JP2020021805A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】基板に搭載されたドライバ等の電子素子の発熱を効率よく放熱することができる光モジュールを提供する。【解決手段】一方の面に半導体素子が搭載された基板と、前記基板の前記一方の面を覆う第1のカバーと、前記基板の他方の面を覆う第2のカバーと、前記基板の前記他方の面と前記第2のカバーとの間に設けられた第1の放熱部材と、前記第1のカバーと前記第2のカバーとの間に設けられた第2の放熱部材と、を有することを特徴とする光モジュールを提供することにより上記課題を解決する。【選択図】 図4
Description
本発明は、光モジュールに関する。
光通信の通信インタフェース規格であるQSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)で用いられるQSFP光モジュールには、発光素子や受光素子がプリント基板に実装された光モジュールが内蔵されている。光モジュールは、発光素子及び受光素子が搭載されたプリント基板、レンズを有するレンズ部材等により形成されている。
ところで、光モジュールでは、発光素子を駆動するためのドライバもプリント基板に搭載されているが、ドライバは駆動による発熱が大きい。このようなドライバが搭載された基板は、上カバー及び下カバーに覆われていることから、効率よく放熱することのできる構造の光モジュールが求められている。
本実施の形態の一観点によれば、一方の面に半導体素子が搭載された基板と、前記基板の前記一方の面を覆う第1のカバーと、前記基板の他方の面を覆う第2のカバーと、前記基板の前記他方の面と前記第2のカバーとの間に設けられた第1の放熱部材と、前記第1のカバーと前記第2のカバーとの間に設けられた第2の放熱部材と、を有することを特徴とする。
開示の光モジュールによれば、基板に搭載されたドライバ等の電子素子の発熱を効率よく放熱することができる。
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
最初に、光モジュールの構造について図1及び図2に基づき説明する。図1は、光モジュールの斜視図であり、図2は、図1の一点鎖線1A−1Bにおいて切断した断面の斜視図である。
図2に示される光モジュールには、プリント基板10の一方の面10aの上に、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)等の発光素子及びフォトダイオード等の受光素子、ドライバ23及びTIA(Transimpedance Amplifier)24が銀ペーストにより接合されている。ドライバ23は、発光素子を駆動する電子回路等が内蔵されており、発光素子と接続されている。TIA24は受光素子において検出された電流信号を電圧信号に変換するものであり、受光素子と接続されている。発光素子、受光素子、ドライバ23及びTIA24は、本願においては半導体素子、または電子素子と記載する場合がある。
半導体素子が面10aに搭載されたプリント基板10は、第1のカバー30及び第2のカバー40により覆われ、第1のカバー30及び第2のカバー40により筐体が形成される。光モジュールを駆動した際には、プリント基板10に搭載されている半導体素子が発熱するが、このうちドライバ23及びTIA24の発熱は特に大である。このため、図2に示されるように、プリント基板10の面10bと第2のカバー40との間に放熱部材50を設け、ドライバ23及びTIA24において発生した熱を面10bより、放熱部材50を介し第2のカバー40に伝導し、放熱する。第2のカバー40は金属材料である亜鉛ダイカストにより形成されており、熱伝導率が高い。
しかしながら、ドライバ23及びTIA24の発熱が大きい場合には、この構造のものでは放熱は十分ではなく、より一層放熱に効果的な光モジュールが求められている。
(光モジュール)
本実施の形態の光モジュールの構造について、図3から図6に基づき説明する。図3は、本実施の形態の光モジュールの斜視図であり、図4は分解斜視図であり、図5は、図3の一点鎖線3A−3Bにおいて切断した断面の斜視図である。図6は、プリント基板の要部の上面図である。
本実施の形態の光モジュールの構造について、図3から図6に基づき説明する。図3は、本実施の形態の光モジュールの斜視図であり、図4は分解斜視図であり、図5は、図3の一点鎖線3A−3Bにおいて切断した断面の斜視図である。図6は、プリント基板の要部の上面図である。
本実施の形態における光モジュールは、プリント基板10、上カバーとなる第1のカバー130、下カバーとなる第2のカバー140、第1の放熱部材150、第2の放熱部材160、ヒートシンク170を有している。
プリント基板10の一方の面10aの上には、図6に示されるように、VCSEL等の発光素子21及びフォトダイオード等の受光素子22、ドライバ23及びTIA24が銀ペーストにより接合されている。面10aの上の発光素子21、受光素子22、ドライバ23及びTIA24は、図4及び図5に示されるように、レンズ部材25により覆われている。
レンズ部材25は、光ケーブル26が接続されているMTフェルール27と接続されている。光ケーブル26内をMTフェルール27に向かって伝播する光は、光ケーブル26よりMTフェルール27を介しレンズ部材25に入射する。レンズ部材25には不図示のレンズが複数設けられており、レンズ部材25に入射した光はこれらのレンズにより集光され、面10aに搭載されている受光素子22に入射する。また、面10aに搭載されている発光素子21より出射された光は、レンズ部材25に入射し、レンズ部材25のレンズにより集光され、MTフェルール27を介し光ケーブル26に入射し、光ケーブル26内を伝播する。
