(57)【要約】【課題】光モジュールにおいて、放熱効率の低下を抑えつつ信号配線のノイズ耐性を高める。【解決手段】光モジュールは、信号配線が配置された横断部１１ｃを隔てて第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂが設けられた配線基板１１と、この配線基板１１の第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂの第１の面１１ｄ側に実装された発熱する光部品１２と、配線基板１１の第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂの、第１の面１１ｄ側とは反対の第２の面１１ｅ側に配置されたヒートシンクと、横断部１１ｃおよびヒートシンクと光部品１２との間に設けられ、配線基板１１の厚み方向である第１の方向Ｄ１よりも、この第１の方向に直交する面内において横断部１１ｃに交差する第２の方向Ｄ２に熱伝導率が高い異方性放熱シート１４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号配線が配置された横断部を隔てて第１の開口および第２の開口が設けられた配線基板と、
前記配線基板の前記第１の開口および前記第２の開口の第１の面側に実装された発熱する光部品と、
前記配線基板の前記第１の開口および前記第２の開口の、前記第１の面側とは反対の第２の面側に配置されたヒートシンクと、
前記横断部および前記ヒートシンクと前記光部品との間に設けられ、前記配線基板の厚み方向である第１の方向よりも、該第１の方向に直交する面内において前記横断部に交差する第２の方向に熱伝導率が高い異方性放熱シートと、
を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、前記配線基板の前記第１の開口に挿入される第１の延出部と、前記配線基板の前記第２の開口に挿入される第２の延出部とを含む、ことを特徴とする付記１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記第１の延出部は、前記第１の開口を貫通して前記配線基板の前記第１の面から突出し、
前記第２の延出部は、前記第２の開口を貫通して前記配線基板の前記第１の面から突出する、
ことを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記横断部は、前記配線基板の前記第１の面よりも窪んだ位置に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項５】
前記横断部と前記異方性放熱シートとの間に配置されたシート状部材を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で論じられる実施の形態は、配線基板と光部品とを備える光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の高速化、高度化に伴い、光通信に用いられる光モジュールにおいても高速化、高密度化が図られてきている。高速化や高密度化が図られるにつれ、従来と比較し消費電力の増大と高密度化とによる放熱対策の難しさが顕著になっている。
【０００３】
一方、近年高速な光通信を実現するため、通信方式が複雑化している。高速部分を処理するモジュールは１箇所にまとめた方が良い特性が得られやすいこともあり、高速光部品を中心に高機能で複雑な光部品が登場しつつある。このような光部品は概して大型であり、高速通信を行うためには、大型で発熱量が大きい部品を使いこなすことが望ましい。高密度化と相反するこの課題の両立は難しい。
【０００４】
このように、光伝送技術の発達により、信号の伝送容量が年々増大している。このような状況下、光信号を送受信するモジュール（光モジュール）において、電気信号に変換・処理する部分（光受信部品）の発熱量は大きくなっているといえる。
【０００５】
現在、１００Gbpsレベルでの標準化が進んでいるが、ＯＩＦ（Optical Internetworking Forum）で論議されている業界標準仕様(OIF-DPC-RX-01.0)では、60mm×41mmの大型光部品がある。このような光部品は、非常に発熱量が大きいが、温度により光特性が変化することが多い。
【０００６】
このため光特性を保つためには放熱性が重要である。上記業界標準仕様では、一部分について放熱すべき点を規定しているが、これは特に規定されている部分の発熱が現在の技術水準では多くなるためで、優先順位付けの観点からの規定であり、将来は中央部分の発熱が比較的強くなる可能性がある。
【０００７】
光部品の横方向についているリードピンへの配線のため、配線基板には、リード部分に向かって信号の配線が設けられる。このため、配線基板は、リード近くまで伸ばすべく、基板を大きく切り欠いた、開口を有する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
大型光部品は、精密に平坦加工されているケースと密着させネジ止めで固定され、平坦である大型光部品の底面から放熱させるのが一般的である。また、放熱を必要とする部品についてヒートシンクに放熱ができるように基板に大きな穴（開口）が設けられている（例えば、特許文献２参照）。このように、従来から大型の開口を基板に設け、大きなヒートシンクと光部品とで熱結合を行いつつ、光部品自体は配線基板との配線を行う方法がとられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０７−３０２２３号公報
【特許文献２】特表平０４−５０２３８５号公報
【特許文献３】特開２００７−１１５８６８号公報
