JP2009152427A - 光トランシーバの放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光トランシーバのプラガブルという利便性を維持しつつ、熱伝導シートの使用により光トランシーバの筐体とヒートシンクとの間の熱抵抗が改善された光トランシーバの放熱装置を提供する。
【解決手段】ヒートシンク１５とトランシーバ筐体１４との接触面１５ａ，１４ａは傾斜面とされ、ヒートシンク又はトランシーバ筐体のいずれかの接触面に軟質な熱伝導シート１８が貼り付けられる。ヒートシンク１５は、トランシーバ筐体１４の挿入に応じてケージ１２に対して前後方向及び上下方向に所定の範囲で移動可能に支持され、熱伝導シート１８の接触面を擦ることなくトランシーバ筐体１４が挿入され、光トランシーバ１３の最終挿入位置で、熱伝導性シート１８を挟んでヒートシンク１５とトランシーバ筐体１４との接触面が互いに圧接される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ケージに配設したヒートシンクにより、光トランシーバからの発熱を放熱させる光トランシーバの放熱装置に関する。

光トランシーバは、発光受光素子を備え、光コネクタを介して光信号を送受信するもので、複数の電子部品、電子回路及び回路基板が収納される本体部と、光コネクタが着脱可能に接続されるレセプタクルとを有している。光トランシーバは、プラガブル光トランシーバとも言われ、通常、ホスト基板に設置された金属製のケージに活線状態で挿抜され、ケージの奥部に配された電気コネクタと接続されるとともに、ケージ内への挿入がラッチされる。

図７は、標準規格として知られているＸＦＰ型の光トランシーバの一例で、ホスト基板上に搭載されて使用される様子を示している（例えば、特許文献１参照）。ホスト基板１上には、金属製のケージ２が設置されていて、このケージの開口２ａはベゼル１ａから露出され、このケージ開口２ａを通して光トランシーバ３が挿抜される。光トランシーバ３の後端には電気プラグ４を備えていて、この電気プラグ４とホスト基板１上の電気コネクタ５がケージ２内で接続されることで、光トランシーバ５とホスト装置との間で通信（信号の送受、光トランシーバへの電源の供給）が確立する。

ケージ２の上部には、光トランシーバ３の発生熱を放熱するためのヒートシンク６が、クリップ７を用いて配置される。光トランシーバ３とヒートシンク６の熱的接触は、お互いの接触面の面精度を管理することで確保している。
特開２００７−１５６４６１号公報（図１）

しかしながら、近年の通信速度は１０Ｇｂｐｓから１００Ｇｂｐｓに及ぶに至って、光トランシーバに搭載される電子部品の消費電力が増加し、より高い放熱効率が求められるようになっている。ヒートシンクと光トランシーバ筐体間のように、固体同士の接触のみでリーズナブルに高い放熱効果を得るためには、接触界面の接触面積を増加させる必要がある。このためには、非常に高精度の加工で微小な凹凸を除去して、極めてフラットな面同士の接触が必要とされる。しかし、経済的かつ量産的に実現可能な手段で、上記のような理想に近い高精度の加工を行い、放熱効率を得ることは技術的に不可能に近い。

一方、加工精度によらずに、２つの金属間の熱的な接触を確保する方法として、稠度（ちょう度）の高い粘性樹脂ペースト、あるいは、硬度の低い樹脂シートを用いる方法がある。シートの樹脂材は、本質的には熱伝導が低い材料であるが、金属や熱伝導性セラミック等の紛体を混ぜ、かつ極力薄い状態で使用することで、所望の熱抵抗とすることが可能である。これらの材料（以下、熱伝導シートという）は、固定された２部材間のギャップフィラーとして使用され、接触界面におけるエアギャップをなくし、樹脂を介した接触面積の実質的な増加、及びそれによる熱伝導の確保が可能となる。ただ、単なる接触だけでは不十分であり、これには、適切な圧力（押し圧力）、稠度、熱伝導シート自体の熱伝導率を管理する必要がある。

