JP6060872B2 - 伝送モジュールの実装構造 - Google Patents

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Description

本発明は、サーバやネットワーク機器などが備える基板に伝送モジュールを実装するための構造に関する。
サーバやネットワーク機器などに用いられる半導体装置（ＩＣ（Integrated circuit chip）チップ）の微細化及び高速化が年々進んでいる。さらに、ＩＣチップの微細化及び高速化に伴ってＩＣチップに入出力される信号の速度も高速化しており、次世代ＩＣチップにおける信号速度は、１チャンネルあたり２５Ｇbit/secになると予想されている。
上記のような信号速度の高速化に伴って、比較的短距離（３０ｃｍ前後）の伝送においても大きな伝送損失が発生し、信号が劣化する。例えば、同一の基板に搭載されているＩＣチップと他のＩＣチップとの間、またはＩＣチップと光トランシーバなどの伝送モジュールとの間においても大きな伝送損失が発生し、信号が劣化する。プリント基板上の配線では、通常０．８ｄＢ／ｃｍの伝送損失が発生し、高速信号用の樹脂を用いた高価な基板上の配線であっても、０．４ｄＢ／ｃｍ前後の伝送損失が発生する。かかる伝送損失を低減し、信号劣化を抑制するために、さらに高価な材料を用いた特殊な基板（例えば、セラミック基板）を用いる方法もあるが、その効果は限定的である。
また、ＩＣチップが搭載されている基板が別の基板に搭載されている場合には、ＩＣチップが搭載されている基板から別の基板への伝送に伴って信号が劣化する。以下の説明では、ＩＣチップが搭載されている基板を“パッケージ基板”と呼び、ＩＣチップ及びパッケージ基板をまとめて“ＩＣパッケージ”と呼ぶ場合がある。また、ＩＣパッケージが搭載される基板を“マザーボード”と呼んで、パッケージ基板と区別する場合がある。もっとも、上記呼称及び区別は、説明の便宜上の呼称及び区別に過ぎない。
通常、パッケージ基板には、内部にコア層が設けられたビルドアップ基板が用いられ、ＩＣパッケージとマザーボードとの間の信号伝送は、パッケージ基板（ビルドアップ基板）に設けられたスルーホールを介して行われる。しかし、スルーホールは信号劣化の原因となりやすい。また、コア層ではスルーホールのサイズ（直径）を小さくすることができないので、配線密度を保ちながら伝送特性を良好に保つことは困難である。
さらに、高性能な大規模ＩＣは多数（数千）の接続ピンを備えている。そこで、大規模ＩＣを含むＩＣパッケージは、ＬＧＡ（Land Grid Array）と呼ばれる２次元配列のコネクタ（ソケット）を介してマザーボードに接続されることが多い。しかし、高速信号（２５Ｇbit/sec）をＬＧＡに通すことは容易ではない。また、ＩＣパッケージとマザーボードとが２次元配列のＬＧＡを介して接続されている場合、マザーボード上のランドから他のＩＣやモジュールに信号を出力するためには、スルーホールによる接続が避け難い。しかし、スルーホールが信号劣化の一因となることは上述のとおりである。
上記のような理由により、短距離（３０ｃｍ前後）の伝送においても信号が大きく劣化し、この劣化を補償するために、高価で消費電力も大きい補償回路が必要となる。
そこで、ＩＣチップが搭載されているパッケージ基板に伝送モジュールを搭載する技術が提案されている。パッケージ基板に伝送モジュールを搭載すれば、ＩＣチップと伝送モジュールとの間の距離が短くなる。すなわち、信号の伝送距離が短くなる。また、コア層を介することなく、ＩＣチップと伝送モジュールとの間で信号を伝送することができる。
特開２０００−２６９５４５号公報
しかし、ＩＣチップ及び伝送モジュールは、動作中にそれぞれ熱を発する。したがって、両者が近接して配置されると熱量が増大する。また、ＩＣチップは、伝送モジュールに比べて消費電力が大きく、発熱量も大きい。一方、伝送モジュールは、ＩＣチップに比べて耐熱温度が低い。すなわち、ＩＣチップ及び伝送モジュールを同一基板上に配置すると、耐熱温度が低い伝送モジュールが発熱量の大きなＩＣチップの近傍に配置されることになる。したがって、ＩＣチップ及び伝送モジュールに対する冷却効果を高める必要がある。
本発明の目的は、同一基板上に配置されたＩＣチップ及び伝送モジュールを効果的に冷却可能な実装構造を提供することである。
本発明の伝送モジュールの実装構造は、第１基板と、前記第１基板に搭載された第２基板と、前記第２基板の搭載面に搭載されたＩＣチップと、前記第２基板の前記搭載面上であって、かつ、前記ＩＣチップの周囲に配置された複数のコネクタと、前記複数のコネクタにそれぞれ接続される複数の伝送モジュールと、前記複数のコネクタの配列方向に沿って設けられた複数のスリットを備える冷却部材と、を含む。前記コネクタは、前記冷却部材の前記スリットの内側に配置され、前記伝送モジュールは、前記スリットを通して該スリットの内側にある前記コネクタに抜き差し可能である。前記コネクタに接続された前記伝送モジュールは、前記スリットの内側面と接触して前記冷却部材と熱的に接続される。
本発明の一態様では、前記スリットが設けられ、前記伝送モジュールと熱的に接続されるモジュール用冷却部材と、前記ＩＣチップと接触し、該ＩＣチップと熱的に接続されるチップ用冷却部材と、が設けられる。前記モジュール用冷却部材と前記チップ用冷却部材とは、互いに非接触で熱的に分離される。
本発明の他の態様では、前記モジュール用冷却部材と前記チップ用冷却部材とが同一平面に配置される。
本発明の他の態様では、前記モジュール用冷却部材と前記チップ用冷却部材とが異なる平面に配置される。
