(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子のペルチェ効果により熱を移動させる熱電モジュールと、この熱電モジュール上に配置された複数の電子部品と、前記熱電モジュールと前記各電子部品との間に設けられ前記電子部品を個別的に温度調節する複数の温度調節部材と、前記温度調節部材上に夫々配置され各温度調節部材の温度を検知する第１のサーミスタと、を有し、前記温度調節部材は、温度調節素子及び前記温度調節素子と前記電子部品との間に配置された第１の熱伝導部材を有することを特徴とする熱電モジュール実装装置。
【請求項２】
前記熱電モジュール上に直接前記温度調節素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュール実装装置。
【請求項３】
前記温度調節部材は、更に、前記前記温度調節素子と前記熱電モジュールとの間に配置された第２の熱伝導部材を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電モジュールの実装装置。
【請求項４】
前記熱電モジュールに設けられ、この熱電モジュールの温度を検知する第２のサーミスタを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱電モジュール実装装置。
【請求項５】
前記温度調節素子は、導通により発熱する薄膜抵抗、又は相互に平行に配置された１若しくは複数個の上部電極及び下部電極とこの電極間に接合されたｎ型熱電素子及びｐ型熱電素子とを有し、前記上部電極及び下部電極により前記ｎ型熱電素子及びｐ型熱電素子が交互に直列接続された個別熱電モジュールであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱電モジュールの実装装置。
【請求項６】
前記電子部品は、１又は複数のレーザダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱電モジュール実装装置。
【請求項７】
熱電モジュールに設けられた第２のサーミスタにより前記熱電モジュールの温度を測定し、この熱電モジュールの測定温度と第１の温度範囲とを対比して、前記熱電モジュールの測定温度が前記第１の温度範囲から外れる場合は、前記熱電モジュールの温度が前記第１の温度範囲に入ように前記熱電モジュールの出力を調節する工程と、各温度調節部材上に個別的に設けられた第１のサーミスタのうち測定対象の第１のサーミスタを選択し、この選択された第１のサーミスタにより対応する温度調節部材の温度を測定した後、その測定温度と第２の温度範囲とを対比して、前記温度調節部材の測定温度が前記第２の温度範囲から外れる場合は、この温度調節部材の温度が前記第２の温度範囲に入るように前記温度調節部材に設けられた温度調節素子の出力を個別的に調節する工程と、前記第１のサーミスタによる測定温度と前記第２のサーミスタによる測定温度との温度差が予め設定された設定温度差以下であるか否かを判定する工程と、を有し、前記第１及び第２のサーミスタの測定温度の温度差を判定する工程において、前記温度差が前記設定温度差より大きいと判定されたときは、前記熱電モジュールの出力を調節する工程及び前記前記温度調節素子の出力を個別的に調節する工程を繰り返すことを特徴とする熱電モジュール実装装置の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電発電及び熱電冷却等に使用される熱電モジュールを実装した熱電モジュール実装装置及びその温度制御方法に関し、特に、複数の電子部品の温度制御を個別的に行う熱電モジュール実装装置及びその温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば光通信用レーザダイオード等の電子部品を複数個使用する際に、全ての電子部品に共通の１つのペルチェモジュールを使用する例が特開平９−４９９４８号公報に開示されている（従来例１）。図１３は、従来例１に記載のアレイ型発光素子である。
【０００３】
図１３に示すように、従来例１のアレイ型発光素子においては、基板１３０上に、複数の発光素子１０１を１列に配列した発光素子アレイ１１０と、複数の光ファイバ１０２を平面上に配列した光ファイバアレイ１２０とが実装され、更に、発光素子アレイ１１０の発光面と光ファイバアレイ１２０の入射端面との間には、光発光素子１０１と光ファイバ１０２との結合効率を向上させるレンズアレイ１４０が挿入されている。光ファイバアレイ１２０を構成する各光ファイバ１０２は、入射端近傍に回折格子１０２ａを有し、これが発光素子１０１に対する外部共振器となり、回折格子１０２ａおける回折波長を適切に設定することにより、各光ファイバ１０２毎に出射されるレーザ光の発振波長を任意に設定することができる。また、各発光素子１０１に結合された光ファイバ１０２の後端は、基板１３０上に実装された合波器１５０に結合され、各光ファイバ１０２から注入された光を合波して光ファイバ１５１に出力する。このアレイ型発光素子は、発光素子モジュール全体がペルチェ効果素子１６０上に実装されている。ペルチェ効果素子１６０は基板１３０上に温度検出素子を有してこの出力変化により、ペルチェ効果素子１６０に駆動電流を供給する駆動回路１６２を帰還制御している。
