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公開番号2021092657
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210617
出願番号2019223052
出願日20191210
発明の名称光トランシーバ
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02B 6/42 20060101AFI20210521BHJP(光学)
要約【課題】回路部品からの熱経路を確保して放熱性を高めることができる光トランシーバを提供する。
【解決手段】光トランシーバは、第1面13bの面上に回路部品が実装された平板状の回路基板13と、回路基板13の一端に嵌合する電気コネクタ23と、第1面13bの面上に固定されると共に回路部品に接触する放熱部品50と、内部空間に回路基板13及び放熱部品50を内包し、長手方向D1の一端において電気コネクタ23を保持する筐体2と、を備え、放熱部品50は、第1面13bと平行に凹凸面51を有し、筐体2は、内部に凹凸面51に対向する凹凸面7bを有し、凹凸面51及び凹凸面7bは、第1面13bの法線方向において凹凸面51の凸部53が凹凸面7bの凹部7cに入り込むと共に、凹凸面51の凹部52に凹凸面7bの凸部7dが入り込むように配置され、凹凸面51及び凹凸面7bは、それぞれの側面の間に接触する放熱材が充填されている。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項1】
長手方向に延びる直方体状の外形を有する光トランシーバであって、
第1面を有し、前記第1面の面上に回路部品が実装された平板状の回路基板と、
前記回路基板の前記長手方向の一端に嵌合する電気コネクタと、
前記第1面の面上に固定されると共に前記回路部品に接触する放熱部品と、
内部に内部空間を有し、前記内部空間に前記回路基板及び前記放熱部品を内包し、前記長手方向の一端において前記電気コネクタを保持する筐体と、
を備え、
前記放熱部品は、前記第1面と平行に第1凹凸面を有し、
前記筐体は、前記内部に前記第1凹凸面に対向する第2凹凸面を有し、
前記第1凹凸面及び前記第2凹凸面は、前記第1面の法線方向において前記第1凹凸面の凸部が前記第2凹凸面の凹部に入り込むと共に、前記第1凹凸面の凹部に前記第2凹凸面の凸部が入り込むように配置され、
前記第1凹凸面及び前記第2凹凸面は、それぞれの側面の間にそれぞれの前記側面に接触する放熱材が充填されている、
光トランシーバ。
続きを表示(約 480 文字)【請求項2】
前記放熱材は、可塑性を有し、前記第1凹凸面と前記第2凹凸面との相対的な変位によって加えられる応力に対して変形可能である、
請求項1に記載の光トランシーバ。
【請求項3】
前記放熱材は、放熱ゲルである、
請求項2に記載の光トランシーバ。
【請求項4】
前記第1凹凸面及び前記第2凹凸面は、それぞれ前記長手方向に延びている、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光トランシーバ。
【請求項5】
前記第1凹凸面及び前記第2凹凸面の一方は、それぞれ前記第1面の法線方向に延びる複数の柱部によって形成されており、
前記第1凹凸面及び前記第2凹凸面の他方は、前記第1面の法線方向に延びると共に前記複数の柱部のそれぞれが入り込む複数の穴部によって形成されており、
前記複数の柱部、及び前記複数の穴部は、前記長手方向、及び前記長手方向に交差する幅方向のそれぞれに沿って配列されている、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光トランシーバ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示の一側面は、光トランシーバに関するものである。
続きを表示(約 8,800 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、光通信用モジュールが記載されている。光通信用モジュールは、TOSAである光送信部と、ROSAである光受信部と、電気信号を処理する回路を搭載する回路基板と、光送信部、光受信部及び回路基板を収容する筐体と、を備える。光送信部及び光受信部は、筐体の幅方向に沿って並ぶように配置される。光送信部と筐体の内面との間、及び光受信部と筐体の内面との間、のそれぞれには、第1接続材、金属板及び第2接続材が介在しており、第1接続材及び第2接続材は共にシリコーングリースによって構成されている。このように、光送信部及び光受信部のそれぞれと筐体の内面との間に、第1接続材、金属板及び第2接続材が介在することにより、光送信部及び光受信部のそれぞれから筐体への熱的な接続を図っている。
