【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムや光情報処理システムに適用する光モジュールに関し、特に温度制御が必要な光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光モジュールに用いられる半導体レーザ素子は、温度変化に伴い光出力の低下や劣化が生じ、発振特性が変化する。そのため、光モジュールの伝送特性に影響を与える。
近年、光通信において高速化、大容量化が進んでおり、それを実現するために半導体素子は高速化、高出力化され発熱量が飛躍的に増加しつつあり、冷却能力を改善する必要がある。
【０００３】
その方法として、特開平１１−３５４８９０号公報に記載されているようにパッケージ内に少なくとも２段に形成されたペルチェ素子からなる冷却器を搭載し、温度制御がもっとも必要な半導体レーザ素子を最上段のペルチェ素子上に搭載し、その他の部品を２段目のペルチェ素子上に搭載する方法がある。
【０００４】
また、ドライバ内蔵型の光モジュールにおいては、特開平１０−２４７７５７号公報に記載されているように半導体レーザ素子を駆動させるドライバＩＣは、高速化に伴い消費電力が増大し発熱量が増加するため、半導体レーザ素子に熱が伝わりにくくさせた上で放熱する必要があり、半導体レーザ素子に隣接させた状態でヒートシンクなどの上に搭載する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記記載の従来技術の光モジュールにおいては、高速化、大容量化に伴う発熱量の増加に対応した半導体レーザ素子やドライバＩＣ等の冷却構造としては冷却性能を向上できる利点がある。しかし、その反面、放熱経路となるパッケージの底板の温度は上昇し、複数の材質からなるパッケージ全体で考えると温度分布が非常に大きくなる。温度分布が大きくなると、各材質の熱膨張係数の違いによりパッケージの変形量が増大し、光軸のずれが大きくなり、トラッキングエラー（温度による光出力の変動）の原因になるという問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決することにあり、冷却性能を向上させ、かつパッケージ全体の温度分布を小さくし、パッケージの変形を抑えてトラッキングエラーの低減ができる光モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の方法として、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射される光をモニタして光強度の制御を行うためのモニタ素子と、前記半導体レーザ素子から出射される光を変換するレンズとを搭載する搭載基板と、前記搭載基板を収容するパッケージから構成される光モジュールにおいて、前記搭載基板が設置されているパッケージの内壁に対応する外壁にペルチェ素子からなる冷却器を搭載することにより達成できる。
【０００８】
また、第２の方法として半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射される光をモニタして光強度の制御を行うためのモニタ素子と、前記半導体レーザ素子から出射される光を変換するレンズとを搭載する搭載基板と、前記搭載基板を収容するパッケージから構成される光モジュールにおいて、前記搭載基板をペルチェ素子からなる冷却器に搭載しパッケージに収容し、前記搭載基板が設置されているパッケージの内壁に対応する外壁にもペルチェ素子からなる冷却器を搭載することにより達成できる。
【０００９】
また、第１、２の方法に前記搭載基板上、もしくは前記搭載基板に隣接されて設置された台座上に前記半導体レーザ素子を駆動させるドライバＩＣを搭載することより達成できる。
【００１０】
さらに、第１、２の方法に前記搭載基板上にパッケージ内壁、外壁に搭載されたペルチェ素子からなる冷却器を制御するための温度測定用サーミスタを搭載することより達成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、実施例を用い、図を参照して説明する。
図２は本発明による光モジュールの第１の実施例に係る平面図である。半導体レーザ素子１は、前記半導体レーザ素子１から出射された光をモニタして光強度の制御を行うモニタ素子２と、前記半導体レーザ素子１から出射される光を変換するレンズ３と、戻り光を阻止するアイソレータ４とを一緒に光軸上に整列されて搭載基板５に搭載されている。搭載基板５は、冷却器（図示せず）を介してパッケージ底板６に搭載される。搭載基板５と冷却器とパッケージ底板６の関係は、後の図で説明する。パッケージ側板７には、半導体レーザ素子１から出射された光をパッケージ外部に出射するためのホルダ８が光軸上に配置されている。ホルダ８には場合によりレンズが内蔵されるときもある。また、ホルダ８の先端にはファイバやレンズなどが接続される。本発明ではホルダ８の先端以降の構成について省略する。また、搭載基板５上には半導体レーザ素子１を一定の温度範囲（例えば２５±１℃）に保つために冷却器の制御に用いる温度測定用のサーミスタ９が搭載されている。サーミスタ９の搭載位置は、温度変化の応答速度を速くするために半導体レーザ素子１に近い方が望ましいのは言うまでもない。パッケージ底板６には台座１０が設置され、その上にはドライバＩＣ１１が搭載されている。パッケージ側板７には配線基板１２が設置され、外部基板（図示せず）との接続用にリード１３が設置されている。本発明ではパッケージの気密を保つためにパッケージ蓋は説明を省略したが必要であるのは言うもでもない。また、各種基板の配線パターン、基板や素子を接続する部材（ボンディングワイヤやリボンワイヤなど）、終端抵抗やチップコンデンサなどの部品も説明を省略したが必要であるのは言うもでもない。搭載基板５やパッケージ底板６や台座１０は、高剛性、高熱伝導性の材質（例えば窒化アルミニウム）が望ましい。