【０００４】
また、複数個の電子部品を制御する方法として、複数のペルチェモジュールを１つずつ並べて実装した装置がある（従来例２）。図１４は、従来例２のペルチェモジュール実装装置を示す断面図である。図１４に示すように、従来例２においては、下部基板２０１の上に複数個配設された下部電極２０２を有し、各下部電極２０２上に夫々１対のｐ型熱電素子２０３ａ及びｎ型熱電素子２０３ｂが当接され、隣接する下部電極２０２上のｐ型熱電素子２０３ａとｎ型熱電素子２０３ｂとの上端が上部電極２０４により接続され、更に上部電極２０４上に上部基板２０５が配置され、ペルチェモジュール２１０が構成されている。そして、このペルチェモジュール２１０上に、Ｃｕ−Ｗ合金製ベース２１１が配置され、この上に、ＬＤ（レーザダイオード（laser diode））２１２及び温度測定用のサーミスタ２１３が載せられている。このように、ＬＤ２１２を複数個有する装置では、複数個のペルチェモジュール２１０を各ＬＤ２１２に対して、１つずつ実装することにより、各ＬＤ毎に温度制御が可能となる。なお、図示していないが、Ｃｕ−Ｗベース上にはフォトダイオードも載せられていることが多い。
【０００５】
更に、基板上にマウントするＬＤの発信波長を可変させるための微少ヒータを各ＬＤの直下の基板上に配置した半導体レーザ装置が特開平１０−２３３５４８号公報に開示されている（従来例３）。従来例３の半導体レーザ装置は、基板上に配置され複数のＬＤを１列に並べ、前記基板のＬＤをマウントする面に前記各ＬＤの直下となるように微少ヒータが設けられている。この微少ヒータによりＬＤの発信波長制御を行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１の技術では、複数の電子部品を共通のペルチェ素子を使用して温度制御するため、各電子部品を個別的に温度制御することが困難であるという問題点がある。
【０００７】
また、従来例２の技術においては、レーザダイオード１つに対して１つのペルチェモジュールを実装するため、レーザダイオードを個別に温度制御することが可能であるが、複数のペルチェモジュールを実装するため、実装面積が大きくなり、従って装置全体が大きくなると共に、組立の工数が増加するという問題点がある。
【０００８】
更に、従来例３の技術においては、複数のＬＤが同一基板上に形成されているため、個々のＬＤを温度調節すると、隣接するＬＤにも熱が伝わり個別的に正確に温度制御することが困難であった。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、複数の電子部品を個別的に温度制御ができると共に実装面積が小さく組立工数を低減することができる熱電モジュール実装装置及びその温度制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱電モジュール実装装置は、ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子のペルチェ効果により熱を移動させる熱電モジュールと、この熱電モジュール上に配置された複数の電子部品と、前記熱電モジュールと前記各電子部品との間に設けられ前記電子部品を個別的に温度調節する複数の温度調節部材と、前記温度調節部材上に夫々配置され各温度調節部材の温度を検知する第１のサーミスタと、を有し、前記温度調節部材は、温度調節素子及び前記温度調節素子と前記電子部品との間に配置された第１の熱伝導部材を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、複数のレーザダイオード等の電子部品に対して、各１つずつの温度調節部材を有しているため、１つの熱電モジュールで複数の電子部品の温度制御を個別的に行うことが可能となる。複数の電子部品が配置される熱電モジュールが１つであるため、電子部品１つに対して１つの熱電モジュールを有している従来の装置に比べて、装置を小型化することができると共に組立工数を低減することができる。
【００１２】
前記熱電モジュール上に直接前記温度調節素子が設けられていてもよい。また、前記温度調節部材は、前記前記温度調節素子と前記熱電モジュールとの間に配置された第２の熱伝導部材を有していてもよい。更に、前記熱電モジュールに設けられ、この熱電モジュールの温度を検知する第２のサーミスタを有することができる。
【００１３】
更にまた、前記温度調節素子は、導通により発熱する薄膜抵抗、又は相互に平行に配置された１若しくは複数個の上部電極及び下部電極とこの電極間に接合されたｎ型熱電素子及びｐ型熱電素子とを有し、前記上部電極及び下部電極により前記ｎ型熱電素子及びｐ型熱電素子が交互に直列接続された個別熱電モジュールとすることができる。
【００１５】
更にまた、前記電子部品は、１又は複数のレーザダイオードとすることができる。
【００１６】