【0003】
特許文献2には、筐体、光通信素子、放熱シート、回路基板及びグラファイトシートを備えた光通信モジュールが記載されている。光通信素子はTOSAである。光通信素子は半導体レーザと光出射部とを有し、半導体レーザは矩形箱状のパッケージに収容されている。光通信モジュールは3枚の放熱シートを備える。3枚の放熱シートは、パッケージの一方側の面と筐体の内面との間、パッケージの当該一方側の反対側の面と筐体の内面との間、及び回路基板と筐体の内面との間、のそれぞれに配置される。グラファイトシートは、パッケージと放熱シートの間から回路基板と放熱シートの間まで延び出しており、パッケージの熱を放熱シートを介して筐体に伝達するために設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2011―215620号公報
特開2014―119712号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
光トランシーバは、光サブアセンブリと、外部のホストシステムと電気的に接続される電気プラグを有する回路基板と、光サブアセンブリ及び回路基板を収容する筐体とを備える。回路基板には回路部品が実装されており、回路部品は動作に伴い発熱する発熱部品となりうる。よって、回路部品からの熱を放熱することが求められる。回路基板に搭載される回路部品では、信号の高速化に伴って消費電力が大きくなる傾向にあり、放熱が不十分な場合、回路部品の温度が過度に上昇して安定した動作が得られなくなる懸念がある。従って、回路部品の放熱性を更に高めることが求められる。
【0006】
また、回路基板の一端に電気コネクタが設けられると共に、回路基板の回路部品が電気コネクタを介してホストシステムと電気的に接続されることがある。また、回路基板に搭載された回路部品と筐体の内面との間に放熱材が介在することによって回路部品の熱を筐体に逃がす構成が知られている。しかしながら、この構成では、電気コネクタに対して回路基板が傾いたときに、回路部品と放熱材との間、又は放熱材と筐体の内面との間、が離間することがあり、熱経路が確保されなくなることがある。この場合、高温となった回路部品の熱が放熱材を介して筐体に十分に放熱されなくなることがあるので、放熱性の確保の点で改善の余地がある。
【0007】
本開示の一側面は、回路部品からの熱経路を確保して放熱性を高めることができる光トランシーバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一側面に係る光トランシーバは、長手方向に延びる直方体状の外形を有する光トランシーバであって、第1面を有し、第1面の面上に回路部品が実装された平板状の回路基板と、回路基板の長手方向の一端に嵌合する電気コネクタと、第1面の面上に固定されると共に回路部品に接触する放熱部品と、内部に内部空間を有し、内部空間に回路基板及び放熱部品を内包し、長手方向の一端において電気コネクタを保持する筐体と、を備え、放熱部品は、第1面と平行に第1凹凸面を有し、筐体は、内部に第1凹凸面に対向する第2凹凸面を有し、第1凹凸面及び第2凹凸面は、第1面の法線方向において第1凹凸面の凸部が第2凹凸面の凹部に入り込むと共に、第1凹凸面の凹部に第2凹凸面の凸部が入り込むように配置され、第1凹凸面及び第2凹凸面は、それぞれの側面の間にそれぞれの側面に接触する放熱材が充填されている。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、回路部品からの熱経路を確保して放熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、光トランシーバを示す斜視図である。
図2は、図1の光トランシーバの内部構造を示す断面斜視図である。
図3は、図1の光トランシーバの分解斜視図である。
図4は、図1の光トランシーバの内部構造を示す断面図である。
図5は、図4の光トランシーバの電気コネクタに対して回路基板が傾いた状態を示す断面図である。
図6は、本実施形態に係る放熱部品を備えた光トランシーバの内部構造を示す部分断面斜視図である。
図7は、図6の光トランシーバの断面を模式的に示す図である。
図8は、図6の光トランシーバの回路基板、電気コネクタ及び放熱部品を示す斜視図である。
図9は、図8の放熱部品、及び放熱部品を回路基板に保持する保持部品を示す斜視図である。
図10は、図9の放熱部品及び保持部品を図9とは異なる方向から見た斜視図である。
図11は、変形例に係る光トランシーバの内部構造を示す部分断面斜視図である。
図12は、図11の光トランシーバの筐体を示す斜視図である。
図13は、別の変形例に係る光トランシーバの内部構造を示す部分断面斜視図である。
