JP2009152428A - 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】ホスト基板１１に設置されたケージ１２の上部に配置されるヒートシンク１５とトランシーバ筐体１４との接触面のいずれか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はケージ１２に対して下方に弾性的に所定の範囲で移動可能に支持され、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａ側にヒートシンク１５の接触面１５ａから所定の範囲で離間させるカム突起１９が設けられる。トランシーバ筐体１４は、熱伝導シート１８の接触面を擦ることなく挿入され、トランシーバ筐体１４の最終挿入位置で、熱伝導シート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１

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６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のいずれかに軟質な熱伝導シートが貼り付けられ、ヒートシンクはケージに対して下方に弾性的に所定の範囲で移動可能に支持され、トランシーバ筐体の接触面側にヒートシンクの接触面から所定の範囲で離間させるカム突起が設けられる。トランシーバ筐体は、熱伝導シートの接触面を擦ることなく挿入され、トランシーバ筐体の最終挿入位置で、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。

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（Ａ）は本発明による光トランシーバの放熱装置の概略を示す斜視図、図１（Ｂ）は本発明による放熱装置の概略を説明する模式断面図である。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、１５はヒートシンク、１５ａは接触面、１６はバネ受け突条、１７は押下げバネ、１８は熱伝導シート、１９はカム突起部、２０はカム受け部、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６の従来例に示したのと同様である。図１（Ａ）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、このケージ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、後述するように下方に弾性的に所定の範囲で移動可能に支持され、そのためのバネ受け突条１６がヒートシンク１５の両側面に設けられ、ケージ１２のケージ側部１２ｄには、押下げバネ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。なお、図１（Ｂ）の断面図で示すように、ホスト回路板２１上の奥部には、図６と同様に電気コネクタ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されることで、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。

また、本発明においては、図１（Ｂ）に示すように、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１では、ヒートシンク１５側に貼り付け）。そして、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が熱的に接合されるようにしている。このため、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。

また、光トランシーバ１３は、「プラガブル」でケージ１２に対して挿抜されるが、この挿抜操作で上記の熱伝導シート１８を擦ったり捲くったりすることなく挿抜させる必要がある。このため、本発明においては、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａの両側にカム突起部１９を設けると共に、ヒートシンク１５の接触面１５ａの両側には、カム突起部１９に対応する形態でカム受け部２０を設けている。

トランシーバ筐体１４のカム突起部１９とヒートシンク１５のカム受け部２０は、光トランシーバ１３がケージ１２内に挿入される際に、トランシーバ筐体１４のカム突起部１９がヒートシンク１５のカム受け部２０に摺接して、ヒートシンク１５を弾性的に下方に押下げるように付与されているバネ圧に抗して上方に押し上げる。この結果、光トランシーバ１３は、ケージ１２内の所定の挿入位置まで、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａが、熱伝導シート１８から離れた状態で挿入される。すなわち、光トランシーバ１３は、熱伝導シート１８を擦ることなく所定の挿入位置まで挿入される。

光トランシーバ１３が、電気コネクタ２２に接続される最終挿入位置まで挿入されると、カム突起部１９がカム受け部２０のカム溝に落ち込んで、ヒートシンク１５に付与されている押下げバネ１７による弾性により、ヒートシンク１５が一点鎖線で示す位置に押し下げられる。これにより、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。この結果、熱伝導シート１８が光トランシーバ１３の挿入時に、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａで擦られたり捲くら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２は、上述したカム突起部とカム受け部の構成例を示す図である。図２（Ａ）はトランシーバ筐体の側面図と下面図を示し、図２（Ｂ）はヒートシンクの下面図と側面図を示す。図中、１９ａは第１のカム突起、１９ｂは第２のカム突起、１９ｃは傾斜面、２０ａは第１のカム摺動路、２０ｂは第２のカム摺動路、２０ｃは傾斜面、２０ｄはカム溝を示し、その他の符号は図１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２（Ａ）に示すように、カム突起部は、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａの両側の後方端部分に第１のカム突起１９ａを設け、中間部分に第２のカム突起１９ｂを設けて形成される。第１のカム突起１９ａは、第２のカム突起１９ｂより内側に位置するように設けられ、長手方向で互いに重ならないようにされる。また、これらのカム突起１９ａ，１９ｂの前後部分は、カム摺接面に対して乗り上げやすいように傾斜面１９ｃで形成することができる。

図２（Ｂ）に示すように、カム受け部は、バネ受け突条１６の部分を含めたヒートシンク１５の接触面１５ａに、中央の主たる領域に熱伝導シート１８が貼り付け、その両側のスペース部分に第１のカム摺動路２０ａと第２のカム摺動路２０ｂを設けて形成される。第１のカム摺動路２０ａには、トランシーバ筐体１４に設けた第１のカム突起１９ａが摺接し、第２のカム摺動路２０ｂには第２のカム突起１９ｂが摺接するようにされる。このため、第１のカム摺動路２０ａは、第２のカム摺動路２０ｂの内側に位置し、その摺動路長さも長くなっている。また、これらカム摺動路２０ａ，２０ｂの後方には、カム突起１９ａ，１９ｂが落ち込むカム溝２０ｅが形成され、カム摺動路２０ａ，２０ｂの端部は、カム突起１９ａ，１９ｂが乗り上げやすいように傾斜面２０ｃで形成することができる。