ここで、上記したプラガブル光トランシーバの放熱においては、従来、熱伝導シートを用いることなく、光トランシーバの筐体とヒートシンクとの物理的な接触のみで、放熱を管理している。発熱量が少なく放熱量が少なくてすむ場合は、ヒートシンクからの放熱に１００％依存しなくても、光トランシーバの筐体そのものよって放熱をカバーすることができる。しかしながら、例えば、その５倍以上の放熱量となった場合には、より高い放熱効率が求められ、発熱源からヒートシンクまでの効率的な熱輸送は必須となる。極論すると、光トランシーバの筐体とヒートシンクとの熱的な抵抗は、無視できる程度にすることが望まれる。

従来の方法で、これを実現しようとすると、接触面の仕上げ精度の向上と材料の選択を伴うことから、経済的な制約の下では極めて実現が困難であるが、熱伝導シートの利用が可能であれば、熱管理という技術的課題を回避することが可能となる。しかし、熱伝導シートは、固定された２部材間での使用を想定している。光トランシーバの利便性である「プラガブル」という挿抜操作を行う場合には、光トランシーバの筐体とヒートシンクとの接触面で、平行な繰り返し移動動作を伴う場合には、熱伝導シートの捲くれや擦れという問題がある。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光トランシーバのプラガブルという利便性を維持しつつ、熱伝導シートの使用により光トランシーバの筐体とヒートシンクとの間の熱抵抗が改善された光トランシーバの放熱装置を提供することにある。

本発明による光トランシーバの放熱装置は、ホスト基板に設置されたケージの上部にヒートシンクを配置し、該ヒートシンクによりケージ内に挿抜可能に挿着される光トランシーバからの発熱を放熱する光トランシーバの放熱装置である。ヒートシンクとトランシーバ筐体との接触面は傾斜面とされ、ヒートシンク又はトランシーバ筐体のいずれかの接触面に軟質な熱伝導シートが貼り付けられる。ヒートシンクは、トランシーバ筐体の挿入に応じてケージに対して前後方向及び上下方向に所定の範囲で移動可能に支持され、熱伝導シートの接触面を擦ることなくトランシーバ筐体が挿入され、光トランシーバの最終挿入位置で、熱伝導シートを挟んでヒートシンクとトランシーバ筐体との接触面が互いに圧接される。

また、ヒートシンクと光トランシーバ筐体の接触面に、互いに係合する穴と突起を設け、熱伝導シートを挟んでヒートシンクとトランシーバ筐体の接触面が、圧接時には前記の穴と突起が係合され、非圧接時には非係合とされる。

本発明によれば、光トランシーバの挿抜時に、熱伝導シートを擦ったり捲ったりすることなく、ヒートシンクと光トランシーバの筐体との間に熱伝導シートを介在させることができ、光トランシーバの放熱性を向上させることができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による光トランシーバの放熱装置の概略を説明する図、図２及び図３は本発明による放熱機構を説明する模式図である。図中、１０はホスト装置、１１はホスト基板、１１ａはベゼル、１２はケージ、１２ａはケージ開口、１２ｂはケージ上部、１２ｃは窓部、１２ｄはケージ側部、１３は光トランシーバ、１４はトランシーバ筐体、１４ａは接触面、１４ｂは押込み突起、１５はヒートシンク、１５ａは接触面、１６は案内突起、１７は案内部、１７ａは押下げバネ、１７ｂは押上げバネ、１８は熱伝導シート、１９は係合突起、２０は係合穴、２１はホスト回路板、２２は電気コネクタ、２３はトランシーバ回路板、２４は電気プラグを示す。

本発明による光トランシーバの放熱装置は、基本的な構成については図７の従来例に示したのと同様である。図１に示すように、例えば、ホスト装置１０は、ホスト基板１１上に金属製のケージ１２を設置してなり、ケージ１２に対してプラガブル光トランシーバ１３（以下、光トランシーバという）を挿抜する構成である。ケージ１２の前端のケージ開口１２ａは、ホスト装置１０のベゼル１１ａから外部に露出させて、光トランシーバ１３の挿入口とされる。

ケージ上部１２ｂには窓部１２ｃが設けられ、この窓部１２ｃから放熱フィンを有するヒートシンク１５が露出するように配置される。ヒートシンク１５は、後述するように前後方向及び上下方向に所定の範囲内で移動可能に支持され、そのための案内突起１６が側面部分に設けられ、ケージ側部１２ｄには、前記の案内突起１６を支持して案内する案内部１７が設けられている。

