CN103811438A

CN103811438A - 信号传输装置

Info

Publication number: CN103811438A
Application number: CN201310099963.7A
Authority: CN
Inventors: 须永义则; 石神良明; 川内秀贵; 米泽英德; 山嵜欣哉
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-05-21
Also published as: JP2014096502A; US20140133101A1; US9198277B2; JP6028531B2

Abstract

本发明提供一种信号传输装置。维持或提高对通信模块的冷却能力的同时，尽可能地降低信号传输装置的高度。在具备设置在基板（3）上的通信模块（10）和对通信模块（10）进行冷却的冷却机构的信号传输装置（1A）中，冷却机构具有传热板（21）和散热片（22），该传热板（21）包含与多个通信模块（10）的底面重复并与该底面热连接的第一区域、以及与通信模块（10）的底面不重复的第二区域，该散热片（22）设置在传热板（21）的第二区域。

Description

信号传输装置

技术领域

本发明涉及电子设备内的基板间的信号传输、电子设备间的信号传输所使用的信号传输装置。

背景技术

高性能服务器、高速网络设备等电子设备所使用的半导体芯片（IC芯片）的处理能力正在逐年提高。而且，伴随着IC芯片的处理能力提高，IC芯片彼此之间、IC芯片与通信模块之间的信号传输速度都追求高速化。例如，到目前为止的信号传输速度虽然10（Gbit/s）左右为主流，但预想在不久的将来被高速化到25（Gbit/s）左右。

在上述那样的状况下，希望信号传输装置的低耗电化、小型化以及冷却能力的提高等。例如，若信号传输速度被高速化到25（Gbit/s）左右，则即使信号传输距离为10cm左右，也需要用于对信号波形进行修整的补偿电路，信号传输装置的消耗电力增大的同时，还必需确保用于安装补偿电路的空间。另外，由于通信模块的发热量也增大，因此通信模块的冷却机构也必然大型化。

如上所述，伴随着IC芯片的处理能力提高，产生了对信号传输装置的各种要求，但在此着眼于通信模块的冷却机构。作为通信模块的冷却机构的一个例子有散热器，现有的信号传输装置基于散热器的形态能够以如下方式大致区分。即、现有的信号传输装置能够大致区别为，对多个通信模块的各个个别设置散热器的类型（参照专利文献1）、和对多个通信模块设置共用的散热器的类型。因此，在以下的说明中，有时将前者称为“个别型”、将后者称为“集合型”来进行区别。

当然，在任意类型的信号传输装置中，散热器都配置在通信模块上。具体而言，在个别型的信号传输装置中，在各个通信模块的上表面载置有散热器的传热板，在各传热板上竖立有多个散热片。另一方面，在集合型的信号传输装置中，在多个通信模块的上表面以一并覆盖这些模块的方式载置有散热器的传热板，在共用的传热板上竖立有多个散热片。即、个别型和集合型在通信模块的上方配置有散热器的散热片这一点是相同的。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2010－175995号公报

发明内容

在现有的信号传输装置中，由于在通信模块的上方配置有散热器的散热片，因此导致信号传输装置的高度变高。尤其是，伴随着通信模块的发热量的增大，若散热器大型化，则导致信号传输装置的高度越发变高。

发明内容

本发明的目的是维持或提高对通信模块的冷却能力的同时，尽可能地降低信号传输装置的高度。

本发明的信号传输装置具备设置在基板上的通信模块和对上述通信模块进行冷却的冷却机构，其中，上述冷却机构具有传热板和散热单元，该传热板包含与多个上述通信模块的主面重复并与该主面热连接的第一区域、以及与这些通信模块的上述主面不重复的第二区域，该散热单元设置在上述传热板的上述第二区域。

在本发明的一个方案中，上述传热板的上述第一区域配置在上述通信模块的底面与对置于该底面的上述基板的安装面之间，并与上述通信模块的上述底面热连接。

在本发明的其他方案中，上述通信模块以在该通信模块的上述底面与上述基板的上述安装面之间形成间隙的方式相对于上述基板被悬臂支撑，在该间隙配置上述传热板的上述第一区域。

