JP2003172854A - 冷却手段を有する光部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型集積化しても光部品を十分に冷却でき、
光素子の特性劣化を減らすことができる冷却手段を有す
る光部品を提供することにある。 【解決手段】 光部品２から発生した熱を逃がして光部
品２の温度上昇を抑える冷却手段を有する光部品１にお
いて、上記冷却手段３を、ヒートシンク５と、内部に液
体が閉じこめられ、ヒートシンク５と光部品２間を連結
するヒートパイプ６とで構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光部品から発生し
た熱を逃がして光部品の温度上昇を抑える冷却手段を有
する光部品に係り、特に、液体を閉じこめたヒートパイ
プを用いて冷却性能の向上を図った冷却手段を有する光
部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６に、従来の光部品６０の一例を示
す。光部品６０は、受信側であり、光素子６１、光素子
６１からの信号電流を増幅するアンプＩＣ６２などが一
つのパッケージ６３内に組み込まれて小型集積化された
光モジュールである。光部品６０が送信側の場合には、
アンプＩＣ６２の代わりに、光素子に電流を供給するド
ライバＩＣを使用する。光部品６０は、光部品６０を動
作させるための信号処理基板６４に、はんだ６５などを
用いて固定され、信号処理基板６４のリード線６６と接
続されている。

【０００３】従来の光部品６０では、光素子６１および
アンプＩＣ６２より発生した熱は、光素子６１およびア
ンプＩＣ６２が固定されたパッケージ６３からリード線
６６を経て信号処理基板６４に逃げる構造か、あるい
は、パッケージ６３に固定したヒートシンク（図示せ
ず）により熱を逃がす構造となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在、光部品は伝送速
度の高速化及び、多数の加入者を限られたスペースの局
内に収容する必要があるため小型化が求められている。
伝送速度の高速化には光素子の近傍に、光素子に電流を
供給するドライバＩＣあるいは光素子からの電流を増幅
するアンプＩＣを搭載固定し、光素子−ＩＣ間の配線の
長さにより影響する信号の劣化を最小に抑える必要があ
る。

【０００５】また、小型化に対しては、従来の一つ一つ
の光素子をそれぞれひとつのパッケージに収める構造か
らひとつのパッケージに多数個の光素子を搭載固定する
集積化光モジュールを実現する構造が検討されている。

【０００６】小型集積化された光部品においては、熱に
よる温度上昇により、特に、光素子として発光素子を用
いた場合、発光素子（例えば、半導体レーザ）の閾値が
上昇してしまうので、同じ光出力パワーを得るために
は、さらなる電流の注入が必要である。

【０００７】しかしながら、さらなる電流の注入は、半
導体レーザ及びＩＣの発生熱量を増やし、さらに温度上
昇を起こし、安定した光出力を得るのが困難となる。こ
のため、従来の光部品６０のように、信号処理基板６４
に逃げる構造やパッケージ６３に固定したヒートシンク
により熱を逃がす構造では、光部品６０の冷却が不十分
になり、光素子自身の発熱や、ドライバＩＣあるいはア
ンプＩＣから発生した熱によって光素子の特性劣化が増
えるという問題がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、小型集積化して
も光部品を十分に冷却でき、光素子の特性劣化を抑える
ことができる冷却手段を有する光部品を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために創案されたものであり、請求項１の発明は、
光部品から発生した熱を逃がして光部品の温度上昇を抑
える冷却手段を有する光部品において、上記冷却手段
を、ヒートシンクと、内部に液体が閉じこめられ、ヒー
トシンクと光部品間を連結するヒートパイプとで構成し
た冷却手段を有する光部品である。

【００１０】請求項２の発明は、上記光部品は、光素子
と、光素子が搭載固定されるサブマウントとからなり、
ヒートパイプの一端がヒートシンク内に組み込まれると
共に、ヒートパイプの他端がサブマウント内に組み込ま
れる請求項１記載の冷却手段を有する光部品である。

【００１１】請求項３の発明は、上記光部品は、光素
子、光素子に電流を供給するドライバＩＣあるいは光素
子からの信号電流を増幅するアンプＩＣなどがパッケー
ジ内に組み込まれた光モジュールであり、ヒートパイプ
の一端がヒートシンク内に組み込まれると共に、ヒート
パイプの他端がパッケージ内に組み込まれる請求項１記
載の冷却手段を有する光部品である。

【００１２】請求項４の発明は、上記光部品は光素子か
らなり、ヒートパイプの一端がヒートシンク内に組み込
まれると共に、ヒートパイプの他端に光素子が搭載固定
される請求項１記載の冷却手段を有する光部品である。