図14は、図13の光トランシーバの筐体を示す斜視図である。
図15は、更なる別の変形例に係る光トランシーバの内部構造を示す部分断面斜視図である。
図16は、図15の光トランシーバの断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。本開示の一実施形態に係る光トランシーバは、長手方向に延びる直方体状の外形を有する光トランシーバであって、第1面を有し、第1面の面上に回路部品が実装された平板状の回路基板と、回路基板の長手方向の一端に嵌合する電気コネクタと、第1面の面上に固定されると共に回路部品に接触する放熱部品と、内部に内部空間を有し、内部空間に回路基板及び放熱部品を内包し、長手方向の一端において電気コネクタを保持する筐体と、を備え、放熱部品は、第1面と平行に第1凹凸面を有し、筐体は、内部に第1凹凸面に対向する第2凹凸面を有し、第1凹凸面及び第2凹凸面は、第1面の法線方向において第1凹凸面の凸部が第2凹凸面の凹部に入り込むと共に、第1凹凸面の凹部に第2凹凸面の凸部が入り込むように配置され、第1凹凸面及び第2凹凸面は、それぞれの側面の間にそれぞれの側面に接触する放熱材が充填されている。
【0012】
この光トランシーバでは、平板状の回路基板の第1面の面上に回路部品が実装されており、回路部品に接触する放熱部品を備える。よって、回路部品に接触する放熱部品によって発熱した回路部品からの熱を放熱部品を介して放熱させることができる。光トランシーバは、回路基板の長手方向の一端に嵌合する電気コネクタと、回路基板及び放熱部品を内包すると共に電気コネクタを保持する筐体とを備える。放熱部品は第1面と平行に第1凹凸面を有し、筐体は第2凹凸面を有する。放熱部品の第1凹凸面、及び筐体の内部の第2凹凸面は、第1面の法線方向において、一方の凹部に他方の凸部が入り込むと共に、他方の凹部に一方の凸部が入り込むように配置されている。また、第1凹凸面と第2凹凸面との間であって、それぞれの側面の間にはそれぞれの側面に接触する放熱材が充填されており、第1凹凸面と第2凹凸面とは放熱材を介して互いに熱的に接続されている。よって、筐体に保持された電気コネクタに対して放熱部材が固定された回路基板が傾いても、放熱部品の第1凹凸面の凹部及び凸部のそれぞれと、筐体の第2凹凸面の凸部及び凹部のそれぞれとが嵌まり合った状態が維持される。従って、電気コネクタに対して回路基板が傾いても、放熱部材の第1凹凸面、及び筐体の第2凹凸面が熱的に接続された状態が維持されるので、放熱部材から筐体への熱経路を確保することができる。その結果、回路部品から放熱部材を介した筐体への熱経路を確保して放熱性を高めることができる。
【0013】
[本願発明の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係る光トランシーバの具体例を、以下で図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以降の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内における全ての変更が含まれることが意図される。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解を容易にするため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面の記載のものに限定されない。
【0014】
図1は、実施形態に係る光トランシーバ1を示す斜視図である。光トランシーバ1は、ホストシステム(通信装置)の内部に設けられたケージに活性挿抜(挿入及び抜去)される。光トランシーバ1は、例えば、CFP8モジュールである。CFP8モジュールは、光トランシーバの業界においてその標準的な仕様が決められている。光トランシーバ1において、信号速度が25Gbps帯のNRZ信号が4値のPAM(Pulse Amplitude Modulation)信号、すなわちPAM4信号に多重化される(多重度2)。
【0015】
例えば、後述するTOSAの内部において、1つの半導体レーザをPAM4信号で駆動することによって、1波長あたり50Gbpsにまで伝送速度が高速化される。1つのTOSAは、例えば、4つの半導体レーザを搭載し、互いに波長が異なる4つの光信号を出力する。以下では、光トランシーバ1に入出力される複数の電気信号と、当該複数の電気信号に対応する1つの波長の光信号との間の信号の経路をレーンと称することがある。
【0016】
1つのTOSAは、例えば、4つのレーンを扱うことができ、200Gbps(50Gbps×4波長)の信号伝送を行う。1つのROSAは、例えば、単一の光信号を単一の電気信号に変換する4つのレーンを備え、TOSAと同様に200Gbpsの伝送を行う。従って、CFP8モジュールは、伝送速度が200GbpsのOSA(TOSA及びROSAの総称)を2つずつ搭載することにより、送信側と受信側のそれぞれにおいて、合計で8レーンを扱い、400Gbpsの伝送容量を達成する。
