JP2019207362A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバＩＣ等の発熱電子部品と光変調器とを備える光モジュールにおいて、放熱不足による上記発熱電子部品の特性変化及び信頼性低下を回避すること。【解決手段】光変調器と、発熱体である電子部品が配された回路基板と、を備える光モジュールであって、光変調器は、当該光変調器の上記回路基板に対向する表面の少なくとも一部と、電子部品の上記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、が熱的に接続されて、上記電子部品からの発熱が光変調器を介して放熱される。【選択図】図２

Description

本発明は、光変調器を用いて光通信動作を行う光モジュールに関する。

近年、長距離光通信において適用が開始されたデジタルコヒーレント伝送技術は、通信需要の更なる高まりから中距離、短距離などメトロ用光通信にも適用されつつある。このようなデジタルコヒーレント伝送においては、光変調器として、代表的にはＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮという）基板を用いたＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）変調器が用いられる。以下、ＬｉＮｂＯ３基板を用いた光変調器を、ＬＮ変調器という。

このような光変調器は、例えば、当該光変調器に変調動作を行わせるための電気信号を出力するドライバＩＣ（ドライバ集積回路）が配された回路基板と共に、光通信動作を行う光モジュール内に実装されて使用される。

特に、メトロ用光通信など短距離用途の光モジュールでは、光変調器やドライバＩＣ等の設置空間の抑制に対する要請が高く、光変調器等の小型化が望まれている。光変調器を小型化するため、ＬＮ光変調素子の小型化（例えば、ＬＮ基板上における光導波路配置面積の縮小）、ＬＮ基板上の光導波路からの出力光を出力光ファイバへ光結合するための空間光学系の小型化、ＬＮ変調器の高周波（ＲＦ）信号入力インタフェースの小型化（例えば、同軸コネクタからフレキシブルプリント板への変更）等の取り組みが従来から行われている。

また、上記のような光変調器単体の小型化に加えて、光モジュールの筐体内の空間利用率を高めるべく、光変調器筐体の底面の限られた部分に突出部を設け、当該突出部により確保される空間にドライバＩＣ等の電子部品を配することが提案されている（特許文献１、２、３）。

図１７、図１８、及び図１９は、それぞれ、そのような従来の光変調器の一例である光変調器１７００の外観の一例を示す平面図、側面図、及び底面図である。また、図２０は、光変調器１７００が適用される従来の光モジュール２０００の構成の一例を示す平面図、図２１は、図２０における光モジュール２０００の平面図のＧＧ断面矢視図である。

光変調器１７００は、例えば、変調器筐体１７０４と、変調器筐体１７０４に収容された変調素子（不図示）に光を入力する光ファイバ１７０８と、当該変調素子により変調された光を出力する光ファイバ１７１０とを備える。変調器筐体１７０４の底面（図１９）の四隅には、変調器筐体１７０４を、例えば光モジュール２０００の回路基板２００４に固定するためのネジ穴１９１０、１９１２、１９１４、１９１６がそれぞれ設けられた突起部１９００、１９０２、１９０４、１９０６が設けられている。また、変調器筐体１７０４の底面には、さらに２つの突起部１９２０、１９２２が設けられており、当該突起部１９２０、１９２２に、上記光変調素子へ高周波信号を入力するためのリードピン１８２０及び１８２２と、１８２４及び１８２６とが、それぞれ設けられている。

光変調器１７００を回路基板上に実装した際には、突起部１９００、１９０２、１９０４、１９０６により光変調器１７００の変調器筐体１７０４の底面と、回路基板との間に空間が確保され、当該空間に電子部品を実装することが可能となる。また、特に図示してはいないが、光変調器のバイアス点調整のための信号を入力、もしくは光変調器の出力光強度モニタ用のＰＤからの信号を出力するためのＤＣピンなどが筐体に形成されている。

光モジュール２０００は、モジュール筐体２００２内に、光変調器１７００、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）２００６、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）２００８、及びこれらの光部品を動作させるための電子回路を構成する電子部品が搭載された回路基板２００４が収容される。図２０には、主要な電子部品との一例として、デジタル信号処理を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２０２０と、光変調器１７００を駆動して光変調動作を行わせるドライバＩＣ２０２２が示されている。

なお、光変調器１７００及び回路基板２００４はモジュール筐体２００２内に収容されているため、実際にはモジュール筐体２００２の外部から光変調器１７００及び回路基板２００４を視認することはできないが、図２０においては、説明のため、モジュール筐体２００２の内部に収容されている部分についても、光変調器１７００により隠れている部分を除き、実線を用いて示している。

図示のように、光モジュール２０００では、例えば、変調器筐体１７０４の底面に設けられた突起部１９００、１９０２、１９０４、１９０６により当該変調器筐体１７０４の底面と回路基板２００４との間に確保される空間にＤＳＰ２０２０やドライバＩＣ２０２２の一部若しくは全てが実装される。