本発明の他の態様では、前記ＩＣチップの第１の辺に沿って配列された複数のコネクタからなる第１コネクタ列と、前記ＩＣチップの第２の辺に沿って配列された複数のコネクタからなる第２コネクタ列と、前記第１コネクタ列に含まれる前記コネクタに接続された前記伝送モジュールと熱的に接続される第１モジュール用冷却部材と、前記第２コネクタ列に含まれる前記コネクタに接続された前記伝送モジュールと熱的に接続される第２モジュール用冷却部材と、が設けられる。前記チップ用冷却部材は、前記ＩＣチップに重なる吸熱部と、前記吸熱部に連接された放熱部と、を備える。
本発明の他の態様では、前記第１モジュール用冷却部材及び前記第２モジュール用冷却部材は、前記ＩＣチップを挟んで対向配置される。前記チップ用冷却部材の前記吸熱部は、前記第１モジュール用冷却部材と前記第２モジュール用冷却部材との間において、前記第１コネクタ列及び前記第２コネクタ列に沿って延在する。前記吸熱部の長手方向両端に、２つの前記放熱部がそれぞれ連接される。
本発明の他の態様では、前記ＩＣチップの第３の辺に沿って配列された複数のコネクタからなる第３コネクタ列と、前記ＩＣチップの第４の辺に沿って配列された複数のコネクタからなる第４コネクタ列と、前記第３コネクタ列に含まれる前記コネクタに接続された前記伝送モジュールと熱的に接続される第３モジュール用冷却部材と、前記第４コネクタ列に含まれる前記コネクタに接続された前記伝送モジュールと熱的に接続される第４モジュール用冷却部材と、が設けられる。前記第１モジュール用冷却部材、第２モジュール用冷却部材、第３モジュール用冷却部材及び第４モジュール用冷却部材は、前記ＩＣチップを取り囲むように配置される。前記チップ用冷却部材の前記吸熱部は、前記第１モジュール用冷却部材、第２モジュール用冷却部材、第３モジュール用冷却部材及び第４モジュール用冷却部材の内側に配置される。前記チップ用冷却部材の前記放熱部は、前記第１モジュール用冷却部材、第２モジュール用冷却部材、第３モジュール用冷却部材及び第４モジュール用冷却部材の上方に配置され、これら冷却部材の少なくとも一部を覆う。
本発明の他の態様では、前記モジュール用冷却部材及び前記チップ用冷却部材のそれぞれに、互いに平行な複数の放熱フィンが設けられる。
本発明の他の態様では、前記伝送モジュールから延びる光ファイバが前記モジュール用冷却部材に設けられている前記放熱フィンの間に通される。
本発明の他の態様では、空冷ファンが設けられ、前記空冷ファンによって生み出される冷却風の上流側に前記モジュール用冷却部材が配置され、下流側に前記チップ用冷却部材が配置される。
本発明の他の態様では、前記冷却部材は液冷式の冷却部材であって、前記伝送モジュール及び前記ＩＣチップの双方と熱的に接続される。
本発明の他の態様では、前記冷却部材は、冷却液が流入する入口と冷却液が流出する出口とを備えた熱交換部を有する。前記熱交換部は前記ＩＣチップに重ねられ、前記熱交換部の少なくとも一辺に沿って前記複数のスリットが設けられる。
本発明の他の態様では、前記熱交換部の内部には、前記入口と前記出口とを繋ぐ流路が形成される。前記流路の上流側は、該流路の下流側に比べて前記伝送モジュールに近接し、前記流路の下流側は、該流路の上流側に比べて前記ＩＣチップに近接する。
本発明によれば、同一基板上に配置されたＩＣチップ及び伝送モジュールを効果的に冷却可能な実装構造が実現される。
マザーボード，ＩＣパッケージ及び伝送モジュールの配置状態の一例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示す斜視図である。 モジュール用冷却部材を示す斜視図である。 チップ用冷却部材を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態を示す斜視図である。 図６に示されるＡ−Ａ線に沿った模式的断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態を示す他の斜視図である。 熱交換部に形成される流路のレイアウトの一例を示す平面図である。 熱交換部に形成される流路のレイアウトの他の一例を示す平面図である。
（第１の実施形態）
以下、本発明の伝送モジュールの実装構造の第１の実施形態について詳細に説明する。図１に示されるように、本実施形態では、第１基板としてのマザーボード１０の上に、ＩＣパッケージ２０が搭載されている。ＩＣパッケージ２０は、第２基板としてのパッケージ基板２１と、パッケージ基板２１の搭載面２１ａに搭載されたＩＣチップ２２とを有する。
ＩＣチップ２２は、パッケージ基板２１の搭載面２１ａの略中央に搭載されており、ＩＣチップ２２の周囲には複数のコネクタ３０が配置されている。換言すれば、複数のコネクタ３０が、パッケージ基板２１の搭載面２１ａ上であって、かつ、ＩＣチップ２２の周囲に配置されている。すなわち、ＩＣチップ２２及びコネクタ３０は同一の基板上に配置され、互いに近接している。本実施形態では、ＩＣチップ２２と各コネクタ３０との間の距離（伝送距離）は数ｃｍである。
それぞれのコネクタ３０は雌型コネクタであり、パッケージ基板２１の搭載面２１ａに形成された不図示の配線を介してＩＣチップ２２と電気的に接続されている。一方、それぞれの伝送モジュール４０の底面には、コネクタ３０に抜き差し可能な雄型コネクタ４０ａが設けられている。伝送モジュール４０が備える雄型コネクタ４０ａがコネクタ（雌型コネクタ）３０に差し込まれると、ＩＣチップ２２と伝送モジュール４０とがコネクタ３０を介して電気的に接続される。上記のとおり、ＩＣチップ２２と各コネクタ３０との間の距離は数ｃｍであり、よって、ＩＣチップ２２と各コネクタ３０に接続された各伝送モジュール４０との間の距離（伝送距離）も数ｃｍである。また、ＩＣチップ２２と各伝送モジュール４０は、伝送損失の大きなスルーホールではなく、パッケージ基板２１の搭載面２１ａに形成された配線を介して接続されている。
