JP2005251994A - 光モジュールの放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱伝導シートの圧縮率を好適に保持すると共に、電子部品に過剰な押し付け力がかかるのを防止する。
【解決手段】 基板２に取り付けられた発熱性の電子部品３の熱を、基板２や電子部品３等を収容する筐体１に伝熱して放熱する光モジュールの放熱構造５において、電子部品３に設置される熱伝導シート６と、この熱伝導シート６及び電子部品３を覆って基板２に固定され熱伝導シート６を所定の圧縮率になるように押圧するカバー部材７と、このカバー部材７に伝わった熱を筐体１に伝熱する伝熱手段１２とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板に取り付けられた発熱性の電子部品の熱を、基板や電子部品等を収容する筐体に伝熱して放熱する光モジュールの放熱構造に関するものである。

図４に示すように、光モジュールは、金属製の筐体５１内に、基板５２やこの基板５２に取り付けられた電子部品（光部品やＩＣ等）５３が収容されている。電子部品５３は発熱するので、この熱を外部に放熱する必要がある。

従来、電子部品５３の熱を放熱するに際しては、電子部品５３と筐体５１との間に、熱伝導シート５４を介設して、熱を電子部品５３から熱伝導シート５４を介して筐体５１へと伝熱し、外部へ放熱するようになっていた。

特開２００２−３０５２７１号公報 特開２００２−２９９８６６号公報 特開２００１−２５７４９０号公報

ところで、熱伝導シート５４は、所定の圧縮率（略３０％）で圧縮しないと効率的な熱伝導ができないため、電子部品５３と筐体５１間の隙間より大きく形成して、筐体５１の設置時に電子部品５３と筐体５１とで押圧して圧縮するようになっている。

しかしながら、基板５２、筐体５１、電子部品５３及びこれらの取付部分には製造及び取付誤差が発生するため、熱伝導シート５４にかかる圧縮力をコントロールするのが困難で、圧縮率を好適に保持するのが困難であるといった問題があった。

また、製造及び取付誤差が大きく電子部品５３と筐体５１間の距離が極端に小さくなった場合や、電子部品５３等が発熱して電子部品５３や筐体５１が熱膨張を起こした場合には、熱伝導シート５４に必要以上の押し付け力がかかり、電子部品５３に悪影響を及ぼすといった問題もあった。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、熱伝導シートの圧縮率を好適に保持できると共に、電子部品に過剰な押し付け力がかかるのを防止できる光モジュールの放熱構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、基板に取り付けられた発熱性の電子部品の熱を、上記基板や電子部品等を収容する筐体に伝熱して放熱する光モジュールの放熱構造において、上記電子部品に設置される熱伝導シートと、この熱伝導シート及び上記電子部品を覆って上記基板に固定され上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧するカバー部材と、このカバー部材に伝わった熱を上記筐体に伝熱する伝熱手段とを備えたものである。

そして、上記カバー部材が、上記基板にはんだ付けにて固定され、その取付高さを調整することで、上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧するものが好ましい。

また、上記カバー部材が、弾性を有し、その弾性力で上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧するものが好ましい。

さらに、上記カバー部材が、当該カバー部材から上記基板を貫通して上記筐体まで延びるボルトを介して上記基板に固定され、そのボルトの締め付け量を調整することで、上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧するものでもよい。

また、上記カバー部材が、上記基板にボルト及びナットを介して固定され、その締め付け量を調整することで、上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧するものが好ましい。

さらに、上記カバー部材が、上記基板の上面にはんだ付けにて固定され、その取付高さを調整することで、上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧するものが好ましい。

また、上記カバー部材が、弾性を有し、その弾性力で上記カバー部材が基板側へ押し付けられる押し付け力に対抗するものであってもよい。

さらに、上記カバー部材の上記熱伝導シートとの接触面に、凹凸部が形成されたものが好ましい。

また、上記カバー部材の上記熱伝導シートとの接触面に、貫通穴が形成されたものが好ましい。

さらに、上記伝熱手段が、上記カバー部材と上記筐体との間に介設された熱伝導シートにて構成されるものが好ましい。

また、上記伝熱手段が、上記筐体に固定されると共に上記カバー部材が固定された基板にて構成されるものが好ましい。

さらに、上記カバー部材が、金属或いはメッキ処理したプラスチックにて形成されたものが好ましい。

本発明によれば、熱伝導シートの圧縮率を好適に保持できると共に、電子部品に過剰な押し付け力がかかるのを防止できるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第一の実施の形態を示した断面図である。

