JP2008235344A - 発熱素子の放熱構造およびその放熱構造を有するモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発熱素子の放熱不良の発生を抑制する。
【解決手段】発熱素子２３が搭載されている基板４の部位には放熱用貫通孔２８を設け、当該放熱用貫通孔２８の内部には伝熱材料２９を形成する。また、発熱素子２３が搭載されている部分の基板４の裏面と、当該裏面と間隔を介して向き合っている金属ケース７の部分との間には放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂを設ける。放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂは、間隙Ｄを介して基板４の裏面に沿って隣接配置している。放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂに向き合っている金属ケース７の部分には、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂを形成する。切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂは放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄに食い込み嵌合して放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂの側面に弾性力によって押圧係止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に搭載された発熱素子の放熱構造およびその放熱構造を有するモジュールに関するものである。

図４（ａ）には光データリンク（光モジュール）の一形態例が模式的な斜視図によって内部構造を一部露出させた状態で表され、図４（ｂ）には図４（ａ）のＡ−Ａ部分の模式的な断面図が示されている（例えば、特許文献１参照）。この光データリンク４０は、半導体光素子（図示せず）を内蔵した光素子サブアセンブリ４１を有し、当該光素子サブアセンブリ４１は配線基板４２と共にケース４３の内部に収容配置されている。配線基板４２には、光素子サブアセンブリ４１の半導体光素子の駆動制御を行うための電子素子４４や、他の素子４５が搭載され、また、光素子サブアセンブリ４１と電子素子４４との間を接続するための配線パターン（図示せず）や、回路を構成するための配線パターン（図示せず）が形成されている。

ケース４３には、光素子サブアセンブリ４１と向き合っている側壁部分に、貫通孔４６が形成され、当該貫通孔４６にはスリーブ４７が挿通されている。このスリーブ４７は光素子サブアセンブリ４１に接続し、当該スリーブ４７の内部に挿通されている光ファイバ４８は、光素子サブアセンブリ４１の半導体光素子と光結合している。

また、ケース４３には、配線基板４２の裏面に対向している底壁部分に、複数の貫通孔４９が形成されており、それら各貫通孔４９には、それぞれ、配線基板４２に取り付けられている端子５０が挿通されている。その端子５０は、配線基板４２に形成されている回路に電気的に接続されており、配線基板４２の回路をケース４３の外部と電気的に接続させるためのものである。

ところで、光素子サブアセンブリ４１および電子素子４４は駆動時には発熱する。当該熱によって光素子サブアセンブリ４１や電子素子４４の温度が上昇すると、光素子サブアセンブリ４１や電子素子４４の動作に悪影響が出る。そこで、光素子サブアセンブリ４１および電子素子４４の熱を放熱させる手段が講じられている。すなわち、光素子サブアセンブリ４１と、当該光素子サブアセンブリ４１に対向しているケース４３の上壁面部分との間には熱伝導部材５１が配置されている。この熱伝導部材５１を通して光素子サブアセンブリ４１の熱がケース４３に伝熱されてケース４３から外部に放熱される。また、配線基板４２には、電子素子４４が搭載されている部分に、サーマルビア５３が貫通形成されている。サーマルビア５３は、電子素子４４の熱を、電子素子４４が設けられている配線基板裏面側から反対側の配線基板表面側に伝熱させるものである。サーマルビア５３が形成されている部分の配線基板表面と、当該配線基板表面部分に対向しているケース４３の上壁面部分との間には、熱伝導部材５２が配置されている。サーマルビア５３と熱伝導部材５２を通して電子素子４４の熱がケース４３に伝熱されてケース４３から外部に放熱される。このように光素子サブアセンブリ４１と電子素子４４の熱を放熱させることによって、光素子サブアセンブリ４１および電子素子４４の温度上昇を抑制している。

特開２００４−８７６１３号公報 特開２０００−３３２１７１号公報 特開２００７−１９４１１号公報

前記熱伝導部材５１，５２は、それぞれ、ケース４３の上壁面に接触接続しており、ケース４３の上壁面に密着できるように柔軟性のある例えばシリコーンゲル材等の材料により構成されている。