それぞれの伝送モジュール４０は、発光素子及び駆動回路を備えており、コネクタ３０を介して入力される電気信号に基づいて発光素子が駆動される。すなわち、それぞれの伝送モジュール４０は、ＩＣチップ２２から出力される電気信号を光信号に変換する光通信モジュール（光トランシーバ）である。
本実施形態では、ＩＣチップ２２の第１の辺に沿って８つのコネクタ３０が配列されている。また、第１の辺と対向するＩＣチップ２２の第２の辺に沿って同じく８つのコネクタ３０が配列されている。以下の説明では、第１の辺に沿って配列された８つのコネクタ３０からなるコネクタ列を“第１コネクタ列３１”と呼び、第２の辺に沿って配列された８つのコネクタ３０からなるコネクタ列を“第２コネクタ列３２”と呼ぶ場合がある。また、第１コネクタ列３１に含まれる各コネクタ３０に接続される８つの伝送モジュール４０を“第１モジュール群４１”と総称し、第２コネクタ列３２に含まれる各コネクタ３０に接続される８つの伝送モジュール４０を“第２モジュール群４２”と総称する場合がある。
ここで、ＩＣチップ２２及び伝送モジュール４０は、その動作中に熱を発する。さらに、ＩＣチップ２２は伝送モジュール４０に比べて発熱量が大きい。一方、伝送モジュール４０はＩＣチップ２２に比べて耐熱温度が低い。そこで、本実施形態では、ＩＣチップ２２を冷却するための冷却部材（チップ用冷却部材）と、伝送モジュール４０を冷却するための冷却部材（モジュール用冷却部材）とが設けられている。具体的には、図２に示されるように、ＩＣチップ２２（図１）を冷却するためのチップ用冷却部材５０と、第１モジュール群４１を冷却するための第１モジュール用冷却部材６１と、第２モジュール群４２を冷却するための第２モジュール用冷却部材６２と、が設けられている。以下、それぞれの冷却部材５０，６１，６２について詳細に説明する。もっとも、第１モジュール用冷却部材６１と第２モジュール用冷却部材６２とは実質的に同一の形状及び構造を有する。そこで、第１モジュール用冷却部材６１について詳細に説明する一方、第２モジュール用冷却部材６２についての説明は適宜省略する。
図３を参照する。第１モジュール用冷却部材６１は、熱伝導率の高い金属材料（本実施形態ではアルミニウム）によって形成されている。第１モジュール用冷却部材６１は、ブロック状の吸熱部６１ａと、吸熱部６１ａの背後に拡がる板状の放熱部６１ｂと、を備えている。吸熱部６１ａには、第１コネクタ列３１に含まれるコネクタ３０の配列方向（以下“コネクタ配列方向”）に沿って複数のスリット６１ｃが設けられており、放熱部６１ｂには、コネクタ配列方向に沿って複数の放熱フィン６１ｄが設けられている。
第１モジュール用冷却部材６１は、吸熱部６１ａがパッケージ基板２１と重なり、放熱部６１ｂがマザーボード１０と重なるように配置されてマザーボード１０にボルト６５によって固定されている。また、第１コネクタ列３１に含まれる各コネクタ３０は、吸熱部６１ａに設けられている各スリット６１ｃの内側に配置されている。各スリット６１ｃは、その三方（上方，下方及び側方）が開口しており、各スリット６１ｃの上方から該スリット６１ｃの内側のコネクタ３０にアクセス可能である。尚、スリット６１ｃの側方とは、放熱部６１ｂに面した側を意味する。
各コネクタ３０には、伝送モジュール４０がそれぞれ接続されている。具体的には、各コネクタ３０に、各伝送モジュール４０が備える雄型コネクタ４０ａ（図１）が差し込まれている。伝送モジュール４０をコネクタ３０に接続する際には、スリット６１ｃの上方からスリット６１ｃの内側に伝送モジュール４０を挿入し、伝送モジュール４０の底面から突出する雄型コネクタ４０ａをコネクタ３０に差し込む。ここで、スリット６１ｃの高さ（＝吸熱部６１ａの高さ）は、伝送モジュール４０の高さよりも低い。したがって、伝送モジュール４０がスリット６１ｃ内のコネクタ３０に接続されると、図２，図３に示されるように、伝送モジュール４０の上部がスリット６１ｃの上方に突出する。伝送モジュール４０をコネクタ３０から引き抜く際には、スリット６１ｃの上方に突出している伝送モジュール４０の上部を摘んで伝送モジュール４０を引き上げる。すなわち、伝送モジュール４０は、吸熱部６１ａに設けられているスリット６１ｃを通して、該スリット６１ｃの内側にあるコネクタ３０に抜き差し可能である。
コネクタ３０に接続されている伝送モジュール４０は、不図示の弾性部材によってスリット６１ｃの内側面に押し付けられている。具体的には、伝送モジュール４０の一方の外側面と、この外側面に対向するスリット６１ｃの一方の内側面との間に弾性部材が設けられている。伝送モジュール４０の他方の外側面は、弾性部材による付勢によって、この外側面が対向するスリット６１ｃの他方の内側面に押し付けられている。すなわち、コネクタ３０に接続されている伝送モジュール４０は、スリット６１ｃの内側面と接触し、第１モジュール用冷却部材６１（吸熱部６１ａ）と熱的に接続されている。よって、第１モジュール群４１から発せられる熱は、第１モジュール用冷却部材６１の吸熱部６１ａから放熱部６１ｂに伝搬し、放熱フィン６１ｄの表面から放熱される。
尚、弾性部材には、例えば、板ばねやコイルばねが用いられる。弾性部材は、伝送モジュール４０と一体であってもよく、一体でなくともよい。例えば、伝送モジュール４０の筐体を形成している板金の一部を折り曲げて、伝送モジュール４０と一体の板ばねを形成することができる。
