JP2019516234A - サーマルインタフェース - Google Patents

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Abstract

サーマルインタフェース(118)は、熱伝導性キャップ(120)を含んでいる。熱伝導性キャップは、ベースと、指状部と、延長部とを含んでいる。ベースは、複数のキャップ開口を画定している。指状部はベースから延びている。延長部はベースから延びている。サーマルインタフェースはまた、複数のガスケット開口を画定するガスケット(122)を含んでいる。ガスケットはキャップのベースの上に、ガスケット開口がキャップ開口と重なって位置付けられるように配置されている。キャップ及びガスケット開口の中に配置された複数のリードを有する光学サブアセンブリ(108)を備える光電子モジュール(100)が記載されている。

Description

本発明は、光電子モジュールに関し、特に、サーマルインタフェースを有する光電子モジュールに関する。
電子又は光電子トランシーバ又はトランスポンダモジュール等の通信モジュールは、電子及び光電子通信においてますます使用されている。各通信モジュールは典型的に、ホストデバイスのプリント回路基板と、ホストデバイスのプリント回路基板へ、及び/又は、ホストデバイスのプリント回路基板から電気データ信号を送信及び/又は受信することによって通信する。通信モジュールはまた、ホストデバイスの外部で電気データ信号を光及び/又は電気データ信号として送信することもできる。多くの通信モジュールはトランスミッタ光学サブアセンブリ(個々に、“TOSA”(transmitter optical subassembly))及び/又はレシーバ光学サブアセンブリ(個々に、“ROSA”(receiver optical subassembly))等の光学サブアセンブリ(個々に、“OSA”(optical subassembly))を含み、電気及び光ドメイン間の変換を行う。
一般に、ROSAは光ファイバ又は他のソースから受信した光信号をホストデバイスに供給される電気信号に変換し、TOSAはホストデバイスから受信した電気信号を光ファイバ又はその他の送信媒体へと発せられる光信号に変換する。ROSAに含まれるフォトダイオード又は同様の光学レシーバは、光信号を電気信号に変換する。光学サブアセンブリ内に含まれるレーザダイオード又は同様の光学トランスミッタは、ホストデバイスから受信する電気信号を表す光信号を発するように駆動される。
本発明の目的は、上記した光電子モジュールをより向上させた光電子モジュールを提供することにある。
この概要は、以下にさらに説明する概念の中から選択されたものを簡単な形で紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主旨の主要な特徴又は本質的な特性を特定しようとするものではなく、また、特許請求される主旨の範囲を判断するための助けとして使用されることも意図されていない。
実施形態は、熱伝導性キャップを含むサーマルインタフェースを含んでいてもよい。熱伝導性キャップは、ベースと、指状部と、延長部とを含んでいてもよい。ベースは複数のキャップ開口を画定してもよい。指状部はベースから延びていてもよい。延長部はベースから延びていてもよい。サーマルインタフェースはまた、複数のガスケット開口を画定するガスケットも含んでいてよい。ガスケットはキャップのベースの上に、ガスケット開口がキャップ開口と重なって位置付けられるように配置されてもよい。
本発明の追加的な特徴と利点は、以下の説明の中に示され、一部は説明から自明であるか、又は本発明の実施により知ることができる。本発明の特徴と利点は、付属の特許請求の範囲の中で具体的に指摘された手段及び組合せによって実現され、得られる。本発明のこれら及びその他の特徴は、以下の説明及び付属の特許請求の範囲からより十分に明らかとなり、又は後述する本発明の実施により知ることができる。
本発明の上記及びその他の利点と特徴をさらに明瞭にするために、本発明のより具体的な説明が、添付の図面に描かれているその特定の実施形態に関して提供される。これらの図面は、発明の例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定するものとはみなされないものとする。本発明は、添付の図面を使ってさらに明確且つ詳細に記載、説明される。