【0017】
光トランシーバ1は、直方体状の外形を成しており、長手方向D1に延びる筐体2を備える。筐体2の材料は、例えば、亜鉛である。筐体2は、例えば、上筐体7及び下筐体8を含む。筐体2の外寸は、業界規格であるMSA(Multi Source Agreement)に準拠している。例えば、筐体2の長さは106mm、筐体2の幅は40mm、筐体2の高さは9.5mmである。筐体2には、外部の光コネクタを受容すると共に筒状とされたスリーブ4A(図2参照)を有する光レセプタクル4が設けられる。スリーブ4Aは、送信多重信号を送信する送信側スリーブと、外部から受信多重信号を受信する受信側スリーブとを含む。外部の光コネクタは、例えば、LCコネクタである。
【0018】
以下では、図面において、「前後」、「上下」及び「左右」の用語を用いるが、これらの語は図示する状態に基づく便宜的なものである。以下の説明において、上は下筐体8に対して上筐体7が設けられる方向である。前は筐体2に対して光レセプタクル4が設けられる方向である。左右は、上下及び前後のそれぞれと垂直な筐体2の幅方向である。
【0019】
光レセプタクル4は、筐体2の幅方向D2の中央に形成されている。幅方向D2は、長手方向D1に交差する方向であり、例えば上記の左右方向である。筐体2の左右両側にはベール5及びスライダ6が設けられている。ベール5は、光レセプタクル4の上方に位置しておりスライダ6に対して回動自在に取り付けられている。ベール5が前方且つ下方に回動したときにスライダ6が前方に直線移動し、スライダ6の前方への直線移動に伴ってホストシステムのケージに対する光トランシーバ1の係合が解除される。従って、ベール5を前方且つ下方に回動することによって光トランシーバ1をケージから外すことができる。また、前述したように、筐体2の高さは10mm程度であり、スライダ6の幅(図1では上下方向D3の長さ)を僅かに上回る程度とされている。これにより、ホストシステムへの光トランシーバ1の装着密度を高めることができる。
【0020】
図2は、上筐体7の一部を切り欠いた光トランシーバ1の内部構造を示す断面斜視図である。図3は、光トランシーバ1の分解斜視図である。なお、図2〜図5では、後述する放熱部品50(図6参照)の図示を省略している。上筐体7及び下筐体8は、例えば、前述の光レセプタクル4、光レセプタクル4の左右両側に位置する光合波器(Optical-Multiplexer:O-Mux)9及び光分波器(Optical-De-Multiplexer:O-DeMux)10、TOSA(Transmission Optical Sub Assembly)11、ROSA(Receiver Optical Sub Assembly)12、回路基板(プリント基板)13、並びにFPC(Flexible Printed Circuits)14を収容する。本明細書では、光合波器9及び光分波器10をまとめて光合分波器と称することがある。
【0021】
前述したように、光トランシーバ1は、送信部にて8レーンの互いに異なる波長の光信号を扱う。また、光トランシーバ1は、受信部にて8レーンの互いに異なる波長の光信号を扱う。光分波器10は、8レーン分の光信号が多重化された波長多重光信号を、長波長側の4レーン分が多重化されたサブ多重光信号と、短波長側の4レーン分が多重化されたサブ多重光信号に分離する。すなわち、光分波器10は、受信多重信号を分波して少なくとも2つの光信号を生成する。受信部にて、2つのサブ多重光信号は、ROSA12と光学的に接続される。光合波器9は、2つのサブ多重光信号(各4レーン分)を1つの波長多重光信号(8レーン分)に多重化する。すなわち、光合波器9は、少なくとも2つの光信号を合波して送信多重信号を生成する。送信部にて、2つのサブ多重光信号は、TOSA11と光学的に接続される。以下の説明では、TOSA11及びROSA12を総称してOSA(光サブアセンブリ)20と称することがある。
【0022】
光レセプタクル4は、例えば、内部ファイバF及び簡易コネクタCを介してOSA20に光学的に接続される。図3では、OSA20から簡易コネクタCが分離された状態を示している。光合波器9には、スリーブ4Aから延びる1本の内部ファイバF、及びTOSA11に向かう2本の内部ファイバFが光学的に接続される。光分波器10には、ROSA12から延びる2本の内部ファイバF、及びスリーブ4Aに向かう1本の内部ファイバFが光学的に接続される。ここで、光学的に接続されるとは、前述の波長多重光信号及びサブ多重光信号が適切に伝送されるように、光導波路又は光学結合系等が構成されることを意味する。
