JP3672520B2 - 一体型熱伝達モジュールを利用した光素子モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度制御を要求する光素子モジュールを製作する技術に関し、特に、不均一の温度分布を克服するために熱伝達媒体を有する光素子モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光素子の製作のとき、波長の安定性のために温度を制御することが要求される。また、光素子内の温度勾配が波長変化のみならず光損失を発生させるので、素子の全体に均一の温度分布が要求される。従って、従来技術では、熱源及び熱分散板の設計が重要視されてきた。
【０００３】
光素子の温度を制御する基本的の従来技術の方式は、光素子、熱源、及び熱感知センサーを利用するもので、熱源及び熱感知センサーを光素子の表面に接触させ、前記センサーは、前記素子の表面温度を読み込んでフィードバック制御を行う。
【０００４】
しかし、このような従来方式によると、不均一の熱源の温度分布及び不安定の電流による温度の振れ(fluctuation)現象が発生する。このような電流を安定させるために、熱源と素子との間に熱伝達板を設ける。このような熱伝達板を通じて熱源からの熱が素子へ伝達され、熱伝達板と素子との間の温度センサーは、温度を感知してフィードバック制御を行う。
【０００５】
図１は、従来技術の光素子モジュールを示す概略的な斜視図であり、図２は、図１に示した光素子モジュールの側面構造図である。
【０００６】
図２を参照すると、一般的の光素子モジュールは、温度制御を要求する光素子１００、温度センサー１１０、熱源１３０、ハウジング１４０、及びマウント１４１からなる。また、図示されていないが、熱源を加熱するための電圧または電流を印加するリード(lead)線を構成する。
【０００７】
このとき、熱源１３０と、熱伝達板１２０及び光素子１００との間の密着程度によって、熱接触抵抗は相当に大きい差異を有する。密着性を保持するために、熱グリース(thermal grease)、半田づけなどのような媒体を塗布するようになる。前記媒体を一番効率的に使用するためには、均一の分布のために接触面を揉まなければならない。しかし、媒体を含む、揉まれた接触面を有しても、直ちに均一の接触を得ることができない。このような場合、熱伝達板１２０のすべての領域に温度が均一に分散しないので、素子に温度分布の不均一の現象が頻りに発生する。
【０００８】
また、温度センサー１１０は、サーミスタ(thermistor)またはＲＴＤ(Resistance Temperature Detector)を通常使用するが、この場合、温度センサー１１０は、光素子１００の辺りに配列することが光素子１００のより正確の温度検出のために望ましい。このとき、温度センサー１１０は、通常ある程度の厚さを有しているので、図２に示すように、光素子１００と熱伝達板１２０との間に位置する場合、光素子１００と熱伝達板１２０との間に絶縁層を必須的に形成しなければならない。
【０００９】
前述したように、従来技術の光素子モジュールは、各部品間の接触が完全ではないので、温度分布の不均一及び効率の低下を発生させる。従って、光素子の波長特性を低下させ、光素子の損失を引き起こし、電流消耗を増加させる問題点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、光素子モジュールのパッケージングのとき、熱伝達経路を単純にすることにより、不均一の温度分布による光素子の性能低下の防止及び従来技術の素子を通じた電力消耗の減少を図ることができ、作業性に優れる光素子モジュールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光素子モジュールにおいて、温度制御を要求する光素子と、前記光素子に取り付けられ、熱源及び温度を読み込む温度センサーを含む一体型で形成された熱伝達モジュールとからなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従う好適な実施形態を添付図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
【００１３】
下記の説明において、本発明の要旨を不明瞭にする公知の機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。
【００１４】
図３は、本発明の一実施形態による一体型熱伝達モジュールを有する光素子モジュールの側面図である。
【００１５】
図３を参照すると、本発明による光素子モジュールは、一般に、温度制御を要求する光素子１００、熱伝達モジュール２００、及びハウジング１４０を含む。前記光素子１００は、熱グリースのような媒体を利用して熱伝達モジュール２００に取り付けられる。
【００１６】
前記熱伝達モジュール２００は、本発明の特徴によって形成されるもので、従来の熱伝達板の役割を行う外ハウジング、加熱可能な熱源及び温度を感知する温度センサーを一体型で構成する。また、リード線(図示せず)は、温度センサー及び熱源に動作電圧及び電流を提供する。
