WO2024070674A1 - 光学装置および光トランシーバ - Google Patents

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WO2024070674A1
WO2024070674A1 PCT/JP2023/033251 JP2023033251W WO2024070674A1 WO 2024070674 A1 WO2024070674 A1 WO 2024070674A1 JP 2023033251 W JP2023033251 W JP 2023033251W WO 2024070674 A1 WO2024070674 A1 WO 2024070674A1
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WO
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substrate
optical transceiver
optical
opening
conductors
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/033251
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English (en)
French (fr)
Inventor
悠太 石毛
和哉 長島
秀行 那須
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical device and an optical transceiver.
  • Patent Document 1 a small optical transceiver described in Patent Document 1 is known as an optical transceiver used in a network switch device (for example, Patent Document 1).
  • a switch ASIC application specific integrated circuit
  • multiple optical transceivers are mounted on a board.
  • one of the objectives of the present invention is to provide a new and improved optical device and optical transceiver that can more reliably ensure electrical connection between, for example, the substrate of the optical device and the optical transceiver.
  • the optical device of the present invention for example, comprises a first substrate having a first surface facing a first direction and intersecting the first direction, an optical transceiver disposed offset in the first direction relative to the first substrate, a socket located between the first substrate and the optical transceiver, the socket having a plurality of connection conductors electrically connecting the conductors of the first substrate and the conductors of the optical transceiver, and an insulator supporting the plurality of connection conductors, and a positioning pin extending in the first direction between the first substrate and the optical transceiver and penetrating the socket, and positioning the first substrate, the optical transceiver, and the socket in a direction intersecting the first direction.
  • the optical transceiver may have a second substrate having a plurality of conductors and an insulator, and a first member provided between the first substrate and the second substrate and having a first opening through which the positioning pin is inserted.
  • the first opening may pass through the first member
  • the positioning pin may pass through the first opening
  • the second substrate may be provided with a second opening into which the positioning pin is inserted
  • the optical transceiver may be positioned with the positioning pin in the second opening.
  • the optical transceiver may have a second member that covers the second substrate on the opposite side of the second substrate from the first member.
  • the second member may be provided with a third opening aligned with the second opening in the first direction.
  • the optical transceiver may have a coupling that integrates the first member and the second member.
  • the optical transceiver may have a heating element provided on the second substrate, and a thermally conductive member interposed between the heating element and the first member or the second member.
  • the heat conductive member may be flexible.
  • the second substrate may have a second surface facing the socket in a direction opposite to the first direction, and the multiple conductors of the second substrate may form a land grid array on the second surface.
  • the multiple conductors of the second substrate may be arranged in a diagonal lattice pattern on the second surface.
  • the multiple conductors of the second substrate may be arranged at intervals of 0.6 mm or less on the second surface.
  • the optical device may include a plurality of optical transceivers as the optical transceiver.
  • the multiple optical transceivers may be arranged along an edge of the first substrate.
  • the multiple optical transceivers may be arranged along the four sides of the first substrate, and a semiconductor integrated circuit may be mounted on the first surface at a position farther away from each of the sides than the optical transceivers.
  • the multiple connection conductors may be located closer to the semiconductor integrated circuit than the center of the optical transceiver when viewed in the first direction.
  • the optical device may include an optical fiber extending from the optical transceiver in the first direction.
  • the optical transceiver of the present invention is, for example, an optical transceiver that is applied to an optical device and includes a first substrate having a first surface facing a first direction and intersecting the first direction, an optical transceiver that is offset in the first direction relative to the first substrate, a socket that is located between the first substrate and the optical transceiver and has a plurality of connection conductors that electrically connect the conductors of the first substrate and the conductors of the optical transceiver, and an insulator that supports the plurality of connection conductors, and a positioning pin that extends in the first direction between the first substrate and the optical transceiver and penetrates the socket, and positions the first substrate, the optical transceiver, and the socket in a direction intersecting the first direction, and the optical transceiver is provided with a positioning opening in which the positioning pin is positioned.
  • the optical transceiver may have a second substrate having a plurality of conductors and an insulator, and a first member provided between the first substrate and the second substrate and having a first opening through which the positioning pin is inserted.
  • the first opening may pass through the first member
  • the positioning pin may pass through the first opening
  • a second opening may be provided in the second substrate as the positioning opening.
  • the optical transceiver may have a second member covering the second substrate on the opposite side of the second substrate from the first member, and the first member, the second member, and the second substrate may form a portion of the outer surface of the optical transceiver.
  • the present invention provides an improved and novel optical device and optical transceiver that can, for example, more reliably ensure electrical connection between the substrate of the optical device and the optical transceiver.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic perspective view of a switch device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary schematic plan view of the switch device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an exemplary schematic side view of a portion of the switch device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 5A to 5C are exemplary schematic plan views of a part of a switch device according to an embodiment, showing a state before an optical transceiver is placed, a state after the optical transceiver is placed, and a state after the optical transceiver is attached.
  • FIG. 6 is an exemplary schematic perspective view of an optical transceiver according to the embodiment.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic perspective view of a switch device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary schematic plan view of the switch device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an exemplary schematic side view of a portion of the switch device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a
  • FIG. 7 is an exemplary schematic exploded perspective view of the optical transceiver according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII of FIG.
  • FIG. 9 is an exemplary schematic plan view of the bottom surface of the optical transceiver according to the embodiment.
  • arrow X indicates the X direction
  • arrow Y indicates the Y direction
  • arrow Z indicates the Z direction.
  • the X direction, Y direction, and Z direction intersect with each other and are perpendicular to each other.
  • Fig. 1 is a perspective view of a switch device 100 according to an embodiment.
  • Fig. 2 is a plan view of the switch device 100.
  • Fig. 3 is a side view of a portion of the switch device 100 as viewed in the Y direction as indicated by the arrow III in Fig. 1.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in Fig. 2.
  • the switch device 100 is mounted on a motherboard 200. Note that in this embodiment, only one switch device 100 is mounted on the motherboard 200, but multiple switch devices 100 may be mounted on the motherboard 200.
  • the motherboard 200 may also be referred to as an integrated board.
  • the switch device 100 is an example of an optical device.
  • the switch device 100 includes a substrate 10, a switch ASIC 20, a plurality of optical transceivers 30, a heat sink 21 for the switch ASIC 20, a fixing mechanism 40 for fixing the optical transceivers 30 to the substrate 10, and a heat dissipation mechanism 50 for the optical transceivers 30.
  • the substrate 10, the fixing mechanism 40, and the heat dissipation mechanism 50 are referred to as a substrate assembly.
  • the substrate assembly can be mounted on a motherboard 200.
  • the substrate 10 has four sides 10c extending in the X-direction or Y-direction. Also, as shown in FIG. 4, the substrate 10 intersects with the Z-direction and spreads perpendicularly, has a plate-like shape, and has a surface 10a facing the Z-direction and a surface 10b facing the opposite direction of the Z-direction on the opposite side to the surface 10a. Surfaces 10a and 10b intersect with the Z-direction and spread perpendicularly.
  • the substrate 10 is, for example, a printed wiring board.
  • the Z-direction is an example of a first direction of the substrate 10, and may also be referred to as the thickness direction of the substrate 10.
  • the substrate 10 is an example of a first substrate, and surface 10a is an example of a first surface.
  • the optical transceivers 30 are arranged along the four sides 10c of the substrate 10.
  • Each optical transceiver 30 has a photodiode array as a light receiving unit that receives an optical signal.
  • Each light receiving unit receives an optical signal transmitted through an optical fiber 32 and outputs an electrical signal corresponding to the optical signal.
  • the electrical signal is input to the switch ASIC 20 via a socket 43 (see FIG. 4) and a conductor provided on the substrate 10.
  • the optical transceiver 30 also has electronic components that operate when an electrical signal corresponding to the received optical signal is output.
  • each optical transceiver 30 has, for example, a VCSEL array (VCSEL: vertical cavity surface emitting laser) as a light emitting unit that outputs an optical signal.
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • Each light emitting unit receives an electrical signal from the switch ASIC 20 via conductors provided in the board 10 and socket 43, and outputs an optical signal corresponding to the electrical signal.
  • the optical signal is coupled to the optical fiber 32 and transmitted by the optical fiber 32.
  • the optical transceiver 30 also has electronic components that operate when outputting an optical signal corresponding to the received electrical signal.
  • the optical transceivers 30 are fixed to the substrate 10 by fixing mechanisms 40 provided on each side 10c of the substrate 10.
  • a fixing mechanism 40 is provided on each of the four sides 10c, i.e., four fixing mechanisms 40 in total, and are shared by the optical transceivers 30 (eight in this embodiment, as an example) arranged along each side 10c.