在本发明的其他方案中，沿上述通信模块的一边设置的第一连接器与设置于上述基板的上述安装面的第二连接器连接，从而上述通信模块相对于上述基板被悬臂支撑。

在本发明的其他方案中，上述传热板的上述第一区域与上述通信模块的上表面重合，并与该上表面热连接，上述传热板的上述第二区域设置在比上述第一区域低的位置。

在本发明的其他方案中，上述散热单元由多个散热片构成。

在本发明的其他方案中，分别包含多个上述散热片的两个以上的散热片组隔着间隙而邻接配置，上述通信模块以俯视时跨越两个以上的上述散热片组的方式配置。

在本发明的其他方案中，从上述通信模块延伸出来的通信缆线通过上述间隙引出至外部。

在本发明的其他方案中，上述散热单元具备制冷剂通道、以及在该制冷剂通道中循环的制冷剂。

本发明的效果如下。

能够在维持或提高对通信模块的冷却能力的同时，尽可能地降低信号传输装置的高度。

附图说明

图1是表示第一实施方式的信号传输装置的前方立体图。

图2是表示第一实施方式的信号传输装置的后方立体图。

图3是表示第一实施方式的信号传输装置的俯视图及侧视图。

图4是第一实施方式的信号传输装置的局部放大剖视图。

图5是表示传热板上的第一区域及第二区域的俯视图。

图6是表示第二实施方式的信号传输装置的前方立体图。

图7是表示其他实施方式的信号传输装置的侧视图。

图中：

1A、1B、1C—信号传输装置，2—IC芯片，3—基板，3a—安装面，4—基板侧连接器，10、10a、10b、10c、10d—通信模块，13—光纤，14a—底面（模块底面），14b—上表面（模块上表面），15—模块侧连接器，20—散热器，21—传热板，22—散热片，22A、22B、22C、22D、22E—散热片组，23—（传热板的）第一区域，24—（传热板的）第二区域，25、30—间隙，32—水冷管。

具体实施方式

（第一实施方式）

以下参照附图对本发明的第一实施方式进行详细说明。图1～图3所示的信号传输装置1A具备：在搭载有IC芯片2的基板（母板）3上所搭载的多个通信模块10；以及构成用于对这些通信模块10进行冷却的冷却机构的散热器20。散热器20具备：平面形状为大致矩形的传热板21；以及一体成形于传热板21的表面的作为散热单元的散热片22。

在本实施方式中，在IC芯片2的一边的附近，以该一边与传热板21的一边平行的方式配置有散热器20。另外，在散热器20的传热板21上，四个通信模块10沿接近IC芯片2的一边配置成一列。各个通信模块10以两个主面中的一方与传热板21的表面相对的方向配置在传热板21上。因此，在以下的说明中，将通信模块10的两个主面中与传热板21的表面相对的面称为“底面”或者“模块底面”。而且，将通信模块10的两个主面中与底面或模块底面相反一侧的面称为“上表面”或者“模块上表面”。

如图4所示，各个通信模块10具备：模块基板11、搭载在模块基板11上的光封装件（光パッケージ）12、从光封装件12延伸出来的作为通信缆线的光纤13、以及收放这些构件的大致矩形的模块外壳14，由模块外壳14的底板形成通信模块10的底面14a，由顶板形成上表面14b。

在通信模块10的底面14a设有板状的第一连接器（模块侧连接器15）。模块侧连接器15在模块底面14a的一边附近沿该一边直线状地形成，在其表面设有未图示的连接端子。模块侧连接器15的连接端子经由形成于模块基板11上的未图示的印制电路布线而与光封装件12电连接。

另一方面，如图1、图2所示，在基板3的安装面3a上，在IC芯片2与散热器20之间的区域，设有用于连接模块侧连接器15的多个第二连接器（基板侧连接器4）。在这些基板侧连接器4上，沿长度方向直线状地形成有能够插拔模块侧连接器15的上方开口的槽4a，在槽4a的内表面设有未图示的连接端子。基板侧连接器4的连接端子经由形成于基板3的未图示的印制电路布线而与IC芯片2电连接。

通过模块侧连接器15从基板侧连接器4的上方被插入到该连接器4的槽4a中，通信模块10被安装在基板3上。另外，当模块侧连接器15被插入到基板侧连接器4的槽4a中，则设置在彼此的连接器15、4上的连接端子彼此接触而电导通。由此，IC芯片2与通信模块10电连接，能够进行信号的发送接收。此外，通信模块10（光封装件12）将从IC芯片2输出的电信号变换成光信号并输入到光纤13，将从光纤13输出的光信号变换成电信号并输入到IC芯片2。即、通信模块10将向IC芯片2输入输出的信号进行E/O变换以及O/E变换。

在对通信模块10采用上述那样的安装结构的情况下，通信模块10相对于基板3被悬臂支撑。因此，如图4所示，在基板3的安装面3a与模块底面14a之间产生间隙30。具体而言，在基板3的安装面3a与模块底面14a之间产生比基板侧连接器4的高度更高的间隙30。在图4中，基板侧连接器4的高度表示为（h1）、间隙30的高度表示为（h2）。即、在基板3与通信模块10之间产生与基板侧连接器4的高度相同、或其以上的高度的间隙（死区）30。在本实施方式中，利用该间隙（死区）30配置有散热器20。以下进行具体说明。