ところで、ケース４３の上壁は、配線基板４２と同程度の広い面積を有するものであることから、図４（ｃ）に示されるように膨らみ変形し易い。ケース４３の上壁が膨らみ変形すると、ケース４３の上壁と、熱伝導部材５１，５２とが接触接続できない、あるいは、接触できたとしても密着性が劣ってしまうというようにケース４３と熱伝導部材５１，５２との接触接続が劣悪な状態となる。これにより、光素子サブアセンブリ４１や電子素子４４の熱をケース４３に放熱できず、光素子サブアセンブリ４１や電子素子４４に熱が籠もって温度が上昇してしまい、動作に悪影響が出てしまう。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ケースの膨らみ変形に起因した発熱素子の放熱に関する不具合を防止できる発熱素子の放熱構造およびその放熱構造を有するモジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明の発熱素子の放熱構造は、
金属ケースの内部に収容配置されている基板の表面に搭載されている発熱素子の放熱構造であって、
前記発熱素子が搭載されている部分の基板表面から基板裏面に貫通する放熱用貫通孔と、
該放熱用貫通孔に形成されている伝熱材料と、
前記発熱素子が搭載されている部分の基板裏面と、当該基板裏面と間隔を介して向き合っている金属ケース部分との間に配設され発熱素子の発熱を前記放熱用貫通孔を介して受熱する金属から成る放熱ブロックと、
金属よりも柔軟性の高い伝熱柔軟材料により形成され前記放熱ブロックと金属ケースとの間の間隙に配置される放熱シートと、
を有し、
前記放熱ブロックは複数個間隙を介して配置されており、
前記金属ケースの前記放熱ブロックが配置される部分には壁面を前記基板に向けて切り起こし突出させ当該突出先端側を折り返した形状の切り起こし鉤状片が形成されていて、当該切り起こし鉤状片は、前記放熱ブロック間の間隙に食い込み嵌合して放熱ブロックの側面に弾性力によって押圧係止していることを特徴としている。

また、この発明の発熱素子の放熱構造は、
金属ケースの内部に収容配置されている基板の表面に搭載されている発熱素子の放熱構造であって、
前記発熱素子が搭載されている部分の基板表面から基板裏面に貫通する放熱用貫通孔と、
該放熱用貫通孔に形成されている伝熱材料と、
前記発熱素子が搭載されている部分の基板裏面と、当該基板裏面と間隔を介して向き合っている金属ケース部分との間に配設され発熱素子の発熱を前記放熱用貫通孔を介して受熱する金属から成る放熱ブロックと、
金属よりも柔軟性の高い伝熱柔軟材料により形成され前記放熱ブロックと金属ケースとの間の間隙に配置される放熱シートと、
を有し、
前記放熱ブロックには金属ケース側から基板側に向けて切り欠かれた凹部が形成されており、
前記金属ケースの前記放熱ブロックが配置される部分には壁面を前記基板に向けて切り起こし突出させ当該突出先端側を折り返した形状の切り起こし鉤状片が形成されていて、当該切り起こし鉤状片は、前記放熱ブロックの凹部に食い込み嵌合してその凹部の内壁面に弾性力によって押圧係止していることをも特徴としている。

さらに、この発明のモジュールは、この発明において特有な構成を持つ発熱素子の放熱構造が設けられていることを特徴としている。なお、基板の配置姿勢によっては、発熱素子が搭載されている基板表面が下方側を向いている場合もあるし、基板表面が右側や左側を向いている場合もあるというように、基板表面が上方側を向いているとは限らない。