【００１３】請求項５の発明は、上記光部品は、光素子
と、光素子に電流を供給するドライバＩＣあるいは光素
子からの信号電流を増幅するアンプＩＣとからなり、ヒ
ートパイプの一端がヒートシンク内に組み込まれると共
に、ヒートパイプの他端に、光素子と、ドライバＩＣあ
るいはアンプＩＣとが搭載固定される請求項１記載の冷
却手段を有する光部品である。

【００１４】請求項６の発明は、上記光部品は、光素子
と、光素子に電流を供給するドライバＩＣあるいは光素
子からの信号電流を増幅するアンプＩＣと、ドライバＩ
ＣあるいはアンプＩＣとが搭載固定されるＩＣ用サブマ
ウントと、光素子およびＩＣ用サブマウントが搭載固定
される光素子用サブマウントとからなり、ヒートパイプ
の一端がヒートシンク内に組み込まれると共に、ヒート
パイプの他端がＩＣ用サブマウント内に組み込まれる請
求項１記載の冷却手段を有する光部品である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施の形態を
添付図面にしたがって説明する。

【００１６】図１は、本発明の好適実施の形態である冷
却手段を有する光部品の斜視図を示したものである。

【００１７】図１に示すように、本発明に係る冷却手段
を有する光部品１は、主として、小型集積化された光部
品２から発生した熱を逃がして光部品２の温度上昇を抑
えるものである。冷却手段３は、多数のフィン４が形成
されたヒートシンク５と、内部に液体が閉じこめられ、
ヒートシンク５と光部品２間を連結する断面円形状のヒ
ートパイプ６とで構成されている。

【００１８】ヒートシンク５には、正面５ｆ側と背面５
ｂ側の中央部を貫通する貫通穴７が形成されている。ヒ
ートパイプ６の一端は、貫通穴７に挿入されてヒートシ
ンク５内に組み込まれている。

【００１９】光部品２は、例えば、半導体レーザ、フォ
トダイオードなどの光素子８と、光素子８が上面に搭載
固定されるサブマウント９とからなっている。サブマウ
ント９の正面９ｆ側には、挿入穴１０が形成されてい
る。ヒートパイプ６の他端は、挿入穴１０に挿入されて
サブマウント９内に組み込まれている。

【００２０】ヒートパイプ６は、高い熱伝導率を有する
金属で形成されており、例えば、銅、アルミニウムなど
からなっている。ヒートパイプ６内部に閉じこめられる
液体としては、例えば、純水を使用している。ヒートパ
イプ６内部の気圧は、大気圧よりも低くしており、ヒー
トパイプ６内部に閉じこめた液体が低温で沸騰するよう
になっている。

【００２１】図１では、ヒートパイプ６が、ヒートシン
ク５内とサブマウント９内の双方に組み込まれている例
で描いているが、ヒートパイプ６は、ヒートシンク５と
サブマウント９間のみを連結するようにしてもよい。ま
た、直線状のヒートパイプ６ではなく、光部品２の形状
や実装に応じて曲げ加工を施したヒートパイプ６として
もよい。ヒートパイプ６の一端は、ヒートシンク５に形
成された貫通穴７に挿入されてヒートシンク５内に組み
込まれているが、ヒートシンク５のフィン４の一部にヒ
ートパイプ６が通る穴を開け、その穴にヒートパイプ６
の一端を固定してもよい。これらは、以下に説明する他
の実施の形態においても同様である。

【００２２】本実施の形態の作用を説明する。

【００２３】光部品２を使用すると、光素子８から熱が
発生する。光素子８より発生した熱は、サブマウント９
を介してヒートパイプ６の他端に伝わる。すると、ヒー
トパイプ６内に閉じこめた液体が蒸発して気化する。液
体が蒸発する際に蒸発潜熱を吸収するので、熱は気化し
た液体によってヒートパイプ６の一端まで運ばれる。こ
こで、気化した液体は凝縮して再び液体に戻る。凝縮す
る際に凝縮潜熱を放出するので、熱はヒートシンク５に
移動する。ヒートシンク５に移動した熱は、多数のフィ
ン４によって放熱されるので、光素子８の温度上昇を抑
えることが可能となる。ヒートパイプ６の一端で凝縮し
た液体は、ヒートパイプ６の内壁面を伝って再びヒート
パイプ６の他端に戻る。ヒートパイプ６内に閉じこめた
液体は、以上のような蒸発・凝縮サイクルを繰り返す。

【００２４】このように、本発明に係る冷却手段を有す
る光部品１は、ヒートパイプ６内に閉じこめた液体の蒸
発・凝縮サイクルを利用することで、図６で説明した従
来の光部品６０では不十分だった冷却性能を向上させて
いるので、小型集積化しても光部品２を十分に冷却で
き、光素子８の特性劣化を抑えることができる。