また、図２に示されるように、コネクタ３０（図３）に接続されている伝送モジュール４０から延びる光ファイバ４０ｂは、隣接する放熱フィン６１ｄの間を通ってマザーボード１０の外に引き出されている。各光ファイバ４０ｂが隣接する放熱フィン６１ｄの間に通されているので、各光ファイバ４０ｂは整然と配線され、各伝送モジュール４０と各光ファイバ４０ｂとの対応関係が一目で判別可能である。さらに、各光ファイバ４０ｂが放熱フィン６１ｄによって保護されるので、光ファイバ４０ｂの損傷が防止される。特に、光ファイバ４０ｂは、伝送モジュール４０から引き出されている部分が最も損傷を受け易いが、この部分が放熱フィン６１ｄによって保護される。
図２，図３に示される第２モジュール用冷却部材６２は、これまで説明した第１モジュール用冷却部材６１と同一の形状及び構造を有する。もっとも、第２モジュール群４２を冷却するための第２モジュール用冷却部材６２は、ＩＣチップ２２を挟んで第１モジュール用冷却部材６１と対向配置される。図３に示されるように、第２モジュール用冷却部材６２の吸熱部６２ａには、第２コネクタ列３２に含まれるコネクタ３０（図１）の配列方向（以下“コネクタ配列方向”）に沿って複数のスリット６２ｃが設けられている。第２コネクタ列３２に含まれる各コネクタ３０は、第２モジュール用冷却部材６２の吸熱部６２ａに設けられている各スリット６２ｃの内側に配置されている。各スリット６２ｃの内側にあるコネクタ３０には、第２モジュール群４２に含まれる各伝送モジュール４０がそれぞれ接続されている。第２モジュール群４２に含まれる各伝送モジュール４０は、不図示の弾性部材によってスリット６２ｃの内側面に押し付けられ、第２モジュール用冷却部材６２（吸熱部６２ａ）と熱的に接続されている。よって、第２モジュール群４２から発せられる熱は、第２モジュール用冷却部材６２の吸熱部６２ａから放熱部６２ｂに伝搬し、放熱フィン６２ｄの表面から放熱される。
尚、図１では、コネクタ３０と伝送モジュール４０との接続状態を示すため、図２，図３に示されるモジュール用冷却部材６１，６２の図示が省略されている。実際には、伝送モジュール４０がコネクタ３０に接続される前に、モジュール用冷却部材６１，６２が設置される。すなわち、モジュール用冷却部材６１，６２が設置された後に、それぞれのモジュール用冷却部材６１，６２に設けられているスリット６１ｃ，６２ｃの内側にあるコネクタ３０に伝送モジュール４０が適宜接続される。
次に、図２に示されるチップ用冷却部材５０の詳細について説明する。図４に示されるように、チップ用冷却部材５０は、吸熱部５１と吸熱部５１の長手方向両端にそれぞれ連接された２つの放熱部５２，５３とを有し、平面視においてＨ形の外観を呈する。
チップ用冷却部材５０は、その吸熱部５１がＩＣチップ２２に重なるように配置されてマザーボード１０にボルト５４によって固定されている。従って、チップ用冷却部材５０の吸熱部５１は、対向する第１モジュール用冷却部材６１と第２モジュール用冷却部材６２との間において、コネクタ配列方向に沿って延在している（図２参照）。また、吸熱部５１の長手方向両端に連接されている２つの放熱部５２，５３は、第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール用冷却部材６２を挟んで対向する（図２参照）。換言すれば、図４に示される吸熱部５１の第１側面５１ａと該第１側面５１ａに連なる２つの放熱部５２，５３の側面とによって囲まれた空間に、第１モジュール用冷却部材６１が配置されている。また、吸熱部５１の第２側面５１ｂと該第２側面５１ｂに連なる２つの放熱部５２，５３の側面とによって囲まれた空間に、第２モジュール用冷却部材６２が配置されている。この結果、図２に示されるように、第１モジュール用冷却部材６１，第２モジュール用冷却部材６２及びチップ用冷却部材５０は、実質的に同一平面に配置され、全体として略矩形の平面形状を呈する。もっとも、第１モジュール用冷却部材６１とチップ用冷却部材５０との間には隙間が存在し、第２モジュール用冷却部材６２とチップ用冷却部材５０との間にも隙間が存在している。すなわち、第１モジュール用冷却部材６１，第２モジュール用冷却部材６２及びチップ用冷却部材５０は、互いに非接触である。
ＩＣチップ２２に重ねられているチップ用冷却部材５０の吸熱部５１の底面は、ＩＣチップ２２の上面と接触している。すなわち、チップ用冷却部材５０は、ＩＣチップ２２と接触し、ＩＣチップ２２と熱的に接続されている。一方、吸熱部５１に連接されている２つの放熱部５２，５３には、コネクタ配列方向に沿って複数の放熱フィン５５が設けられている。よって、ＩＣチップ２２から発せられる熱は、チップ用冷却部材５０の吸熱部５１から放熱部５２，５３に伝搬し、放熱フィン５５の表面から放熱される。
尚、モジュール用冷却部材６１，６２に設けられている複数の放熱フィン６１ｄ，６２ｄがコネクタ配列方向に沿って並んでいることは既述のとおりである。すなわち、チップ用冷却部材５０に設けられている放熱フィン５５と、モジュール用冷却部材６１，６２に設けられている放熱フィン６１ｄ，６２ｄとは、互いに平行である。また、放熱フィン５５，６１ｄ，６２ｄの高さは互いに同一である（図２参照）。
以上のように、本実施形態では、第１モジュール群４１から発生する熱は第１モジュール用冷却部材６１を介して放熱され、第２モジュール群４２から発生する熱は第２モジュール用冷却部材６２を介して放熱され、ＩＣチップ２２から発生する熱はチップ用冷却部材５０を介して放熱される。換言すれば、第１モジュール群４１は第１モジュール用冷却部材６１によって冷却され、第２モジュール群４２は第２モジュール用冷却部材６２によって冷却され、ＩＣチップ２２はチップ用冷却部材５０によって冷却される。従って、ＩＣチップ２２及びＩＣチップ２２の周囲に配置されている複数の伝送モジュール４０がそれぞれ効率的に冷却される。
