JP5075139B2 - 並列光伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、並列光伝送装置に関し、特に光モジュール内で動作時に電気素子が発生する熱を外部に放熱することができる並列光伝送装置に関する。

近年、スーパーコンピュータ等のハイエンドなシステム装置においては、複数のＣＰＵ（中央処理装置）の並列動作により情報通信の大容量化と高速化を実現する傾向にあり、このシステム装置内のポートおよびシステム装置間では、大容量で高速高密度な情報信号伝送が要求されている。

情報信号を電気信号で伝送する電気伝送方式だけでは、伝送速度や伝送損失等の観点から限界を迎えつつあるために、光伝送を利用した光インターコネクション方式による信号伝送が実用化されている。光インターコネクション方式は、電気伝送方式に比較してはるかに広帯域な信号伝送を行うことが可能であるとともに、小型かつ低消費電力の光モジュールを使用した信号伝送システムを構築できるという利点がある。

この光インターコネクション方式では、発光素子を有する光モジュールが、電気基板に実装されており、例えば電気基板から入力された電気信号が光モジュールにより光信号に変換されて、光ファイバに出力される。この発光素子としては、例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器面発光レーザ）等がある。

この電気基板には電気プラガブルソケットが配置され、光モジュールは、電気プラガブルソケットに嵌め込んだ後に押さえ部材を用いて電気プラガブルソケット側に押さえて固定するようになっている。光モジュールは、光モジュール基板とカバーを有しており、光モジュール基板の上に発光素子の駆動用ＩＣ（集積回路素子）が実装されており、この光モジュール基板とＩＣに対してカバーを装着してＩＣを覆う構造である。
このようなＩＣを含む光モジュールでは、発光素子を駆動する時にＩＣが発熱するので、このＩＣを冷却する必要がある。この発熱するＩＣを冷却するために、放熱板を用いることがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２５３５３０号公報

ところが、ＩＣを冷却するために単にＩＣに放熱板を設けようとしても、光モジュールのＩＣはカバーにより覆われているので、ＩＣの放熱は容易にはできない。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、光モジュールの電気素子の放熱を確実にしかも容易に行うことができる並列光伝送装置を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の並列光伝送装置は、複数の電気端子を有する基板と、収容凹部を形成する周壁部を有し前記基板上に固定される電気プラガブルソケットと、前記収容凹部内に着脱自在に装着され、電気素子を有する光モジュール基板と、前記光モジュール基板と前記電気素子を覆うカバーとを有し、前記収容凹部内に装着時に前記電気プラガブルソケットを介して前記電気端子と電気的に接続されて電気信号を光信号に或いは光信号を電気信号に変換する機能を有する光モジュールと、前記光モジュールと前記電気プラガブルソケットの上に配置され、前記電気プラガブルソケットに着脱自在に固定される押さえ部材と、前記光モジュールとの間で前記光信号を並列に伝送するテープファイバを有する光コネクタと、を備え、前記押さえ部材は、前記電気素子を放熱するための放熱部材を有することを特徴とする。これにより、光モジュールの電気素子の放熱を確実にしかも容易に行うことができる。

本発明の並列光伝送装置では、前記押さえ部材と前記放熱部材は一体に形成されていることを特徴とする。これにより、押さえ部材と放熱部材を別体に形成するのに比べて部品点数を減らすことができる。

本発明の並列光伝送装置では、前記押さえ部材と前記放熱部材は別の部材であり、前記放熱部材は前記押さえ部材に固定されていることを特徴とする。これにより、押さえ部材を光モジュールに取り付けた後に、任意の形状の放熱部材を固定できる。
本発明の並列光伝送装置では、前記放熱部材は、複数の突起状の部材であることを特徴とする。これにより、放熱部材の放熱面積をより広く確保できる。

本発明によれば、光モジュールの電気素子の放熱を確実にしかも容易に行うことができる並列光伝送装置を提供することができる。

本発明の並列光伝送装置の好ましい実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示す並列光伝送装置の要素を組み立てた状態を示す斜視図である。 ＰＣＢ基板と電気プラガブルソケットと光モジュールと押さえ部材を示す断面図である。 光モジュールと光コネクタの断面図である。 本発明の別の実施形態を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の並列光伝送装置の好ましい実施形態を示す分解斜視図である。図２は、並列光伝送装置の要素を組み立てた状態を示す斜視図である。

