(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光モジュールであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された熱電子冷却器と、
前記熱電子冷却器上に第１の搭載部材を介して搭載された半導体発光素子と、
前記熱電子冷却器を駆動するための回路を含む半導体素子と、
前記半導体素子のサイズよりも大きな配線面を有しており該配線面上に前記半導体素子を搭載しており前記ハウジングに固定されている第１の回路基板と
を備え、
前記ハウジングは、当該発光モジュール外からの外部信号を受けるためのリード端子を有しており、
当該発光モジュールは、
該リード端子からの前記外部信号に応答して前記熱電子冷却器の温度を設定するための信号を前記半導体素子に提供する半導体制御素子と、
前記第１の回路基板上に配置されると共に前記半導体制御素子を搭載する第２の回路基板と、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間の電気的接続を可能にするための接続部材と、
前記第２の回路基板の位置を前記リード端子の位置に関連づけるように前記第２の回路基板を支持する支持部材と
を更に備える、発光モジュール。
【請求項２】
発光モジュールであって、
所定の基準面に沿って延びる設置面および搭載面を有する素子配置部を備えるハウジングと、
前記ハウジング内に配置された熱電子冷却器と、
前記熱電子冷却器上に第１の搭載部材を介して搭載された半導体発光素子と、
前記搭載面上に配置された第１の回路基板と、
前記熱電子冷却器を駆動するための回路を含み前記第１の回路基板上に配置された半導体素子と
を備え、
前記素子配置部の熱伝導率は、前記第１の回路基板の熱伝導率より大きく、
前記ハウジングは、当該発光モジュール外からの外部信号を受けるためのリード端子を有しており、
当該発光モジュールは、
該リード端子からの前記外部信号に応答して前記熱電子冷却器の温度を設定するための信号を前記半導体素子に提供する半導体制御素子と、
前記第１の回路基板上に配置されると共に前記半導体制御素子を搭載する第２の回路基板と、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間の電気的接続を可能にするための接続部材と、
前記第２の回路基板の位置を前記リード端子の位置に関連づけるように前記第２の回路基板を支持する支持部材と
を更に備える、発光モジュール。
【請求項３】
前記ハウジングは、一対の壁面を有しており、
当該発光モジュールは、
前記一対の壁面のうちの一方と前記熱電子冷却器との間に配置された第２の搭載部材と、
前記第２の搭載部材上に配置され前記半導体発光素子を駆動するための回路を含む半導体駆動素子と
を更に備える、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記ハウジングは、その一対の壁面の各々に配置され前記熱電子冷却器のための電力を受けるための一対の電源リード端子と、各電源リード端子の一端部が配置されているリード面とを有しており、
前記第１の回路基板は、前記熱電子冷却器に対面する一辺を有しており、
前記第２の回路基板は、一対のエッジと、該一対のエッジの各々に設けられた切り欠き部とを有しており、
当該発光モジュールは、
前記第２の回路基板の前記切り欠き部を介して前記一対の電源リード端子の各々からの電力を前記第１の回路基板上の電源線に提供するための配線部材と、
前記半導体素子からの駆動信号を前記熱電子冷却器へ提供するための配線部材と
を更に備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記半導体発光素子に光学的に結合されモニタ信号を提供する半導体受光素子を更に備え、
前記半導体素子は、前記モニタ信号に応答を示して前記半導体発光素子のためのＡＰＣ信号を発生する回路を含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記半導体制御素子は、
当該発光モジュール外から受ける第１の外部信号に応答をして前記半導体駆動素子をディスエイブルにするための手段と、
当該発光モジュール外から受ける第２の外部信号に応答をして前記半導体発光素子が発生する光の波長を変更するための信号を発生するための手段と
を有する、請求項３に記載の発光モジュール。
【請求項７】
前記半導体発光素子からの光を受ける光ファイバを更に備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の複数の発光モジュールと、
各発光モジュールの動作を制御するための制御信号を発生するための制御デバイスと、
前記複数の発光モジュールおよび前記制御デバイスを搭載すると共に、前記制御デバイスを各発光モジュールに接続するための配線を有する搭載基板と
を備える発光モジュール基板生産物。
【請求項９】
前記発光モジュールに接触する放熱部材と、
前記放熱部材に沿って配線基板を配置するための支持部材と
