JP6920898B2 - 光モジュール、及び光伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、光モジュール、及び光伝送装置に関し、特に、光モジュールに備えられる光サブアセンブリにて発生する熱を放熱させる技術に関する。

一般に、光モジュールに、１又は複数の光サブアセンブリが搭載される。１又は複数の光サブアセンブリそれぞれに、１又は複数の光半導体素子が搭載される。かかる光モジュールに、所望の環境温度範囲内で動作することが求められている。そのために、光サブアセンブリには、筺体と光半導体素子との間に、ペルチェ素子などの温度調整器が配置され、かかる温度調整器が加熱又は冷却することにより、動作時において光サブアセンブリの内部（特に光半導体素子）は動作温度（の近傍）に維持される。

特開２０１６−１５６９１６号公報

温度調整器による温度調整を行うために電力を消費する。それゆえ、光モジュールの消費電力を低減させるためには、温度調整器の消費電力を低減させるのが望ましい。従来、温度調整器の消費電力は、所望の環境温度範囲のうち上限において最も高くなると考えらえている。動作時において光半導体素子自体が発熱するため、所望の環境温度範囲のうち高温側において、温度調整器は光半導体素子を動作温度まで冷却することになる。光半導体素子が発熱するので、光半導体素子にて発生する熱を外環境へより放出させるのが望ましい。高温側において光サブアセンブリから光モジュールの筐体への放熱を高めるために、光サブアセンブリの底部と光モジュールの筐体の底部との間の熱伝導をより高めるのが望ましい。

近年、さらに広い環境温度範囲における光モジュールの動作が望まれている。すなわち、所望の環境温度範囲の下限もより低くなる。所望の環境温度範囲のうち低温側において、温度調整器は光半導体素子を動作温度まで加熱することになるが、光半導体素子が発熱するので、高温側とは反対に、光半導体素子にて発熱する熱が外環境へより放出させようとすることは望ましくない。

所望の環境温度範囲が広がることにより、特に下限がより低くなることにより、所望の環境温度範囲における光モジュールの消費電力を低減するために、温度調整器が光半導体素子を冷却する高温側に加えて、加熱する低温側にも考慮する必要が生じてくる。かかる課題は発明者らが鋭意検討の結果得た知見であり、本発明はかかる知見に基づき発明者らによって完成されたものである。

関連技術として、特許文献１に、ＬＤ等の光半導体素子及びドライバ等の電気デバイスが搭載されるアセンブリ基板９を備える光トランシーバ１が開示されている。光トランシーバ１の上筺体４にヒートシンク６０が当接されている。上筺体４に対して、アセンブリ基板９の放熱面が放熱ゲル１４を介して熱的に接触している。「アセンブリ基板９に搭載される光半導体素子等の熱源からヒートシンク６０までの熱的な経路が短く、熱源で発生した熱を効率的に放出することが出来る」との記載が特許文献１にある（特許文献１の段落００２５参照）。さらに、「放熱効率をより向上させるために、アセンブリ基板９の基板本体９ａの面積は広いことが望ましい（特許文献１の段落００２６）。」との記載もあり、特許文献１においても、所望の環境温度範囲のうち高温側のみが注視されている。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、環境温度範囲における消費電力が低減される、光モジュール、及び光伝送装置の提供を目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る光モジュールは、筺体と、放熱面となる底部を有する、ボックス型の光サブアセンブリと、前記光サブアセンブリの底部と、前記筺体の底部と、の間に配置される熱伝導性部材と、を備える、光モジュールであって、前記光サブアセンブリは、１又は複数の光半導体素子と、前記１又は複数の光半導体素子が搭載され、前記光サブアセンブリの内底部に載置される、温度調整器と、を備え、前記熱伝導性部材は、前記光サブアセンブリの底部の一部にのみ配置される、ことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の光モジュールであって、光サブアセンブリの底部全体に対する前記熱伝導性部材が配置される面積は、１５％以上５５％以下であってもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載の光モジュールであって、環境温度範囲の上限における光モジュールの消費電力に対する下限における光モジュールの消費電力が±１０％の範囲内にあるよう、前記熱伝導性部材が配置されてもよい。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記熱伝導性部材は、放熱グリス、放熱用のゲル、放熱用のシート、の群から選択されるいずれかであってもよい。