図１と図２に示す並列光伝送装置１００は、コンピュータ等のシステム装置の電気基板（ボード）間において、光インターコネクションを実現する際に使用でき、電気基板に光モジュールを着脱自在に実装されている。この並列光伝送装置１００では、システム装置の小型化には、電気基板に対して垂直方向の空間は小さい方が望ましいため、光モジュールに光接続される光ファイバは、電気基板に対して平行に配線される。

図１に示すように、並列光伝送装置１００は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板５と、光モジュール３と、電気プラガブルソケット１と、押さえ部材２と、光コネクタ４を備えている。

図１に示すように、ＰＣＢ基板５は、電気信号を入出力させるための２次元アレイ状に配列された複数の電気端子５１と、４つのネジ孔５２を有する電気基板であり、電気端子５１は電極パターンに電気的に接続されている。ＰＣＢ基板５の表面および裏面には、複数の電気端子５１（例えば微細な平たい電極を格子状に並べたＬＧＡ（Land Grid Array）端子）と、各電気端子５１と接続された配線パターンと、（複数のグランド端子と、複数のグランド端子に接続された）グランドパターンとがそれぞれ形成されている。

図１に示すように、電気プラガブルソケット１は矩形の部材であり、電気プラガブルソケット１は、格子状に並べた複数の接続端子部１３が配置された底壁部１３Ｃと、光モジュール３を収容する収容凹部１４を形成する周壁部１４Ｂと、凹部状の光コネクタ収容部２４と、を有する。電気プラガブルソケット１はＰＣＢ基板５の位置決めピン孔５３により位置決めされ、電気プラガブルソケット１は、ネジ５Ｂを４つの貫通孔１５を介してＰＣＢ基板５の４つのネジ孔５２にねじ込むことでＰＣＢ基板５に対して固定される。各接続端子部１３は、ＰＣＢ基板５側の電気端子５１と電気的に接続される第１のコンタクトピンと、光モジュール３のＥＳＡ基板（光モジュール基板）３４側の電気端子と電気的に接続される第２のコンタクトピンとを有するばね状の接続端子であり、押圧力を受けると両コンタクトピンが電気的に接続されるようになっている。

電気プラガブルソケット１は、ＰＣＢ基板５に固定された状態では、第１のコンタクトピンがＰＣＢ基板５側の電気端子５１と電気的に接続される。この状態で、光モジュール３を収容凹部１４内に収容し、押さえ部材２を電気プラガブルソケット１の周壁部１４Ｂの上面にネジ５Ｃで固定すると、光モジュール３のＥＳＡ基板（光モジュール基板の一例）３４側の各電気端子とＰＣＢ基板５側の各電気端子５１とが、電気プラガブルソケット１の複数の接続端子部１３を介して電気的に接続される。

図３は、このＰＣＢ基板５と、電気プラガブルソケット１と、光モジュール３と、押さえ部材２を示す断面図である。図３に示すように、光モジュール３は、ＥＳＡ基板（光モジュール基板）３４と、このＥＳＡ基板３４の配線パターン上に実装された光素子アレイ（例えばＶＣＳＥＬアレイ）３２と、ＥＳＡ基板３４の配線パターン上に実装されて光素子アレイ３２と電気的に接続されたＩＣ（電気素子）３３と、モジュールカバー３５を有する。

図１に戻ると、モジュールカバー３５は、ほぼ矩形の部材であるが、光コネクタ４を嵌め込んで位置決めするための開口部３９が形成されている。このＥＳＡ基板３４の表面および裏面には、複数の電気端子（ＬＧＡ端子）と、複数の電気端子と電気的に接続された配線パターンと、グランドパターンとがそれぞれ形成されている。
図１に示すように、光モジュール３は、電気プラガブルソケット１の収容凹部１４内に着脱自在に装着され、光モジュール３は、装着時には電気プラガブルソケット１を介して電気端子と電気的に接続されて電気信号を光信号に或いは光信号を電気信号に変換する機能を有する。

具体的には、ＥＳＡ基板３４の一面（表面）上には、２つの差動信号用端子を１組とし、チャンル数（例えば１２ｃｈ）と同数の複数組の差動信号用端子と、ＩＣ３３へ電源供給するための複数の電源供給用端子と、ＩＣへ制御信号を供給するための複数の制御信号供給用端子と、グランドパターンとが形成されている。その他面には、一面上にある複数組の差動信号用端子、複数の電源供給用端子および複数の制御信号供給用端子とそれぞれ電気的に接続された複数の端子（差動信号用端子、電源供給用端子および制御信号供給用端子）と、一面上にあるグランドパターンと電気的に接続されたグランドパターンとが形成されている。

