JP5545968B2

JP5545968B2 - 放熱を行い、微粒子およびハンドリングからモジュールのコンポーネントを保護する放熱システムを有する並列光トランシーバモジュール

Info

Publication number: JP5545968B2
Application number: JP2010051680A
Authority: JP
Inventors: デイヴィッド・ジェイ・ケイ・メドウクロフト; ディーボ・アデビイ
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Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2014-07-09
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Description

本発明は光通信システムに関する。特に、本発明は、改良された放熱を提供し、同時に、微粒子およびモジュールの機械的ハンドリングによって生じる外力からモジュールのコンポーネントを保護する放熱システムを有する並列光トランシーバモジュールに関する。

並列光トランシーバモジュールは、典型的に、光データ信号を生成する複数のレーザダイオードと、レーザダイオードを駆動するレーザダイオードドライバ回路と、トランシーバモジュールの動作を制御するコントローラと、光データ信号を受信するレシーバフォトダイオードと、受信された光データ信号を復調し復号するレシーバ回路と、レーザダイオードの出力電力レベルを監視するモニタフォトダイオードとを含む。並列光トランシーバモジュールは、典型的に、レーザダイオードによって生成された光データ信号を光ファイバの端部へ導き、光ファイバで受信された光データ信号をレシーバフォトダイオードへ導く光学要素を有する光サブアセンブリをさらに含む。

レーザダイオードドライバ回路は、典型的に、導電体（たとえば、ボンドワイヤ）によってレーザダイオードの電気接点パッドへ電気的に結合された電気接点パッドを有する集積回路（ＩＣ）に収容されている。並列光トランシーバモジュールに含まれるレーザダイオードの個数はモジュールの設計に依存する。典型的な並列光トランシーバモジュールは、６個の送信チャネルおよび６個の受信チャネルを提供するために６個のレーザダイオードおよび６個のレシーバフォトダイオードを収容することができる。レシーバフォトダイオードをもたない典型的な並列光トランシーバモジュール（すなわち、光トランスミッタモジュール）は、たとえば、１２個の送信チャネルを提供するために１２個のレーザダイオードを有することができる。これらのタイプの並列光トランシーバまたはトランスミッタモジュールにおいて一般的に使用されるレーザダイオードドライバＩＣは大量の熱を生成するが、この大量の熱は、レーザダイオードが熱によって悪影響を受けるのを防止するために放散されなければならない。生成される大量の熱に起因して、適当な放熱システムを設計し実施することに関連した課題は難解である。

その上、典型的な並列光トランシーバまたはトランスミッタモジュールでは、レーザダイオードドライバＩＣは典型的に、レーザダイオードの接点パッドをドライバＩＣの接点パッドに結合するボンドワイヤが比較的短く保たれることを可能にするためレーザダイオードに非常に近接して設置される。長いボンドワイヤは、信号の完全性を低下させることのある、隣接するボンドワイヤ間の電磁結合を引き起こすことがあり、それにより、モジュールの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。ドライバＩＣをレーザダイオードに近接して設置し、比較的短いボンドワイヤを使用することは、モジュールのための適当なヒートシンク解決法を考案し実施することを、より難解にする。

既存の並列光トランシーバモジュールおよびトランスミッタモジュールで使用される放熱システムは、典型的に、モジュールのリードフレームの下面に機械的および熱的に結合されたヒートシンク構造体を備える。レーザダイオードおよびレーザダイオードドライバＩＣはリードフレームの上面に搭載される。リードフレームの下面へのヒートシンク構造体の結合は、レーザダイオードおよびドライバＩＣからリードフレームの上面に至るまで、リードフレームの上面からリードフレームを介してリードフレームの下面まで、および、その後、リードフレームの下面からリードフレームの下面に固定されたヒートシンク装置まで、放熱のための熱経路を提供する。ヒートシンク構造体は、典型的に、銅またはアルミニウムのような熱伝導性材料のほぼ平面状のシートである。熱伝導性材料またはデバイスが、ヒートシンク構造体をリードフレームの下面に固定するために使用される。リードフレームの下面に固定されたほぼ平面状のヒートシンク構造体を使用する代わりに、１つ以上のヒートシンク装置がリードフレームの他の場所、たとえば、リードフレームの側縁部に結合されてもよい。後者の場合、リードフレームに移された熱は、リードフレームの側縁部およびヒートシンク装置の中に移される。このタイプの構成では、リードフレームは、部分的に熱拡散装置として機能し、レーザダイオードおよびレーザダイオードドライバＩＣによって生成された熱をこれらのデバイスから遠くに移動させ、その後に、リードフレームの側縁部に結合されたヒートシンク装置を介してリードフレームから外へ移動させる。

