JP2006005045A - 光伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多連実装された光伝送モジュール（部品）を格納した光伝送装置において、下流の部品周囲に流れる風速を増すことにより、効果的な風を与え熱伝達率の低下を最小限にし、部品の温度上昇を低減してケース内温度の上昇を抑えることで信頼性の高い光伝送装置を実現する。
【解決手段】プリント基板４に多連実装された光伝送モジュール（部品）１の放熱手段として、部品にヒートシンク２を設けて放熱するに際し、風上から数えて少なくとも１番目の部品にはヒートシンク２を設けず、２番目もしくは３番目以降の部品にヒートシンク２を設けることで、部品最高温度を従来方式よりも１５℃〜３０℃下げることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光伝送装置に係り、特に多連実装部品を組み込んだ光伝送装置の放熱効果を考慮した光伝送装置に関する。

光通信の分野において、光伝送モジュールの小型化、プラガブル化に伴い、光伝送モジュールの多連実装が主流になりつつある。光伝送モジュールを多連実装する際には、図2のように一列に実装し、実装方向と同方向に風を流す方式が用いられている。

以下、従来の光伝送装置の一例を図２にしたがって説明する。図２（a）は光伝送装置３の概観を示した一部切り欠き斜視図であり、両端部が開口された筐体６内には、放熱ピン２の植設されたヒートシンク２を搭載した光伝送モジュール（以下、部品と云う）１を列状に複数個実装（多連実装部品と云う）したプリント基板４が格納されている。図２（ｂ）は図２（a）の線分Ｘ−Ｘ´の断面図、図２（ｃ）はヒートシンク２が搭載された光伝送モジュール１の拡大斜視、図２（ｄ）及び図２（ｅ）は側面図及び平面図をそれぞれ示している。

従来から行われている光伝送装置３の放熱方式（具体的には光伝送モジュール１の放熱）は、図２（a）に示すように、開口部の一端（入気口）から一定温度の風を送給し他端に吹き出す方式を採用している。すなわち、プリント基板４に部品１を一列に実装する際、各部品１に同形状のヒートシンク２を実装し、部品１を実装した方向と同じ方向に風を送ることで放熱を図る方式である。

日本機会学会：電子機器の冷却技術、技報堂出版株式会社１９８７年「配列された複数のモジュールからの放熱」ｐｐ.１６−１９

図３に図２で示した従来の放熱方式における温度分布と入気温度（50℃）に対する光伝送モジュール１の筐体内最高温度上昇値ΔTc-aを示す。

風向に対して風上からｎ番目に実装されている部品を部品１ｎとする。図３の場合、風向に対して風上から１番目に実装されている部品が部品１a、風上から２番目に実装されている部品が部品１ｂ、風上から３番目に実装されている部品が部品１ｃ、風上から４番目に実装されている部品が部品１ｄ、風上から５番目に実装されている部品が部品１ｅとなる。

図３より、１番目の部品１aのΔTc-a＝20℃に対して５番目の部品１ｅのΔTc-aは90℃となり、５番目の部品１ｅのΔTc-aは１番目の部品１aのΔTc-aの約５倍となることが分かる。部品１ｅの温度上昇の第一原因は、部品１a〜１ｄに空気の流動が妨げられ、部品１ｅにおける風速低下に伴う熱伝達率の低下である。

第二の原因は、風速の低下や高密度実装により部品１a〜１ｄから放熱された熱が部品１ｅに至る際、部品周囲の空気の温度が上昇することである。

下流部品の熱伝達率の低下や、部品周囲温度の上昇の課題を解決する手段として一般に、図４に示すように送風方向と同方向に仕切り板５を設け多連実装された部品後部に流れる風量を抑制し、部品周囲に流れる風量を増加させる方式がある。なお、図４（ａ）は光伝送装置３の外観斜視図、図４（ｂ）は線分Ｘ−Ｘ´の断面図を示す。

図４に示した方式では筐体６の実装設計において制約ができてしまう可能性や、多連実装された部品後部に流れる風量を抑制するために筐体に実装された他部品の放熱性を低下させる可能性がある。また、本課題を解決するもう一つの手段として、各部品１に対して専用のヒートシンク２を設計する手段もある。しかし、各部品に専用のヒートシンクを設計することはコストが上昇し、最適なヒートシンクは筐体サイズや環境条件により異なるため汎用性が無い。

したがって、本発明の目的は、図２の方式に対してコストや実装的制約に関わることなく、下流の部品周囲に流れる風速を増すことにより、効果的な風を与え熱伝達率の低下を最小限にし、筐体（ケース）温度上昇を抑えることで、部品の熱問題を解決し信頼性の高い光伝送装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の光伝送装置は、光送受信モジュールの放熱方式に特徴を有するものであり、多連実装された部品に当たる風量が下流の部品に対して小さくなり熱伝達率が低下するという課題と、高密度実装により熱拡散が低下し部品周囲の温度が上昇するという課題とを低コストで解決できる光伝送装置を実現する。

この課題を解決し、効果的に部品の放熱を行う本発明に係る光伝送装置の特徴とするところは、複数の光送受信モジュールを列状に実装することにより多連実装部品を着脱自在に搭載した基板と、前記基板を格納し、かつ、両端部に開口部を有しその一端を入気口とし、他端を排気口とする筐体と、前記筐体の入気口から一定温度の気体を送給し前記光送受信モジュールに吹き付けることにより前記光送受信モジュールを放熱する放熱手段とを備えた風冷型光伝送装置であって、前記多連実装部品の風上に実装する光送受信モジュールの熱伝達率を風下に実装する光送受信モジュールの熱伝達より低下させたところにある。