本発明に係る熱電モジュール実装装置の温度制御方法は、熱電モジュールに設けられた第２のサーミスタにより前記熱電モジュールの温度を測定し、この熱電モジュールの測定温度と第１の温度範囲とを対比して、前記熱電モジュールの測定温度が前記第１の温度範囲から外れる場合は、前記熱電モジュールの温度が前記第１の温度範囲に入ように前記熱電モジュールの出力を調節する工程と、各温度調節部材上に個別的に設けられた第１のサーミスタのうち測定対象の第１のサーミスタを選択し、この選択された第１のサーミスタにより対応する温度調節部材の温度を測定した後、その測定温度と第２の温度範囲とを対比して、前記温度調節部材の測定温度が前記第２の温度範囲から外れる場合は、この温度調節部材の温度が前記第２の温度範囲に入るように前記温度調節部材に設けられた温度調節素子の出力を個別的に調節する工程と、前記第１のサーミスタによる測定温度と前記第２のサーミスタによる測定温度との温度差が予め設定された設定温度差以下であるか否かを判定する工程と、を有し、前記第１及び第２のサーミスタの測定温度の温度差を判定する工程において、前記温度差が前記設定温度差より大きいと判定されたときは、前記熱電モジュールの出力を調節する工程及び前記前記温度調節素子の出力を個別的に調節する工程を繰り返すことを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、熱電モジュールの温度を調節した後、熱電モジュール上の温度調節部材の温度を調節するため、温度調節部材上に例えばＬＤ等の電子部品を配置した場合に極めて正確に温度制御することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施例の熱電モジュール実装装置を示す上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部拡大図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
【００２０】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施例においては、バルク型熱電モジュール１上に、複数の薄膜型ヒータ２と、バルク型熱電モジュール用サーミスタ（第２のサーミスタ）３とが形成されている。薄膜型ヒータ（薄膜抵抗）２には通電用のワイヤ８が接続されている。更に、図１（ｂ）に示すように、各薄膜型ヒータ２上には夫々絶縁体（図示せず）を介してＣｕ又はＣｕ−Ｗ等の熱伝導部材からなるベース基板４が形成され、このベース基板４上にサーミスタ（第１のサーミスタ）５及びＬＤ６が形成されている。なお、図示されていないが、フォトダイオードもマウントされていることが多い。ベース基板４には、サーミスタ及びＬＤ又はワイヤ等と導通をとるための導通用パターンが形成されたアルミナの薄膜又は薄板を形成してもよい。薄膜型ヒータ２上に熱伝導部材を設けるのは、薄膜型ヒータ２からの熱をＬＤ６に均一に速く分散させると共に、各ＬＤ６毎に設けたサーミスタ５によりＬＤ６の温度を極めて正確に測定するためである。これらの薄膜型ヒータ２及びベース基板４により温度調節部材が構成されている。即ち、温度調節部材は各ＬＤ６毎に個別に設けられ、各ＬＤ６を個別に温度調整することができる。これにより、バルク型熱電モジュール用サーミスタ３により、バルク型熱電モジュール１の温度が検出され、この検出結果によりバルク型熱電モジュール１の駆動電流が帰還制御され、各ＬＤ６毎に設けられたサーミスタ５により、各薄膜型ヒータ２の温度が検出され、この検出結果に基づき各薄膜ヒータ２が通電制御される。
【００２１】
図２は、本実施例の温度調節部材の変形例を示す断面図である。本実施例においては、上部基板１１ａ上に薄膜ヒータ２及びベース基板４（熱伝導部材）を形成したが、図２に示すように、上部基板１１ａ上に温度調節部材として薄膜ヒータ２のみを形成し、この薄膜ヒータ２上に絶縁体（図示せず）を介してＬＤ６及びサーミスタ５を形成してもよい。また、上部基板１１ａ上に熱伝導部材、薄膜ヒータ及び熱伝導部材からなる積層体を形成してもよい。
【００２２】
バルク型熱電モジュール１は、例えばアルミナ又は窒化アルミニウム等からなる下部基板１１ｂの上に複数個の薄板状の例えばＣｕ等からなる下部電極１３ｂが接合されている。そして、各下部電極１３ｂ上には１対のｐ型熱電素子１２ａ及びｎ型熱電素子１２ｂがハンダ層等により接合されている。また、ｐ型熱電素子１２ａの上端は、隣接する下部電極１３ｂ上に配置されたｎ型熱電素子１２ｂに、例えばＣｕ等からなる上部電極１３ａをハンダ層等により接合することにより接続され、ｎ型熱電素子１２ｂの上端は、隣接する別の下部電極１３ｂ上に配置されたｐ型熱電素子１２ａに上部電極１３ａをハンダ層等により接合することにより接続されている。この下部電極１３ｂ及び上部電極１３ａによりｐ型熱電素子１２ａとｎ型熱電素子１２ｂとが交互に直列に接続されている。こうして、ｐ型熱電素子１２ａ、ｎ型熱電素子１２ｂ、上部電極１３ａ及び下部電極１３ｂからバルク型熱電モジュール１が構成されている。そして、上部電極１３ａ上には、例えばアルミナ等からなる上部基板１１ａが接合されている。また、この熱電素子の直列接続体の両端に配置された下部電極１３ｂにはリード線７が接続されている。なお、バルク型熱電モジュールのサーミスタ３及び個々のＬＤ６には夫々通電用の金ワイヤ（図示せず）が接続されている。
