熱フィンなどの外部放熱部材との間での熱抵抗が減少して、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようになる。【選択図】  図１
2004247543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と該半導体素子を冷却する熱電モジュールを収容する熱電装置用パッケージであって、
フレーム部材と、該フレーム部材の底板となるベース部材を備えるとともに、
前記ベース部材の両側に前記フレーム部材の幅方向外方に延出する延出部を該ベース部材と一体的に備えたことを特徴とする熱電装置用パッケージ。
【請求項２】
前記フレーム部材の底部長手方向に当該パッケージを外部部材に固定するための支持部を備えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の熱電装置用パッケージ。
【請求項３】
前記延出部に当該パッケージを外部部材に固定するための支持部を備えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電装置用パッケージ。
【請求項４】
前記延出部に複数のリブを備えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電装置用パッケージ。
【請求項５】
前記延出部の端部に複数の切り欠きを備えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電装置用パッケージ。
【請求項６】
前記延出部を長手方向外方にも延出させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電装置用パッケージ。
【請求項７】
半導体素子と該半導体素子を冷却する熱電モジュールを収容する熱電装置用パッケージであって、
フレーム部材と、該フレーム部材の底板となるベース部材を備えるとともに、
前記ベース部材は前記フレーム部材の幅方向外方に延出する第１延出部および長手方向外方に延出する第２延出部を該ベース部材と一体的に備え、
前記第１延出部あるいは前記第２延出部もしくはこれらの両方に当該パッケージを外部部材に固定するための支持部を備えたことを特徴とする熱電装置用パッケージ。
【請求項８】
前記第１延出部に複数のリブを備えるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の熱電装置用パッケージ。
【請求項９】
前記第１延出部の端部に複数の切り欠きを備えるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の熱電装置用パッケージ。
【請求項１０】
半導体素子と該半導体素子を冷却する熱電モジュールを収容する熱電装置用パッケージであって、
フレーム部材と、該フレーム部材の底板となるベース部材を備えるとともに、
前記ベース部材は前記フレーム部材の周囲外方に延出する周囲延出部を該ベース部材と一体的に備えるとともに、該周囲延出部の前記フレーム部材の長手方向外方あるいは幅方向外方もしくはこれらの両方に当該パッケージを外部部材に固定するための支持部を備えたことを特徴とする熱電装置用パッケージ。
【請求項１１】
前記周囲延出部の前記フレーム部材の幅方向に複数のリブを備えるようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の熱電装置用パッケージ。
【請求項１２】
前記ベース部材はＣｕＷ合金により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の熱電装置用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信装置などに使用される半導体素子（例えば、半導体レーザ）と、この半導体素子を冷却する熱電モジュール（あるいはＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ；電子クーラー）を収容する熱電装置用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）あるいはＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：高密度波長分割多重）等の広帯域の光ネットワーク技術を利用して、大容量のデータが光ファイバにより高速で伝送されるようになった。この光ファイバにより伝送されるデータ（情報）は、レーザー光を変調した信号であり、これは光半導体モジュールと呼ばれる半導体レーザー等を収容した電子装置から発信される。また、光ファイバによりデータ（情報）を伝送する中間地点において信号強度を増幅する、いわゆる光アンプにもこの光半導体モジュールが用いられている。
【０００３】
ところで、光半導体モジュールに用いられる半導体レーザーの発振波長は温度によって大きく影響を受けるので、半導体レーザーの動作時には、その温度を厳密に制御することが不可欠となる。この温度制御には、通常、多数の熱電素子を搭載した熱電モジュールあるいは電子クーラー（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ）と呼ばれる熱電装置が使用されている。そして、半導体レーザー、ＴＥＣ等の電子部品を収容する容器は、一般的には熱電装置用パッケージと呼ばれ、図１８に示すような構造となっている。
【０００４】
ここで、図１８に示すパッケージ３０は、基板などの外部部材に取り付ける取付孔３３を有するベース部材３２と、このベース部材３２上に筐体をなすように固定されるフレーム部材３１から主に構成されている。そして、ベース部材３２上には、熱電モジュール（あるいはＴＥＣ）や半導体レーザー等の電子部品（図示せず）、あるいは光学系等（図示せず）が搭載される。また、フレーム部材３１には光ファイバが取り付けられる窓枠３４が設けられ、フレーム部材３１の側壁上部３５にはセラミック端子３６が取り付けられ、このセラミック端子３６に電気入出力用のリード３７が接続されている。そして、このパッケージ３０内を窒素ガスの雰囲気にした後、フレーム部材３１の上側にシールリング３８を介して金属蓋体（図示せず）を気密に封止して、パッケージ３０が形成されることとなる。