上記の放熱システムと関連した問題の１つは、この放熱システムが、たとえば、塵のような微粒子からレーザダイオードおよびレーザダイオードドライバＩＣを保護しないことである。実際に、放熱システムをリードフレームに固定するプロセスは、レーザダイオードに堆積しレーザダイオードの性能を低下させる可能性のある塵または他の微粒子を生じることがある。付加的に、若干のハンドリングが、典型的に、モジュールをＰＣＢに搭載するプロセス中に発生し、モジュールのレーザダイオード、レーザダイオードドライバＩＣ、ボンドワイヤ、および、他のコンポーネントの破損を引き起こす可能性がある。このように、顧客の放熱システムは、放熱時に有効であるかもしれないが、通常、モジュールのレーザダイオードおよびＩＣを、塵および他の微粒子から、あるいは、これらのコンポーネントを破損する可能性がある機械的ハンドリング力から保護しない。

したがって、大量の熱を放散する能力をもち、たとえば塵のような微粒子と機械的ハンドリング力とからモジュールのレーザダイオードおよび他のコンポーネントを保護する放熱システムを有する並列光トランシーバモジュールの必要性がある。

本発明は、放熱方法と、放熱システムを有する並列光トランシーバモジュールとを対象にする。並列光トランシーバモジュールは、電気サブアセンブリ（ＥＳＡ）と光サブアセンブリ（ＯＳＡ）と放熱システムとを備える。ＥＳＡは、回路基板と、回路基板に固定されたリードフレームと、リードフレームの上面に搭載された少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）と、リードフレームの上面に搭載された複数の能動光学デバイスとを備える。ＥＳＡおよびＯＳＡは、それぞれ、ＥＳＡおよびＯＳＡが一体的に結合されることを可能にするため１つ以上のアライメントおよびインターロック機構を搭載している。ＯＳＡは、複数の光ファイバの端部とリードフレームの上面に搭載された能動光学デバイスとの間に光信号を導く複数の光学要素を有する。放熱システムはＯＳＡと機械的に結合されている。放熱システムは、高熱伝導性の材料を含み、放熱システムは、ＯＳＡとＥＳＡとがリードフレームから放熱システムへ熱が移されることを可能にするため互いに機械的に結合されたとき、ＥＳＡのリードフレームの上面と熱的に結合される少なくとも１つの面を有する。リードフレームから並列光トランシーバモジュールの放熱システムへ移された熱が外部の放熱システムへ移されることを可能にするため、放熱システムは、並列光トランシーバモジュールの外部にある放熱システムと熱的に結合されるように構成される。

本方法は、ＥＳＡを用意するステップと、ＯＳＡを用意するステップと、放熱システムを用意するステップと、放熱システムをＯＳＡに機械的に結合するステップと、ＯＳＡをＥＳＡに機械的に結合するステップとを含む。放熱システムは、ＯＳＡとＥＳＡとがリードフレームから放熱システムへ熱が移されることを可能にするため一体的に結合されたとき、ＥＳＡのリードフレームの上面と熱的に結合される少なくとも１つの面を有する。リードフレームから並列光トランシーバモジュールの放熱システムへ移された熱が外部の放熱システムへ移されることを可能にするため、放熱システムは、並列光トランシーバモジュールの外部にある放熱システムと熱的に結合されるように構成される。

本発明の上記およびその他の特徴および利点は以下の説明、図面および特許請求の範囲から明らかになる。

結合された放熱システムと光サブアセンブリとが、トランシーバモジュールの電気サブアセンブリを収容するトランシーバモジュールの一部に固定される前に、光サブアセンブリに固定された放熱システムを示す、一実施形態による並列光トランシーバモジュールの斜視図である。光サブアセンブリに固定された放熱システムと、放熱システム、および、トランシーバモジュールの電気サブアセンブリを収容するトランシーバモジュールの一部に固定された光サブアセンブリの組み合わせとを示す、図１に示された並列光トランシーバモジュールの斜視図である。光トランシーバモジュールのリードフレームの上面に固定された放熱システムのヒートブロックの下面を示す、図２に示された並列光トランシーバモジュールの斜視図である。図１〜３に示された並列光トランシーバモジュールの左側面図である。