（５）本発明に係る光伝送装置は、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光モジュールが、搭載されていてもよい。

本発明により、環境温度範囲における消費電力が低減される、光モジュール、及び光伝送装置が提供される。

本発明の実施形態に係る光伝送装置及び光モジュールの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る光モジュールの構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る光モジュールの底面図である 本発明の実施形態に係る光モジュールの断面図である 本発明の実施形態に係る光モジュールの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るＴＯＳＡの断面図である。 本発明の実施形態に係る光モジュールの消費電力と環境温度との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る光モジュールの最大消費電力と放熱グリスの塗布面積比との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る光モジュールの最大消費電力と放熱グリスの塗布面積比との関係を示す図である。

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。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る光伝送装置１及び光モジュール２の構成を示す模式図である。光伝送装置１は、制御基板１１（プリント回路基板：ＰＣＢ）とＩＣ１２を備えている。光伝送装置１は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置１は、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。光伝送装置１に、複数の光モジュール２が搭載されており、光モジュール２より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、ＩＣ１２などを用いて、どこへ何のデータを送信するかを判断し、送信用のデータ（送信用の電気信号）を生成し、制御基板１１を介して、該当する光モジュール２へそのデータを伝達する。

光モジュール２は、送信機能及び受信機能を有するトランシーバである。光モジュール２は、制御基板２１（プリント回路基板）と、電気信号を光信号に変換して光ファイバ３Ａへ送信する光送信モジュール２３Ａと、光ファイバ３Ｂを介して受信する光信号を電気信号に変換する光受信モジュール２３Ｂと、を含んでいる。制御基板２１と、光送信モジュール２３Ａ及び光受信モジュール２３Ｂとは、それぞれフレキシブル基板２２Ａ，２２Ｂ（ＦＰＣ）を介して接続されている。光受信モジュール２３Ｂより電気信号がフレキシブル基板２２Ｂを介して制御基板２１へ伝送され、制御基板２１より電気信号がフレキシブル基板２２Ａを介して光送信モジュール２３Ａへ伝送される。光モジュール２と光伝送装置１とは電気コネクタ５を介して接続される。光送信モジュール２３Ａや光受信モジュール２３Ｂは、制御基板２１に電気的に接続され、電気信号／光信号を光信号／電気信号にそれぞれ変換する。

当該実施形態に係る伝送システムは、２個以上の光伝送装置１と２個以上の光モジュール２と、１個以上の光ファイバ３を含む。各光伝送装置１に、１個以上の光モジュール２が接続される。２個の光伝送装置１にそれぞれ接続される光モジュール２の間を、光ファイバ３が接続している。一方の光伝送装置１が生成した送信用のデータが接続される光モジュール２によって光信号に変換され、かかる光信号を光ファイバ３へ送信される。光ファイバ３上を伝送する光信号は、他方の光伝送装置１に接続される光モジュール２によって受信され、光モジュール２が光信号を電気信号へ変換し、受信用のデータとして当該他方の光伝送装置１へ伝送する。

図２は、当該実施形態に係る光モジュール２の構造を示す斜視図である。当該実施形態に係る光モジュール２は、広範囲の環境温度範囲にて動作可能であり、ここでは、環境温度範囲は−５℃以上８５℃以下との温度範囲である。本明細書において、環境温度範囲とは、光モジュール２が動作する場合に、光モジュール２が配置される周りの外環境の温度をいう。光モジュール２は、モジュールケース１００（筺体）と、ＴＯＳＡ１０１（Transmitter Optical Sub-Assembly）と、ＲＯＳＡ１０２（Receiver Optical Sub-Assembly）と、制御基板２１と、ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２と制御基板２１とをそれぞれ接続するフレキシブル基板１０３Ａ，１０３Ｂと、を備えている。図２は、光モジュール２の主要部品の構成を説明するために、モジュールケース１００を破線で示している。当該実施形態に係る光モジュール２の制御基板２１は、光伝送装置１との接続部分がカードエッジ部となっており、光モジュール２は、直接、光伝送装置１と挿抜して使用される、プラガブルモジュールである。当該実施形態に係る光モジュール２は、ＳＦＰ＋（Enhanced Small Form Factor Pluggable）規格に適応しており、光モジュール２の伝送レートは１０Ｇｂｉｔ／ｓである。