この発明によれば、金属ケースには、放熱ブロックの配置部分に、ケース内側に向けて切り起こされた切り起こし鉤状片が形成され、その切り起こし鉤状片は、間隙を介して隣接配置している放熱ブロック間の間隙、あるいは、放熱ブロックの金属ケース側に形成された凹部内に食い込み嵌合して放熱ブロックの側面、あるいは、放熱ブロックの凹部の内壁面に弾性力によって押圧係止している構成を備えている。この構成では、切り起こし鉤状片が金属ケースのアンカーのように機能して、放熱ブロックが配置されている部分の金属ケース部位の膨らみ変形を抑制できる。これにより、金属ケースの膨らみ変形に起因した金属ケースと放熱シートの接触不良を回避できて、発熱素子を確実に放熱用貫通孔と放熱ブロックと放熱シートを介して金属ケースに良好に熱的に接続させることができる。このため、発熱素子から発せられた熱が放熱用貫通孔と放熱ブロックと放熱シートを通って金属ケースに伝熱され金属ケースから良好に放熱される。これにより、発熱素子の放熱不良に起因した不具合の発生を回避できる。よって、この発明において特徴的な構成を持つ発熱素子の放熱構造を備えたモジュール（例えば光モジュール）にあっては、発熱素子の放熱不良に起因した問題発生を抑制できるので、動作に対する信頼性を高めることができる。

また、この発明では、複数の放熱ブロックを間隔を介して隣接配置するか、あるいは、放熱ブロックの底面側に凹部を形成し、また、放熱ブロックが配置されている金属ケース部分に切り起こし加工によって切り起こし鉤状片を形成するだけという簡単な構成で、上記のような効果を得ることができる。このことから、構造の複雑化や、製造工程の煩雑化に起因した価格上昇を抑制しながら、動作の信頼性の高いモジュールを得ることができる。

さらに、この発明では、発熱素子の放熱経路を構成する放熱ブロックは金属により構成されていて熱伝導率が良いものであることから、例えば金属から成る放熱ブロックに代えてゲル状の絶縁材料から成る伝熱部材を設けた場合に比べて、放熱効率を高めることができ、発熱素子の温度上昇をより効果的に抑制できる。

さらに、発熱素子の底面に導体パッドが形成されており、その導体パッドが基板に接合されて発熱素子が放熱用貫通孔に熱的に接続されている構成を備えることによって、発熱素子の熱が導体パッドを介してより一層効率良く放熱用貫通孔に放熱されるので、発熱素子の温度上昇をより一層抑制し易くなる。

以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）には本発明に係る実施形態例の発熱素子の放熱構造を有するモジュールの内部構造例が簡略的な斜視図により示され、図１（ｂ）には図１（ａ）のＡ−Ａ部分の模式的な断面図が示され、図１（ｃ）には図１（ａ）に示す上方側から見たモジュールの内部構造の平面図が模式的に示されている。このモジュール１は光モジュールであり、当該光モジュール１は、光サブモジュール２と、回路基板４と、外部接続端子５と、高周波コネクタ６と、金属ケース７とを有して構成されている。

すなわち、光サブモジュール２は、光信号を電気信号に変換して出力する機能と、電気信号を光信号に変換して出力する機能とを有するものであり、当該光サブモジュール２は、発光素子（レーザダイオード（ＬＤ））１０と、ビデオ用受光素子１１と、デジタル用受光素子１２と、プリアンプＩＣ１３と、フィルタ１４Ａ，１４Ｂとがハウジング１５の内部に収容配置されている構成を有する。この光サブモジュール２では、ハウジング１５から外に向けて端子１６〜１８が突出形成されており、端子１６を介して光サブモジュール２に回路基板４側から電気信号が入力したときには、発光素子１０がその電気信号に基づいた発光動作を行って電気信号を光信号に変換する。その光信号は、光サブモジュール２から、当該光サブモジュール２の内部に先端側が挿入されている光ファイバ８を通して出力される。

また、ビデオ用の光信号が光ファイバ８を通して光サブモジュール２に送信されてきたときには、そのビデオ用の光信号は、フィルタ１４Ａによって反射されてビデオ用受光素子１１に導かれる。そのビデオ用受光素子１１はビデオ・フォトダイオード（ＶＰＤ）であり、当該ビデオ用受光素子１１がビデオ用の光信号を受光すると、受光した光信号に応じた電気信号を出力する。当該電気信号は、光サブモジュール２から端子１７を介して回路基板４に出力される。