【００２５】第２の実施の形態を説明する。

【００２６】図２は、本発明の第２の実施の形態を示す
斜視図である。

【００２７】図２に示すように、冷却手段を有する光部
品２０は、受信側の例を示したものであり、光部品６０
として、光素子６１、光素子６１からの信号電流を増幅
するアンプＩＣ６２などがパッケージ６３内に組み込ま
れた光モジュールを使用し、ヒートパイプ６の他端がパ
ッケージ６３の正面６３ｆ側に組み込まれているもので
ある。光部品６０が送信側の場合には、アンプＩＣ６２
の代わりに、光素子に電流を供給するドライバＩＣを使
用する。光部品６０は、光部品６０を動作させるための
信号処理板に、はんだ６５などを用いて固定され、信号
処理板のリード線と接続されている。その他の構成は、
図１で説明した冷却手段を有する光部品１と同じ構成で
ある。

【００２８】この冷却手段を有する光部品２０において
も、ヒートパイプ６内に閉じこめた液体の蒸発・凝縮サ
イクルを利用することで、光素子６１及びアンプＩＣ６
２より発生した熱を、ヒートパイプ６を用いてヒートシ
ンク５に伝えることにより、図６で説明した従来の光部
品６０では不十分だった冷却性能を向上させているの
で、小型集積化しても、パッケージ６３内の温度上昇を
抑え、光素子６１自身が発生する熱やアンプＩＣ６２が
発生する熱による光素子６１の特性劣化を抑えることが
可能となる。

【００２９】第３の実施の形態を説明する。

【００３０】図３は、本発明の第３の実施の形態を示す
斜視図である。

【００３１】図３に示すように、冷却手段を有する光部
品３０は、光部品として光素子８を使用し、ヒートパイ
プ３１としては、ヒートパイプ３１の一端がヒートシン
ク５内に組み込まれると共に、ヒートパイプ３１の他端
に光素子８を直接搭載固定されているものである。ヒー
トパイプ３１は、他端を除いて断面円形状となってい
る。ヒートパイプ３１の他端は、上面に光素子８が搭載
できるように板状部３２となっている。ヒートパイプ３
１内には、ヒートパイプ３１の一端から他端に亘って液
体が閉じこめられている。

【００３２】冷却手段を有する光部品３０では、ヒート
パイプ３１の他端に光素子８が直接搭載固定されている
ので、図１で説明した冷却手段を有する光部品１に比べ
れば、より効率よく光素子８を冷却でき、光素子８の特
性劣化を抑えることができる。その他の作用効果は、冷
却手段を有する光部品１と同様である。

【００３３】第４の実施の形態を説明する。

【００３４】図４は、本発明の第４の実施の形態を示す
斜視図である。

【００３５】図４に示すように、冷却手段を有する光部
品４０は、送信側の例を示したものであり、光部品４１
として、光素子８と、光素子８に電流を供給するドライ
バＩＣ４２とからなるものを使用し、ヒートパイプ４２
としては、ヒートパイプ４２の一端がヒートシンク５内
に組み込まれると共に、ヒートパイプ４２の他端に、光
素子８とドライバＩＣ４２とが直接搭載固定されるもの
である。光素子８とドライバＩＣ４２は、リード線４３
で電気的に接続されている。光部品４１が受信側の場合
には、ドライバＩＣ４２の代わりに、光素子８からの信
号電流を増幅するアンプＩＣを使用する。

【００３６】ヒートパイプ４２は、他端を除いて断面円
形状となっている。ヒートパイプ４２の他端は、上面に
光素子８とドライバＩＣ４２が搭載できるように板状部
４４となっている。ヒートパイプ４２内には、ヒートパ
イプ４２の一端から他端に亘って液体が閉じこめられて
いる。

【００３７】冷却手段を有する光部品４０では、ヒート
パイプ４２の他端に光素子８とドライバＩＣ４２が直接
搭載固定されているので、より効率よく光素子８とドラ
イバＩＣ４２を冷却してこれらの温度上昇を抑えること
が可能となり、光素子８とドライバＩＣ４２の特性劣化
を抑えることができる。その他の作用効果は、図１で説
明した冷却手段を有する光部品１と同様である。

【００３８】第５の実施の形態を説明する。

【００３９】図５は、本発明の第５の実施の形態を示す
斜視図である。

【００４０】図５に示すように、冷却手段を有する光部
品５０は、送信側の例を示したものであり、光部品５１
として、光素子８と、光素子８に電流を供給するドライ
バＩ４２と、ドライバＩＣ４２が上面に搭載固定される
ＩＣ用サブマウント５２と、光素子８およびＩＣ用サブ
マウント５２が搭載固定される階段状の光素子用サブマ
ウント５３とからなるものを使用し、ヒートパイプ６と
しては、ヒートパイプ６の一端がヒートシンク５内に組
み込まれると共に、ヒートパイプ６の他端がＩＣ用サブ
マウント５２内に組み込まれているものである。