光電子モジュールの下側斜視図を示す。 図1Aの光電子モジュールの部分下側斜視図を示す。 図1Aの光電子モジュールの部分分解下側斜視図を示す。 トランスミッタ光学サブアセンブリ(TOSA)、キャップ、及びガスケットを含むアセンブリの側方斜視図を示す。 トランスミッタ光学サブアセンブリ(TOSA)、キャップ、及びガスケットを含むアセンブリの側方斜視図を示す。 図2A及び2Bのアセンブリの側面図を示す。 図2A〜2Cのキャップ及びガスケットの分解斜視図を示す。 図2A〜2Cのアセンブリ並びにプリント回路基板(PCB)及びコネクタを含むアセンブリの分解斜視図を示す。
光信号を電気信号に、及び電気信号を光信号に変換するプロセスは、トランスミッタ光学サブアセンブリ(個々に、“TOSA”)、及び/又はレシーバ光学サブアセンブリ(個々に、“ROSA”)等の光学サブアセンブリ(個々に、“OSA”)において熱エネルギーを生じさせる。光学サブアセンブリの中で生成される熱エネルギーは、光学サブアセンブリに損傷を与えることがある。これに加えて、高温の環境は不安定な熱状態を作りだす可能性があり、これは光学サブアセンブリの機能を無効にする原因となりかねない。
例えば、TOSAの場合、高温の環境はレーザの性能を低下させる可能性があり、或いはレーザの早期故障の原因となる可能性がある。高温はまた、光学サブアセンブリ内のエポキシ樹脂、はんだ、及び/又はその他の結合材料に対する問題も引き起こし得る。このような高温は、温度が高くなりすぎて、光学サブアセンブリ内に取り付けられた熱電クーラ(TEC)によって有効に発散させ、制御することができなくなることがある。
いくつかの実施形態は、光学サブアセンブリにより生成される熱を発散させるためのサーマルインタフェースを含んでいる。いくつかの構成では、サーマルインタフェースは、熱をTOSA等の光学サブアセンブリから光学サブアセンブリを格納する通信モジュールの外郭又は筐体へと伝える。いくつかの実施形態において、光学サブアセンブリはまた、熱電クーラ(TEC)も含んでいてよい。TECが含まれている場合、サーマルインタフェースによってTECによるより有効な熱発散と制御が容易となり得る。例えば、サーマルインタフェースによって、比較的扱いやすい熱レベルとすることが可能になる。
図面を参照するが、同様の、又は同等の構成要素は同じ参照番号を使って指示される。
図1A〜1Cは、例示的な光電子モジュール100の様々な下側斜視図である。
図1Aは、光電子モジュール100の下側斜視図であり、これは、相互に取り付けられた外郭104及び外郭カバー106を有する筐体102を含む。光電子モジュール100は、筐体102に対して移動可能に位置付けられたラッチ機構114を含む。ラッチ機構114により、光電子モジュール100をホストデバイスに関して選択的に固定できる。
筐体102は、レシーバ及び/又はトランスミッタ回路を少なくとも部分的に取り囲んでいてもよく、これはホストデバイスに電気的に連結されるように構成されたエッジコネクタ112を有するプリント回路基板(PCB)110を含む。例えば、光電子モジュール100は、ホストデバイスのホストデバイスケージの中に挿入されるように構成されていてもよく、それによってエッジコネクタ112がホストのプリント回路基板のコネクタに電気的に連結される。
一般に、光電子モジュール100は、光信号の通信と、電気信号への、及び電気信号から光信号への変換において利用されてもよい。これに関連して、ホストデバイスは対応する電気信号の通信において利用されてもよい。
光電子モジュール100は、光電子モジュール100の前面に送信ポートと受信ポートを含んでいてもよい。光電子モジュール100は、送信ポート及び受信ポートを介した様々なデータレート、例えば、限定的ではないが、1.25Gb/s、2.125Gb/s、2.5Gb/s、2.7Gb/s、4.25Gb/s、8.5Gb/s、10.3Gb/s、10.5Gb/s、11.3Gb/s、14.025Gb/s、もしくは100Gb/s、又はそれより高いレートでの光信号の送信及び受信を行うように構成されていてもよい。
光電子モジュール100は、各種の波長、例えば、限定ではないが、850nm、1310nm、1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1520〜1570nm、1590nm、又は1610nmの光信号の送信及び受信を行うように構成されていてもよい。光電子モジュール100は、各種の通信プロトコル、例えば、限定ではないが、Optical Fast Ethernet(登録商標)、Optical Gigabit Ethernet(登録商標)、10 Gigabit Ethernet(登録商標)、並びに1x、2x、4x、8x、及び16x Fibre Channelをサポートするように構成されてもよい。
