JP2009031455A - 光コネクタを備えた回路基板の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】光電素子を搭載し光コネクタが実装される回路基板の発熱を効率よく放熱する。
【解決手段】回路基板１上の光電素子２、３に対して嵌合ピン位置決め方式により位置決め固定される光コネクタ４を備えた回路基板の放熱構造であって、回路基板１には光電素子２、３から発生する熱を放熱するための熱伝導材８を備え、光コネクタ４に架け渡された位置決めに用いる嵌合ピン７が熱伝導材８と接触することにより、光電素子から発生する熱を光コネクタから放熱する。回路基板上の光電素子等の発熱は、回路基板上の熱伝導材８から放熱されると同時に、この熱伝導材８に接触している嵌合ピン７を伝わって光コネクタからも放熱される。
【選択図】図２

Description

この発明は、光電素子等の電子デバイスを搭載した回路基板の放熱構造、特に光コネクタを備えた回路基板の放熱構造に関する。

回路基板に発熱素子（発熱電子部品）が搭載されている場合、通常、発熱素子の発熱を放熱することが必要となる。その場合の一般的な放熱手段としては、回路基板にヒートシンクを取り付けることが行われている。

回路基板上に光電素子（ＬＥＤ、ＬＤやＰＤ等）や駆動ＩＣ等の電子デバイスからの発熱を放熱する手段として、例えば特許文献１（光コネクタ）に記載されたものがある。
特許文献１における放熱手段は、回路基板に設けた隣接する光モジュール間に配置された光電素子内蔵の光コネクタ（ＯＥＩＣ内蔵の光コネクタ）の発熱を放熱するものであり、かつ、光モジュールが冷却装置を備えている場合のものであるが、光コネクタ（レセプタクル１６）とこれに隣接する冷却装置の外面（伝導冷却板保持材（放熱板に相当）７）との間の隙間に熱伝導グリス４０を充填して、光コネクタから冷却装置（放熱板）への熱伝達を良好にしようとするものである。
特許文献１：特許２９９１３４６号公報 第１１図、第６頁右欄第１〜９行等

回路基板にヒートシンクを取り付ける一般的な放熱手段は、特にスペース上の制約がある場合には、適切な形状・大きさのヒートシンクを設置できないことがあり、充分な冷却性能が得られない場合がある。

また、特許文献１の放熱手段は、光コネクタと放熱板（冷却装置の外面）との間の熱伝導を良くするものであるが、特に光コネクタが樹脂製の場合、光電素子の発熱が光コネクタを介して外部に効率よく伝達されるとは言い難い。
特に光電素子（特にＬＤ等の発光素子）からの発熱量は大きいので、光電素子からの発熱を効率良く処理できる構造が求められている。

また、特許文献１のように回路基板の発熱素子と放熱板とを熱伝導グリスを介して接触させることで効率よく放熱する放熱手段は、一般的にも行われているが、特に基板上の光電素子との光接続を行う光コネクタの場合、熱伝導グリスを用いることは、回路基板を汚染し光電素子や光コネクタ端面を汚染し光損失が増す恐れがあるので、好ましくない。

本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、光電素子等の電子デバイスを搭載した回路基板の発熱を効率よく放熱することができ、また、熱伝導グリスで回路基板の表面を汚染して、光コネクタ接続特性を悪化させることもない光コネクタを備えた回路基板の放熱構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、回路基板上の光電素子に対して嵌合ピン位置決め方式により位置決め固定される光コネクタを備えた回路基板の放熱構造であって、回路基板には光電素子から発生する熱を放熱するための熱伝導材を備え、光コネクタに架け渡された位置決めに用いる嵌合ピンが熱伝導材と接触することにより、光電素子から発生する熱を光コネクタから放熱することを特徴とする。

請求項２は、請求項１において、光コネクタにヒートシンクを装着したことを特徴とする。

請求項３は、請求項２におけるヒートシンクが、位置決めピンを受容するピン受け穴が形成され、光コネクタの後端面側にコ字形の縦部を持つ態様で光コネクタを囲む断面コ字形をなしており、前記ピン受け穴が前記コ字形の縦部に形成されていることを特徴とする。

請求項４は、請求項２におけるヒートシンクが、位置決めピンを受容するピン受け穴が形成され、光コネクタの前端面側にコ字形の縦部を持つ態様で光コネクタを囲む断面コ字形をなしており、前記ピン受け穴が前記コ字形の縦部に形成されていることを特徴とする。