【００１７】
このような一体型熱伝達モジュール２００を使用することにより、従来の各部品の接触部分を最小にして熱伝達経路をさらに単純にする。このような一体型熱伝達モジュール２００の構造を添付図面を参照してより詳細に説明する。
【００１８】
図４は、本発明の第１実施形態による図３に示した光素子モジュール内の一体型熱伝達モジュールの構造図であって、一体型熱伝達モジュール２００は、熱源としてヒーターを使用する。
【００１９】
図４を参照すると、一体型熱伝達モジュール２００の外ハウジング２０３の内側上部に温度センサー２０１が形成され、前記温度センサー２０１の下部にヒーター２０２が形成される。この場合、ヒーター２０２は、セラミックまたは熱線を利用することができ、セラミックヒーターは、金属メッキの後半田付けを通じて取り付ける必要がある。
【００２０】
図５は、本発明の第２実施形態による図３に示した光素子モジュール内の一体型熱伝達モジュールの構造図である。このような実施形態では、一体型熱伝達モジュール２００は、熱源としてＴＥＣ(Temperature Electric Cooler)２０４を利用する。
【００２１】
図５を参照すると、一体型熱伝達モジュール２００の外ハウジング２０５の内側上部に温度センサー２０１が形成され、前記温度センサー２０１の下部にＴＥＣ２０４が形成される。
【００２２】
ＴＥＣ２０４は、ｎ及びｐタイプ熱電半導体(Thermoelectric semiconductor)を電気的には直列に、そして熱的には並列に連結したモジュール形態であって、ＤＣ電流を印加したときは、熱電効果によってモジュールの両面に温度差が発生するようにした構造である。図５に示すように、ＴＥＣ２０４の上側表面には半田付けを取り付け、ＴＥＣ２０４の上側表面より低い表面は、外ハウジングと離隔するように構成することが望ましい。
【００２３】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の第３実施形態による図３に示した光素子モジュール内の一体型熱伝達モジュールの構造図である。
【００２４】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、一体型熱伝達モジュール２００の外ハウジング２０８の内側上部に温度センサー２０１が形成され、前記温度センサー２０１の下部に通常４個または５個のヒートパイプ２０６が形成され、ヒートパイプ２０６の下部に熱源２０７が形成される。
【００２５】
通常、ヒートパイプ２０６のそれぞれは、密閉容器内の作動流体を含み、前記作動流体は、ガスと液体との相変化(phase transformation)を通じて容器両端の間に潜熱(latent heat)を利用して熱を伝達させる。このような構造は、単一相(single phase)の作動流体を利用する通常の熱伝達機器に比べて非常に効率的の熱伝達性能を発揮する。図６Ｂに示すように、ヒートパイプ２０６のそれぞれは、密閉パイプ２０６-１、作動流体、容器内のウイック(wick)２０６-２からなる。前記ヒートパイプは、ウイック２０６-２の構造タイプ、液体のリターン(return) 方式、内部の幾何学的の形態、及び作動温度などによって多様に分類される。密閉容器２０６-１及びウイック２０６-２は、ヒートパイプ２０６のそれぞれを構成するのに使用される。このとき、一体型熱伝達モジュール２００の外ハウジング２０８は、熱伝導率に優れた物質を使用することが望ましい。
【００２６】
図４乃至図６Ｂに示すような一体型熱伝達モジュール２００は、図３に示したような光素子１００に取り付けられることができる。その後、ハウジング１４０のマウント１４１に固定される。このとき、温度センサーに使用される２本の電線と熱源に使用される２本の電線、すなわち、４本の電線が要求され、前記４本の電線はピン(pin)処理される。ハウジング１４０の前記４本のピンに対応する部分にピンホール(pin hole)を形成して前記ピンとピンホールとをはめ込むようにする。このような４個のピンで温度をモニタリングして制御するようになる。
【００２７】
光素子モジュールは、前記のように構成された一体型熱伝達モジュールを利用して具現されることができる。
【００２８】
前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の思想を外れない範囲内で様々な変形及び変更が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を有する者には自明であろう。そこで、本発明の範囲は、前記実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲のみならず、特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
【００２９】
【発明の効果】
