(57)【要約】【課題】制御回路と光モジュール間の距離を近接させつつ、これらを効果的に冷却することができる回路基板を提供すること。【解決手段】電子機器の筐体内に配置され、相互に接続された光モジュールと制御回路とが実装された回路基板であって、上記制御回路に搭載され当該制御回路に対して送風して当該制御回路を冷却するファン付きヒートシンクと、上記回路基板上に設けられ上記ファン付きヒートシンクの吸気口に対して上記筐体の外部から取り込んだ外気を流通させる外気導入管と、を備え、上記外気導入管の形成箇所に沿った所定位置に、上記光モジュールを配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器の筐体内に配置され、相互に接続された光モジュールと制御回路とが実装された回路基板であって、
前記制御回路に搭載され当該制御回路に対して送風して当該制御回路を冷却するファン付きヒートシンクと、前記回路基板上に設けられ前記ファン付きヒートシンクの吸気口に対して前記筐体の外部から取り込んだ外気を流通させる外気導入管と、を備え、
前記外気導入管の形成箇所に沿った所定位置に、前記光モジュールを配置した、
回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板であって、
前記外気導入管内に前記光モジュールを配置した、
回路基板。
【請求項３】
請求項１に記載の回路基板であって、
前記回路基板の前記外気導入管が形成されている箇所の裏面側に、前記光モジュールを配置した、
回路基板。
【請求項４】
請求項３に記載の回路基板であって、
前記光モジュールの配置箇所に対応する前記回路基板の裏面側に位置する前記外気導入管内に、前記光モジュールを冷却する光モジュール用ヒートシンクを設けた、
回路基板。
【請求項５】
請求項４に記載の回路基板であって、
前記光モジュール用ヒートシンクは、当該光モジュール用ヒートシンクの外気流入口が、前記外気導入管に外気が流入する外気口側を向いて配置されている、
回路基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の回路基板であって、
前記ファン付きヒートシンクに流入した外気が排出される排気口は、前記外気導入管側を向かずに形成されている、
回路基板。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の回路基板であって、
前記ファン付きヒートシンクの吸気口は、前記回路基板の基板面から所定の高さだけ上方に位置しており、
前記外気導入管は、前記回路基板の基板面上に当該基板面に沿って形成されると共に、前記ファン付きヒートシンクの配置箇所付近で、前記回路基板の基板面に対する前記外気導入管自体の高さ方向の位置が高くなるよう形成されており、
前記光モジュールを、前記外気導入管自体の高さ方向の位置が変化して形成された箇所に配置した、
回路基板。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか記載の回路基板を実装した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板にかかり、特に、制御回路と光モジュールとを搭載した回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの高性能化に伴って、コンピュータに搭載されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）の入出力信号は高速化の一途をたどっている。そのため、回路基板上を伝播する高速電気信号の減衰や雑音の混入に対する対策が課題となっている。
【０００３】
この課題を解決する方法として、近年では、ＣＰＵの高速電気信号の入出力を、光−電気変換モジュール（以降、「光モジュール」という。）を用いて電気−光変換を行い、高速光信号で信号の伝播を行う方法の検討が進められている。光モジュールは、電気信号と光信号を一方から他方へ、あるいは相互に変換する機能を持つ。
【０００４】
このような光モジュールを用いた高速電気信号の減衰に対する対策方法では、光ファイバや光導波路内を伝播する光信号は、回路基板上を伝播する電気信号に比べてパワーの減衰が非常に小さいという特徴を利用している。すなわち、入出力される高速な電気信号が伝送される区間のうちの一部の区間において、光モジュールを用いて電気信号を光信号に変換して伝送させることによって、回路基板上での高速信号の減衰を削減している。また、高速電気信号への雑音の混入に対する対策方法では、光ファイバ内を伝播する光信号は外部からの電磁波の影響を受けないという特徴を利用している。
【０００５】