ここで、ドライバＩＣ２０２２は、一般に、数Ｖ（ボルト）から十数Ｖの電圧振幅を持つ高周波信号を出力し、１Ｗ程度に至る電力を消費してその消費電力に相当する熱を外部へ放出する。このため、従来の光モジュール２０００では、モジュール筐体２００２のサイズが許容する範囲内において、ドライバＩＣ２０２２と光変調器１７００の底面（すなわち、変調器筐体１７０４の底面）との間の距離ｄ２１１をできるだけ大きくとって、ドライバＩＣ２０２２の発熱により光変調器１７００の温度が上昇するのを回避すると共に、ドライバＩＣ２０２２の放熱が図られる。

しかしながら、上記従来の光モジュール２０００の構成では、モジュール筐体２００２の内部における空気の対流や、ドライバＩＣ２０２２の出力電圧や動作周波数等の駆動条件などに依存して、ドライバＩＣ２０２２の放熱が十分に行えない場合が起り得る。この場合、ドライバＩＣ２０２２の周辺温度が局所的に高温となり、ドライバＩＣ２０２２の出力特性が経時的に変化したり、またドライバＩＣ２０２２の電気的結線が断線するなど特性やドライバＩＣ２０２２の信頼性が低下する等、の影響が生ずることが有り得る。また、このような特性変化や信頼性の低下は、変調器筐体１７０４の下部に配されたドライバＩＣ２０２２に限らず、発熱を伴う一般の電子部品（発熱電子部品）、例えば上述のＤＳＰ２０２０においても、モジュール筐体２００２内の空気対流の起こりにくい位置に配される場合等には同様に発生し得る。

すなわち、上記従来の光モジュールでは、モジュール筐体の小型化への要請に対応すべく、モジュール筐体内に収容されたドライバＩＣ等の発熱電子部品の放熱に関し更に改善の必要がある。

特願２０１８−００３４４２号 特願２０１８−００３４４３号 特願２０１８−０３４７６８号

上記背景より、ドライバＩＣ等の発熱電子部品と光変調器とを備える光モジュールにおいて、放熱不足による上記発熱電子部品の特性変化及び信頼性低下を回避することが望まれている。

本発明の一の態様は、光変調器と、発熱体である電子部品が配された回路基板と、を備える光モジュールであって、前記光変調器は、前記光変調器の前記回路基板に対向する表面の少なくとも一部と、前記電子部品の前記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、が接触するように配されて、前記電子部品からの発熱が前記光変調器を介して放熱される。
本発明の他の態様は、光変調器と、発熱体である電子部品が配された回路基板と、を備える光モジュールであって、前記光変調器の前記回路基板に対向する表面の少なくとも一部と、前記電子部品の前記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、の間に介在する熱伝導体を有し、前記電子部品からの発熱が前記光変調器を介して放熱される。
本発明の他の態様は、光変調器と、発熱体である電子部品が配された回路基板と、を備える光モジュールであって、前記光変調器は、当該光変調器の前記回路基板に対向する表面の少なくとも一部と、前記電子部品の前記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、の間の距離が２ｍｍ以下となるように配されて、前記電子部品からの発熱が前記光変調器を介して放熱される。
本発明の他の態様によると、前記光変調器は、当該光変調器の前記回路基板に対向する表面に凸部を有し、当該凸部の少なくとも一部と、前記電子部品の前記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、の間の距離が２ｍｍ以下となるように配されている。
本発明の他の態様によると、前記光変調器の前記回路基板に対向する表面の前記少なくとも一部は、前記光変調器の長手方向の端部から所定の距離の範囲内である。
本発明の他の態様によると、前記光変調器及び前記回路基板を収容する筐体を備え、前記光変調器は、当該光変調器の表面の少なくとも一部が前記筐体の内面と直接的又は間接的に熱的な接続がされている。
本発明の他の態様によると、前記光変調器は、当該光変調器の表面の少なくとも一部に設けられた凹部又は凸部で構成される放熱構造を備える。
本発明の他の態様によると、前記電子部品は、高周波ドライバ又はデジタルシグナルプロセッサである。

本発明の技術的思想は、光変調器筐体自身をヒートシンクとして積極的に作用させる、若しくは光変調器筐体自身を熱伝導体として積極的に作用させることであり、本発明によれば、ドライバＩＣ等の発熱電子部品と光変調器とを備える光モジュールにおいて、放熱不足による上記発熱電子部品の特性変化及び信頼性低下を回避することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの平面図である。 図１に示す光モジュールのＡＡ断面図である。 図１に示す光モジュールに用いられる光変調器の平面図である。 図１に示す光モジュールに用いられる光変調器の側面図である。 図１に示す光モジュールに用いられる光変調器の底面図である。 図１に示す光変調器の変形例の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの平面図である。 図７に示す光モジュールのＢＢ断面図である。 図７に示す光モジュールに用いられる光変調器の側面図である。 図７に示す光モジュールに用いられる光変調器の底面図である。 図７に示す光モジュールにおける、光変調器とドライバＩＣとの間の離間距離ｄ１と、ドライバＩＣの表面温度との関係を示すシミュレーション結果である。 第３の変形例に係る光モジュールの平面図である。 図１２に示す光モジュールのＣＣ断面図である。 図１２示す光モジュールに用いられる光変調器の平面図である。 図１２に示す光モジュールに用いられる光変調器の側面図である。 図１２に示す光モジュールに用いられる光変調器の底面図である。 一例である光変調器の平面図である。 図１７に示す光変調器の側面図である。 図１７に示す光変調器の底面図である。 図１７、図１８、及び図１９に示す光変調器を用いた従来の光モジュールの平面図である。 図２０に示す従来の光モジュールのＧＧ断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュール１００の構成を示す平面図、図２は、図１に示す光モジュール１００のＡＡ断面矢視図である。また、図３、図４、及び図５は、それぞれ、光モジュール１００内に実装されて用いられる光変調器３００の平面図、側面図、及び底面図である。