本発明によれば、大量の熱を放散すると共に、たとえば、塵のような微粒子、および、機械的ハンドリング力から、モジュールのレーザダイオードとＩＣと他のコンポーネントとを保護する放熱システムを有する並列光トランシーバモジュールが提供される。放熱システムは、モジュールの光サブアセンブリ（ＯＳＡ）に固定されるように構成されているので、ＯＳＡがモジュールのリードフレームの上面に固定されるとき、ＯＳＡおよび放熱システムは、少なくともレーザダイオードおよびレーザダイオードドライバＩＣを、これらのコンポーネントを塵および他の微粒子から、および外部機械力から保護するような形態で協働して封止する。モジュールの放熱システムの部品は、外部の放熱システム、たとえば、顧客によって用意されモジュールの放熱システムと接触して配置される放熱システムと結合されるように配置される。したがって、モジュールが顧客の装置と結合されるとき、モジュールの放熱システムは、顧客の放熱システムと連結し、レーザダイオードおよびレーザダイオードドライバＩＣからモジュールのリードフレームまで、モジュールのリードフレームからモジュールの放熱システムまで、そして、モジュールの放熱システムから顧客の放熱システムまでの熱経路に沿って熱を流すことを可能にする。

図１は、並列光トランシーバモジュール１のＯＳＡ２０に固定された放熱システム１０の実施形態を含む、実施形態による並列光トランシーバモジュール１の斜視図を示している。並列光トランシーバモジュール１は、放熱システム１０およびＯＳＡ２０に機械的に結合されるように構成された電気サブアセンブリ（ＥＳＡ）３０をさらに含む。放熱システム１０およびＯＳＡ２０は、それぞれ、互いに機械的に結合するように構成されている。本実施形態による放熱システム１０は、図１に示されるように、ＯＳＡ２０の側面に機械的に結合されたヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂを含む。ヒートブロック１０Ａは上面１０Ｃおよび下面１０Ｄを有する。同様に、ヒートブロック１０Ｂは上面１０Ｅおよび下面１０Ｆを有する。

ＥＳＡ３０は、複数のレーザダイオードドライバＩＣ５０Ａ〜５０Ｌが搭載されている上面４０Ａを有するリードフレーム４０を含む。レーザダイオードのアレイ６０もまたリードフレーム４０の上面に搭載されている。この例示的な実施形態によれば、モジュール１は、１２個の光データ信号を生成する１２個のレーザダイオードを含む。放熱システム１０が固定されているＯＳＡ２０がＥＳＡ３０に取り付けられると、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの下面１０Ｄおよび１０Ｆは、それぞれ、図２を参照して後述されるように、リードフレーム４０の上面４０Ａと接触する。ＯＳＡ２０は、１２芯ファイバ・リボンケーブル（図示せず）の端部を終端する光コネクタ（図示せず）を受けるように構成されている。ＯＳＡ２０は、リボンケーブルの１２本の対応する光ファイバのそれぞれの端部へ１２個のレーザダイオードによって生成された光を導く光学要素（図示せず）を含む。

図２は、ＯＳＡ２０に固定された放熱システム１０と、ＥＳＡ３０に固定された放熱システム１０およびＯＳＡ２０の組み合わせとを示す、並列光トランシーバモジュール１の斜視図である。図２において、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの下面１０Ｄおよび１０Ｆは、それぞれ、リードフレーム４０の上面４０Ａと接触した状態で示されている。典型的に、たとえば、熱伝導性エポキシのような熱伝導性アタッチメント材料が、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの下面１０Ｄおよび１０Ｆを、それぞれ、リードフレーム４０の上面４０Ａに固定するため使用される。図２において理解できるように、放熱システム１０およびＯＳＡ２０の組み合わせはリードフレーム４０の上面４０Ａに搭載された電気回路４０Ａを封止する。リードフレーム４０に搭載された電気回路（たとえば、レーザダイオードおよびレーザダイオードドライバＩＣ）のこの封止は、塵および他の微粒子から、ならびに、トランシーバモジュール１の機械的ハンドリングにより生じる力から、電気回路を保護する。封止は半気密封止でもよく、または、（たとえば、サイズが１〜２００マイクロメートルである）小さい開口部が中にあるシールでもよいが、塵および他の微粒子の阻止と、シールの内側に発生する結露の防止に依然として効果を発揮する。

図３は、リードフレーム４０の上面４０Ａに固定されたヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの下面１０Ｄおよび１０Ｆをそれぞれ示すが、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの上部とＯＳＡ２０（図１および２）とが、リードフレーム４０の上面４０Ａに搭載された電気回路をより明瞭に見えるように図示するため取り除かれている、並列光トランシーバモジュール１の斜視図である。この例示的な実施形態によれば、並列光トランシーバモジュール１は、トランスミッタ機能だけを有し、レシーバ機能を含まない。モジュール１は、１２個の送信チャネルを提供するために１２個のレーザダイオードドライバＩＣ５０Ａ〜５０Ｌと１２個のレーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌとを含む。レーザダイオードドライバＩＣ５０Ａ〜５０Ｌは、レーザダイオードバイアス信号および変調電流信号のような電気信号をレーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌへ配信するため、ワイヤボンド５２によってレーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌの接点パッド（図示せず）へ電気的に結合されたドライバパッド（図示せず）を有する。レーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌは、典型的に、垂直共振面発光レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）であり、アレイとして単一のＩＣ６０の中に集積化されてもよい。並列光トランシーバモジュール１は、典型的に、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）などである回路基板７０をさらに含む。リードフレーム４０の下面４０Ｂは回路基板７０の上面７０Ａに固定されている。