  • the fixing mechanism 40 is shared by the optical transceivers 30, which has the advantage that the attachment structure of the fixing mechanism 40 to the substrate 10 can be simplified and the number of parts can be reduced compared to when the optical transceivers 30 are fixed to the substrate 10 by their own fixing mechanisms, thereby reducing the effort and cost required to manufacture the switch device 100.
  • the switch ASIC 20 is mounted on the substrate 10 at a position farther away from each side 10c of the substrate 10 than the optical transceivers 30 (approximately the center of the substrate 10 in this embodiment). As shown in Figure 4, the switch ASIC 20 is mounted, for example, by flip-chip mounting on the surface 10a. The switch ASIC 20 controls the operation of each optical transceiver 30.
  • the switch ASIC 20 is an example of a semiconductor integrated circuit.
  • the heat sink 21 is provided so as to contact the side opposite the substrate 10 with respect to the switch ASIC 20.
  • the heat sink 21 is in contact with the top surface of the switch ASIC 20, and has a base 21a and a plurality of arrayed, pin-shaped fins 21b protruding from the base 21a in the Z direction.
  • the heat sink 21 is also made of a material with relatively high thermal conductivity, such as an aluminum-based metal material. With this configuration, the heat generated in the switch ASIC 20 is transferred in the Z direction in the heat sink 21, and is transferred to the surrounding gas by heat exchange between the fins 21b and the gas surrounding the fins 21b, i.e., released.
  • the fixing mechanism 40 has an upper member 41, an intermediate member 42, and a socket 43. These components of the fixing mechanism 40 are integrated by fasteners 46 such as screws. Among the components of the fixing mechanism 40, the intermediate member 42 and the socket 43 are shared by all the optical transceivers 30 in the group of multiple optical transceivers 30 along each side 10c of the board 10. As shown in Figure 4, the fixing mechanism 40 fixes the optical transceivers 30 located near the side 10c of the board 10 to the board 10 in a state in which they are sandwiched in the thickness direction of the board 10.
  • the fixing mechanism 40 removably fixes the optical transceiver 30 to the board 10.
  • the components of the fixing mechanism 40 include components that are fixed to the board 10 and components that are detachable from the board 10.
  • the intermediate member 42 and the socket 43 are fixed to the board 10, and the upper member 41 is configured to be detachable from the intermediate member 42, i.e., the board 10.
  • the upper member 41 is attached to the intermediate member 42 by a fastener 46 configured as a removable screw.
  • the upper member 41 is not shared by all of the multiple optical transceivers 30 along the side 10c, but is shared only by two optical transceivers 30 adjacent to each other along the side 10c. This has the advantage that, for example, it is possible to simultaneously facilitate removal of the optical transceivers 30 individually and share parts, and that the positioning accuracy can be improved by reducing the effects of bending of the fixing mechanism 40 and manufacturing variations in the components of the fixing mechanism 40 and the optical transceivers 30.
  • this configuration is just one example, and the upper member 41 may be shared by all of the multiple optical transceivers 30 along the side 10c.
  • the socket 43, the intermediate member 42, and the upper member 41 are placed on the substrate 10 in this order.
  • the optical transceiver 30 is offset in the Z direction relative to the substrate 10.
  • the upper member 41 presses the body 31 of the optical transceiver 30 in the opposite direction to the Z direction, toward the board 10 and the socket 43. As shown in Figures 4 and 5, the upper member 41 has an opening 41a as a notch that penetrates the upper member 41 in the Z direction. A part of the body 31 is housed in the opening 41a.
  • the intermediate member 42 has an opening 42a that is a through hole extending in the Z direction.
  • the side of the opening 42a has the function of roughly guiding the body 31 of the optical transceiver 30 in the X and Y directions when it is attached.
  • the socket 43 is placed on the surface 10a of the substrate 10 and supports the body 31 of the optical transceiver 30.
  • the socket 43 is provided with an electrical interface 43a and an opening 43b. Of the socket 43, at least the electrical interface 43a is located between the substrate 10 and the optical transceiver 30.
  • the conductors of the electrical interface 43a are electrically connected to the conductors of the electrical interface provided on the substrate 33 of the optical transceiver 30.
  • the opening 43b exposes the bottom surface 31a4 of the body 31 of the optical transceiver 30 in the opposite direction to the Z direction.
  • the opening 43b is provided, for example, as a through hole or a notch that penetrates the socket 43 in the Z direction.
  • the heat dissipation mechanism 50 dissipates heat generated in the optical transceiver 30.
  • the heat dissipation mechanism 50 has a thermally conductive member 51 and a heat sink 52.
  • the thermally conductive member 51 may be configured to function as part of the fixing mechanism 40.
  • the heat conducting member 51 is aligned with the optical transceiver 30 in the Z direction.
  • the heat conducting member 51 has a portion 51a accommodated in the opening 43b of the socket 43 and the opening 10d of the board 10, and a portion 51b located on the opposite side of the portion 51a from the optical transceiver 30.
  • the heat conducting member 51 is thermally connected to the lower surface 31a4 of the optical transceiver 30, and transfers heat generated in the optical transceiver 30.
  • the heat conducting member 51 is made of a material with a relatively high thermal conductivity, such as an aluminum-based metal material.
  • the heat conducting member 51 is fixed to the board 10 or the fixing mechanism 40 by a fastener such as a screw, adhesive, or the like.
  • the portion 51a is adjacent to the lower surface 31a4 via a flexible heat dissipation material 47, and is thermally connected to the lower surface 31a4.
  • the heat dissipation material 47 is made of a synthetic resin material that has a relatively high thermal conductivity and is flexible and malleable, for example, a thermosetting synthetic resin material with high heat dissipation properties.
  • the provision of the heat dissipation material 47 has the advantage of preventing a decrease in the efficiency of heat conduction from the lower surface 31a4 to the portion 51a due to a gap between the lower surface 31a4 and the portion 51a caused by manufacturing variations or differences in the thermal expansion coefficient between parts, and preventing excessive pressure from being generated between the lower surface 31a4 and the portion 51a.
  • Part 51b is provided integrally with part 51a and is thermally connected to part 51a. Part 51b also extends from part 51a in the opposite direction to the Z direction, i.e., in the thickness direction of the substrate 10, and also extends in a direction intersecting the Z direction on the opposite side of the substrate 10 from the optical transceiver 30.
  • the heat conductive member 51 contacts the heat sink 52 on the side opposite the bottom surface 31a4 of the substrate 10, and is thermally connected to the heat sink 52.
  • the heat sink 52 has a base 52a and a plurality of arrayed, pin-shaped fins 52b protruding from the base 52a in the opposite Z direction.
  • the heat sink 52 is made of a material with a relatively high thermal conductivity, such as an aluminum-based metal material.
  • the heat sink 52 is fixed to the heat conductive member 51 by a fastener such as a screw, soldering, adhesive, or the like.
  • the heat conductive member 51 and the heat sink 52 may be integrated into a single member.
  • the heat sink 52 may also be called a heat dissipation member.
  • the switch device 100 may also be provided with an electric fan, and configured so that the airflow generated by the operation of the electric fan acts on the heat sink 52.
  • the bottom surface 31a4 and the portion 51a are located on the opposite side of the electrical interface 43a from the switch ASIC 20.
  • the electrical interface 43a is located closer to the switch ASIC 20 than the center line C extending in the Z direction of the body 31 of the optical transceiver 30.
  • This arrangement has the advantages of, for example, making it easier to ensure the required transmission characteristics of the electrical signal by shortening the length of the conductor between the electrical interface 43a and the switch ASIC 20, and making it easier to obtain the required heat dissipation performance from the optical transceiver 30 by avoiding interference between the heat conductive member 51 and the conductor.
  • Fig. 6 is a perspective view of the optical transceiver 30.
  • Fig. 7 is an exploded perspective view of the optical transceiver 30.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in Fig. 5.
  • Figs. 6 to 8 show directions (X direction to Z direction) in which the optical transceiver 30 (S2) shown in Fig. 5 is installed.
  • the optical transceiver 30 comprises a body 31, a board 33, a connector 34, a positioning pin 35, and a fastener 36.
  • the optical fiber 32 extends in the Z direction from the optical transceiver 30.
  • the first member 31A, the board 33, and the second member 31B that constitute the body 31 are arranged in this order in the Z direction and are integrated by a fastener 36.
  • the fastener 36 is, for example, a screw.
  • the fastener 36 is an example of a coupling.
  • the body 31 can also be referred to as a housing.
  • the peripheral portion 33e of the substrate 33 is exposed between the first member 31A and the second member 31B that constitute the body 31, and together with the first member 31A and the second member 31B, constitutes part of the outer surface of the optical transceiver 30. With this configuration, it may be possible to make the size of the optical transceiver 30 smaller than if the substrate 33 were housed within the body 31.