図示するように、光モジュールは、金属製の筐体１に、基板２が収容されており、この基板２に電子部品（光部品やＩＣ等）３がはんだ付け等により取り付けられている。

かかる光モジュールの放熱構造５は、電子部品３の熱を筐体１に伝熱して外部に放熱するようになっている。

電子部品３の上端部には熱伝導シート６が設置されている。熱伝導シート６は、電子部品３の上端面を略覆う面積に形成されている。

熱伝導シート６の上部には、熱伝導シート６及び電子部品３を覆うカバー部材７が設けられている。カバー部材７の上端面は、上側の筐体１の下面と接しないように所定の間隔があけられている。カバー部材７は、金属或いは表面がメッキ処理されたプラスチックにて形成されている。これによって、効率的な熱伝導を達成できる。カバー部材７の電位はグランド（０Ｖ）となっている。

カバー部材７は、熱伝導シート６の上端面に当接する矩形状の平板部８と、平板部８の四隅に形成された脚部９とで構成されている。平板部８は、電子部品３の上端面よりも大面積に形成されており、脚部９は、電子部品３の近傍の基板２に向かって垂下している。

脚部９の下部分の基板２には、脚部９が挿通する貫通穴１１が形成されている。脚部９は貫通穴１１に挿通され、はんだ付けにて基板２に固定されている。はんだ付けを行う際には、カバー部材７を下方に押さえて、熱伝導シート６を電子部品３との間に挟み込んで徐々に圧縮する。その熱伝導シート６の状態を見ながら圧縮率が所定の値になったところで、はんだ付けを行い固定する。なお、熱伝導シート６の種類や厚さにより、熱伝導率及びＩＣ（電子部品３）にかかるストレスが変わるため、用いる熱伝導シート６に応じて圧縮率を決定する必要がある。通常、シート圧縮率は、１０％〜５０％程度の範囲にすることが望ましく、本実施の形態では、圧縮率が３０％程度になるように設定した。ここで、圧縮速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ、シート寸法１０×１０ｍｍの条件で、圧縮率と圧力との関係を測定すると、圧縮率３０％の場合、シート厚１ｍｍ及び２ｍｍで、圧力は略１０７．８×１０⁴Ｐａ（１１ｋｇｆ／ｃｍ²）となり、シート厚０．５ｍｍで、圧力は略１７６．４×１０⁴Ｐａ（１８ｋｇｆ／ｃｍ²）となり、シート厚０．３ｍｍで、圧力は略２１５．６×１０⁴Ｐａ（２２ｋｇｆ／ｃｍ²）となる。

すなわち、圧縮率の判断は、熱伝導シート６の厚さ（カバー部材６の取付高さ）を見ることにより行う。なお、熱伝導シート６の圧縮率は、熱伝導シート６にかかる圧力を実際に測定しながら調整するようにしてもよい。

また、はんだ付けをするに際しては、熱伝導シート６が所定の圧縮率になるカバー部材７の取付高さを予め算出しておき、カバー部材７と基板２間にその高さを有するブロックを噛ませて、カバー部材７を固定するようにしてもよい。

カバー部材７の上部には、電子部品３からカバー部材７に伝わった熱を筐体１に伝熱する伝熱手段１２が設けられている。伝熱手段１２は、カバー部材７と上側の筐体１間に介設された熱伝導シート１４にて構成されている。熱伝導シート１４は、筐体１を設置する際に所定の圧縮率になるように構成されている。熱伝導シート１４は、カバー部材７の平板部８と略同面積に形成されている。