【特許文献４】特開２００７−０１９１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１１は、参考技術に係る光モジュールの光部品１１２の実装状態を示す斜視図である。
図１２は、参考技術に係る光モジュールの光部品未実装状態を示す斜視図である。
図１３は、参考技術に係る光モジュールの配線基板１１１を示す斜視図である。
図１２および図１３に示すように、配線基板１１１には、開口１１１ａが設けられている。
【００１１】
図１１に示す光部品１１２には、ゴムブーツ１１２ａ部分を介して光ファイバ１１５が挿入される。
光部品１１２のリード１１２ｂは、例えば左右一対に設けられる。
光部品１１２は、４つ角のフリンジ１１２ｃにおいてネジ１１２ｄによりケース１１３に固定される。
【００１２】
図１２に示すように、配線基板１１１の開口１１１ａには、ケース１１３から上方に延出する延出部１１３ａが下方から挿入されている。これにより、ケース１１３がヒートシンクとして機能する。
延出部１１３ａが光部品１１２に接触することで、光部品１１２の熱が延出部１１３ａを介して放出される。
【００１３】
このような光モジュールでは、配線基板１１１に大きな開口１１１ａを形成するため、基板１１１の設計に制約が出る。まず、部品実装スペースを大きく損なうことになる。高度化によって部品数の削減は難しくなっており、さらに高密度化が進みつつある光モジュールにおいて、配線基板１１１の有効面積が減少することは、実装設計の破綻を意味する。
【００１４】
大型の光部品１１２は近い将来さらに大きくなることが考えられ、ケース１１３（延出部１１３ａ）と大型の光部品１１２との密着する面積をしっかり確保し、効率を見直し、放熱性能を維持しつつ配線基板１１１の有効面積をいかに確保するかが求められる。
【００１５】
ところで、光部品１１２が光受信部品である場合、配線基板１１１において光送信部品と並んで配置されるため、通常、図１１に示すように配線基板１１１の端の領域に配置される。
【００１６】
光部品１１２からのリード１１２ｂは、通常、光部品１１２の両側に設けられている。そのため、リード１１２ｂからの信号のうち、配線基板１１１の端側の信号は、開口１１１ａを避けて、図１３に示すように迂回したルートを通ることになる。
【００１７】
これにより、迂回配線が多数発生し、配線基板１１１のリード１１２ｂへの配線設計を非常に困難とする問題が発生する。迂回配線によって、通るはずのなかった配線基板１１１の領域を配線が通過することになるが、この領域にも当然部品があり、部品の配線が多数存在する。配線を迂回させることで、迂回ルートの配線密度が上がり、設計の難易度が上がり場合によっては配線が不可能となる。また迂回配線によって当然パターン長は長くなる。パターンへのノイズ混入は多くなり、総じてパターンの伝送品質は劣化することになる。
【００１８】
接続する大型の光部品１１２は、高速で振幅の小さな信号を処理しているため、このようなノイズの混入は、大型光部品の特性を十分引き出すことができず、不安定な特性しか出せないことにつながる。
【００１９】
このほか光部品１１２の放熱構造として特有の条件がある。１つが応力を小さくしなければならない点である。固定などには応力が掛かるが、固定する面に対してなるべく均一に掛かることが理想で、局所的に応力が強く掛かる構造は採用が難しい。
【００２０】
また、放熱性グリースや放熱性接着剤なども採用が難しい。そもそも接着剤は剥がすのが困難であり、修理対応時などに作業を困難にさせる。放熱性グリースは長期信頼性に欠ける。シリコンオイルが多く含まれる場合には光部品１１２を含む周囲の光部品１１２に入り込み、内部にあるプリズムや光導波路を汚染することで光レベル低下の障害を起こしやすい。
【００２１】
以上のように、配線基板１１１の有効面積減少に対する課題と、そもそも大きな切り欠きを設けていた理由である放熱の課題とを、特有の条件を加味しながら高いレベルで両立することが望ましい。
【００２２】
１つの側面では、本発明の目的は、放熱効率の低下を抑えつつ信号配線のノイズ耐性を高めることができる光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
光モジュールは、信号配線が配置された横断部を隔てて第１の開口および第２の開口が設けられた配線基板と、前記配線基板の前記第１の開口および前記第２の開口の第１の面側に実装された発熱する光部品と、前記配線基板の前記第１の開口および前記第２の開口の、前記第１の面側とは反対の第２の面側に配置されたヒートシンクと、前記横断部および前記ヒートシンクと前記光部品との間に設けられ、前記配線基板の厚み方向である第１の方向よりも、該第１の方向に直交する面内において前記横断部に交差する第２の方向に熱伝導率が高い異方性放熱シートと、を備える光モジュールが提供される。
【発明の効果】
【００２４】
開示の光モジュールは、放熱効率の低下を抑えつつ信号配線のノイズ耐性を高めることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】光モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図３】第１実施形態における配線基板を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の変形例に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図５】第２実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図６】第３実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図７】第４実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図８】第４実施形態における熱の伝達方向を示す断面図である。