【０００５】
ここで、フレーム部材３１は、セラミック端子３６と熱膨張率が近似していることが望ましいので、その材料としては、鉄・ニッケル（ＦｅＮｉ）合金やコバール（Ｋｏｖａｒ）と呼ばれる鉄・ニッケル・コバルト（ＦｅＮｉＣｏ）合金が用いられる。また、ベース部材３２は半導体レーザ素子で発生する熱を速やかに放散させる必要があるので、その材料としては、銅（Ｃｕ）や銅・タングステン（ＣｕＷ）合金あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックスが用いられる。なお、フレーム部材３１とベース部材３２はろう材で接合される。これらフレーム部材３１とベース部材３２からなるパッケージ３０は、ベース部材３２の両端に形成された取付孔３３を介して外部部材にネジで取り付けられる。
【０００６】
上述のようにして形成されるパッケージ３０においては、熱電モジュール（ＴＥＣ）の発熱部で発生した熱は、パッケージ３０のベース部材３２を通して放熱される。そして、一般的には、パッケージ３０をアルミニウム製放熱フィン上に配置して、このアルミニウム製放熱フィンを通して外部に排熱するようにしている。この場合、ベース部材３２とアルミニウム製放熱フィンとの間にグリースを介在させて熱抵抗を極力低下させるようにしている。
【特許文献１】
特開２００１−３１８２７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ベース部材３２の放熱面積が小さいことから、ベース部材３２の放熱抵抗が大きくなる。このため、アルミニウム製放熱フィンに充分な放熱性がありながら、熱電モジュールとアルミニウム製放熱フィンとの間で、放熱速度が律速されることとなって、放熱性を悪化させるという問題を生じた。その結果、パッケージ３０内での熱電モジュール（ＴＥＣ）の消費電力が大きくなって、大容量の熱電モジュール（ＴＥＣ）が必要になるという問題を生じた。
【０００９】
そこで、本発明は上記の如き問題点を解決するためになされたものであって、熱電モジュールと放熱フィンとの間での放熱性を改善して、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようにして、熱電モジュールの消費電力が低減した熱電装置用パッケージを提供できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の熱電装置用パッケージは、フレーム部材と、このフレーム部材の底板となるベース部材を備えるとともに、このベース部材の両側にフレーム部材の幅方向外方に延出する延出部をベース部材と一体的に備えるようにしている。
【００１１】
このように、ベース部材の両側にフレーム部材の幅方向外方に延出する延出部を備えるようにすると、ベース部材の放熱面積を増大させることが可能となる。このため、熱電モジュールと放熱フィンなどの外部部材との間での熱抵抗が減少して、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようになる。この結果、熱電モジュールの消費電力を低減することが可能になるとともに、小容量の熱電モジュールを用いることができるので、この種の熱電モジュールを搭載した熱電装置用パッケージを安価に作製することが可能になる。
【００１２】
この場合、外部部材に固定するための支持部をフレーム部材の長手方向底部に設けたり、あるいは当該延出部に設ければよい。なお、フレーム部材の長手方向底部および当該延出部の両方に外部部材に固定するための支持部を設けるようにすると、ベース部材と放熱フィンなどの外部部材との密着性が向上するので、熱電モジュールから放熱フィンなどの外部部材への熱伝達性がさらに向上する。これにより、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。
【００１３】
また、この延出部に複数のリブを備えるようにすると、ベース部材の強度が補強されるため、ベース部材の熱変形が防止できるようになる。これにより、ベース部材の平面度が熱変形により増大することが防止できるようになって、ベース部材と放熱フィンなどの外部部材との熱による密着性の低下が防止できるようになる。また、この延出部の端部に複数の切り欠きを備えるようにすると、ベース部材の側面での放熱面積が増大するようになるため、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。さらに、延出部を長手方向外方にも延出させるようにすると、さらに放熱面積が増加して放熱効率がさらに向上するので好ましい。
【００１４】
また、本発明の熱電装置用パッケージを、フレーム部材と、該フレーム部材の底板となるベース部材を備えるとともに、ベース部材はフレーム部材の幅方向外方に延出する第１延出部および長手方向外方に延出する第２延出部を該ベース部材と一体的に備え、第１延出部あるいは第２延出部もしくはこれらの両方に当該パッケージを外部部材に固定するための支持部を備えるように構成してもよい。この場合も、周囲延出部のフレーム部材の幅方向外方にも当該パッケージを外部部材に固定するための支持部を備えたり、あるいは周囲延出部のフレーム部材の幅方向外方に複数のリブを備えるようにするのが望ましい。
【００１５】
また、本発明の熱電装置用パッケージを、フレーム部材と、該フレーム部材の底板となるベース部材を備えるとともに、ベース部材はフレーム部材の周囲外方に延出する周囲延出部を該ベース部材と一体的に備えるとともに、該周囲延出部のフレーム部材の長手方向外方あるいは幅方向外方もしくはこれらの両方に当該パッケージを外部部材に固定するための支持部を備えるように構成してもよい。この場合も、周囲延出部のフレーム部材の幅方向外方にも当該パッケージを外部部材に固定するための支持部を備えたり、あるいは周囲延出部のフレーム部材の幅方向外方に複数のリブを備えるようにするのが望ましい。