光送信モジュール２３Ａは１又は複数の光サブアセンブリを含むが、当該実施形態に係る光送信モジュール２３Ａは１の光サブアセンブリからなり、当該光サブアセンブリがＴＯＳＡ１０１である。ＴＯＳＡ１０１は、放熱面となる底部を有する、ボックス型の光サブアセンブリである。光送信モジュール２３Ａが複数の光サブアセンブリを含む場合は、複数の光サブアセンブリと制御基板２１とを接続するために、フレキシブル基板２２Ａは複数のサブフレキシブル基板を含む。ここで、光送信モジュール２３Ａは１の光サブアセンブリからなり、フレキシブル基板２２Ａは１のフレキシブル基板１０３Ａからなる。同様に、光受信モジュール２３Ｂは１又は複数の光サブアセンブリを含むが、当該実施形態に係る光受信モジュール２３Ｂは１の光サブアセンブリからなり、当該光サブアセンブリがＲＯＳＡ１０２である。ＲＯＳＡ１０２は、ＴＯＳＡ１０１と同様に、ボックス型の光サブアセンブリである。光受信モジュール２３Ｂが複数の光サブアセンブリを含む場合は、複数の光サブアセンブリと制御基板２１とを接続するために、フレキシブル基板２２Ｂは複数のサブフレキシブル基板を含む。ここで、光受信モジュール２３Ｂは１の光サブアセンブリからなり、フレキシブル基板２２Ｂは１のフレキシブル基板１０３Ｂからなる。

図３Ａは，当該実施形態に係る光モジュール２の平面図である。図３Ｂは、当該実施形態に係る光モジュール２の断面図であり、図３Ａに示すＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ切断線による断面を示している。図３Ｃは、当該実施形態に係る光モジュール２の分解斜視図である。図３Ａ、図３Ｂ、そして図３Ｃは構造を理解しやすいように、実駆動時の状態と上下を反転して図示している。図３Ｃに示す通り、モジュールケース１００は、トップケース１００Ａと固定部材１００Ｂと、そして図示しないボトムケースと、を含んでいる。トップケース１００Ａとボトムケースにて箱状のケース形態を成している。トップケース１００Ａの内側の底面に、光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２）の底部と対向して、光サブアセンブリが配置される。図３Ａは、光モジュール２の構造を理解するために、トップケース１００Ａの底部の記載を省略している。図３Ｂも同様に、固定部材１００Ｂの記載を省略している。

光モジュール２は、前述の通りプラガブルモジュールである。制御基板２１の一端はカードエッジ部となっており、光伝送装置１に挿抜して使用される。光モジュール２を光伝送装置１に挿抜する際に、制御基板２１に縦方向（図３Ａ及び図３Ｂの横方向）の応力がかかるが、かかる応力が光サブアセンブリにもかかることを緩和するために、光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２）は強く固定されることなく、ある程度の遊びを持たせて固定されている。また、光モジュール２は外部の光ファイバ３Ａ，３Ｂと接続された状態で、光伝送装置１に挿抜する。特に光伝送装置１から外す際に、光サブアセンブリと制御基板２１との間に引張の力が働き、光サブアセンブリと制御基板２１との接続箇所において断線が発生し得る。それを抑制するために、光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２）と制御基板２１との間をそれぞれ、フレキシブル基板１０３Ａ，１０３Ｂで接続している。