光モジュール１００は、モジュール筐体１０２内に、光変調器３００と、回路基板１０４と、を収容する。回路基板１０４には、光変調器３００が搭載されるほか、送信光の光源であるＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）１０６、受信光の受光器であるＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）１０８、及びこれらの光部品を動作させるための電子回路を構成する電子部品が搭載される。図１には、主要な電子部品の一例として、光変調器３００を駆動して光変調動作を行わせる高周波ドライバであるドライバＩＣ１１０が示されている。ただし、図１に示す構成は一例であって、回路基板１０４上には、光モジュール１００に求められる機能に応じて、その他の光部品や電子部品が搭載され得る。そのような電子部品には、例えば、ＤＳＰ等のデジタル信号処理用部品が含まれ得る。

なお、光変調器３００及び回路基板１０４は、モジュール筐体１０２内に収容されているため、実際にはモジュール筐体１０２の外部からこれらを視認することはできないが、図１においては、説明のため、モジュール筐体１０２の内部に収容されている部分についても、光変調器３００の変調器筐体３０４により隠れている部分を除き、実線を用いて示している。

光変調器３００は、光変調素子３０２と、光変調素子３０２を収容する変調器筐体３０４と、光変調素子３０２に光を入射するための光ファイバ３０８と、光変調素子３０２から出力される光を変調器筐体３０４の外部へ導く光ファイバ３１０と、を備える。

変調器筐体３０４は、導電性素材（例えばステンレス等の金属や、金等の金属薄膜がコートされた素材）で構成されている。

光変調素子３０２は、例えばＬｉＮｂＯ_３基板上に設けられた４つのマッハツェンダ型光導波路と、当該マッハツェンダ型光導波路上にそれぞれ設けられて光導波路内を伝搬する光波を変調する４つのＲＦ電極（高周波電極）３５０、３５２、３５４、３５６と、を備えたＤＰ―ＱＰＳＫ光変調器である。光変調素子３０２から出力される２つの光は、例えばレンズ光学系（不図示）により偏波合成され、光ファイバ３１０を介して変調器筐体３０４の外部へ導かれる。

変調器筐体３０４には、高周波信号入力用の信号入力端子である４つのリードピン４２０、４２２、４２４、４２６が設けられている。これらのリードピン４２０、４２２、４２４、４２６は、変調器筐体３０４の例えば底面（図５に示す面）から外部へ延在する。

４つのリードピン４２０、４２２、４２４、４２６は、中継基板３３０、３３２上の導体パターン３４０、３４２、３４４、３４６を介して、それぞれ、ＲＦ電極３５０、３５２、３５４、３５６の一端と電気的に接続されている。導体パターン３４０、３４２、３４４、３４６とＲＦ電極３５０、３５２、３５４、３５６との間は、それぞれ、例えば金（Ａｕ）のワイヤにより電気的に接続されている。

ＲＦ電極３５０、３５２、３５４、３５６は、それぞれ、動作周波数範囲において特性インピーダンスが所定の値となるように設計されている。また、ＲＦ電極３５０、３５２、３５４、３５６の他端は、一般的にそれぞれ、上記特性インピーダンスと同じ値のインピーダンスを持つ終端抵抗３６０、３６２、３６４、３６６により電気的に接続されて終端されている。これらの終端抵抗３６０、３６２、３６４、３６６は、セラミック等で構成された基板である終端抵抗基板３７０上に実装されている。

なお、変調器筐体３０４は気密封止されているため、実際には変調器筐体３０４の内部を視認することはできないが、図３においては、変調器筐体３０４内部における構成の理解を容易にするため、変調器筐体３０４内部の構成要素を実線で示している。

変調器筐体３０４の底面（図５）には、変調器筐体３０４を回路基板１０４に固定するためのネジ穴５１０、５１２、５１４、５１６がそれぞれ設けられた突起部５００、５０２、５０４、５０６が設けられている（図４、図５参照）。

また、変調器筐体３０４の底面には、さらに２つの突起部５２０、５２２が設けられており、当該突起部５２０、５２２には、上記光変調素子３０２へ高周波信号を入力するためのリードピン４２０及び４２２と、４２４及び４２６とが、それぞれ設けられている。

これにより、ネジ穴５１０、５１２、５１４、５１６に例えばネジ２１０、２１２、２１４、２１６を締結して光変調器３００を回路基板１０４上に実装すると、突起部５００、５０２、５０４、５０６により光変調器３００の変調器筐体３０４の底面と、回路基板１０４との間に空間が確保され、当該空間に電子部品を実装することが可能となる。