  • the lens assemblies 37 are attached to the connector 34 adjacent to each other in the opposite direction of the Z direction.
  • the lens assembly 37 has a holder 37a and a lens array, such as a collimator lens array or a focusing lens array, attached to the holder 37a.
  • the positioning pin 35 positions the connector 34 and the lens assembly 37 in a direction intersecting the Z direction.
  • the second member 31B has a generally rectangular parallelepiped shape.
  • An opening 31b3 is provided in the middle of the second member 31B in the X direction.
  • the opening 31b3 penetrates the second member 31B in the Z direction.
  • the opening 31b3 of the second member 31B houses the connector 34 and at least a part of the lens assembly 37.
  • the second member 31B has through holes 31b1 that penetrate in the Z direction at multiple locations.
  • the substrate 33 has through holes 33c1 that penetrate in the Z direction and are aligned with the through holes 31b1 in the Z direction, and the first member 31A has a female screw hole 31a1.
  • the fixing device 36 penetrates through the through holes 31b1 and 33c1 and is fixed to the female screw hole 31a1.
  • the substrate 33 is, for example, a printed wiring board.
  • the substrate 33 has a substantially constant thickness in the Z direction, and intersects with and is perpendicular to the Z direction.
  • the substrate 33 has a surface 33a and a surface 33b.
  • Surface 33a faces the Z direction and intersects with and is perpendicular to the Z direction.
  • An optical element 301, electronic components 302, etc. are mounted on surface 33a.
  • the optical element 301 is, for example, a light receiving unit such as a photodiode array, or a light emitting unit such as a VCSEL array.
  • the electronic component 302 is, for example, an IC that operates in response to the light receiving unit or light emitting unit.
  • Surface 33b faces in the opposite direction to the Z direction, intersecting and perpendicular to the Z direction.
  • Surface 33b faces electrical interface 43a of socket 43.
  • Board 33 is an example of a second board, and surface 33b is an example of a second surface.
  • a recess recessed in the Z direction is provided on the end of the second member 31B on the opposite side in the Z direction, in a portion facing the mounting area of the optical element 301 and the electronic component 302.
  • a storage chamber R for components such as the optical element 301 and the electronic component 302 is provided between the substrate 33 and the second member 31B.
  • a recess may also be provided in the portion of the substrate 33 facing the second member 31B.
  • the electronic component 302 generates heat in response to operation.
  • the electronic component 302 is an example of a heat generating body.
  • two heat dissipation paths are provided to dissipate the heat generated by the electronic component 302.
  • One of the heat dissipation paths is a path that dissipates heat from the first member 31A described above to the heat conduction member 51 of the heat dissipation mechanism 50.
  • the heat generated in the electronic component 302 is transferred from the surface 33b of the substrate 33 to the first member 31A.
  • a heat conduction member such as a via or inlay at ground potential, that transfers the heat generated in the electronic component 302 mounted on the surface 33a to the surface 33b may be provided in the substrate 33.
  • the heat conduction member is made of a material having a higher thermal conductivity than the insulator of the substrate 33, such as a copper-based metal material.
  • the first member 31A is made of a material having a relatively high thermal conductivity, such as an aluminum-based metal material, that has a higher thermal conductivity than the insulator of the substrate 33.
  • the other heat dissipation path is a path for dissipating heat from electronic component 302 to second member 31B via heat dissipation material 303 provided between electronic component 302 and second member 31B.
  • Heat dissipation material 303 is made of a heat conductive sheet (e.g., a graphite sheet) that has a relatively high thermal conductivity and is flexible and malleable, or a synthetic material whose main component is silicone.
  • Heat dissipation material 303 is an example of a heat conductive member.
  • Second member 31B is also made of a material that has a relatively high thermal conductivity, such as an aluminum-based metal material, and has a higher thermal conductivity than the insulator of substrate 33.
  • the heat transferred to the first member 31A or the second member 31B via these heat dissipation paths is dissipated outside the switch device 100 via the heat dissipation mechanism 50, the fixing mechanism 40, etc.
  • the first member 31A has a substantially constant thickness in the Z direction, and intersects with and is perpendicular to the Z direction.
  • the first member 31A has an opening 31a3 that penetrates in the Z direction at the middle part in the X direction.
  • connection conductors 43d each penetrate the socket 43 in the Z direction at the electrical interface 43a, and electrically connect the conductors of the board 33 and the board 10.
  • the connection conductors 43d can be configured, for example, as contact terminals having elastically expandable pins extending in the Z direction.
  • the conductors of the electronic component 302 are electrically connected to the conductors of the switch ASIC 20 via the conductors of the board 33 of the optical transceiver 30, the connection conductors 43d, and the conductors of the board 10.
  • the socket 43 With the electrical interface 43a, it is possible to more easily construct a configuration that ensures the required positioning accuracy between the conductors of the board 33 of the detachable optical transceiver 30 and the conductors of the board 10, compared to, for example, providing an electrical interface directly on the board 10.
  • connection conductor 43d as a contact terminal with an expandable pin, it is easier to ensure the required surface pressure and required contact area between the conductors of the board 33 and the connection conductor 43d, and between the conductors of the board 10 and the connection conductor 43d, and it is possible to suppress an increase in contact resistance.
  • Figure 9 is a plan view of the underside 31a4 of the optical transceiver 30, which is located in the opposite direction to the Z direction. Figure 9 also shows the directions (X direction to Z direction) when the optical transceiver 30 (S2) shown in Figure 5 is installed.
  • the electrical interface 33d has a number of lands 33d1 and an insulator 33d2.
  • the lands 33d1 each come into contact with the connection conductors 43d of the socket 43 in the Z direction and are electrically connected.
  • the lands 33d1 are an example of a conductor.
  • the lands 33d1 form a land grid array.
  • the rows of the lands 33d1, in which the lands 33d1 are arranged at regular intervals in the Y direction, are arranged at approximately regular intervals in the X direction.
  • the positions of two rows of lands 33d1 adjacent to each other in the X direction are shifted by, for example, approximately half the interval between the lands 33d1 in the Y direction. That is, in the land grid array, the lands 33d1 are arranged in a diagonal lattice pattern.
  • This arrangement allows more lands 33d1 to be arranged more densely, and therefore the optical transceiver 30 can be made smaller.
  • arranging the lands 33d1 as a land grid array is preferable when the interval between the lands 33d1 is 0.6 mm or less, and more preferable when the interval between the lands 33d1 is 0.3 mm or less.
  • the multiple connection conductors 43d that are in contact with and electrically connected to the multiple lands 33d1 also form a land grid array, similar to the multiple lands 33d1.
  • the substrate 10, socket 43, and substrate 33 are positioned in a direction intersecting the Z direction by a positioning pin 11 extending in the Z direction.
  • the substrate 10 has a through hole 10e penetrating in the Z direction.
  • the socket 43 has a through hole 43e penetrating in the Z direction.
  • the substrate 33 has a through hole 33c2 penetrating in the Z direction.
  • the through holes 10e, 43e, and 33c2 are aligned in the Z direction and extend in the Z direction with approximately the same diameter.
  • the first member 31A also has a through hole 31a2 penetrating in the Z direction, which is aligned in the Z direction with the through holes 10e, 43e, and 33c2.
  • the positioning pin 11 passes through the through hole 43e and the through hole 31a2 and extends between the through hole 10e and the through hole 33c2.
  • the fit between the positioning pin 11 and the through holes 10e, 43e, 31a2, and 33c2 is set to be, for example, an intermediate fit or a clearance fit.
  • the substrate 10, the socket 43, the first member 31A, and the substrate 33 are positioned in a direction intersecting the Z direction by the positioning pin 11.
  • the through hole 31a2 of the first member 31A does not necessarily need to be positioned with the positioning pin 11.
  • the through hole 31a2 may be a through hole that has a larger clearance with the positioning pin 11, in other words, a notch that is not positioned with the positioning pin 11.
  • the through hole 31a2 is an example of a first opening
  • the through hole 33c2 is an example of a second opening.
  • the through holes 10e, 43e, 31a2, and 33c2 are also examples of positioning openings.
  • the second member 31B has a bottomed hole 31b2 extending in the Z direction from a position where the second member 31B contacts the substrate 33.
  • the bottomed hole 31b2 is aligned with the through holes 31a2 and 33c2 in the Z direction and extends in the Z direction with approximately the same diameter as the through holes 31a2 and 33c2.
  • the first member 31A, the substrate 33, and the second member 31B can be positioned in a direction intersecting the Z direction by using a positioning pin that passes through the through holes 31a2 and 33c2 and is inserted into the bottomed hole 31b2.