また、上記多連実装部品の風上に実装する光送受信モジュールの圧力損失を風下に実装する光送受信モジュールの圧力損失より低下させたところにある。

さらに具体的には、上記多連実装部品（光送受信モジュール）に実装するヒートシンクを最適な配置で実装することである。すなわち、従来方式の様に全ての光送受信モジュールにヒートシンクを実装せずに部分的に設ける。つまり、少なくとも風上から１番目の光送受信モジュールにはヒートシンクを設けず、風上から２番目もしくは３番目以降の光送受信モジュールにヒートシンクを実装することである。

多連実装部品に実装するヒートシンクを最適な配置で実装することにより、下流の部品周囲に流れる風速を増加させ、効果的な風を与え熱伝達率の低下を最小限にし、筐体温度上昇を抑えることで、光送受信モジュールの放熱をより効果的に行うことができ信頼性の高い光伝送装置を実現することができる。

以下、図面にしたがい本発明の実施例を具体的に説明する。

＜実施例１＞
説明を簡単にするため、プリント基板４に１列に実装する光伝送モジュール（部品）１の数を５個として説明する。最適なヒートシンクの配置は、筐体サイズや多連実装する部品数等により異なるため、図２の筐体を例に挙げて説明する。図２の環境条件は、入気温度５０℃、風速1.5ｍ/ｓである。

図２の筐体における温度分布と部品温度のグラフは、図３に示した通りであり、このときの部品１の最高温度は部品１ｅの約90℃であった。この図２に示す従来の放熱方式では、すべての部品１にヒートシンク２が実装されている。

これに対し、本発明においては、ヒートシンク２を１番目の光伝送モジュール（部品）１aには搭載せず、２番目以降の部品１b、１c、１d及び１eに着脱自在に実装した。この場合の温度分布と部品温度との関係を図５のグラフに示す。ヒートシンク２を２番目以降の部品１b、１c、１d及び１eに実装すると部品最高温度は５番目の部品１eが約65℃となり、従来方式と比較すると部品最高温度を25℃低減できる。

＜実施例２＞
ヒートシンク２を１番目及び２番目の光伝送モジュール（部品）１a及び１bには搭載せず、３番目以降の部品１c、１d及び１eにヒートシンク２を実装した際の温度分布と部品温度との関係を図１のグラフに示す。

３番目以降の部品１c、１d及び１eにヒートシンクを実装した際の部品最高温度は２番目の部品１eが約60℃となり、従来方式よりも部品最高温度を30℃下げることができる。

＜実施例３＞
ヒートシンク２を１番目〜３番目の光伝送モジュール（部品）１a〜１cには搭載せず、４番目以降の部品１d及び１eにヒートシンク２を実装した。この場合の温度分布と部品温度との関係を図６のグラフに示す。従来方式と比較すると、部品１d及び１eにヒートシンクを実装した場合、部品最高温度は３番目の部品１ｃが約70℃となり、部品最高温度を20℃下げることがでる。

＜実施例４＞
ヒートシンク２を１番目〜４番目の光伝送モジュール（部品）１a〜１ｄには搭載せず、５番目の部品１eのみにヒートシンク２を実装した。この場合の温度分布と部品温度との関係を図７のグラフに示す。従来方式と比較すると、部品１eのみにヒートシンクを実装した場合、部品最高温度は４目の部品１ｄが約75℃となり、部品最高温度を15℃下げることがでる。

以上の実施例の結果から明らかなように、本発明で用いたヒートシンク２は従来方式で用いたヒートシンクと同形状のものであり、各部品に対して専用ヒートシンクを設計する費用を費やすことは無い。また、仕切り板を設けるといった筐体実装面積の変更を行うことなく、ヒートシンクの最適配置を見つけることだけで、部品最高温度を従来方式よりも１５℃〜３０℃下げることができる。

従来方式の図2の例では、入気温度50℃、風速1.5m/sの環境で放熱を行ったものであり、この環境の場合、図１のヒートシンクの配置がモジュール最高温度を最も下げることができるヒートシンクの配置であり、モジュールの放熱をより効率的に行うことができる。

本発明の実施例２で示した多連実装部品の温度分布特性図。 多連実装部品の従来方式の放熱システム。 従来方式の放熱システムの温度分布と部品温度グラフ。 多連実装部品の後部に仕切り板を実装した従来の光伝送装置の外観図。 本発明の実施例２で示した多連実装部品の温度分布特性図。 本発明の実施例３で示した多連実装部品の温度分布特性図。 本発明の実施例４で示した多連実装部品の温度分布特性図。

符号の説明

１…光伝送モジュール、
２…着脱可能なヒートシンク、
２ａ…放熱ピン、
３…光伝送装置、
４…プリント基板、
５…仕切り板、
６…筐体。

Claims (3)

1. 複数の光送受信モジュールを列状に実装することにより多連実装部品を着脱自在に搭載した基板と、前記基板を格納し、かつ、両端部に開口部を有しその一端を入気口とし、他端を排気口とする筐体と、前記筐体の入気口から一定温度の気体を送給し前記光送受信モジュールに吹き付けることにより前記光送受信モジュールを放熱する放熱手段とを備えた風冷型光伝送装置であって、前記多連実装部品の風上に実装する光送受信モジュールの熱伝達率を風下に実装する光送受信モジュールの熱伝達より低下させたことを特徴としてとする光伝送装置。
2. 前記多連実装部品の風上に実装する光送受信モジュールの圧力損失を風下に実装する光送受信モジュールの圧力損失より低下させたことを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
3. 前記光送受信モジュールのヒートシンクを脱着可能な構造とし、少なくとも風上から１番目の光送受信モジュールにはヒートシンクを設けず、風上から２番目もしくは３番目以降の光送受信モジュールにヒートシンクを実装することを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
   

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