若干可動できるように、光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２）は、モジュールケース１００（トップケース１００Ａ）に密着して固定されることはない。遊びを持たせるために、光サブアセンブリとモジュールケース１００（トップケース１００Ａ）との間には、意図的に微小な隙間を確保している。しかしながら、このような微小な隙間が存在する場合、光サブアセンブリの放熱特性が低下し、所望の放熱量を確保することが困難となる。放熱性を確保するために、図３Ａ及び図３Ｂに示す通り、当該実施形態に係る光モジュール２は、ＴＯＳＡ１０１の底部と、モジュールケース１００（トップケース１００Ａ）の底部と、の間に配置される放熱グリス１０５を、さらに含んでいる。放熱グリス１０５は、ＴＯＳＡ１０１の底部の一部にのみ配置される。すなわち、ＴＯＳＡ１０１の底部は放熱面となっている。

図３Ｃを用いて、光モジュール２の主要部品がモジュールケース１００に固定される方法を説明する。制御基板２１は、基板の両側の辺にそれぞれ切欠け部を有している。トップケース１００Ａは、制御基板２１が有する２つの切欠け部に対応して、２つの突起部を有し、制御基板２１がトップケース１００Ａに載置される際に、２つの突起部は２つの切欠け部にそれぞれ嵌合する。また、ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２の先端部（後述するレセプタクル端子２０９）の凹凸に対応する形状を、トップケース１００Ａは有している。
そして、ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２がトップケース１００Ａに載置され、上側より固定部材１００Ｂがトップケース１００Ａに嵌合することにより、ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２は固定される。本固定は、ＴＯＳＡ１０１及びＲＯＳＡ１０２がトップケース１００Ａの底部とが強固に密着するほどは固定されていない。そのため、トップケース１００Ａと固定部材１００Ｂにより、前述の通り、光サブアセンブリは、モジュールケース１００の底部（トップケース１００Ａの底部）との間に、微小な隙間が存在する。

当該実施形態に係る光モジュール２の主な特徴は、放熱グリス１０５が、ＴＯＳＡ１０１の底部の一部にのみ配置される、ことである。かかる特徴により、ＴＯＳＡ１０１で発生する熱がモジュールケース１００へ放出することを低減させつつも、放熱量を確保している。その結果、光モジュールが動作される環境温度範囲のうち低温側において、光モジュール２の消費電力が低減される。また、環境温度範囲のうち高温側における消費電力も、確保される放熱量により、上昇が抑えられる。その結果、高温側と低温側における光モジュール２の消費電力の差を低減することができ、環境温度範囲における光モジュール２の消費電力を低減することが出来る。当該実施形態に係る放熱グリス１０５は、シリコングリス、又はシリコングリスに添加物を加えたオイルコンパウンドである。

一般に、放熱グリスは、シリコンが用いられているので、広い環境温度範囲にわたり使用可能であり、主に静的な箇所での熱伝導、電気絶縁、又は封止を目的に使用されている。例えば、放熱グリスは、ＣＰＵとヒートシンクの間に用いられる。ＣＰＵとヒートシンクとは密着して固定される。よって、両者の間に放熱グリスを塗布して、ＣＰＵとヒートシンクとが一度固定されると、ヒートシンクがＣＰＵに対してずれることはない。それゆえ、放熱グリスの形状（濡れ面積）が変化することは考慮しなくてよい。

当該実施形態に係る放熱グリス１０５は、ＴＯＳＡ１０１の底部と、モジュールケース１００（トップケース１００Ａ）の底部との間に配置される。ＴＯＳＡ１０１の底部のうち、適当とされる領域（面積）に放熱グリス１０５が塗布されて、ＴＯＳＡ１０１はモジュールケース１００に搭載される。ＴＯＳＡ１０１の底部に放熱グリス１０５を塗布するのに、ディスペンサを用いている。ディスペンサの吐出する時間と圧力を調整することにより、所望の領域に放熱グリス１０５を塗布することができる。ＴＯＳＡ１０１の底部に塗布する放熱グリス１０５の量（放熱グリス１０５の総量や塗布面積など）を調整し、環境温度範囲における高温側及び低温側の両方に考慮して、環境温度範囲における光モジュール２の消費電力を低減することができる。なお、環境温度範囲の高温側のみを考慮すると、放熱性をより高めることのみを検討すればよく、ＴＯＳＡ１０１の底部の全面に亘って放熱グリス１０５を塗布することになるが、本発明では、ＴＯＳＡ１０１の底部の一部にのみ放熱グリス１０５を配置させている。