  • the bottomed hole 31b2 is an example of a third opening. Note that the third opening is not limited to the bottomed hole 31b2 and may be a through hole.
  • the positioning pin 11 and the through holes 10e, 43e, 31a2, and 33c2 through which the positioning pin 11 passes are provided at multiple locations spaced apart from each other in a direction intersecting the Z direction. Then, in a plan view seen in the Z direction, the electrical interfaces 43a and 33d, i.e., the multiple connection conductors 43d and the multiple lands 33d1, are provided at positions between the multiple locations. This allows the multiple connection conductors 43d and the multiple lands 33d1 to be positioned with even greater precision.
  • the optical transceiver and the positioning pin may be positioned in a portion of the optical transceiver other than the second substrate, for example, in the first opening.
  • the peripheral portion of the second substrate of the optical transceiver is exposed as part of the outer surface of the optical transceiver, but this is not limited thereto, and the second substrate may be housed within the body (housing) of the optical transceiver, and the peripheral portion may not be exposed to the outer surface.
  • the present invention can be used in optical devices and optical transceivers.
  • 10 ...Substrate (first substrate) 10a... surface (first surface) 10b: surface 10c: side 10d: opening 10e: through hole (positioning opening) 11: Positioning pin 20: Switch ASIC (semiconductor integrated circuit) 21...heat sink 21a...base 21b...fins 30...optical transceiver 31...body 31A...first member 31B...second member 31a1...female thread hole 31a2...through hole (first opening, positioning opening) 31a3: Opening 31a4: Lower surface 31b1: Through hole 31b2: Bottomed hole (third opening) 31b3...opening 32...optical fiber 33...substrate (second substrate) 33a... surface 33b...

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Abstract

光学装置は、例えば、第一方向を向いた第一面を有し第一方向と交差した第一基板と、第一基板に対して第一方向にずれて設けられた光トランシーバと、第一基板と光トランシーバとの間に位置し、第一基板の導体と光トランシーバの導体とを電気的に接続する複数の接続導体と、当該複数の接続導体を支持する絶縁体と、を有したソケットと、第一基板と光トランシーバとの間で第一方向に延びてソケットを貫通し、第一基板、光トランシーバ、およびソケットを第一方向と交差した方向に位置決めする位置決めピンと、を備える。

Description

光学装置および光トランシーバ
　本発明は、光学装置および光トランシーバに関する。
　従来、ネットワークスイッチ装置に用いられる光トランシーバとして、特許文献１に記載された小型光トランシーバが、知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０２０－２７１４７号公報
　ＣＰＯ（co-packaged　optics）を実現するネットワークスイッチ装置では、スイッチＡＳＩＣ（application　specific　integrated　circuit）と、複数の光トランシーバとが、基板上に実装される。
　データセンタトラフィックの急増に伴い、ネットワークスイッチ装置の大容量化および低消費電力化が急務となっている。既存のプラガブルトランシーバを用いたアーキテクチャでは、スイッチ装置のフロントパネルのトランシーバ接続数が律速となり、大容量化の限界が見えている。そこで、ＬＳＩの極近傍に配置する超小型のＣＰＯ（Co-Packaged　Optics）光トランシーバのような小型の光トランシーバが求められている。光トランシーバの更なる小型化が進むと、基板と光トランシーバとの間で電気信号を伝送する複数の導体の間隔が狭くなる。これに伴い、基板に設けられる複数の導体と光トランシーバに設けられる複数の導体との間での電気的な接続を確保するため、基板と光トランシーバとの間での位置決め精度の向上が求められることになる。
　そこで、本発明の課題の一つは、例えば、光学装置の基板と光トランシーバとの間での電気的な接続をより確実に確保することが可能となるような、改善された新規な光学装置および光トランシーバを得ること、である。
　本発明の光学装置は、例えば、第一方向を向いた第一面を有し前記第一方向と交差した第一基板と、前記第一基板に対して前記第一方向にずれて設けられた光トランシーバと、前記第一基板と前記光トランシーバとの間に位置し、前記第一基板の導体と前記光トランシーバの導体とを電気的に接続する複数の接続導体と、当該複数の接続導体を支持する絶縁体と、を有したソケットと、前記第一基板と前記光トランシーバとの間で前記第一方向に延びて前記ソケットを貫通し、前記第一基板、前記光トランシーバ、および前記ソケットを前記第一方向と交差した方向に位置決めする位置決めピンと、を備える。
　前記光学装置では、前記光トランシーバは、複数の導体と、絶縁体と、を有した第二基板と、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられ、前記位置決めピンが挿入される第一開口が設けられた、第一部材と、を有してもよい。
　前記光学装置では、前記第一開口は、前記第一部材を貫通し、前記位置決めピンは、前記第一開口を貫通し、前記第二基板に、前記位置決めピンが挿入される第二開口が設けられ、前記光トランシーバは、前記第二開口において前記位置決めピンと位置決めされてもよい。
　前記光学装置では、前記光トランシーバは、前記第二基板に対して前記第一部材とは反対側で前記第二基板を覆う第二部材を有してもよい。
　前記光学装置では、前記第二部材に、前記第二開口と前記第一方向に並んだ第三開口が設けられてもよい。
　前記光学装置では、前記光トランシーバは、前記第一部材と前記第二部材とを一体化する結合具を有してもよい。
　前記光学装置では、前記光トランシーバは、前記第二基板に設けられた発熱体と、前記発熱体と前記第一部材または前記第二部材との間に介在した熱伝導部材と、を有してもよい。
　前記光学装置では、前記熱伝導部材は、可撓性を有してもよい。
　前記光学装置では、前記第二基板は、前記第一方向の反対方向を向き前記ソケットと面した第二面を有し、前記第二面において、前記第二基板の複数の導体は、ランドグリッドアレイを構成してもよい。
　前記光学装置では、前記第二面において、前記第二基板の複数の導体は、斜方格子状に配置されてもよい。