さらに、本実施形態では、第１モジュール群４１を冷却する第１モジュール用冷却部材６１と、第２モジュール群４２を冷却する第２モジュール用冷却部材６２と、ＩＣチップ２２を冷却するチップ用冷却部材５０とが互いに非接触で熱的に分離されている。従って、ＩＣチップ２２から発せられる熱によって伝送モジュール４０が加熱されることがない。
加えて、伝送モジュール４０は、モジュール用冷却部材６１，６２に設けられたスリット６１ｃ，６２ｃを通してコネクタ３０に抜き差し可能である。すなわち、伝送モジュール４０はいつでもコネクタ３０に抜き差し可能であり、伝送モジュール４０をコネクタ３０に抜き差しするためにモジュール用冷却部材６１，６２を取り外す必要がない。
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について詳細に説明する。もっとも、第１の実施形態において既に説明した部材と同一又は実質的に同一の部材については、同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施形態では、図５に示されるように、空冷ファンとしての軸流ファン７０と、流路形成部材としてのダクト７１と、が設けられる。軸流ファン７０及びダクト７１は、マザーボード１０が収容されるサーバやネットワーク機器の筐体７２の内部に設けられる。
ダクト７１は、流入口７１ａ及び流出口７１ｂを有し、ダクト７１の流入口７１ａは、マザーボード１０の上方に配置されている。具体的には、ダクト７１の流入口７１ａは、ＩＣパッケージ２０の上に重なっているチップ用冷却部材５０の上方に配置されている。より具体的には、ダクト７１の流入口７１ａの中心とチップ用冷却部材５０の中心とは一致又は略一致しており、チップ用冷却部材５０は、マザーボード１０に対する流入口７１ａの投影領域内に位置している。
軸流ファン７０が回転すると、筐体７２の内部に冷却風の流れが生み出される。すなわち、ダクト７１の流出口７１ｂの近傍に設置されている軸流ファン７０が回転すると、筐体７２内の空気が流入口７１ａからダクト７１内に吸い込まれる。ダクト７１内に吸い込まれた空気は、軸流ファン７０を通過して流出口７１ｂからダクト７１の外に流出する。ダクト７１の流出口７１ｂは、筐体７２に設けられている不図示の排気口の近傍に配置されており、流出口７１ｂから流出した空気の多くは排気口から筐体７２の外に排出される。上記のようにして筐体７２内の空気が筐体７２外に排出されると、筐体７２に設けられている不図示の吸気口から筐体７２内に外気が取り込まれる。
ここで、第１モジュール群４１及び第２モジュール群４２は、ＩＣチップ２２の周囲に配置されている。同様に、第１モジュール群４１を冷却する第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール群４２を冷却する第２モジュール用冷却部材６２は、ＩＣチップ２２を冷却するチップ用冷却部材５０の周囲に配置されている。そして、チップ用冷却部材５０は、その全てが流入口７１ａの投影領域内に位置しているが、第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール用冷却部材６２は、その一部のみが流入口７１ａの投影領域内に位置している。図５では、流入口７１ａのマザーボード１０に対する投影領域が破線によって模式的に示されている。すなわち、第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール用冷却部材６２は、流入口７１ａの投影領域の外にはみ出している。
従って、筐体７２内の空気は、第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール用冷却部材６２を通過した後にチップ用冷却部材５０を通過し、その後、流入口７１ａからダクト７１内に吸い込まれる。すなわち、軸流ファン７０によって生み出される冷却風の上流側に第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール用冷却部材６２が配置され、下流側にチップ用冷却部材５０が配置されている。図５では、上記のような冷却風の流れが矢印によって模式的に示されている。ここで、第１モジュール用冷却部材６１に設けられている放熱フィン６１ｄ、第２モジュール用冷却部材６２に設けられている放熱フィン６２ｄ及びチップ用冷却部材５０に設けられている放熱フィン５５は互いに平行なので、冷却風がスムーズに流れる。
上記レイアウトにより、冷却風は、伝送モジュール４０を冷却した後にＩＣチップ２２を冷却する。換言すれば、ＩＣチップ２２の冷却によって温度が上昇した冷却風は、伝送モジュール４０の冷却に用いられない。
要するに、本実施形態では、ＩＣチップ２２に比べて耐熱温度が低い伝送モジュール４０に、より温度の低い冷却風が供給される。
尚、図５に示されている流入口７１ａと、チップ用冷却部材５０，第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール用冷却部材６２との位置関係は一例である。例えば、冷却風の上流側にモジュール用冷却部材６１，６２が配置され、下流側にチップ用冷却部材５０が配置されれば、モジュール用冷却部材６１，６２の全てが流入口７１ａの投影領域内に位置していても構わない。また、冷却風の上流側にモジュール用冷却部材６１，６２が配置され、下流側にチップ用冷却部材５０が配置されれば、チップ用冷却部材５０の一部が流入口７１ａの投影領域外にはみ出していても構わない。
また、流路形成部材はダクトに限定されず、例えば、リブその他の部材によって冷却風の流路を形成してもよい。また、ダクトとリブその他の部材との組み合わせによって冷却風の流路を形成してもよい。