【図９】第４実施形態における計算条件を示す断面図である。
【図１０】第４実施形態における横断部の幅と温度上昇との関係を示す図である。
【図１１】参考技術に係る光モジュールの光部品の実装状態を示す斜視図である。
【図１２】参考技術に係る光モジュールの光部品未実装状態を示す斜視図である。
【図１３】参考技術に係る光モジュールの配線基板を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、第１実施形態〜第４実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、光モジュール１の一例を示す斜視図である。
図２は、第１実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
図３は、第１実施形態における配線基板１１を示す斜視図である。
【００２７】
図１に示すように、光モジュール１では、後述する光部品１２等がケース１３に収容され、ケース１３を貫通して受信側光ファイバ１５および送信側光ファイバ１６が配置されている。
【００２８】
図１に示す光モジュール１は、一例にすぎず、後述する、配線基板１１、光部品１２、ケース１３、および異方性放熱シート１４を備えるものであれば本実施形態に適用可能である。
【００２９】
図１〜図３に示すように、光モジュール１は、配線基板１１と、光部品１２と、ヒートシンクの一例であるケース１３と、異方性放熱シート１４と、を備える。
【００３０】
図２および図３に示すように、配線基板１１には、信号配線が配置された横断部１１ｃを隔てて第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂが設けられている。分割する開口の数は、３つ以上の数でもよいが、分割数を多くするにつれ、ケース１３との接触面積が急激に減少するため、放熱性確保の観点では２つがより望ましい。
【００３１】
光部品１２は、発熱する部品であり、配線基板１１の第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂの第１の面１１ｄ側に実装される。光部品１２は、例えば光受信部品である。光部品１２には、ゴムブーツ１２ａ部分を介して受信側の光ファイバ１５が挿入されている。
【００３２】
光部品１２は、図１１に示す光部品１１２と同様に、例えば左右一対に設けられるリード１１２ｂを含み、４つ角のフリンジ１１２ｃにおいてネジ１１２ｄによりケース１３に固定されるようにするとよい。
【００３３】
図１および図２に示すように、ケース１３は、配線基板１１と、光部品１２と、異方性放熱シート１４とを収容する。ケース１３は、配線基板１１の第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂの第２の面１１ｅ側に配置されたヒートシンクとしても機能する。第２の面１１ｅは、第１の面１１ｄとは反対に位置する面である。
【００３４】
ケース１３は、配線基板１１の第１の開口１１ａに挿入されるように延び出る第１の延出部１３ａと、第２の開口１１ｂに挿入されるように延び出る第２の延出部１３ｂと、を含む。本実施形態では、第１の延出部１３ａおよび第２の延出部１３ｂがケース１３と一体に設けられている。
【００３５】
異方性放熱シート１４は、横断部１１ｃ、第１の延出部１３ａ、および第２の延出部１３ｂと、光部品１２との間に設けられている。
【００３６】
異方性放熱シート１４は、配線基板１１の厚み方向である第１の方向Ｄ１よりも、この第１の方向Ｄ１に直交する面内において横断部１１ｃに交差する第２の方向Ｄ２に熱伝導率が高い。この第２の方向Ｄ２は、本実施の形態では、横断部１１ｃの長手方向に直交する方向である。なお、横断部１１ｃは、帯状に延びるが、形状は特に限定されない。
【００３７】
異方性放熱シート１４の一例としては、グラファイトシート、カーボンナノチューブからなるシートなどの公知のシートを用いることができる（例えば、特開２００７−０１９１３０号公報および特開２００７−１１５８６８号公報）。
【００３８】
ただし、従来のように放熱路に絶縁層があると、光部品１２のボディをＳＧ（signal ground）に接続することができず、これではアースが弱くなり、高速で安定動作させる必要がある光部品の放熱には向かない。
【００３９】
なお、厚み方向に熱伝導率が低い異方性放熱シート１４が光部品１１と反対面への放熱は行えないのは、異方性放熱シート１４の厚みが極端に厚いときのみに現れる問題であって、通常市販されているグラファイトシートのような例えば０．１ｍｍ以下の薄いシートにおいては、熱抵抗は結果的に小さくなり無視できる問題である。熱抵抗を無視できるのは、異方性放熱シート１４が０．１ｍｍ以上の場合であっても同様であり、異方性放熱シート１４が光部品１１と反対面への放熱を行えないのは、あくまで例外であり、異方性放熱シート１４の数ｍｍ以上の厚さを除外するものではない。
【００４０】
ただし、異方性放熱シート１４は、第１の方向Ｄ１の熱伝導率よりも第２の方向Ｄ２の熱伝導率が１桁程度優れた、なるべく薄いシートであることが望ましい。
【００４１】
ここで、光部品１２からケース１３への放熱を確実に行うために、配線基板１１を光部品１２に押し付けることで、異方性放熱シート１４を横断部１１ｃおよび光部品１２に密着させる。
【００４２】
具体的には、第１の延出部１３ａおよび第２の延出部１３ｂの延出方向の先端は、配線基板１１の第１の面１１ｄと同一面上に位置する。例えば、配線基板１１の第１の面１１ｄを第１の延出部１３ａおよび第２の延出部１３ｂの延出方向の先端よりも例えば０．２ｍｍ程高く設定すると、第１の面１１ｄがわずかに高いことで、配線基板１１の弾性力により横断部１１ｃと光部品１２との接触性が改善できる。