なお、上述のようなベース部材としては、熱伝導性が良好で、熱を速やかに放散させることができるＣｕＷ合金を用いるのが好ましい。また、ＣｕＷ合金に代えてＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３等のセラミックスを用いるようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の熱電装置用パッケージの実施の形態を図１〜図１７に基づいて説明するが、本発明は以下の実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨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は本実施形態の実施例１のパッケージの要部を示す斜視図であり、図２は実施例１のパッケージの第１変形例を示す斜視図であり、図３は実施例１のパッケージの第２変形例を示す斜視図である。また、図４は実施例２のパッケージの要部を示す斜視図であり、図５は実施例２のパッケージの第１変形例を示す斜視図であり、図６は実施例２のパッケージの第２変形例を示す斜視図である。
【００１７】
また、図７は実施例３のパッケージの要部を示す斜視図であり、図８は実施例３のパッケージの変形例を示す斜視図である。図９は実施例４のパッケージの要部を示す斜視図であり、図１０は実施例４のパッケージの変形例を示す斜視図である。図１１は実施例５のパッケージの要部を示す斜視図であり、図１２は実施例５のパッケージの変形例を示す斜視図である。図１３は実施例６のパッケージの要部を示す斜視図であり、図１４は実施例６のパッケージの変形例を示す斜視図である。図１５は実施例７のパッケージの要部を示す斜視図であり、図１６は実施例７のパッケージの変形例を示す斜視図である。さらに、図１７はパッケージの放熱（排熱）試験の状態を示す断面図である。
【００１８】
１．実施例１
本実施例１の熱電装置用パッケージ１０Ａは、図１に示すように、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１２から主に構成されている。フレーム部材１１は、その長手方向の一側壁に光ファイバが取り付けられる窓枠１１ａを備えている。また、その長手方向の両側の底部に、アルミニウム製放熱フィンなどの外部放熱部材に取り付けるための取付孔１１ｃを有する取付部１１ｂを備えている。フレーム部材１１の材料としては、熱膨張係数が小さい鉄・ニッケル（ＦｅＮｉ）合金やコバール（Ｋｏｖａｒ）と呼ばれる鉄・ニッケル・コバルト（ＦｅＮｉＣｏ）合金が用いられる。
【００１９】
なお、フレーム部材１１の幅方向の両側壁上部には切欠部が設けられていて、図１においては理解を容易にするために図示していないが、この切欠部に図１８に示すようなセラミック端子３６が取り付けられ、このセラミック端子３６に電気入出力用のリードが接続される。そして、この熱電装置用パッケージ１０Ａは、フレーム部材１１の長手方向の両側底部に形成された取付部１１ｂに形成された取付孔１１ｃにネジを通し、それを用いてネジ止めすることにより、アルミニウム製放熱フィンなどの外部放熱部材に取り付けられることとなる。
【００２０】
一方、ベース部材１２上には、図示しない、熱電モジュール（あるいはＴＥＣ）や半導体レーザー等の電子部品や光学系等が搭載される。この場合、ベース部材１２は熱電モジュールや半導体レーザ素子で発生する熱を速やかに放散させる必要があるので、その材料としては、銅（Ｃｕ）や銅・タングステン（ＣｕＷ）合金あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックスが用いられる。なお、フレーム部材１１とベース部材１２はろう材またはハンダ、ガラス等の接着材料で接合されている。そして、熱電装置用パッケージ１０Ａ内に電子部品や光学系等を搭載した後、窒素ガスの雰囲気にし、フレーム部材１１の上側にシールリングを介して金属蓋体（図示せず）を気密に取り付けることにより、光半導体モジュールが形成されることとなる。
【００２１】
ここで、本実施例１のベース部材１２の特徴は、このベース部材１２の両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する延出部１２−１，１２−１をベース部材１２と一体的に備えたことにある。このような延出部１２−１，１２−１を備えるようにすると、ベース部材１２の放熱面積が増大するので、ベース部材１２あるいはベース部材１２と外部放熱部材の間での熱抵抗が減少することとなる。これにより、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようになる。この結果、熱電モジュールの消費電力を低減することが可能になるとともに、小容量の熱電モジュールを用いることが可能になり、この種の熱電モジュールを搭載した熱電装置用パッケージを安価に作製することが可能となる。
【００２２】
変形例１
図２は、上述した実施例１の熱電装置用パッケージ１０Ａの第１変形例を示しており、この変形例１の熱電装置用パッケージ１０Ａ−１においては、筐体となるフレーム部材１１は、その長手方向の両側の底部に設けられた取付部１１ｂに取付孔が形成されていないこと以外は、上述した図１の実施例１と同様である。ここで、この変形例１の特徴は、ベース部材１２ａの両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する延出部１２ａ−１，１２ａ−１を備えるとともに、この延出部１２ａ−１に外部放熱部材に取り付けるための取付孔１２ａ−２，１２ａ−２を設けるようにしたことにある。このような取付孔１２ａ−２をベース部材１２ａの両側に設けられた延出部１２ａ−１に備えて、取付孔１２ａ−２にネジを通し、それを用いてネジ止めすることにより外部放熱部材に固着するようにしても、熱電モジュールで発生した熱の放熱フィンなどの外部放熱部材への熱伝達性が向上して、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようになる。
【００２３】
変形例２