特に、本実施形態の光モジュール１００では、光変調器３００の長手方向の端部から光変調素子３０２に設けられたＲＦ電極（高周波電極）の入力端部までの所定距離Ｌの範囲内に発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０が実装されており、ドライバＩＣ１１０と光変調器３００の変調器筐体３０４の底面との間には、熱良導体である例えば熱伝導性シリコンゴム接着剤や熱伝導性エポキシ接着剤等で構成された熱伝導体２５０が配されている。これにより、光モジュール１００では、発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０からの発熱が、光変調器３００の変調器筐体３０４を介して放熱されるので、モジュール筐体１０２内の限られた空間内に光部品と電子部品とが高密度に実装された場合でも、ドライバＩＣ１１０等の発熱電子部品を効果的に放熱して、その特性変動や信頼性低下を防止することができる。すなわち、本実施形態の構成では、光変調器３００の温度特性に若干の影響を与えつつも、光モジュール１００として極めて重要なドライバＩＣ１１０の特性変化や信頼性低下といった問題を抑制することができる。

なお、熱伝導体２５０は、発熱電子部品（本実施形態ではドライバＩＣ１１０）と変調器筐体３０４との間が熱的に接続されるように配置されていればよい。従って、熱伝導体２５０は、例えば、光変調器３００（具体的には変調器筐体３０４）の回路基板１０４に対向する表面（本実施形態においては、例えば底面）の少なくとも一部と、上記発熱電子部品のうち光変調器３００に対向する面の少なくとも一部と、の間に介在するよう配されるものとすることができる。

また、本実施形態においては、光変調器３００の長手方向の端部から所定距離Ｌの範囲内において発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０からの熱が熱伝導体２５０を介して伝達されるものとしたが、これには限られない。例えば、光変調器３００の長手方向の中央付近に配された発熱電子部品からの熱を、当該発熱電子部品と変調器筐体３０４との間に配した熱伝導体２５０を介して光変調器３００へ伝導させるものとすることもできる。

ただし、本実施形態のように光変調器３００の長手方向の端部から所定距離Ｌの範囲内に発熱電子部品からの熱が伝わるように構成した場合には、変調器筐体３０４の長手方向中央部に一般的に配される変調素子等の光学系（不図示）に対して当該熱が与える影響を軽減しつつ、光変調器３００を介してドライバＩＣ１１０等の発熱電子部品を効果的に放熱することが可能となる。

また、上記のように光変調器３００の長手方向の端部付近にドライバＩＣ１１０を配した場合には、例えば光変調器３００の底面に配される高周波信号の入出力端子である４つのリードピン４２０、４２２、４２４、４２６とドライバＩＣ１１０との間の距離を短くすることができるので、光変調器３００の高周波特性の観点からも好都合である。

またモジュール筐体１０２の側壁に高周波信号の入出力端子（不図示）が配置される場合、上記のように光変調器３００の長手方向の端部付近にドライバＩＣ１１０を配するとともに、ドライバＩＣ１１０を高周波信号の入出力端子（不図示）の近傍に配置してもよい。このような構成とすることで光変調器３００の底面に配される高周波信号の入出力端子である４つのリードピン４２０、４２２、４２４、４２６からモジュール筐体１０２の側壁に配置された高周波信号の入出力端子（不図示）までの距離を短くすることができるので、光モジュール１００の高周波特性の観点からも好都合である。

ここで、上記所定距離Ｌは、例えば、所定距離Ｌの範囲内に発熱電子部品からの熱が変調器筐体３０４に伝わった場合でも、光変調器３００の温度特性に所定の水準以上の影響が生じないように、例えば温度特性試験等により定めることもできる。あるいは、所定距離Ｌは、変調器筐体３０４のうち発熱電子部品からの熱が流入する部分が、光変調素子３０２のうち高周波信号により光波の伝搬が制御される部分（例えばＲＦ電極３５０、３５２、３５４、３５６が形成された部分）と平面視において重ならない位置となるように設定するものとすることができる。

また、本実施形態では、図１及び図２に示すように、ドライバＩＣ１１０である発熱電子部品の一部が光変調器３００の下部に配されるものとしたが、これには限られない。発熱電子部品は、その全体が光変調器３００の下部に配されるものとしてもよい。

また、本実施形態では、光変調器３００の底面と発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０との隙間に、熱伝導体２５０が配されるものとしたが、これには限られない。例えば、変調器筐体３０４の突起部５００、５０２、５０４、５０６、５２０、５２２の高さを調製することにより、光変調器３００の底面とドライバＩＣ１１０の上面とが接触するように構成してもよい。すなわち、光変調器３００は、当該光変調器３００の回路基板１０４に対向する表面の少なくとも一部と、発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０の光変調器３００に対向する面の少なくとも一部と、が接触するように配されるものとすることができる。

また、本実施形態の変形例として、光変調器３００は、光変調器３００の表面の少なくとも一部がモジュール筐体１０２の内面と直接的又は間接的に熱的な接続がされて、ドライバＩＣ１１０の熱が光変調器３００を介してモジュール筐体１０２へ放熱されるものとすることができる。

