JP2002111116A - 発光素子モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度上昇を抑えて温度依存性を低減すると共
に、経年劣化を抑えて長期安定動作を確保することので
きる発光素子モジュールを提供する。 【解決手段】 筐体内に設けられた回路基板に搭載され
発光と共に発熱する発光素子を有する発光素子モジュー
ルにおいて、この発光素子で発生した熱を外部に放出す
べく、上記発光素子と上記回路基板との間にヒートパイ
プ２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子モジュー
ルに係り、特に温度依存性を低減し、経年劣化を抑え、
長期安定動作を確保することのできる発光素子モジュー
ルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、伝送すべき情報量の増大に伴い、
装置の単位面積当たりの情報の伝送速度を向上させるた
めに、光伝送システムの伝送信号の高速化や、光伝送シ
ステムにおける重要な光コンポーネントの一つである光
送受信器の小型化への要求が強まってきている。

【０００３】その際、光送受信器の小型化等による光伝
送システムの高密度化によって、熱による特性変化の問
題が浮かび上がってきている。

【０００４】すなわち、ほぼ全ての光コンポーネントは
温度特性を持っており、機器自身から発せられる熱によ
って温度が上昇し、温度特性が変化した結果、光伝送シ
ステムがうまく動作しなくなる場合があるという問題で
ある。

【０００５】そのため、光コンポーネントには、温度上
昇による特性変化をキャンセルするための機構が備わっ
ている。また、消費電力を減らすことによって発生する
熱そのものを減らすという方法も取られている。

【０００６】例えば、光送受信器を構成する部品の一つ
に発光素子モジュールがある。図９にこの発光素子モジ
ュールの断面図を示す。

【０００７】図９に示すように、発光素子モジュール
は、電流を流すことにより発光するチップＬＤなどの発
光素子を有するパッケージ３と、筒状に形成され一方の
開口端にはケーブルのコネクタが形成されていると共に
他方の開口端にはパッケージ３を取り囲んで取り付ける
ためのアダプタ５を有するホルダ７とから構成されてい
る。

【０００８】発光素子モジュールは、発光素子（例えば
チップＬＤ）が温度特性を持っている。この温度特性と
は、温度が上昇すると発光素子を動作させるために最低
限必要な電流値である“しきい値電流”が増大してしま
うことである。

【０００９】発光素子モジュールにあっては、この温度
特性のため、温度上昇時に電流が足らなくなった結果、
動作が不安定もしくは動作しなくなってしまう虞があ
る。

【００１０】このため、従来は、発光素子モジュールが
温度上昇時にも安定した動作を得るために、熱によるし
きい値電流の上昇を見越した上で、温度が高くなるにつ
れて抵抗値が減少するサーミスタを用い、温度上昇と共
に発光素子に流す電流値を増やす方式がよく用いられて
いる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光素
子モジュールに流れる電流値を増やすことは、発光素子
モジュールに掛かる負担を大きくすることであり、定格
内の電流値であっても経年劣化を早めてしまうことにな
る。

【００１２】また、発熱量は電流値に比例するため、発
生する熱量も増大し、他の機器にまで悪影響を与える可
能性がある。

【００１３】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
するため、温度上昇を抑えて温度依存性を低減すると共
に、経年劣化を抑えて長期安定動作を確保することので
きる発光素子モジュールを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、筐体内に設けられた回路基板に搭
載され発光と共に発熱する発光素子を有する発光素子モ
ジュールにおいて、この発光素子で発生した熱を外部に
放出すべく、上記発光素子と上記回路基板との間にヒー
トパイプが設けられているものである。

【００１５】請求項２の発明は、上記ヒートパイプは、
グランド又は電気信号を伝達する導線と兼用できるよう
に、上記発光素子の電極と上記回路基板の電極との間に
設けられているものである。

【００１６】請求項３の発明は、筐体内に設けられた回
路基板に搭載され発光と共に発熱する発光素子を有する
発光素子モジュールにおいて、この発光素子で発生した
熱を外部に放出すべく、上記発光素子と上記筐体との間
にヒートパイプが設けられているものである。