【0023】
光合波器9及び光分波器10の後側には、2個のTOSA11、及び2個のROSA12が配置される。これらのOSA20は、例えば、4レーンを扱う場合には、それぞれのレーンにおいて単一の光信号及び単一の電気信号間の光電変換を行う。各OSA20には、光合波器9又は光分波器10から延びる2本の内部ファイバFが簡易コネクタCを介して光学的に接続される。各内部ファイバFは、各OSA20の光接続ユニットに光学的に接続される。光接続ユニット内には、光学結合系を構成するレンズ及びアイソレータ等の光学部品が内蔵されている。
【0024】
光合波器9及び光分波器10は、例えば、同一の形状及び同一の外寸寸法を有する。光合波器9及び光分波器10は、それぞれの底部9b,10bに後方に突出する突出部9a,10aを有していてもよい。光合波器9及び光分波器10のそれぞれからは、3本の内部ファイバFがピグテール方式で引き出されている。内部ファイバFは、光合波器9又は光分波器10と光レセプタクル4のそれぞれとの内部の光学系に直接光学的に接続されている。ピグテール方式で引き出されている内部ファイバFは、光合波器9又は光分波器10に一体化して接続されており、容易に外すことはできない。
【0025】
内部ファイバFは第1内部ファイバF1と第2内部ファイバF2とを含んでいる。光合波器9及び光分波器10のそれぞれは、第1内部ファイバF1を介して光レセプタクル4に光学的に接続される。光合波器9及び光分波器10のそれぞれは、第2内部ファイバF2を介して簡易コネクタC(OSA20)に光学的に接続される。
【0026】
各OSA20は、第1保持部材30及び第2保持部材40を介して平板状の回路基板13に装着される。これにより、各OSA20に接続されたFPC14と回路基板13との電気的接続を応力から保護(補強)することができる。従って、接続の信頼性を高めることができる。回路基板13は、OSA20にFPC14を介して電気的に接続される回路部品を搭載する。回路基板13は、OSA20の後側に配置される。
【0027】
回路基板13は、上側に位置する第1回路基板15、及び下側に位置する第2回路基板16を含む。第1回路基板15上には、2個のTOSA11に対面する2個のLDドライバ17、LDドライバ17の後側に位置するDSP(Digital Signal Processor)18、CDR(Clock Data Recovery)及びプリアンプIC等を含む回路部品が搭載される。DSP18は、信号処理ICであり、送信側の8つの電気信号、及び受信側の8つの電気信号に対して信号処理を実行する。DSP18は、例えば25GbpsのNRZ信号をPAM4信号に変換する。
【0028】
第2回路基板16は、その上側に位置する第1回路基板15とスタックコネクタを介して電気的に接続される。スタックコネクタを用いることにより、FPCと比較して、省スペースで電気的接続を実現できる。第1回路基板15は、例えばその両面に回路部品を搭載する。第2回路基板16は、例えばその上面のみに回路部品を搭載する。また、光トランシーバ1は、回路基板13の長手方向D1の一端に嵌合する電気コネクタ23を有する。電気コネクタ23は、回路基板13の後方に設けられた回路基板13とは別のプラグ基板である。電気コネクタ23は、ホストシステムのケージ内に設けられる電気コネクタ(ソケット)と係合する。
【0029】
ケージ内に設けられる電気コネクタと電気コネクタ23との電気的な接続を確保するためには、ケージ内の電気コネクタと電気コネクタ23との係合力を高める必要があり、ケージ内の電気コネクタに対する光トランシーバ1の挿抜力は大きい。光トランシーバ1の挿抜時に電気コネクタ23に及ぼされる応力を回路基板13に波及させないようにするため、及び、電気コネクタ23をケージ内の電気コネクタに強固に係合させるために、電気コネクタ23は回路基板13とは別体となるように分離されている。また、回路基板13及び電気コネクタ23は、長手方向D1に沿って連結されており共に半田実装されている。
【0030】
図4は、光トランシーバ1の内部構造を示す断面図である。図4に示されるように、電気コネクタ(プラグ)23は上方に突出する凸部23aを有し、筐体2は凸部23aが入り込む凹部2aを有する。電気コネクタ23は、上筐体7と下筐体8との間に挟み込まれた状態、また、筐体2の凹部2aに凸部23aが入り込んだ状態で筐体2に保持される。電気コネクタ23は長手方向D1の一端に凹部(内部ソケット)23bを有し、凹部23bに回路基板13が入り込むことによって電気コネクタ23が回路基板13の一端(内部プラグ)に嵌合する。
(【0031】以降は省略されています)

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