【００２３】
図３は、本実施例の薄膜型ヒータ２を示す上面図である。このような薄膜型ヒータは、ニクロムシートをバルク型熱電モジュール１上に張り付けるか、又はバルク型熱電モジュール１の上部基板１１ａに予めニクロム薄膜を成膜し、所定の形状に加工することによって形成することができる。そして、各薄膜型ヒータ２には、図１に示すように、薄膜型ヒータ２に通電する金ワイヤー８が少なくとも各２本ずつ接続されている。なお、各ヒータ及びバルク型熱電モジュールへ電流を流すためのリードにおいて、例えばマイナス側のリードをアースとして共通化し、リード線の数量を減らすこともできる。この方法は他の実施例、例えばヒータの代わりに薄膜型熱電モジュールを使用した実施例でも適用できる。
【００２４】
次に、本実施例の温度制御方法について更に詳しく説明する。図４は、本実施例の温度制御部を示す模式図である。なお、図４においては、バルク型熱電モジュール１及び薄膜型ヒータ２に接続された金ワイヤ８、７を各１本ずつのみ示し、また、ベース基板４上に配置されるＬＤ６及びフォトダイオードは図示していない。図４に示すように、バルク型熱電モジュール１及びベース基板４上に配置された夫々サーミスタ３及びサーミスタ５は、金ワイヤ３０により温度制御コントローラ３１に接続されている。また、バルク型熱電モジュール１のリード線及び薄膜型ヒータ２に接続された金ワイヤ８、７が電源３２に接続され、この電源３２が温度制御コントローラ３１に接続されている。更に、温度制御コントローラ３１にはメモリ３３が接続されている。バルク型熱電モジュール１及び各薄膜型ヒータ２は、所定の温度範囲が設定され、この温度範囲がメモリ３３に入力されている。
【００２５】
図５は、本実施例の温度制御方法を示すフローチャートである。先ず、第１のサーミスタであるバルク型熱電モジュール用サーミスタ３により、バルク型熱電モジュール１の温度を測定する（ステップ（以下、Ｓという）１）。このサーミスタ３の測定温度と、メモリ３３から出力されるバルク型熱電モジュール１の設定された温度範囲とが温度制御コントローラ３１に入力され、バルク型熱電モジュール１の測定温度が設定された温度範囲内であるか否かを対比する（Ｓ２）。このとき、サーミスタ３の温度が設定された温度範囲より高い又は低い場合は、温度制御コントローラ３１によりバルク型熱電モジュール１に流す電流値を減少又は増加させ、バルク熱電モジュール１の温度が設定された温度範囲に入る方向にバルク型熱電モジュール１の出力を下げる又は上げる。こうしてバルク型熱電モジュール１の温度調節をする（Ｓ３）。なお、本実施例においては、温度制御部材として薄膜ヒータを使用しているため、第１のサーミスタ３は第２のサーミスタ５よりも常に設定温度を低くする必要がある。
【００２６】
次に、各温度調節部材の温度調節をする。先ず、複数の薄膜型ヒータ２上に個別に配置された第２のサーミスタ５から、任意の第２のサーミスタ５を選択する（Ｓ４）。そして、制御コントローラ３１が選択された第２のサーミスタ５の設定された温度範囲をメモリから読みだし（Ｓ５）、選択された第２のサーミスタ５の温度を測定し（Ｓ６）、制御コントローラ３１でこれら２つの温度を対比し、薄膜型ヒータ２の測定温度が設定温度範囲内にあるか否かを調べる（Ｓ７）。ここで、サーミスタ５の測定温度が設定された温度範囲より高い又は低いときは、薄膜型ヒータ２の温度が設定された温度範囲に入る方向に電流を減少又は増加して薄膜型ヒータ２の温度を下げる又は上げる（Ｓ８）。なお、上述した如く、本実施例においては、温度調節部材として、薄膜ヒータ２及びベース基板４を使用したが、薄膜ヒータ２単体又は熱伝導部材、薄膜ヒータ及び熱伝導部材からなる積層体を使用する場合においても同様にこれらの温度調節部材の温度を調節する。そして、ステップ５に戻り、再びサーミスタ５を選択して温度を測定する。選択したサーミスタ５の測定温度が設定温度範囲内である場合は、全てのサーミスタ５の温度測定が完了したか否かを確認し（Ｓ９）、全てのサーミスタ５の温度測定が完了していない場合はステップ３に戻り、再びサーミスタ５を選択する。また、全てのサーミスタ５の測定が完了している場合は、熱電モジュール実装装置の温度制御が完了（Ｓ１０）する。
【００２７】
