JP2019191281A

JP2019191281A - 光モジュール、及び光伝送装置

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Publication number: JP2019191281A
Application number: JP2018081140A
Authority: JP
Inventors: 宏佳石井; Hiroyoshi Ishii; 幸一大森; Koichi Omori; 大竹　寿和; Toshikazu Otake; 寿和大竹; 孝市高橋; Koichi Takahashi
Original assignee: Lumentum Japan Inc
Current assignee: Lumentum Japan Inc
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: JP7112238B2

Abstract

【課題】簡便に熱伝導が向上される、光モジュール及び光伝送装置の提供。【解決手段】１又は複数の光サブアセンブリと、前記１又は複数の光サブアセンブリを制御する１又は複数の制御回路と、第１のケース及び第２のケースを含む、筺体と、前記第１のケースの外表面に配置される、金属板と、を備える、光モジュールであって、前記筺体は、前記第１のケース及び前記第２のケースが嵌合されることにより、前記筺体の内部に、前記１又は複数の光サブアセンブリと、前記１又は複数の制御回路と、を格納する、ことを特徴とし、前記金属板との接合箇所にヒートシンクを備える光伝送装置に抜き差しが可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、光モジュール及び光伝送装置に関し、特に、簡便な方法で熱伝導を高める技術に関する。

光送信機能、又は／及び光受信機能を有する光モジュールが用いられている。かかる光モジュールは、光伝送装置に搭載されるのが一般的である。搭載するための作業工程に鑑みて、かかる光モジュールに、光伝送装置に対して抜き差し可能なプラガブルモジュールが広く使用されている。

特開２０１５−１５３９９２号公報特開２００９−１５２４２８号公報

光送信機能や光受信機能を実現するために、一般に、光モジュールは、１又は複数の光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical SubAssembly）を備えている。また、かかる光モジュールは、１又は複数の制御回路（例えばＩＣ）をさらに備え、１又は複数の制御回路は光サブアセンブリを駆動及び制御する。

光モジュールが駆動されるとき、１又は複数の光サブアセンブリ及び１又は複数の制御回路は、熱を発生する。それゆえ、光モジュールから搭載される光伝送装置へ、発生する熱を放出する必要がある。光モジュールは、１又は複数の光サブアセンブリ及び１又は複数の制御回路を格納する筺体を備えており、発生する熱は筺体より光伝送装置へ放熱される。放熱性を向上させるために、筺体は金属製など熱伝導率が比較的高い材質で形成され、光伝送装置は光モジュールとの接合箇所にヒートシンクを備えている。放熱性をさらに向上させるために、光モジュールの筐体と光伝送装置のヒートシンクとの間に、熱伝導シートを配置させることが考えられる。しかしながら、光モジュールがプラガブルモジュールである場合に、熱伝導シートが剥がれてしまう恐れがあり、それを抑制する技術が特許文献１及び特許文献２に開示されている。

近年、光モジュールの高機能化に伴い高密度実装が行われている。光モジュールの発熱量もより多くなっている。それに応じて、ヒートシンクとの接合箇所となる筺体の外表面には、より高い平面度（フラットネス）やより低い表面粗さ（ラフネス）が求められることとなる。特許文献１に開示の技術では、筺体の外表面に複雑な構造を要しており、平面度を損なう上に、抜き差しの容易性（プラガブル性）を損なってしまう。特許文献２に、抜き差し時に熱伝導シートと光モジュールが直接接触しない技術が開示されているが、低い表面粗さを実現することが困難である。なお、特許文献１及び特許文献２に開示される熱伝導シートは、熱伝導率の高いフィラーを含むシリコン系材料やアクリル系材料など軟質な材料で形成される。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、簡便に熱伝導性が向上される、光モジュール及び光伝送装置の提供を目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る光モジュールは、１又は複数の光サブアセンブリと、前記１又は複数の光サブアセンブリを制御する１又は複数の制御回路と、第１のケース及び第２のケースを含む、筺体と、前記第１のケースの外表面に配置される、金属板と、を備える、光モジュールであって、前記筺体は、前記第１のケース及び前記第２のケースが嵌合されることにより、前記筺体の内部に、前記１又は複数の光サブアセンブリと、前記１又は複数の制御回路と、を格納する、ことを特徴とし、前記金属板との接合箇所にヒートシンクを備える光伝送装置に抜き差しが可能である。

