JP2020053567A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module.
送受信機能を有する光モジュール(トランシーバ)は、ホスト装置に設けられたケージに挿入されて使用される。ケージにはヒートシンク(ヒートスプレッダ)が取り付けられており、光モジュールを冷却するようになっている(特許文献1)。ケージの底面はプリント基板に固定されるので、ヒートシンクはケージの上面のみに設けられ、光モジュールのケースの上面から熱が伝えられる。あるいは、ヒートシンクを光モジュールのケースに設けることもある。特許文献2には、光モジュールの上面にヒートシンクを取り付けた例が開示されている。いずれにしても、ヒートシンクは、ケージ又は光モジュールの片側にのみ設けられる。 An optical module (transceiver) having a transmission / reception function is used by being inserted into a cage provided in a host device. A heat sink (heat spreader) is attached to the cage to cool the optical module (Patent Document 1). Since the bottom surface of the cage is fixed to the printed circuit board, the heat sink is provided only on the upper surface of the cage, and heat is transmitted from the upper surface of the case of the optical module. Alternatively, a heat sink may be provided on the case of the optical module. Patent Literature 2 discloses an example in which a heat sink is attached to an upper surface of an optical module. In any case, the heat sink is provided only on one side of the cage or the optical module.
光モジュールは発熱体を含む電子部品を内蔵し、その構造によって上側から熱を伝えることが難しいときには、底面から放熱することになる。しかし、電子部品の底面からの放熱では、ヒートシンクとは反対側であるために、放熱性が不十分であり、十分に光モジュールを冷却することができず、特性・消費電力の観点で良好な特性が得られないおそれがある。 The optical module has built-in electronic components including a heating element, and when it is difficult to transmit heat from the upper side due to its structure, heat is radiated from the bottom. However, when radiating heat from the bottom surface of the electronic component, since the heat radiation is on the opposite side to the heat sink, the heat radiation is insufficient, and the optical module cannot be sufficiently cooled. Characteristics may not be obtained.
本発明は、十分な放熱性を確保することを目的とする。 An object of the present invention is to ensure sufficient heat dissipation.
(1)本発明に係る光モジュールは、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光サブアセンブリと、熱を発生する電子部品と、相反する第1面及び第2面を有し、前記第1面に前記電子部品が搭載され、前記光サブアセンブリに電気的に接続され、前記電子部品に重なる貫通穴を有するプリント基板と、合体した第1ケース及び第2ケースを含み、前記第1ケースは前記第1面と対向し、前記第2ケースは前記第2面と対向し、前記光サブアセンブリ、前記電子部品及び前記プリント基板を収容する筐体と、前記電子部品に熱的に接触するように、前記プリント基板の前記貫通穴の内側に配置された第1熱伝導部材と、前記第1ケースと前記第1面の間にある第1部分と、前記第2ケースと前記第2面の間にある第2部分と、前記プリント基板の側方で前記第1部分及び前記第2部分を接続する第3部分と、を一体的に含む第2熱伝導部材と、を有し、前記第1熱伝導部材と前記第2熱伝導部材は、熱的に接触し、前記第2熱伝導部材の前記第1部分は、前記第1ケースと熱的に接触していることを特徴とする。 (1) An optical module according to the present invention has an optical subassembly for converting an optical signal and an electric signal from at least one to the other, an electronic component that generates heat, and first and second surfaces that are opposite to each other. And a printed circuit board having the electronic component mounted on the first surface, electrically connected to the optical subassembly, and having a through hole overlapping the electronic component, and a first case and a second case combined with each other; The first case faces the first surface, the second case faces the second surface, and a housing for housing the optical subassembly, the electronic component, and the printed circuit board; A first heat conductive member disposed inside the through-hole of the printed circuit board so as to make contact with the first case, a first portion between the first case and the first surface, and the second case. The second between the second surfaces And a second heat conducting member integrally including a third portion connecting the first portion and the second portion on the side of the printed circuit board. The second heat conductive member is in thermal contact with the first heat conductive member, and the first portion of the second heat conductive member is in thermal contact with the first case.
本発明によれば、プリント基板の第1面に電子部品が搭載されており、反対側の第2面から第1面の方向に、第2熱伝導部材によって熱を伝えることができる。これにより、十分な放熱性を確保することができる。 According to the present invention, the electronic component is mounted on the first surface of the printed circuit board, and heat can be transmitted from the second surface on the opposite side to the first surface by the second heat conducting member. Thereby, sufficient heat dissipation can be ensured.