本発明はＥＳＡ３０の構成に関して限定されないことに注意を要する。図１〜３に示されたモジュール１は、トランスミッタ機能だけを備えているが、レシーバ機能を含むことも可能である。「トランシーバモジュール」という用語は、この用語が本明細書において使用されているとき、（１）信号を送受信するように構成されたモジュール、（２）信号を送信するが、信号を受信しないように構成されたモジュール、および、（３）信号を受信するが、信号を送信しないように構成されたモジュールのうちのいずれかを意味することが意図されている。例示的な実施形態を参照して本明細書において説明されているトランシーバモジュールは、信号を送信するが、信号を受信しないように構成されている。したがって、この例示的な実施形態によるトランシーバモジュールは、レシーバ能力または機能を備えていないので、トランスミッタ、すなわち、Ｔｘモジュールとして考慮されてもよい。しかし、本発明のトランシーバモジュールは、そうではなく、信号を受信するが、信号を送信しないように構成されてもよく、この場合に、モジュールはレシーバ・モジュールすなわちＲｘモジュールとして考慮されてもよいことに注意を要する。本発明のトランシーバモジュールは信号を送受信するように構成されることもある。「能動光学デバイス」という用語は、この用語が本明細書において使用されているとき、たとえば、レーザダイオードのような発光デバイスを意味し、たとえば、フォトダイオードのような感光デバイスを意味することが意図されている。

リードフレーム４０の上面４０Ａに取り付ける放熱システム１０を光トランシーバモジュール１に設ける理由の１つは、モジュール１が典型的には公知の光トランシーバモジュールにおいて行われているように、放熱システムをリードフレームの下面に取り付けることでは効率的な放熱の解決法を提供しない程の大量の熱を発生するということである。モジュール１は、たとえば、幅および長さが８ミリメートル（ｍｍ）×８ｍｍであり、高さが約３．５ｍｍでもよい。この小さい領域の中に多数のレーザダイオードおよびレーザダイオードドライバ回路が存在するので、放散されるべき熱の量は非常に大量である。さらに、モジュールの回路基板７０は、典型的に、ＢＧＡ、ＬＧＡなどであるので、放熱システムをリードフレーム４０の下面に取り付けることは不可能であるか、または、実行できない。

リードフレーム４０の上面４０Ａに結合する放熱システム１０を光トランシーバモジュール１に設ける別の理由は、塵のような微粒子から、かつ、機械的ハンドリング力から、レーザダイオードドライバ回路５０Ａ〜５０Ｌおよびレーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌを保護するという上記の目的を達成することである。空気中の微粒子は、レーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌの上に堆積し、レーザダイオードの性能の低下を引き起こす可能性がある。ハンドリング中にこれらのコンポーネントに加えられた機械力は、これらのコンポーネントを破損し、これらのコンポーネントの性能に悪影響を与える可能性がある。組み合わされた放熱システム１０およびＯＳＡ２０は、ＥＳＡ３０に固定されると、これらの環境要因からの保護をもたらす。

図４は図１〜図３に示された並列光トランシーバモジュール１の左側面図を示している。モジュール１の右側面図（図示せず）は図４に示された左側面図と同じである。ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂのそれぞれは、細長い開口部１０Ｇが中に形成されている。ヒートブロック１０Ａおよび１０ＢをＯＳＡ２０（図１および２）に固定するため、成形型および成形加工が使用される。成形型は、ＯＳＡを中に形成するように形作られた第１の空洞部と、第１の空洞部の両側でヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂを受けるように形作られた第２および第３の空洞部とを有する。ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂは第２および第３の空洞部に配置され、その後に成形型が閉じられる。溶融プラスチックが次にＯＳＡ２０の形状を有する第１の空洞部を充填するため成形型の中に注入される。溶融プラスチックは、第１の空洞部を充填し、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂに形成された開口部１０Ｇに流れ込む。プラスチックが成形型の中へ注入された後、プラスチックは急速に冷え、プラスチックの収縮および硬化を引き起こす。プラスチックが収縮し硬化するとき、プラスチックはブロック１０Ａおよび１０Ｂに形成された開口部１０Ｇの面を引き付け、開口部の面をＯＳＡ２０の成形されたプラスチックにしっかりと固定する。符号２１は、図４において、開口部１０Ｇに流れ込む液体プラスチックの部分を表すために使用されている。当然ながら、エポキシまたは機械的インターロック機構のような他の機構が、ヒートブロック１０Ａおよび１０ＢをＯＳＡ２０に固定するため使用されることができる。