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について詳細に説明する。もっとも、第１の実施形態又は第２の実施形態において既に説明した部材と同一又は実質的に同一の部材については、同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施形態では、図１に示される第１コネクタ列３１及び第２コネクタ列３２に加えて、第３コネクタ列及び第４コネクタ列が設けられる。第３コネクタ列は、図６に示されるＩＣチップ２２の第３の辺に沿って配列されている８つのコネクタ（不図示）を含み、第４コネクタ列は、ＩＣチップ２２の第４の辺に沿って配列されている８つのコネクタ（不図示）を含む。第３コネクタ列及び第４コネクタ列に含まれる各コネクタは、図１，図３に示されるコネクタ３０と同一である。また、第３コネクタ列及び第４コネクタ列に含まれる各コネクタには、伝送モジュール４０がそれぞれ接続されている。以下の説明では、第３コネクタ列に含まれるコネクタに接続される８つの伝送モジュール４０を“第３モジュール群４３”と総称し、第４コネクタ列に含まれるコネクタに接続される８つの伝送モジュール４０を“第４モジュール群４４”と総称する。換言すれば、図６に示される第３モジュール群４３が接続されている不図示のコネクタによって第３コネクタ列が形成されており、第４モジュール群４４が接続されている不図示のコネクタによって第４コネクタ列が形成されている。
さらに、本実施形態では、コネクタ列及びモジュール群の増設に伴って、モジュール用冷却部材も増設されている。具体的には、図６に示されるように、第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール用冷却部材６２に加えて、第３モジュール群４３を冷却する第３モジュール用冷却部材６３及び第４モジュール群４４を冷却する第４モジュール用冷却部材６４が設けられている。
第３モジュール用冷却部材６３及び第４モジュール用冷却部材６４は、図３に示される第１モジュール用冷却部材６１及び第２モジュール用冷却部材６２と同一である。また、第３モジュール用冷却部材６３は、第３モジュール群４３に含まれる伝送モジュール４０と熱的に接続され、第４モジュール用冷却部材６４は、第４モジュール群４４に含まれる伝送モジュール４０と熱的に接続されている。
図６に示されるように、第１モジュール用冷却部材６１，第２モジュール用冷却部材６２，第３モジュール用冷却部材６３及び第４モジュール用冷却部材６４は、ＩＣチップ２２を取り囲むように配置されている。
図６に示されるように、本実施形態におけるチップ用冷却部材８０の形状及び寸法は、第１の実施形態におけるチップ用冷却部材５０のそれと異なる。もっとも、本実施形態におけるチップ用冷却部材８０も、ＩＣチップ２２を冷却するための部材であって、モジュール用冷却部材６１，６２，６３，６４と熱的に分離されている。すなわち、本実施形態におけるチップ用冷却部材８０と第１の実施形態におけるチップ用冷却部材５０との間に本質的な差異はない。
図６，図７に示されるように、本実施形態におけるチップ用冷却部材８０は、ＩＣチップ２２を取り囲む４つのモジュール用冷却部材６１，６２，６３，６４の内側に配置される角柱状の吸熱部８１を有する。また、チップ用冷却部材８０の放熱部８２は、吸熱部８１の一端からマザーボード１０と平行に四方に広がってモジュール用冷却部材６１，６２，６３，６４を覆っている。すなわち、放熱部８２は、モジュール用冷却部材６１，６２，６３，６４の上方に配置され、モジュール用冷却部材６１，６２，６３，６４と重なっている。換言すれば、本実施形態では、モジュール用冷却部材６１，６２，６３，６４とチップ用冷却部材８０とが異なる平面に配置されている。放熱部８２の上面には、複数の放熱フィン８５が形成されている。図６に示されるように、チップ用冷却部材８０が備える放熱フィン８５は、第１モジュール用冷却部材６１が備える放熱フィン６１ｄ及び第２モジュール用冷却部材６２が備える放熱フィン６２ｄと平行である。一方、チップ用冷却部材８０が備える放熱フィン８５は、第３モジュール用冷却部材６３が備える放熱フィン６３ｄ及び第４モジュール用冷却部材６４が備える放熱フィン６４ｄと直交している。尚、チップ用冷却部材８０は、ボルト８４によってマザーボード１０に固定されている。
以上のように、本実施形態では、第１の実施形態に比べて、チップ用冷却部材８０の放熱部８２が拡大されている。よって、発熱量の大きなＩＣチップ２２がより効果的に冷却される。
尚、本実施形態では、４つのモジュール用冷却部材６１，６２，６３，６４の全てがチップ用冷却部材８０の放熱部８２によって完全に覆われている。しかし、複数のモジュール用冷却部材の一部のみがチップ用冷却部材の放熱部によって覆われていてもよい。また、モジュール用冷却部材がチップ用冷却部材の放熱部によって部分的に覆われていてもよい。
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について詳細に説明する。もっとも、第１〜第３の実施形態において既に説明した部材と同一又は実質的に同一の部材については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第１〜第３の実施形態では空冷式の冷却部材が用いられていたが、本実施形態では液冷式の冷却部材が用いられる。図８，図９に示されるように、本実施形態における冷却部材９０は、冷却液が流入する入口９１ａ及び冷却液が流出する出口９１ｂが設けられた熱交換部９１を有する。熱交換部９１の入口９１ａには循環路の一部を形成する第１パイプ９２が接続され、熱交換部９１の出口９１ｂには循環路の他の一部を形成する第２パイプ９３が接続されている。第１パイプ９２及び第２パイプ９３は不図示のポンプに接続されている。また、熱交換部９１の内部には、入口９１ａと出口９１ｂとを繋ぐ蛇行した流路が形成されている。