を更に備える、請求項８に記載の発光モジュール基板生産物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光モジュールおよび発光モジュール基板生産物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光モジュールは、半導体発光素子と、熱電子冷却器と、光ファイバと、パッケージを備える。半導体発光素子は、光ファイバの一端と光学的に結合されており、この光ファイバを介して出力光を提供している。半導体発光素子は、熱電子冷却器上に配置されており、熱電子冷却器は半導体発光素子の温度を調整している。熱電子冷却器は、発光モジュール外から温度調整のための信号を受けている。パッケージは、半導体発光素子、熱電子冷却器、および光ファイバを収容している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、発光モジュールの機能向上に関する研究に携わっている。この機能向上には発光モジュールのインテリジェント化が含まれており、このインテリジェント化により発光モジュールを遠隔制御することが可能になる。この研究の過程で、このインテリジェント化を達成するためには発光モジュールを制御する制御回路デバイスを発光モジュール内に配置するだけでなく、ペルチェ素子といった熱電子冷却器に信号を提供するドライバ半導体素子も発光モジュール内に配置することが必要であることを発見した。
【０００４】
しかしながら、ドライバ半導体素子は数アンペアの電流を必要とすると共に、数ワットのパワーを消費する。故に、ドライバ半導体素子のための電力を発光モジュールに導入するだけでなく、ドライバ半導体素子において発生された熱を発光モジュール外に排出することが求められる。故に、発光モジュールにおいて熱設計に関する課題が存在する。
【０００５】
そこで、熱電子冷却器を駆動するための回路を含む半導体素子を内蔵可能な構造を有する発光モジュール、およびこの発光モジュールが搭載された基板生産物を提供することとした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、発光モジュールに関する。発光モジュールは、ハウジングと、熱電子冷却器と、半導体発光素子と、半導体素子と、第１の回路基板とを備える。熱電子冷却器は、ハウジング内に配置されている。半導体発光素子は、熱電子冷却器上に第１の搭載部材を介して搭載されている。半導体素子は、熱電子冷却器を駆動するための回路を含んでいる。第１の回路基板は、半導体素子のサイズよりも大きな配線面を有しており、配線面上に半導体素子を搭載しており、そしてハウジングに固定されている。
【０００７】
第１の回路基板はハウジングに固定されているので、半導体素子により発生された熱は第１の回路基板を介してハウジング外へ放出される。第１の回路基板の配線面は半導体素子のサイズよりも大きいので、この放熱のために、第１の回路基板は、より大きな放熱面を形成する。
【０００８】
本発明の別の側面は、発光モジュールに関する。発光モジュールは、ハウジングと、熱電子冷却器と、半導体発光素子と、第１の回路基板と、半導体素子とを備える。ハウジングは、所定の基準面に沿って延びる設置面および搭載面を有する素子配置部を備える。熱電子冷却器は、ハウジング内に配置されている。半導体発光素子は、熱電子冷却器上に第１の搭載部材を介して搭載されている。第１の回路基板は、搭載面上に配置されている。半導体素子は第１の回路基板上に配置されている。また、半導体素子は熱電子冷却器を駆動するための回路を含む。
【０００９】
第１の回路基板は搭載面上に配置されており、第１の回路基板の配線面上には、半導体素子が配置されている。半導体素子により発生された熱は、第１の回路基板よりも素子配置部の熱伝導率が大きいので第１の回路基板から素子配置部へ伝わるにつれて広がり、ハウジングの搭載面に到達して設置面から放出される。
【００１０】
上記の発光モジュールは、下記に示されるような様々な形態を備えることができる。
【００１１】
発光モジュールは、別の半導体素子と、第２の回路基板と、接続部材とを更に備えるようにしてもよい。別の半導体素子の最大発熱量は、半導体素子の最大発熱量よりも小さい。第２の回路基板は、別の半導体素子を搭載していると共に、第１の回路基板上に配置されている。接続部材は、第１の回路基板と第２の回路基板との間の電気的接続を可能にするように設けられている。接続部材は、第１の回路基板上に配置されている。
【００１２】
この発光モジュールは、第２の回路基板が第１の回路基板上に配置される形態を有している。この形態によれば、発光モジュールの高機能化のために複数の半導体素子を搭載できる。発熱量が大きい半導体素子を第１の回路基板上に配置するので、放熱が効率的に行われる。
【００１３】
発光モジュールは、半導体制御素子と、第２の回路基板と、接続部材と、支持部材とを更に備えるようにしてもよい。発光モジュールでは、ハウジングは、該発光モジュール外からの外部信号を受けるためのリード端子を有している。半導体制御素子は、リード端子からの外部信号に応答して熱電子冷却器の温度を設定するための信号を半導体素子に提供する。第２の回路基板は、第１の回路基板上に配置されると共に半導体制御素子を搭載している。接続部材は、第１の回路基板と第２の基板との間の電気的接続を可能にするように設けられている。支持部材は、第２の回路基板の位置をリード端子の位置に関連づけるように、第２の回路基板を支持している。
【００１４】
この発光モジュールは、第２の回路基板が第１の回路基板上に配置される形態を有している。この形態によれば、発光モジュールの高機能化のために複数の半導体素子を搭載できる。発熱量が大きい半導体素子を第１の基板に配置するので、放熱が効率的に行われる。支持部材は、リード端子からの信号を受けるために好適な位置に第２の回路基板を配置することを可能にしている。
【００１５】
発光モジュールは、第２の搭載部材と、半導体駆動素子とを更に備えるようにしてもよい。ハウジングは、一対の壁面を有している。第２の搭載部材は、一対の壁面のうちの一方と熱電子冷却器との間に配置されている。半導体駆動素子は、半導体発光素子を駆動するための回路を含む。半導体駆動素子は、第２の搭載部材上に配置されている。この配置形態によれば、半導体駆動素子からの熱は、第２の搭載部材を介して放出される。
【００１６】