ＯＳＡ２０（図１および２）とＥＳＡ３０とは、ＯＳＡ２０およびＥＳＡ３０が一体的に結合されるとき、それらを相互に位置合わせし結合するアライメントおよびインターロック機構（図示せず）を搭載している。この結合された状態では、ヒートブロック１０Ａ（図４）および１０Ｂ（図１）の下面１０Ｄ（図４）および１０Ｆ（図１）が、それぞれ、リードフレーム４０の上面４０Ａ（図４）と接触している。適当なアライメントおよびインターロック機構の様々な構成が、当業者によって理解されるように、ＯＳＡ２０とＥＳＡ３０とを一体として機械的に位置合わせし結合するために設計され得る。したがって、簡略にするため、アライメントおよびインターロック機構の詳細な説明は本明細書において行われていない。

放熱のための主な熱経路が今度は図２〜４を参照して説明される。レーザダイオードドライバＩＣ５０Ａ〜５０Ｌ（図２および３）とレーザダイオード・アレイ６０（図３）とによって生成された熱のための熱経路は、レーザダイオードドライバＩＣ５０Ａ〜５０Ｌとレーザダイオード・アレイ６０とからリードフレーム４０に至る熱経路と、リードフレーム４０の上面４０Ａからヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの下面１０Ｄおよび１０Ｆにそれぞれに至る熱経路と、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの下面１０Ｄおよび１０Ｆからヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの上面１０Ｃおよび１０Ｅにそれぞれに至る熱経路と、そして、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの上面１０Ｃおよび１０Ｅのそれぞれから、顧客の放熱システム（図示せず）に至る熱経路とである。

放熱システム１０のヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂは、たとえば、銅のような、任意の熱伝導性材料で作られてもよい。実施形態によれば、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂは、従来型の浮き出し加工を使用して形成される。ブロック１０Ａおよび１０Ｂは、その後に、銅の酸化を防止し、銅原子のレーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌへの移動を防止するニッケルメッキを施される。たとえば、窒化アルミニウムのような他の材料もまたヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂのため使用されてもよい。ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂのため銅を使用する利点は、銅の熱膨張率（ＣＴＥ）が典型的にＯＳＡ２０のため使用されるプラスチック材料のＣＴＥとほぼ同じであることである。

本発明は、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの形状に関して、または、ヒートブロック１０Ａおよび１０ＢがＯＳＡ２０に固定される方法に関して限定されないことに注意を要する。ブロック１０Ａおよび１０ＢをＯＳＡ２０に機械的に結合するため、たとえば、図４に関して上述された細長い開口部１０Ｇおよびプラスチック２１を使用するのではなく、ブロック１０Ａおよび１０Ｂは、ブロック１０Ａおよび１０ＢがＯＳＡ２０の側面に結合されたときに、側面の補完的な形状と一体になるように適合した切り欠き領域がブロック１０Ａおよび１０Ｂの端部に形成されてもよい。当業者によって理解されるように、ブロック１０Ａおよび１０ＢとＯＳＡ２０とは、ブロック１０Ａおよび１０Ｂが適当な方法でＯＳＡ２０に固定されることを可能にするため、様々な方法で設計されてもよい。ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂは特有の形状を有するものとして明らかにされているが、本発明はヒートブロックのいかなる特有の形状にも限定されない。多種多様の設計および構成がヒートブロックのため使用されてもよい。しかし、選ばれた設計および構成は、ＯＳＡがトランシーバモジュールのＥＳＡに固定されたときにヒートブロックの下面がトランシーバモジュールのリードフレームと十分に接触するように、ヒートブロックをＯＳＡに結合する設計および構成でなければならない。ヒートブロックの上面は、顧客の放熱システムと簡単に結合できるように配置されるべきである。