図３は、上述した実施例１の熱電装置用パッケージ１０Ａの第２変形例を示しており、この変形例２の熱電装置用パッケージ１０Ａ−２においては、筐体となるフレーム部材１１は、図１の実施例１と同様である。また、取付部１１ｂに取付孔１１ｃが形成されている点でも実施例１と同様である。ここで、この変形例２の特徴は、ベース部材１２ｂの両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する延出部１２ｂ−１，１２ｂ−１を備えるとともに、この延出部１２ｂ−１，１２ｂ−１に外部放熱部材に取り付けるための取付孔１２ｂ−２，１２ｂ−２，１２ｂ−２，１２ｂ−２を設けるようにしたことにある。
【００２４】
これにより、フレーム部材１１の取付部１１ｂに形成された取付孔１１ｃにネジを通するとともに、ベース部材１２ｂの両側に設けられた延出部１２ｂ−１に形成された取付孔１２ｂ−２にネジを通し、それらを用いてネジ止めすると、ベース部材１２ｂと放熱フィンなどの外部放熱部材との密着性がさらに向上する。これにより、熱電モジュールで発生した熱の放熱フィンなどの外部放熱部材への熱伝達性がさらに向上して、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。
【００２５】
２．実施例２
図４は、実施例２の熱電装置用パッケージ１０Ｂを示しており、本実施例２の熱電装置用パッケージ１０Ｂにおいては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１３から主に構成されている。フレーム部材１１は、その長手方向の一側壁に光ファイバが取り付けられる窓枠１１ａを備えている。そして、その長手方向の両側の底部に外部放熱部材に取り付けるための取付孔１１ｃを有する取付部１１ｂを備えていない点で、上述した実施例１のフレーム部材１１と相違するが、その他は上述した実施例１のフレーム部材１１と同一である。
【００２６】
一方、本実施例２のベース部材１３は、この両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する第１延出部１３−１，１３−１と、その長手方向外方に延出する第２延出部１３−２，１３−２を備えている。そして、第２延出部１３−２，１３−２には外部放熱部材に取り付けるための取付孔１３−３を備えている。このような第１延出部１３−１および第２延出部１３−２をフレーム部材１１の幅方向および長手方向の両側に備えるようにすると、ベース部材１３の放熱面積が実施例１に比べてさらに増大するので、ベース部材１３での熱抵抗が減少することとなる。これにより、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。
【００２７】
変形例１
図５は、上述した実施例２の熱電装置用パッケージ１０Ｂの第１変形例を示しており、この変形例１の熱電装置用パッケージ１０Ｂ−１においては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１３ａから主に構成されている。なお、フレーム部材１１については、上述した図４の実施例２と同様である。また、ベース部材１３ａは、このベース部材１３ａの両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する第１延出部１３ａ−１，１３ａ−１と、その長手方向外方に延出する第２延出部１３ａ−２，１３ａ−２を備えている点では上述した図４の実施例２と同様である。
【００２８】
但し、この変形例１においては、第２延出部１３ａ−２，１３ａ−２に外部放熱部材に取り付けるための取付孔を設ける代わりに、第１延出部１３ａ−１，１３ａ−１に取付孔１３ａ−３を設けるようにした点で、図４の実施例２と相違する。このような取付孔１３ａ−３を第１延出部１３ａ−１に設け、このような取付孔１３ａ−３にネジを通し、それらを用いてネジ止めして外部放熱部材を固着するようにしても、熱電モジュールで発生した熱の放熱フィンなどの外部放熱部材への熱伝達性が向上して、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようになる。
【００２９】
変形例２
図６は、上述した実施例２の熱電装置用パッケージ１０Ｂの第２変形例を示しており、この変形例２の熱電装置用パッケージ１０Ｂ−２においては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１３ｂから主に構成されている。なお、フレーム部材１１については、上述した図４の実施例２と同様である。また、ベース部材１３ｂは、このベース部材１３ｂの両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する第１延出部１３ｂ−１，１３ｂ−１と、その長手方向外方に延出する第２延出部１３ｂ−２，１３ｂ−２を備えている点では上述した図４の実施例２と同様である。
【００３０】
但し、この変形例２のベース部材１３ｂにおいては、第２延出部１３ｂ−２に外部放熱部材に取り付けるための取付孔１３ｂ−３を備えるとともに、第１延出部１３ｂ−１，１３ｂ−１にも取付孔１３ｂ−３を設けるようにした点で、図４の実施例２と相違する。このような取付孔１３ｂ−３を第２延出部１３ｂ−２および第１延出部１３ｂ−１に設けて、この取付孔１３ｂ−３にネジを通し、それらを用いてネジ止めして外部放熱部材を固着すると、ベース部材１３ｂと外部放熱部材との密着性が向上するので、熱電モジュールで発生した熱の放熱フィンなどの外部放熱部材への熱伝達性がさらに向上して、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようになる。
【００３１】
３．実施例３
図７は実施例３の熱電装置用パッケージ１０Ｃを示しており、本実施例３の熱電装置用パッケージ１０Ｃは、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１４から主に構成されている。なお、フレーム部材１１については、図１の実施例１と同様であるので、その説明は省略する。また、取付部１１ｂに取付孔１１ｃが形成されている点でも実施例１と同様である。一方、実施例３のベース部材１４は、この両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する延出部１４−１，１４−１をベース部材１４と一体的に備えるとともに、この延出部１４−１，１４−１に複数のリブ１４−２を設けたことにある。