【００４３】
ただし、あまり段差があると、強い応力が局所的に掛かるため光部品１２の特性劣化の恐れがある。そのため、あまり大きな段差をつけないことが望ましい。横断部１１ｃの第１の面１１ｄと第２の面１１ｅとの間の内層については、配線領域として利用することで、光部品１２の配線長を短くすることができる。
【００４４】
横断部１１ｃの第１の面１１ｄについては、パターンを設置しないか、あるいは、図４に示すように光部品１２のボディ部分と同電位の広面積パターン１１ｆを置くと良い。
【００４５】
横断部１１ｃの第１の面１１ｄは、異方性放熱シート１４と密着させることが望ましいが、異方性放熱シート１４は、電気伝導性が高いことが多く、光部品１２のボディ部分はＳＧ（signal ground）であることが多い。
【００４６】
このため、多くの場合は、広面積パターン１１ｆをＳＧとし、ソルダーレジストを塗布しないでおくことで、光部品１２のＳＧ強化にも利用することができる。他の電位である場合は、図２に示すように横断部１１ｃの第１の面１１ｄに一切パターンを置かないことで、異なる電位のショートを防ぐことができる。
【００４７】
また、ケース１３と光部品１２との間に異方性放熱シート１４が挟まる部分では、異方性放熱シート１４の電気伝導性のため、密着させることで電位を一致させることができる。ケース１３および異方性放熱シート１４の形状は、横断部１１ｃの第１の面１１ｄと第１の延出部１３ａおよび第２の延出部１３ｂの先端とをすべて覆い、光部品１２の底面積（横断部１１ｃの第１の面１１ｄに対向する面の面積）と同じあるいは若干小さいほうがよい。
【００４８】
これは、はみ出した異方性放熱シート１４が周囲の電気部品と接触することで、前述の電気伝導性によって、ショートする可能性があるためである。図１１に示すようなネジ１１２ｄ止めのフリンジ１１２ｃ部分についても異方性放熱シート１４で覆い、ネジ１１２ｄが貫通する部分の異方性放熱シート１４に穴をあけておくほうが理想的である。この構造は、シート厚０．２ｍｍ程度の段差によるネジ１１２ｄ止め時のフリンジ１１２ｃ部分へのストレス軽減の点で有利である。
【００４９】
横断部１１ｃの第２の面１１ｅに部品搭載が無いのであれば、横断部１１ｃの第２の面１１ｅに対向する部分においてケース１３を高くして横断部１１ｃの第２の面１１ｅに近づけることができ、近づける方が望ましい。これは、ケース１３が通常の金属である場合、第１の延出部１３ａおよび第２の延出部１３ｂの先端から受けた熱が図２の下方に伝わって行く過程で、ケース１３のうち横断部１１ｃの第２の面１１ｅに対向する部分が高いことで第２の方向Ｄ２への熱拡散が進む。金属はほぼ等方性の熱伝導率を持っているので、ケース１３の肉厚によりホットスポット（ケース１３表面の高温部分）の温度が下がる。これは、結果的には光部品１２の温度を下げることに貢献できる。
【００５０】
横断部１１ｃの第１の面１１ｄを異方性放熱シート１４と接触させず、第１の延出部１３ａおよび第２の延出部１３ｂの先端を横断部１１ｃの第１の面１１ｄよりも高くし、横断部１１ｃの第１の面１１ｄ付近の異方性放熱シート１４と光部品１２の接触性を放熱性グリースや放熱性接着剤などで貼り付けることで解決する手法も考えられる。
【００５１】
しかし、そもそも接着剤は剥がすのが困難であり、修理対応時などにおいて、異方性放熱シート１４の交換を困難にさせる。放熱性グリースは剥がす点では問題が無いが、シリコンオイルの乾燥により放熱特性が変わることがあるため長期信頼性に欠ける上、シリコンオイルが多く含まれる場合には、周囲の光部品１２に入り込み、内部にあるプリズムや光導波路を汚染することで光レベル低下の障害を起こしやすい。本実施形態では、放熱性グリースや放熱性接着剤が不要であることも有利な点の１つとなっている。
【００５２】
なお、横断部１１ｃは、配線基板１１の他の部分とは異なるＦＰＣのような柔軟性のある基板などで接続することも可能である。しかしながら、別部材の追加は、部材費用や組立費用面でコスト的に不利である上、手間が掛かり、生産性が良くない。このため横断部１１ｃは、配線基板１１と一体に設けられていることが望ましい。
【００５３】
以上説明した第１実施形態では、配線基板１１には、信号配線が配置された横断部１１ｃを隔てて第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂが設けられている。光部品１２は、配線基板１１の第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂの第１の面１１ｄ側に実装され、発熱する。ケース１３を一例とするヒートシンクは、配線基板１１の第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂの、第１の面１１ｄ側とは反対の第２の面１１ｅ側に配置されている。異方性放熱シート１４は、横断部１１ｃおよびヒートシンク（ケース１３）と光部品１２との間に設けられ、配線基板１１の厚み方向である第１の方向Ｄ１よりも、この第１の方向Ｄ１に直交する面内において横断部１１ｃに交差する第２の方向Ｄ２に熱伝導率が高い。
【００５４】
そのため、横断部１１ｃに信号配線を設けることができ、信号配線が開口の回りを迂回してノイズの影響を受けるのを防ぐことができる。また、放熱性の効果の詳細については、第４実施形態において詳しく後述するが、異方性放熱シート１４によって、光部品１２から横断部１１ｃ側に伝わる熱をケース１３側に熱伝導させることができる。よって、本実施形態によれば、放熱効率の低下を抑えつつ信号配線のノイズ耐性を高めることができる。
【００５５】