(2)(1)に記載された光モジュールであって、前記第1熱伝導部材は、サーマルビアを形成するために前記貫通穴の内面に設けられた金属層を含むことを特徴としてもよい。 (2) The optical module according to (1), wherein the first heat conductive member includes a metal layer provided on an inner surface of the through hole to form a thermal via. .
(3)(1)又は(2)に記載された光モジュールであって、前記第1熱伝導部材は、金属ブロックを含むことを特徴としてもよい。 (3) The optical module according to (1) or (2), wherein the first heat conductive member includes a metal block.
(4)(1)から(3)のいずれか1項に記載された光モジュールであって、前記第2熱伝導部材の前記第2部分は、前記第2ケースと熱的に接触していることを特徴としてもよい。 (4) The optical module according to any one of (1) to (3), wherein the second portion of the second heat conductive member is in thermal contact with the second case. It may be characterized.
(5)(1)から(4)のいずれか1項に記載された光モジュールであって、前記第1ケースと前記第2熱伝導部材の前記第1部分の間に介在する熱伝導グリスをさらに有することを特徴としてもよい。 (5) The optical module according to any one of (1) to (4), wherein heat conductive grease interposed between the first case and the first portion of the second heat conductive member is removed. It may be further characterized by having.
(6)(1)から(5)のいずれか1項に記載された光モジュールであって、前記プリント基板は、前記第2熱伝導部材の前記第3部分の隣に、切り欠きを有することを特徴としてもよい。 (6) The optical module according to any one of (1) to (5), wherein the printed circuit board has a notch next to the third portion of the second heat conductive member. May be a feature.
(7)(1)から(6)のいずれか1項に記載された光モジュールであって、前記第1熱伝導部材と前記第2熱伝導部材の前記第2部分の間に熱的に接触するように介在する第3熱伝導部材をさらに有することを特徴としてもよい。 (7) The optical module according to any one of (1) to (6), wherein the optical module is in thermal contact between the first heat conductive member and the second portion of the second heat conductive member. And a third heat conductive member interposed so as to perform the heat treatment.
(8)(7)に記載された光モジュールであって、前記第2熱伝導部材の前記第2部分は、前記第3熱伝導部材よりも大きいことを特徴としてもよい。 (8) In the optical module described in (7), the second portion of the second heat conductive member may be larger than the third heat conductive member.
(9)(8)に記載された光モジュールであって、前記第3熱伝導部材に隣り合って、前記プリント基板の前記第2面に搭載された第2電子部品をさらに有し、前記第2熱伝導部材の前記第2部分は、前記第2電子部品と前記第2ケースの間に至ることを特徴としてもよい。 (9) The optical module according to (8), further including a second electronic component mounted on the second surface of the printed circuit board, adjacent to the third heat conductive member. (2) The second portion of the heat conducting member may extend between the second electronic component and the second case.
(10)(9)に記載された光モジュールであって、前記第3熱伝導部材は、前記第1熱伝導部材に対向するベース部と、前記ベース部から突出するフランジ部と、を含むことを特徴としてもよい。 (10) In the optical module described in (9), the third heat conductive member includes a base portion facing the first heat conductive member, and a flange portion protruding from the base portion. May be a feature.
(11)(10)に記載された光モジュールであって、前記フランジ部は、前記第2電子部品に重なることを特徴としてもよい。 (11) The optical module according to (10), wherein the flange portion overlaps the second electronic component.
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。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings. In all of the drawings, members denoted by the same reference numerals have the same or equivalent functions, and a repeated description thereof will be omitted. Note that the size of the graphic does not always match the magnification.