微粒子および機械的ハンドリング力からレーザダイオードドライバＩＣ５０Ａ〜５０Ｌおよびレーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌを保護するという上記利点を有する、図１〜４を参照して上述された放熱システム１０に加えて、放熱システム１０は他の利点をもたらす。放熱システム１０の１つの追加的な利点は、顧客の放熱システム（図示せず）をトランシーバモジュール１の放熱システム１０に結合するため適切な熱界面解決法を実施する際に、放熱システムが顧客に付加的な柔軟性を提供することである。顧客の放熱システムが並列光トランシーバモジュールのリードフレームに直接的に結合することを要求される本出願の譲受人によって提供される現行の設計では、顧客はこの目的のため使用されることがある熱界面解決法のタイプに関して制限されている。たとえば、インジウムを含むやり直し可能な界面解決法（すなわち、嵌合および離脱を必要とすることがある界面解決法）は、レーザダイオードの性能に悪影響を与えることもある微粒子（すなわち、インジウム薄片）を作る可能性がある。本発明によれば、顧客の放熱システムは、リードフレーム４０へ直接的ではなく、モジュール１の放熱システム１０に結合するので、熱界面処理のやり直し（たとえば、嵌合および／または離脱）は、レーザダイオードドライバＩＣ５０Ａ〜５０Ｌまたはレーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌがヒートブロック１０Ａおよび１０ＢとＯＳＡ２０との組み合わせによって保護されるため、レーザダイオードドライバＩＣ５０Ａ〜５０Ｌまたはレーザダイオード６０Ａ〜６０Ｌに影響を与えない。本発明のこの特徴は、顧客の放熱システムおよび界面解決法を設計し実施する際に、顧客に大きな柔軟性を提供する。これらの利点のすべての他に、モジュール１の放熱システム１０は、モジュール１に放熱をさらに改善する対流冷却面を提供する。図４を再び参照すると、ヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂの側面１０Ｈは、モジュール１が対流冷却環境において使用される場合に、対流冷却のための付加的な冷却面領域を提供する。

並列光トランシーバモジュール１は、１２個の送信チャネルを有するＴｘモジュールとして説明されているが、ＯＳＡ２０とヒートブロック１０Ａおよび１０Ｂとに関する同じ配置が、モジュール１が１２個の受信チャネルを有するＲｘモジュールとして構成されたときに使用されることを意図している。後者の場合、ＥＳＡ３０は、リードフレーム４０と、１２個の受信フォトダイオード（図示せず）と、リードフレーム４０に搭載された１個以上のレシーバＩＣとを含む。ＯＳＡ２０は、ＯＳＡ２０の光学要素（図示せず）が１２芯リボンファイバケーブルの１２個の受信光ファイバ（図示せず）からの光を受信し、受信された光を１２個の受信フォトダイオード（図示せず）のうちの対応するフォトダイオードへ導くように構成されることを除いて、図１、２および４に示され、かつ、上述されたＯＳＡと本質的に同じである。しかし、上述のように、本発明の並列光トランシーバモジュールは、トランシーバモジュールの中に設けられる送信チャネルおよび／または受信チャネルの個数に関して限定されない。

本発明は、本発明の原理および概念を説明する目的のため、例示的な実施形態に関して説明されていることに注意を要する。本発明はこれらの実施形態に限定されない。本明細書中に記載された説明を考慮して当業者によって理解されるように、やはり本発明の目的を達成する並列光トランシーバモジュールを提供する多数の変更が本明細書中に記載された実施形態に行われ、このような変更のすべてが本発明の範囲内である。

１０放熱システム
１０Ａ、１０Ｂヒートブロック
２０光サブアセンブリ（ＯＳＡ）
３０電気サブアセンブリ（ＥＳＡ）
４０リードフレーム
５０Ａ〜５０ＬレーザダイオードドライバＩＣ
６０レーザダイオードのアレイ