光トランシーバ１３は、金属製のトランシーバ筐体１４で覆われ、ケージ１２内に挿入された際に、その上面側がヒートシンク１５の接触面（内面）と熱的に接触する接触面１４ａとされる。後述するように、ヒートシンク１５の接触面とトランシーバ筐体１４の接触面は傾斜面で形成される。また、光トランシーバ１３の後端には、図７と同様に電気プラグを備えていて、この電気プラグとホスト基板１１上の電気コネクタがケージ１２内で接続される（図２参照）ことで、光トランシーバ１３とホスト装置１０との間で通信（信号の送受、光トランシーバへの電源の供給等）が確立する。

図２は、本発明における放熱機構の動作状態を説明する図で、光トランシーバ１３の挿入開始から最終挿入位置までのヒートシンク１５との関係を模式的に示している。ケージ１２は、ホスト回路板２１上に接地接続（図示せず）された状態で取付けられ、ケージ上部１２ｂには、前後方向にクリアランスを有する窓部１２ｃからヒートシンク１５が露出するようにして支持される。また、ホスト回路板２１上の奥部には、電気コネクタ２２が配設され、光トランシーバ１３のトランシーバ回路板２３の後端に設けられた電気プラグ２４の押込みにより、回路接続が形成される。

また、後述するように、ヒートシンク１５の側面には案内突起１６が設けられ、ヒートシンク１５の移動で案内突起１６にケージ１２側に設けられた押下げバネ１７ａが当接することにより、ヒートシンク１５が下方に押し下げられる。また、ヒートシンク１５の移動で案内突起１６にケージ１２側に設けられた押上げバネ１７ｂが当接することにより、ヒートシンク１５が上方に押し上げられる。

図１では明示されなかったが、本発明においては、ヒートシンク１５の接触面１５ａとトランシーバ筐体１４の接触面１４ａは、互いの傾斜角が一致する傾斜面で形成される。また、ヒートシンク１５の接触面１５ａ、又は、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａのいずれか一方の面に、軟質な熱伝導シート１８が接着保持されている（図２では、ヒートシンク１５側に貼り付け）。熱伝導シート１８は、発熱側のトランシーバ筐体１４と放熱側のヒートシンク１５の両方に密着される必要があるため、低硬度な弾性体で、かつ高熱伝導性を有している材料で形成される。

熱伝導シート１８には、耐熱性のある樹脂材、例えば、シリコーンゴムあるいは有機・無機のハイブリッド材料に、銅、アルミニウム、銀、ステンレス等の金属紛や酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素等の金属酸化物、あるいは、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化クロム等の金属窒化物、その他金属炭化物等の微粒子からなる熱伝導性フィラーを混合した市販のもので、厚さ０.３ｍｍ〜１.０ｍｍのものを用いることができる。

図２（Ａ）は、光トランシーバ１３をケージ１２内の途中位置まで挿入した状態を示している。この状態のとき、ヒートシンク１５は、押下バネ１７ａにより前方側の位置に押しやられ、また押上バネ１７ｂにより上方の位置にある。光トランシーバ１３が挿入開始から所定の挿入位置までは、傾斜した接触面１４ａは、ヒートシンク１５の傾斜した接触面１５ａに貼り付けた熱伝導シート１８に接触せずに挿入される。

図２（Ｂ）は、光トランシーバ１３が電気コネクタ２２に接続される直前で、ケージ１２内の最終挿入位置の手前まで挿入された状態を示している。この状態のとき、ヒートシンク１５は、図２（Ａ）の状態のときと同様に、押下バネ１７ａにより前方側の位置に押しやられ、また押上バネ１７ｂにより上方の位置にある。そして、光トランシーバ１３のトランシーバ筐体１４に設けられた押込み突起１４ｂがヒートシンク１５の前端に当接し、傾斜した接触面１４ａがヒートシンク１５の傾斜した接触面１５ａに貼り付けた熱伝導シート１８に対して、接触しないが互いに接近し向き合った状態に保たれる。この状態を保持して、次の図２（Ｃ）の状態に移行される。