本実施例においては、バルク型熱電モジュール用サーミスタ３により、バルク型熱電モジュール１の温度を検知し、これに基づいてバルク型熱電モジュール１に供給する駆動電流を帰還制御して、例えば２０℃に温度調節する。そして、各薄膜型ヒータ２の上に配置されている各サーミスタ５により、各薄膜型ヒータ２の温度を検知し、これに基づいて各薄膜型ヒータ２に通電する各電流を制御して、例えば２５℃に調節する。この方法により各ＬＤ６を任意の温度に調節できる。各ＬＤ６の温度調節は、バルク型熱電モジュール１及び各薄膜型ヒータ２を使用して２段階に行い、更に、ＬＤ６と同一個数の薄膜型ヒータ２及びベース基板４を有すると共に各ベース基板４上にはサーミスタ５が設けられているため同一温度又は異なる温度に極めて精度よく調節することができる。更に、第１のサーミスタ３の温度を常に一定にできるため、簡単なプログラムで温度制御の精度が高い。また、従来例２のように、ＬＤ６の温度調節個別的に行う薄膜型ヒータ２を有していない場合は、バルク型ペルチェモジュール（バルク型熱電モジュール１）がＬＤと同一個数必要であったが、本実施例では、ＬＤ６を個別的に温度調整するための薄膜型ヒータ２及びベース基板４をＬＤ６と同一個数有しているため、複数のＬＤ６の温度調節を個別的に行う場合にも、バルク型熱電モジュール１は１つしか必要なく、従って、組立工数を低減することができると共に、装置全体を小型化することができる。
【００２８】
また、従来例３でヒータはＬＤの直下となるように配置されているが、本発明では、ＬＤ６と薄膜型ヒータ２との間には熱伝導部材のベース基板４が設けられ、各ベース基板４上に形成されるＬＤ６に対して個別に同一ベース基板４上にサーミスタ５を配置することができるため、各ＬＤ６の波長に適する温度になるように各ＬＤ６毎に設けられたサーミスタ５を使用して各薄膜型ヒータ２を極めて精度よく温度調節することができる。更に、従来例３のように各ＬＤが同一プラットフォーム上にあるのではなく、各薄膜型ヒータ２及びベース基板４がＬＤ６に対して個別に分割されて設けられているため、ベース基板４により薄膜ヒータ２の温度を均一にＬＤ６に伝えることができると共に各薄膜型ヒータ２及びベース基板４の間で熱の移動がなく、薄膜型ヒータ２及びベース基板４からなる温度調節部材の温度を極めて精度よく調節することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例においては、第１の実施例の温度調節部材として使用した薄膜型ヒータの代わりに個別に設けられた熱電モジュールとすることができる。本実施例においては、個別熱電モジュールとして薄膜型ペルチェモジュール（薄膜型熱電モジュール）を使用する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施例の温度調節部材を示す図であって、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。
【００３０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、薄膜型熱電モジュール２０は、例えばＣｕ等からなる下部電極２１ｂ上に、例えばＢｉ−Ｔｅ系熱電材料からなるｐ型熱電素子２２ａが接合され、この下部電極２１ｂとは隣接して配置される下部電極２１ｃ上には例えばＢｉ−Ｔｅ系熱電材料からなるｎ型熱電素子２２ｂが接合され、下部電極２１ｂ上のｐ型熱電素子２２ａの他端と、下部電極２１ｃ上のｎ型熱電素子２２ｂの他端とが、例えばＣｕ等からなる上部電極２１ａに接合されている。こうして、薄膜型熱電モジュール２０が構成されている。更に、上部電極２１ａ上にはアルミナ又は窒化アルミニウム等からなる絶縁薄膜２３が接合され、下部電極２１ｂ、２１ｃには、この薄膜型熱電モジュール２０に駆動電流を供給するためのリード線（図示せず）が設けられている。なお、熱電材料の種類及び熱電素対の数は必要に応じて適宜変更することができる。
【００３１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本実施例の応用例を示す図である。図７（ａ）は、４つの薄膜型熱電モジュール２０をバルク型熱電モジュール１上に並列して実装する例を示している。また、図７（ｂ）は、バルク型熱電モジュール１上に、５つの薄膜型熱電モジュール２０を配置している例である。バルク型熱電モジュール１上には、バルク型熱電モジュールの温度を検知するサーミスタ３が設けられている。本実施例では、バルク型熱電モジュールの上部基板が薄膜型熱電モジュールの下部基板を兼ねているが、薄膜型熱電モジュールに個別に下部基板を設けてもよい。
【００３２】
このようなバルク型熱電モジュール１の大きさは、例えば、縦が８ｍｍ、横が１６ｍｍ、高さが２．３ｍｍである。また、薄膜型熱電モジュール２０の大きさは、例えば、縦が２ｍｍ、横が２ｍｍ、高さが０．３ｍｍである。なお、第１の実施例のように薄膜型ヒータを使用する場合は、例えば、縦が２ｍｍ、横が２ｍｍ、高さが０．１ｍｍ等とすることができる。そして、これらのバルク型熱電モジュール１と薄膜型熱電モジュール又は薄膜型ヒータとを使用すると、±０．１℃以上の精度で、実装する電子部品の温度調節をすることができる。
【００３３】
本実施例の薄膜型熱電モジュールは、メッキ法及びスパッタ法等により成膜することにより形成することができるため、図７に示すように、所望の位置に容易に配置することができる。また、従来の一方向凝固法又は焼結法等を使用して作成したバルク熱電材料に微細加工を施し、小型化及び薄膜化してもよい。なお、本実施例においては、温度調節部材を薄膜型熱電モジュールとして説明したが、本発明においては、この温度調節部材は、バルク型熱電モジュール１上に個別的に温度制御できるように複数個配置することができればよく、従って温度調節部材として熱電モジュールを使用する際には、バルク型熱電モジュール１上に複数個設置することができる程度に小型であればよい。