【００１２】
図１は図２のＡ−Ａ部の断面図である。搭載基板５は、冷却器２０に搭載されパッケージ底板６上に搭載されている。パッケージ底板６の外側には冷却器３０が搭載されている。冷却器２０、３０は、それぞれペルチェ素子２１、３１と吸熱板２２、３２と放熱板２３、３３から構成される。吸熱板２２、３２と放熱板２３、３３の材質は、高剛性、高熱伝導性のセラミックを用いるのが一般的である。ドライバＩＣ１１から発生した熱は、主に台座１０、パッケージ底板６、冷却器３０と伝わり放熱していく。搭載基板５上の部品から発生した熱は、主に冷却器２０、パッケージ底板６、冷却器３０と伝わり放熱していく。
【００１３】
本発明によれば、搭載基板５上からドライバＩＣ１１を排除することにより半導体レーザ素子１に伝わる熱を減少でき温度制御が容易になり半導体レーザ素子１の発振特性の安定を容易にすることができる効果がある。また、冷却器３０をパッケージの外に搭載することにより冷却器３０の外形の制約が緩和され、高性能な冷却器３０を選択でき冷却能力を向上できる効果がある。さらに、パッケージ底板６の熱を効率よく放熱できるのでパッケージ全体の温度分布を小さくすることができパッケージの変形を抑制しトラッキングエラーの低減できる効果がある。
【００１４】
図３は本発明による光モジュールの第２の実施例に係る断面図であり、図２のＡ−Ａ部に相当する断面である。搭載基板５上には図２で説明した部品のほかにドライバＩＣ１１も搭載されており搭載基板５は直接パッケージ底板６に搭載されている。そして、パッケージ底板６の外側には冷却器３０が設置されている。この構造が適用できる前提として、ドライバＩＣ１１の発熱量が小さいか、もしくは半導体レーザ素子１が温度変動による発振特性の安定性の良い素子か、もしくは両方を満足する場合である。
【００１５】
本発明によれば、パッケージ内の部品点数が少なくてすみ組立が容易にでき、かつ製造コストを低減できる効果がある。また、冷却器３０をパッケージの外に搭載することにより冷却器３０の外形の制約が緩和され、高性能な冷却器３０を選択でき冷却能力を向上できる効果がある。また、冷却器を内蔵する必要がないためパッケージの高さを低くでき薄形化が図れる効果がある。さらに、パッケージ底板６の熱を効率よく放熱できるのでパッケージ全体の温度分布を小さくすることができ、パッケージの変形を抑制しトラッキングエラーの低減できるという効果がある。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所期の目的を達成することができた。すなわち、パッケージ底板の熱を効率よく放熱できるので、パッケージ全体の温度分布を小さくすることができパッケージの変形を抑制しトラッキングエラーの低減できる効果がある。また、冷却器をパッケージの外に搭載することにより冷却器の外形の制約が緩和され、高性能な冷却器を選択でき容易に冷却能力を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光モジュールの第１の実施例に係る断面図である。
【図２】本発明による光モジュールの第１の実施例に係る平面図である。
【図３】本発明による光モジュールの第２の実施例に係る断面図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ素子、５…搭載基板、６…パッケージ底板、２０…冷却器、２１…ペルチェ素子、２２…吸熱板、２３…放熱板、３０…冷却器、３１…ペルチェ素子、３２…吸熱板、３３…放熱板。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical module applied to an optical communication system and an optical information processing system, and more particularly to an optical module requiring temperature control.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor laser device used for an optical module, a decrease or deterioration of an optical output occurs with a change in temperature, and the oscillation characteristics change. Therefore, it affects the transmission characteristics of the optical module.