さらに、デジタル用の光信号が光ファイバ８を通して光サブモジュール２に送信されてきたときには、そのデジタル用の光信号は、ビデオ用の光信号との波長の違いによってフィルタ１４Ａは透過し、当該フィルタ１４Ａよりも光信号の信号経路の先に配置されているフィルタ１４Ｂによって反射されデジタル用受光素子１２に導かれる。デジタル用受光素子１２はアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）であり、当該デジタル用受光素子１２がデジタル用の光信号を受光すると、受光した光信号に応じた電気信号を出力する。当該電気信号はプリアンプＩＣ１３で増幅された後に、光サブモジュール２から端子１８を介して回路基板４に出力される。

この光サブモジュール２は回路基板４と共に金属ケース７の内部に収容配置されている。当該光サブモジュール２の上面２ａと金属ケース７との間、および、光サブモジュール２の底面２ｂと金属ケース７との間には、それぞれ、放熱シート１９Ａ，１９Ｂが設けられている。当該放熱シート１９Ａ，１９Ｂは同じものであり、光サブモジュール２に接触接続し、また、金属ケース７に接触接続している。当該放熱シート１９Ａ，１９Ｂは、金属よりも柔軟性の高い伝熱柔軟材料（例えば、シリコーンゲル材）によって構成されており、金属ケース７からの押圧力によってシート表面が金属ケース７や光サブモジュール２の形状に倣って変形し金属ケース７や光サブモジュール２に密着している。光サブモジュール２の熱は、放熱シート１９Ａ，１９Ｂを通って金属ケース７に伝熱されて放熱される。

回路基板４には、図１（ｃ）に示されるように、デジタル送信回路２０と、ビデオ受信回路２１と、デジタル受信回路２２とが形成されている。なお、回路基板４には、回路２０〜２２を構成する複数の部品が搭載され、また、配線パターンやスルーホールが形成されているが、図面の複雑化を回避するために回路基板４は簡略化されて描かれている。

前記デジタル送信回路２０は、発光素子（ＬＤ）１０の発光動作を制御する制御用素子であるＬＤドライバＩＣ２３を有し、発光素子１０に向けて出力する電気信号を作り出す回路構成を備えている。ビデオ受信回路２１は、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）アンプ２４を有し、ビデオ用受光素子１１から出力された電気信号を処理して予め定められた信号形態に変換する回路構成を備えている。デジタル受信回路２２は、ポストアンプＩＣ２５を有してデジタル用発光素子１２から出力された電気信号を処理して予め定められた信号形態に変換する回路構成を備えている。これら回路２０〜２２は、回路基板４に取り付けられている外部接続端子５を介して外部と電気的に接続することができる。また、ビデオ受信回路２１の高周波信号は高周波コネクタ６を介して外部に出力することができる。

ところで、回路基板４に搭載されているＬＤドライバＩＣ２３は発熱素子であり、この光モジュール１では、そのＬＤドライバＩＣ２３の熱を効率良く放熱させるべく次に述べるような特有な放熱構造を備えている。すなわち、ＬＤドライバＩＣ２３が搭載される回路基板４の部位には、図１（ｂ）に示されるように、基板表面にはベタパターン（グランドパターン）２７Ａが、また、基板裏面にもベタパターン（グランドパターン）２７Ｂが、それぞれ、形成されている。それらベタパターン２７Ａ，２７Ｂは、それぞれ、回路基板４に形成されているグランド電極（図示せず）に接続されている。ＬＤドライバＩＣ２３の底面にはグランド接続用パッドとして機能する導体パッド（図示せず）が形成されており、ＬＤドライバＩＣ２３は、その底面の導体パッドをはんだ３０によってベタパターン２７Ａに接合させることで回路基板４に実装されると共に、グランドに接地されている。

また、ＬＤドライバＩＣ２３の搭載領域である回路基板４の部位には、基板表面側から基板裏面側に貫通する複数の放熱用貫通孔２８が互いに間隔を介して形成されている。各放熱用貫通孔２８の内部には、それぞれ、伝熱材料（例えば銅等の金属材料）２９が充填形成されており、当該伝熱材料２９は、基板表裏両面のベタパターン２７Ａ，２７Ｂに接合されている。