【００３２】
このような複数のリブ１４−２をベース部材１４に備えるようにすると、ベース部材１４の強度が補強されるため、ベース部材１４の熱変形が防止できるようになる。これにより、ベース部材１４の平面度が熱変形により増大することが防止できるようになって、ベース部材１４と放熱フィンなどの外部放熱部材との熱による密着性の低下が防止できるようになる。なお、図７においては、フレーム部材１１の長手方向と垂直方向にリブ１４−２を設けた例を示しているが、リブ１４−２を配設する方向としては、これに限定されるものではない。
【００３３】
変形例
図８は、実施例３の熱電装置用パッケージ１０Ｃの変形例を示しており、本変形例の熱電装置用パッケージ１０Ｃ−１においては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１４ａから主に構成されている。フレーム部材１１は、その長手方向の一側壁に光ファイバが取り付けられる窓枠１１ａを備えている。そして、その長手方向の両側の底部に取付部１１ｂを備えていない点で、上述した実施例３のフレーム部材１１と相違するが、その他は上述した実施例３のフレーム部材１１と同一である。一方、本変形例のベース部材１４ａは、この両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する第１延出部１４ａ−１，１４ａ−１と、その長手方向外方に延出する第２延出部１４ａ−２，１４ａ−２とがベース部材１４ａと一体的に形成されている。
【００３４】
そして、第２延出部１４ａ−２，１４ａ−２には外部放熱部材に取り付けるための取付孔１４ａ−４を備えている。また、第１延出部１４ａ−１，１４ａ−１に複数のリブ１４ａ−３が形成されている。このような複数のリブ１４ａ−３をベース部材１４ａの第１延出部１４ａ−１に備えるようにすると、ベース部材１４ａの強度が補強されるため、ベース部材１４ａの熱変形が防止できるようになる。これにより、ベース部材１４ａの平面度が熱変形により増大することが防止できるようになって、ベース部材１４ａと放熱フィンなどの外部放熱部材との熱による密着性の低下が防止できるようになる。なお、図８においては、フレーム部材１１の長手方向と垂直方向にリブ１４ａ−３を設けた例を示しているが、リブ１４ａ−３を配設する方向としては、これに限定されるものではない。
【００３５】
４．実施例４
図９は、実施例４の熱電装置用パッケージ１０Ｄを示しており、本実施例４の熱電装置用パッケージ１０Ｄにおいては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１５から主に構成されている。なお、フレーム部材１１については、図１の実施例１と同様であるので、その説明は省略する。また、取付部１１ｂに取付孔１１ｃが形成されている点でも実施例１と同様である。ここで、この実施例４のベース部材１５の特徴は、このベース部材１５の両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する延出部１５−１，１５−１を備えるとともに、この延出部１５−１，１５−１の端部に複数の切欠１５−２を設けたことにある。このような延出部１５−１の端部に複数の切欠１５−２を備えるようにすると、ベース部材１５の側面での放熱面積が増大するようになる。このため、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。なお、切欠１５−２を取付部１１ｂに対して設けるようにしてもよい。
【００３６】
変形例
図１０は、実施例４の熱電装置用パッケージ１０Ｄの変形例を示しており、本変形例の熱電装置用パッケージ１０Ｄ−１においては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１５ａから主に構成されている。フレーム部材１１は、その長手方向の一側壁に光ファイバが取り付けられる窓枠１１ａを備えている。そして、その長手方向の両側の底部に取付部１１ｂを備えていない点で、上述した実施例４のフレーム部材１１と相違するが、その他は上述した実施例４のフレーム部材１１と同一である。
【００３７】
一方、本変形例のベース部材１５ａは、この両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する第１延出部１５ａ−１，１５ａ−１と、その長手方向外方に延出する第２延出部１５ａ−２，１５ａ−２をベース部材１５ａと一体的に形成されている。そして、この第１延出部１５ａ−１，１５ａ−１の端部に複数の切欠１５ａ−３を設けたことにある。このような第１延出部１５ａ−１の端部に複数の切欠１５ａ−３を備えるようにすると、ベース部材１５ａの側面での放熱面積が増大するようになる。このため、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。なお、切欠１５ａ−３を第２延出部１５ａ−２に対して設けるようにしてもよい。
【００３８】
５．実施例５
図１１は、実施例５の熱電装置用パッケージ１０Ｅを示しており、本実施例５の熱電装置用パッケージ１０Ｅは、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１６から主に構成されている。なお、フレーム部材１１については、図１の実施例１と同様であるので、その説明は省略する。また、取付部１１ｂに取付孔１１ｃが形成されている点でも実施例１と同様である。ここで、この実施例５のベース部材１６の特徴は、このベース部材１６の両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出するとともに、この延出部から長手方向外方に延出する延出部１６−１，１６−１を備えたことにある。このような延出部１６−１，１６−１を備えるようにすると、ベース部材１６での放熱面積がさらに増大するようになる。このため、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。