また、配線基板１１の部品実装スペースを大きく損なうことなく、迂回配線を解消することができる。また、配線基板１１の配線密度が下がり、設計の難易度を下げることができる。また、迂回配線解消によって配線基板１１のパターン長を短くすることができる。これらにより、配線基板１１の有効面積減少を抑えることができるとともに、そもそも大きな開口を設けている理由である放熱の問題を高いレベルで満足させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、ケース１３を一例とするヒートシンクは、配線基板１１の第１の開口１１ａに挿入される第１の延出部１３ａと、配線基板１１の第２の開口１１ｂに挿入される第２の延出部１３ｂとを含む。そのため、光部品１２からケース１３に熱伝導しやすくなり、放熱効率の低下を抑えることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、第１の延出部１３ａおよび第２の延出部１３ｂの延出方向の先端は、配線基板１１の第１の面１１ｄと同一面上に位置する。そのため、簡単な構成で、異方性放熱シート１４を、光部品１２、横断部１１ｃ、第１の延出部１３ａ、第２の延出部１３ｂなどに密着させて、放熱効率の低下を抑えることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、ヒートシンクは、配線基板１１と光部品１２と異方性放熱シート１４とを収容するケース１３である。そのため、簡単な構成で確実に放熱効率の低下を抑えることができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
本実施形態では、ヒートシンクの一例であるケース２３の第１の延出部２３ａ，第２の延出部２３ｂが、第１の開口１１ａ，第２の開口１１ｂを貫通して配線基板１１の第１の面１１ｄから突出すること、および、横断部１１ｃと異方性放熱シート１４との間にシート状部材の一例である絶縁シート１７が配置されていることに関して上述の第１実施形態と相違し、その他は概ね同様である。そのため、詳細な説明は省略する。
【００６０】
絶縁シート１７は、横断部１１ｃの第１の面１１ｄに貼り付けられている。横断部１１ｃの第１の面１１ｄには、第１の面側パターン１１ｇが設けられている。絶縁シート１７は一例としてポリイミド耐熱テープなどがあり、厚さは例えば０．０７ｍｍ程度である。絶縁シート１７は、第１の面側パターン１１ｇ上に設けられているため、絶縁シート１７および第１の面側パターン１１ｇの厚さは、合わせて約０．１ｍｍ程度で考えればよい。
【００６１】
そのため、ケース２３の第１の延出部２３ａ，２３ｂが配線基板１１の第１の面１１ｄから突出する出部分の厚さｔ１は、同様に約０．１ｍｍ程度とすれば、異方性放熱シート１４と横断部１１ｃ（絶縁シート１７）とを密着させることが可能となる。
【００６２】
なお、ポリイミド耐熱テープは一例であり、絶縁シート１７としては、電気絶縁性を有していれば、他のものでも代替が可能である。
【００６３】
異方性放熱シート１４には、絶縁シートや絶縁膜を貼り付けたものも存在する。これらのシートの絶縁性を絶縁シート１７として応用できるが、当然、ケース２３の第１の延出部２３ａおよび第２の延出部２３ｂにも絶縁物が乗ることになり、熱抵抗が上昇する。
【００６４】
接触性を考慮した場合、シート状部材（絶縁シート１７）は、弾性シートであることが望ましく、クッション性（弾性）がある耐熱素材が最良の選択となる。代替の一例として、絶縁性の薄いシリコン放熱シートがある。シリコン放熱シートは、１００℃以上の耐熱と素材のやわらかさのため、耐熱テープの代替には適している。
【００６５】
クッション性のある部材は、潰れてゆくときの反力が押し上げ寸法にしたがってゆっくり増加する。寸法公差を考えた場合、光部品１２への反力を小さくすることが可能となり、光部品１２に横断部１１ｃから局所的に応力を掛ける本実施形態では採用を推奨する構造となる。
【００６６】
また、絶縁シート１７を一例とするシート状部材は、横断部１１ｃが図５の下方に撓むのを小さく抑えることができる。これは、シート状部材が弾性シートである場合もそうでない場合も同様である。
【００６７】
また、配線基板１１には、絶縁性のソルダーレジストが塗布されているものもあり、ソルダーレジストの電気絶縁性が完全であれば、絶縁シート１７の代わりに使ってもよい。ただし、一般的にはソルダーレジストの絶縁性や強度は問題があるため、ソルダーレジストの上から絶縁シートを貼る方がよい。
【００６８】
本実施形態では、絶縁シート１７が部材として追加にはなるが、横断部１１ｃの第１の面１１ｄの電気的絶縁を確保できるため、横断部１１ｃの第１の面１１ｄを配線領域として使用することが可能である。
【００６９】
また、横断部１１ｃにおける第１の面側パターン１１ｇと第２の面側パターン１１ｈとの間の配線層間の接続にスルーホール部１１ｉやＩＶＨ（Interstitial Via Hole）が設けられ、第１の面１１ｄにアニュアリングが設けられる。
【００７０】
第１実施形態のように絶縁シート１７を配置しない場合、ショート防止の観点から第１の面１１ｄにアニュアリングを設けることはできないため、層間の接続は事実上できない。一方、本実施形態では、絶縁シート１７を用いることで、層間の接続が可能となる。
【００７１】
そのため、配線基板１１内での配線の交差などが可能となり、設計の自由度が飛躍的に向上する。ケース２３の横断部１１ｃの第２の面１１ｅとの対向部分については、第２の面側パターン１１ｈとショートしない限りは、高さを高く設定したほうが良い。最良の条件は、横断部１１ｃの第２の面１１ｅにも絶縁シート１７を貼り付け、この絶縁シート１７に接触する機械的高さの限界まで、ヒートシンク２３の上記対向部分を高くするとよい。
【００７２】