　前記光学装置では、前記第二面において、前記第二基板の複数の導体は、０．６［ｍｍ］以下の間隔で配置されてもよい。
　前記光学装置は、前記光トランシーバとして複数の光トランシーバを備えてもよい。
　前記光学装置では、前記複数の光トランシーバは、前記第一基板の辺に沿って配置されてもよい。
　前記光学装置では、前記複数の光トランシーバは、前記第一基板の四つの辺に沿って配置され、前記第一面の、前記光トランシーバより前記辺のそれぞれから離れた位置に、半導体集積回路が実装されてもよい。
　前記光学装置では、前記複数の接続導体は、前記第一方向に見た場合に、前記光トランシーバの中心より前記半導体集積回路に近い位置に設けられてもよい。
　前記光学装置は、前記光トランシーバから前記第一方向に延びた光ファイバを備えてもよい。
　本発明の光トランシーバは、例えば、第一方向を向いた第一面を有し前記第一方向と交差した第一基板と、前記第一基板に対して前記第一方向にずれて設けられた光トランシーバと、前記第一基板と前記光トランシーバとの間に位置し、前記第一基板の導体と前記光トランシーバの導体とを電気的に接続する複数の接続導体と、当該複数の接続導体を支持する絶縁体と、を有したソケットと、前記第一基板と前記光トランシーバとの間で前記第一方向に延びて前記ソケットを貫通し、前記第一基板、前記光トランシーバ、および前記ソケットを前記第一方向と交差した方向に位置決めする位置決めピンと、を備えた、光学装置に適用される、前記光トランシーバであって、前記位置決めピンが位置決めされる位置決め開口が設けられる。
　前記光トランシーバは、複数の導体と、絶縁体と、を有した第二基板と、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられ、前記位置決めピンが挿入される第一開口が設けられた、第一部材と、を有してもよい。
　前記光トランシーバでは、前記第一開口は、前記第一部材を貫通し、前記位置決めピンは、前記第一開口を貫通し、前記第二基板に、前記位置決め開口として第二開口が設けられてもよい。
　前記光トランシーバは、前記第二基板に対して前記第一部材とは反対側で前記第二基板を覆う第二部材を有し、前記第一部材、前記第二部材、および前記第二基板によって、前記光トランシーバの外面の一部が構成されてもよい。
　本発明によれば、例えば、光学装置の基板と光トランシーバとの間での電気的な接続をより確実に確保することが可能となるような、改善された新規な光学装置および光トランシーバを得ることができる。
図１は、実施形態のスイッチ装置の例示的かつ模式的な斜視図である。 図２は、実施形態のスイッチ装置の例示的かつ模式的な平面図である。 図３は、実施形態のスイッチ装置の一部の例示的かつ模式的な側面図である。 図４は、図２のIV－IV断面図である。 図５は、実施形態のスイッチ装置の一部の例示的かつ模式的な平面図であって、光トランシーバを載せる前の状態、光トランシーバを載せた状態、および光トランシーバを装着した状態を示す図である。 図６は、実施形態の光トランシーバの例示的かつ模式的な斜視図である。 図７は、実施形態の光トランシーバの例示的かつ模式的な分解斜視図である。 図８は、図５のVIII－VIII断面図である。 図９は、実施形態の光トランシーバの底面の例示的かつ模式的な平面図である。
　以下、本発明の例示的な複数の実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
　以下に示される複数の実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。
　本明細書において、序数は、部品や、部材、部位、方向等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではないし、個数等を限定するものでもない。
　また、各図において、矢印Ｘは、Ｘ方向を示し、矢印Ｙは、Ｙ方向を示し、矢印Ｚは、Ｚ方向を示している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに直交している。
［実施形態］
［スイッチ装置］
　図１は、実施形態のスイッチ装置１００の斜視図である。図２は、スイッチ装置１００の平面図である。図３は、図１の矢印IIIにおいてＹ方向に見た場合の、スイッチ装置１００の一部の側面図である。また、図４は、図２のIV－IV断面図である。
　スイッチ装置１００は、図１に示されるように、マザーボード２００上に実装されている。なお、本実施形態では、マザーボード２００上には、一つのスイッチ装置１００のみが実装されているが、マザーボード２００上には、複数のスイッチ装置１００が実装されてもよい。マザーボード２００は、統合基板とも称されうる。スイッチ装置１００は、光学装置の一例である。
　図１，２に示されるように、スイッチ装置１００は、基板１０と、スイッチＡＳＩＣ２０と、複数の光トランシーバ３０と、スイッチＡＳＩＣ２０用のヒートシンク２１と、光トランシーバ３０を基板１０に固定する固定機構４０と、光トランシーバ３０用の放熱機構５０と、を備えている。スイッチ装置１００のうち、基板１０、固定機構４０、および放熱機構５０を、基板アセンブリと称する。基板アセンブリは、マザーボード２００に実装可能である。
　基板１０は、図２に示されるように、Ｘ方向またはＹ方向に延びた四つの辺１０ｃを有している。また、図４に示されるように、基板１０は、Ｚ方向と交差するとともに直交して広がるとともに、板状の形状を有し、Ｚ方向を向く面１０ａと、当該面１０ａとは反対側でＺ方向の反対方向を向く面１０ｂと、を有している。面１０ａ，１０ｂは、Ｚ方向と交差するとともに直交して広がっている。基板１０は、例えば、プリント配線基板である。Ｚ方向は、基板１０の第一方向の一例であり、基板１０の厚さ方向とも称されうる。基板１０は、第一基板の一例であり、面１０ａは、第一面の一例である。
　複数の光トランシーバ３０は、図２に示されるように、基板１０の四つの辺１０ｃに沿って配置されている。光トランシーバ３０は、それぞれ、光信号を受光する受光部として、フォトダイオードアレイを有している。受光部は、それぞれ、光ファイバ３２において伝送された光信号を受光し、当該光信号に応じた電気信号を出力する。当該電気信号は、ソケット４３（図４参照）および基板１０に設けられた導体を介して、スイッチＡＳＩＣ２０へ入力される。光トランシーバ３０は、受光した光信号に対応した電気信号の出力の際に作動する電子部品も有している。
　また、光トランシーバ３０は、それぞれ、光信号を出力する発光部として、例えば、ＶＣＳＥＬアレイ（ＶＣＳＥＬ：vertical　cavity　surface　emitting　laser）を有している。発光部は、それぞれ、スイッチＡＳＩＣ２０から基板１０およびソケット４３に設けられた導体を介して電気信号を受信し、当該電気信号に応じた光信号を出力する。当該光信号は、光ファイバ３２に結合され、当該光ファイバ３２で伝送される。光トランシーバ３０は、受信した電気信号に対応した光信号の出力の際に作動する電子部品も有している。
　図１，２に示されるように、複数の光トランシーバ３０は、基板１０の辺１０ｃ毎に設けられた固定機構４０によって、基板１０と固定されている。固定機構４０は、四つの辺１０ｃ毎に、すなわち合計４個、設けられており、各辺１０ｃに沿って配置される複数（本実施形態では一例として８個）の光トランシーバ３０について、共用されている。このように、複数の光トランシーバ３０について固定機構４０が共用されることにより、例えば、光トランシーバ３０がそれぞれの固定機構によって基板１０に固定された場合に比べて、固定機構４０の基板１０への取付構造をより簡素化したり、部品点数をより少なくしたりすることができ、ひいてはスイッチ装置１００の製造の手間やコストを抑制できるという利点が得られる。
　スイッチＡＳＩＣ２０は、図１，２に示されるように、光トランシーバ３０よりも基板１０の各辺１０ｃから離れた位置（本実施形態では一例として基板１０の略中央部）で、基板１０に実装されている。また、図４に示されるように、スイッチＡＳＩＣ２０は、面１０ａ上に、例えばフリップチップ実装されている。スイッチＡＳＩＣ２０は、各光トランシーバ３０の作動を制御する。スイッチＡＳＩＣ２０は、半導体集積回路の一例である。
　ヒートシンク２１は、図４に示されるように、スイッチＡＳＩＣ２０に対して基板１０とは反対側に接するように設けられている。ヒートシンク２１は、スイッチＡＳＩＣ２０の頂面と接しており、ベース２１ａと、当該ベース２１ａからＺ方向に突出したアレイ状かつピン状の複数のフィン２１ｂと、を有している。また、ヒートシンク２１は、アルミニウム系金属材料のような、比較的熱伝導率が高い材料で作られている。このような構成により、スイッチＡＳＩＣ２０で生じた熱は、ヒートシンク２１においてＺ方向に伝わり、フィン２１ｂと当該フィン２１ｂの周辺の気体との熱交換により、当該周辺の気体に伝達される、すなわち放出される。