【００３４】
本実施例においては、バルク型モジュール用サーミスタ３により、バルク型熱電モジュール１の温度を検知して、バルク型熱電モジュール１の駆動電流を制御する。そして、薄膜型熱電モジュール２０のサーミスタ５によって、薄膜型熱電モジュール２０の温度を検知し、薄膜型熱電モジュール２０に供給する駆動電流を制御する。これにより、薄膜型熱電モジュール２０を第１の実施例と同様のバルク型熱電モジュール１上であって、このバルク型ン捏電モジュール１に実装される各電子部品との間に、薄膜型熱電モジュール２０を配置すると、各電子部品の温度調節を個別的に各薄膜型熱電モジュール２０で行うことができる。
【００３５】
次に、第３の実施例について説明する。第１及び第２の実施例においては、バルク型熱電モジュール上に温度調節部材として、薄膜型ヒータ及び熱伝導部材が積層されており、この温度調節部材上に電子部品及びサーミスタを配置しているが、本実施例においては、バルク型熱電モジュール上の温度調節部材として、熱伝導部材、薄膜型ヒータ及び熱伝導部材が積層されたものを配置する。図８は、本実施例の熱電モジュール実装装置を示す断面図である。
【００３６】
図８に示すように、下部基板４１ｂ上に複数の下部電極（図示せず）が配置され、この下部電極上に１対のｐ型及びｎ型熱電素子４２ａ、４２ｂが配置され、下部電極上のｐ型熱電素子４２ａとこの下部電極と隣接する他の下部電極上のｎ型熱電素子４２ｂとが上部電極（図示せず）により接続されている。更に、これらの上部電極上に上部基板４１ａが配置され、第１及び第２の実施例と同様に、バルク熱電モジュール４０が形成されている。この上部基板４１ａ上に熱電導部材４３が配置され、更にこの上に薄膜型ヒータ４４、更に熱伝導部材４５が順次積層されている。そしてこれら熱伝導部材４３、薄膜型ヒータ４４及び熱伝導部材４５から温度調節部材が構成されている。更に、この温度調整部材上には、電子部品４６と温度調整部材の温度を検知するサーミスタ４７が配置されている。
【００３７】
熱伝導部材４５は、例えばＣｕＷ等を使用することができ、バルク熱電モジュール４０側の熱伝導部材４３は、電子部品４６を配置する熱伝導部材４３にＣｕＷを使用する場合は、下側の熱伝導部材４３には酸化アルミニウム（アルミナ）（２０Ｗ／ｍＫ）又は窒化アルミニウム（１４０乃至１７０Ｗ／ｍＫ）等の材料を使用することができる。
【００３８】
このような温度調節部材の製造方法としては、バルク熱電モジュールの上部基板４１ａ上に、アルミナ等により熱伝導部材４３となる薄膜を形成し、更にニクロム薄膜、ＣｕＷ薄膜を積層した後、所定の形状に加工することができる。なお、本実施例においては、熱伝導部材、薄膜ヒータ及び熱伝導部材からなる積層体としたが、薄膜ヒータ及び熱伝導部材からなる積層体とすることもでき、この場合は、上部基板４１ａ上に直接ヒータ薄膜を形成して所定形状に加工して薄膜ヒータを形成し、これをＣｕＷ薄膜と接合してもよい。
【００３９】
本発明の温度調節部材としては、第１及び第３並びに第２の実施例の夫々薄膜型ヒータ及び薄膜型熱電モジュールに限らず、例えば、ニクロム薄膜等の高抵抗薄膜等を使用することも可能である。
【００４０】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。第２の実施例においては、温度調節部材として、ｎ型及びＰ型の熱電素子を１つずつ有する薄膜型の熱電ジュールを使用したが、本実施例においては、複数個の熱電素子を有する個別熱電モジュールを実装したものである。図９は本実施例の熱電モジュール実装装置を示す断面図である。また、図１０は本実施例の変形例を示す断面図である。なお、図９、図１０に示す第４の実施例において、図１に示す第１の実施例と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４１】
図９に示すように、バルク型熱電モジュール１上に、個別熱電モジュール１００が形成されている。個別熱電モジュール１００は、例えばアルミナ又は窒化アルミニウム等からなる下部基板１１１ｂの上に複数個の薄板状の例えばＣｕ等からなる下部電極１１３ｂが接合されている。そして、各下部電極１１３ｂ上には１対のｐ型熱電素子１１２ａ及びｎ型熱電素子１１２ｂがハンダ層等により接合されている。また、ｐ型熱電素子１１２ａの上端は、隣接する下部電極１１３ｂ上に配置されたｎ型熱電素子１１２ｂに、例えばＣｕ等からなる上部電極１１３ａをハンダ層等により接合することにより接続され、ｎ型熱電素子１１２ｂの上端は、隣接する別の下部電極１１３ｂ上に配置されたｐ型熱電素子１１２ａに上部電極１１３ａをハンダ層等により接合することにより接続されている。この下部電極１１３ｂ及び上部電極１１３ａによりｐ型熱電素子１１２ａとｎ型熱電素子１１２ｂとが交互に直列に接続されている。こうして、ｐ型熱電素子１１２ａ、ｎ型熱電素子１１２ｂ、上部電極１１３ａ及び下部電極１１３ｂから個別熱電モジュール１００が構成されている。そして、上部電極１１３ａ上には、例えばアルミナ等からなる上部基板１１１ａが接合されている。