さらに、ＬＤドライバＩＣ２３が搭載されている部分の回路基板裏面部位（換言すれば、ベタパターン２７Ｂが形成されている基板裏面部位）と、当該回路基板裏面部位と間隔を介して向き合う金属ケース７の部分との間には、２つの放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂが間隙Ｄを介し基板に沿って配列配置され、それら放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂは、それぞれ、はんだ３０によってベタパターン２７Ｂに接合されている。当該放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂは両方共に直方体状で同じ大きさを有し、金属により成るものである。当該放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂと金属ケース７との間の間隙が、光サブモジュール２の底面２ｂと金属ケース７との間の間隙と同じ寸法になるように、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂの高さ（厚み）が設定されている。このような各放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂは、回路基板４に搭載される他の部品と同様に自動機で回路基板４に表面実装できる。このため、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂを設けることによる製造工程の複雑化を防止できる。

さらに、放熱ブロック３１Ａと金属ケース７の間、および、放熱ブロック３１Ｂと金属ケース７の間には、それぞれ、放熱シート３２Ａ，３２Ｂが設けられている。当該放熱シート３２Ａ，３２Ｂは、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂに接触接続し、また、金属ケース７に接触接続している。放熱シート３２Ａ，３２Ｂは、部品の共通化を図るべく、放熱シート１９Ａ，１９Ｂと同じものであり、金属よりも柔軟性の高い伝熱柔軟材料（例えば、シリコーンゲル材）によって構成され、金属ケース７からの押圧力によってシート表面が金属ケース７や放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂの形状に倣って変形し金属ケース７や放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂに密着できるものである。

さらに、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ（放熱シート３２Ａ，３２Ｂ）が配置されている部分の金属ケース７の部位には、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄに嵌合する図２（ａ）の模式的な斜視図に示されるような切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂが形成されている。それら切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂは、それぞれ、金属ケース７の壁面を回路基板４に向けて切り起こして突出させ、当該突出先端側を折り返した鉤形状と成し、切り起こし鉤状片３３Ａの鉤部分（折り返し部分）が図２の右向きであるのに対して、切り起こし鉤状片３３Ｂの鉤部分（折り返し部分）は左向きであるというように、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂは鉤部分が互いに逆向きとなるように形成されている。

また、図２（ｂ）の分解図に示されるように、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂの鉤部分の幅Ｘ1は、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄの幅Ｘ2よりも大きくなっている。このため、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂは、それぞれ、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄ内に、鉤部分が圧縮方向に弾性変形した状態で食い込み嵌合されており、当該切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂは、鉤部分が弾性力によって放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂの側面に押圧係止して放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄから抜け難くなっている。特に、この実施形態例では、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂは、前述したように、鉤部分が互いに逆向きとなるように形成されているため、切り起こし鉤状片３３Ａは右側の放熱ブロック３１Ｂの側面への押圧力が強く、また、切り起こし鉤状片３３Ｂは左側の放熱ブロック３１Ａの側面への押圧力が強いというように、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂは、両側の放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂに強い押圧力でもって係止することから、より一層抜け難い構造となっている。

また、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂは、その突出先端部分がベタパターン２７Ｂ（回路基板４）に当接した状態のときに金属ケース７が放熱シート３２Ａ，３２Ｂを適切な力でもって押圧している状態となるように、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂの突出高さＨが設定されている。このため、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂを放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄに嵌合する作業時に、切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂの間隙Ｄへの嵌合進行が停止するまで挿入するだけで、金属ケース７が放熱シート３２Ａ，３２Ｂを強すぎず又弱すぎもせず適切な力（つまり、金属ケース７から放熱シート３２Ａ，３２Ｂの押圧力が強すぎて放熱シート３２Ａ，３２Ｂが潰れてしまうことも、また、押圧力不足によって金属ケース７と放熱シート３２Ａ，３２Ｂとの密着性が劣ってしまうこともない適切な力）でもって押圧している状態となる。すなわち、金属ケース７と放熱シート３２Ａ，３２Ｂとの適宜な接触接続状態を容易に得ることができて、放熱シート３２Ａ，３２Ｂから金属ケース７への伝熱が良好となる。