図６は、そのような変形例である光モジュール１００´の構成を示す図である。図６は、図２に示す光モジュール１００のＡＡ断面矢視図に対応する光モジュール１００´の断面図を示している。

図示の変形例では、光変調器３００の図示上側の面のうち、熱伝導体２５０が配された光変調器３００の図示下側の面にほぼ対向する部分が、熱伝導体６５０を介してモジュール筐体１０２の内面と熱的に接続されている。

これにより、本変形例では、発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０からの熱が、変調器筐体３０４に滞留することなく、モジュール筐体１０２に向かって速やかに放熱される。このため、光モジュール１００´では、発熱電子部品の放熱を更に効果的に行うことができると共に、発熱電子部品の熱による変調器筐体３０４の温度上昇を抑制して、当該熱が光変調器３００の特性に与える影響も低減することができる。

尚、熱伝導体６５０が配置される場所は光変調器３００の図示上側の面のうち、熱伝導体２５０が配された光変調器３００の図示下側の面の部分にほぼ対向する部分の全体でもよいし、その一部でもよいが放熱効率の観点からは前者が望ましい。また熱伝導体６５０が配置される場所は光変調器３００の図示上側の面のうち、熱伝導体２５０が配された光変調器３００の図示下側の面の部分にほぼ対向する部分以外でもよい。更に放熱効率の観点から、熱伝導体６５０は光変調器３００の図示上側の面の全体もしくは当該面の面積の半分以上に配置されるとよい。また、熱伝導体６５０がなくても光変調器３００の図示上側の面の少なくとも一部とモジュール筐体１０２の内面とが直接、熱的に接続されていてもよい。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る光モジュールについて説明する。図７は、第２の実施形態に係る光モジュール１００−１の構成を示す平面図、図８は、図７に示す光モジュール１００−１のＢＢ断面矢視図である。また、図９及び図１０は、それぞれ、光モジュール１００−１内に実装されて用いられる光変調器３００−１の側面図及び底面図である。ここで、図７及び図８においては、それぞれ、図１及び図２に示す第１の実施形態に係る光モジュール１００と同一の構成要素については、図１及び図２に示す符号と同じ符号を示すものとし、上述した光モジュール１００についての説明を援用するものとする。

また、光変調器３００−１の構成は、変調器筐体３０４に代えて変調器筐体３０４−１を備え得る点以外は、光変調器３００と同様であるので、光変調器３００の平面図である図３を光変調器３００−１の平面図として援用し、及び上述した図３についての説明を援用するものとする。また、光変調器３００−１の側面図及び底面図である図９及び図１０においては、それぞれ、光変調器３００と同一の構成要素については光変調器３００の側面図及び底面図である図４及び図５に示す符号と同一の符号を用いるものとし、上述した光変調器３００についての説明を援用するものとする。

光モジュール１００−１は、光モジュール１００と同様の構成を有するが、光変調器３００に代えて光変調器３００−１を備え、熱伝導体２５０が配されない点が異なる。

光変調器３００−１は、光変調器３００と同様の構成を有するが、変調器筐体３０４に代えて変調器筐体３０４−１を有する点が異なる。変調器筐体３０４−１は、変調器筐体３０４と同様の構成を有するが、変調器筐体３０４−１の底面（図１０）のうち発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０に対向することとなる部分に、高さｔ１の凸部９５０を有する点が異なる。

これにより、光モジュール１００−１では、図８に示すように、光変調器３００−１の底面とドライバＩＣ１１０との間に、所定の離間距離ｄ１の微小な間隙が設けられる。そして、発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０からの熱は、この微小な間隙を介して光変調器３００−１に伝わり、当該光変調器３００−１を介して空間等へ放熱される。

この光モジュール１００−１の構成は、光モジュール１００のように熱伝導体２５０の塗布を必要としない。このため、組み立て工程を簡略化したい場合や、熱伝導体用接着剤のアウトガスなどの制約事項などから熱伝導体２５０を用いたくない場合等には、光モジュール１００−１の構成を用いて、発熱電子部品を効果的に放熱することができる。

ドライバＩＣ１１０から光変調器３００−１への熱伝達の効率は、上記微小な間隙の離間距離ｄ１により定まり、特に、２ｍｍ以下であることが望ましい。

図１１は、光変調器であるＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の駆動用ＩＣとして一般に用いられている出力１ＷクラスのドライバＩＣを用いた場合の、種々の駆動電力値における上記微小間隙の離間距離ｄ１に対するドライバＩＣの表面温度のシミュレーション結果である。図１１において、横軸は離間距離ｄ１、縦軸はドライバＩＣの表面温度である。また、図１１に示す図示四角形のプロットは、ドライバＩＣを出力電力１Ｗで動作させたときの、当該ドライバＩＣの表面温度を示しており、曲線１１００は、四角形プロットの近似曲線である。また、図１１に示す図示三角形及び菱形のプロットは、それぞれ、ドライバＩＣを出力電力１．１Ｗ及び０．７８Ｗで動作させたときの、当該ドライバＩＣの表面温度を示しており、曲線１１０２及び１１０４は、それぞれ、三角形プロット及び菱形プロットの近似曲線である。