発光モジュールでは、ハウジングは、一対の電源リード端子と、リード面とを有している。電源リード端子は、ハウジングの各壁面に配置され、熱電子冷却器のための電力を受けるように設けられている。リード面は、各電源リード端子の一端部が配置されている。第１の回路基板は、熱電子冷却器に対面する一辺を有している。第２の回路基板は、一対のエッジと、切り欠き部とを有している。切り欠き部は、該一対のエッジの各々に設けられている。発光モジュールは、第１の配線部材と、第２の配線部材とを更に備えるようにしてもよい。第１の配線部材は、第２の回路基板の切り欠き部を介して一対の電源リード端子の各々からの電力を第１の回路基板上の電源線に提供するように設けられている。第２の配線部材は、半導体素子からの駆動信号を熱電子冷却器へ提供するように設けられている。この形態によれば、電源電力が、第１の回路基板に配置されており大きなパワーを消費する半導体素子に供給される。
【００１７】
発光モジュールは、半導体受光素子を更に備えるようにしてもよい。半導体受光素子は、半導体発光素子に光学的に結合されモニタ信号を提供する。半導体素子は、モニタ信号に応答を示して半導体発光素子のためのＡＰＣ信号を発生する回路を含む。
【００１８】
発光モジュールは、光ファイバを更に備えるようにしてもよい。光ファイバは、半導体発光素子からの出力光を受ける。
【００１９】
発光モジュールでは、半導体制御素子は、ディスエイブル手段と、信号発生手段とを有するようにしてもよい。ディスエイブル手段は、発光モジュール外から受ける第１の外部信号に応答をして半導体駆動素子をディスエイブルにするように動作可能である。信号発生手段は、発光モジュール外から受ける第２の外部信号に応答をして半導体発光素子が発生する光の波長を変更するための信号を発生するように動作可能である。
【００２０】
本発明の更なる別の側面は、発光モジュール基板生産物に関する。発光モジュール基板生産物は、複数の発光モジュールと、制御デバイスと、搭載基板とを備える。制御デバイスは、各発光モジュールの動作を制御するための信号を発生するように動作可能である。搭載基板は、複数の発光モジュールおよび制御デバイスを搭載すると共に、制御デバイスを各発光モジュールに接続するための配線を有する。また、発光モジュール基板生産物は、放熱部材と、支持部材とを更に備えるようにしてもよい。放熱部材は、発光モジュールに接触している。支持部材は、放熱部材に沿って配線基板を支持している。
【００２１】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述からより容易に明らかになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、半導体発光モジュールといった、本発明の実施の形態の発光モジュールを説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２３】
(第１の実施の形態)
図１は、半導体発光モジュール１を示す斜視図である。半導体発光モジュール１は、光モジュール主要部２、ハウジング４、第１の素子搭載部６、第２の素子搭載部８、第３の素子搭載部１０、および光ファイバ１２を備える。光モジュール主要部２は、所定の精度で波長が安定された光を提供する。ハウジング４としては、バタフライ型パッケージが例示される。ハウジング４は、収容部４ａ、光ファイバ支持部４ｂ、およびリード端子４ｃ、４ｄを有する。収容部４ａは、光モジュール主要部２を収容する配置空間を規定している。光ファイバ支持部４ｂは、収容部４ａの前壁に設けられており、光ファイバ１２が光モジュール主要部２と光学的に結合するように光ファイバ１２を支持している。リード端子４ｃ、４ｄは、収容部４ａの一対の側壁に設けられており、光モジュール主要部２、第１の素子搭載部６、第２の素子搭載部８、第３の素子搭載部１０に電気的に接続されている。
【００２４】
光ファイバ支持部４ｂ内には、レンズ１４、および必要な場合にはアイソレータ１６が配置されている。レンズ１４はレンズホルダ(図示せず)により保持されている。レンズ１４は、光ファイバ１２の一端に光学的に結合されている。この光学的結合を実現するために、フェルールおよびフェルールホルダが光ファイバ支持部４ｂ内に配置されている。
【００２５】
引き続いて、図１および図２を参照しながら、光モジュール主要部２の詳細な形態を説明する。図２は、半導体発光モジュール１内に配置されている主要部品を示す平面図である。
【００２６】
光モジュール主要部２は、波長が安定化された光を発生することを可能にしている。光モジュール主要部２は、固定部材２２上に固定された熱電子冷却器(例えば、ペルチェ冷却素子)２４を有する。固定部材２２の主面上には、熱電子冷却器を制御するための信号を受ける一対の導電層２２ａが設けられている。熱電子冷却器２４は、リード端子４ｃを介することなく、この一対の導電層を介して第３の素子搭載部１０に接続されており、第３の素子搭載部１０から与えられる電気信号により制御される。この電気信号に応答して、熱電子冷却器２４は、半導体発光素子３０の温度を調整する。
【００２７】
熱電子冷却器２４上には、Ｌキャリアといった素子搭載部材２６が配置されている。素子搭載部材２６の主面上には、配線基板２８が配置されている。配線基板２８には、様々な電子素子が配置されている。例えば、配線基板２８には、半導体発光素子３０、モニタ用受光素子３４、および温度検知素子３６が配置されている。半導体発光素子３０としては、ＤＦＢ型半導体レーザ素子といった半導体レーザ素子が例示される。半導体発光素子は、駆動信号に応答した光信号を生成する。半導体発光素子は、一対の端面を有する。半導体発光素子３０の一端面は、レンズ部３２を通して光ファイバ１２の一端に光学的に結合可能なように配置されている。半導体発光素子３０の他端面は、モニタ用受光素子３４に光学的に結合されている。モニタ用受光素子３４としては、フォトダイオードといった半導体受光素子が例示される。モニタ用受光素子３４は、半導体発光素子３０からの光を受けてモニタ電流を生成する。モニタ電流は、半導体素子７０のＡＰＣ(自動パワー制御)部に加えられる。ＡＰＣ部は、モニタ電流に応答して半導体駆動素子４２のための制御信号を生成する。この制御信号は、半導体駆動素子４２に加えられる。これにより、半導体発光素子３０の光パワーが制御可能になる。温度検知素子３６は、半導体発光素子３０の温度を検知するように配置されている。温度検知素子３６としてはサーミスタが例示される。