光モジュール２が作製され、光モジュール２が動作されることとなる。その後の使用の際に、放熱グリス１０５の形態が保たれる程度に放熱グリス１０５は粘性を有しているのが望ましい。

なお、ＴＯＳＡ１０１の底部はトップケース１００Ａの底部に密着して固定されておらず、放熱グリス１０５の粘性が低いと、放熱グリス１０５が塗布される領域が広がってしまい、放熱量を制御する観点から望ましくない。トップケース１００Ａと固定部材１００Ｂとの嵌合によりＴＯＳＡ１０１が固定されるので、当該実施形態に係る放熱グリス１０５は、ＴＯＳＡ１０１の底部をトップケース１００Ａの底部に密着させて固定する目的には使用されていない。

図４は、当該実施形態に係るＴＯＳＡ１０１の断面図である。当該実施形態に係るＴＯＳＡ１０１は、パッケージ２０１と、底面と載置面とを有するサブマウント２０４と、サブマウント２０４の底面とパッケージ２０１の底面との間に配置されるペルチェ素子１１０と、サブマウント２０４の載置面に搭載される半導体レーザ素子２５０(光半導体素子)と、を備えている。ＴＯＳＡ１０１は、１又は複数の半導体レーザ素子を備えるが、当該実施形態では、ＴＯＳＡ１０１は、１の半導体レーザ素子２５０を含み、半導体レーザ素子２５０は、電界吸収型（ＥＡ：Electro Absorption）変調器と、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザと、が半導体基板上にモノリシックに集積されるＥＡ−ＤＦＢレーザである。ペルチェ素子１１０は、ＴＯＳＡ１０１の底部、すなわち、パッケージ２０１の内底部に載置され、ペルチェ素子１１０とパッケージ２０１とは熱的に接続されている。なお、半導体レーザ素子２５０は、サブマウント２０４を介してペルチェ素子１１０に搭載されているが、これに限定されることはなく、半導体レーザ素子２５０は直接ペルチェ素子１１０に搭載されていてもよい。本明細書では、半導体レーザ素子２５０が直接的又は間接的にペルチェ素子１１０に搭載され、半導体レーザ素子２５０がペルチェ素子１１０と熱的に接していれば、半導体レーザ素子２５０はペルチェ素子１１０に搭載されているものとする。ＴＯＳＡ１０１は、複数（ここでは、２本）の配線２０５と、フィードスルー２０６と、集光レンズ２０８と、レセプタクル端子２０９と、をさらに備える。

当該実施形態に係るＴＯＳＡ１０１において、サブマウント２０４の底面はペルチェ素子１１０とは物理的に接しており、熱的に接続されている。また、サブマウント２０４と半導体レーザ素子２５０とは熱的に接続されている。それゆえ、ペルチェ素子１１０は、サブマウント２０４を介して半導体レーザ素子２５０を温度調整することができる。サブマウント２０４は熱伝導体であり、熱的に接続される半導体レーザ素子２５０は、サブマウント２０４とは、熱平衡状態において実質的に等しい温度に維持される。よって、ＴＯＳＡ１０１を予め定められた動作温度で駆動させるとき、ペルチェ素子１１０はサブマウント２０４を該予め定められた動作温度（を含む予め定められた温度範囲内）に維持するように温度調整している。

半導体レーザ素子２５０は、複数のワイヤ２０５を介してフィードスルー２０６と電気的に接続されている。半導体レーザ素子２５０は予め定められた波長の光Ｌを出射する。なお、簡単のために、図４には、複数のワイヤ２０５は、それぞれ、１本のワイヤ２０５のみ図示されている。半導体レーザ素子２５０から出力された光Ｌは、集光レンズ２０８にて集光されレセプターと接続されるレセプタクル端子２０９に入射する。そして、レセプタクル端子２０９は外部の光ファイバ（図示せず）と光学的に接続されており、レセプタクル端子２０９から出力される光は、光ファイバを伝送する。