　図３，４に示されるように、本実施形態では、一例として、固定機構４０は、上側部材４１、中間部材４２、およびソケット４３を有している。これら固定機構４０の構成要素は、ねじのような固定具４６等によって一体化されている。また、固定機構４０の構成要素のうち、中間部材４２、およびソケット４３は、基板１０の各辺１０ｃに沿った複数の光トランシーバ３０の群のうち全ての光トランシーバ３０について共用されている。図４に示されるように、固定機構４０は、基板１０の辺１０ｃの近傍に位置した光トランシーバ３０を、基板１０の厚さ方向に挟むような状態で、当該基板１０に固定している。
　また、光トランシーバ３０の装着後の交換を可能とするため、固定機構４０は、光トランシーバ３０を、基板１０に着脱可能に固定している。これを実現するため、本実施形態では、固定機構４０の構成要素は、基板１０と固定される構成要素と、基板１０に対して着脱可能な構成要素とを含んでいる。本実施形態では、中間部材４２およびソケット４３は、基板１０に対して固定され、上側部材４１は、中間部材４２すなわち基板１０に対して着脱可能に構成されている。具体的には、図４に示されるように、上側部材４１は、中間部材４２に、取り外し可能なねじとして構成された固定具４６によって、取り付けられている。
　図５は、光トランシーバ３０を載せる前の状態Ｓ１、光トランシーバ３０を載せた状態Ｓ２、および光トランシーバ３０を装着した状態Ｓ３を示す平面図である。図５の状態Ｓ３に示されるように、本実施形態では、上側部材４１は、辺１０ｃに沿った複数の光トランシーバ３０のうち全てに共用するのではなく、辺１０ｃに沿って隣り合った二つの光トランシーバ３０についてのみ共用している。これにより、例えば、光トランシーバ３０の個々の取り外しの容易化と部品の共用化とを両立することができたり、固定機構４０の撓みや、固定機構４０の構成要素、光トランシーバ３０等の製造ばらつきの影響を減らして位置決め精度をより向上できたり、といった利点が得られる。ただし、このような構成は一例であって、上側部材４１は、辺１０ｃに沿った複数の光トランシーバ３０のうち全てに共用されてもよい。
　図４に示されるように、基板１０上には、ソケット４３、中間部材４２、および上側部材４１がこの順に載せられている。また、光トランシーバ３０は、基板１０に対してＺ方向にずれて設けられている。
　上側部材４１は、光トランシーバ３０のボディ３１を、基板１０や、ソケット４３に向けて、Ｚ方向の反対方向に押圧している。また、図４，５に示されるように、上側部材４１には、当該上側部材４１をＺ方向に貫通する切欠としての開口４１ａが設けられている。当該開口４１ａには、ボディ３１の一部が収容されている。
　中間部材４２には、Ｚ方向に延びた貫通孔としての開口４２ａが設けられている。開口４２ａの側面は、光トランシーバ３０のボディ３１を装着する際にＸ方向およびＹ方向に大まかにガイドする機能を有している。
　ソケット４３は、基板１０の面１０ａ上に載せられるとともに、光トランシーバ３０のボディ３１を支持している。ソケット４３には、電気インタフェース４３ａと、開口４３ｂと、が設けられている。ソケット４３のうち、少なくとも電気インタフェース４３ａは、基板１０と光トランシーバ３０との間に位置している。
　電気インタフェース４３ａの導体は、光トランシーバ３０の基板３３に設けられた電気インタフェースの導体と電気的に接続される。
　開口４３ｂは、光トランシーバ３０のボディ３１に設けられた下面３１ａ４を、Ｚ方向の反対方向に露出する。開口４３ｂは、例えば、ソケット４３をＺ方向に貫通した貫通孔あるいは切欠として設けられる。
　放熱機構５０は、光トランシーバ３０で生じた熱を放出する。放熱機構５０は、熱伝導部材５１と、ヒートシンク５２と、を有している。なお、放熱機構５０のうち、少なくとも熱伝導部材５１は、固定機構４０の一部として機能するよう構成されてもよい。
　熱伝導部材５１は、光トランシーバ３０とＺ方向に並んでいる。熱伝導部材５１は、ソケット４３の開口４３ｂおよび基板１０の開口１０ｄ内に収容された部位５１ａと、当該部位５１ａに対して光トランシーバ３０とは反対側に位置した部位５１ｂと、を有している。熱伝導部材５１は、光トランシーバ３０の下面３１ａ４と熱的に接続され、当該光トランシーバ３０で生じた熱を伝達する。熱伝導部材５１は、例えば、アルミニウム系金属材料のような、比較的熱伝導率が高い材料により作られている。また、熱伝導部材５１は、ねじのような固定具や、接着等により、基板１０または固定機構４０と固定される。
　部位５１ａは、下面３１ａ４と可撓性を有した放熱材４７を介して隣り合い、下面３１ａ４と熱的に接続されている。放熱材４７は、熱伝導率が比較的高く、かつ可撓性および柔軟性を有した合成樹脂材料、例えば、放熱性の高い熱硬化性の合成樹脂材料で作られる。放熱材４７を設けることにより、製造ばらつきや部品間の熱膨張係数の差等によって下面３１ａ４と部位５１ａとの間に隙間が生じて下面３１ａ４から部位５１ａへの熱伝導効率が低下するのを抑制できたり、下面３１ａ４と部位５１ａとの間に過度な押圧力が生じるのを抑制できたり、といった利点が得られる。
　部位５１ｂは、部位５１ａと一体に設けられ、当該部位５１ａと熱的に接続されている。また、部位５１ｂは、部位５１ａから、Ｚ方向の反対方向、すなわち基板１０の厚さ方向に延びるとともに、基板１０に対して光トランシーバ３０とは反対側で、Ｚ方向と交差した方向に延びている。
　また、熱伝導部材５１は、基板１０に対して下面３１ａ４とは反対側で、ヒートシンク５２と接し、当該ヒートシンク５２と熱的に接続されている。ヒートシンク５２は、ベース５２ａと、当該ベース５２ａからＺ方向の反対方向に突出したアレイ状かつピン状の複数のフィン５２ｂと、を有している。また、ヒートシンク５２は、アルミニウム系金属材料のような、比較的熱伝導率が高い材料で作られている。また、ヒートシンク５２は、ねじのような固定具や、はんだ付け、接着等により、熱伝導部材５１と固定される。なお、熱伝導部材５１およびヒートシンク５２は、一つの部材として一体化されてもよい。ヒートシンク５２は、放熱部材とも称されうる。
　このような構成の熱伝導部材５１およびヒートシンク５２により、光トランシーバ３０で生じた熱は、下面３１ａ４から、熱伝導部材５１およびヒートシンク５２においてＺ方向の反対方向に伝わり、フィン５２ｂと当該フィン５２ｂの周辺の気体との熱交換により、当該周辺の気体に伝達される、すなわち放出される。なお、スイッチ装置１００は、電動ファンを備え、当該電動ファンの作動によって生じた空気流がヒートシンク５２に作用するよう構成されてもよい。
　また、図４から明らかとなるように、下面３１ａ４および部位５１ａは、電気インタフェース４３ａに対して、スイッチＡＳＩＣ２０とは反対側に位置している。また、電気インタフェース４３ａは、光トランシーバ３０のボディ３１のＺ方向に延びた中心線Ｃより、スイッチＡＳＩＣ２０に近い位置に設けられている。このような配置により、例えば、電気インタフェース４３ａとスイッチＡＳＩＣ２０との間の導体の長さをより短くできる分、電気信号の所要の伝送特性を確保しやすくなったり、熱伝導部材５１と当該導体との干渉を避けることができる分、光トランシーバ３０からの所要の放熱性能が得られやすくなったり、といった利点が得られる。
［光トランシーバ］
　図６は、光トランシーバ３０の斜視図である。図７は、光トランシーバ３０の分解斜視図である。また、図８は、図５のVIII－VIII断面図である。図６～８には、図５に示される光トランシーバ３０（Ｓ２）が装着された状態における方向（Ｘ方向～Ｚ方向）が示されている。
　図６，７に示されるように、光トランシーバ３０は、ボディ３１と、基板３３と、コネクタ３４と、位置決めピン３５と、固定具３６と、を備えている。光ファイバ３２は、光トランシーバ３０から、Ｚ方向に延びている。ボディ３１を構成する第一部材３１Ａ、基板３３、およびボディ３１を構成する第二部材３１Ｂは、Ｚ方向にこの順に並び、固定具３６によって一体化されている。固定具３６は、例えば、ねじである。固定具３６は、結合具の一例である。ボディ３１は、筐体とも称されうる。
　基板３３の周縁部３３ｅは、ボディ３１を構成する第一部材３１Ａと第二部材３１Ｂとの間で露出しており、これら第一部材３１Ａおよび第二部材３１Ｂとともに、光トランシーバ３０の外面の一部を構成している。このような構成により、基板３３をボディ３１内に収容した場合に比べて、光トランシーバ３０のサイズをより小さく構成できる場合がある。
　図７，８に示されるように、コネクタ３４にはＺ方向の反対方向に隣り合ってレンズアセンブリ３７が取り付けられている。レンズアセンブリ３７は、ホルダ３７ａと、当該ホルダ３７ａに取り付けられた例えばコリメートレンズアレイや集光レンズアレイのようなレンズアレイと、を有している。位置決めピン３５は、コネクタ３４とレンズアセンブリ３７とをＺ方向と交差した方向に位置決めする。