上記構成によれば、電子部品３と熱伝導シート６を覆うカバー部材７を基板２に固定して設けたことによって、基板２、筐体１、電子部品３及びこれらの取付部分に製造及び取付誤差が発生しても、電子部品３に過剰な力がかかるのを防止できる。これは、製造及び取付誤差が発生して筐体１が電子部品３側にずれた構造となったとしても、筐体１がカバー部材７を電子部品３側へ押し付けようとする応力は、カバー部材７の脚部９が受けて基板２で支持するので、その内側の電子部品３に応力がかかることがないからである。

また、はんだ付けの際に、カバー部材７で熱伝導シート６を押さえて、熱伝導シート６を所定の圧縮率にした後にはんだ付けを行い、カバー部材７を固定しているので、熱伝導シート６は、常に好適な圧縮率を保持することができ、伝熱性を高く保つことができる。

さらに、電子部品３を、金属或いはメッキ処理されたプラスチックにて形成したカバー部材７で覆ったので、電子部品３から上方へ電磁波が漏れるのを低減することができる。

なお、カバー部材７の面積を大きくすれば、筐体１からの応力を基板２の広い範囲に伝達することができるので、基板２にかかるストレス（応力負担）を低減させることができる。

図２は本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第二の実施の形態を示した断面図である。

本実施の形態に係る光モジュールの放熱構造１５は、図示するように、カバー部材１６が弾性を有し、その弾性力で熱伝導シート６を押圧するようになっている。カバー部材１６は、平板部８と脚部９を備え、脚部９のうち一方の辺に位置する二つの脚部９’には、略Ｕ字状のバネ部材１７が設けられている。バネ部材１７の一端は脚部９’に接続され、他端はボルト１８を介して基板２に固定されている。ボルト１８の先端は、基板２を貫通して、その下部の筐体１まで延出して螺合している。バネ部材１７の中間部は、基板２に形成された大径の貫通穴１９を通過して、基板２の下方まで延出してＵ字状に折り返している。バネ部材１７は、熱伝導シート６が所定の圧縮率（略３０％）になるように、平板部８を下方に付勢するバネ力（弾性力）を備えている。

なお、バネ部材１７が設けられない側の脚部９は、基板２の貫通穴１１に挿通されている。脚部９は、上下には移動可能であるが、水平方向には貫通穴１１によって移動が規制され、カバー部材１６の上下移動のガイドの役目を果たすようになっている。

また、本実施の形態では、電子部品３からカバー部材１６に伝わった熱を筐体１に伝熱する伝熱手段２１は、筐体１に固定されると共に、カバー部材１６が固定された基板２にて構成されている。すなわち、電子部品３からの熱は、熱伝導シート６、カバー部材１６及び基板２を介して筐体１に伝熱される。カバー部材１６と筐体１間には、熱伝導シートは設けられていない。

なお、その他の構成については、図１の光モジュールの放熱構造５と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

上記構成によれば、カバー部材１６を基板２に固定し、カバー部材１６のバネ部材１７によるバネ力（弾性力）で熱伝導シート６を所定の押し付け力で押圧しているので、熱伝導シート６の圧縮率を好適な値に保持することができる。また、カバー部材１６が、電子部品３近傍の基板２に固定されているので、各部位の製造及び取付誤差の影響を受けることはない。

さらに、本実施の形態では、伝熱手段２１が基板２によって構成されているので、カバー部材１６と筐体１は接続されていない（カバー部材１６と筐体１間には、熱伝導シートは設けられていない）。従って、基板２、筐体１、電子部品３及びこれらの取付部分に製造及び取付誤差が発生して、筐体１が電子部品３側にずれた構造となったとしても、筐体１はカバー部材１６に接していないので、筐体１から押されることなく、電子部品３に過剰の応力がかかることがない。

図３は本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第三の実施の形態を示した断面図である。

本実施の形態に係る光モジュールの放熱構造２５は、図示するように、カバー部材２６が、ボルト２７とナット３０を介して基板２に固定され、その締め付け量を調整することで、熱伝導シート６を所定の圧縮率になるように押圧する。