図1は、実施形態に係る光モジュールの外観図である。光モジュール10は、ビットレートが400 Gbit/s級の、送信機能及び受信機能を有する光受信機(光トランシーバ)である。
FIG. 1 is an external view of the optical module according to the embodiment. The
図2は、実施形態に係る光モジュール10が装着されたホスト装置を示す斜視図である。ホスト装置は、例えば、大容量のルータやスイッチであり、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。
FIG. 2 is a perspective view illustrating a host device on which the
図3は、ホスト装置の内部構造を示す斜視図である。ホスト装置は、回路基板12を有する。回路基板12には、ケージ14が取り付けられている。ケージ14の上面側(回路基板12とは反対側の外面側)にはヒートシンク16が取り付けられている。光モジュール10は、ケージ14に挿入され、ヒートシンク16を介して、放熱されるようになっている。熱は、さらに、ホスト装置の通気口18(図2)から放出される。
FIG. 3 is a perspective view showing the internal structure of the host device. The host device has a
図4は、図1に示す光モジュール10の内部構造を斜め上から見た斜視図である。図5は、図1に示す光モジュール10の内部構造を斜め下から見た斜視図である。光モジュール10は、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための複数の光サブアセンブリ20を備えている。複数の光サブアセンブリ20は、光送信機能を有する光送信サブアセンブリ(TOSA:Transmitter Optical Subassembly)、光受信機能を有する光受信サブアセンブリ(ROSA:Receiver Optical Subassembly)及び光送受信機能を有する双方向サブアセンブリ(BOSA:Bi-directional Optical Subassembly)のいずれかを含む。光受信サブアセンブリ20Aから電気信号が、図3に示すホスト装置の回路基板12へ伝送される。回路基板12から電気信号が、光送信サブアセンブリ20Bへ伝送される。
FIG. 4 is a perspective view of the internal structure of the
光モジュール10は、図示しない配線パターンが形成されたプリント基板22を有する。プリント基板22は、光サブアセンブリ20に電気的に接続されている。プリント基板22は第1面24を有する。プリント基板22は、第1面24とは反対の第2面26を有する。
The
図6は、プリント基板22の第1面24を示す斜視図である。第1面24には、熱を発生する第1電子部品28が搭載されている。また、第1面24には、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)30も搭載されており、発熱源の一つとなっている。
FIG. 6 is a perspective view showing the
図7は、プリント基板22の第2面26を示す斜視図である。第2面26には、電源IC32や制御IC34のほかに、少なくとも1つの第2電子部品36が搭載されている。第2電子部品36は、第1電子部品28とは重ならない。第1電子部品28及び第2電子部品36は、プリント基板22の幅方向(第1電子部品28と光サブアセンブリ20との間の方向に対して直交する方向)にずれている。
FIG. 7 is a perspective view showing the
図8は、図1に示す光モジュール10のVIII−VIII線断面図である。第1電子部品28は、集積回路チップ38を内蔵する。集積回路チップ38は、セラミックなどの絶縁体からなるパッケージ基板40に搭載されて、ビア42を通して外部との電気的接続を図るようになっている。封止部44は、コストダウンの要求から樹脂が使用されており、図示しないワイヤの変形を防止するために内部に空間があるため、熱が伝わりにくくなっている。
FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII of the
プリント基板22は、第1電子部品28に重なる複数又は1つの貫通穴46を有する。貫通穴46の内側には第1熱伝導部材48が配置されている。第1熱伝導部材48は、サーマルビアを形成するために貫通穴46の内面に設けられた金属層である。第1熱伝導部材48は、第1電子部品28(その底面)に熱的に接触する。例えば、第1熱伝導部材48及び第1電子部品28は、直接的に接触していてもよいし、熱伝導性の接着剤やフィルム、及びはんだなどが介在してもよい。
The printed
プリント基板22の上方には、図示しない配線パターンが形成されたサブプリント基板50が配置されている。詳しくは、シリコーンなどの熱伝導性を有する材料からなる熱伝導シート52を介して、第1電子部品28の上にサブプリント基板50が載っている。なお、サブプリント基板50は別の金具などを用いてプリント基板22の上方に固定されていても構わない。サブプリント基板50も、第1電子部品28(熱伝導シート52)に重なる貫通穴54を有し、貫通穴54の内側には熱伝導部材56が配置されている。この熱伝導部材56も、サーマルビアを形成するための金属層であってもよい。なお、ここではサブプリント基板50を用いた例を示したが、サブプリント基板50が無くても構わない。
Above the printed