【００２８】
この形態によれば、半導体発光素子３０が素子搭載部材２６および配線基板２８を介して熱電子冷却器２４と熱的に結合される。この熱的な結合によれば、半導体レーザ素子３０の温度は、熱電子冷却器２４によって所定の範囲で制御されることができる。
【００２９】
図２を参照すると、収容部４ａの前壁には、光通過孔４ｅが設けられており、光モジュール主要部２から光ファイバ支持部４ｂに向かう光が通過する。光通過孔４ｅには、ハーメチックガラス１８が配置されており、これよって、配置空間が気密にされる。光モジュール主要部２の半導体発光素子３０は、ハーメチックガラス１８を介して光ファイバ１２に光学的に結合され、光ファイバ１２に出力光を提供している。
【００３０】
図１および図２を参照すると、第１の素子搭載部６は、搭載部材３８と、配線基板４０と、半導体駆動素子４２とを有する。搭載部材３８上には、配線基板４０が配置されている。配線基板４０上には、半導体駆動素子４２および受動素子(図示せず)が配置されている。半導体駆動素子４２は、半導体発光素子３０を駆動するための回路を含む。図２を参照すると、第１の素子搭載部６は、ハウジング４の一側壁４ｆと光モジュール主要部２との間に配置されている。この配置により、半導体駆動素子４２は、ボンディングワイヤ４４を介してリード端子４ｄから電気信号を受けることができ、ボンディングワイヤ４６といった配線部材を介して駆動信号を半導体発光素子３０に提供できる。この配置形態により、高速クロック信号および高速データ信号の伝送を可能している。高速クロック信号としては、２．５Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ程度のデータレートとすることができる。
【００３１】
図１および図２を参照すると、第２の素子搭載部８は、搭載部材５０と、配線基板５２と、電子素子５４とを有する。搭載部材５０上には、配線基板５２が配置されている。配線基板５２上には、電子素子５４が配置されている。電子素子５４としては、バイパスコンデンサといった受動素子が例示される。図２を参照すると、第２の素子搭載部８は、ハウジング４の他側壁４ｇと光モジュール主要部２との間に配置されている。この配置により、モニタ用受光素子３４は、配線基板５２から電源を受けることができる共に、モニタ信号を配線基板５２に提供できる。また、温度検知素子３６は、配線基板５２に温度検知信号を提供できる。配線基板５２と配線基板２８との電気的接続は、ボンディングワイヤ５６といった配線部材を介して行われる。この配置形態により、高速クロック信号および高速データ信号との別の経路により、種々のモニタ用信号を授受できる。これにより、半導体発光モジュール１を安定化に動作することが可能になる。
【００３２】
図２において、配線基板４０は、第１の回路基板６０と重なるように搭載部材３８から伸びているので、第２の回路基板６２の一辺に対面するようになる。この形態により、配線基板４０は、第２の回路基板６２とボンディングワイヤ８４といった配線部材によって接続可能になる。また、配線基板５２は、第１の回路基板６０と重なるように搭載部材５０から伸びているので、第２の回路基板６２の一辺に対面するようになる。この形態により、配線基板５２は、第２の回路基板６２とボンディングワイヤ８６といった配線部材によって接続可能になる。
【００３３】
図３は、図２に示されたＩ−Ｉ線に沿った半導体光モジュール１の断面図である。第１の素子搭載部６において、搭載部材３８の高さは、配線部材４０の配線面４０ａの位置が、ハウジング４の配線部４ｊの配線面４ｍの位置に製造上の誤差範囲で合うように決定されている。また、光モジュール主要部２において、配線基板２８の高さは、その配線面３８ａの位置が、配線部材４０の配線面４０ａの位置に製造上の誤差範囲で合うように決定されている。第２の素子搭載部８において、搭載部材５０の高さは、配線部材５２の配線面５２ａの位置が、ハウジング４の配線部４ｉの配線面４ｎの位置に製造上の誤差範囲で合うように決定されている。この配置により、配線部材５２の配線面５２ａの位置は、配線基板３８の配線面３８ａの位置に製造上の誤差範囲で合う。製造上の誤差範囲とは、＋３００μｍ〜−３００μｍである。
【００３４】
搭載部材３８は、ハウジング４の底部だけでなく、ハウジング４の側壁にも接触しているので、半導体駆動素子４２からの熱は側壁から主要に放出される。また、搭載部材３８は、ある程度の大きさの表面積を有している。この表面は、駆動半導体素子４２により発生される熱を空気中に放出するために利用される。このため、半導体駆動素子４２により発生される熱は、ハウジング４の底部４ｌにはほとんど到達しないと考えられる。この作用を効率的に引き起こすために、搭載部材３８はＣｕＷといった良熱伝導材料で形成される。ＣｕＷは、コバール、ステンレスといった金属材料に比べて熱伝導率が大きい。
【００３５】
図１および図２を参照すると、第３の素子搭載部１０は、光モジュール主要部２とハウジング４の後壁４ｈとの間の底面上に配置されている。図４、図５(ａ)および図５(ｂ)並びに図６を参照しながら、第３の素子搭載部１０を説明する。
【００３６】