（２）上記（１）に記載の光モジュールであって、前記金属板の外表面の表面粗さは、前記第１のケースの外表面の表面粗さよりさらに低くてもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載の光モジュールであって、前記金属板の外表面の平面度は、前記第１のケースの外表面の平面度よりさらに高くてもよい。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記金属板の熱伝導性が、前記第１のケースの熱伝導性よりさらに高くてもよい。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記金属板は板金であってもよい。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記金属板の外表面の高さは、前記第１のケースの外表面の高さよりさらに高くてもよい。

（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記第１のケースの外表面と前記金属板との間に、接着剤、粘着剤、両面テープからなる群より選択される１が配置されてもよい。

（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記第１のケースの外表面と前記金属板との間に、熱伝導シートがさらに配置されていてもよい。

（９）本発明に係る光伝送装置は、上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の光モジュールが搭載される、光伝送装置であってもよい。

本発明により、簡便に熱伝導性が向上される、光モジュール及び光伝送装置が提供される。

本発明の実施形態に係る光伝送装置及び光モジュールの構成を示す模式図である。本発明の実施形態に係る光モジュール２外観図である。本発明の実施形態に係る光伝送装置と光モジュールとの接合箇所を示す断面図である。本発明の実施形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である本発明の実施形態に係る光受信モジュールの断面図である。本発明の実施形態に係る光受信モジュールの断面図である。

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る光伝送装置１及び光モジュール２の構成を示す模式図である。光伝送装置１は、プリント回路基板１１とＩＣ１２を備えている。光伝送装置１は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置１は、例えば交換機の機能を有しており、基地局などに配置される。光伝送装置１に、複数の光モジュール２が搭載されており、光モジュール２より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、ＩＣ１２などを用いて、どこへ何のデータを送信するかを判断し、送信用のデータ（送信用の電気信号）を生成し、プリント回路基板１１を介して、該当する光モジュール２へそのデータを伝達する。

光モジュール２は、送信機能及び受信機能を有するトランシーバである。光モジュール２は、プリント回路基板２１と、光ファイバ３Ａを介して受信する光信号を電気信号に変換する光受信モジュール２３Ａと、電気信号を光信号に変換して光ファイバ３Ｂへ送信する光送信モジュール２３Ｂと、を含んでいる。プリント回路基板２１と、光受信モジュール２３Ａ及び光送信モジュール２３Ｂとは、それぞれフレキシブル基板２２Ａ，２２Ｂ（ＦＰＣ）を介して接続されている。光受信モジュール２３Ａより電気信号がフレキシブル基板２２Ａを介してプリント回路基板２１へ伝送され、プリント回路基板２１より電気信号がフレキシブル基板２２Ｂを介して光送信モジュール２３Ｂへ伝送される。光モジュール２と光伝送装置１とは電気コネクタ５を介して接続される。光受信モジュール２３Ａや光送信モジュール２３Ｂは、プリント回路基板２１に電気的に接続され、光信号／電気信号を電気信号／光信号にそれぞれ変換する。プリント回路基板２１は、光受信モジュール２３Ａより伝送される電気信号を制御する制御回路（例えばＩＣ）や、光送信モジュール２３Ｂへ伝送する電気信号を制御する制御回路（例えばＩＣ）を備えている。

当該実施形態に係る伝送システムは、２個以上の光伝送装置１と２個以上の光モジュール２と、１個以上の光ファイバ３（図示せず：例えば光ファイバ３Ａ，３Ｂ）を含む。各光伝送装置１に、１個以上の光モジュール２が接続される。２個の光伝送装置１にそれぞれ接続される光モジュール２の間を、光ファイバ３が接続している。一方の光伝送装置１が生成した送信用のデータが接続される光モジュール２によって光信号に変換され、かかる光信号を光ファイバ３へ送信される。光ファイバ３上を伝送する光信号は、他方の光伝送装置１に接続される光モジュール２によって受信され、光モジュール２が光信号を電気信号へ変換し、受信用のデータとして当該他方の光伝送装置１へ伝送する。

図２は、当該実施形態に係る光モジュール２の外観図である。当該実施形態に係る光モジュール２は、ＱＳＦＰ−ＤＤ（ＭＳＡ規格）に適応しており、光モジュール２の伝送レートは４００Ｇｂｉｔ／ｓである。図２に示す通り、光モジュール２は、筺体１００を備える。筺体１００は、上ケース１０１（第１のケース）及び下ケース１０２（第２のケース）を含む。光モジュール２（すなわち、光モジュール２の筺体１００）はさらに金属板１０３を備え、上ケース１０１の外側（上側）の表面に配置される。