ドライバＩＣの表面温度は、離間距離ｄ１の減少と共に低下し、特に、ｄ１≒３ｍｍを境に、離間距離ｄ１の減少に伴う表面温度の低下傾向が顕著となる。また、図１１より、ｄ１≦２ｍｍの範囲では、出力電力に依らずドライバＩＣの表面温度を光変調器の一般的な保管上限温度であるの８０℃以内に低減させ得ることがわかる。

したがって、光変調器及び光モジュールの長期信頼性を確保する上では、上述したように、上記微小間隙の離間距離ｄ１の値としてｄ１≦２ｍｍの範囲の値を選択することが特に好ましい。また、図１１から明らかなように、離間距離ｄ１が３ｍｍ以下、更に好適には２ｍｍ以下の場合には、ドライバＩＣの出力電力条件に違いによる当該ドライバＩＣの表面温度の変動幅も抑制することができる等の効果が得られる。

なお、本実施形態では、光変調器３００−１の下面とドライバＩＣ１１０の上面との間の微小間隙の離間距離ｄ１を所定の距離とするために、変調器筐体３０４−１に凸部９５０を設けるものとしたが、これには限られない。例えば、光変調器３００−１に代えて、凸部９５０を設けない光変調器３００を用い、変調器筐体３０４に設ける突起部５００、５０２、５０４、５０６の高さを調製することにより、ドライバＩＣ１１０の上面と光変調器３００下面との微小間隙の離間距離ｄ１を所定の距離としてもよい。

なお、離間距離ｄ１の微小間隙を介した光変調器３００−１とドライバＩＣ１１０との間の熱的な接続は、光変調器３００−１の表面の少なくとも一部と、発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０の表面の少なくとも一部との間で行われていればよい。すなわち、光モジュール１００−１は、光変調器３００−１の、回路基板１０４に対向する表面の少なくとも一部と、発熱電子部品であるドライバＩＣ１１０のうち光変調器３００−１に対向する面の少なくとも一部と、の間の離間距離ｄ１が所定距離（好ましくは２ｍｍ以下）となるように配されて、ドライバＩＣ１１０からの発熱が光変調器３００−１を介して放熱されるように構成されるものとすることができる。

また、本実施形態においても、図６に示す光モジュール１００´と同様に、光変調器３００−１とモジュール筐体１０２との間に熱伝導体６５０を設けて、ドライバＩＣ１１０からの熱を、光変調器３００−１を介してモジュール筐体１０２へ放熱するものとしてもよい。

また、ドライバＩＣ１１０との離間距離ｄ１の微小間隙を介した熱的な接続は、光変調器３００−１の長手方向の端部付近に限らず、光変調器３００−１の底面の任意の位置とすることができる。この場合にも、第１実施形態について上述したように、熱的な接続は、ドライバＩＣ１１０からの熱が変調器筐体３０４−１に伝わった場合でも、光変調器３００−１の温度特性に所定の水準以上の影響が生じないように、例えば温度特性試験等により定めることもできる。あるいは、上記熱的な接続は、変調器筐体３０４−１のうち発熱電子部品からの熱が流入する部分が、光変調素子３０２のうち高周波信号により光波の伝搬が制御される部分（例えばＲＦ電極３５０、３５２、３５４、３５６が形成された部分）と平面視において重ならない位置となるように設定するものとすることができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る光モジュール１００−２について説明する。図１２は、第３の実施形態に係る光モジュール１００−２の構成を示す平面図、図１３は、図１２に示す光モジュール１００−２のＣＣ断面矢視図である。また、図１４、図１５、及び図１６は、それぞれ、光モジュール１００−２内に実装されて用いられる光変調器３００−２の平面図、側面図、及び底面図である。ここで、図１２及び図１３においては、それぞれ、図１及び図２に示す第１の実施形態に係る光モジュール１００と同一の構成要素については、図１及び図２に示す符号と同じ符号を示すものとし、上述した光モジュール１００についての説明を援用するものとする。また、図１４、図１５、及び図１６においては、それぞれ、光変調器３００と同一の構成要素については光変調器３００の平面図、側面図、及び底面図である図３、図４、及び図５に示す符号と同一の符号を用いるものとし、上述した光変調器３００についての説明を援用するものとする。

光モジュール１００−２は、光モジュール１００と同様の構成を有するが、光変調器３００に代えて光変調器３００−２を用いる点が異なる。光変調器３００−２は、光変調器３００と同様の構成を有するが、変調器筐体３０４に代えて変調器筐体３０４−２を有する点が異なる。変調器筐体３０４−２は、変調器筐体３０４と同様の構成を有するが、変調器筐体３０４−２の側面のそれぞれの一部に、表面積を拡大して放熱を促進するための放熱構造として機能する凸部１４００、１４０２、１４０４、１４２０、１４２２、１４２４、及び１４１０、１４１２、１４１４、１４３０、１４３２、１４３４を有する点が異なる。

ドライバＩＣ１１０から熱伝導体２５０を介して光変調器３００−２に伝わった熱は、これらの凸部１４００、１４０２、１４０４、１４２０、１４２２、１４２４、及び１４１０、１４１２、１４１４、１４３０、１４３２、１４３４により、光変調器３００−２を介してモジュール筐体１０２の内部の空気に対してより効果的に放熱される。