図３に示すように、ＩＣ３３は、ＥＳＡ基板３４の一面（表面）上にフリップチップ実装（ＦＣＢ:Frip Chip Bonding）されており、光素子アレイ３２とワイヤディングにより電気的に接続され，ＩＣ３３は光素子アレイ３２を駆動する駆動用ＩＣである。

次に、図１に示す光コネクタ４を説明する。光コネクタ４は、光モジュール３との間で光信号を並列に伝送するテープファイバ４１とコネクタ部４２とを有する。コネクタ部４２は、押さえ部材２を電気プラガブルソケット１に固定した状態で、押さえ部材２の窓２１内に配置される。テープファイバ４１は、別の光コネクタ４３に接続され、光モジュール３との間で光信号を並列に伝送する。窓２１は、電気プラガブルソケット１の光コネクタ収容部２４に対応した位置に形成されている。

図１と図３に示す押さえ部材２は、優れた熱伝導性を有するほぼ矩形の部材であり、窓２１と放熱部材としてのヒートシンク９１と基板部２Ｂを有している。押さえ部材２は、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導性の優れた金属により作られている。この例では、ヒートシンク９１は基板部２Ｂに対して一体的に形成されている。このように、ヒートシンク９１と基板部２Ｂを一体的に形成することで、ヒートシンク９１と基板部２Ｂを別々の部材で形成する場合に比べて部品点数を減らすことができる。

このヒートシンク９１の突起状の部材は、一例として複数本の棒状部材９８であり、複数本の棒状部材９８は、放熱面積を増やすために、テープファイバ４１の長手方向Ｔとは直交する方向Ｖに沿って平行に突出して設けられている。この押さえ部材２の基板部２Ｂと複数本の棒状部材９８は、共に熱伝導性の優れた材質で作られており、放熱面積が十分に確保できる。

このため、押さえ部材２における基板部２Ｂとヒートシンク９１の複数本の棒状部材９８は、ＩＣ３３が光素子アレイ３２を駆動する際に発生する熱を効率よく確実にしかも容易に光モジュール３の外部に放熱できる。また、ＥＳＡ基板３４におけるＩＣ３３以外の発熱要素があっても、その熱を効率よく確実に放熱できる。しかも、冷却ファンから冷却風を押さえ部材２の基板部２Ｂとヒートシンク９１の複数本の棒状部材９８に供給することで、空冷によりさらに効率よく確実に光モジュール３の外部に放熱できる。

図２に示すように、押さえ部材２は、光モジュール３と電気プラガブルソケット１の上に配置され、押さえ部材２は、押さえ部材２のネジ５Ｃを４つの貫通孔２３と介して電気プラガブルソケット１の４つのネジ孔１７にねじ込むことで、電気プラガブルソケット１に対して着脱自在に固定される。

上述したように、図１に示す電気プラガブルソケット１を用いた構成であるため、光モジュール３に不都合が生じた場合に、押さえ部材２を外して、光モジュール３を電気プラガブルソケット１の収容凹部１４から取り出して、再度新しい光モジュール３を収容凹部１４に収容して押さえ部材２を電気プラガブルソケット１に固定する。これにより、本発明の実施形態の並列光伝送装置１００は、光モジュールをＰＣＢ基板に半田付けして固定した場合の光伝送装置よりも、故障時のメンテナンスが容易になり、コストが削減され、信頼性が向上する。

図４に示すように、チップコンデンサ２９と光素子アレイ３２とＩＣ３３は、ＥＳＡ基板３４の一面（表面）上に実装されている。テープファイバ４１の複数本の光ファイバ４１Ｆは、Ｔ方向からＶ方向にほぼ９０度折り曲げられて、光ファイバ４１Ｆの先端部は光素子アレイ３２に対面している。

また、図４に示すモジュールカバー３５は、好ましくはＥＳＡ基板３４とＩＣ（電気素子）３３を覆うための熱伝導性を有する板状のカバーであり、開口部３９と、凹状の内部空間部５０と、段差部５１を有している。モジュールカバー３５は、段差部５１によりＥＳＡ基板３４の端部に嵌め込まれることで、モジュールカバー３５はＥＳＡ基板３４に対してＴ方向とＶ方向に関して位置決めされている。これにより、例えばＩＣ３３が光素子アレイ３２を駆動する際に発生する熱は、モジュールカバー３５を介して押さえ部材２の基板部２Ｂ側に伝えて、基板部２Ｂとヒートシンク９１の複数本の棒状部材９８は、ＩＣ３３の熱を効率よく確実にしかも容易に光モジュール３の外部に放出できる。