図３は、当該実施形態に係る光伝送装置１と光モジュール２との接合箇所２００を示す模式断面図である。光伝送装置１は、光モジュール２の金属板１０３との接合箇所にヒートシンク３０を備えている。光モジュール２が光伝送装置１に搭載されると、光伝送装置１と光モジュール２との接合箇所２００において、金属板１０３とヒートシンク３０とが物理的に接することとなる。なお、光モジュール２は、光ファイバへ接続される側の端部に、プルタブ５０をさらに備え、光モジュール２を光伝送装置１に抜き差しする際に、ユーザはプルタブ５０を利用すればよい。特に、光モジュール２を抜く（除去）する際に、プルタブ５０は有用である。

図４は、当該実施形態に係る光モジュール２の構成を示す斜視図である。上ケース１０１としたケース１０２とが分離された状態で、内部に格納される主要な部品がそれぞれ示されている。簡単のために、主要な部品のみを示しており、それ以外の部品は図示を省略している。図４に示す通り、光モジュール２は、２個の光サブアセンブリ１０４，１０５（１又は複数の光サブアセンブリ）を備えている。図２に示す光受信モジュール２３Ａは、一般に１又は複数の光サブアセンブリを備えるが、ここでは、１個の光サブアセンブリ１０４を備えている。光サブアセンブリ１０４は、４個の１００Ｇｂｉｔ／ｓ級（より具体的にはＰＡＭ４信号による５０ＧＢａｕｄ級）の受信素子を備えたＲＯＳＡ（Receiver Optical SubAssembly）である。すなわち、光サブアセンブリ１０４は４個または４波の光入力とそれに対応した４チャンネルの電気出力を備えている。図２に示す光送信モジュール２３Ｂは、一般に１又は複数の光サブアセンブリを備えるが、ここでは、１個の光サブアセンブリ１０５を備えている。光サブアセンブリ１０５は、１００Ｇｂｉｔ／ｓ級（より具体的にはＰＡＭ４信号による５０ＧＢａｕｄ級）の発光素子を備えたＴＯＳＡ（Transmitter Optical SubAssembly）である。すなわち、光サブアセンブリ１０５は４チャンネルの電気入力とそれに対応した４個または４波の光出力を備えている。光サブアセンブリ１０４，１０５の筐体はＢＯＸ型である。

光モジュール２は、プリント回路基板２１上に配置される制御用ＩＣ１０６，１０７をさらに備える。ここで、制御用ＩＣ１０６，１０７が、１又は複数の光サブアセンブリを制御する１又は複数の制御回路である。プリント回路基板２１はさらに図示しない電気部品を有している。プリント回路基板２１は下ケース１０２に格納される。光モジュール２は、放熱シート１１１，１１２，１１３，１１４をさらに備える。放熱シート１１１，１１２はそれぞれ、制御用ＩＣ１０６，１０７の上面に貼付される。放熱シート１１３，１１４はそれぞれ、光サブアセンブリ１０４，１０５のうちボックス型筺体の上面に貼付される。すなわち、放熱シート１１３，１１４はそれぞれ、光サブアセンブリ１０４，１０５の上面の少なくとも一部に貼付される。筺体１００は、上ケース１０１及び下ケース１０２が嵌合されることにより、筺体１００の内部に、１又は複数の光サブアセンブリ（ここでは、光サブアセンブリ１０４，１０５）と、１又は複数の制御回路（制御用ＩＣ１０６，１０７）と、を格納する、上ケース１０１及び下ケース１０２が嵌合される状態では、放熱シート１１１，１１２，１１３，１１４，上ケース１０１の内側（下側）の表面の表面と物理的に接触する。放熱シート１１１，１１２，１１３，１１４は、熱伝導率の高いフィラーを含むシリコン系又はアクリル系などの材料によって形成される熱伝導シートであり、駆動時に光サブアセンブリ１０４，１０５及び制御用ＩＣ１０６，１０７に発生する熱を上ケース１０１に伝導させるための放熱部である。放熱部は放熱シートに限定されることはなく、放熱グリスであってもよい。

金属板１０３は、上ケース１０１の外側（上側）の表面に配置されるが、金属板１０３と上ケース１０１の外側の表面との間に、接着剤１２０が配置され、接着剤１２０が金属板１０３を上ケース１０１の外側の表面上に固定する。接着剤１２０は熱伝導性の高い材料によって形成されるのが望ましい。また、上ケース１０１から金属板１０３へ放熱するのに問題とならないよう、接着剤１２０は薄く貼付されるのが望ましい。接着剤１２０の代わりに、ロウ付けによって金属版１０３が固定されてもよい。なお、上ケース１０１と下ケース１０２とは、取付ねじ１２５によって固定される。