図２（Ｃ）は、光トランシーバ１３が電気コネクタ２２に接続され、最終挿入位置まで挿入された状態を示している。この状態は、図２（Ｂ）のトランシーバ筐体１４の押込み突起１４ｂがヒートシンク１５に当接し、接触面１４ａが熱伝導シート１８に接触していない状態で、さらに光トランシーバ１３を押し込むことにより得られ、ヒートシンク１５が後方（図の右方向）に移動される。ヒートシンク１５の後方への移動は、窓部１２ｃで規制されるクリアランスの範囲内で行われ、この移動により押下げバネ１７ａが案内突起１６に作用して、ヒートシンク１５を下方に押下げる。この結果、熱伝導シート１８を挟んでトランシーバ筐体１４の接触面１４ａとヒートシンク１５の接触面１５ａが互いに圧接される。

すなわち、光トランシーバ１３は、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａがヒートシンク１５の接触面１５ａに貼り付けられた熱伝導シート１８に接触しない状態でケージ１２内に挿入される。そして、光トランシーバ１３がケージ１２内の最終挿入位置まで押し込まれ、電気コネクタとの接続が確立したときに、光トランシーバ１３はヒートシンク１５に熱的に接触される。このため、光トランシーバの挿入時に、熱伝導シート１８がトランシーバ筐体１４によって擦られたり捲き込まれたりすることから回避され、挿入完了時には熱伝導シート１８を介して光トランシーバの良好な放熱状態を実現することができる。

図３は、光トランシーバ１３をケージ１２から引き抜く際に、熱伝導シート１８を擦らないようにする構成を、模式的に示した図である。図３（Ａ）は、図２（Ｃ）で説明したのと同様な光トランシーバ１３が電気コネクタ２２に接続され、最終挿入位置まで挿入された動作状態を示している。この図３に示す構成例では、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａに係合突起１９を設け、ヒートシンク１５の接触面１５ａには係合穴２０を設けている。

係合突起１９は、光トランシーバ１３が最終挿入位置まで挿入されたときに、ヒートシンク１５が押下げられることにより係合穴２０と係合する。そして、光トランシーバ１３を、電気コネクタとの接続を解除してケージ１２から引き抜く場合に、係合突起１９と係合穴２０とが係合していることから、ヒートシンク１５は、熱伝導シート１８を挟んでトランシーバ筐体１４と共に光トランシーバ１３の引き抜きに伴って前方（左側方向）に移動される。

この移動により、図３（Ｂ）に示すように、案内突起１６は押下げバネ１７ａから外れ、押上げバネ１７ｂが案内突起１６に作用して、ヒートシンク１５の下方への圧接状態を解除して上方に押上げる。この動作により、係合突起１９は、係合穴２０から脱して係合状態が解除され、ヒートシンク１５と熱伝導シート１８はトランシーバ筐体１４の接触面１４ａから離れる。なお、ヒートシンク１５の移動は、窓部１２ｃで規制されるクリアランスの範囲内で行われる。次いで、さらに光トランシーバ１３を引き抜くと、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａは、熱伝導シート１８から完全に離れ、熱伝導シート１８を擦ることなく引き抜くことができる。

図４〜図６は、ケージ内にヒートシンクを移動可能に支持する構成例を示す図である。図中の符号は、図１〜図３で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
図４は、光トランシーバ１３をケージ１２に挿入する初期の状態を示し、図４（Ａ）は全体の状態を示す図、図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）は支持部の詳細を示す図である。図４（Ａ）に示すように、ケージ上部１２ｂに形成された窓部１２ｃの枠内に、ヒートシンク１５が前後方向（矢印Ｙ）に移動可能で、かつ上下方向（矢印Ｘ）に変位可能に支持される。なお、図４の光トランシーバ１３の挿入初期においては、図２（Ａ）で説明したように、ヒートシンク１５は、ケージ１２の前方で上方に位置した状態に保持されている。

ヒートシンク１５の移動可能な支持手段として、図４（Ｂ）に部分側面図で示すように、例えば、ヒートシンク１５の両側面に案内突起１６を設け、両側のケージ側部１２ｄに前記の案内突起１６を案内する長方形状の開口からなる案内部１７を設けて構成される。案内部１７は、図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示すように、例えば、案内部１７の右半部から押下げバネ１７ａを内側に切起こし、案内部１７の左半部から押上げバネ１７ｂを内側に切起こし、長方形状の開口が得られるようにして形成される。また、案内突起１６には、押下げバネ１７ａの下側に滑り込みやすいカム面１６ａを形成し、また、押上げバネ１７ｂの下側に滑り込みやすいカム面１６ｂを形成するようにしてもよい。