如图1～图3所示，散热器20具备平板状的传热板21、和形成于传热板21的规定区域中的多个散热片22。传热板21及散热片22由导热性优良的金属（例如，铝、铜等）一体成形。

如图1、图2所示，传热板21的一部分配置（插入）于基板3与通信模块10之间。换言之，通信模块10载置在散热器20的传热板21上。其结果，如图3所示，在传热板21的表面上存在俯视时与各个通信模块10的底面14a（图4）重复的区域、和为该区域的周围的区域且与通信模块10的底面14a（图4）不重复的区域。图5中用单点划线表示与通信模块10的底面14a（图4）重复的区域（第一区域23）。如图5所示，在传热板21的表面上存在与通信模块10的数量相同数量的第一区域23，在这些第一区域23的周围，扩展有与通信模块10的底面14a（图4）不重复的区域（第二区域24）。

如图4所示，传热板21上的第一区域23与搭载在该区域的通信模块10的底面14a重复，而且与底面14a热连接。具体而言，通信模块10内的作为主发热源的光封装件12与模块外壳14的底板内面通过导热薄板16相接。另外，模块外壳14的底板外面（模块底面14a）与传热板21的第一区域23通过导热薄板17相接。因此，从光封装件12产生的热经由导热薄板16传到模块外壳14的底板。传到模块外壳14的底板的热经由导热薄板17传到传热板21的第一区域23，接着在第二区域24扩散。换言之，由通信模块10产生的热被导到下方（相对于基板3垂直的方向）之后，被导向横方向（相对于基板3平行的方向）。

如图5所示，在传热板21的第二区域24，作为将如上所述扩散到第二区域24的热向空气中散发的散热单元设有多个散热片22。多个散热片22形成包含相互平行排列的多个散热片22的五个散热片组22A～22E。另外，在位于传热板21的长度方向一端侧的散热片组22A和与其邻接的散热片组22B之间设有间隙25。以下相同，在位于传热板21的长度方向另一端侧的散热片组22E和与其邻接的散热片组22D之间也设有间隙25。另外，在散热片组22B及散热片组22D与被这些散热片组22B、22D夹着的散热片组22C之间也分别设有间隙25。

如图3所示，各个通信模块10在俯视时跨越两个散热片组而配置。具体而言，通信模块10a跨越散热片组22A与散热片组22B。通信模块10b跨越散热片组22B与散热片组22C。通信模块10c跨越散热片组22C与散热片组22D。通信模块10d跨越散热片组22D与散热片组22E。即、对一个通信模块10分配两个散热片组。

并且，从通信模块10a引出的光纤13通过散热片组22A与散热片组22B之间的间隙25向外部被引出。以下相同，从通信模块10b引出的光纤13通过散热片组22B与散热片组22C之间的间隙25引出至外部，从通信模块10c引出的光纤13通过散热片组22C与散热片组22D之间的间隙25引出至外部，从通信模块10d引出的光纤13通过散热片组22D与散热片组22E之间的间隙25引出至外部。此外，各个间隙25起到在散热器20上形成用于引出光纤13的空间，并且在邻接的散热片组之间产生乱流以提高冷却效果的作用。

如上所述，在本实施方式的信号传输装置1A中，在一个散热器20上配置有多个通信模块10。即、本实施方式的信号传输装置1A是集合型的信号传输装置。因此，对能够在IC芯片2的周围高密度地配置多个通信模块10的集合型的优点没有任何损害。

再有，在本实施方式的信号传输装置1A中，从通信模块10产生的热的大部分不在通信模块10的上方向空气中放出，而是在被导至该模块10的下方之后被导至横方向。因此，能够使从通信模块10产生的热从设在该模块10周围的散热片22的表面向空气中放出。换言之，不必在该模块的上方设置用于将从通信模块10产生的热向空气中放出的散热片。因此，本实施方式的信号传输装置1A与在通信模块的上方设有散热片的集合型信号传输装置相比较，高度被抑制得较低。

除此以外，用于将从通信模块10产生的热导至设置在通信模块10的周围的散热片22的传热板21配置在基板3与通信模块10之间的间隙30。即、通过有效利用基板3与通信模块10之间的死区，信号传输装置1A的高度被抑制得更低。