【００３９】
変形例
図１２は、実施例５の熱電装置用パッケージ１０Ｅの変形例を示しており、本変形例の熱電装置用パッケージ１０Ｅ−１においては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１６ａから主に構成されている。フレーム部材１１は、その長手方向の一側壁に光ファイバが取り付けられる窓枠１１ａを備えている。そして、その長手方向の両側の底部に取付部１１ｂを備えていない点で、上述した実施例５のフレーム部材１１と相違するが、その他は上述した実施例５のフレーム部材１１と同一である。
【００４０】
一方、本変形例のベース部材１６ａは、フレーム部材１１の周囲外方に延出する周囲延出部１６ｂがベース部材１６ａと一体的に形成されているとともに、この周囲延出部１６ｂのフレーム部材１１の長手方向外方に、このパッケージ１０Ｅ−１を外部放熱部材に固定するための支持部となる取付孔１６ｃ，１６ｃ，１６ｃ，１６ｃを設けている。このような周囲延出部１６ｂを備えるようにすると、ベース部材１６ａの放熱面積がさらに増大するので、ベース部材１６ａでの熱抵抗がさらに減少することとなる。これにより、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。
【００４１】
６．実施例６
図１３は、実施例６の熱電装置用パッケージ１０Ｆを示しており、本実施例６の熱電装置用パッケージ１０Ｆは、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１７から主に構成されている。なお、フレーム部材１１については、図１の実施例１と同様であるので、その説明は省略する。また、取付部１１ｂに取付孔１１ｃが形成されている点でも実施例１と同様である。ここで、この実施例６のベース部材１７の特徴は、このベース部材１７の両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出するとともに、この延出部から長手方向外方に延出する延出部１７−１，１７−１を備え、延出部１７−１にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する複数のリブ１７−２をフレーム部材１１の長手方向と垂直方向に設けたことにある。
【００４２】
このような複数のリブ１７−２をベース部材１７に備えるようにすると、ベース部材１７の強度が補強されるため、ベース部材１７の熱変形が防止できるようになる。これにより、ベース部材１７の平面度が熱変形により増大することが防止できるようになって、ベース部材１７と放熱フィンなどの外部放熱部材との熱による密着性の低下が防止できるようになる。なお、複数のリブ１７−２の配設方向はフレーム部材１１の長手方向と垂直方向に限定されるものではなく、例えば、ベース部材１７の中心から放射状に配設するようにしても良い。
【００４３】
変形例
図１４は、実施例６の熱電装置用パッケージ１０Ｆの変形例を示しており、本変形例の熱電装置用パッケージ１０Ｆ−１においては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１７ａから主に構成されている。フレーム部材１１は、その長手方向の一側壁に光ファイバが取り付けられる窓枠１１ａを備えている。そして、その長手方向の両側の底部に取付部１１ｂを備えていない点で、上述した実施例６のフレーム部材１１と相違するが、その他は上述した実施例６のフレーム部材１１と同一である。
【００４４】
一方、本変形例のベース部材１７ａは、フレーム部材１１の周囲外方に延出する周囲延出部１７ｂが一体的に形成されているとともに、この周囲延出部１７ｂのフレーム部材１１の長手方向外方に取付孔１７ｄを設けた周囲延出部１７ｂを備えるとともに、この周囲延出部１７ｂの両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する複数のリブ１７ｃをフレーム部材１１の長手方向と垂直方向に設けたことにある。このような複数のリブ１７ｃをベース部材１７ａに備えるようにすると、ベース部材１７ａの強度が補強されるため、ベース部材１７ａの熱変形が防止できるようになる。これにより、ベース部材１７ａの平面度が熱変形により増大することが防止できるようになって、ベース部材１７ａと放熱フィンなどの外部放熱部材との熱による密着性の低下が防止できるようになる。なお、複数のリブ１７ｃの配設方向はフレーム部材１１の長手方向と垂直方向に限定されるものではなく、例えば、ベース部材１７ａの中心から放射状に配設するようにしても良い。
【００４５】
７．実施例７
図１５は、実施例７の熱電装置用パッケージ１０Ｇを示しており、本実施例７の熱電装置用パッケージ１０Ｇは、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１８から主に構成されている。なお、フレーム部材１１については、図１の実施例１と同様であるので、その説明は省略する。また、取付部１１ｂに取付孔１１ｃが形成されている点でも実施例１と同様である。ここで、この実施例７のベース部材１８の特徴は、このベース部材１８の両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出するとともに、この延出部から長手方向外方に延出する延出部１８−１，１８−１を備え、延出部１８−１に外部放熱部材に取り付けるための取付孔１８−２，１８−２を設けるようにしたことにある。このような取付孔１８−２を延出部１８−１に設け、このような取付孔１８−２にネジを挿入して、ベース部材１８と放熱フィンなどの外部放熱部材とを固着すると、ベース部材１８と放熱フィンなどの外部放熱部材との密着性がさらに向上する。これにより、熱電モジュールで発生した熱の放熱フィンなどの外部放熱部材への熱伝達性がさらに向上して、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。
【００４６】
変形例