これに加えて、光電子モジュール100の1つの例はSFP MSAに実質的に適合するフォームファクタを有するように構成されるが、光電子モジュール100は代替的に、その他のMSA、例えば、限定ではないが、QSFP MSA、QSFP+MSA、CFP MSA、CFP2 MSA、CFP4 MSA、XFP MSA、又はSFP+MSAに実質的に適合する各種のフォームファクタで構成されてもよい。さらに、光電子モジュール100はプラグ接続可能な光電子トランシーバモジュールとして描かれているが、本明細書において開示されている例示的実施形態は代替的に、例えば他の通信モジュール、他の光電子デバイス、又はその他と共に利用されてもよい。
図1Bは、図1Aの光電子モジュール100の下側斜視図であり、外郭カバー106とラッチ機構114が省かれている。光電子モジュール100は、TOSA108とROSA109を含む。
TOSA108は熱電クーラ(TEC)を含んでいてもよい。TOSA108のヘッダ111の本体は、CRSホールディングス社が所有する商標コバール(Kovar)に関連付けられるニッケル−コバルト鉄合金から形成されてもよい。この合金は、少なくとも一部に、その熱膨張特性により採用されてもよく、これはガラスの熱膨張特性と密接に近似し得、それによってガラス−合金アセンブリを広い温度範囲に曝すことができるようにする。代替的又は追加的に、ヘッダ111の本体は他の材料を含んでいてもよい。ヘッダ111で使用される材料は、比較的低い熱伝導率を示し得る。例えば、コバールは、銅のそれの約半分の熱伝導率を示す。それゆえ、例えば、TOSA108と外郭104との間の、ヘッダ111を通じた伝導性熱伝達に大きく依存する熱伝導接続は、比較的不効率性を示し得る。
コネクタ116は、TOSA108をプリント回路基板(PCB)110に通信可能に接続してもよい。それゆえ、例えば、TOSA108はコネクタ116を介してPCB110と信号を交換し、及び/又はそこから電力を受け取る。コネクタ116は、PCB110にはんだ付けされ、且つTOSA108にはんだ付けされるフレキシブルPCBを含んでいてもよい。
図1Cは、図1Bの光電子モジュール100の分解下側斜視図である。いくつかの実施形態において、サーマルインタフェース118はキャップ120と、ガスケット122と、パッド124とを含んでいてもよい。ガスケットという用語の使用は、ガスケット122が液密接続を容易にすることを含意していない。パッド124は柔軟なサーマルインタフェースマテリアル(TIM)を含んでいてもよく、比較的高い熱伝導性を示す。パッド124は、外郭104の取付台の中に配置されてもよい。キャップ120を含むTOSA108が組立中に外郭104の中に位置付けられると、パッド124は、TOSA108とキャップ120が収容されるように圧縮される。いくつかの実施形態において、パッド124は図のように複数の部分を含んでいてもよい。代替的に、パッド124は1つの部品であってもよい。
図2A及び2Bは、図1A〜1CのTOSA108、キャップ120、及びガスケット122の側面斜視図である。図2Cは、TOSA108、キャップ120、及びガスケット122の側面図である。
図2A〜2Cに関して、キャップ120は比較的高い熱伝導性を示してもよい。例えば、キャップ120は銅、めっきされた銅、1種又は複数の銅合金、及び/又は比較的高い熱伝導性を示す1種又は複数のその他の材料から形成される。いくつかの実施形態において、キャップ120は少なくとも一部に、1種又は複数のスタンピング工程により製造される。
キャップ120は、1つ又は複数の指状部128と延長部126を含む。指状部128は、ヘッダ111の側面に位置付けられるような大きさと形状であってもよい。いくつかの実施形態において、指状部128の長さはヘッダ111の長さ及び/又はヘッダ111の比較的広い部分とほぼ等しい。例えば、指状部128の長さは、ヘッダ111のベース部とほぼ等しい。代替的に、指状部128は、キャップ120をヘッダ111上に位置付けやすくするその他の長さであってもよい。延長部126もまた、ヘッダ111の側面に位置付けられる大きさと形状であってよい。延長部126の長さは指状部128より長くてもよい。例えば、延長部126の長さは、ヘッダ111より長くても、又はヘッダ111のベース部より長くてもよい。延長部126の幅は、図1A〜1Cの外郭104の対応する台座の幅の大きさと相関していてもよい。延長部126は、キャップ120のうちヘッダ111と接触している部分からパッド124及び外郭104までの所望の速度での熱エネルギーの伝達を容易にするのに適した長さを含んでいてもよい。