另外，由于通信模块10不被传热板21覆盖，因此易于通信模块10的维修保养。例如，在多个通信模块被传热板一并覆盖的形态中，即使这些通信模块的一个产生不良状况，也不得不拆下传热板（散热器）。另一方面，在本实施方式的信号传输装置1A中，无需拆下散热器20，就能够只对产生了不良状况的通信模块10进行更换或检查。并且，从通信模块10产生的热的大部分经由传热板21导向位于通信模块10的周围的散热片22，但在通信模块10的上方敞开的本实施方式的信号传输装置1A中，从通信模块10产生的热的一部分还从通信模块10的上表面14b放出。即、在本实施方式的信号传输装置1A中，从通信模块10的上表面14b及底面14a双方放出热，可更加有效地冷却通信模块10。

另外，配置在基板3与通信模块10之间的间隙30中的传热板21还起到从下方支撑通信模块10的作用。当然，在没有传热板21的支撑、通信模块10也被充分支撑的情况下，则不必由传热板21支撑通信模块10。

（第二实施方式）

以下参照图6对本发明的第二实施方式进行详细说明。当然，图6所示的信号传输装置1B具备与第一实施方式的信号传输装置1A基本上相同的结构。本实施方式的信号传输装置1B与第一实施方式的信号传输装置1A的不同点是，信号传输装置1A中的冷却机构为空冷式，对此，信号传输装置1B中的冷却机构为液冷式。因此，对于与信号传输装置1A相同的结构使用相同的符号来代替说明，并适当地省略重复的说明。另外，在以下的说明中，根据需要，参照图1～图5。

设在图6所示的信号传输装置1B上的散热器20具备平面形状为大致矩形的传热板21、和在传热板21上形成制冷剂通道的水冷管32。

本实施方式的信号传输装置1B中的通信模块10的安装构造与第一实施方式的信号传输装置1A中的通信模块的安装构造相同。即、图6所示的通信模块10通过模块侧连接器15与基板侧连接器4连接，从而相对于基板3被悬臂支撑。因而，在基板3与通信模块10之间，存在与图4所示的间隙30相同的间隙，在该间隙中配置（插入）传热板21的一部分。因此，如图6所示，在传热板21的表面存在俯视时与通信模块10的底面14a（图4）重复的第一区域23、和与通信模块10的底面14a不重复的第二区域24。此外，在图6中仅示出了一个第一区域23，实际上，在图6所示的传热板21的表面还存在与图5所示的第一区域23形状及数量相同的第一区域23。

水冷管32配置在传热板21的第二区域24并横穿传热板21。具体而言，在传热板21的第二区域24，沿传热板21的长度方向一体形成有保持槽33，水冷管32嵌入保持槽33的内侧而被保持。

在图6中，仅图示了水冷管32的一部分（横穿传热板21的部分），省略了其他部分的图示。实际上，在水冷管32的未图示的部分，至少设有泵及换热器，利用未图示的泵的作用，使作为制冷剂的冷却水循环。

在本实施方式的信号传输装置1B中，通信模块10与传热板21也通过与图4所示的结构相同的结构热连接。因而，从光封装件12产生的热经由导热薄板16、模块外壳14及导热薄板17而传到传热板21的第一区域23之后扩散至第二区域24。扩散至第二区域24的热通过与在水冷管32内循环的冷却水之间的热交换而被回收。回收了热的冷却水在未图示的换热器放出热之后再在水冷管32内进行循环。

如上所述，本实施方式的信号传输装置1B与第一实施方式的信号传输装置1A除了冷却机构的方式以外具有相同的结构。因而，本实施方式的信号传输装置1B具有与第一实施方式的信号传输装置1A相同的效果。并且，液冷式的冷却机构与空冷式的冷却机构相比，冷却能力一般较高。另外，液冷式的冷却机构与空冷式的冷却机构相比，具有温度控制等容易且准确的优点。

本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围能够进行各种变更。例如，在第一实施方式及第二实施方式中，散热器20的传热板21配置在基板3与通信模块10之间的间隙30中（图4）。但是，如图7所示，还有散热器20的传热板21配置在通信模块10上的实施方式。在该实施方式中，在传热板21的背面形成与通信模块10的上表面14b重复且与该上表面14b热连接的第一区域23。另外，传热板21在侧视时弯曲成曲柄状，不与通信模块10的上表面14b重复的第二区域24形成于比第一区域23低的位置，在该第二区域24设有散热片22。因此，与散热片22设置在通信模块10上的情况相比，图7所示的信号传输装置1C的高度变低。