ここで、ＣＰＵ自体への信号の入出力は電気信号であるため、光モジュールとＣＰＵとの区間は、高速電気信号を回路基板上に伝播させる必要がある。このため、高速な電気信号を光信号に変換して伝送することによる効果を高めるには、回路基板上での電気信号の減衰や雑音の混入を極力小さくする必要がある。従って、伝送される信号が回路基板上を電気信号として伝播する区間の長さを、できる限り短くすることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−６７７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような光モジュールは、透明樹脂基板に光素子および光素子駆動用ＩＣが搭載されているが、放熱性に関する課題がある。つまり、一般に、光−電気変換を行う光モジュールは、動作時に発熱する。具体的に、光モジュールは、例えば、光源素子として用いられるレーザ・ダイオードがドライバＩＣにて駆動される構成になっているため、このとき、光モジュールは電力を消費して発熱する。従って、レーザ・ダイオードの特性を十分に生かすためには、発熱した熱をヒートシンク等によって効率よく拡散させ、冷却する必要がある。
【０００８】
一方で、特許文献１の図２９における光モジュールでは、パッケージ上面に平板マイクロレンズアレイを備えた光入出力部を有しているため、光モジュールの上面に冷却用のヒートシンクを設けることができない。すると、光モジュールの放熱は、当該光モジュールの下面から回路基板への熱伝導によるもののみとなり、また、回路基板の材質は樹脂が使用されることが多いため、十分な放熱を行うことができない、という問題が生じる。
【０００９】
さらに、先にも述べたように、ＣＰＵの高速な電気信号を光信号に変換して伝送することによる効果を高めるには、光モジュールをＣＰＵにできるだけ近づける必要があるが、その一方で、ＣＰＵの発熱やＣＰＵの排気熱の影響により光モジュールの温度が上昇してしまい、ヒートシンクを設けた光モジュールであっても、ＣＰＵに隣接すると冷却できない、という問題が生じる。
【００１０】
このため、本発明の目的は、上述した課題である、制御回路と光モジュール間の距離を近接させつつ、これらを効果的に冷却することができる回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成すべく、本発明の一形態である回路基板は、
電子機器の筐体内に配置され、相互に接続された光モジュールと制御回路とが実装された回路基板であって、
上記制御回路に搭載され当該制御回路に対して送風して当該制御回路を冷却するファン付きヒートシンクと、上記回路基板上に設けられ上記ファン付きヒートシンクの吸気口に対して上記筐体の外部から取り込んだ外気を流通させる外気導入管と、を備え、
上記外気導入管の形成箇所に沿った所定位置に、上記光モジュールを配置した、
という構成をとる。
【００１２】
例えば、上記外気導入管内に上記光モジュールを配置したり、上記回路基板の上記外気導入管が形成されている箇所の裏面側に、上記光モジュールを配置する、という構成をとる。さらに、上記回路基板にて、上記光モジュールの配置箇所に対応する上記回路基板の裏面側に位置する上記外気導入管内に、上記光モジュールを冷却する光モジュール用ヒートシンクを設けた、という構成をとる。
【００１３】
上記構成の回路基板によると、まず、回路基板上に設けられた外気導入管にて、筐体外部から外気が取り込まれてファン付きヒートシンクの吸気口に流入し、これにより制御回路を冷却する。同時に、例えば、外気導入管内やその裏面など、外気導入管の形成箇所に沿って光モジュールを配置しているため、外気導入管を流通する外気によって光モジュールも冷却することができる。さらにこのとき、光モジュールを制御回路へと通ずる外気導入管の形成箇所に沿って配置しているため、光モジュールと制御回路との距離を短く設定することができ、信号の劣化を抑制することもできる。その結果、高品質な回路基板を製造することができる。
【００１４】
また、上記回路基板では、
上記光モジュール用ヒートシンクは、当該光モジュール用ヒートシンクの外気流入口が、上記外気導入管に外気が流入する外気口側を向いて配置されている、
という構成をとる。
【００１５】
これにより、光モジュール用ヒートシンクに対して外気が効率よく流入されるため、光モジュールを効率よく冷却することができる。
【００１６】
また、上記回路基板では、
上記ファン付きヒートシンクに流入した外気が排出される排気口は、上記外気導入管側を向かずに形成されている、
という構成をとる。
【００１７】
これにより、ファン付きヒートシンクに流入した外気は、制御回路を冷却して排出されるため、排気口から排出されるときに暖められている場合があるが、かかる排出された外気が外気導入管に向かって送風されることを防止できる。その結果、外気導入管内の空気が暖められることを抑制でき、光モジュールや制御回路の冷却効率の向上を図ることができる。
【００１８】
また、上記回路基板では、
上記ファン付きヒートシンクの吸気口は、上記回路基板の基板面から所定の高さだけ上方に位置しており、
上記外気導入管は、上記回路基板の基板面上に当該基板面に沿って形成されると共に、上記ファン付きヒートシンクの配置箇所付近で、上記回路基板の基板面に対する上記外気導入管自体の高さ方向の位置が高くなるよう形成されており、
上記光モジュールを、上記外気導入管自体の高さ方向の位置が変化して形成された箇所に配置した、
という構成をとる。
【００１９】