上記ポンプから吐出された冷却液は、第１パイプ９２を介して熱交換部９１の入口９１ａに供給され、熱交換部９１内の流路に流入する。流路に流入した冷却液は、流路を通過して出口９１ｂに至り、第２パイプ９３を介してポンプに戻る。尚、循環路上には必要に応じてタンクが設置される。
冷却部材９０は、その熱交換部９１がＩＣチップ２２に重なるように配置され、ボルト９５によってマザーボード１０に固定されている。すなわち、ＩＣチップ２２は、熱交換部９１の底面と接触し、熱交換部９１（冷却部材９０）と熱的に接続されている。
熱交換部９１の第１の辺には、第１コネクタ列３１に含まれるコネクタ３０が配置される複数のスリット９６が形成され、第１の辺と対向する熱交換部９１の第２の辺には、第２コネクタ列３２に含まれるコネクタ３０が配置される複数のスリット９６が形成されている。
各スリット９６の内側に配置された各コネクタ３０には、伝送モジュール４０がそれぞれ接続されている。コネクタ３０に接続されている伝送モジュール４０は、スリット９６の内側面と接触し、熱交換部９１（冷却部材９０）と熱的に接続されている。第１の実施形態と同様に、伝送モジュール４０は、不図示の弾性部材による付勢によってスリット９６の内側面に押し付けられている。また、伝送モジュール４０は、スリット９６を通して該スリット９６の内側のコネクタ３０に抜き差し可能である。
熱交換部９１の内部に形成される流路のレイアウトについて特に制限はないが、図１０，図１１に流路のレイアウトの一例を示す。図１０，図１１に示されるように、流路９１ｃは、熱交換部９１の入口９１ａと出口９１ｂとを繋いでいる。さらに、図１０に示される流路９１ｃはジグザグに蛇行しており、図１１に示される流路９１ｃは渦巻状に蛇行している。もっとも、双方の流路９１ｃとも、その上流側は、下流側に比べて伝送モジュール４０に近接し、その下流側は、上流側に比べてＩＣチップ２２（図９）に近接している。かかるレイアウトによれば、伝送モジュール４０の温度がＩＣチップ２２の温度よりも低く保たれる。
以上のように、本実施形態では、１つの冷却部材９０が伝送モジュール４０及びＩＣチップ２２の双方と熱的に接続されている。すなわち、１つの冷却部材９０によって伝送モジュール４０及びＩＣチップ２２の双方が冷却される。しかし、空冷式に比べて冷却能力が高い液冷式の冷却部材９０が採用されている本実施形態では、１つの冷却部材９０によって伝送モジュール４０及びＩＣチップ２２の双方が十分に冷却される。また、本実施形態では、空冷式の冷却部材が用いられる実施形態に比べて、冷却部材を設置するために必要なスペースが縮小されている。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、伝送モジュールには、光信号を受信する光通信モジュール、光信号を送受信する光通信モジュールが含まれる。伝送モジュールには、電気信号を送受信する通信モジュールも含まれる。また、コネクタ列は１列でも、３列でもよく、５列以上でもよい。
１０：マザーボード，２０：ＩＣパッケージ，２１：パッケージ基板，２１ａ：搭載面，２２：ＩＣチップ，３０：コネクタ，３１：第１コネクタ列，３２：第２コネクタ列，４０：伝送モジュール，４０ａ：雄型コネクタ，４０ｂ：光ファイバ，４１：第１モジュール群，４２：第２モジュール群，４３：第３モジュール群，４４：第４モジュール群，５０：チップ用冷却部材，５１：吸熱部，５１ａ：第１側面，５１ｂ：第２側面，５２：放熱部，５４：ボルト，５５：放熱フィン，６１：第１モジュール用冷却部材，６１ａ：吸熱部，６１ｂ：放熱部，６１ｃ：スリット，６１ｄ：放熱フィン，６２：第２モジュール用冷却部材，６２ａ：吸熱部，６２ｂ：放熱部，６２ｃ：スリット，６２ｄ：放熱フィン，６３：第３モジュール用冷却部材，６３ｄ：放熱フィン，６４：第４モジュール用冷却部材，６４ｄ：放熱フィン，６５：ボルト，７０：軸流ファン，７１：ダクト，７１ａ：流入口，７１ｂ：流出口，７２：筐体，８０：チップ用冷却部材，８１：吸熱部，８２：放熱部，８４：ボルト，８５：放熱フィン，９０：冷却部材，９１：熱交換部，９１ａ：入口，９１ｂ：出口，９２：第１パイプ，９３：第２パイプ，９５：ボルト，９６：スリット

Claims (13)

  1. 第１基板と、
    前記第１基板に搭載された第２基板と、
    前記第２基板の搭載面に搭載されたＩＣチップと、
    前記第２基板の前記搭載面上であって、かつ、前記ＩＣチップの周囲に配置された複数のコネクタと、
    前記複数のコネクタにそれぞれ接続される複数の伝送モジュールと、
    前記複数のコネクタの配列方向に沿って設けられた複数のスリットを備える冷却部材と、を有し、
    前記コネクタは、前記冷却部材の前記スリットの内側に配置され、
    前記伝送モジュールは、前記スリットを通して該スリットの内側にある前記コネクタに抜き差し可能であり、
    前記コネクタに接続された前記伝送モジュールは、前記スリットの内側面と接触して前記冷却部材と熱的に接続されている、
    伝送モジュールの実装構造。
  2. 請求項１に記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記スリットが設けられ、前記伝送モジュールと熱的に接続されるモジュール用冷却部材と、
    前記ＩＣチップと接触し、該ＩＣチップと熱的に接続されるチップ用冷却部材と、を有し、