図１６は、実施例７の熱電装置用パッケージ１０Ｇの変形例を示しており、本変形例の熱電装置用パッケージ１０Ｇ−１においては、筐体となるフレーム部材１１と、このフレーム部材１１の底蓋となるベース部材１８ａから主に構成されている。フレーム部材１１は、その長手方向の一側壁に光ファイバが取り付けられる窓枠１１ａを備えている。そして、その長手方向の両側の底部に取付部１１ｂを備えていない点で、上述した実施例７のフレーム部材１１と相違するが、その他は上述した実施例７のフレーム部材１１と同一である。
【００４７】
一方、本変形例のベース部材１８ａは、フレーム部材１１の周囲外方に延出する周囲延出部１８ｂがベース部材１８ａと一体的に形成されているとともに、この周囲延出部１８ｂのフレーム部材１１の長手方向外方に取付孔１８ｄを備えるとともに、周囲延出部１８ｂのフレーム部材１１の幅方向外方に外部放熱部材に取り付けるための取付孔１８ｃ，１８ｃを設けるようにしたことにある。このような取付孔１８ｃ，１８ｄを周囲延出部１８ｂに設け、このような取付孔１８ｃ，１８ｄにネジを挿入して、ベース部材１８ａと放熱フィンなどの外部放熱部材とを固着すると、ベース部材１８ａと放熱フィンなどの外部放熱部材との密着性がさらに向上する。これにより、熱電モジュールで発生した熱の放熱フィンなどの外部放熱部材への熱伝達性がさらに向上して、熱電モジュールで発生した熱をさらに効率よく外部に排熱できるようになる。
【００４８】
８．放熱試験
ついで、上述のようにして作製される熱電装置用パッケージの放熱性（排熱性）を検証するために、以下のようにして放熱試験を行った。即ち、図１７に示すように、まず、銅板製の恒温板２０を用意し、この恒温板２０の上にグリス２６を介して上述のようにして作製した熱電装置用パッケージ１０を配置した。そして、この熱電装置用パッケージ１０のベース部材の上にグリス２４を介して、熱電モジュール（ＴＥＣ）２１を配置した。
【００４９】
ついで、この熱電モジュール（ＴＥＣ）２１の上にＣｕＷ板２５を配置し、このＣｕＷ板２５の上に半導体レーザと同等の発熱量となるヒータ（例えば、２Ｗのもの）２２を配置した。また、このヒータ２２の近傍の温度が２５℃の一定の温度になるように熱電モジュール（ＴＥＣ）２１への通電量を制御するための温度センサ２３を配置した。なお、恒温板２０の温度が７０℃（この温度は熱電装置用パッケージ内での典型的な温度である）の一定の温度に維持できるように、恒温板２０には図示しない温度調整用の熱電モジュール（ＴＥＣ）が配置されている。
【００５０】
ここで、試験用のパッケージとしては、実施例５の変形例の熱電装置用パッケージ１０Ｅ−１と、実施例６の変形例の熱電装置用パッケージ１０Ｆ−１と、実施例７の変形例の熱電装置用パッケージ１０Ｇ−１と、比較例としての図１８に示す従来例の熱電装置用パッケージ３０を用いて行った。この場合、厚み１ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ３０．０ｍｍの２０Ｃｕ−８０Ｗ板をベース部材１６ａ，１７ａ，１８ａとして用い、各パッケージ１０Ｅ−１，１０Ｆ−１，１０Ｇ−１を構成して、放熱試験を行った。なお、ベース部材１７ａにおいては、リブ１７ｃ，１７ｃ，１７ｃの幅および厚みが１ｍｍになるように形成されている。
【００５１】
また、パッケージ１０Ｅ−１においては、同サイズでＫｏｖａｒ板をベース部材１６ａとして用いて、同様に放熱試験を行った。また、パッケージ３０においては、厚み１ｍｍ、幅１２．７ｍｍ、長さ３０．０ｍｍの２０Ｃｕ−８０Ｗ板をベース部材３２として用いた。なお、パッケージ３０においては、図１８に示すような、窓枠３４、セラミック端子３６、リード３７、シールリング３８などの部材が外してあるパッケージを用いた。この場合、各ベース部材１６ａ，１７ａ，１８ａ，３２の底面の平面度が１０μｍ未満のものを使用した。
【００５２】
そして、図示しない温度調整用の熱電モジュール（ＴＥＣ）に通電して、恒温板２０の温度を７０℃の一定温度に維持した後、ヒータ２２へ通電してヒータ２２を発熱させた。また、ヒータ２２近傍の温度が２５℃の一定温度になるように熱電モジュール（ＴＥＣ）２１への通電量を制御した。そして、このときの各パッケージ１０Ｅ−１，１０Ｆ−１，１０Ｇ−１，３０内に配置された各熱電モジュール（ＴＥＣ）２１の消費電力（Ｗ）を測定すると、下記の表１に示すような結果となった。また、このときの各ベース部材１６ａ，１７ａ，１８ａ，３２を含む熱電モジュール直下から恒温板２０までの間の熱抵抗（Ｋ／Ｗ）を熱電モジュール（ＴＥＣ）２１の代わりに、これと熱的に同サイズのヒータ２２を用いて、そのヒータ２２の直下の温度と恒温板２０の温度を求めることにより、下記の表１に示すような結果が得られた。ついで、得られた各パッケージ１０Ｅ−１，１０Ｆ−１，１０Ｇ−１の消費電力（Ｗ）はパッケージ３０の消費電力に対して、どの程度が低下していたかを算出して消費電力の削減量（％）として求めると、下記の表１に示すような結果となった。
【００５３】
【表１】
2004247543.tif 000003
【００５４】
上記表１の結果から明らかなように、フレーム部材１１の長手方向外方および幅方向外方に延出する周囲延出部１６ｂ，１７ｂ，１８ｂを備えたベース部材１６ａ，１７ａ，１８ａを用いた各パッケージ１０Ｅ−１，１０Ｆ−１，１０Ｇ−１は、ベース部材１６ａ，１７ａ，１８ａを含む熱電モジュール直下から恒温板２０までの間の熱抵抗および熱電モジュール（ＴＥＣ）の消費電力が低下していることが分かる。一方、フレーム部材４１よりも外部に延出する延出部が形成されていないベース部材３２を用いたパッケージ３０においては、ベース部材３２を含む熱電モジュール直下から恒温板２０までの間の熱抵抗および熱電モジュール（ＴＥＣ）の消費電力が大きいことが分かる。
【００５５】
これは、ベース部材１６ａ，１７ａ，１８ａに周囲延出部１６ｂ，１７ｂ，１８ｂを設けたことにより、ベース部材１６ａ，１７ａ，１８ａの放熱面積が増大して熱抵抗が減少し、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようになって、熱電モジュールでの消費電力が低減したためである。この場合、ベース部材１６ａとしてコバール（Ｋｏｖａｒ）を用いたものは、銅タングステン（２０Ｃｕ−８０Ｗ）を用いたものに比較して熱抵抗および消費電力が大きいため、ベース部材１６ａの材質としては２０Ｃｕ−８０Ｗ等の銅タングステン材料を用いるのが望ましいことが分かる。