請求項５は、請求項１〜４において、嵌合ピンの材質をＳＵＳよりも熱伝導率が良好な材質としたことを特徴する。

請求項６は、請求項１〜５における嵌合ピンとして、銅の棒にＳＵＳ製のスリット入りスリーブを被せ、両端に銅の棒が露出した嵌合ピンを用いたことを特徴とする。

本発明において、回路基板上の光電素子等の発熱は、回路基板上の熱伝導材から放熱されると同時に、この熱伝導材に接触している嵌合ピンを伝わって光コネクタからも放熱される。嵌合ピンとして熱伝導性の高い材料を用いることで、効率よく放熱することができる。
また、熱伝導グリスで回路基板を汚染するという問題はないので、基板上の光電素子に光コネクタ端面が対面する本発明の場合に、極めて適切である。
また、請求項２のように光コネクタにヒートシンクを装着すると、回路基板上の光電素子等の発熱は、さらに効率よく放熱することができる。
また、請求項３、４のようにヒートシンクを嵌合ピンに嵌合させると、回路基板上の光電素子等の発熱は、嵌合ピンを介してヒートシンクに効率よく伝達され、さらに効率よく放熱することができる。

ヒートシンクを回路基板から離間させることができるので、基板面に近接した空間に余裕がない場合でも、放熱性能を確保できる形状・大きさのヒートシンクを配置することも可能となる。

以下、本発明を実施した、光コネクタを備えた回路基板の放熱構造について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の、光コネクタを備えた回路基板の放熱構造（以下場合により、単に回路基板の放熱構造、あるいは単に放熱構造と呼ぶ）の一実施例を示す斜視図、図２は図１の回路基板の放熱構造を反対側（基板表面側）から見た斜視図、図３は上記回路基板の放熱構造の光コネクタ実装状態の横断面図で図４のＢ−Ｂ断面図、図４は上記回路基板の放熱構造の光コネクタ実装状態の縦断面図で図３のＡ−Ａ断面図である。
これらの図において、１は種々の電子部品とともに光電素子を搭載した光モジュールである回路基板であり、光電素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザーダイオード）２及びＰＤ（フォトダイオード）３等を搭載している。
また、回路基板１の一方の面には、光電素子２、３や受発光素子の駆動ＩＣ等（以下、光デバイスという場合がある）が発生する熱を発散させるためのパネル状の熱伝導材８が取り付けられている。
光デバイスは、熱伝導材８上に配置されている。
以下、本発明では、光デバイスから発生する熱を光電素子から発生する熱と言う場合がある。
回路基板１に実装される光コネクタ４は、概ね角形をなすフェルール５にあけた光ファイバ穴５ａの列の両側に嵌合ピン穴５ｂを有し、回路基板側の嵌合ピン穴との間に嵌合ピンを架け渡して光学的な位置決めするピン嵌合位置決め方式の光コネクタである。
光コネクタの光ファイバ穴５ａには、光ファイバテープ６の光ファイバ６ａが挿通固定され端面研磨されている。この光コネクタ４はいわゆるＭＴコネクタと称される光コネクタに相当し、JIS C 5981に規定されるＦ１２形多心光ファイバコネクタ用のフェルールに概ね相当する。
嵌合ピン７の材質としては、一般的に用いられているＳＵＳを用いることができる。
ＳＵＳよりも熱伝導性に優れた熱伝導性樹脂や、ジュラルミン、チタンを用いることができる。