【００１７】請求項４の発明は、上記ヒートパイプは、
上記発光素子に設けられたピン状の入出力端子と略同形
状に形成されているものである。

【００１８】上記請求項１の構成によれば、発光素子モ
ジュール全体もしくは発光素子内部で発生した熱は、ヒ
ートパイプを通って回路基板へと流れ、その回路基板か
ら筐体を伝わって外部に放出される。

【００１９】上記請求項２の構成によれば、ヒートパイ
プにより発光素子と回路基板とが電気的に接続される。

【００２０】上記請求項３の構成によれば、発光素子モ
ジュール全体もしくは発光素子内部で発生した熱は、ヒ
ートパイプを通って筐体へと流れ、その筐体から外部に
放出される。

【００２１】上記請求項４の構成によれば、入出力端子
とほぼ同形状のピン状のヒートパイプは、入出力端子と
同様にして実装される。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００２３】図３に本発明にかかる発光素子モジュール
が搭載された光送受信器の断面図を示す。

【００２４】図３に示すように、光送受信器は、入出力
端子１及び熱を伝達するヒートパイプ２を有する発光素
子モジュールと、この発光素子モジュールが搭載される
回路基板１４と、この回路基板１４に搭載され発光素子
モジュールから出射する光を制御する回路素子１５と、
回路基板１４に接続され外部回路と接続するための外部
端子１７と、これらの部材を収容する筐体１６とから構
成されている。

【００２５】この筐体１６には内部に設けられた発光素
子モジュールと接続されるケーブルの挿入孔が形成され
ている。

【００２６】また、図示されていないが、回路基板１４
には回路パターンが形成されており、この回路パターン
に発光素子モジュールの入出力端子１とヒートパイプ２
が接続されている。ヒートパイプ２にあっては、グラン
ドの導線と兼用できるように発光素子と回路パターンの
グランドとの間に接続されていると共に、熱を回路基板
１４全体に逃がせるように回路基板１４の中央付近に接
続されている。

【００２７】図１にこの発光素子モジュールの断面図を
示す。

【００２８】図１に示すように、この発光素子モジュー
ルは、電流を流すことにより発光するチップＬＤなどの
発光素子のパッケージ３と、筒状に形成され一方の開口
端にはケーブルのコネクタが形成されていると共に他方
の開口端にはステム８を取り囲んで取り付けるためのア
ダプタ５を有する金属製のホルダ７と、発光素子モジュ
ール全体もしくは内部で発生した熱を矢印ｂ方向（外
部）に放出するためのヒートパイプ２とから主に構成さ
れている。

【００２９】ヒートパイプ２は、入出力端子１とほぼ同
形状のピン状に形成され、内部に空洞が形成された円筒
状の金属製本体の中に、暖めようとする温度で蒸発する
もの、例えば水・フロン等の作動液が閉じ込められてお
り、さらに金属製の棒などと比較して大幅に効率良く熱
を移動できるように、本体の内面にウイックと呼ばれる
毛細管状の物質を備えた構造になっている。

【００３０】また、パッケージ３は、図８に示すよう
に、発光素子９と、この発光素子９が載置され発光素子
９の発光方向ｌを所望に固定するポール１１を有する金
属製のステム８と、発光素子９の発光方向ｌとは反対側
のステム８上に設けられ発光量を検出して外部に伝える
ためのモニタＰＤ（１０）と、発光素子９の電極と接続
されると共にステム８を挿通して外部と接続されるピン
状の２本の素子用入出力端子１ａと、モニタＰＤ（１
０）の電極と接続されると共にステム８を挿通して外部
と接続される２本のピン状のＰＤ用入出力端子１ｂとを
備えており、発光素子より出射した光を集束させるレン
ズが設けられた金属製のケースで覆われている。

【００３１】図２に図１のＡ方向から発光素子モジュー
ルを見た図を示す。

【００３２】図２に示すように、ステム８は、本体が円
板状に形成されていると共に、ヒートパイプ２と入出力
端子１を挿通させる挿通孔８ｈが形成されている。さら
に、図示されていないが、ステム８と入出力端子１とを
絶縁できるように、挿通孔８ｈの内周に絶縁部材が設け
られている。

【００３３】さらに発光素子モジュールは、アダプタ５
とヒートパイプ２との間に、これらを電気的に接続する
と共にアダプタ５からの熱を吸収する、ほぼリング状に
形成された熱吸収用金属部材４を備えている。