此外，在散热器20的传热板21配置在通信模块10上的实施方式中，适当变更图4所示的导热薄板16、17的配置。具体而言，图4所示的导热薄板16配置该图所示的光封装件12与模块外壳14的顶板内表面之间。另外，图4所示的导热薄板17配置在该图所示的模块外壳14的顶板外表面（模块上表面14b）与图7所示的传热板21的第一区域23之间。由此，从光封装件12产生的热经由导热薄板16而传到模块外壳14的顶板。然后，传到模块外壳14的顶板的热经由导热薄板17而传到传热板21的第一区域23，并向第二区域24扩散。即、从通信模块10产生的热的大部分并非就这样向上方放出，而是经由传热板21导向横方向（相对于基板3平行的方向）之后再从散热片22表面放出。在这方面，图7所示实施方式与第一实施方式及第二实施方式没有不同。

在到此为止所说明的实施方式中，模块侧连接器15沿模块底面14a的一边直线状地形成，供模块侧连接器15插入的基板侧连接器4也直线状地形成。因此，如图4所示，若模块侧连接器15被插入基板侧连接器4，则通信模块10及基板侧连接器4在侧视时呈大致L字状的外观。因此，如图5所示，配置在基板3与通信模块10之间的间隙30（图4）中的传热板21的一边即使是笔直的，也能够将该边插入到基板3与通信模块10之间的间隙30。另一方面，在模块侧连接器15、基板侧连接器4形成为非直线状的情况下，为了避免与这些连接器15、4干涉，插入到基板3与通信模块10之间的间隙30的传热板21的一边被加工成非直线的形状（例如梳齿形状）。即、到此为止所说明的实施方式中，还具有不需要将传热板21加工成复杂形状的优点。当然，模块侧连接器15、基板侧连接器4形成为非直线状，与之相应地，传热板21的一边被加工成非直线的形状的方式也不是排除于本发明的技术范围的技术方案。

图4所示的导热薄板16、17能够置换为导热性优良的润滑脂等。当然，在不存在导热薄板、润滑脂等也能得到充分的导热率的情况下，也能够省略导热薄板、润滑脂等。

附图所示的通信模块10、散热片22、水冷管32等的配置、个数、形状等只不过是一个例子，这些能够根据需要来适当地进行变更。例如，还能够以包围图1等所示的IC芯片2的四边的方式配置散热器20的传热板21，在该传热板21上以包围IC芯片2的四边的方式配置多个通信模块10。当然，还能够沿IC芯片2的两边或三边配置通信模块10。不论采用哪种结构，在对多个通信模块设有共用的传热板的本发明的信号传输装置中，由于无需避免邻接的传热板彼此干涉，因此能够将多个通信模块以高密度配置在IC芯片的周围，从而能够尽可能地缩短各通信模块与IC芯片之间的信号传输距离。

Claims

1.一种信号传输装置，具备设置在基板上的通信模块和对上述通信模块进行冷却的冷却机构，其特征在于，

上述冷却机构具有传热板和散热单元，

该传热板包含与多个上述通信模块的主面重复并与该主面热连接的第一区域、以及与这些通信模块的上述主面不重复的第二区域，

该散热单元设置在上述传热板的上述第二区域。

2.根据权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，

上述传热板的上述第一区域配置在上述通信模块的底面与对置于该底面的上述基板的安装面之间，并与上述通信模块的上述底面热连接。

3.根据权利要求2所述的信号传输装置，其特征在于，

上述通信模块以在该通信模块的上述底面与上述基板的上述安装面之间形成间隙的方式相对于上述基板被悬臂支撑，在该间隙配置上述传热板的上述第一区域。

4.根据权利要求3所述的信号传输装置，其特征在于

沿上述通信模块的一边设置的第一连接器与设置于上述基板的上述安装面的第二连接器连接，从而上述通信模块相对于上述基板被悬臂支撑。

5.根据权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，

上述传热板的上述第一区域与上述通信模块的上表面重合，并与该上表面热连接，

上述传热板的上述第二区域设置在比上述第一区域低的位置。

6.根据权利要求1～5任一项所述的信号传输装置，其特征在于，

上述散热单元由多个散热片构成。

7.根据权利要求6所述的信号传输装置，其特征在于，

分别包含多个上述散热片的两个以上的散热片组隔着间隙而邻接配置，上述通信模块以俯视时跨越两个以上的上述散热片组的方式配置。

8.根据权利要求7所述的信号传输装置，其特征在于，

从上述通信模块延伸出来的通信缆线通过上述间隙引出至外部。

9.根据权利要求1～5任一项所述的信号传输装置，其特征在于，

上述散热单元具备制冷剂通道、以及在该制冷剂通道中循环的制冷剂。