【００４１】階段状の光素子用サブマウント５３は、上
面にＩＣ用サブマウント５２が搭載固定される第１の搭
載固定部５３ａと、第１の搭載固定部５３ａより１段高
く形成され、上面に光素子８が搭載固定される第２の搭
載固定部５３ｂとからなっている。

【００４２】光素子８とドライバＩＣ４２は、リード線
４３で電気的に接続されている。光部品５１が受信側の
場合には、ドライバＩＣ４２の代わりに、光素子８から
の信号電流を増幅するアンプＩＣを使用する。

【００４３】冷却手段を有する光部品５０では、光素子
８とドライバＩＣ４２が別々のサブマウントに搭載され
ており、特に、ドライバＩＣ４２より発生する熱は、ヒ
ートパイプ５４内に閉じこめた液体の蒸発・凝縮サイク
ルによってヒートシンク５に移動され、ヒートシンク５
で放熱される。よって、ドライバＩＣ４２より発生する
熱は光素子８に伝わることがなく、光素子８の温度上昇
による特性低下を抑えることが可能である。その他の作
用効果は、図１で説明した冷却手段を有する光部品１と
同様である。

【００４４】このように、本発明によれば、発熱体であ
る光素子及び光素子に電流を供給するドライバＩＣある
いは光素子からの信号電流を増幅するアンプＩＣから発
生する熱による光素子の特性劣化を減らすために、パイ
プ内に閉じこめた液体の蒸発・凝縮サイクルを利用して
熱を伝達するヒートパイプを用いて、光素子及びドライ
バＩＣあるいはアンプＩＣからの熱をヒートシンクに逃
がすことにより冷却し、温度上昇による光素子の特性劣
化を抑制することが可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のごとき優れた効果を発揮する。

【００４６】（１）小型集積化しても光部品を十分に冷
却できる。

【００４７】（２）光素子の特性劣化を減らすことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適実施の形態を示す斜視図である。

【図２】第２の実施の形態を示す斜視図である。

【図３】第３の実施の形態を示す斜視図である。

【図４】第４の実施の形態を示す斜視図である。

【図５】第５の実施の形態を示す斜視図である。

【図６】従来の冷却手段を有する光部品の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 冷却手段を有する光部品 ２ 光部品 ３ 冷却手段 ５ ヒートシンク ６ ヒートパイプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光部品から発生した熱を逃がして光部品
   の温度上昇を抑える冷却手段を有する光部品において、
   上記冷却手段を、ヒートシンクと、内部に液体が閉じこ
   められ、ヒートシンクと光部品間を連結するヒートパイ
   プとで構成したことを特徴とする冷却手段を有する光部
   品。
2. 【請求項２】 上記光部品は、光素子と、光素子が搭載
   固定されるサブマウントとからなり、ヒートパイプの一
   端がヒートシンク内に組み込まれると共に、ヒートパイ
   プの他端がサブマウント内に組み込まれる請求項１記載
   の冷却手段を有する光部品。
3. 【請求項３】 上記光部品は、光素子、光素子に電流を
   供給するドライバＩＣあるいは光素子からの信号電流を
   増幅するアンプＩＣなどがパッケージ内に組み込まれた
   光モジュールであり、ヒートパイプの一端がヒートシン
   ク内に組み込まれると共に、ヒートパイプの他端がパッ
   ケージ内に組み込まれる請求項１記載の冷却手段を有す
   る光部品。
4. 【請求項４】 上記光部品は光素子からなり、ヒートパ
   イプの一端がヒートシンク内に組み込まれると共に、ヒ
   ートパイプの他端に光素子が搭載固定される請求項１記
   載の冷却手段を有する光部品。
5. 【請求項５】 上記光部品は、光素子と、光素子に電流
   を供給するドライバＩＣあるいは光素子からの信号電流
   を増幅するアンプＩＣとからなり、ヒートパイプの一端
   がヒートシンク内に組み込まれると共に、ヒートパイプ
   の他端に、光素子と、ドライバＩＣあるいはアンプＩＣ
   とが搭載固定される請求項１記載の冷却手段を有する光
   部品。
6. 【請求項６】 上記光部品は、光素子と、光素子に電流
   を供給するドライバＩＣあるいは光素子からの信号電流
   を増幅するアンプＩＣと、ドライバＩＣあるいはアンプ
   ＩＣとが搭載固定されるＩＣ用サブマウントと、光素子
   およびＩＣ用サブマウントが搭載固定される光素子用サ
   ブマウントとからなり、ヒートパイプの一端がヒートシ
   ンク内に組み込まれると共に、ヒートパイプの他端がＩ
   Ｃ用サブマウント内に組み込まれる請求項１記載の冷却
   手段を有する光部品。