    前記モジュール用冷却部材と前記チップ用冷却部材とは、互いに非接触で熱的に分離されている、
    伝送モジュールの実装構造。
  3. 請求項２に記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記モジュール用冷却部材と前記チップ用冷却部材とが同一平面に配置されている、
    伝送モジュールの実装構造。
  4. 請求項２に記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記モジュール用冷却部材と前記チップ用冷却部材とが異なる平面に配置されている、
    伝送モジュールの実装構造。
  5. 請求項２〜４のいずれかに記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記ＩＣチップの第１の辺に沿って配列された複数のコネクタからなる第１コネクタ列と、
    前記ＩＣチップの第２の辺に沿って配列された複数のコネクタからなる第２コネクタ列と、
    前記第１コネクタ列に含まれる前記コネクタに接続された前記伝送モジュールと熱的に接続される第１モジュール用冷却部材と、
    前記第２コネクタ列に含まれる前記コネクタに接続された前記伝送モジュールと熱的に接続される第２モジュール用冷却部材と、を有し、
    前記チップ用冷却部材は、前記ＩＣチップに重なる吸熱部と、前記吸熱部に連接された放熱部と、を備える、
    伝送モジュールの実装構造。
  6. 請求項５に記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記第１モジュール用冷却部材及び前記第２モジュール用冷却部材は、前記ＩＣチップを挟んで対向配置され、
    前記チップ用冷却部材の前記吸熱部は、前記第１モジュール用冷却部材と前記第２モジュール用冷却部材との間において、前記第１コネクタ列及び前記第２コネクタ列に沿って延在し、
    前記吸熱部の長手方向両端に、２つの前記放熱部がそれぞれ連接されている、
    伝送モジュールの実装構造。
  7. 請求項５に記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記ＩＣチップの第３の辺に沿って配列された複数のコネクタからなる第３コネクタ列と、
    前記ＩＣチップの第４の辺に沿って配列された複数のコネクタからなる第４コネクタ列と、
    前記第３コネクタ列に含まれる前記コネクタに接続された前記伝送モジュールと熱的に接続される第３モジュール用冷却部材と、
    前記第４コネクタ列に含まれる前記コネクタに接続された前記伝送モジュールと熱的に接続される第４モジュール用冷却部材と、を有し
    前記第１モジュール用冷却部材、第２モジュール用冷却部材、第３モジュール用冷却部材及び第４モジュール用冷却部材は、前記ＩＣチップを取り囲むように配置され、
    前記チップ用冷却部材の前記吸熱部は、前記第１モジュール用冷却部材、第２モジュール用冷却部材、第３モジュール用冷却部材及び第４モジュール用冷却部材の内側に配置され、
    前記チップ用冷却部材の前記放熱部は、前記第１モジュール用冷却部材、第２モジュール用冷却部材、第３モジュール用冷却部材及び第４モジュール用冷却部材の上方に配置され、これら冷却部材の少なくとも一部を覆っている、
    伝送モジュールの実装構造。
  8. 請求項２〜７のいずれかに記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記モジュール用冷却部材及び前記チップ用冷却部材のそれぞれに、互いに平行な複数の放熱フィンが設けられている、
    伝送モジュールの実装構造。
  9. 請求項８に記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記伝送モジュールから延びる光ファイバが前記モジュール用冷却部材に設けられている前記放熱フィンの間に通されている、
    伝送モジュールの実装構造。
  10. 請求項２〜９のいずれかに記載の伝送モジュールの実装構造において、
    空冷ファンを有し、
    前記空冷ファンによって生み出される冷却風の上流側に前記モジュール用冷却部材が配置され、下流側に前記チップ用冷却部材が配置されている、
    伝送モジュールの実装構造。
  11. 請求項１記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記冷却部材は液冷式の冷却部材であって、前記伝送モジュール及び前記ＩＣチップの双方と熱的に接続されている、
    伝送モジュールの実装構造。
  12. 請求項１１に記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記冷却部材は、冷却液が流入する入口と冷却液が流出する出口とを備えた熱交換部を有し、
    前記熱交換部は前記ＩＣチップに重ねられ、
    前記熱交換部の少なくとも一辺に沿って前記複数のスリットが設けられている、
    伝送モジュールの実装構造。
  13. 請求項１２に記載の伝送モジュールの実装構造であって、
    前記熱交換部の内部には、前記入口と前記出口とを繋ぐ流路が形成され、
    前記流路の上流側は、該流路の下流側に比べて前記伝送モジュールに近接し、
    前記流路の下流側は、該流路の上流側に比べて前記ＩＣチップに近接している、
    伝送モジュールの実装構造。
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