キャップ120は、ヘッダ111の端面113(図2Cに示される)上に配置されるベース121を含み、端面は導電リード130を含むヘッダ111の壁の外面であってもよい(本明細書では端壁として記される)。リード130はコネクタ116に取り付けられて、TOSA108が動作できるようにしてもよい。
ヘッダ111の本体内で、リード130の幾つか又は全部は、レーザ、熱電クーラ(TEC)、制御回路、及びその他の構成部品に伝導性があるように取り付けられる。TOSA108の構成部品のほとんど又は全部は、ヘッダ111の端壁の内面に、又はその付近に配置されてよい。それゆえ、例えば、端壁と端面113は、ヘッダ111の他の部分より、TOSA108の構成部品により生成される熱エネルギーを比較的多く受け取る。ヘッダ111の端壁及びその付近の部分からの熱エネルギーは、キャップ120のベース121へと流れる。ベース121から、熱エネルギーは延長部126へと流れる。
いくつかの実施形態において、ベース121等、キャップ120の一部は、従来の熱伝達装置と比べて、ヘッダ111の中の熱源により近く配置されてもよい。さらに、キャップ120はヘッダ111の端面113及び側面との比較的大きい接触面積を示していてもよく、これは伝導を通じたヘッダ111からキャップ120への比較的早い速度での熱伝達を促進し得る。
図1B〜1C及び2A〜2Cに関して、パッド124はキャップ120の外郭104と延長部126の両方と接触する形状であってもよく、熱エネルギーはキャップ120の延長部126から外郭104へとパッド124を介して伝導性があるように伝達されてもよい。パッド124を圧縮することにより、パッド124とキャップ120及び/又は外郭104との間の、熱エネルギーの伝達を抑制し得る空気の充満したギャップが減り、又は排除される。
パッド124は、キャップ120と外郭104との間の直接接触よりも、キャップ120と外郭104との間の比較的効率のよい熱伝導接続を容易にする。例えば、キャップ120と外郭104との間の直接接触は不完全であり、その結果、キャップ120と外郭104との間に空気の充満したギャップが生じる。代替的又は追加的に、キャップ120と外郭104との間の直接接触は、光電子モジュール100が移動させられたときに、接続により示される熱伝導性における偏差の原因となり得る。いくつかの実施形態において、パッド124はなくてもよい。例えば、キャップ120と外郭104との間に直接接触がなされてもよい。
いくつかの実施形態において、サーマルインタフェース118の構成は、光電子モジュール100の浮揚型のOSA構成を容易にする。それゆえ、例えば、TOSA108はそれほど機械的制約を受けず、コネクタの寸法、製造公差、又はその他のばらつきに対応できる。代替的又は追加的に、サーマルインタフェース118の構成は、光電子モジュール100が移動させられたときにサーマルインタフェース118の構成により示される熱伝導性の偏差に抵抗し得る。
いくつかの実施形態において、サーマルインタフェース118は、光電子モジュール100による電力消費の削減を容易にする。いくつかの実施形態において、電力消費は最大26.4ミリワット(mW)削減され得る。代替的に、電力消費は26.4mWより多く削減される。それゆえ、例えば、サーマルインタフェース118は歩留まり損失の低減を容易にする。いくつかの実施形態において、サーマルインタフェース118は、高出力のTO−CAN(Transistor Outline−CAN)ベースのOSAを有する通信モジュールで採用されてもよい。