これにより、制御回路にて暖められた空気が光モジュール側に向かうことを有効に抑制できると共に、より光モジュールを制御回路に近接させることができる。これにより、冷却効率の向上を図ると共に、回路自体の品質の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、光モジュールと制御回路との距離を短く設定して信号の劣化を抑制することができると共に、光モジュールと制御回路とを効率よく冷却することができ、高品質な回路基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１における回路基板の構成を示す上面図である。
【図２】本発明の実施形態１における回路基板の構成を示す側面図である。
【図３】図２に開示した回路基板の光モジュールの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２における回路基板の構成を示す側面図である。
【図５】本発明の実施形態２における回路基板の構成を示す下面図である。
【図６】本発明の実施形態３における回路基板の構成を示す側面図である。
【図７】本発明の実施形態３における回路基板の構成を示す側面図である。
【図８】本発明の実施形態４における回路基板の構成を示す側面図である。
【図９】本発明の実施形態４における回路基板の構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、回路基板を上方からみた上面図であり、図２は、回路基板を側方からみた側面図である。図３は、光モジュールの詳細な構成を示す図である。
【００２３】
本実施形態における回路基板１は、情報処理端末などの電子機器の匡体内に配置されたものである。そして、回路基板１には、電子機器の動作を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）といった制御回路２と、半導体レーザといった光モジュール４と、が実装されている。そして、制御回路２と光モジュール４とは相互に電気回路で接続されており、制御回路２と光モジュール４との間で、電気−光変換される電気信号が入出力されている。
【００２４】
また、制御回路２の上部には、当該制御回路２に対して送風して冷却するためのファン付きヒートシンク３が装備されている。具体的には、制御回路２の上部には、熱交換機能を有する多数のフィンが形成されたヒートシンク３２が搭載され、当該ヒートシンク３２に対して外気を流入させるファン３１がさらに上部に搭載されている。なお、ファン付きヒートシンク３における外気の流入口は、回路基板１の基板面と平行、つまり、基板面に対して垂直方向を向いて配置されており、かつ、回路基板１の基板面よりも上方に位置している。従って、ファン付きヒートシンク３に対する外気の流入方向は、回路基板１の基板面に対して垂直方向となる。
【００２５】
そして、本実施形態における回路基板１には、上記ファン付きヒートシンク３に対して外気を導入する外気導入管５が、基板面上に形成されている。この外気導入管５は、回路基板１自体と壁面にて囲まれた管路であり、一端側５１が筐体の外部に露出していて、外気口を形成している。
【００２６】
具体的に、外気導入管５は、制御回路２の実装箇所付近まで、回路基板１上の制御回路２の実装面側に所定の管路にて形成されている。そして、制御回路２近辺で、外気導入管５は回路基板１の基板面から離間するよう、外気導入管５自体の高さ方向の位置が高くなるよう変化している。つまり、外気導入管５は、制御回路２の周囲箇所で、当該制御回路２の上部に実装されたファン付きヒートシンク３の上方に向かって、斜め上方に延びて形成されている。さらに、外気導入管５は、ファン付きヒートシンク３の上方で、当該ファン付きヒートシンク３のファン３１の吸気口を覆って終端している。これにより、外気導入管５は、ファン付きヒートシンク３のファン３１による吸引力により、一端側５１の外気口から外気を取り込み、他端側のファン付きヒートシンク３まで、外気導入管５内を外気が流通することとなる（図２の矢印参照）。
【００２７】
なお、上述したようにファン付きヒートシンク３の吸気口を、回路基板１の基板面に対して垂直方向を向くよう配置すると共に、ほぼ回路基板１の基板面に沿って延びるよう外気導入管５を形成したため、ファン付きヒートシンク３の吸気口は外気が流入してくる方向を向いていないこととなる。従って、ファン付きヒートシンク３の吸気口から制御回路２によって暖められた空気が外気導入管５側に向かうことを抑制でき、冷却効率の向上を図ることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、回路基板１上であって、外気導入管５内に位置する任意の箇所に、上述した光モジュール４が実装されている。ここで、光モジュール４の構成について図３を参照して説明する。
【００２９】
光モジュール４は、例えば、基板面に対して垂直方向にレーザを出力する垂直面発光型半導体レーザであり、ここでは回路基板１の下面方向に向かってレーザを出力するものとする。そして、光モジュール４の下方、つまり、回路基板１の裏面側には、光モジュール４から出力された光信号を光ファイバ４２に伝送するレンズや反射鏡等の光伝送部品４１が搭載されており、これにより、電気信号から変換した信号を光ファイバ４２にて伝送している（図３の矢印参照）。
【００３０】