【００５６】
【発明の効果】
上述したように、本発明においては、ベース部材１２（１３，１４，１５）、１２ａ（１３ａ，１４ａ，１５ａ）および１２ｂ（１３ｂ）の両側にフレーム部材１１の幅方向外方に延出する幅方向延出部１２−１（１３−１，１４−１，１５−１）、１２ａ−１（１３ａ−１，１４ａ−１，１５ａ−１）および１２ｂ（１３ｂ）を備えている。また、ベース部材１６（１７，１８）においては、フレーム部材１１の長手方向外方および幅方向外方に延出する延出部１６−１（１７−１，１８−１）を備えている。さらに、ベース部材１６ａ（１７ａ，１８ａ）においては、周囲延出部１６ｂ（１７ｂ，１８ｂ）を備えている。
【００５７】
このため、ベース部材１２（１３，１４，１５）、１２ａ（１３ａ，１４ａ，１５ａ）、１２ｂ（１３ｂ）、ベース部材１６（１７，１８）およびベース部材１６ａ（１７ａ，１８ａ）の放熱面積を増大させることが可能となって、熱電モジュールと放熱フィンなどの外部放熱部材との間での熱抵抗が減少することとなる。この結果、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようになるので、熱電モジュールの消費電力を低減することが可能になるとともに、小容量の熱電モジュールを用いることができ、この種の熱電モジュールを搭載した熱電装置用パッケージを安価に作製することが可能になる。
【００５８】
なお、上述した実施の形態においては、本発明を光通信装置などに使用される半導体レーザと、この半導体レーザを冷却する熱電モジュールを収容する熱電装置用パッケージについて説明したが、本発明は半導体レーザに限らず、高出力が要求される半導体素子を用い、この半導体素子を熱電モジュールで冷却する場合のパッケージに適用するのが有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の熱電装置用パッケージの要部を示す斜視図である。
【図２】実施例１の熱電装置用パッケージの第１変形例を示す斜視図である。
【図３】実施例１の熱電装置用パッケージの第２変形例を示す斜視図である。
【図４】実施例２の熱電装置用パッケージの要部を示す斜視図である。
【図５】実施例２の熱電装置用パッケージの第１変形例を示す斜視図である。
【図６】実施例２の熱電装置用パッケージの第２変形例を示す斜視図である。
【図７】実施例３の熱電装置用パッケージの要部を示す斜視図である。
【図８】実施例３の熱電装置用パッケージの変形例を示す斜視図である。
【図９】実施例４の熱電装置用パッケージの要部を示す斜視図である。
【図１０】実施例４の熱電装置用パッケージの変形例を示す斜視図である。
【図１１】実施例５の熱電装置用パッケージの要部を示す斜視図である。
【図１２】実施例５の熱電装置用パッケージの変形例を示す斜視図である。
【図１３】実施例６の熱電装置用パッケージの要部を示す斜視図である。
【図１４】実施例６の熱電装置用パッケージの変形例を示す斜視図である。
【図１５】実施例７の熱電装置用パッケージの要部を示す斜視図である。
【図１６】実施例７の熱電装置用パッケージの変形例を示す斜視図である。
【図１７】熱電装置用パッケージの放熱（排熱）試験の状態を示す断面図である。
【図１８】従来例の熱電装置用パッケージを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ａ−１，１０Ａ−２，１０Ｂ，１０Ｂ−１，１０Ｂ−２，１０Ｃ，１０Ｃ−１，１０Ｄ，１０Ｄ−１，１０Ｅ，１０Ｅ−１，１０Ｆ，１０Ｆ−１，１０Ｇ，１０Ｇ−１…熱電装置用パッケージ、１１…フレーム部材、１１ａ…窓枠、１１ｂ…取付部、１１ｃ…取付孔、１２…ベース部材、１２−１…延出部、１２ａ−１…延出部、１２ａ−２…取付孔、１２ｂ−１…延出部、１２ｂ−２…取付孔、１３…ベース部材、１３−１…第１延出部、１３−２…第２延出部、１３−３…取付孔、１３ａ…ベース部材、１３ａ−１…第１延出部、１３ａ−２…第２延出部、１３ａ−３…取付孔、１３ｂ…ベース部材、１３ｂ−１…第１延出部、１３ｂ−２…第２延出部、１３ｂ−３…取付孔、１４…ベース部材、１４−１…延出部、１４−２…リブ、１４ａ…ベース部材、１４ａ−１…第１延出部、１４ａ−２…第２延出部、１４ａ−３…リブ、１５…ベース部材、１５−１…延出部、１５−２…切欠、１５ａ…ベース部材、１５ａ−１…第１延出部、１５ａ−２…第２延出部、１５ａ−３…切欠、１５ａ−４…取付孔、１６…ベース部材、１６−１…延出部、１６ａ…ベース部材、１６ｂ…周囲延出部、１６ｃ…取付孔、１７…ベース部材、１７−１…延出部、１７−２…リブ、１７ａ…ベース部材、１７ｂ…周囲延出部、１７ｃ…リブ、１７ｄ…取付孔、１８…ベース部材、１８−１…延出部、１８−２…取付孔、１８ａ…ベース部材、１８ｂ…周囲延出部、１８ｃ…取付孔、１８ｄ…取付孔、２０…恒温板、２２…ヒータ、２３…温度センサ、２４…グリス、２５…ＣｕＷ板、２６…グリス
【図１】
2004247543.tif 000004
【図２】
2004247543.tif 000005
【図３】
2004247543.tif 000006
【図４】
2004247543.tif 000007
【図５】
2004247543.tif 000008
【図６】
2004247543.tif 000009
【図７】
2004247543.tif 000010
【図８】
2004247543.tif 000011
【図９】
2004247543.tif 000012
【図１０】
2004247543.tif 000013
【図１１】
2004247543.tif 000014
【図１２】
2004247543.tif 000015
【図１３】
2004247543.tif 000016
【図１４】
2004247543.tif 000017
【図１５】
2004247543.tif 000018
【図１６】
2004247543.tif 000019
【図１７】
2004247543.tif 000020
【図１８】
2004247543.tif 000021