図４は、第３の素子搭載部１０を示す図面である。第３の素子搭載部１０は、第１の回路基板６０と、第２の回路基板６２と、導電性基板６４と、支持部材６６ａ〜６６ｄと、接続部材６８と、半導体素子７０と、半導体制御素子７２とを有する。第１の回路基板６０および第２の回路基板６２は、例えば、セラミック製多層配線基板である。導電性基板６４は、第１の回路基板６０上に配置された支持部材６６ａ〜６６ｄにより支持されている。支持部材６６ａ〜６６ｄとしては柱状のメタルブロックであり、第１の回路基板６０の導電層６０ａ〜６０ｄ上に配置されている。この配置により、導電性基板６４には、支持部材６６ａ〜６６ｄを介して所定の電位、例えば接地電位が供給される。このため、導電性基板６４は、第１の回路基板６０と第２の回路基板６２とを電気的に遮蔽するために役立つ。接続部材６８は、第１の回路基板６０の一辺に沿って配線面６０ｅ上に配置されている。接続部材６８の高さは、接続部材６８の上面６８ａの位置が第２の回路基板６２の配線面６２ａの位置に合うように決定されている。これにより、ボンディングワイヤといった配線部材によって接続部材６８の導電層を配線面６２ａと電気的に接続できる。第１の回路基板６０の配線面６０ｅには、半導体素子７０が配置されている。半導体素子７０は、熱電子冷却器ドライバといった集積回路である。集積回路は、熱電子冷却器を駆動するための回路を含む。また、第２の回路基板６２の配線面６２ａには、半導体制御素子７２が配置されている。半導体制御素子７２は、熱電子冷却器２４の温度を調整するための信号を半導体素子７０に提供するための集積回路である。半導体制御素子７２は、リード端子４ｃからの外部制御信号に応答して、半導体発光素子３が発生する光の中心波長を規定するため信号を半導体素子７０に提供する。半導体素子７０は、半導体制御素子７２からの信号に応答して、熱電子冷却器２４の温度を調整するための信号を生成する。半導体制御素子７２は半導体素子７０と異なって熱電子冷却器２４を駆動することがないので、半導体制御素子７２の発熱量は半導体素子７０の発熱量より小さい。
【００３７】
図５(ａ)は、接続部材６８を示す斜視図であり、図５(ｂ)は、図５(ａ)に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った接続部材の断面図である。図５(ａ)を参照しながら、接続部材６８を示す図面である。接続部材６８は、ベース部６８ｂおよび柱状部６８ｃを有する。柱状部６８ｃは、ベース部６８ｂ上に設けられている。下記に説明される接続部材６８の構造によれば、電極間ピッチを小さくできる。故に、第１および第２の回路基板間において高密度接続が実現できる。
【００３８】
ベース部６８ｂは、第１の回路基板６０の配線面６０ｅに対面する設置面６８ｄと、設置面６８ｄに対向する第１の電極面６８ｆを有する。第１の電極面６８ｆ上には、複数の電極６８ｇ、６８ｈが設けられている。図５(ｂ)を参照すると、ベース部６８ｂには、電極６８ｇに対応した埋め込み導電層６８ｅを有する。埋め込み導電層６８ｅは、設置面６８ｄに沿って延びている。ベース部６８ｂには、電極６８ｇと埋め込み導電層６８ｅとの間にスルーホールが設けられており、このスルーホールには導電プラグ部６８ｊが設けられている。これらの電極および導電層を支持するために、ベース部６８ｂは絶縁部６８ｋを有する。絶縁部６８ｋの材料は、例えばセラミックである。
【００３９】
柱状部６８ｃは、第２の電極面６８ａを有する。第２の電極面６８ａ上には、複数の電極６８ｍ、６８ｎが設けられている。図５(ｂ)を参照すると、埋め込み導電層６８ｅは、設置面６８ｄに沿って延びている。柱状部６８ｃには、電極６８ｍと埋め込み導電層６８ｅとの間にスルーホールが設けられており、このスルーホールには導電プラグ部６８ｐが設けられている。これまでの説明は電極６８ｇに関して行われたが、同様の構造は電極６８ｈにも形成されている。
【００４０】
接続部材６８の構造により、第１の電極面６８ｆ上の電極６８ｇ、６８ｈは、それぞれ、第２の電極面６８ａ上の電極６８ｍ、６８ｎに電気的に接続される。電極６８ｇ、６８ｈは、第１の回路基板６０上の配線層と接続される。電極６８ｍ、６８ｎは、第２の回路基板６２上の配線層と接続される。
【００４１】
図６は、第１の回路基板６０の配線面上の主要な導電層を示す。本実施の形態では、第１の回路基板６０はセラミック多層配線基板であり、最上面に現れた導電層のみを示している。第１の回路基板６０においては、電極６０ｆが配線面６０ｅの一辺に沿って設けられている。この辺は、ハウジング４の後壁４ｈに対面している。電極６０ｆ上には、接続部材６８が配置される。この一辺に対向する他辺は、熱電子冷却器２４に対面している。この他辺と半導体素子７０との間には、熱電子冷却器２４に加える信号のための導電層６０ｇ、６０ｈが設けられている。導電層６０ｇ、６０ｈの幅は、他の導電層の幅よりも広い。また、配線面６０ｅには、電極６０ｉ、６０ｋ、６０ｍ、６０ｎが設けられている。これらの電極６０ｉ、６０ｋ、６０ｍ、６０ｎには、熱電子冷却器２４に与えるための電流が流される。電極６０ｇ、６０ｈは、光モジュール主要部２の電極２２ａと電気的な接続のために利用される(図２参照)。電極６０ｉ、６０ｋは、第２の回路基板６２からのボンディングワイヤ(図２の７８ａ、７８ｂ)を受けるためのパッド電極である(図２参照)。このため、電極６０ｉ、６０ｋは、ハウジング４の各側壁４ｆ、４ｇに対面する辺に設けられている。さらに、複数の配線層６０ｐが、配線面６０ｅの電極６８ｆに対面するように設けられている。配線層６０ｐは、接続部材６８の電極６８ｇ、６８ｈと接続される。尚、ボンディングワイヤ７８ａ、７８ｂは、より大きな径のリード線に置き換えることができる。
【００４２】