当該実施形態に係る光モジュール２の主な特徴は、金属板１０３が上ケース１０１の外側の表面（外表面）に配置されることにある。上ケース１０１及び下ケース１０２は金属製であり、例えば、アルミニウム合金や亜鉛合金などを材料に形成される。上ケース１０１及び下ケース１０２を成型するためには、ダイキャストや切削などの加工工程が一般的である。しかしながら、ダイキャストや切削によって上ケース１０１を成型すると、上ケースの外側の表面を、より高い平面度（より平坦な平面）やより低い表面粗さ（より平滑な表面粗さ）を実現することが困難となる。ここで、平面度とは、平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさである。また、表面粗さとは、部品の加工面の状態（凹凸）を表すものであり、高さ、深さ、間隔が異なる山、谷が連続する周期的な形状の粗さの度合いである。また、ダイキャスト成型後に表面研磨などにより平面度を高めることや表面粗さをより平滑にすることも可能だが、コスト面で非常に不利となる。標準規格において、光モジュール２の筐体１００と光伝送装置１のヒートシンク３０との接合箇所２００における筺体１００の表面の平面度や表面粗さはより厳しいものが求められてくることが考えられる。これに対して、当該実施形態に係る光モジュール２では、かかる接合箇所２００に金属板１０３が配置されており、より高い平面度やより低い表面粗さを実現することを容易にしている。高い平面度や低い表面粗さである外側の表面を有する金属板１０３とヒートシンク３０とが物理的に接触することで、より高い密着度で接することができ、接触熱抵抗を低くすることができ、放熱性が向上される。

金属板１０３は、板金であるのが望ましい。板金は金属材料をローラーに通して圧縮することで形成されるが、板金による金属板の表面を、より低い表面粗さに加工することは容易である。金属板１０３を上ケース１０１の外側の表面に配置することにより、簡便な方法で、より低い表面粗さを有する筺体１００の表面を実現することが出来ている。金属板１０３の外側の表面の表面粗さが、上ケース１０１の外側の表面の表面粗さよりさらに低い、すなわち、より平滑である（より鏡面に近い）のが望ましい。金属板１０３の外側の表面の平面度が、上ケース１０１の外側の表面の平面度よりさらに高いのが望ましい。板金は、様々な種類の金属（合金を含む）で実現可能であるので、金属板１０３に高い熱伝導性を有する金属材料（例えば、銅）を用いて形成することができる。金属板１０３（を構成する金属）の熱伝導性が、上ケース１０１（を構成する金属）の熱伝導性より、さらに高いのが、放熱性向上の観点から望ましい。

上ケース１０１の外側の表面に金属板１０３を配置したことにより、ヒートシンク３０との接続箇所２００に放熱シートが配置される場合と異なり、光モジュール２の抜き差しによる、金属板１０３の剥がれが問題となることはない。

図５Ａ及び図５Ｂは、光モジュール２の断面図である。図５Ａは、図３に示す円Ａのうち光モジュール２の部分を拡大したものであり、図５Ｂは、図３に示す円Ｂのうち光モジュール２の部分を拡大したものである。図５Ａに示す部分は、金属板１０３の外側端部（光ファイバー３に接続される側の端部）を含む部分である。図５Ｂに示す部分は、金属板１０３の内側端部（光伝送装置１に接続される側の端部）を含む部分である。上ケース１０１の外側の表面が平坦であり、平坦な部分の一部にそのまま金属板１０３を配置してもよい。しかしながら、当該実施形態に係る上ケース１０１の外側の表面は、金属板１０３が格納されるよう、また、金属板１０３の厚みに応じて、溝部を形成しているのが望ましい。溝部は、平面視して、金属板１０３の形状と実質的に同じであるのが望ましく、厳密には、金属板１０３の外縁より所定の幅で外側に広がる形状が望ましい。所定の幅は、作製精度などを考慮して可能な小さい値であるのが望ましい。金属板１０３が接着剤１２０によって固定される状態で、金属板１０３の外側の表面の高さが、上ケース１０１の外側の表面の高さより、さらに高いのが、光モジュール２を抜き差しする際の金属板１０３の擦れや搭載時のヒートシンク３０との密着度の観点から望ましい。ここで、上ケース１０１の外側の表面の高さとは、金属板１０３の外縁より外側に広がる平坦面の高さをいう。なお、ここで、「高い」とは、筺体１００の内部に対してより外側に位置することを言う。