ＴＯＳＡ１０１のパッケージ２０１内部は、真空状態であることとしてもよいし、不活性ガス（例えば窒素ガス等）、ドライエア等が充填されていることとしてもよい。このようにパッケージ２０１内部が不活性ガスで充満されることにより、ＴＯＳＡ１０１の信頼性を高めることができる。

ＴＯＳＡ１０１の底部に放熱グリス１０５を塗布し、熱的にモジュールケース１００の底部（トップケース１００Ａ）と接触させることで、半導体レーザ素子２５０で発生する熱を効率よくモジュールケース１００へ移動させることが出来ている。なお、図２、図３Ａ、図３Ｂ，及び図３Ｃには、制御基板２１には、複数の半導体レーザ素子２５０それぞれの温度を制御するＩＣ，送信信号用ドライバＩＣ、受信信号用ドライバＩＣなどが実装されているが、説明を簡単にするために図示は省略されている。

一般に、光モジュールは、３００ｐｉｎ、ＸＦＰ（10Gbit Small Form Factor Pluggable）、ＳＦＰ＋などの規格に適応しており、これら規格では、伝送レートが１０Ｇｂｉｔ／ｓとなっている。これら規格により、外形寸法の小型化や低消費電力化が規定される。今後の規格では、より広い環境温度範囲における動作が求められることが考えられ、広い環境温度範囲における動作が求められる光モジュールに、本発明は最適である。特に、環境温度範囲の下限が０℃以下である場合が望ましく、−５℃以下であるとさらに望ましい。この場合、半導体レーザ素子２５０の動作温度は４０℃以上６０℃以下に設定されることが考えられる。

図５は、当該実施形態に係る光モジュール２の消費電力と環境温度との関係を示す図である。図５は、放熱グリスの４種の塗布面積比についてそれぞれ示している。図の縦軸は光モジュール２の消費電力であり、図の横軸は、光モジュール２の環境温度である。消費電力は、規格仕様（顧客仕様）を１として規格化した値を示している。塗布面積比は、ＴＯＳＡ１０１のパッケージ２０１の底面（底部）に塗布される放熱グリス１０５の面積のパッケージ２０１全体に対する割合（塗布面積比：光サブアセンブリの底部全体に対する熱伝導性部材が配置される面積）である。Ａは塗布面積比が１０％、Ｂは塗布面積比が３０％、Ｃは塗布面積比が６０％、Ｄは塗布面積比が１００％である。

いずれの塗布面積比においても環境温度４５℃付近において消費電力は最小となっている。半導体レーザ素子２５０の動作温度は必ずしもこの温度とは一致はしておらず、様々な要因で消費電力が最小となる環境温度は変わりうる。全体として、環境温度が上昇するとともに半導体レーザ素子２５０を冷却するために光モジュール２の消費電力は上昇している。しかしながら、塗布面積比が増えるとともに、半導体レーザ素子２５０からの放熱量が上昇し、消費電力の上昇は抑制される。また環境温度が低下するとともに、光モジュール２の消費電力は上昇している。しかしながら、塗布面積比が減るとともに、半導体レーザ素子２５０からの放熱量が低下し、消費電力の上昇は抑制される。

図６は、当該実施形態に係る光モジュール２の最大消費電力と放熱グリス１０５の塗布面積比との関係を示す図である。図の縦軸は光モジュール２の高温時と低温時それぞれの最大消費電力であり、図の横軸は、放熱グリス１０５の塗布面積比である。ここで高温時とは図５で示す消費電力が最小となる温度から環境温度の上限側を意味し、低温時とは消費電力最小の温度から環境温度の下限側を意味する。図５より最大消費電力は、環境温度範囲において高温時、低温時それぞれの最大温度、つまり８５℃と−５℃にて最大消費電力となることが分かる。