図７は、第２の回路基板６２の配線面６２ａ上の主要な導電層を示す。本実施の形態では、第２の回路基板６２はセラミック多層配線基板であり、最上面に現れた導電層のみを示している。第２の回路基板６２おいては、電極６２ｂが配線面６２ａの一辺に沿って設けられている。この辺は、接続部材６８に対面している。電極６２ｂは、接続部材６８の電極６８ｍ、６８ｎと電気的に接続される。この一辺に対向する他辺は、第１の素子搭載部６の配線基板４０および第２の素子搭載部８の配線基板５２に対面している。この他辺と半導体制御素子７２との間には、半導体駆動素子４２に加える信号のための導電層６２ｃと、配線基板２８上に配置されているモニタ素子３４、３６からの信号を受けるための導電層６２ｄが設けられている。また、配線面６２ａには、電極６２ｅ、６２ｆ、６２ｇおよび電極６２ｈ、６２ｊ、６２ｋが設けられている。これらの電極６２ｅ、６２ｆ、６２ｇ、６２ｈ、６２ｊ、６２ｋには、熱電子冷却器２４に与えるための電流が流される。電極６２ｅ、６２ｈと電極６２ｆ、６２ｊとは、導電層６２ｇ、６２ｋによって接続されている。電極６２ｅ、６２ｈは、リード端子４ｃ、４ｄと電気的に接続される。電極６２ｅ、６２ｈは、リード端子４ｃ、４ｄからのボンディングワイヤ(図２の７６ａ、７６ｂ)といった配線部材を受けるためのパッド電極である(図２参照)。このため、電極６２ｅ、６２ｈは、ハウジング４の各側壁４ｇ、４ｈに対面する辺に設けられている。第２の回路基板６２は、ハウジング４の各側壁４ｆ、４ｇに対面する辺に切り欠き部６２ｍ、６２ｎを有する。電極６２ｆ、６２ｊは、それぞれ、切り欠き部６２ｍ、６２ｎに対面するように設けられている。電極６２ｆ、６２ｊは、第１の回路基板６０上の電極６０ｊ、６０ｋと電気的な接続のために利用される。電極６２ｆ、６２ｊは、第１の回路基板６０から切り欠き部６２ｍ、６２ｎを介して伸びるボンディングワイヤ(図２の７８ａ、７８ｂ)といった配線部材を受けるためのパッド電極である(図２参照)。
【００４３】
図８は、図２に示された半導体光モジュール１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。接続部材６８の電極６８ｍ、６８ｎは、第２の回路基板６２上の電極６２ｂにボンディングワイヤ８０によって接続されている。接続部材６８の電極６８ｇ、６８ｈは、第１の回路基板６０上に電極６０ｐにボンディングワイヤ８２によって接続されている。
【００４４】
図８を参照すると、ハウジング４の底面４ｋ上には、光モジュール主要部２および第３の素子搭載部１０が配置されている。図示されていないが、第１および２の素子搭載部６、８も、ハウジング４の底面４ｋ上に配置されている。これらの部品６，８、１０は、半田といった接着部材を介して底面４ｋに固定されている。また、第３の素子搭載部１０は、底面４ｋ上に設けられた突起４ｍによって位置決めされている。第３の素子搭載部１０の第１の回路基板６０の底面は、底面４ｋに接着部材を介して接触している。この構造により、半導体素子７０によって発生される熱Ａは、第１の回路基板６０によって広げられる。広げられた熱Ｂは、第１の回路基板６０から底部４ｋに伝搬する。熱Ｂは、ハウジング４の底部４ｋによって広げられる。広げられた熱Ｃは、ハウジング４の設置面４ｎを介して放熱部(図示せず)に伝搬する。この構造により、半導体素子７０からの熱は順に拡散され、この結果、放熱面積が大きくなる。
【００４５】
図９は、半導体発光モジュール１の半導体制御素子７２の機能ブロック図である。半導体制御素子７２は、メモリ手段７３ａと、中央演算処理手段７３ｂと、ディスエイブル手段７３ｃと、信号発生手段７３ｄと、異常通知手段７３ｅと、熱電子冷却器モニタ手段７３ｆと、駆動素子モニタ手段７３ｇとを有する。メモリ手段７３ａは、中央演算処理手段７３ｂにおいて実行されるプログラムを記憶する。ディスエイブル手段７３ｃは、半導体発光モジュール１外から受ける外部信号に応答をして半導体駆動素子４２をディスエイブルにするように動作する。信号発生手段７３ｄは、半導体発光モジュール１外から受ける外部信号に応答をして半導体発光素子３０が発生する光の波長を変更するための信号を発生する。異常通知手段７３ｅは、当該半導体発光モジュール１が正常に動作できないことを示す信号を発生する。熱電子冷却器モニタ手段７３ｆは、熱電子冷却器２４が正常に動作しているかを示す信号を生成する。駆動素子モニタ手段７３ｇは、半導体駆動素子４２が正常に動作しているかを示す信号を生成する。これらの手段により、半導体発光モジュール１のインテリジェント化が達成されている。
【００４６】
(第２の実施の形態)
図１０は、基板生産物９０と、外部制御装置９８とを示すブロック図である。基板生産物９０は、半導体発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと、マスタ半導体制御素子９２と、バス線９４ａと、プルアップ抵抗９６とを備える。マスタ半導体制御素子９２は、制御ライン９４ｂを介して外部制御装置９８に接続されており、またバス線９４ａを介して半導体発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの各々に接続されている。このために、マスタ半導体制御素子９２は２つのインタフェースを有する。個々のインタフェースは、それぞれ別のプロトコルフォーマットに対応している。マスタ半導体制御素子９２は、一方のプロトコルフォーマットを他方のプロトコルフォーマットに双方向に変換できる。例えば、外部制御装置９８は、マスタ半導体制御素子９２とＲＳ２３２Ｃインタフェースで接続される。マスタ半導体制御素子９２は、半導体発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとＩ2Ｃバスで接続される。マスタ半導体制御素子９２は、外部制御装置９８からのＲＳ２３２Ｃフォーマットの制御信号をＩ2Ｃフォーマットの制御信号に変化することができ、この逆も行うことができる。マスタ半導体制御素子９２は、デバイスＩＤによって半導体発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのいずれか１個を選択的に制御できる。この制御によって、該当半導体発光モジュールの波長変更、動作不能化、および選択的動作を可能にする。