図５は、光トランシーバ１３をケージ１２の最終挿入位置直前の手前まで挿入した状態を示し、ヒートシンク１５は、ケージ１２の窓部１２ｃの中間位置に移動された状態に保持されている。なお、図５（Ａ）は全体の状態を示す図、図５（Ｂ）は支持部の詳細を示す図である。この図５においては、ヒートシンク１５は、光トランシーバ１３の押し込み（図２（Ｂ）の状態から僅かに押された状態）により、図４の位置より僅かに後方に移動され、案内突起１６は、押下げバネ１７ａと押上げバネ１７ｂの両方に跨る位置にある。

図６は、光トランシーバ１３をケージ１２の最終挿入位置まで挿入した状態を示し、ヒートシンク１５は、ケージ１２の窓部１２ｃの最奥部に移動された状態に保持されている。なお、図６（Ａ）は全体の状態を示す図、図６（Ｂ）は支持部の詳細を示す図である。この図６においては、ヒートシンク１５は、光トランシーバ１３の押し込みにより、図５の位置よりさらに後方に移動され、案内突起１６は、案内部１７の右側まで完全に移動して押下げバネ１７ａにより、ヒートシンク１５を下方に押圧した位置にある。すなわち、この状態においては、図２（Ｃ）で説明したように、ケージ１２内に挿入されたトランシーバ筐体１４に対し、ヒートシンク１５が上方から熱伝導シートを介して圧接され、良好な放熱状態を実現することができる。

本発明による光トランシーバの放熱装置の概略を説明する模式図である。 本発明における放熱機構の動作状態を説明する図である。 本発明の光トランシーバの引き抜きに対する構成例を説明する図である。 本発明の光トランシーバの挿入初期におけるヒートシンクの状態を示す図である。 本発明の光トランシーバの最終挿入位置の直前におけるヒートシンクの状態を示す図である。 本発明の光トランシーバの最終挿入位置におけるヒートシンクの状態を示す図である。 従来技術を説明する図である。

符号の説明

１０…ホスト装置、１１…ホスト基板、１１ａ…ベゼル、１２…ケージ、１２ａ…ケージ開口、１２ｂ…ケージ上部、１２ｃ…窓部、１２ｄ…ケージ側部、１３…光トランシーバ、１４…トランシーバ筐体、１４ａ…接触面、１４ｂ…押込み突起、１５…ヒートシンク、１５ａ…接触面、１６…案内突起、１７…案内部、１７ａ…押下げバネ、１７ｂ…押上げバネ、１８…熱伝導シート、１９…係合突起、２０…係合穴、２１…ホスト回路板、２２…電気コネクタ、２３…トランシーバ回路板、２４…電気プラグ。

Claims (2)

1. ホスト基板に設置されたケージの上部にヒートシンクを配置し、該ヒートシンクによりケージ内に挿抜可能に挿着される光トランシーバからの発熱を放熱する光トランシーバの放熱装置であって、
   前記ヒートシンクとトランシーバ筐体との接触面は傾斜面とされ、前記ヒートシンク又は前記トランシーバ筐体のいずれかの接触面に軟質な熱伝導シートが貼り付けられ、前記ヒートシンクは、前記トランシーバ筐体の挿入位置に応じて前記ケージに対して前後方向及び上下方向に所定の範囲で移動可能に支持され、
   前記熱伝導シートの接触面を擦ることなく前記トランシーバ筐体が挿入され、前記トランシーバ筐体の最終挿入位置で、前記熱伝導シートを挟んで前記ヒートシンクと前記トランシーバ筐体との接触面が互いに圧接されることを特徴とする光トランシーバの放熱装置。
2. 前記ヒートシンクと前記トランシーバ筐体の接触面に、互いに係合する穴と突起を設け、前記熱伝導シートを挟んで前記ヒートシンクと前記トランシーバ筐体の接触面が、圧接時には前記穴と突起が係合され、非圧接時には非係合とされることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバの放熱装置。

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