In recent years, the speed and capacity of optical communications have been increasing, and in order to achieve this, semiconductor devices have been increased in speed and output, and the amount of heat generation has been dramatically increased, and it is necessary to improve cooling capacity. is there.
[0003]
As a method, as described in JP-A-11-354890, a cooler comprising a Peltier device formed in at least two stages is mounted in a package, and the semiconductor laser device requiring the most temperature control is placed in the uppermost stage. And mounting other components on the second-stage Peltier element.
[0004]
Further, in an optical module with a built-in driver, a driver IC for driving a semiconductor laser element, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-247775, increases power consumption and heat generation with an increase in speed. In addition, it is necessary to dissipate heat after making it difficult for the semiconductor laser element to conduct heat, and there is a method of mounting the semiconductor laser element on a heat sink or the like adjacent to the semiconductor laser element.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional optical module has an advantage that the cooling performance can be improved as a cooling structure of a semiconductor laser element, a driver IC, or the like corresponding to an increase in the amount of heat generated due to an increase in speed and an increase in capacity. However, on the other hand, the temperature of the bottom plate of the package serving as a heat radiation path rises, and the temperature distribution becomes extremely large when considering the entire package made of a plurality of materials. When the temperature distribution increases, the amount of deformation of the package increases due to the difference in the coefficient of thermal expansion of each material, the displacement of the optical axis increases, and a tracking error (fluctuation in optical output due to temperature) occurs. .
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to improve the cooling performance, reduce the temperature distribution of the entire package, suppress the deformation of the package, and reduce the tracking error. Is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a first method, a semiconductor laser element, a monitor element for monitoring light emitted from the semiconductor laser element to control light intensity, and a lens for converting light emitted from the semiconductor laser element In an optical module composed of a mounting board on which the mounting board is mounted and a package accommodating the mounting board, this is achieved by mounting a cooler made of a Peltier element on an outer wall corresponding to an inner wall of the package on which the mounting board is installed. it can.
[0008]
Further, as a second method, a semiconductor laser element, a monitor element for monitoring light emitted from the semiconductor laser element and controlling light intensity, and a lens for converting light emitted from the semiconductor laser element And a package in which the mounting board is mounted on a cooler composed of a Peltier element, and the package is mounted on the optical module. This can be achieved by mounting a cooler composed of a Peltier element on the outer wall corresponding to the inner wall of the Peltier device.
[0009]
In addition, the first and second methods can be attained by mounting a driver IC for driving the semiconductor laser device on the mounting substrate or on a pedestal placed adjacent to the mounting substrate.
[0010]
Further, the first and second methods can be achieved by mounting a temperature measuring thermistor for controlling a cooler composed of a Peltier element mounted on the inner and outer walls of the package on the mounting substrate.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings using examples.
FIG. 2 is a plan view of a first embodiment of the optical module according to the present invention. The semiconductor laser device 1 includes a monitor device 2 for monitoring light emitted from the semiconductor laser device 1 and controlling light intensity, a lens 3 for converting light emitted from the semiconductor laser device 1, and return light. Are mounted on the mounting substrate 5 together with the isolator 4 that blocks the light. The mounting substrate 5 is mounted on the package bottom plate 6 via a cooler (not shown). The relationship between the mounting board 5, the cooler, and the package bottom plate 6 will be described in a later figure. On the package side plate 7, a holder 8 for emitting light emitted from the semiconductor laser device 1 to the outside of the package is arranged on the optical axis. In some cases, a lens is built in the holder 8. In addition, a fiber, a lens, or the like is connected to the tip of the holder 8. In the present invention, the configuration after the tip of the holder 8 is omitted. Further, a thermistor 9 for temperature measurement used for controlling a cooler is mounted on the mounting substrate 5 to keep the semiconductor laser device 1 in a constant temperature range (for example, 25 ± 1 ° C.). Needless to say, the mounting position of the thermistor 9 is preferably closer to the semiconductor laser device 1 in order to increase the response speed of the temperature change. A pedestal 10 is provided on the package bottom plate 6, and a driver IC 11 is mounted thereon. A wiring board 12 is provided on the package side plate 7, and leads 13 are provided for connection with an external board (not shown). In the present invention, the description of the package lid is omitted to keep the package airtight, but it goes without saying that it is necessary. In addition, explanations of wiring patterns of various substrates, members (such as bonding wires and ribbon wires) for connecting substrates and elements, and components such as termination resistors and chip capacitors are also omitted, but needless to say. The mounting substrate 5, the package bottom plate 6, and the pedestal 10 are preferably made of a material having high rigidity and high thermal conductivity (for example, aluminum nitride).