図３は、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。図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、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。なお、図中の符号は、図１，２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。
光トランシーバ１３がケージ内に挿入されていない状態のときは、図１で説明したようにヒートシンク１５は、押下げバネ１７（図１参照）により下方位置に付勢されている。光トランシーバ１３を挿入するに際しては、ヒートシンク１５を押下げバネ１７に抗して上方に押し上げる必要がある。

図３（Ａ）は、光トランシーバ１３をケージ内に挿入する初期の状態を示し、トランシーバ筐体１４の接触面１４ａの後方の端部位置に設けた第１のカム突起１９ａをヒートシンク１５の前方下面に差込む。第１のカム突起１９ａは、ヒートシンク下面の第１のカム摺動路２０ａに摺接して、ヒートシンク１５の前方側を押し上げる。そして、ヒートシンク１５を傾いた状態にし、トランシーバ筐体１４が摺動して挿入されるのを許容する。

次の図３（Ｂ）では、トランシーバ筐体１４がさらに挿入され、第１のカム突起１９ａがヒートシンク１５の中央位置に達する位置まで挿入されると、ヒートシンク１５の傾き方向が反対になる。しかし、この段階でトランシーバ筐体１４の接触面１４ａの中間位置に設けた第２のカム突起１９ｂも、ヒートシンク１５の領域内に位置していて、ヒートシンク１５は、第１と第２のカム突起１９ａと１９ｂとで支えられる形態となり、トランシーバ筐体１４と平行状態となる。

図３（Ｃ）は、第１と第２のカム突起１９ａと１９ｂとが、ヒートシンク１５の第１と第２のそれぞれのカム摺動路２０ａと２０ｂとに摺接して、トランシーバ筐体１４が、最終挿入位置の直前まで挿入された状態を示している。
図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）の状態から、トランシーバ筐体１４が僅かに押込まれることにより、第１のカム突起１９ａがカム溝２０ｄに落ち込んだ状態を示し、ヒートシンク１５が傾いた状態になる。

そして、図３（Ｅ）に示すように、トランシーバ筐体１４が最終挿入位置に達したとき、第２のカム突起１９ａもカム溝２０ｄに落ち込んで、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が熱伝導シート（図３では省略している）を挟んで、互いに圧接される。
また、反対に光トランシーバを引き出すときは、図３（Ｅ）から図３（Ａ）への状態になるように、逆の操作を行うことで実施される。

上述したように、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、光トランシーバがケージ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、熱伝導シートがトランシーバ筐体１４によって擦られたり捲くら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。また、光トランシーバをケージから引き出すときも、熱伝導シートがトランシーバ筐体１４によって、擦られたり捲くられたりすることから回避される。

図４及び図５は、ケージ内にヒートシンクを弾性的に所定の範囲で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。なお、図４は、図１に示した状態の光トランシーバ装置を、軸方向に沿って破断した状態で示してある。

この図４に示すように、ヒートシンク１５は、ケージ１２の上部１２ｂに形成された窓部１２ｃから露出するように支持され、窓部１２ｃ内で前後方向及び左右方向には実質的には移動せず、上下方向には多少移動可能とされる。ヒートシンク１５は、その前方の端部下端及び後方の端部下端を、ケージ１２の窓部１２ｃを形成する際の、切起こし片１２ｅにより支持され、これにより、光トランシーバが挿入されていないときの下方への支持位置が規制される。しかし、ヒートシンク１５を上方に押上げることにより、点線で示すような位置に変位させることができる。

図５は、ケージの側面にヒートシンクを弾性的に下方に押下げる押下げバネを一体に形成した例である。図５に示すように、ヒートシンク１５の両側部には、バネ受け突条１６が突出るように一体に形成されている。一方、ケージ１２の側部１２ｂの上部１２ｂに所定の間隔で切込みを入れ、所定の幅でヒートシンクのバネ受け突条１６の上面に当たる押下げバネ１７を設ける。この押下げバネ１７は、弾性を有する湾曲形状で形成され、そのバネ作用で常時はヒートシンク１５を下方に押下げているが、ヒートシンク１５に上方への押上げ力が加えられたときは、ある程度の上方への移動を許容する。

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。 本発明におけるカム突起部とカム受け部の構成例を示す図である。 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。 本発明におけるヒートシンクを支持する構成例を示す図である。 本発明におけるヒートシンクを弾性的に押下げる構成例を示す図である。 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、１５…ヒートシンク、１５ａ…接触面、１６…バネ受け突条、１７…押下げバネ、１８…熱伝導シート、１９…カム突起部、１９ａ…第１のカム突起、１９ｂ…第２のカム突起、１９ｃ…傾斜面、２０…カム受け部、２０ａ…第１のカム摺動路、２０ｂ…第２のカム摺動路、２０ｃ…傾斜面、２０ｄ…カム溝、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 (1)

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前記トランシーバ筐体との接触面のいずれか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ケージに対して下方に弾性的に所定の範囲で移動可能に支持され、前記トランシーバ筐体の接触面側に前記ヒートシンクの接触面から所定の範囲で離間させるカム突起が設けられ、
   前記熱伝導シートの接触面を擦ることなく前記光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。

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