【００４７】
(第３の実施の形態)
図１１は、基板生産物９０の一実施の形態を示す正面図である。基板生産物９０は、半導体発光モジュール１ａと、配線基板１０２と、放熱部材１０４と、放熱シート１０６と、支持部材１０８とを備える。図１１では、単一の半導体発光モジュール１ａが例示的に示されているが、基板生産物９０は複数の半導体発光モジュールを備えることができる。半導体発光モジュール１ａの設置面(図８の４ｎ)は、放熱部材１０４上に配置されている。これにより、半導体素子７０からの熱が放熱部材１０４に伝達される。例えば、放熱部材１０４の材料はアルミニウムである。また、設置面(図８の４ｎ)と放熱部材１０４との間には、放熱シート１０６が配置されている。放熱シート１０６は、例えばＰＳＧグラファイトといった材質であり、設置面４ｎと放熱部材１０４との両方に接触するように設けられ設置面４ｎから放熱部材１０４への効率的な熱伝導を可能にする。詳述すれば、放熱シート１０６は、設置面４ｎと放熱部材１０４との両方に密着するような部材であるので、設置面４ｎと放熱部材１０４が共に金属等で構成された場合でも、設置面４ｎから放熱部材１０４へ効率的に熱が伝達される。半導体光モジュール１ａのリード端子４ｃ、４ｄは、配線基板１０２の配線面に位置合わせされている。これを可能にするために、支持部材１０８は、配線基板１０２を放熱部材１０４から所定の間隔で離間するように機能している。この構造により、電気的な接続と、良好な放熱との両方を可能になる。
【００４８】
(第４の実施の形態)
図１２〜図１７を参照しながら、半導体発光モジュール１を製造する工程を説明する。
【００４９】
図１２は、ハウジング４の平面図を示す。ハウジング４の底面は、突起４ｍによって、所定の軸方向に沿って２つの領域に分割される。一方の領域は、所定の軸に交差する方向に３つの領域に分割される。３領域のうちの中央の領域１１０ａには、光モジュール主要部２が配置される。領域１１０ａに隣接する領域１１０ｂには、第１の素子搭載部６が配置される。領域１１０ａに隣接する領域１１０ｃには、第２の素子搭載部８が配置される。領域１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに隣接する領域１１０ｄには、第３の素子搭載部１０が配置される。
【００５０】
図１３を参照すると、第１の領域１１０ａに搭載部材２２および熱電子冷却器２４が配置される。次に、図１４に示されるように、第３の素子搭載部１０が準備される。
【００５１】
図１４に加えて図４も参照すると、第３の素子搭載部１０は、次のように形成される。第１の回路基板６０上には、導電性基板６４および複数の柱状部材６６ａ〜６６ｄが固定される。この固定は、半田といった導電性接着部材を介して行われる。第１の回路基板６０の配線面に半導体素子７０が搭載される。半導体素子７０の固定は、半田といった導電性接着部材を介して行われる。続いて、接続部材６８が、第１の回路基板６０上に配置される。接続部材６８の固定は、半田といった導電性接着部材を介して行われる。この後に、第１の回路基板６０上の導電層、接続部材６８上の電極、および半導体素子７０の間の接続を行う。この接続は、ボンディングワイヤといった配線部材によって行うことができる。次いで、第２の回路基板６２が、導電性基板６４に固定される。この固定は、半田といった導電性接着部材を介して行われる。続いて、第２の回路基板６２の配線面に半導体制御素子７２が搭載される。半導体制御素子７２の固定は、半田といった導電性接着部材を介して行われる。この後に、第２の回路基板６２上の導電層、接続部材６８上の電極、および半導体制御素子７２の間の接続を行う。この接続は、ボンディングワイヤといった配線部材によって行うことができる。これによって、第３の素子搭載部１０が完成する。
【００５２】
このように形成された第３の素子搭載部１０は、領域１１０ｄに配置される。熱電子冷却器２４への制御信号を伝えるために、第３の素子搭載部１０と搭載部材２２との間に接続部材、例えばボンディングワイヤ７４(図１５参照)を形成する。次いで、図１５に示されるように、第１の素子搭載部６および第２の素子搭載部８が準備される。第１の素子搭載部６は、領域１１０ｂに配置される。第２の素子搭載部８は、領域１１０ｃに配置される。続いて、図１６に示されるように、配線基板４０、５２、６２とハウジング４のリード端子４ｃ、４ｄとの間に配線部材、例えばボンディングワイヤ７６ｂを形成すると共に、配線基板４０、５２と第２の回路基板６２との間に配線部材、例えばボンディングワイヤ８４、８６を設ける。
【００５３】
次に、配線基板２８上に半導体発光素子３０、モニタ用受光素子３４、および温度検知素子３６を搭載すると共に、これらを接続する配線を形成する。Ｌキャリアといった素子搭載部材２６を介して、この組み立てられた配線基板２８を熱電子冷却器２４上に配置する。それから、配線基板４０、５２と配線基板２８との間に接続部材、例えばボンディングワイヤ４６、５６を設ける(図１６参照)。
【００５４】
この後に、収容部４ａを蓋５で覆い、ハウジング４を気密に封止する。光ファイバ支持部４ｂを準備する。光軸調整を行った後に、光ファイバ支持部４ｂを収容部４ａの前壁に固定する。これによって、図１７に示すような半導体発光モジュール１が完成する。
【００５５】