なお、本実施形態では、変調器筐体３０４−２の両側面の一部に凸部１４００等を設けることで、当該変調器筐体３０４−２の表面積を拡大して放熱を促進するものとしたが、これには限られない。例えば、凸部１４００等の形成位置は、変調器筐体３０４−２の全部又は任意の一部とすることができる。また、凸部１４００等に代えて、変調器筐体３０４−２の表面積を拡大するための凹部を、変調器筐体３０４−２の全部又は任意の一部に設けるものとすることができる。

なお、図６に示す第１の実施形態の変形例と同様に、本実施形態においても、光変調器３００−２とモジュール筐体１０２との内面との間に熱伝導体６５０を設けるものとすることができる。これにより、光変調器３００−２の凸部１４００等により放熱することに加えて、ドライバＩＣ１１０の熱を光変調器３００−２を介してモジュール筐体１０２へ放熱することができる。

また、本実施形態においても、ドライバＩＣ１１０と光変調器３００−２との間は、熱伝導体２５０を介さず、互いに直接に接触しているものとすることができる。また、ドライバＩＣ１１０と光変調器３００−２との間は、第２の実施形態と同様に、離間距離ｄ１を有する微小間隙を介して熱的に接続されるものとしてもよい。さらに、本実施形態においても、ドライバＩＣ１１０は、光変調器３００−２の底面の任意の位置で熱的に接続されているものとすることができる。

また、第１実施形態について上述したように、本実施形態においても、光変調器３００−２の底面における上記熱的な接続の位置は、ドライバＩＣ１１０からの熱が変調器筐体３０４−２に伝わった場合でも、光変調器３００−２の温度特性に所定の水準以上の影響が生じないように、例えば温度特性試験等により定めることもできる。また、上記熱的な接続は、変調器筐体３０４−２のうちドライバＩＣ１１０からの熱が流入する部分が、光変調素子３０２のうち高周波信号により光波の伝搬が制御される部分（例えばＲＦ電極３５０、３５２、３５４、３５６が形成された部分）と平面視において重ならない位置となるように設定するものとすることができる。

なお、上述した第１、第２、及び第３の実施形態では、光変調器３００、３００−１、３００−２を介して放熱される発熱電子部品としてドライバＩＣ１１０を示したが、これには限られない。例えば、発熱電子部品であるＤＳＰが、光変調器３００等と接触して直接に、又は熱伝導体２５０を介して間接に、光変調器３００等を介して放熱されるものとすることができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る光モジュール１００、１００´、１００−１、１００−２は、発熱体であるドライバＩＣ１１０が配された回路基板１０４と、回路基板１０４上に実装された光変調器３００等と、を備える光モジュールである。そして、光変調器３００等は、回路基板１０４に対向する表面の少なくとも一部と、ドライバＩＣ１１０の光変調器３００等に対向する面の少なくとも一部と、が熱的に接続されて、ドライバＩＣ１１０からの発熱が光変調器３００等を介して放熱される。

具体的には、光モジュール１００では、光変調器３００は、光変調器３００の回路基板１０４に対向する表面の少なくとも一部と、ドライバＩＣ１１０の光変調器３００に対向する面の少なくとも一部と、が接触するように配されて、又はこれらの間に介在する熱伝導体２５０が配されて、ドライバＩＣ１１０からの発熱が光変調器３００を介して放熱される。

また、光モジュール１００−１では、光変調器３００−１は、光変調器３００−１の回路基板１０４に対向する表面の少なくとも一部と、ドライバＩＣ１１０の光変調器３００−１に対向する面の少なくとも一部と、の間の距離が２ｍｍ以下となるように配されて、ドライバＩＣからの発熱が光変調器３００−１を介して放熱される。この距離は、例えば、光変調器３００−１の回路基板１０４に対向する表面に凸部９５０が設けられることにより実現されるか、又は光変調器３００−１に代えて光変調器３００を用い、光変調器３００の底面に設ける突起部５００、５０２、５０４、５０６の高さを調製することにより実現され得る。

これらの構成によれば、それぞれ、ドライバＩＣ１１０からの熱は、光変調器３００等を介して効果的に放熱されるので、ドライバＩＣ１１０の表面温度の上昇が緩和される。その結果、ドライバＩＣ１１０の特性変化や長期信頼性の低下が防止される。

また、光モジュール１００では、熱伝導体２５０は、ドライバＩＣ１１０と対向する光変調器３００の回路基板１０４に対向する表面の少なくとも一部に配されており、当該表面の少なくとも一部は、光変調器３００の長手方向の端部から所定の距離Ｌの範囲内である。また、光モジュール１００において、ドライバＩＣ１１０と対向する光変調器３００の回路基板１０４に対向する表面の少なくとも一部をドライバＩＣ１１０と接触させる場合にも、当該接触させる上記表面の少なくとも一部は、光変調器３００の長手方向の端部から所定の距離Ｌの範囲内であるものとすることができる。さらに、光モジュール１００−１においても、ドライバＩＣ１１０との離間距離ｄ１の微小間隙を介した熱的な接続は、光変調器３００−１の長手方向の端部から所定の距離Ｌの範囲内であるものとすることができる。