ここで、縦軸は消費電力仕様を１として規格化した数値であり、光モジュール２の最大消費電力は環境温度範囲において１以下であることが求められている。Ａは高温時において満たしておらず、不適となる。同様に、Ｃ及びＤは低温時において満たしておらず、不適となる。望ましい塗布面積比は、図６に領域Ｐとして示されている領域であり、係る領域では、環境温度範囲の上限（高温時）においても下限（低温時）においても、消費電力１を満たしている。よって、塗布面積比は１５％以上５５％以下であるのが望ましい。さらに、消費電力測定マージンなどを考慮すると消費電力は０．９以下が好ましく、塗布面積比は２５％以上４０％以下がさらに望ましい。

従来、環境温度範囲（例えば、０℃以上７０℃以下）の高温側において、光モジュール２の消費電力を低下させることに注視されており、その観点によれば、半導体レーザ素子２５０で発生する熱をより放出する構造が望ましく、塗布面積比がより大きく、ここでは、Ｄが望ましい構造であると考えらえる。しかしながら、半導体レーザ素子２５０を加熱することとなる、環境温度範囲の低温側においても、半導体レーザ素子２５０からの放熱により、加熱に要する消費電力が増大してしまっている。

光モジュール２の環境温度範囲における消費電力の最大値は、上限（最高温度）である場合のみならず、下限（最低温度）である場合もありうる。それゆえ、環境温度範囲（全体）における消費電力を低減させるためには、上限のみならず下限も考慮するのが望ましい。上限における消費電力と下限における消費電力との差がより低減されているのが望ましい。具体的には、上限における（光モジュール２の）消費電力に対する下限における（光モジュール２の）消費電力が±１０％の範囲内にあるよう、放熱グリス１０５が配置されるのが望ましい。

図７は、当該実施形態に係る光モジュール２の最大消費電力と放熱グリス１０５の塗布面積比との関係を示す図であり、図６に高温時の消費電力（最高温度の消費電力）の±１０％となる消費電力の範囲を追加した図である。低温時の消費電力（最低温度の消費電力）が、この±１０％の範囲内となるように放熱グリスを配置した場合に、環境温度範囲全体にわたって光モジュール２の消費電力が低減される。本実施形態の場合は、塗布面積比は２５％以上３５％以下が望ましい。

消費電力の仕様は、環境温度範囲のすべてにおいて所望の値以下であることを求められる場合のみならず、環境温度範囲の上限において所望の値以下であり、下限において（異なる）所望の値以下であることが求められる場合もある。いずれの場合であっても、図６に示す塗布面積比と最大消費電力の関係を調べることで、仕様に応じて放熱グリス量を決定することができる。また、図６に示す関係は、光モジュールのサイズやトップケースなどの素材、使用する光半導体素子、そして使用する熱伝導性部材等の要因によって変わりうるが、必要に応じて図６同様の関係を調べることで要求された仕様を満たす塗布面積比を決定することができる。

以上、本発明の実施形態に係る光モジュール、及び光伝送装置について説明した。当該実施形態に係る光モジュールは、ＳＦＰ＋の規格に適応するプラガブルモジュールとしたが、これに限定されることはなく、広い環境温度範囲で動作可能となる他の規格のプラガブルモジュールに、本発明を適用することが出来る。また、光モジュールはプラガブルモジュールに限定されることはなく、他の光モジュールであってもよい。

当該実施形態に係るボックス型の光サブアセンブリはＴＯＳＡであるとしたがこれに限定されることはない。１又は複数の光半導体素子と、温度調整器と、を備える光サブアセンブリであれば、ＲＯＳＡであってもＢＯＳＡ（Bi-directional Optical Sub-Assembly）であってもよい。なお、ボックス型の光サブアセンブリは、ボックスの底部が筺体の底部と熱伝導性部材を介して熱的に接続している。このように、光サブアセンブリが筺体と熱伝導性部材を介して熱的に接続するのであれば、ボックス型に限定されることはない。言い換えれば、ボックス型の光サブアセンブリとは、直方体の箱形状に限定されることはなく、放熱面となる底部を有する箱形状を含むものとする。