【００３４】次に、作用を説明する。

【００３５】図３に示したように、発光素子の発光に伴
って発光素子モジュール全体あるいは内部に発生した熱
は、熱吸収用金属部材４とヒートパイプ２を順に伝わ
り、ヒートパイプ２を矢印ｃ方向に伝達され、回路基板
１４全体に逃がされる。そして、回路基板１４から筐体
１６を伝わって外部に放出される。

【００３６】このように、本発明は、発光素子のパッケ
ージ全体から発生する熱をヒートパイプ２を通して効率
良く筐体１６に伝えることができるので、発光素子のパ
ッケージの温度を効率良く下げることが可能となる。さ
らに、発光素子モジュールは温度上昇が抑えられるの
で、従来よりも発光素子モジュールに流す電流値を小さ
くでき、発光素子モジュールに掛かる負担が小さくな
る。これにより、経年劣化を抑えて長期安定動作を確保
することができる。

【００３７】さらに、本発明は、外気温度が高い時にで
も、ヒートパイプ２を通って熱が筐体１６に伝わりやす
いので、安定した動作が得られる。

【００３８】また、本発明は、従来のものと比べ、光送
受信器の内部温度を低くできるため、高温動作時の消費
電流を抑えることができる。その結果、光送受信器にお
いても経年劣化を抑え、製品寿命を長くすることができ
る。

【００３９】また、本発明は、ヒートパイプ２が、入出
力端子１と同じ形状に形成されており、発光素子モジュ
ールで必要とされるグランド、信号の入出力等の入出力
機能を兼ね備えているので、回路基板１４に容易に実装
できる。

【００４０】また、発光素子で発生する熱を回路基板１
４全体に逃がすことによって、光送受信器全体から効率
良く熱を放出することが可能となると共に、回路基板１
４全体の温度を均一に保つことができる。これにより、
サーミスタを用いた温度特性を見越した上で調整も容易
となる。

【００４１】次に、本発明の他の実施の形態について述
べる。

【００４２】図４に本発明の他の実施の形態を示す発光
素子モジュールが搭載された光送受信器の断面図を示
す。

【００４３】図４に示すように、この発光素子モジュー
ルは、ヒートパイプ１２がパッケージ３と筐体２６との
間に設けられている。

【００４４】このように構成することにより、発光素子
モジュール全体あるいは内部で発生した熱がヒートパイ
プ１２を矢印ｄ方向に流れて直接筐体２６へと伝わり、
筐体２６の表面から外部に放出されるので、更に効率の
良い放熱が可能になる。

【００４５】次に、本実施の形態の変形例について述べ
る。

【００４６】図５に変形例１を示す。図５は図１のＡ方
向から変形例１の発光素子モジュールを見た図である。

【００４７】図５に示すように、この発光素子モジュー
ルは、図２に示したリング状に形成された熱吸収用金属
部材４に代えて、ステムと同径の円板状に形成された熱
吸収用金属部材２４を備えている。

【００４８】この熱吸収用金属部材２４は、発光素子の
パッケージの底面を覆うように、ヒートパイプ２１とア
ダプタ２５とを電気的に接続して設けられており、４本
の入出力端子２１とは電気的に絶縁されている。

【００４９】このように、熱吸収用金属部材２４の表面
積を増やすことで、発光素子モジュール全体あるいは内
部で発生した熱が、効率良くヒートパイプ２２に伝わる
ので、更に効率良く光送受信器の温度を下げることがで
きる。

【００５０】また、図６に変形例２を示す。図６は図１
のＡ方向から変形例２の発光素子モジュールを見た図で
ある。

【００５１】図６に示すように、この発光素子モジュー
ルは、図２に示した４本の入出力端子１の内の１本をヒ
ートパイプ３２に代え、発光素子及びケースのグランド
として用いることで、ヒートパイプ３２を入出力端子３
１と兼用させるものである。

【００５２】また、熱吸収用金属部材３４は、図５に示
した熱吸収用金属部材２４と同様に、発光素子のパッケ
ージの底面を覆うように、ヒートパイプ３２とアダプタ
３５とを電気的に接続して設けられており、３本の入出
力端子３１とは電気的に絶縁されている。