以上説明した第２実施形態によって、上述の第１実施形態と同様の構成に関しては同様の効果、すなわち、放熱効率の低下を抑えつつ信号配線のノイズ耐性を高めることができることができるなどの効果を得ることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、第１の延出部２３ａは、第１の開口１１ａを貫通して配線基板１１の第１の面１１ｄから突出し、第２の延出部２３ｂは、第２の開口１１ｂを貫通して配線基板１１の第１の面１１ｄから突出する。そのため、配線基板１１の横断部１１ｃと光部品１２との間に隙間を設けることができる。これにより、絶縁シート１７、弾性シート、或いはその両方の性質を有するシートなどのシート状部材を上記の隙間に配置することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、絶縁シート１７を一例とするシート状部材は、横断部１１ｃと異方性放熱シート１４との間に配置されている。そのため、横断部１１ｃが撓むのを抑えることができる。
【００７５】
また、本実施形態では、シート状部材が絶縁シート１７であるため、横断部１１ｃの第１の面１１ｄに第１の面側パターン１１ｇを設けたり、横断部１１ｃにスルーホール部１１ｉを設けたりすることができるなど設計の自由度が向上する。
【００７６】
また、本実施形態では、シート状部材が弾性シートである場合、横断部１１ｃから光部品１２への反力を小さくすることができる。
【００７７】
＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
【００７８】
本実施形態では、配線基板２１の横断部２１ｃが第１の面２１ｄよりも窪んだ位置に形成されていることに関して上述の第２実施形態と相違し、その他は第１実施形態および第２実施形態と概ね同様である。そのため、詳細な説明は省略する。
【００７９】
本実施形態の配線基板２１も、第２実施形態の配線基板１１と同様に、第１の開口２１ａと、第２の開口２１ｂと、横断部２１ｃと、第１の面２１ｄと、第２の面２１ｅと、第１の面側パターン２１ｇと、第２の面側パターン２１ｈと、スルーホール部２１ｉと、を含む。
【００８０】
更に、配線基板２１の横断部２１ｃは、例えば横断部２１ｃの全体に亘って、第１の面２１ｄ側に開口する凹部２１ｊ（深さｔ２）が形成されている。これにより、横断部２１ｃは、第１の面２１ｄよりも窪んだ位置に形成されている。
【００８１】
なお、本実施形態でも、第２実施形態と同様に、ケース２３の第１の延出部２３ａおよび第２の延出部２３ｂが配線基板２１の第１の面２１ｄから突出するが（突出部分の厚さｔ１）、第１実施形態と同様に突出しないようにしてもよい。
【００８２】
本実施形態の絶縁シート（シート状部材の一例）２７は、例えば絶縁性シリコンシートであり、第２実施形態の絶縁シート１７よりも厚いものである。そのため、絶縁シート２７が異方性放熱シート１４にしわを生じさせやすい。しわのまま異方性放熱シート１４を固定すると、異方性放熱シート１４に折れ曲がりや破損が発生しやすくなる。
【００８３】
このため、絶縁シート２７を実装したときに、絶縁シート２７の表面と第１の延出部２３ａおよび第２の延出部２３ｂの先端とに段差がないことが理想的である。これを実現するために、横断部２１ｃの全体に亘って凹部２１ｊが形成されて、横断部２１ｃの厚さが薄くなっている。
【００８４】
なお、配線基板２１には、絶縁性のソルダーレジストが塗布されているものもあるが、本実施形態では、ソルダーレジストの上から厚い絶縁シートを貼ることを想定している。
【００８５】
以上説明した第３実施形態によって、上述の第１，第２実施形態と同様の構成に関しては同様の効果、すなわち、放熱効率の低下を抑えつつ信号配線のノイズ耐性を高めることができることができるなどの効果を得ることができる。
【００８６】
また、本実施形態では、横断部２１ｃは、配線基板２１の第１の面２１ｄよりも窪んだ位置に形成されている。そのため、配線基板２１の横断部２１ｃと光部品２２との間に隙間を設けることができる。これにより、絶縁シート２７、弾性シート、或いはその両方の性質を有するシートなどのシート状部材を上記の隙間に配置することができる。
【００８７】
＜第４実施形態＞
図７は、第４実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す断面図である。
本実施形態では、横断部１１ｃの第２の面１１ｅに電子部品１１ｋが実装され、この電子部品１１ｋが、横断部１１ｃの第１の面１１ｄに設けられた配線である第１の面側パターン１１ｇと電気的に接続されていることに関して上述の第２実施形態と相違し、その他は第２実施形態と概ね同様である。そのため、詳細な説明は省略する。
【００８８】
図７に示すように、横断部１１ｃには、第２実施形態と同様に、第１の面側パターン１１ｇと第２の面側パターン１１ｈとスルーホール部１１ｉとが設けられ、横断部１１ｃの第２の面１１ｅには電子部品１１ｋが設けられている。
【００８９】
本実施形態では、第２の面側電子部品１１ｋが第１の面側パターン１１ｇと電気的に接続されているため、絶縁性を維持するため、横断部１１ｃと異方性放熱シート１４（光部品１２）との間には、図７に示す絶縁シート１７あるいは第３実施形態の絶縁シート２７が設けられることが望ましい。
【００９０】
図８は、第４実施形態における熱の伝達方向を示す断面図である。
図９は、第４実施形態における計算条件を示す断面図である。
図１０は、第４実施形態における横断部の幅Ｌと温度上昇ΔＴとの関係を示す図である。
【００９１】
図８に示す異方性放熱シート１４の熱伝導率は、例えばグラファイトシートであれば、配線基板１１の厚み方向である図７の第１の方向Ｄ１で７Ｗ／ｍＫ程度、第１の方向Ｄ１に直交する面内において横断部１１ｃに交差する第２の方向Ｄ２で７００Ｗ／ｍＫ程度であり（実際には第１の方向Ｄ１に直交する面内で同一）、第２の方向Ｄ２の熱伝達には非常に向いている。