Claims

回路基板と、前記回路基板の上面に固定されたリードフレームと、前記リードフレームの上面に搭載された少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）と、前記リードフレームの前記上面に搭載された複数の能動光学デバイスとを含み、１つ以上のアライメントおよびインターロック機構を有する電気サブアセンブリ（ＥＳＡ）と、
複数の光ファイバの端部と前記リードフレームの前記上面に搭載された前記能動光学デバイスとの間に光信号を導く複数の光学要素を有する光サブアセンブリ（ＯＳＡ）であって、前記ＥＳＡと前記光サブアセンブリ（ＯＳＡ）とが互いに機械的に結合されることを可能にするため前記ＥＳＡのアライメントおよびインターロック機構と位置合わせされ、結合されるように構成された１つ以上のアライメントおよびインターロック機構を有する光サブアセンブリ（ＯＳＡ）と、
前記ＯＳＡに機械的に結合され、高熱伝導性の材料を含む放熱システム
を備える並列光トランシーバモジュールであって、
前記放熱システムは少なくとも第１および第２のヒートブロックを有し、
前記第１のヒートブロックは第１の嵌合機構を有し、前記第２のヒートブロックは第２の嵌合機構を有し、
前記第１の嵌合機構は、前記ＯＳＡの対応する第１の嵌合機構と嵌合して、前記第１のヒートブロックを前記ＯＳＡの第１の側面に機械的に結合し、
前記第２の嵌合機構は、前記ＯＳＡの対応する第２の嵌合機構と嵌合して、前記第２のヒートブロックを前記ＯＳＡの第２の側面に機械的に結合し、
前記第１及び第２のヒートブロックは、前記ＥＳＡのリードフレームの上面に熱的に結合される下面を有し、
前記第１及び第２のヒートブロックは、前記ＯＳＡの上面の上に配置された上面であって、前記並列光トランシーバモジュールの外部に露出した上面を有し、
前記第１及び第２のヒートブロックの前記上面を前記並列光トランシーバモジュールの外部にある外部放熱システムに熱的に結合することによって、前記リードフレームから前記並列光トランシーバモジュールの前記放熱システムへと伝導した熱が前記外部放熱システムに伝わるようになっており、
前記ＥＳＡと前記ＯＳＡとの機械的結合、及び、前記並列光トランシーバモジュールの前記放熱システムと前記ＯＳＡとの機械的結合は、前記複数の能動光学デバイスおよび前記少なくとも１つのＩＣを封止して、微粒子および機械的ハンドリング力から前記複数の能動光学デバイスおよび前記少なくとも１つのＩＣを保護することからなる、並列光トランシーバモジュール。
前記複数の能動光学デバイスが複数のレーザダイオードに対応し、前記少なくとも１つのＩＣが、前記複数のレーザダイオードのうちの対応する１つを駆動する複数のレーザダイオードドライバＩＣを含む、請求項１に記載の並列光トランシーバモジュール。
前記複数の能動光学デバイスが複数のフォトダイオードに対応し、前記少なくとも１つのＩＣがレシーバＩＣを含む、請求項１に記載の並列光トランシーバモジュール。
前記複数の能動光学デバイスが複数のレーザダイオードおよび複数のフォトダイオードを含み、前記少なくとも１つのＩＣが、前記レーザダイオードを駆動する少なくとも１つのレーザダイオードドライバＩＣと、前記フォトダイオードによって生成された電気信号を受信し処理する少なくとも１つのレシーバＩＣとを含む、請求項１に記載の並列光トランシーバモジュール。
前記第１および第２のヒートブロックの前記下面が熱伝導性エポキシによって前記ＥＳＡのリードフレームの前記上面と熱的に結合される、請求項１に記載の並列光トランシーバモジュール。
前記第１および第２のヒートブロックが結合される前記ＯＳＡの前記第１および第２の側面が、互いに対向していて、前記第１および第２のヒートブロックは、前記ＯＳＡに結合されたとき、互いに対向する、請求項１に記載の並列光トランシーバモジュール。
前記第１および第２のヒートブロックが銅またはアルミニウムを含む、請求項１に記載の並列光トランシーバモジュール。
請求項１に記載の、前記第１のヒートブロックは第１の嵌合機構を有し、前記第２のヒートブロックは第２の嵌合機構を有し、前記第１の嵌合機構は、前記ＯＳＡの対応する第１の嵌合機構と嵌合して、前記第１のヒートブロックを前記ＯＳＡの第１の側面に機械的に結合し、前記第２の嵌合機構は、前記ＯＳＡの対応する第２の嵌合機構と嵌合して、前記第２のヒートブロックを前記ＯＳＡの第２の側面に機械的に結合し、
に代えて、
前記第１および第２のヒートブロックが、前記ＯＳＡのハウジングを形成するための成形処理中に使用されるプラスチックの一部によって前記ＯＳＡの前記第１の側面及び前記第２の側面にそれぞれ機械的に結合される、請求項１に記載の並列光トランシーバモジュール。
前記第１および第２のヒートブロックが、それぞれ中に形成された第１および第２の開口部を有し、前記ヒートブロックを前記ＯＳＡに機械的に結合するプラスチックの一部は、前記成形処理中に前記第１および第２の開口部に流れ込んで前記プラスチックが冷えるときに硬化するプラスチックの一部である、請求項８に記載の並列光トランシーバモジュール。
並列光トランシーバモジュールにおける放熱方法であって、