第1のカバー130及び第2のカバー140は亜鉛ダイカストにより形成されており、第1のカバー130と第2のカバー140とにより、光モジュールの筐体が形成される。第1のカバー130は面10aの側を覆っており、第2のカバー140はプリント基板10の面10bの側を覆っている。第1のカバー130の外側の面130bには、アルミニウム等により形成されたヒートシンク170が取り付けられている。第1の放熱部材150及び第2の放熱部材160は、熱伝導率が高く柔軟性を有する材料により形成されており、放熱シートと呼ばれる。
本実施の形態における光モジュールでは、第2のカバー140の内側の面140aとプリント基板10の面10bとの間に第1の放熱部材150が挟まれた状態で、プリント基板10と第2のカバー140とがねじ181により固定されている。本願においては、ねじ181を固定部材と記載する場合がある。このようにねじ181によりプリント基板10と第2のカバー140とを固定することにより、面140aと第1の放熱部材150とが密着し、面10bと第1の放熱部材150とが密着する。尚、この状態における第1の放熱部材150の厚さは、約0.35mmである。第1の放熱部材150は、発光素子21、受光素子22、ドライバ23及びTIA24が搭載されている領域に対応する面10bの領域でプリント基板10と密着している。従って、発光素子21、受光素子22、ドライバ23及びTIA24において発生した熱を第1の放熱部材150を介し、効率よく第2のカバー140に伝導することができる。
第1のカバー130と第2のカバー140との間には、第2の放熱部材160が設けられている。図7に示すように、第1のカバー130の面130aの側部近傍に熱伝導領域131が形成されており、図8に示すように第2のカバー140の面140a及び140bの側部近傍には、熱伝導領域141が形成されている。第1のカバー130と第2のカバー140とは、第2の放熱部材160が熱伝導領域131の接触面131aと熱伝導領域141の接触面141aとの間に挟まれた状態で、ねじ182により固定される。ねじ182により第1のカバー130と第2のカバー140とを固定することにより、接触面141aと第2の放熱部材160とが密着し、接触面131aと第2の放熱部材160とが密着する。この状態における第2の放熱部材160の厚さは、約0.35mmである。
本実施の形態においては、図5に示されるように、ドライバ23及びTIA24において生じた熱はプリント基板10内を面10bに伝導し、面10bに接触している第1の放熱部材150を介し第2のカバー140に効率よく伝導される。第2のカバー140は熱伝導率が比較的高い亜鉛ダイカストにより形成されているため、熱は拡散されながら熱伝導領域141に伝導し、更に接触面141aより第2の放熱部材160を介し接触面131aより第1のカバー130に効率よく伝導する。第1のカバー130も亜鉛ダイカストにより形成されているため、第1のカバー130の面130bに取り付けられているヒートシンク170に伝導し、ヒートシンク170より放熱される。
従って、本実施の形態の光モジュールでは、プリント基板10の発光素子21、受光素子22、ドライバ23及びTIA24において生じた熱を効率よく放熱することができる。
(凸部及び凹部)
本実施の形態における光モジュールでは、第2のカバー140と第1のカバー130との間に設けられている第2の放熱部材160が、第1のカバー130及び第2のカバー140の外側よりはみ出して見栄えが悪くなることを防ぐため、第1のカバー130の接触面131aよりも外側に第2のカバー140の側に突き出た凸部132が設けられており、第2のカバー140には凸部132に対応した形状の凹部142が設けられている。凸部132の下面は、接触面131aよりも低い位置まで延びている。このように、第1のカバー130に凸部132、第2のカバー140に凹部142を形成することにより、接触面131aと接触面141aとの間に挟まれた第2の放熱部材160が第1のカバー130と第2のカバー140の外側にはみ出してしまうことを防いでいる。本実施の形態においては、例えば凸部132の高さは約1mmである。
本実施の形態における光モジュールでは、第2のカバー140と第1のカバー130との間に設けられている第2の放熱部材160が、第1のカバー130及び第2のカバー140の外側よりはみ出して見栄えが悪くなることを防ぐため、第1のカバー130の接触面131aよりも外側に第2のカバー140の側に突き出た凸部132が設けられており、第2のカバー140には凸部132に対応した形状の凹部142が設けられている。凸部132の下面は、接触面131aよりも低い位置まで延びている。このように、第1のカバー130に凸部132、第2のカバー140に凹部142を形成することにより、接触面131aと接触面141aとの間に挟まれた第2の放熱部材160が第1のカバー130と第2のカバー140の外側にはみ出してしまうことを防いでいる。本実施の形態においては、例えば凸部132の高さは約1mmである。
尚、上記においては、第1のカバー130に凸部132、第2のカバー140に凹部142を形成した場合について説明したが、凸部と凹部の関係はこの逆であってもよい。第2のカバー140の接触面141aの外側に第1のカバー130の側に突き出た凸部を形成し、第1のカバー130にこの第2のカバー140の凸部に対応した形状の凹部を形成したものであってもよい。この場合、第2のカバー140に形成する凸部の上面は、接触面141aよりも高い位置まで延びるようにする。
(基板支持部)
本実施の形態における光モジュールでは、第2の放熱部材160は、プリント基板10の発光素子21、受光素子22、ドライバ23及びTIA24において生じた熱を伝導するものであるため、できるだけ発光素子21、受光素子22、ドライバ23及びTIA24の近くに設けられていることが好ましい。