実施例の半導体発光モジュールは、半導体発光素子を不活性ガスで気密に封止するための収容空間を有するハウジングを備えている。これまでの半導体発光モジュールでは、半導体発光素子およびペルチェ素子をハウジング内に収容していた。しかしながら、ペルチェ素子を制御するペルチェ素子制御回路素子は、半導体発光モジュールとは別個に設けられていた。詳述すれば、搭載基板に半導体発光モジュールを搭載すると共にペルチェ制御回路素子は、別の搭載基板に搭載した後に、半導体発光モジュールとペルチェ制御回路素子とを配線回路で電気的に接続していた。
【００５６】
発明者らの研究によれば、半導体発光モジュールの高機能化が求められている。これに応じるためには、ペルチェ制御回路素子をハウジング内に収容することが必要である。しかしながら、ペルチェ制御回路素子の発熱は大きい。これをハウジング内に収容すると、他の電子素子の動作に影響を及ぼす可能性がある。
【００５７】
そこで、実施例の半導体発光モジュールは、ペルチェ制御回路素子を第１の回路基板に半田を介して接着すると共に、第１の回路基板をハウジングの底部に半田を介して接着している。この構成により、ペルチェ制御回路素子からの熱は、ハウジングの底部に主要に放出される。故に、ペルチェ制御回路素子からの熱の影響が半導体発光素子へ及ぶことを低減できる。また、第１の回路基板よりもハウジングの底部の熱伝導率を大きくなるように設定している。この構成により、ペルチェ制御回路素子からの熱はハウジングの底部に向けて順次に広がる。故に、ハウジングの底部の表面を放熱面として利用可能になる。さらに、半導体発光素子が搭載される回路基板を第１の回路基板と別個に設けているので、ペルチェ制御回路素子から半導体発光素子を離れて配置できる。半導体駆動素子を搭載する搭載部材は、ハウジングの底面上に配置されると共に、ハウジングの側壁にも接触するように配置されている。この配置により、半導体駆動素子からの熱は搭載部材を介してハウジングの底面よりもむしろ側面に放出される。故に、ハウジングの底面は、ペルチェ制御回路素子からの熱の放出のために利用される。加えて、第２の回路基板を柱状部材を介して第１の回路基板上に配置すると共に、第１の回路基板と第２の回路基板との電気的接続を接続部材を介して行っている。接続部材により、高密度の配線が可能になる。さらにまた、第２の回路基板の位置をリード端子の位置に合わせているので、配線部材の配線長を短縮できる。したがって、放熱特性に優れると共に、高機能な半導体発光モジュールが提供される。
【００５８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更できることは、当業者によって認識される。発光モジュールは、本明細書に記載された半導体光モジュールの具体的な形態に限定されるものではない。例えば、第３の素子搭載部は２枚の回路基板から構成されているが、３枚以上の回路基板を備えるようにしてもよい。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱電子冷却器を駆動するための回路を含む半導体素子を内蔵可能な構造を有する発光モジュール、およびこの発光モジュールが搭載された基板生産物が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、半導体発光モジュールを示す斜視図である。
【図２】図２は、半導体発光モジュール内に配置されている主要部品を示す平面図である。
【図３】図３は、図２に示されたＩ−Ｉ線に沿った半導体光モジュールの断面図である。
【図４】図４は、第３の素子搭載部を示す図面である。
【図５】図５(ａ)は、接続部材を示す斜視図であり、図５(ｂ)は、図５(ａ)に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った接続部材の断面図である。
【図６】図６は、第１の回路基板の配線面上の主要な導電層を示す平面図である。
【図７】図７は、第２の回路基板の配線面上の主要な導電層を示す平面図である。
【図８】図８は、図２に示された半導体光モジュールのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】図９は、半導体制御素子の機能ブロック図である。
【図１０】図１０は、基板生産物および外部制御装置を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、基板生産物の一実施の形態を示す正面図である。
【図１２】図１２は、ハウジングの底面を示す平面図を示す。
【図１３】図１３は、半導体発光モジュールを製造する方法を説明するための工程図である。
【図１４】図１４は、半導体発光モジュールを製造する方法を説明するための工程図である。
【図１５】図１５は、半導体発光モジュールを製造する方法を説明するための工程図である。
【図１６】図１６は、半導体発光モジュールを製造する方法を説明するための工程図である。
【図１７】図１７は、半導体発光モジュールを製造する方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１…半導体発光モジュール、２…光モジュール主要部、４…ハウジング、６…第１の素子搭載部、８…第２の素子搭載部、１０…第３の素子搭載部、１２…光ファイバ、２４…熱電子冷却器、３０…半導体発光素子、３４…モニタ用受光素子、３６…温度感知素子、４２…半導体駆動素子、５４…受動素子、６０…第１の回路基板、６２…第２の回路基板、６８…接続部材、７０…半導体素子、７２…半導体制御素子
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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