【００４２】
また、図１０に示すように、個別熱電モジュールの下部基板１１１ｂは形成せず、バルク型熱電モジュール１の上部基板１１ａと個別熱電モジュールの下部基板１１１ｂとを共通化した個別熱電モジュール１２０を形成してもよい。なお、上述した如く、本発明の温度調節部材はバルク型熱電モジュール１上に複数個配置される電子部品を個別的に温度制御するものであって、バルク型熱電モジュール１上に複数個配置することができる程度に小型のものが得られれば、製造方法は限定されない。
【００４３】
個別熱電モジュール１００又は１２０上には複数のベース基板１５８が形成され、各ベース基板１５８上に個別に温度制御される半導体レーザモジュール１３０及びこの半導体レーザモジュール１３０の温度を測定するサーミスタ５が形成されている。
【００４４】
更に、本実施例においても、図４に示す第１の実施例の温度制御部と同様の構成の温度制御部を有する。
【００４５】
次に、半導体レーザモジュール１３０について説明する。第１乃至第３の実施例においては、個別に温度制御される電子部品をＬＤとしたが、本実施例のように、複数の電子部品から構成される場合もある。図１１は、本実施例の半導体レーザモジュールを示す模式的側面図である。
【００４６】
図１１に示すように、ベース板１５８上に半導体レーザ素子１５４、レンズ１５０、及び受光素子１５７が固定され、半導体レーザモジュール１３０が構成されている。ベース板１５８は個別熱電モジュール１００の上部基板１１１ａに固定されている。なお、ベース板１５８を形成せず、直接上部基板１１１ａ上に電子部品を固定してもよい。半導体レーザ素子１５４はベース板１５８上に固定されたヘッダ１５６に搭載されたヒートシンク１５５上に固定されている。ヘッダ１５６は半導体レーザ素子１５４の電極用端子（図示せず）を有し、ヒートシンク１５５は半導体レーザ素子１５４の放熱を行うとと共に半導体レーザ素子１５４とほぼ同程度の熱膨張係数を有する例えばダイヤモンド、ＳｉＣ、シリコン、Ｃｕ−Ｗ溶浸材又はＣｕ−Ｗ−Ｎｉ合金等の材料から形成されて熱応力による故障を防止している。受光素子（フォトダイオード）１５７は、ヘッダ１５６の後方に設けられ半導体レーザ素子１５４の温度変化等による光出力の変化を監視し、その光出力が常に一定になるように駆動回路にフィードバックをかけている。また、レンズ１５０はレンズホルダ１５３により固定されている。レンズホルダ１５３は、半導体レーザ素子１５４から出射され広がったレーザ光がレンズ１５０により平行光になるように光軸調整された後、ベース１５８に溶接固定されている。この際、光調節後の半導体レーザ素子１５４とレンズ１５０との軸ずれ感度が１μｍ以下と高いため、固定安定度が高いＹＡＧレーザ溶接を使用することが好ましい。これにより、半導体レーザ素子１５４から出射されたレーザ光はレンズ１５０により平行に変換される。
【００４７】
次に、本実施例の温度制御方法について説明する。図１２は本実施例の温度制御方法を示すフローチャートである。本実施例においては、図５に示す第１の実施例の温度制御方法に加え、低消費電力化のための工程を有する。
【００４８】
予め、温度制御部において、バルク型熱電モジュール１の温度範囲（第１の温度範囲）がメモリに設定されている。図１２に示すように、先ず、第１のサーミスタであるバルク型熱電モジュール用サーミスタ３により、バルク型熱電モジュール１の温度を測定する（Ｓ１０１）。このサーミスタ３の測定温度と、メモリから出力されるバルク型熱電モジュール１の設定温度範囲とが温度制御コントローラに入力され、バルク型熱電モジュール１の測定温度が設定温度範囲内であるか否かを対比する（Ｓ１０２）。サーミスタの温度が設定された温度範囲から外れる場合は、バルク型熱電モジュール１へ出力する電流値を変更し、バルク型熱電モジュール１の温度調節をする（Ｓ１０３）。例えば、ここで温度調節されたバルク熱電モジュール１の温度を２０℃とする。
【００４９】
次に、各温度調節部材の温度調節をする。先ず、複数の個別熱電モジュール１００上に個別に配置された第２のサーミスタ５から、任意の第２のサーミスタ５を選択する（Ｓ１０４）。そして、制御コントローラが選択された第２のサーミスタ５の予め設定された温度範囲（第２の温度範囲）をメモリから読みだし（Ｓ１０５）、選択された第２のサーミスタ５の温度を測定し（Ｓ１０６）、制御コントローラでこれら２つの温度を対比し、個別熱電モジュール１００の測定温度が設定温度範囲内にあるか否かを調べる（Ｓ１０７）。ここで、サーミスタ５の測定温度が設定された温度範囲から外れるときは、個別熱電モジュール１００へ出力する電流値を変更して個別熱電モジュール１００の温度を調整する（Ｓ１０８）。選択したサーミスタ５の測定温度が設定温度範囲内である場合は、全てのサーミスタ５の温度測定が完了したか否かを確認する（Ｓ１０９）。ステップ１０９で確認された場合はステップ１１０に進む。個別熱電モジュール１００が例えば３個配置されている場合、各個別熱電モジュール１００が調整された温度は、例えば２３℃、２４℃、２５℃である。