この光コネクタ４に装着されるヒートシンク１０は、光コネクタ４の後端面側にコ字形の縦部１０ａを持つ態様で光コネクタ４を囲む断面コ字形をなしており、前記縦部１０ａに、嵌合ピン７を嵌合させる（受容させる）２つのピン受け穴１０ｂが形成されている。
ただし、このピン受け穴１０ｂの精度は、ヒートシンク１０を、嵌合ピン７の先端に固定する程度であれば良く、光学素子と光ファイバ端面の位置決めをする嵌合ピン位置決め穴ほどの精度は必要無い。ヒートシンク１０は、このピン受け穴１０ｂに嵌合する嵌合ピン７を介して光コネクタ４に装着されている。また、嵌合ピン７の先端部は、熱伝導材８にあけたピン穴８ａに嵌合している。
ヒートシンク１０のコ字形の上下の横部１０ｃの外面には、放熱のための複数の突起１０ｄが形成されている。ヒートシンク１０の後端面に、光ファイバテープ保護用のゴムブーツ９を通す開口１０ｅがあけられている。
ヒートシンク１０の材質としては、熱伝導性に優れたアルミ、銅を用いることができ、また、熱伝導性に優れた樹脂等を用いることができる。
なお、図示されている光電素子２、３等とヒートシンクの構造は模式的な図である。
熱伝導材８は放熱特性が良好な金属、樹脂、その他により構成することができる。
熱伝導材８の上に、直接、光デバイスを配置しても良いし、光デバイスをブロック状の光モジュールに配置し、この光モジュールと別体の熱伝導材８を接続しても良い。

上記の回路基板１の放熱構造において、嵌合ピンが挿入されていない場合、光デバイスから発生した熱は、主として熱伝導材８により放熱されるが、嵌合ピンが挿入されると、放熱ルートが増えて、近接するピン穴８ａに嵌合する嵌合ピン７を介してコネクタ本体からも放熱される。
しかし、光コネクタ本体からの放熱量が不十分な場合、光コネクタ本体に熱が蓄積する。
コネクタ本体は、通常は樹脂製である。
樹脂としては、例えば、エポキシやカーボンフィラー入りのＰＰＳ等により成形されており、熱により光コネクタ本体が膨張したり、そり返えしが発生するなどの原因で光接続特性に影響を及ぼす場合がある。
そのようなおそれが有る場合には、光コネクタ本体にヒートシンク１０を取り付けると、熱は嵌合ピン７からヒートシンク１０に伝わり、ヒートシンク１０から効率よく放熱される。したがって、光コネクタ本体への蓄熱の影響を抑えながら光デバイスの冷却を効率よく行うことができる。
つまり、単に光コネクタ本体から放熱する構成に限らず、ヒートシンク等の放熱体を取り付けることを、発熱量に応じて適宜選択することができる。
この放熱構造は、熱伝導グリスを用いないので、熱伝導グリスで基板１上の光電素子２、３や光コネクタ端面を汚染して光損失が増す問題は生じない。したがって、基板１上の光電素子２、３に、光コネクタ端面が対面して光軸合わせされる本発明の場合に、極めて適切である。
また、この実施例では、光コネクタ４を回路基板１に実装した図３、図４の状態で、ヒートシンク１０の先端面が基板面から離間しているので、基板面に近接した空間に余裕がない場合でも、放熱性能を確保できる形状・大きさのヒートシンクを配置することも可能となる。
また、基板１上に十分な面積の熱伝導材８を設置するスペースを確保することが困難な場合も考えられるが、その場合に、嵌合ピン７を介して行うヒートシンク１０からの放熱のみで、回路基板の冷却をまかなうことも考えられる。
なお、光デバイスを搭載した光モジュールブロックを基板１の表面に載置した場合でも、光モジュールブロック自体に嵌合ピン穴８ａを形成することにより、同様の作用効果を得ることができる。

図６に示したヒートシンク２０は、光コネクタ４の前端面側にコ字形の縦部２０ａを持つ態様で光コネクタ４を囲む断面コ字形をなしており、前記縦部２０ａに、嵌合ピン７を嵌合させる２つのピン受け穴２０ｂが形成されている。ヒートシンク２０は、このピン受け穴２０ａに嵌合する嵌合ピン７を介して光コネクタ４に装着されているとともに、熱伝導材８に直接接触している。また、嵌合ピン７の先端部は、前記と同様に回路基板１の熱伝導材８にも嵌合している。
この実施例では、ヒートシンク２０が熱伝導材８に直接接触している点で、光デバイスに対する冷却効果が高い。

また、図７に示すように、銅の棒１７ａにＳＵＳ製のスリット入りスリーブ１７ｂを被せてなるとともに、銅の棒１７ａの両端部１７ａ’、１７ａ”が露出した二重構造の円筒型の嵌合ピン１７を採用することができる。
ただし、スリット入りスリーブは周知の構造のものを採用できる。
この二重構造の嵌合ピン１７は、コネクタの精密位置決めと機械的な強度が、嵌合ピンの長手方向中央に延在するＳＵＳ製のスリーブ１７ｂにより確保され、熱伝導性は内部の銅の棒１７ａで確保できる。つまり、銅が露出した両端の部分１７ａ’、１７ａ”を、それぞれ熱発生側の媒体と熱発散側の媒体に接触させることにより、嵌合ピン１７による良好な放熱特性を確保することができる。複合材の組み合わせは、その他種々考えられる。