カバー部材２６は、脚部９の下端が外側へと屈曲しており、その屈曲部２８にボルト穴２９が形成されている。屈曲部２８の下部の基板２との間には、弾性体３１が介設されている。この弾性体３１及びその下部の基板２には貫通穴３２がそれぞれ形成されている。

そして、これら各ボルト穴２９にボルト２７を挿入すると共に、基板２の下部で、ボルト２７の先端にナット３０を装着して締め付け、その締め付け量を調整することで、弾性体３１が挟み込まれてその厚さが変わり、カバー部材２６の取付高さが調整される。これによって、熱伝導シート６の圧縮率を所定値にすることができる。

具体的には、熱伝導シート６の状態を見ながら圧縮率が所定の値（３０％）になるまで、ナット３０を締め付けることにより行う。なお、熱伝導シート６が所定の圧縮率になる厚さを算出しておき、カバー部材２６と基板２間にその高さを有するブロックを噛ませて、カバー部材２６の平板部８と電子部品３との距離が上記厚さになるところまで、ナット３０を締め付けるようにしてもよい。また、熱伝導シート６の圧力を実際に計測しながら、ナット３０の締め付けの調整を行ってもよい。

その他の構成については、第一の実施の形態の光モジュールの放熱構造５と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

上記構成によれば、図１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、ボルト２７及びナット３０によって、カバー部材２６の取り付け高さを調整しているので、熱伝導シート６の調整を容易に行うことができる。

図４は本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第四の実施の形態を示した断面図である。

図示するように、本実施の形態に係る光モジュールの放熱構造３５は、カバー部材３６の熱伝導シート６との接触面となる平板部８に、凹凸部３７が形成されている。凹凸部３７は、平板部８の上下両面に形成され、波状に配列された複数の溝３８にて構成されている。なお、その他の構成については、第一の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。

本実施の形態によれば、カバー部材３６と、熱伝導シート６、１４との接触面積が大きくなり、伝熱面積が増加するので、放熱効率が向上する。また、熱伝導シート６、１４は、幅方向のみならず、圧縮方向（凹凸部３７の深さ方向）にも移動できるので、電子部品３にかかる圧力（ストレス）を低減させることができる。

図５は本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第五の実施の形態を示した断面図である。

図示するように、本実施の形態に係る光モジュールの放熱構造４５は、カバー部材４６の熱伝導シート６との接触面となる平板部８に、貫通穴４７が形成されている。貫通穴４７は、図５中、紙面左右及び表裏方向に所定の間隔で複数形成されている。なお、その他の構成については、第一の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。

本実施の形態によれば、カバー部材４６の平面部８に、貫通穴４７を複数形成したことにより、熱伝導シート６、１４は、幅方向のみならず、圧縮方向（貫通穴４７の深さ方向）にも移動できるので、圧力を逃がすことができ、電子部品３にかかる圧力（ストレス）を低減させることができる。

図６は本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第六の実施の形態を示した断面図である。

図示するように、本実施の形態に係る光モジュールの放熱構造５５は、カバー部材５６が、基板２の上面にはんだ付けにて固定されている。カバー部材５６の脚部９の下端はそれぞれ外側へと屈曲しており、脚部９は、電子部品３と熱伝導シート６の設置高さより、長く形成されている（図６（ａ）参照）。

カバー部材５６を基板２に固定する際には、平板部８が熱伝導シート６に接する高さまでカバー部材５６を基板２側へ押し付け、各脚部９が外側へ押し広げられた状態で、脚部９を基板２にはんだ付けする（図６（ｂ）参照）。

上記構成によれば、カバー部材５６は、上方への付勢力を有するので、電子部品３にかかる圧力（ストレス）を低減させることができる。また、第一の実施の形態と比較して、基板２に貫通穴を形成していないので、加工手間が省略され、固定作業及び構造が容易となる。

図７は本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第七の実施の形態を示した断面図である。

本実施の形態に係る光モジュールの放熱構造６５は、カバー部材６６が、脚部９に弾性を有している。この弾性は、カバー部材６６が上方から押圧された際に、その押し付け力に反発して平板部８を上方へ押し上げようとする弾性であり、図７に示すように、脚部９が屈曲して応力を吸収する。なお、その他の構成については、第一の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。