　第二部材３１Ｂは、略直方体状の形状を有している。第二部材３１Ｂには、Ｘ方向の中間部分において、開口３１ｂ３が設けられている。当該開口３１ｂ３は、第二部材３１ＢをＺ方向に貫通している。第二部材３１Ｂの開口３１ｂ３には、コネクタ３４およびレンズアセンブリ３７の少なくとも一部が収容されている。
　また、第二部材３１Ｂには、複数箇所において、Ｚ方向に貫通する貫通孔３１ｂ１が設けられている。貫通孔３１ｂ１とＺ方向に並ぶように、基板３３には、Ｚ方向に貫通する貫通孔３３ｃ１が設けられ、第一部材３１Ａには、雌ねじ孔３１ａ１が設けられている。固定具３６は、貫通孔３１ｂ１および貫通孔３３ｃ１を貫通し、雌ねじ孔３１ａ１に固定される。
　基板３３は、例えば、プリント配線基板である。基板３３は、Ｚ方向に略一定の厚さを有し、Ｚ方向と交差するとともに直交している。基板３３は、面３３ａと、面３３ｂと、を有している。
　面３３ａは、Ｚ方向を向きＺ方向と交差するとともに直交している。面３３ａ上には、光学素子３０１や、電子部品３０２等が実装されている。光学素子３０１は、例えば、フォトダイオードアレイのような受光部や、ＶＣＳＥＬアレイのような発光部である。また、電子部品３０２は、例えば、受光部や発光部に対応して作動するＩＣである。
　面３３ｂは、Ｚ方向の反対方向を向きＺ方向と交差するとともに直交している。面３３ｂは、ソケット４３の電気インタフェース４３ａと面している。基板３３は、第二基板の一例であり、面３３ｂは、第二面の一例である。
　また、図８に示されるように、第二部材３１ＢのＺ方向の反対方向の端部のうち、光学素子３０１や電子部品３０２の実装領域と面する部分には、Ｚ方向に凹む凹部が設けられている。このような構成により、基板３３と第二部材３１Ｂとの間には、光学素子３０１や電子部品３０２のような部品の収容室Ｒが設けられている。なお、基板３３の第二部材３１Ｂと面する部分に凹部が設けられてもよい。
　電子部品３０２は、作動に応じて発熱する。電子部品３０２は、発熱体の一例である。電子部品３０２で生じた熱を放熱するため、本実施形態では、二つの放熱経路が設けられている。
　放熱経路のうちの一つは、上述した第一部材３１Ａから放熱機構５０の熱伝導部材５１へ熱を逃がす経路である。この場合、電子部品３０２で生じた熱は、基板３３の面３３ｂから、第一部材３１Ａへ伝わる。基板３３内には、例えば、グラウンド電位のビアやインレイのような、面３３ａ上に実装された電子部品３０２で生じた熱を面３３ｂへ伝える熱伝導部材が設けられてもよい。当該熱伝導部材は、例えば、銅系金属材料のような、基板３３の絶縁体より熱伝導率が高い材料で作られる。また、第一部材３１Ａは、例えば、アルミニウム系金属材料のような、熱伝導率が比較的高い材料であって、基板３３の絶縁体より熱伝導率が高い材料で、作られている。
　放熱経路のうちのもう一つは、電子部品３０２から、当該電子部品３０２と第二部材３１Ｂとの間に設けられた放熱材３０３を介して、当該第二部材３１Ｂへ熱を逃がす経路である。放熱材３０３は、熱伝導率が比較的高く、かつ可撓性および柔軟性を有した熱伝導シート（例えばグラファイトシート）、またはシリコーンを主成分とする合成材料で、作られる。放熱材３０３は、熱伝導部材の一例である。また、第二部材３１Ｂも、例えば、アルミニウム系金属材料のような、熱伝導率が比較的高い材料であって、基板３３の絶縁体より熱伝導率が高い材料で、作られている。
　これら放熱経路を介して、第一部材３１Ａまたは第二部材３１Ｂへ伝わった熱は、放熱機構５０や、固定機構４０等を介して、スイッチ装置１００外へ、放熱される。
　また、図７，８に示されるように、第一部材３１Ａは、Ｚ方向に略一定の厚さを有し、Ｚ方向と交差するとともに直交している。第一部材３１Ａには、Ｘ方向の中間部分において、Ｚ方向に貫通する開口３１ａ３が設けられている。
　図８に示されるように、開口３１ａ３を、ソケット４３の電気インタフェース４３ａが貫通している。ソケット４３は、絶縁体４３ｃと、複数の接続導体４３ｄと、を有している。絶縁体４３ｃは、複数の接続導体４３ｄを支持している。接続導体４３ｄは、それぞれ、電気インタフェース４３ａにおいて、ソケット４３をＺ方向に貫通し、基板３３の導体と基板１０の導体とを電気的に接続している。接続導体４３ｄは、例えば、Ｚ方向に延びた弾性的に伸縮可能なピンを有した接触端子として構成することができる。このような構成において、電子部品３０２の導体は、光トランシーバ３０の基板３３の導体、接続導体４３ｄ、および基板１０の導体を介して、スイッチＡＳＩＣ２０の導体と、電気的に接続されている。電気インタフェース４３ａを有したソケット４３を備えることにより、例えば、基板１０に直接電気インタフェースを設けた場合に比べて、着脱可能な光トランシーバ３０の基板３３の導体と、基板１０の導体との間で、所要の位置決め精度を確保できる構成を、より容易に構築できるという利点が得られる。また、接続導体４３ｄを、伸縮可能なピンを有した接触端子として構成することにより、基板３３の導体と接続導体４３ｄとの間、および基板１０の導体と接続導体４３ｄとの間で、所要の面圧および所要の接触面積を確保しやすくなり、接触抵抗の増大を抑制できるという利点が得られる。
　図９は、光トランシーバ３０のＺ方向の反対方向に位置する下面３１ａ４を見た平面図である。図９にも、図５に示される光トランシーバ３０（Ｓ２）が装着された状態における方向（Ｘ方向～Ｚ方向）が示されている。
　図９に示されるように、光トランシーバ３０のＺ方向の反対方向の端部では、第一部材３１Ａに設けられた開口３１ａ３を介して、基板３３の面３３ｂのうち、電気インタフェース３３ｄが設けられた領域が、露出している。電気インタフェース３３ｄは、複数のランド３３ｄ１と、絶縁体３３ｄ２と、を有している。ランド３３ｄ１は、それぞれ、ソケット４３の接続導体４３ｄとＺ方向に接触し、電気的に接続される。ランド３３ｄ１は、導体の一例である。
　ここで、図９に示されるように、複数のランド３３ｄ１は、ランドグリッドアレイを構成している。図９に例示されるランドグリッドアレイでは、複数のランド３３ｄ１がＹ方向に一定の間隔で並んだ当該ランド３３ｄ１の行が、Ｘ方向に略一定の間隔で並んでいる。また、Ｘ方向に隣り合う二つのランド３３ｄ１の行の位置は、例えば、Ｙ方向におけるランド３３ｄ１の間隔の略半分だけずれている。すなわち、ランドグリッドアレイは、複数のランド３３ｄ１が、斜方格子状に配置されている。このような配置により、より多くのランド３３ｄ１を、より密に配置することができるため、光トランシーバ３０をより小型に構成することができる。このように、複数のランド３３ｄ１をランドグリッドアレイとして配置するのは、ランド３３ｄ１の間隔が０．６［ｍｍ］以下の場合に好ましく、０．３［ｍｍ］以下の場合にさらに好ましい。
　また、図５のソケット４３（Ｓ１）に示されるように、複数のランド３３ｄ１と接して電気的に接続される複数の接続導体４３ｄも、当該複数のランド３３ｄ１と同様に、ランドグリッドアレイを構成している。
　このような、狭い間隔で配置された基板１０の複数の導体と基板３３の複数の導体としてのランド３３ｄ１との電気的な接続を確保するためには、基板１０、ソケット４３、および基板３３を、Ｚ方向と交差した方向において精度良く位置決めする必要がある。
　そこで、本実施形態では、図８に示されるように、Ｚ方向に延びた位置決めピン１１によって、基板１０、ソケット４３、および基板３３が、Ｚ方向と交差した方向に、位置決めされている。
　具体的に、基板１０には、Ｚ方向に貫通する貫通孔１０ｅが設けられている。ソケット４３には、Ｚ方向に貫通する貫通孔４３ｅが設けられている。基板３３には、Ｚ方向に貫通する貫通孔３３ｃ２が設けられている。貫通孔１０ｅ、貫通孔４３ｅ、および貫通孔３３ｃ２は、Ｚ方向に並んでおり、略同じ直径でＺ方向に延びている。また、第一部材３１Ａには、Ｚ方向に貫通する貫通孔３１ａ２が設けられており、貫通孔１０ｅ，４３ｅ，３３ｃ２とＺ方向に並んでいる。そして、位置決めピン１１は、貫通孔４３ｅおよび貫通孔３１ａ２を貫通し、貫通孔１０ｅと貫通孔３３ｃ２との間で延びている。位置決めピン１１と、貫通孔１０ｅ，４３ｅ，３１ａ２，３３ｃ２とのはめあいは、例えば、中間ばめや、すきまばめとなるよう設定される。このような構成により、基板１０、ソケット４３、第一部材３１Ａ、および基板３３が、位置決めピン１１により、Ｚ方向と交差した方向に位置決めされている。なお、光トランシーバ３０が、位置決めピン１１によって、基板３３に設けられた貫通孔３３ｃ２で位置決めされる場合、第一部材３１Ａの貫通孔３１ａ２は、位置決めピン１１と位置決めされることは必須ではない。この場合、貫通孔３１ａ２は、位置決めピン１１とのクリアランスがより大きな、言い換えると位置決めピン１１と位置決めされない貫通孔や、切欠等であってもよい。貫通孔３１ａ２は、第一開口の一例であり、貫通孔３３ｃ２は、第二開口の一例である。また、貫通孔１０ｅ，４３ｅ，３１ａ２，３３ｃ２は、位置決め開口の一例である。