この実施形態例の光モジュール１では、ＬＤドライバＩＣ２３から発せられた熱の殆どは、ＬＤドライバＩＣ２３の底面の導体パッドから回路基板４のベタパターン２７Ａに伝熱され、当該ベタパターン２７Ａから放熱用貫通孔２８とベタパターン２７Ｂと放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂと放熱シート３２Ａ，３２Ｂを順に通って金属ケース７に伝熱されて放熱される。このＬＤドライバＩＣ２３の放熱経路の大部分は金属により構成されており、熱伝導率が良く、また、ＬＤドライバＩＣ２３の直下の金属ケース７の部分に直線的な最短の放熱経路でもってＬＤドライバＩＣ２３の熱を放熱させることから、その放熱経路の熱抵抗は小さい。このため、ＬＤドライバＩＣ２３から発せられた熱の放熱効率を高めることができて、ＬＤドライバＩＣ２３の温度上昇を良好に抑制できる。

また、ＬＤドライバＩＣ２３から発せられた熱の別の放熱経路として、ＬＤドライバＩＣ２３から回路基板４の配線パターンやスルーホールを介し、さらに、光サブモジュール２の端子１６を介して光サブモジュール２のハウジング１５に伝熱され、当該ハウジング１５から放熱シート１９Ａ，１９Ｂを介して金属ケース７に伝熱されて外部に放熱される放熱経路が有るが、配線パターンやスルーホールや端子１６は細くて放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂに比べれば熱の伝熱効率が大幅に悪く、また、回路基板４の厚みが１mm程度であるのに対して、ＬＤドライバＩＣ２３と光サブモジュール２との間は、デジタル送信回路２０の回路構成の都合上、数mm程度の間隔があり、光サブモジュール２を通る放熱経路は経路長が長いため、当該光サブモジュール２を通る放熱経路の熱抵抗は大きい。このため、ＬＤドライバＩＣ２３から発せられた熱は光サブモジュール２側へは殆ど放熱しない。これにより、ＬＤドライバＩＣ２３から発せられた熱が光サブモジュール２に伝熱されて光サブモジュール２の温度を上昇させてしまうことを抑制できて、次に示すような問題発生を防止できる。

すなわち、光サブモジュール２の温度が上昇すると、光サブモジュール２を構成している発光素子（ＬＤ）１０およびデジタル用受光素子（ＡＰＤ）１２の動作に次に示すような悪影響が出る。つまり、デジタル用受光素子（ＡＰＤ）１２は受光感度に温度依存性があることから、デジタル用受光素子１２の温度が上昇すると、その温度変動に起因して受光感度が変動し、これにより、デジタル用受光素子１２による光信号と電気信号の変換動作が精度良く行われないという不具合が生じる。

また、発光素子１０においては、ＬＤドライバＩＣ２３からの入力電流量と光出力の大きさとの関係が例えば図３の実線Ｌａに示されるような関係であったものが、発光素子１０の温度が上昇すると、図３の実線Ｌｂに示されるような関係になるというように、発光素子１０は、ＬＤドライバＩＣ２３からの入力電流量と光出力の大きさとの関係に温度依存性がある。この温度依存性のために、発光素子１０から出力される光信号の大きさを安定化しようとすると、例えば発光素子１０への電気信号が図３の実線Ｍに示されるような波形であったものが、発光素子１０の温度が上昇するに従って、発光素子１０への電気信号が例えば図３の鎖線Ｎに示されるような波形となって、発光素子１０を予め定められた光出力の大きさで発光させるのに必要な電流の大きさが大きくなるし、また、電気信号の振幅が大きくなる。