上記構成によれば、脚部９が弾性を有していることで、カバー部材６６に押し付け力がかかった際に、押し付け力のすべてが基板２に係るのを防止して基板２への負担を低減させることができると共に、カバー部材６６が押し付け力に抗して平板部８を持ち上げようとするので、電子部品３にかかるストレスを低減することができ、電子部品３に過剰な付加がかかるのを防止できる。

本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第一の実施の形態を示した断面図である。 本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第二の実施の形態を示した断面図である。 本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第三の実施の形態を示した断面図である。 本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第四の実施の形態を示した断面図である。 本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第五の実施の形態を示した断面図である。 本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第六の実施の形態の（ａ）はカバー部材の固定前、（ｂ）はカバー部材の固定後を示した断面図である。 本発明に係る光モジュールの放熱構造の好適な第七の実施の形態を示した断面図である。 従来の光モジュールの放熱構造を示した断面図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 基板
３ 電子部品
５ （光モジュールの）放熱構造
６ 熱伝導シート
７ カバー部材
１２ 伝熱手段
１５ （光モジュールの）放熱構造
１６ カバー部材
２１ 伝熱手段
２５ （光モジュールの）放熱構造
２６ カバー部材
３５ （光モジュールの）放熱構造
３６ カバー部材
４５ （光モジュールの）放熱構造
４６ カバー部材
５５ （光モジュールの）放熱構造
５６ カバー部材
６５ （光モジュールの）放熱構造
６６ カバー部材

Claims (12)

1. 基板に取り付けられた発熱性の電子部品の熱を、上記基板や電子部品等を収容する筐体に伝熱して放熱する光モジュールの放熱構造において、上記電子部品に設置される熱伝導シートと、この熱伝導シート及び上記電子部品を覆って上記基板に固定され上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧するカバー部材と、このカバー部材に伝わった熱を上記筐体に伝熱する伝熱手段とを備えたことを特徴とする光モジュールの放熱構造。
2. 上記カバー部材が、上記基板にはんだ付けにて固定され、その取付高さを調整することで、上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧する請求項１記載の光モジュールの放熱構造。
3. 上記カバー部材が、弾性を有し、その弾性力で上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧する請求項１記載の光モジュールの放熱構造。
4. 上記カバー部材が、当該カバー部材から上記基板を貫通して上記筐体まで延びるボルトを介して上記基板に固定され、そのボルトの締め付け量を調整することで、上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧する請求項１または３記載の光モジュールの放熱構造。
5. 上記カバー部材が、上記基板にボルト及びナットを介して固定され、その締め付け量を調整することで、上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧する請求項１または３記載の光モジュールの放熱構造。
6. 上記カバー部材が、上記基板の上面にはんだ付けにて固定され、その取付高さを調整することで、上記熱伝導シートを所定の圧縮率になるように押圧する請求項１または２記載の光モジュールの放熱構造。
7. 上記カバー部材が、弾性を有し、その弾性力で上記カバー部材が基板側へ押し付けられる押し付け力に対抗する請求項１、４、５いずれかに記載の光モジュールの放熱構造。
8. 上記カバー部材の上記熱伝導シートとの接触面に、凹凸部が形成された請求項１から７いずれかに記載の光モジュールの放熱構造。
9. 上記カバー部材の上記熱伝導シートとの接触面に、貫通穴が形成された請求項１から８いずれかに記載の光モジュールの放熱構造。
10. 上記伝熱手段が、上記カバー部材と上記筐体との間に介設された熱伝導シートにて構成される請求項１から９いずれかに記載の光モジュールの放熱構造。
11. 上記伝熱手段が、上記筐体に固定されると共に上記カバー部材が固定された基板にて構成される請求項１から１０いずれかに記載の光モジュールの放熱構造。
12. 上記カバー部材が、金属或いはメッキ処理したプラスチックにて形成された請求項１から１１いずれかに記載の光モジュールの放熱構造。
    

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