光モジュール10は、筐体58を有する。筐体58は、光サブアセンブリ20、第1電子部品28及びプリント基板22を収容する。筐体58は、合体した第1ケース60及び第2ケース62を含む。合体は、ネジなどの締結手段でなされてもよいし、接着剤を使用してもよいが、第1ケース60及び第2ケース62は別部材であるため、その接触界面の熱伝導性は十分ではない。なお、第1ケース60は、プリント基板22の第1面24と対向する。第2ケース62は、プリント基板22の第2面26と対向する。また第1ケース60の外面がケージ14のヒートシンク16と対向する。
The
光モジュール10は、第2熱伝導部材64を有する。第2熱伝導部材64は、第1部分66を含む。第2熱伝導部材64の第1部分66は、第1ケース60とプリント基板22(第1面24)の間であって、第1電子部品28の上方にある。第1部分66は、第1ケース60と熱的に接触する。第1部分66及び第1ケース60は、直接的に接触していてもよいが、熱伝導グリス68が介在している。熱伝導グリス68は、第1部分66とサブプリント基板50の間にも介在する。言い換えると、第1ケース60とサブプリント基板50の間に密着して介在する熱伝導グリス68の中に第1部分66が配置されている。
The
第2熱伝導部材64は、第2部分70を含む。第2熱伝導部材64の第2部分70は、第2ケース62とプリント基板22(第2面26)の間にある。第2部分70は、第2ケース62と熱的に接触する。例えば、第2部分70及び第2ケース62は、直接的に接触していてもよいし、熱伝導性の接着剤やフィルムなどが介在してもよい。なお、第2部分70が第2ケース62と接触していなくても構わない。
The second
第2熱伝導部材64は、プリント基板22の側方で第1部分66及び第2部分70を接続する第3部分72を含む。図4〜図7に示すように、プリント基板22は、第2熱伝導部材64の第3部分72の隣に切り欠き74を有する。第3部分72は、切り欠き74に収容されることで、プリント基板22の側方に出っ張らないようになっている。
The second heat
第1部分66、第2部分70及び第3部分72は連続一体的になっている。第2熱伝導部材64には、他の部材との熱的な接触の妨げとならないのであれば、表面に電気的絶縁膜が形成されていることが好ましい。第2熱伝導部材64は例えば金属板、グラファイトなど熱伝導性に優れた材料で構成することが好ましい。
The
第2熱伝導部材64は、第1熱伝導部材48と熱的に接触する。第1熱伝導部材48と第2部分70の間に、金属ブロックなどの第3熱伝導部材76が熱的に接触するように介在する。第2熱伝導部材64の第2部分70は、第3熱伝導部材76よりも大きい。第3熱伝導部材76に隣り合って、プリント基板22の第2面26には、第2電子部品36が搭載されている。第2熱伝導部材64の第2部分70は、第2電子部品36と第2ケース62の間に至る。なお、ここでは第3熱伝導部材76を配置した例を示したが、第3熱伝導部材76を介さずに第2熱伝導部材64の第2部分70と第1熱伝導部材48とが熱的に接触しても構わない。
The second
本実施形態によれば、プリント基板22の第1面24に第1電子部品28が搭載されており、反対側の第2面26から第1面24の方向に、第2熱伝導部材64によって熱を伝えることができる。第1面24側の第1ケース60はヒートシンク16と熱的に接触するため、十分な放熱性を確保することができる。また図示しないが、第1ケース60の外面に直接ヒートシンクを設けても構わない。この場合はケージ14にはヒートシンクは配置されない。
According to the present embodiment, the first
[変形例1]
図9は、実施形態の変形例1に係る光モジュールの断面図である。本変形例では、プリント基板122は、第1貫通穴146A及び第2貫通穴146Bを有する。第1貫通穴146Aの内面には、サーマルビアを形成するための金属層178が設けられている。第2貫通穴146Bには、金属ブロック180が配置されている。第1熱伝導部材148は、金属層178及び金属ブロック180を含む。
[Modification 1]
FIG. 9 is a cross-sectional view of an optical module according to a first modification of the embodiment. In this modification, the printed
[変形例2]
図10は、実施形態の変形例2に係る光モジュールの断面図である。本変形例では、第3熱伝導部材276の形状が異なる。図11は、本変形例で使用される第3熱伝導部材276の斜視図である。第3熱伝導部材276は、第1熱伝導部材248に対向し、熱的に接触するベース部282を含む。第3熱伝導部材276は、ベース部282から突出するフランジ部284を含む。フランジ部284は、第2電子部品236に重なる。
[Modification 2]
FIG. 10 is a cross-sectional view of an optical module according to Modification 2 of the embodiment. In this modification, the shape of the third heat
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、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。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the configuration described in the embodiment can be replaced with a configuration having substantially the same configuration, a configuration having the same operation and effect, or a configuration capable of achieving the same object.