以上から述べてきたように、本発明による一体型伝達モジュールを利用した光素子モジュールにおいて、熱伝達モジュールは、熱源及び温度を読み込む温度センサーが一体型で構成される。そうすると、光素子モジュールのパッケージングのとき、熱伝達経路を単純にする。これにより、光素子は、不均一の温度分布による性能低下を避けることができ、電力消耗を減少させることができ、優秀な作業性を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による光素子モジュールを示す概略的な斜視図である。
【図２】 図１に示した光素子モジュールの側面構造図である。
【図３】 本発明の実施形態による一体型熱伝達モジュールを有する光素子モジュールの側面図である。
【図４】 本発明の第１実施形態による図３に示した光素子モジュール内の一体型熱伝達モジュールの構造図である。
【図５】 本発明の第２実施形態による図３に示した光素子モジュール内の一体型熱伝達モジュールの構造図である。
【図６Ａ】
本発明の第３実施形態による図３に示した光素子モジュール内の一体型熱伝達モジュールの構造図である。
【図６Ｂ】 本発明の第３実施形態による図３に示した光素子モジュール内の一体型熱伝達モジュールの構造図である。
【符号の説明】
１００ 光素子
１４０ ハウジング
１４１ マウント
２００ 一体型熱伝達モジュール
２０１ 温度センサー
２０２ ヒーター
２０３，２０５，２０８ 外ハウジング
２０４ ＴＥＣ
２０６ ヒートパイプ
２０６-１ 密閉パイプ
２０６-２ ウイック
２０７ 熱源

Claims (12)

1. 光素子モジュールにおいて、
   熱伝達板としての外ハウジングを有して該外ハウジングの内側に熱源及び温度を読み込む温度センサーを含む一体型で形成された熱伝達モジュールと、
   温度制御を要求する光素子とからなり、
   前記光素子は、前記一体型で形成された熱伝達モジュールの前記外ハウジングの外側の面上に取り付けられることを特徴とする光素子モジュール。
2. 前記熱伝達モジュールの前記熱源は、セラミックまたは熱線のヒーターで構成されることを特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
3. 前記熱伝達モジュールの前記熱源は、ＴＥＣ(Temperature Electric Cooler)で構成されることを特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
4. 前記熱源は、ヒートパイプを備えることを特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
5. 前記温度センサー及び前記熱源は、ピン処理される電線を備えることを特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
6. 前記温度センサーは、前記外ハウジングの内側上部に配置され、前記熱源は、前記温度センサーの下部に接触するように配置されることを特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
7. 前記温度センサーは、前記外ハウジングの内側上部に配置され、前記熱源はセラミックヒーターを含み、前記温度センサーの下部が前記セラミックヒーターと接触することを特徴とする請求項２記載の光素子モジュール。
8. 前記セラミックヒーターは、金属メッキの後、半田付けを通じて取り付けられることを特徴とする請求項７記載の光素子モジュール。
9. 前記ＴＥＣは、電気的には直列に連結され、熱的には並列に連結されるｎ及びｐタイプの熱電半導体のモジュールを含み、前記ＴＥＣの上部面に半田付けが取り付けられ、前記熱伝達モジュールは外ハウジングを含み、前記ＴＥＣの下部面は、外部に露出されていることを特徴とする請求項３記載の光素子モジュール。
10. 前記熱伝達モジュールは、前記ピン処理された電線に対応するように形成されるピンホールを有する外ハウジングを構成することを特徴とする請求項５記載の光素子モジュール。
11. 光素子モジュールの製造方法において、
    (ａ)熱伝達板としての外ハウジングを提供して該外ハウジングの内側に熱源及び温度を読み込む温度センサーを含む一体型で形成された熱伝達モジュールを提供するステップと、
    (ｂ)温度制御を要求する光素子を、前記一体型で形成された熱伝達モジュールの前記外ハウジングの外側の面上に取り付けるステップとからなることを特徴とする光素子モジュールの製造方法。
12. 前記方法は、
    （ｃ）外ハウジングを提供して、該外ハウジングの内側上部に温度センサを配置し、
    （ｄ）前記温度センサの下部に配置されるヒートパイプを提供し、該ヒートパイプの下部に熱源を配置し、該熱源の下部にも外ハウジングが形成されるようにするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の光素子モジュールの製造方法。

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