【００９２】
第１の方向Ｄ１について、異方性放熱シート１４の熱伝導性はそれほど良好ではないが、そもそも厚さが０．１０ｍｍ程度と薄いため、熱抵抗としては０．０３℃／Ｗ程度と大きくならない。図８には、光部品１２のうち横断部１１ｃとの対向部分から直接ケース２３と接触する部分までの放熱について矢印で示す。すなわち、光部品１２のうち横断部１１ｃとの対向部分の熱は、異方性放熱シート１４を介して第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂ側に熱伝導し、その後、第１の延出部２３ａおよび第２の延出部２３ｂに熱伝導する。
【００９３】
ここで、第４実施形態の計算条件について説明する。
ケース２３は、アルミニウムによる切削加工かアルミニウムのダイカスト成形により製造されている。第１の延出部２３ａおよび第２の延出部２３ｂの先端である放熱面の平坦度については、光部品１２との接触性に影響があるため、留意した設計とすることが望ましい。
【００９４】
これらのケース２３をアルミニウムで製造すると、１５０〜２３７Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を持つが、等方性の熱伝導率を持っているため、１ｍｍ程度の薄い部分では、熱の拡散がうまく行われない。このため、光部品１２との接触部分の周囲についても、ケース２３の肉厚を厚くする設計を行っている。
【００９５】
光部品１２は、OIF-DPC-RX-01.0では集積受信デバイスであるが、極めて類似の構造である、Ｔｕｎａｂｌｅ  ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの他の光部品にも応用可能である。
【００９６】
集積受信デバイスのボディは、コバールになっており、熱による形状の変化の影響を受けにくくなっている。ただしネジ締めによるトルクの歪みでも特性に影響が出る上、接触部分の平坦度が悪いとネジ止め時に大きな歪みが発生する。取り付け方法とネジトルクには特に留意することが望ましい。
【００９７】
配線基板１１は、高速特性の良いＦＲ４材料である。厚みは約２ｍｍとなっている。近年のＦＲ４系材料は、ガラスクロスの低比誘電率化と誘電正接の特性改善が目覚しく、光モジュールの配線基板１１には適している。
【００９８】
横断部１１ｃでは、図６に示す凹部２１ｊを形成せず、横断部１１ｃの層数は配線基板１１の他の部分と同一である。配線基板１１の開口は、第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂの２つであり、中央付近を横断部１１ｃが橋渡しする。
【００９９】
横断部１１ｃのパターンは、スルーホール部１１ｉを設置し、内層にも両面の表層にもパターンが入っている（第１の面側パターン１１ｇ，第２の面側パターン１１ｈ）。異方性放熱シート１４と横断部１１ｃとの絶縁に用いられる絶縁シート１７は、０．０７ｍｍ厚のカプトンテープ（ポリイミドテープ）である。これにより、横断部１１ｃの第１の面１１ｄ側全体が絶縁されている。なお、配線基板１１は、プリフラックス処理で、ソルダーレジストは塗布したものであるが、光部品１２と接触することでソルダーレジストが剥離する可能性もあるため、絶縁はカプトンテープで行われている。
【０１００】
一部上述の説明と重複するが、異方性放熱シート１４は、グラファイトシートである。グラファイトシートは、ポリイミドシートを炭化して製造されるシートで、面方向の炭素の分子結合により面方向（第１の方向Ｄ１に直交する面内、すなわち、第２の方向Ｄ２を含む方向）の熱伝導率は７００Ｗ／ｍＫ、厚さ方向（第１の方向Ｄ１）で７Ｗ／ｍＫ程度となっている。厚みは、ハンドリングも考慮し、０．１ｍｍ厚である。形状は、光部品１２の底面と同形状とし、図１１に示すようなフリンジ１１２ｃ部分も接触させるよう設計されている。このため、グラファイトシートには、４箇所のネジ１１ｄを貫通する貫通用の孔が設けられている。
【０１０１】
本実施形態の効果は簡単に検討できる。シミュレーションのような大掛かりな計算を必要としない。まず、熱伝導率と熱路の面積、長さから熱抵抗を求め、すべての熱抵抗の合成抵抗として検討する。
【０１０２】
光部品１２の底板厚さは２ｍｍあり、この上に発熱体があるものとする。一方、横断部１１ｃの幅（第２の方向Ｄ２）をＬとする。幅Ｌは中心振り分けであり、残りの底面はすべてアルミニウムのケース２３とネジ止めされる。ケース２３の熱伝導率は２３７Ｗ／ｍＫ(純アルミニウムで計算)、光部品１２は１７Ｗ／ｍＫとする。グラファイトシートの厚みは０．１ｍｍである。熱の基準点を図９に示す温度基準点とし、この温度基準点と発熱体との温度差をΔＴと定義する。温度差ΔＴは設計要件として１０℃以下となるようにする。
【０１０３】
また、横断部１１ｃの幅Ｌについても設計要件がある。幅Ｌがあまりにも小さい場合、横断部１１ｃの裏面側に部品の搭載ができないなどの問題がある。電子部品１１ｋ周囲の配線領域も含め、幅Ｌは１０ｍｍ以上とする。発熱体は４Ｗとし、光部品１２の中央に実装されているとする。
【０１０４】
異方性放熱シート１４であるグラファイトがある場合、図１０に白三角のプロットで示すように、異方性放熱シート１４であるグラファイトがない場合の黒四角のプロットと比較して、横断部１１ｃの幅Ｌに対する温度上昇ΔＴを抑えることができる。
【０１０５】
上述の設計条件例である幅Ｌ１０ｍｍ以上で且つ温度上昇ΔＴ１０℃以下という条件を満たしうるのは、グラファイトがある場合に限られる。今回の計算で条件を満たすのは、グラファイトを用い、且つ、幅Ｌが１０〜２０ｍｍの場合である。
【０１０６】