【００５３】このように構成することにより、発光素子
モジュールの形状（端子数、外観）がこれまでの発光素
子モジュールと変わらないので、従来と同じ方法で作製
が可能であり、低コストで温度依存性を低減できる。

【００５４】また、図７に変形例３を示す。図７は発光
素子パッケージ内部の拡大図である。

【００５５】図７に示すように、この発光素子パッケー
ジは、基本的な構成は本実施の形態と同様であるが、発
光素子９がヒートパイプ４２に直接載置されている。す
なわち、この発光素子パッケージは、従来のステムのよ
うにポールを備えておらず、ステム１８を貫通してヒー
トパイプ４２が設けられ、そのヒートパイプ３２の先端
部分に発光素子９が載置されている。

【００５６】このように、ヒートパイプ４２に直接発光
素子９を搭載することで、発光素子モジュールから発生
する熱の原因である発光素子９からの発生熱が直接ヒー
トパイプ４２に伝わって矢印ｏ方向に流れるので、更に
効率良く放熱することが可能になる。

【００５７】また、この変形例３は、上述した図３、図
４の実施の形態及び変形例１と変形例２の発光素子モジ
ュールのいずれのものと兼ね備えても良い。

【００５８】尚、本実施の形態にあっては、ヒートパイ
プ２を他の入出力端子１と同じピン状に形成したが、例
えば板状やステム等発光素子モジュールを構成する部品
と一体に形成しても良い。

【００５９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下に示
すような優れた効果を発揮する。

【００６０】（１）温度上昇を抑えて温度依存性を低減
できるので、従来よりも発光素子モジュールに流す電流
値を小さくできる。これにより、発光素子モジュールに
掛かる負担を小さくでき、経年劣化を抑えて長期安定動
作を確保することができる。

【００６１】（２）外気温度が高い時にでも安定した動
作を得られる。

【００６２】（３）従来のものと比べ、光送信器の内部
温度を低くできるため、高温動作時の消費電流を抑える
ことができる。その結果、光送受信器の経年劣化を抑
え、製品寿命を長くすることができる。

【００６３】（４）ヒートパイプの金属製本体に発光素
子モジュールで必要とされるグランド、信号の入出力等
の入出力機能を兼ね備えることで、これまでの発光素子
モジュールと変わらない形状（端子数、外観）で作製が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す発光素子モジュー
ルの断面図である。

【図２】図１の発光素子モジュールをＡ方向から見た図
である。

【図３】図１の発光素子モジュールが実装された光送受
信器の断面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す発光素子モジュ
ールが実装された光送受信器の断面図である。

【図５】図１の発光素子モジュールの変形例を示す図で
ある。

【図６】図１の発光素子モジュールの変形例を示す図で
ある。

【図７】図１の発光素子パッケージ内部の拡大図であ
る。

【図８】図１の発光素子パッケージの変形例の拡大図で
ある。

【図９】従来の発光素子モジュールの断面図である。

【符号の説明】

１ 入出力端子 ２ ヒートパイプ ３ 発光素子パッケージ １４ 回路基板 １６ 筐体

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E322 AA03 DB10 EA11 5F036 AA01 BB08 BB60 5F073 BA01 EA15 FA02 FA06 FA11 FA26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体内に設けられた回路基板に搭載され
   発光と共に発熱する発光素子を有する発光素子モジュー
   ルにおいて、該発光素子で発生した熱を外部に放出すべ
   く、上記発光素子と上記回路基板との間にヒートパイプ
   が設けられていることを特徴とする発光素子モジュー
   ル。
2. 【請求項２】 上記ヒートパイプは、グランド又は電気
   信号を伝達する導線と兼用できるように、上記発光素子
   の電極と上記回路基板の電極との間に設けられている請
   求項１に記載の発光素子モジュール。
3. 【請求項３】 筐体内に設けられた回路基板に搭載され
   発光と共に発熱する発光素子を有する発光素子モジュー
   ルにおいて、該発光素子で発生した熱を外部に放出すべ
   く、上記発光素子と上記筐体との間にヒートパイプが設
   けられていることを特徴とする発光素子モジュール。
4. 【請求項４】 上記ヒートパイプは、上記発光素子に設
   けられたピン状の入出力端子と略同形状に形成されてい
   る請求項１から３のいずれかに記載の発光素子モジュー
   ル。