ここでは、金属板１０３は接着剤１２０を用いて上ケース１０１の外側の表面に固定されているが、これに限定されることはなく、熱伝導性両面テープ、両面テープ、又は粘着剤のいずれかを用いて金属板１０３を上ケース１０１の外側の表面に固定してもよい。さらに、上ケース１０１の外側の表面と金属板１０３との間に、柔軟性のある熱伝導シート（放熱シート）を配置してもよい。熱伝導シートの両面それぞれに両面テープが添付されている熱伝導シートが用いられているし、上ケース１０１の外側の表面と熱伝導シート、及び熱伝導シートと金属板１０３との間をそれぞれ、接着剤、（熱伝導性）両面テープ、粘着剤からなる一群より選択されるいずれかによって固定してもよい。光モジュール２が光伝送装置１に搭載されると、金属板１０３に接触するヒートシンク３０により押し付けられ、熱伝導シートの柔軟性により、金属板１０３とヒートシンク３０との密着度がさらに向上するという格別の効果を奏する。搭載時に金属板１０３がヒートシンク３０によって押し付けられ、上ケース１０１により近づくことを考慮し、搭載時に金属板１０３の上面の高さが、上ケース１０１の外側の面の高さより高くなるよう、光モジュール２が光伝送装置１に搭載されていない状態で、金属板１０３の上面の高さが、上ケース１０１の外側の面より（接着剤１２０のみによって金属板１０３が固定されている場合と比べて）さらに高くなっているのが望ましい。

以上、本発明の実施形態に係る光モジュール、光伝送装置、及び光伝送システムについて説明した。本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能であり、本発明を広く適用することができる。上記実施形態で説明した構成を、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

上記実施形態では、光モジュール２はＱＳＦＰ−ＤＤに適応しているが、これに限定されることはなく、他の規格に適応していてもよい。接合箇所における筺体の表面の表面粗さがより低い値（又は、平面度がより高い値）が求められる規格において、本発明は格別の効果を奏する。

上記実施形態では、金属板１０３は板金であるとしたが、これに限定されることなく、所望の表面粗さ（や平面度）となる表面を実現することが出来るのであれば、他の加工方法により形成されていてもよい。上記実施形態では、制御回路は駆動用ＩＣとしたが、これに限定されることなく他の構成であってもよい。

上記実施形態では、光モジュール２は４チャンネルの光サブアセンブリ１０４，１０５を備えるとしたが、これに限定されることなく、１又は複数の光サブアセンブリを備えていてもよい。上記実施形態では、光サブアセンブリ１０４，１０５の筐体はＢＯＸ型であるとしたが、これに限定されることはない。光サブアセンブリの筐体が円筒型であってもよい。また、光モジュール２は、光送信機能又は光受信機能のいずれかのみに限定されていてもよい。すなわち、光モジュール２は、光送信サブアセンブリ又は光受信サブアセンブリのいずれかのみを備えていてもよい。

１光伝送装置、２光モジュール、３，３Ａ，３Ｂ光ファイバ、１１，２１プリント回路基板、１２ＩＣ，２２Ａ，２２Ｂフレキシブル基板、２３Ａ，１００光受信モジュール、２３Ｂ，光送信モジュール、３０ヒートシンク、５０プルタブ、１００筺体、１０１上ケース、１０２下ケース、１０３金属板、１０４，１０５光サブアセンブリ、１０６，１０７制御用ＩＣ，１１１，１１２，１１３，１１４放熱シート、１２０接着剤、１２５取付ねじ、２００接合箇所。

Claims

１又は複数の光サブアセンブリと、
前記１又は複数の光サブアセンブリを制御する１又は複数の制御回路と、
第１のケース及び第２のケースを含む、筺体と、
前記第１のケースの外表面に配置される、金属板と、
を備える、光モジュールであって、
前記筺体は、前記第１のケース及び前記第２のケースが嵌合されることにより、前記筺体の内部に、前記１又は複数の光サブアセンブリと、前記１又は複数の制御回路と、を格納する、
ことを特徴とする、前記金属板との接合箇所にヒートシンクを備える光伝送装置に抜き差しが可能な光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールであって、
前記金属板の外表面の表面粗さは、前記第１のケースの外表面の表面粗さよりさらに低い、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１又は２に記載の光モジュールであって、
前記金属板の外表面の平面度は、前記第１のケースの外表面の平面度よりさらに高い、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記金属板の熱伝導性が、前記第１のケースの熱伝導性よりさらに高い、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至４のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記金属板は板金である、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至５のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記金属板の外表面の高さは、前記第１のケースの外表面の高さよりさらに高い、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記第１のケースの外表面と前記金属板との間に、接着剤、粘着剤、両面テープからなる群より選択される１が配置される、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至７のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記第１のケースの外表面と前記金属板との間に、熱伝導シートがさらに配置される、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至８のいずれかに記載の光モジュールが搭載される、光伝送装置。