配線基板１１の設計を横断部１１ｃの幅Ｌ＝２０ｍｍとすることで、光部品１２のpinと配線されるＦＥＴや大型のＡ／Ｄコンバータを置けるようになる。これらの部品は、光部品１２と反対側、すなわち、横断部１１ｃの第２の面１１ｅに実装される。配線でスルーホール部１１ｉを用いることが望ましいため、絶縁シート１７として前述のカプトンテープが用いられる。
【０１０７】
配線基板１１は、例えば１６層であるが、前述のＳＧやＦＥＴや大型のＡ／Ｄコンバータへ接続のため、うち６層分は広面積パターンで配線し、両面表層を除く残りの8層を光部品１２のＰｉｎへの配線で使用することができる。グラファイトシート（異方性放熱シート１４）による効果で幅Ｌを２０ｍｍと大きく取れるため、設計自由度が劇的に改善される。
【０１０８】
このように設計時点で、図３の第１の開口１１ａおよび第２の開口１１ｂと配線基板１１の端部における配線の混雑は解消され、より短いルートでの配線が可能となった。また、熱の検討において、デバイスの規定温度内に入っていることを確認することができる。配線の面と放熱性の面とで両立できることが確認できる。
【０１０９】
以上説明した実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
信号配線が配置された横断部を隔てて第１の開口および第２の開口が設けられた配線基板と、
前記配線基板の前記第１の開口および前記第２の開口の第１の面側に実装された発熱する光部品と、
前記配線基板の前記第１の開口および前記第２の開口の、前記第１の面側とは反対の第２の面側に配置されたヒートシンクと、
前記横断部および前記ヒートシンクと前記光部品との間に設けられ、前記配線基板の厚み方向である第１の方向よりも、該第１の方向に直交する面内において前記横断部に交差する第２の方向に熱伝導率が高い異方性放熱シートと、
を備えることを特徴とする光モジュール。
（付記２）
前記ヒートシンクは、前記配線基板の前記第１の開口に挿入される第１の延出部と、前記配線基板の前記第２の開口に挿入される第２の延出部とを含む、ことを特徴とする付記１記載の光モジュール。
（付記３）
前記第１の延出部は、前記第１の開口を貫通して前記配線基板の前記第１の面から突出し、
前記第２の延出部は、前記第２の開口を貫通して前記配線基板の前記第１の面から突出する、
ことを特徴とする付記２記載の光モジュール。
（付記４）
前記横断部は、前記配線基板の前記第１の面よりも窪んだ位置に形成されていることを特徴とする付記１から付記３のいずれか記載の光モジュール。
（付記５）
前記第１の延出部および前記第２の延出部の延出方向の先端は、前記配線基板の前記第１の面と同一面上に位置することを特徴とする付記２記載の光モジュール。
（付記６）
前記配線基板と前記光部品と前記異方性放熱シートとを収容するケースを更に備え、
前記ヒートシンクは、前記ケースである、
ことを特徴とする付記１から付記５のいずれか記載の光モジュール。
（付記７）
前記横断部と前記異方性放熱シートとの間に配置されたシート状部材を更に備えることを特徴とする付記１から付記６のいずれか記載の光モジュール。
（付記８）
前記シート状部材は、絶縁シートであることを特徴とする付記７記載の光モジュール。
（付記９）
前記シート状部材は、弾性シートであることを特徴とする付記７または付記８記載の光モジュール。
（付記１０）
前記横断部の前記第２の面には、前記横断部の前記第１の面に設けられた配線と電気的に接続された部品が実装されていることを特徴とする付記１から付記９のいずれか記載の光モジュール。
【符号の説明】
【０１１０】
１      光モジュール
１１      配線基板
１１ａ      第１の開口
１１ｂ      第２の開口
１１ｃ      横断部
１１ｄ      第１の面
１１ｅ      第２の面
１１ｆ      広面積パターン
１１ｇ      第１の面側パターン
１１ｈ      第２の面側パターン
１１ｉ      スルーホール部
１１ｋ      電子部品
１２      光部品
１２ａ      ゴムブーツ
１３      ケース
１３ａ      第１の延出部
１３ｂ      第２の延出部
１４      異方性放熱シート
１５      光ファイバ
１６      光ファイバ
１７      絶縁シート
２１      配線基板
２１ａ      第１の開口
２１ｂ      第２の開口
２１ｃ      横断部
２１ｄ      第１の面
２１ｅ      第２の面
２１ｇ      第１の面側パターン
２１ｈ      第２の面側パターン
２１ｉ      スルーホール部
２１ｊ      凹部
２３      ケース
２３ａ      第１の延出部
２３ｂ      第２の延出部
２７      絶縁シート
１１１      配線基板
１１１ａ      開口
１１２      光部品
１１２ａ      ゴムブーツ
１１２ｂ      リード
１１２ｃ      フリンジ
１１２ｄ      ネジ
１１３      ケース
１１３ａ      延出部
【図１】
2014115317.tif 000003
【図２】
2014115317.tif 000004
【図３】
2014115317.tif 000005
【図４】
2014115317.tif 000006
【図５】
2014115317.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014115317.tif 000009
【図８】
2014115317.tif 000010
【図９】
2014115317.tif 000011
【図１３】
2014115317.tif 000012
【図１０】
2014115317.tif 000013
【図１１】
2014115317.tif 000014
【図１２】
2014115317.tif 000015