回路基板と、該回路基板の上面に固定されたリードフレームと、該リードフレームの上面に搭載された少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）と、前記リードフレームの前記上面に搭載された複数の能動光学デバイスとを含み、１つ以上のアライメントおよびインターロック機構を有する電気サブアセンブリ（ＥＳＡ）を用意するステップと、
複数の光ファイバの端部と前記リードフレームの前記上面に搭載された前記能動光学デバイスとの間に光信号を導く複数の光学要素を有する光サブアセンブリ（ＯＳＡ）であって、前記ＥＳＡと前記光サブアセンブリ（ＯＳＡ）とが互いに機械的に結合されることを可能にするため前記ＥＳＡのアライメントおよびインターロック機構と位置合わせされ、結合されるように構成された１つ以上のアライメントおよびインターロック機構を有する光サブアセンブリ（ＯＳＡ）を用意するステップと、
熱伝導性の材料を含み、前記ＯＳＡに機械的に結合されるように構成されている放熱システムを用意するステップと、
前記放熱システムを前記ＯＳＡに機械的に結合するステップと、
前記ＯＳＡを前記ＥＳＡに機械的に結合するステップと、
を含み、
前記放熱システムは、少なくとも第１及び第２のヒートブロックを有し、
前記第１のヒートブロックは、第１の嵌合機構を有し、前記第２のヒートブロックは第２の嵌合機構を有し、
前記第１の嵌合機構は、前記ＯＳＡの対応する第１の嵌合機構と嵌合して、前記第１のヒートブロックを前記ＯＳＡの第１の側面に機械的に結合し、
前記第２の嵌合機構は、前記ＯＳＡの対応する第２の嵌合機構と嵌合して、前記第２のヒートブロックを前記ＯＳＡの第２の側面に機械的に結合し、
前記第１及び第２のヒートブロックは、前記ＥＳＡの前記リードフレームの前記上面に熱的に結合される下面を有し、
前記第１及び第２のヒートブロックは、前記ＯＳＡの上面の上に配置された上面であって、前記並列光トランシーバモジュールの外部に露出した上面を有し、
前記第１及び第２のヒートブロックの前記上面を前記並列光トランシーバモジュールの外部にある外部放熱システムに熱的に結合することによって、前記リードフレームから前記並列光トランシーバモジュールの前記放熱システムへと伝導した熱が前記外部放熱システムに伝わるようになっており、
前記ＥＳＡと前記ＯＳＡとの機械的結合、及び、前記並列光トランシーバモジュールの前記放熱システムと前記ＯＳＡとの機械的結合によって、前記複数の能動光学デバイスおよび前記少なくとも１つのＩＣが封止されて、微粒子および機械的ハンドリング力から前記複数の能動光学デバイスおよび前記少なくとも１つのＩＣが保護されることからなる、方法。
前記並列光トランシーバモジュールの前記放熱システムから外部の放熱システムへ熱が移されることを可能にするため、前記並列光トランシーバモジュールの前記放熱システムを前記外部の放熱システムに熱的に結合するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
前記複数の能動光学デバイスが複数のレーザダイオードに対応し、前記少なくとも１つのＩＣが、レーザダイオードのうちの対応する１つを駆動する複数のレーザダイオードドライバＩＣを含む、請求項１０に記載の方法。
前記複数の能動光学デバイスが複数のフォトダイオードに対応し、前記少なくとも１つのＩＣがレシーバＩＣを含む、請求項１０に記載の方法。
前記複数の能動光学デバイスが、複数のレーザダイオードおよび複数のフォトダイオードを含み、前記少なくとも１つのＩＣが、前記レーザダイオードを駆動する少なくとも１つのレーザダイオードドライバＩＣと、前記フォトダイオードによって生成された電気信号を受信し処理する少なくとも１つのレシーバＩＣとを含む、請求項１０に記載の方法。
前記第１および第２のヒートブロックの前記下面が、熱伝導性エポキシによって前記ＥＳＡの前記リードフレームの前記上面と熱的に結合される、請求項１０に記載の方法。
前記第１および第２のヒートブロックが結合される前記ＯＳＡの前記第１および第２の側面が、互いに対向していて、前記第１および第２のヒートブロックは、前記ＯＳＡに結合されたとき、互いに対向する、請求項１０に記載の方法。
前記第１および第２のヒートブロックが銅またはアルミニウムを含む、請求項１０に記載の方法。
請求項１０に記載の、前記第１のヒートブロックは、第１の嵌合機構を有し、前記第２のヒートブロックは第２の嵌合機構を有し、前記第１の嵌合機構は、前記ＯＳＡの対応する第１の嵌合機構と嵌合して、前記第１のヒートブロックを前記ＯＳＡの第１の側面に機械的に結合し、前記第２の嵌合機構は、前記ＯＳＡの対応する第２の嵌合機構と嵌合して、前記第２のヒートブロックを前記ＯＳＡの第２の側面に機械的に結合し、
に代えて、
前記第１および第２のヒートブロックが、前記ＯＳＡのハウジングを形成するための成形処理中に使用されるプラスチックの一部によって前記ＯＳＡの前記第１の側面及び前記第２の側面にそれぞれ機械的に結合される、請求項１０に記載の方法。
前記第１および第２のヒートブロックが、それぞれ中に形成された第１および第２の開口部を有し、前記ヒートブロックを前記ＯＳＡに機械的に結合する前記プラスチックの一部は、前記成形処理中に前記第１および第２の開口部に流れ込んで前記プラスチックが冷えるときに硬化するプラスチックの一部である、請求項１８に記載の方法。