10 光モジュール、12 回路基板、14 ケージ、16 ヒートシンク、18 通気口、20 光サブアセンブリ、20A 光受信サブアセンブリ、20B 光送信サブアセンブリ、22 プリント基板、24 第1面、26 第2面、28 第1電子部品、30 デジタルシグナルプロセッサ、32 電源IC、34 制御IC、36 第2電子部品、38 集積回路チップ、40 パッケージ基板、42 ビア、44 封止部、46 貫通穴、48 第1熱伝導部材、50 サブプリント基板、52 熱伝導シート、54 貫通穴、56 熱伝導部材、58 筐体、60 第1ケース、62 第2ケース、64 第2熱伝導部材、66 第1部分、68 熱伝導グリス、70 第2部分、72 第3部分、74 切り欠き、76 第3熱伝導部材、122 プリント基板、146A 第1貫通穴、146B 第2貫通穴、148 第1熱伝導部材、178 金属層、180 金属ブロック、236 第2電子部品、248 第1熱伝導部材、276 第3熱伝導部材、282 ベース部、284 フランジ部。
Claims (11)
熱を発生する電子部品と、
相反する第1面及び第2面を有し、前記第1面に前記電子部品が搭載され、前記光サブアセンブリに電気的に接続され、前記電子部品に重なる貫通穴を有するプリント基板と、
合体した第1ケース及び第2ケースを含み、前記第1ケースは前記第1面と対向し、前記第2ケースは前記第2面と対向し、前記光サブアセンブリ、前記電子部品及び前記プリント基板を収容する筐体と、
前記電子部品に熱的に接触するように、前記プリント基板の前記貫通穴の内側に配置された第1熱伝導部材と、
前記第1ケースと前記第1面の間にある第1部分と、前記第2ケースと前記第2面の間にある第2部分と、前記プリント基板の側方で前記第1部分及び前記第2部分を接続する第3部分と、を一体的に含む第2熱伝導部材と、
を有し、
前記第1熱伝導部材と前記第2熱伝導部材は、熱的に接触し、
前記第2熱伝導部材の前記第1部分は、前記第1ケースと熱的に接触していることを特徴とする光モジュール。 An optical subassembly for converting optical and electrical signals from at least one to the other;
Electronic components that generate heat,
A printed circuit board having opposite first and second surfaces, the electronic component being mounted on the first surface, being electrically connected to the optical subassembly, and having a through hole overlapping the electronic component;
A first case facing the first surface, the second case facing the second surface, the optical subassembly, the electronic component, and the printed circuit board; A housing for accommodating the
A first heat conductive member disposed inside the through hole of the printed circuit board so as to thermally contact the electronic component;
A first portion between the first case and the first surface; a second portion between the second case and the second surface; and the first portion and the second portion on a side of the printed circuit board. A second heat conductive member integrally including a third portion connecting the two portions;
Has,
The first heat conductive member and the second heat conductive member are in thermal contact,
The optical module according to claim 1, wherein the first portion of the second heat conductive member is in thermal contact with the first case.
前記第1熱伝導部材は、サーマルビアを形成するために前記貫通穴の内面に設けられた金属層を含むことを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 1,
The optical module according to claim 1, wherein the first heat conductive member includes a metal layer provided on an inner surface of the through hole for forming a thermal via.
前記第1熱伝導部材は、金属ブロックを含むことを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 1, wherein:
The optical module according to claim 1, wherein the first heat conductive member includes a metal block.
前記第2熱伝導部材の前記第2部分は、前記第2ケースと熱的に接触していることを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 1, wherein:
The optical module according to claim 2, wherein the second portion of the second heat conductive member is in thermal contact with the second case.
前記第1ケースと前記第2熱伝導部材の前記第1部分の間に介在する熱伝導グリスをさらに有することを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 1, wherein:
The optical module according to claim 1, further comprising a heat conductive grease interposed between the first case and the first portion of the second heat conductive member.
前記プリント基板は、前記第2熱伝導部材の前記第3部分の隣に、切り欠きを有することを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 1, wherein:
The optical module according to claim 1, wherein the printed circuit board has a notch next to the third portion of the second heat conductive member.
前記第1熱伝導部材と前記第2熱伝導部材の前記第2部分の間に熱的に接触するように介在する第3熱伝導部材をさらに有することを特徴とする光モジュール。 The optical module according to any one of claims 1 to 6, wherein
The optical module according to claim 1, further comprising a third heat conductive member interposed between the first heat conductive member and the second portion of the second heat conductive member so as to be in thermal contact with each other.
前記第2熱伝導部材の前記第2部分は、前記第3熱伝導部材よりも大きいことを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 7,
The optical module according to claim 2, wherein the second portion of the second heat conductive member is larger than the third heat conductive member.
前記第3熱伝導部材に隣り合って、前記プリント基板の前記第2面に搭載された第2電子部品をさらに有し、
前記第2熱伝導部材の前記第2部分は、前記第2電子部品と前記第2ケースの間に至ることを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 8, wherein:
A second electronic component mounted on the second surface of the printed circuit board adjacent to the third heat conductive member;
The optical module according to claim 1, wherein the second portion of the second heat conductive member extends between the second electronic component and the second case.
前記第3熱伝導部材は、前記第1熱伝導部材に対向するベース部と、前記ベース部から突出するフランジ部と、を含むことを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 9, wherein:
The optical module according to claim 1, wherein the third heat conductive member includes a base portion facing the first heat conductive member, and a flange protruding from the base portion.
前記フランジ部は、前記第2電子部品に重なることを特徴とする光モジュール。
The optical module according to claim 10,
The optical module, wherein the flange portion overlaps the second electronic component.
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