図3は、キャップ120とガスケット122の分解斜視図である。キャップ120に形成された開口125(本明細書では「キャップ開口125」と記される)と、これに対応するガスケット122に形成された開口127(本明細書では「ガスケット開口127」と記される)は、ヘッダ111のリード130が(図2A〜2Cに示される)、キャップ120とガスケット122を通るように構成されてもよく、それによってリード130をコネクタ116にはんだ付けしてもよい(図1B〜1C)。ガスケット122は接着テープ、エポキシ樹脂、又はその他の接着剤123を介してキャップ120に取り付けられてもよい。代替的に、ガスケット122はその他の手段によりキャップ120に取り付けられてもよい。ガスケット122はキャップ120に、ガスケット開口127がキャップ開口125と重なって位置付けられるように取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、ガスケット開口127とキャップ開口125は円形であってもよく、実質的に軸方向に心合わせされていてもよい。
ガスケット開口127は、キャップ開口125より小さくてもよい。図2A〜2C及び3に関して、比較的大きいキャップ開口125は、ヘッダ111のリード130のための空隙を提供してもよく、それによってキャップ120がリード130の1つ又は複数と接触せず、キャップ120とリード130との間の望ましくない伝導性の接続が作成されない。いくつかの実施形態において、キャップ120はリード130の1つ又は複数と接触して、特定の伝導性接続を作成するように構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、キャップ120はリード130のアースリードに伝導性があるように接続されてもよい。
比較的小さいガスケット開口127と、キャップ120上でのガスケット122の位置は、リード130をキャップ開口125に関する所望の位置に位置付けやすくする。例えば、ガスケット122はキャップ120に、ガスケット開口127の各々がキャップ開口125のうちの1つに対して略中央に位置するように取り付けられてもよい。それゆえ、例えば、リード130がガスケット開口127の中に配置されると、リード130はキャップ開口125の略中心に配置される。
図2A〜2Cに示されるように、組み立てられたキャップ120とガスケット122は、リード130をガスケット122に形成された開口に挿入し、組み立てられたキャップ120とガスケット122を所定の場所に滑り込ませることによってヘッダ111上で位置付けられてもよい。いくつかの実施形態において、指状部128及び/又は延長部126はヘッダ111にはんだ付けされてもよい。例えば、指状部128の各々の長さに沿った各々の面がヘッダ111にはんだ付けされてもよい。代替的又は追加的に、延長部126の両面が、延長部126がヘッダ111に近いか、それと接触する場所でヘッダ111にはんだ付けされてもよい。
図4は、TOSA108、キャップ120、ガスケット122、PCB110、及びコネクタ116の分解斜視図である。いくつかの実施形態において、コネクタ116は組立工程ステップとしてPCB110にはんだ付けされてもよい。いくつかの実施形態において、組み立てられたTOSA108、キャップ120、及びガスケット122はその後のステップで、組み立てられたコネクタ116とPCB110にはんだ付けされてもよい。ガスケット122は、コネクタ116がキャップ120との伝導性接続を作成しないようにしてもよい。いくつかの実施形態において、ガスケット122は、コネクタ116とキャップ120との間の特定の伝導性接続を容易にしてもよい。例えば、コネクタ116のアースがキャップ120との伝導性接続を形成してもよい。
図1A〜1Cで示されるように、組み立てられたTOSA108とPCB110は、外郭104とパッド124に対して位置付けられ、固定されてもよい。その他の構成部品、例えばROSA109、ラッチ機構114、及び外郭カバー106もまた、外郭104に対して位置付けられ、固定されて、組み立てられた光電子モジュール100を形成してもよい。

Claims (20)

  1. サーマルインタフェースであって、
    熱伝導性キャップであって、
    複数のキャップ開口を画定するベースと、
    前記ベースから延びる指状部と、
    前記ベースから延びる延長部と
    を含む熱伝導性キャップと、
    複数のガスケット開口を画定するガスケットであって、前記キャップのベースの上に、前記ガスケット開口が前記キャップ開口と重なって位置付けられるように配置されるガスケットと
    を含む、サーマルインタフェース。
  2. 柔軟なサーマルインタフェースマテリアルを含むパッドをさらに含む、請求項1に記載のサーマルインタフェース。