当該実施形態に係る光サブアセンブリが備える光半導体素子は、ＥＡ−ＤＦＢレーザとしたが、直接変調型のＤＦＢレーザであってもよいし、他の半導体レーザ素子であってもよい。例えば、波長可変レーザ又は波長可変レーザとＭＺ変調器のような外部変調器を組み合わせた半導体素子に適用しても構わない。また、光半導体素子は、半導体レーザに限定されることはなく、光源として用いることが出来る半導体発光素子であってもよい。さらに、光サブアセンブリがＲＯＳＡである場合には、光半導体素子は、温度調整器により動作温度に維持する必要があれば、Ｐｉｎ型ダイオード、ＰＤ（PhotoDiode）、ＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）などの半導体受光素子であってもよい。光サブアセンブリがＢＯＳＡである場合には、ＢＯＳＡは半導体発光素子と半導体受光素子の両方を含む。いずれの場合も、光サブアセンブリは複数の光半導体素子を含んでいてもよい。

当該実施形態に係る温度調整器はペルチェ素子であるとしたが、これに限定されることはなく、加熱と冷却の両方を行うことが出来る温度調整器であればよい。当該実施形態に係る熱伝導性部材は放熱グリスであるとしたが、これに限定されることはなく、放熱用のゲル（ゲル状）のものであってもよく、放熱用のシート（シート状）のものであってもよい。熱伝導性部材の塗布量を制御する方法がディスペンサに限定されないことは言うまでもない。当該実施形態に係る光モジュールの筐体は、トップケース１００Ａ及び固定部材１００Ｂを含むモジュールケース１００としたが、これに限定されることはなく、他のケース（筺体）であってもよい。また、当該実施形態に係る光モジュールでは、ボックス型の光サブアセンブリの底部と、筺体の底部とが、放熱グリス１０５により熱的に接続されているとしたが、これに限定されることはなく、光サブアセンブリと筺体とが熱的に接続されるのであれば、側部（側面）など他の箇所であってもよい。本発明は、温度調整器と１又は複数の光半導体素子とを含む光サブアセンブリが搭載される光モジュールに広く適用することが出来る。

１ 光伝送装置、２ 光モジュール、３，３Ａ，３Ｂ 光ファイバ、１１，２１ 制御基板、１２ ＩＣ，２２Ａ，２２Ｂ，１０３Ａ，１０３Ｂ フレキシブル基板、２３Ａ 光送信モジュール、２３Ｂ，光受信モジュール、１００ モジュールケース、１００Ａ トップケース、１００Ｂ 固定部材、１０１ ＴＯＳＡ、１０２ ＲＯＳＡ，１０５ 放熱グリス、１１０ ペルチェ素子、２０１ パッケージ、２０４ サブマウント、２０５ ワイヤ、２０６ フィードスルー、２０８ 集光レンズ、２０９ レセプタクル端子、２５０ 半導体レーザ素子。

Claims (4)

1. 筺体と、
   放熱面となる底部を有する、ボックス型の光サブアセンブリと、
   前記光サブアセンブリの前記底部と、前記筺体の底部と、の間に配置される熱伝導性部材と、
   を備える、光モジュールであって、
   前記光サブアセンブリは、
   １又は複数の光半導体素子と、
   前記１又は複数の光半導体素子が搭載され、前記光サブアセンブリのパッケージの内底部に載置される、温度調整器と、
   を備え、
   前記熱伝導性部材は、前記光サブアセンブリの前記底部の１５％以上５５％以下の面積の部分にのみ配置される、
   ことを特徴とする、光モジュール。
2. 請求項１に記載の光モジュールであって、
   環境温度範囲の上限における光モジュールの消費電力に対する下限における光モジュールの消費電力が±１０％の範囲内にあるよう、前記熱伝導性部材が配置される、
   ことを特徴とする、光モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の光モジュールであって、
   前記熱伝導性部材は、放熱グリス、放熱用のゲル、放熱用のシート、の群から選択されるいずれかである、
   ことを特徴とする、光モジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光モジュールが、搭載される、光伝送装置。

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