ＬＤドライバＩＣ２３から発光素子１０への電流が大きくなると、ＬＤドライバＩＣ２３の発熱量が増加するために、そのＬＤドライバＩＣ２３の熱によって発光素子１０の温度がさらに上昇してＬＤドライバＩＣ２３から発光素子１０への電流をさらに大きくしなければならず、これにより、より一層ＬＤドライバＩＣ２３の発熱量が増加するというような悪循環が生じる。また、ビデオ用受光素子１１やデジタル用受光素子１２から出力される電気信号は微小な信号であり、当該信号に比べれば、発光素子１０に入力する電気信号は格段に大きい。このため、発光素子１０に入力する電気信号の振幅が大きくなるに従って、その発光素子１０への電気信号に起因したノイズがビデオ用受光素子１１やデジタル用受光素子１２から出力される電気信号に乗ってしまうというクロストーク問題が発生し易くなる。

この実施形態例では、前述したように、光サブモジュール２の温度上昇を抑制できるので、光サブモジュール２の温度上昇に起因した問題の発生を抑えることができて、光モジュール１の動作に対する信頼性を高めることができる。

さらに、この実施形態例では、金属ケース７に切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂを形成したことによって、金属ケース７に切り起こし加工による開口部３４（図２（ａ）参照）が形成されている。このため、その開口部３４を通る金属ケース７の内外間の空気の流れが生じ、その空気の流れによって放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂを空冷する効果を得ることができる。これにより、ＬＤドライバＩＣ２３の放熱をさらに促進させることができて、ＬＤドライバＩＣ２３の温度上昇をより効果的に抑制できる。

なお、この発明はこの実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態例では、２つの放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂが間隙Ｄを介して隣接配置され、その放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄに切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂが食い込み嵌合する構成であったが、例えば、放熱ブロックに金属ケース７側から回路基板４側に向けて切り欠かれた凹部が形成され、その放熱ブロックの凹部に切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂが食い込み嵌合する構成としてもよい。

また、この実施形態例では、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄに食い込み嵌合する切り起こし鉤状片として、２つの切り起こし鉤状片３３Ａ，３３Ｂが形成されていたが、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄに食い込み嵌合する切り起こし鉤状片の数は１つでもよいし、また、３つ以上でもよい。なお、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂ間の間隙Ｄに食い込み嵌合する切り起こし鉤状片の数が複数である場合に、それら各切り起こし鉤状片の折り返し部分の向きは適宜設定されるものであり、全ての切り起こし鉤状片の折り返し部分が同じ向きを向いていてもよいし、互い違いに逆向きを向いていてもよい。

さらに、この実施形態例では、放熱ブロック間の間隙と、切り起こし鉤状片との食い込み嵌合は１箇所であったが、例えばＬＤドライバＩＣ２３が大きい場合には、３つ以上の放熱ブロックを互いに間隔を介して隣接配置して２つ以上の嵌合用間隙を形成し、それら各間隙のそれぞれに、切り起こし鉤状片が食い込み嵌合する構成としてもよい。さらに、放熱ブロックに形成された凹部に切り起こし鉤状片が食い込み嵌合する構成の場合にも同様であり、放熱ブロックに複数の凹部を形成し、それら各凹部にそれぞれ切り起こし鉤状片が食い込み嵌合する構成としてもよい。

さらに、この実施形態例では、放熱シート３２Ａ，３２Ｂは、部品の共通化を図るために、放熱シート１９Ａ，１９Ｂと同じものであったが、放熱シート３２Ａ，３２Ｂは、放熱シート１９Ａ，１９Ｂとは例えば厚みや構成材料が異なる別の放熱シートであってもよい。この場合にも、もちろん、放熱ブロック３１Ａ，３１Ｂと金属ケース７との間の間隔はその放熱シート３２Ａ，３２Ｂの厚みに応じたものとなる。

さらに、この実施形態例では、デジタル用受光素子１２はＡＰＤであったが、デジタル用受光素子１２はＰＩＮ−ＰＤであってもよい。さらに、この実施形態例の光モジュール１は、電気信号を光信号に変換して出力する光信号送信機能と、光信号を電気信号に変換して出力する光信号受信機能とを両方共に備えていたが、この発明は、光信号送信機能のみを備えた光モジュール（光送信モジュール）にも適用することができるものである。また、この発明は、光信号受信機能のみを備えた光モジュール（光受信モジュール）であっても、当該光モジュールが発熱素子を有している場合にはその発熱素子の放熱構造に適用することができる。