上記実施例では、光コネクタがいわゆるＭＴ光コネクタである場合について説明したが、コネクタはこれに限らない。
例えば、内部に鏡等の光軸変更機構を備え、主として光ファイバの配線方向が基板面にそっており、光ファイバ内を伝搬する光の光路を、内部の鏡等により回路基板上の光学素子に向けて９０°変換する光コネクタにも適用可能である。
また、各実施例では、熱伝達を目的とする嵌合ピンが２本である場合について説明したが、その本数は特に限定されない。
また、嵌合ピンとして、熱伝導性の極めて高いヒートパイプ（マイクロヒートパイプ）を採用することも考えられる。

本発明の、光コネクタを備えた回路基板の放熱構造の一実施例を示すもので、ヒートシンクを取り付けた光コネクタ、及びこの光コネクタを実装しようとする回路基板の斜視図である。 図１の構造を反対側（基板表面側）から見た斜視図である。 上記光コネクタを備えた回路基板の放熱構造の、光コネクタ実装状態の横断面図で、図４のＢ−Ｂ断面図である。 上記光コネクタを備えた回路基板の放熱構造の、光コネクタ実装状態の縦断面図で、図３のＡ−Ａ断面図である。 図１におけるヒートシンク及び嵌合ピンのみを示した斜視図である。 本発明の、光コネクタを備えた回路基板の放熱構造の他の実施例を示す斜視図である。 本発明における嵌合ピンの他の実施例を示すもので、（イ）は嵌合ピンの正面図、（ロ）は横断面図である。

符号の説明

１ 回路基板
１ａ ピン穴
２ ＬＤ（光電素子）
３ ＰＤ（光電素子）
４ 光コネクタ
５ フェルール
５ａ 光ファイバ穴
５ｂ 嵌合ピン穴
６ 光ファイバテープ
６ａ 光ファイバ
７、１７ 嵌合ピン
８、熱伝導材
８ａ ピン穴
９ ゴムブーツ
１０、２０ ヒートシンク
１０ａ、２０ａ 縦部
１０ｂ、２０ｂ ピン受け穴
１０ｃ、２０ｃ 横部
１０ｄ 突起
１０ｅ 開口

Claims (6)

1. 回路基板上の光電素子に対して嵌合ピン位置決め方式により位置決め固定される光コネクタを備えた回路基板の放熱構造であって、
   回路基板には光電素子から発生する熱を放熱するための熱伝導材を備え、
   光コネクタに架け渡された位置決めに用いる嵌合ピンが熱伝導材と接触することにより、光電素子から発生する熱を光コネクタから放熱することを特徴とする光コネクタを備えた回路基板の放熱構造。
2. 光コネクタにヒートシンクを装着したことを特徴とする請求項１記載の光コネクタを備えた回路基板の放熱構造。
3. 前記ヒートシンクは、位置決めピンを受容するピン受け穴が形成され、光コネクタの後端面側にコ字形の縦部を持つ態様で光コネクタを囲む断面コ字形をなしており、前記ピン受け穴が前記コ字形の縦部に形成されていることを特徴とする請求項２記載の光コネクタを備えた回路基板の放熱構造。
4. 前記ヒートシンクは、位置決めピンを受容するピン受け穴が形成され、光コネクタの前端面側にコ字形の縦部を持つ態様で光コネクタを囲む断面コ字形をなしており、前記ピン受け穴が前記コ字形の縦部に形成されていることを特徴とする請求項２記載の光コネクタを備えた回路基板の放熱構造。
5. 嵌合ピンの材質をＳＵＳよりも熱伝導率が良好な材質としたことを特徴する請求項１〜４記載の光コネクタを備えた回路基板の放熱構造。
6. 銅の棒にＳＵＳ製のスリット入りスリーブを被せ、両端に銅の棒が露出した嵌合ピンを用いたことを特徴とする請求項１〜５記載の光コネクタを備えた回路基板の放熱構造。

Images