図５は、本発明の別の実施形態を示している。
図５に示す本発明の実施形態の要素については、図３に示す本発明の実施形態の要素と同様の箇所には、同じ符号を記して説明を省略する。
図５に示す本発明の実施形態では、押さえ部材２は、板状の基板部２Ｃとヒートシンク９１を有している。ヒートシンク９１と基板部２Ｃとは、別部材として形成されており、ヒートシンク９１は基板部２Ｃに対して例えば接着剤により固定されている。これにより、押さえ部材を光モジュールに取り付けた後に、任意の形状の放熱部材を固定できる。

本発明の並列光伝送装置は、複数の電気端子を有する基板と、収容凹部を形成する周壁部を有し基板上に固定される電気プラガブルソケットと、収容凹部内に着脱自在に装着され、電気素子を有する光モジュール基板と、光モジュール基板と電気素子を覆うカバーとを有し、収容凹部内に装着時に電気プラガブルソケットを介して電気端子と電気的に接続されて電気信号を光信号に或いは光信号を電気信号に変換する機能を有する光モジュールと、光モジュールと電気プラガブルソケットの上に配置され、電気プラガブルソケットに着脱自在に固定される押さえ部材と、光モジュールとの間で光信号を並列に伝送するテープファイバを有する光コネクタと、を備え、押さえ部材は、電気素子を放熱するための放熱部材を有することを特徴とする。これにより、光モジュールの電気素子の放熱を確実にしかも容易に行うことができる。

また、本発明の並列光伝送装置では、押さえ部材と放熱部材は一体に形成されていることを特徴とする。これにより、押さえ部材と放熱部材を別体に形成するのに比べて部品点数を減らすことができる。
本発明の並列光伝送装置では、押さえ部材と放熱部材は別の部材であり、放熱部材は押さえ部材に固定されていることを特徴とする。これにより、押さえ部材を光モジュールに取り付けた後に、任意の形状の放熱部材を固定できる。
本発明の並列光伝送装置では、放熱部材は、複数の突起状の部材であることを特徴とする。これにより、放熱部材の放熱面積をより広く確保できる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
図示例では、光ファイバにより光を９０度方向変換しているが、これに限らずミラー部材により光を反射させて９０度方向変換するようにしても良い。また、放熱部材としてのヒートシンクの突起状の部材の一例は、複数本の棒状部材を有しているが、これに限らず薄い板状の部材等、他の形状であっても良い。

１ 電気プラガブルソケット
２ 押さえ部材
２Ｂ 押さえ部材の基板部
３ 光モジュール
４ 光コネクタ
５ ＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板（電気基板の一例）
１３ 複数の接続端子部
１３Ｃ 底壁部
１４ 収容凹部
１４Ｂ 周壁部
２１ 押さえ部材の窓
２４ 光コネクタ収容部
３２ 光素子アレイ（例えばＶＣＳＥＬアレイ）
３３ ＩＣ（電気素子）
３４ ＥＳＡ基板（光モジュール基板）
３５ モジュールカバー（カバーの一例）
４１ テープファイバ
４２ コネクタ部
５１ 電気端子
９１ ヒートシンク
９８ ヒートシンクの棒状部材(突起状の部材の一例)
１００ 並列光伝送装置

Claims (3)

1. 複数の電気端子を有する基板と、
   収容凹部を形成する周壁部を有し前記基板上に固定される電気プラガブルソケットと、
   前記収容凹部内に着脱自在に装着され、電気素子を有する光モジュール基板と、前記光モジュール基板と前記電気素子を覆うカバーとを有し、前記収容凹部内に装着時に前記電気プラガブルソケットを介して前記電気端子と電気的に接続されて電気信号を光信号に或いは光信号を電気信号に変換する機能を有する光モジュールと、
   前記光モジュールとの間で前記光信号を伝送する光ファイバとコネクタ部とを有する光コネクタと、
   前記電気プラガブルソケット、前記光モジュールおよび前記コネクタ部の上に配置され、前記電気プラガブルソケットに着脱自在に固定される押さえ部材と、を備え
   前記押さえ部材は、放熱部材を有し、前記放熱部材は、複数の突起状の部材であることを特徴とする並列光伝送装置。
2. 前記押さえ部材と前記放熱部材は一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の並列光伝送装置。
3. 前記押さえ部材と前記放熱部材は別の部材であり、前記放熱部材は前記押さえ部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の並列光伝送装置。

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