本実施の形態における光モジュールでは、第2の放熱部材160は、プリント基板10の発光素子21、受光素子22、ドライバ23及びTIA24において生じた熱を伝導するものであるため、できるだけ発光素子21、受光素子22、ドライバ23及びTIA24の近くに設けられていることが好ましい。
プリント基板10は第2のカバー140に2本のねじ181により固定されているが、第2の放熱部材160を配置する位置を確保するため、図9に示されるように、外部端子11が設けられているプリント基板10の一方の端部10cに近い位置でねじ181により固定されている。このとき、プリント基板10は第1の放熱部材150の中央よりも外部端子11側でねじ止めされるが、第1の放熱部材150は柔軟性を有しているため、この位置でプリント基板10をねじ止めすると、第1の放熱部材150を均等に押すことができず、プリント基板10の他方の端部10dが浮き上がってしまう。
このため、本実施の形態における光モジュールでは、プリント基板10の端部10dの近傍を支持するため、図7及び図8に示されるように、第1のカバー130に基板支持部133が、第2のカバー140に基板支持部143が設けられている。より詳細に、図10から図12に基づき説明する。図10は、ヒートシンク170を取り除いた状態の本実施の形態の光モジュールの上面図であり、図11は図10の一点鎖線10A−10Bにおける断面図であり、図12は図10の一点鎖線10C−10Dにおける断面図である。
プリント基板10の端部10c側はねじ181により第2のカバー140に固定されている。一方、図11及び図12に示されるように、プリント基板10の他方の端部10d側は、弾性を有する緩衝部材183を介し、基板支持部133と基板支持部143との間に挟まれて支持され固定されている。従って、プリント基板10を第2のカバー140にネジ181により固定しても、プリント基板10の端部10dが浮き上がることはない。なお、緩衝部材183を放熱部材としてもよい。
(熱伝導領域の接触面)
第1のカバー130の接触面131a及び第2のカバー140の接触面141aは、平坦な面により形成されたものであってもよいが、図13に示されるように凹凸を有する面であってもよい。接触面131a及び接触面141aを凹凸面にすることにより接触面131aと第2の放熱部材160との接触面積、及び接触面141aと第2の放熱部材160との接触面積を増やすことができ、第2のカバー140から、第2の放熱部材160を介し、第1のカバー130への熱の伝導の効率を更に高めることができる。本実施の形態においては、例えば、接触面131a及び接触面141aにおける凹凸の高低差Hが約0.5mm、凹凸のピッチPが約1.0mmとなるように形成されている。
第1のカバー130の接触面131a及び第2のカバー140の接触面141aは、平坦な面により形成されたものであってもよいが、図13に示されるように凹凸を有する面であってもよい。接触面131a及び接触面141aを凹凸面にすることにより接触面131aと第2の放熱部材160との接触面積、及び接触面141aと第2の放熱部材160との接触面積を増やすことができ、第2のカバー140から、第2の放熱部材160を介し、第1のカバー130への熱の伝導の効率を更に高めることができる。本実施の形態においては、例えば、接触面131a及び接触面141aにおける凹凸の高低差Hが約0.5mm、凹凸のピッチPが約1.0mmとなるように形成されている。
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
10 プリント基板
21 発光素子
22 受光素子
23 ドライバ
24 TIA
130 第1のカバー
131 熱伝導領域
131a 接触面
132 凸部
140 第2のカバー
141 熱伝導領域
141a 接触面
142 凹部
150 第1の放熱部材
160 第2の放熱部材
170 ヒートシンク
21 発光素子
22 受光素子
23 ドライバ
24 TIA
130 第1のカバー
131 熱伝導領域
131a 接触面
132 凸部
140 第2のカバー
141 熱伝導領域
141a 接触面
142 凹部
150 第1の放熱部材
160 第2の放熱部材
170 ヒートシンク
Claims (5)
- 一方の面に半導体素子が搭載された基板と、
前記基板の前記一方の面を覆う第1のカバーと、
前記基板の他方の面を覆う第2のカバーと、
前記基板の前記他方の面と前記第2のカバーとの間に設けられた第1の放熱部材と、
前記第1のカバーと前記第2のカバーとの間に設けられた第2の放熱部材と、
を有することを特徴とする光モジュール。 - 前記第1のカバーの外側の面にはヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
- 前記基板の一方の側は、前記第2のカバーに固定部材により固定されており、
前記基板の他方の側は、前記第1のカバーと前記第2のカバーとの間に挟まれて固定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光モジュール。 - 前記第2の放熱部材と接触する前記第1のカバーの接触面、または前記第2のカバーの接触面のうちの一方には凸部が設けられており、他方には、前記凸部に対応した形状の凹部が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記第2の放熱部材と接触する前記第1のカバーの接触面、及び前記第2のカバーの接触面には、凹凸が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光モジュール。
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