さらに、この実施形態例では、本発明が光モジュールに適用される例を示したが、本発明は、光モジュール以外の例えば電源モジュール等のモジュールにも適用可能なものである。

本発明に係る実施形態例の発熱素子の放熱構造を備えたモジュールを説明するための図である。 図１のモジュールの金属ケースに設けられた切り起こし鉤状片の形態例を表したモデル図である。 発光素子の温度依存性を説明するためのグラフである。 発熱素子の放熱構造の一従来例を説明するための図である。

符号の説明

１ 光モジュール
４ 回路基板
７ 金属ケース
１０ 発光素子
２３ ＬＤドライバＩＣ
２８ 放熱用貫通孔
２９ 伝熱材料
３１Ａ，３１Ｂ 放熱ブロック
３２Ａ，３２Ｂ 放熱シート
３３Ａ，３３Ｂ 切り起こし鉤状片

Claims (5)

1. 金属ケースの内部に収容配置されている基板の表面に搭載されている発熱素子の放熱構造であって、
   前記発熱素子が搭載されている部分の基板表面から基板裏面に貫通する放熱用貫通孔と、
   該放熱用貫通孔に形成されている伝熱材料と、
   前記発熱素子が搭載されている部分の基板裏面と、当該基板裏面と間隔を介して向き合っている金属ケース部分との間に配設され発熱素子の発熱を前記放熱用貫通孔を介して受熱する金属から成る放熱ブロックと、
   金属よりも柔軟性の高い伝熱柔軟材料により形成され前記放熱ブロックと金属ケースとの間の間隙に配置される放熱シートと、
   を有し、
   前記放熱ブロックは複数個間隙を介して配置されており、
   前記金属ケースの前記放熱ブロックが配置される部分には壁面を前記基板に向けて切り起こし突出させ当該突出先端側を折り返した形状の切り起こし鉤状片が形成されていて、当該切り起こし鉤状片は、前記放熱ブロック間の間隙に食い込み嵌合して放熱ブロックの側面に弾性力によって押圧係止していることを特徴とする発熱素子の放熱構造。
2. 金属ケースの内部に収容配置されている基板の表面に搭載されている発熱素子の放熱構造であって、
   前記発熱素子が搭載されている部分の基板表面から基板裏面に貫通する放熱用貫通孔と、
   該放熱用貫通孔に形成されている伝熱材料と、
   前記発熱素子が搭載されている部分の基板裏面と、当該基板裏面と間隔を介して向き合っている金属ケース部分との間に配設され発熱素子の発熱を前記放熱用貫通孔を介して受熱する金属から成る放熱ブロックと、
   金属よりも柔軟性の高い伝熱柔軟材料により形成され前記放熱ブロックと金属ケースとの間の間隙に配置される放熱シートと、
   を有し、
   前記放熱ブロックには金属ケース側から基板側に向けて切り欠かれた凹部が形成されており、
   前記金属ケースの前記放熱ブロックが配置される部分には壁面を前記基板に向けて切り起こし突出させ当該突出先端側を折り返した形状の切り起こし鉤状片が形成されていて、当該切り起こし鉤状片は、前記放熱ブロックの凹部に食い込み嵌合してその凹部の内壁面に弾性力によって押圧係止していることを特徴とする発熱素子の放熱構造。
3. 発熱素子の底面には導体パッドが形成されており、その導体パッドが基板に接合されて放熱用貫通孔の内部の伝熱材料に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発熱素子の放熱構造。
4. 請求項１又は請求項２又は請求項３記載の発熱素子の放熱構造が設けられていることを特徴とするモジュール。
5. 発光素子と、該発光素子の発光制御を行う発熱素子である制御用素子とを有する光モジュールであることを特徴とする請求項４記載のモジュール。

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