　さらに、本実施形態では、図８に示されるように、第二部材３１Ｂに、基板３３と接する位置からＺ方向に延びた有底孔３１ｂ２が設けられている。有底孔３１ｂ２は、貫通孔３１ａ２，３３ｃ２とＺ方向に並ぶとともに、当該貫通孔３１ａ２，３３ｃ２と略同じ直径でＺ方向に延びている。この場合、光トランシーバ３０の組み立ての際に、貫通孔３１ａ２，３３ｃ２を貫通して有底孔３１ｂ２に挿入される位置決めピンを利用して、第一部材３１Ａ、基板３３、および第二部材３１Ｂを、Ｚ方向と交差した方向に位置決めすることができる。有底孔３１ｂ２は、第三開口の一例である。なお、第三開口は、有底孔３１ｂ２には限定されず、貫通孔であってもよい。
　また、図５，９に示されるように、本実施形態では、位置決めピン１１、および当該位置決めピン１１を通す貫通孔１０ｅ，４３ｅ，３１ａ２，３３ｃ２は、Ｚ方向と交差した方向に互いに離れた複数箇所に設けられている。そして、Ｚ方向に見た平面視で、電気インタフェース４３ａ，３３ｄ、すなわち複数の接続導体４３ｄおよび複数のランド３３ｄ１は、当該複数箇所の間となる位置に設けられている。これにより、複数の接続導体４３ｄと複数のランド３３ｄ１とをより一層精度良く位置決めすることができる。
　以上、説明したように、本実施形態によれば、スイッチ装置１００（光学装置）の基板１０と光トランシーバ３０との間での電気的な接続をより確実に確保することが可能となるような、改善された新規なスイッチ装置１００および光トランシーバ３０を得ることができる。
　以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
　例えば、光トランシーバと位置決めピンとは、光トランシーバの第二基板以外の部分、例えば、第一開口で位置決めされてもよい。
　また、上記実施形態では、光トランシーバの第二基板の周縁部が、光トランシーバの外面の一部として露出したが、これには限定されず、第二基板は、光トランシーバのボディ（筐体）内に収容され、当該周縁部は外面に露出しなくてもよい。
　本発明は、光学装置および光トランシーバに利用することができる。
１０…基板（第一基板）
１０ａ…面（第一面）
１０ｂ…面
１０ｃ…辺
１０ｄ…開口
１０ｅ…貫通孔（位置決め開口）
１１…位置決めピン
２０…スイッチＡＳＩＣ（半導体集積回路）
２１…ヒートシンク
２１ａ…ベース
２１ｂ…フィン
３０…光トランシーバ
３１…ボディ
３１Ａ…第一部材
３１Ｂ…第二部材
３１ａ１…雌ねじ孔
３１ａ２…貫通孔（第一開口、位置決め開口）
３１ａ３…開口
３１ａ４…下面
３１ｂ１…貫通孔
３１ｂ２…有底孔（第三開口）
３１ｂ３…開口
３２…光ファイバ
３３…基板（第二基板）
３３ａ…面
３３ｂ…面（第二面）
３３ｃ１…貫通孔
３３ｃ２…貫通孔（第二開口、位置決め開口）
３３ｄ…電気インタフェース
３３ｄ１…ランド（導体）
３３ｄ２…絶縁体
３３ｅ…周縁部
３４…コネクタ
３５…位置決めピン
３６…固定具（結合具）
３７…レンズアセンブリ
３７ａ…ホルダ
４０…固定機構
４１…上側部材
４１ａ…開口
４２…中間部材
４２ａ…開口
４３…ソケット
４３ａ…電気インタフェース
４３ｂ…開口
４３ｃ…絶縁体
４３ｄ…接続導体
４３ｅ…貫通孔（位置決め開口）
４６…固定具
４７…放熱材
５０…放熱機構
５１…熱伝導部材
５１ａ…部位
５１ｂ…部位
５２…ヒートシンク
５２ａ…ベース
５２ｂ…フィン
１００…スイッチ装置（光学装置）
２００…マザーボード
３０１…光学素子
３０２…電子部品（発熱体）
３０３…放熱材（熱伝導部材）
Ｃ…中心線
Ｒ…収容室
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向（第一方向）

Claims (20)

  1. 　第一方向を向いた第一面を有し前記第一方向と交差した第一基板と、
    　前記第一基板に対して前記第一方向にずれて設けられた光トランシーバと、
    　前記第一基板と前記光トランシーバとの間に位置し、前記第一基板の導体と前記光トランシーバの導体とを電気的に接続する複数の接続導体と、当該複数の接続導体を支持する絶縁体と、を有したソケットと、
    　前記第一基板と前記光トランシーバとの間で前記第一方向に延びて前記ソケットを貫通し、前記第一基板、前記光トランシーバ、および前記ソケットを前記第一方向と交差した方向に位置決めする位置決めピンと、
    　を備えた、光学装置。
  2. 　前記光トランシーバは、
    　複数の導体と、絶縁体と、を有した第二基板と、
    　前記第一基板と前記第二基板との間に設けられ、前記位置決めピンが挿入される第一開口が設けられた、第一部材と、
    　を有した、請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記第一開口は、前記第一部材を貫通し、
    　前記位置決めピンは、前記第一開口を貫通し、
    　前記第二基板に、前記位置決めピンが挿入される第二開口が設けられ、
    　前記光トランシーバは、前記第二開口において前記位置決めピンと位置決めされた、請求項２に記載の光学装置。
  4. 　前記光トランシーバは、前記第二基板に対して前記第一部材とは反対側で前記第二基板を覆う第二部材を有した、請求項３に記載の光学装置。
  5. 　前記第二部材に、前記第二開口と前記第一方向に並んだ第三開口が設けられた、請求項４に記載の光学装置。
  6. 　前記光トランシーバは、前記第一部材と前記第二部材とを一体化する結合具を有した、請求項４または５に記載の光学装置。
  7. 　前記光トランシーバは、
    　前記第二基板に設けられた発熱体と、
    　前記発熱体と前記第一部材または前記第二部材との間に介在した熱伝導部材と、を有した、請求項４に記載の光学装置。
  8. 　前記熱伝導部材は、可撓性を有した、請求項７に記載の光学装置。
  9. 　前記第二基板は、前記第一方向の反対方向を向き前記ソケットと面した第二面を有し、
    　前記第二面において、前記第二基板の複数の導体は、ランドグリッドアレイを構成した、請求項２に記載の光学装置。
  10. 　前記第二面において、前記第二基板の複数の導体は、斜方格子状に配置された、請求項９に記載の光学装置。
  11. 　前記第二面において、前記第二基板の複数の導体は、０．６［ｍｍ］以下の間隔で配置された、請求項９または１０に記載の光学装置。
  12. 　前記光トランシーバとして複数の光トランシーバを備えた、請求項１または２に記載の光学装置。
  13. 　前記複数の光トランシーバは、前記第一基板の辺に沿って配置された、請求項１２に記載の光学装置。
  14. 　前記複数の光トランシーバは、前記第一基板の四つの辺に沿って配置され、
    　前記第一面の、前記光トランシーバよりも前記辺のそれぞれから離れた位置に、半導体集積回路が実装された、請求項１３に記載の光学装置。
  15. 　前記複数の接続導体は、前記第一方向に見た場合に、前記光トランシーバの中心より前記半導体集積回路に近い位置に設けられた、請求項１４に記載の光学装置。
  16. 　前記光トランシーバから前記第一方向に延びた光ファイバを備えた、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の光学装置。
  17. 　第一方向を向いた第一面を有し前記第一方向と交差した第一基板と、
    　前記第一基板に対して前記第一方向にずれて設けられた光トランシーバと、
    　前記第一基板と前記光トランシーバとの間に位置し、前記第一基板の導体と前記光トランシーバの導体とを電気的に接続する複数の接続導体と、当該複数の接続導体を支持する絶縁体と、を有したソケットと、
    　前記第一基板と前記光トランシーバとの間で前記第一方向に延びて前記ソケットを貫通し、前記第一基板、前記光トランシーバ、および前記ソケットを前記第一方向と交差した方向に位置決めする位置決めピンと、
    　を備えた、光学装置に適用される、前記光トランシーバであって、
    　前記位置決めピンが位置決めされる位置決め開口が設けられた、光トランシーバ。
  18. 　前記光トランシーバは、
    　複数の導体と、絶縁体と、を有した第二基板と、
    　前記第一基板と前記第二基板との間に設けられ、前記位置決めピンが挿入される第一開口が設けられた、第一部材と、
    　を有した、請求項１７に記載の光トランシーバ。
  19. 　前記第一開口は、前記第一部材を貫通し、
    　前記位置決めピンは、前記第一開口を貫通し、
    　前記第二基板に、前記位置決め開口として第二開口が設けられた、請求項１８に記載の光トランシーバ。
  20. 　前記第二基板に対して前記第一部材とは反対側で前記第二基板を覆う第二部材を有し、
    　前記第一部材、前記第二部材、および前記第二基板によって、前記光トランシーバの外面の一部が構成された、請求項１８または１９に記載の光トランシーバ。
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