[0012]
FIG. 1 is a sectional view taken along the line AA of FIG. The mounting substrate 5 is mounted on the cooler 20 and mounted on the package bottom plate 6. A cooler 30 is mounted outside the package bottom plate 6. The coolers 20 and 30 include Peltier elements 21 and 31, heat absorbing plates 22 and 32, and heat radiating plates 23 and 33, respectively. As a material of the heat absorbing plates 22 and 32 and the heat radiating plates 23 and 33, ceramics having high rigidity and high thermal conductivity are generally used. The heat generated from the driver IC 11 is mainly transmitted to the pedestal 10, the package bottom plate 6, and the cooler 30, and radiates heat. The heat generated from the components on the mounting board 5 is mainly transmitted to the cooler 20, the package bottom plate 6, and the cooler 30, and radiates heat.
[0013]
According to the present invention, by eliminating the driver IC 11 from the mounting substrate 5, the heat transmitted to the semiconductor laser device 1 can be reduced, the temperature control can be facilitated, and the oscillation characteristics of the semiconductor laser device 1 can be easily stabilized. effective. In addition, since the cooler 30 is mounted outside the package, restrictions on the outer shape of the cooler 30 are eased, and there is an effect that a high-performance cooler 30 can be selected and the cooling capacity can be improved. Further, since the heat of the package bottom plate 6 can be efficiently radiated, the temperature distribution of the entire package can be reduced, and the deformation of the package can be suppressed, and the tracking error can be reduced.
[0014]
FIG. 3 is a cross-sectional view according to a second embodiment of the optical module according to the present invention, which is a cross-section corresponding to the section AA in FIG. A driver IC 11 is mounted on the mounting substrate 5 in addition to the components described in FIG. 2, and the mounting substrate 5 is mounted directly on the package bottom plate 6. A cooler 30 is provided outside the package bottom plate 6. The premise that this structure can be applied is when the amount of heat generated by the driver IC 11 is small, or when the semiconductor laser element 1 is an element having good stability of oscillation characteristics due to temperature fluctuation, or both.
[0015]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the number of parts in a package is small and there is an effect that a corner assembly can be facilitated and the manufacturing cost can be reduced. Further, by mounting the cooler 30 outside the package, restrictions on the outer shape of the cooler 30 are relaxed, and there is an effect that a high-performance cooler 30 can be selected and the cooling capacity can be improved. In addition, since it is not necessary to incorporate a cooler, the height of the package can be reduced, and the thickness can be reduced. Furthermore, since the heat of the package bottom plate 6 can be efficiently radiated, the temperature distribution of the entire package can be reduced, and the deformation of the package can be suppressed and the tracking error can be reduced.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the intended purpose can be achieved. That is, since the heat of the package bottom plate can be efficiently radiated, the temperature distribution of the entire package can be reduced, and the deformation of the package can be suppressed, and the tracking error can be reduced. In addition, since the cooler is mounted outside the package, restrictions on the outer shape of the cooler are relaxed, so that a high-performance cooler can be selected and the cooling capacity can be easily improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an optical module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view according to a first embodiment of the optical module according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of an optical module according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser element, 5 ... Mounting board, 6 ... Package bottom plate, 20 ... Cooler, 21 ... Peltier element, 22 ... Heat absorbing plate, 23 ... Heat sink, 30 ... Cooler, 31 ... Peltier element, 32 ... Heat absorbing plate , 33 ... heat sink.