この構成によれば、ドライバＩＣ１１０からの熱が光変調器３００等の変調器筐体３０４等内に収容された光変調素子３０２の近傍を伝わるのを避けて、当該熱に起因して光変調器３００等の特性が変化するのをことができる。

また、光モジュール１００´では、光変調器３００及び回路基板１０４を収容するモジュール筐体１０２の内面と、光変調器３００の表面の少なくとも一部とが、直接に（すなっわち、接触により）、又は間接に（例えば、熱伝導体を介して）、熱的に接続されている。この構成によれば、ドライバＩＣ１１０からの熱を、光変調器３００を介してモジュール筐体１０２へ伝えて、より効果的に放熱を行うことができる。

また、光モジュール１００−２では、モジュール筐体１０２の内部に実装される光変調器３００−２は、光変調器３００−２（具体的には、変調器筐体３０４−２）の表面の少なくとも一部に設けられた凸部１４００等で構成される放熱構造を備える。また、この放熱構造は、凸部１４００等に代えて、変調器筐体３０４−２に設けられる凹部で構成されるものとすることができる。この構成によれば、ドライバＩＣ１１０からの熱を、光変調器３００−２を介して、モジュール筐体１０２内の空気に対して効果的に放熱することができる。

また、光モジュール１００等においては、光変調器３００等を介して放熱される発熱電子部品は、上述した各実施形態に記載したドライバＩＣ１１０のほか、デジタル信号処理を行うデジタルシグナルプロセッサであるものとすることができる。この構成によれば、ドライバＩＣ１１０に限らず、光モジュール１００等における必須機能を果たすデジタルシグナルプロセッサをも、光変調器３００等を介して効果的に放熱することができる。

１００、１００´、１００−１、１００−２、２０００…光モジュール、１０２、２００２…モジュール筐体、１０４、２００４…回路基板、１０６、２００６…ＬＤ、１０８、２００８…ＰＤ、１１０、２０２２…ドライバＩＣ（高周波ドライバ）、２０２０…デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、２１０、２１２、２１４、２１６、２０１０、２０１２、２０１４、２０１６…ネジ、２５０、６５０…熱伝導体、３００、３００−１、３００−２、…光変調器、３０２…変調素子、３０４、３０４−１、３０４−２…変調器筐体、３０８、３１０…光ファイバ、３３０、３３２…中継基板、３４０、３４２、３４４、３４６…導体パターン、３５０、３５２、３５４、３５６…ＲＦ電極（高周波電極）、３６０、３６２、３６４、３６６…終端抵抗、３７０…終端抵抗基板、４２０、４２２、４２４、４２６…リードピン、５００、５０２、５０４、５０６、５２０、５２２…突起部、５１０、５１２、５１４、５１６、１９１０、１９１２、１９１４、１９１６…ネジ穴、９５０、１４００、１４０２、１４０４、１４０６、１４１０、１４１２、１４１４、１４１６、１４２０、１４２２、１４２４、１４２６、１４３０、１４３２、１４３４、１４３６…凸部、

Claims (8)

1. 光変調器と、発熱体である電子部品が配された回路基板と、を備える光モジュールであって、
   前記光変調器は、前記光変調器の前記回路基板に対向する表面の少なくとも一部と、前記電子部品の前記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、が接触するように配されて、前記電子部品からの発熱が前記光変調器を介して放熱される、
   光モジュール。
2. 光変調器と、発熱体である電子部品が配された回路基板と、を備える光モジュールであって、
   前記光変調器の前記回路基板に対向する表面の少なくとも一部と、前記電子部品の前記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、の間に介在する熱伝導体を有し、前記電子部品からの発熱が前記光変調器を介して放熱される、
   光モジュール。
3. 光変調器と、発熱体である電子部品が配された回路基板と、を備える光モジュールであって、
   前記光変調器は、当該光変調器の前記回路基板に対向する表面の少なくとも一部と、前記電子部品の前記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、の間の距離が２ｍｍ以下となるように配されて、前記電子部品からの発熱が前記光変調器を介して放熱される、
   光モジュール。
4. 前記光変調器は、当該光変調器の前記回路基板に対向する表面に凸部を有し、当該凸部の少なくとも一部と、前記電子部品の前記光変調器に対向する面の少なくとも一部と、の間の距離が２ｍｍ以下となるように配されている、
   請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記光変調器の前記回路基板に対向する表面の前記少なくとも一部は、前記光変調器の長手方向の端部から所定の距離の範囲内である、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光モジュール。
6. 前記光変調器及び前記回路基板を収容する筐体を備え、
   前記光変調器は、当該光変調器の表面の少なくとも一部が前記筐体の内面と直接的又は間接的に熱的な接続がされている、
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光モジュール。
7. 前記光変調器は、当該光変調器の表面の少なくとも一部に設けられた凹部又は凸部で構成される放熱構造を備える、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光モジュール。
8. 前記電子部品は、高周波ドライバ又はデジタルシグナルプロセッサである、
   請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光モジュール。
   

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