  3. 前記ガスケットと前記キャップのベースとの間に配置された接着剤をさらに含む、請求項1に記載のサーマルインタフェース。
  4. 前記ガスケット開口が前記キャップ開口よりも小さい、請求項1に記載のサーマルインタフェース。
  5. 前記指状部が第1の指状部であり、前記キャップが、前記第1の指状部を含む複数の指状部を含む、請求項1に記載のサーマルインタフェース。
  6. 前記延長部の長さが前記指状部の長さより長い、請求項1に記載のサーマルインタフェース。
  7. 前記キャップが、光学サブアセンブリのヘッダの端面に位置付けられるように構成され、前記指状部及び前記延長部が前記ヘッダの側面に位置付けられるように構成される、請求項1に記載のサーマルインタフェース。
  8. 前記キャップが銅を含む、請求項1に記載のサーマルインタフェース。
  9. 光電子モジュールであって、
    台座を含む外郭と、
    複数のリードを有するヘッダを含む光学サブアセンブリと、
    サーマルインタフェースであって、
    複数のキャップ開口を画定するベースと、
    前記ベースから延びる指状部と、
    前記ベースから延びる延長部と
    を含む熱伝導性キャップと、
    複数のガスケット開口を画定するガスケットであって、前記キャップのベースの上に、前記ガスケット開口が前記キャップ開口と重なって位置付けられるように配置されるガスケットと
    を含むサーマルインタフェースと
    を含み、
    前記キャップが前記光学サブアセンブリのヘッダの上に、前記リードが前記キャップ開口及び前記ガスケット開口の中に配置され、且つ前記キャップの延長部が前記外郭の台座の中に位置付けられるように位置決めされる、光電子モジュール。
  10. 前記サーマルインタフェースが、前記外郭の台座と前記キャップの延長部との間に配置されたパッドをさらに含み、前記パッドが柔軟なサーマルインタフェースマテリアルを含む、請求項9に記載の光電子モジュール。
  11. 前記サーマルインタフェースが、前記ガスケットと前記キャップのベースとの間に配置された接着剤をさらに含む、請求項9に記載の光電子モジュール。
  12. 前記ガスケット開口が前記キャップ開口よりも小さい、請求項9に記載の光電子モジュール。
  13. 前記指状部が第1の指状部であり、前記キャップが、前記第1の指状部を含む複数の指状部を含む、請求項9に記載の光電子モジュール。
  14. 前記延長部の長さが前記指状部の長さよりも長い、請求項9に記載の光電子モジュール。
  15. 前記キャップが銅を含む、請求項9に記載の光電子モジュール。
  16. 前記光学サブアセンブリがトランスミッタ光学サブアセンブリを含む、請求項9に記載の光電子モジュール。
  17. 前記トランスミッタ光学サブアセンブリが熱電クーラを含む、請求項16に記載の光電子モジュール。
  18. 光電子モジュールであって、
    台座を含む外郭と、
    複数のリードを有するヘッダを含む光学サブアセンブリと、
    サーマルインタフェースであって、
    複数のキャップ開口を画定するベースと、
    前記ベースから延びる複数の指状部と、
    前記ベースから延びる延長部であって、延長部の長さが前記複数の指状部の長さより長い延長部と
    を含む熱伝導性キャップと、
    前記キャップ開口より小さい複数のガスケット開口を画定するガスケットであって、前記キャップのベースの上に、前記ガスケット開口が前記キャップ開口と重なって位置付けられるように配置され、前記キャップが前記光学サブアセンブリのヘッダの上に、前記リードが前記キャップ開口及び前記ガスケット開口の中に配置され、且つ前記キャップの延長部が前記外郭の台座の中に位置付けられるように位置決めされる、ガスケットと、
    前記ガスケットと前記キャップのベースとの間に配置された接着剤と、
    前記外郭の台座と前記キャップの延長部との間に配置されたパッドであって、柔軟なサーマルインタフェースマテリアルを含むパッドと
    を含むサーマルインタフェースと
    を含む、光電子モジュール。
  19. 前記光学サブアセンブリがトランスミッタ光学サブアセンブリを含む、請求項18に記載の光電子モジュール。
  20. 前記キャップが銅を含む、請求項18に記載の光電子モジュール。
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