【００５０】
ステップ１１０にいては、ステップ１０１において測定した第１のサーミスタ３の温度が最適であったか否かを判定する。この最適である状態とは、バルク型熱電モジュール１及び複数個の個別熱電モジュール１００の総消費電力が最低である状態である。ここでは、例えば、ステップ１０１におけるバルク型熱電モジュール１のサーミスタ３による測定温度と、ステップ１０６で測定された個別熱電モジュール１００のサーミスタ５による測定温度のうち、例えばサーミスタ３の測定温度に最も近いものとの温度差が一定温差以下でない場合は、最適状態でないと判定される。ここで最適状態でないと判定された場合は、メモリに設定されているバルク型熱電モジュール１の設定温度が書き換えられ、再びステップ１０１乃至ステップ１０９の工程を繰り返し、熱電モジュール実装装置の総消費電力が最低になるように、バルク型熱電モジュール１及び個別熱電モジュール１００の温度制御が行われる。例えば、ステップ１０２において、上述したように、バルク型熱電モジュール１の温度、即ち第１のサーミスタ３の測定温度が２０℃であり、個別熱電モジュール１００のうち、最もサーミスタ３の測定温度と近いものが２３℃で合った場合、その温度差は３℃である。ここで、ステップ１１０で低消費電力化のために許容される温度差が±２℃以内と設定されていた場合、サーミスタ３とサーミスタ５との温度差が３℃で、許容される温度差以上であるため、再びステップ１０１へ戻り、バルク型熱電モジュール１の温度を例えば２２℃に調整する。ステップ１１０において最適状態と判定された場合は、温度調整が完了する（ステップ１１１）。
【００５１】
本実施例においては、温度調節部材として個別熱電モジュール１００を使用するため、例えば薄膜ヒータを使用すると温度調節部材では加熱のみしか温度調節できなかったが、電子部品の発熱又は外部温度の変化等でバルク熱電モジュール１の温度が高くなってしまった場合においても、個別熱電モジュール１００で冷却できるため、温度制御しやすくなる。更に、温度制御方法に、総消費電力が最小であるか否かを判定する工程を有するため、熱電モジュール実装装置を低消費電力化することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、１つの熱電モジュール上に、実装する電子部品に対応する複数の温度調節部材を有しているため、複数の特性又は種類が異なる等する電子部品の温度調節を個別的に、且つ精度よく行うことが可能となる。また、装置全体を小型化する共に、組立工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施例に係る熱電モジュール実装装置を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
【図２】  本発明の第１の実施例の温度調節部材の変形例を示す断面図である。
【図３】  本発明の第１の実施例の薄膜型ヒータ２を示す上面図である。
【図４】  本発明の第１の実施例の温度制御部を示す模式図である。
【図５】  本発明の第１の実施例の温度制御方法を示すフローチャートである。
【図６】  （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施例の温度調節部材を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図７】  （ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施例の応用例を示す図である。
【図８】  本発明の第３の実施例に係る熱電モジュール実装装置を示す断面図である。
【図９】  本発明の第４の実施例に係る熱電モジュール実装装置を示す断面図である。
【図１０】  本発明の第４の実施例の変形例を示す断面図である。
【図１１】  本発明の第４の実施例の電子部品を示す側面図である。
【図１２】  本発明の第４の実施例の温度制御方法を示すフローチャートである。
【図１３】  従来例１のアレイ型発光素子モジュールを示す斜視図である。
【図１４】  従来例２の熱電モジュール実装装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１；バルク型熱電モジュール、  ２；薄膜型ヒータ、  ３、５；サーミスタ、４；ベース基板、  ６；ＬＤ、  ７；リード線、  ８；金ワイヤー、  １１ａ；下部基板、  １１ｂ；上部基板、  １２ａ、２２ａ；ｐ型熱電素子、  １２ｂ、２２ｂ；ｎ型熱電素子、  １３ａ、２１ａ；上部電極、  １３ｂ、２１ｂ、２１ｃ；下部電極、  ２０；薄膜型熱電モジュール、  ２３；絶縁薄膜
【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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