ここで、上述したように、光モジュール４は、外気導入管５の管路の中に配置されているため、制御装置２に到達する前の外気が常に触れる状態となっている。従って、効率よく確実に光モジュール４を冷却することができる。また、その後の外気は制御回路２へと流入するため、当該制御回路２も冷却することができる。
【００３１】
さらに、光モジュール４を制御回路２へと通ずる外気導入管５内に配置しているため、光モジュール４と制御回路２との距離が必然的に短くなる。従って、かかる間の信号劣化を抑制でき、信号の高速伝送が可能となり、高品質な回路基板を実現できる。
【００３２】
なお、光モジュール４の配置位置は、上述した位置であることに限定されない。外気導入管５が形成された箇所に沿っていかなる位置に光モジュール４を配置しても、当該外気導入管５を流通する外気によって光モジュール４を冷却することができる。例えば、光モジュール４を外気導入管５内に配置することに限らず、外気導入管５の任意箇所の壁面に当接させて配置してもよい。さらに、光モジュール４は、当該光モジュール４を冷却するヒートシンクを備えていてもよい。例えば、ヒートシンクを光モジュール４の一部に組み込んで装備してもよく、光モジュール４に隣接させて装備してもよい。これにより、光モジュール４自体の放熱効率をさらに向上させることができる。
【００３３】
＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図４乃至５を参照して説明する。図４は、回路基板を側方からみた側面図であり、図５は、回路基板を下方からみた下面図である。
【００３４】
本実施形態における回路基板１は、上述した実施形態１のものとほぼ同様の構成をとっているが、本実施形態では特に、回路基板１において制御回路２の実装面とは反対側の面に、光モジュール４が実装されている点で異なる。
【００３５】
具体的には、図４に示すように、外気導入管５の所定箇所、例えば、実施形態１では、光モジュール４が実装されていた箇所に、光モジュール用ヒートシンク６が配置されている。この光モジュール用ヒートシンク６は、例えば、熱交換機能を有する多数のフィンが形成されており、当該光モジュール用ヒートシンク６に対する外気流入口は、外気導入管５の外気口側５１を向いて配置されている。これにより、効率よく外気が光モジュール用ヒートシンク６に流入することとなる。
【００３６】
そして、上記光モジュール用ヒートシンク６の下方、つまり、光モジュール用ヒートシンク６が配置されている箇所の回路基板１における裏面側には、光モジュール４が搭載されている。なお、図示していないが、実施形態１で説明したように、光モジュール４から出力した光信号を光ファイバ４２に伝送する種々の部品も搭載されている。そして、図５の回路基板１の裏面側を示す図のように、光モジュール４と光ファイバ４２が上述したような光伝送部品４１で接続された状態となっている。
【００３７】
以上のように構成した場合であっても、外気導入管５の中に光モジュール用ヒートシンク６が配置されているため、制御装置２に到達する前の外気が常に触れる状態となり、当該光モジュール用ヒートシンク６に当接している光モジュール４の熱が、効率よく確実に熱交換され、当該光モジュール４を冷却することができる。また、その後の外気は制御回路２へと流入するため、当該制御回路４も冷却することができる。
【００３８】
また、光モジュール４を制御回路２へと通ずる外気導入管５の裏面側に配置しているため、光モジュール４と制御回路２との距離がより近くなるよう配置することができる。従って、かかる間の信号劣化を抑制でき、信号の高速伝送が可能となり、高品質な回路基板を実現できる。さらに、光モジュール４に接続される配線などを制御回路２の実装面とは反対側に実装することができるため、回路構成の簡素化を図ることができる。
【００３９】
なお、光モジュール４や光モジュール用ヒートシンク６の配置位置は、上述した位置であることに限定されない。外気導入管５が形成された箇所に沿っていかなる位置に光モジュール４及び光モジュール用ヒートシンク６を配置してもよい。そして、上述した光モジュール４と光モジュール用ヒートシンク６とは、一体的に構成されていてもよい。例えば、光モジュール４の一部に光モジュール用ヒートシンク６を組み込んで構成してもよく、光モジュール４に光モジュール用ヒートシンク６をより隣接させて装備して、一体的に構成してもよい。これにより、光モジュール４自体の放熱効率をさらに向上させることができる。
【００４０】
＜実施形態３＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図６乃至７を参照して説明する。図６は、本実施形態における構成の回路基板を側方からみた側面図であり、図７は、本実施形態における回路基板の構成の他の例を示す側面図である。
【００４１】
本実施形態における回路基板１は、上述した実施形態１又は２のものとほぼ同様の構成をとっているが、本実施形態では、光モジュール４の配置位置が異なる。
【００４２】
具体的に、まず、図６に示す例では、上述した実施形態１と同様に外気導入管５内に光モジュール４が配置されているが、特に、外気導入管５の屈曲する箇所、つまり、制御回路２に近い箇所で外気導入管５が回路基板１の基板面から離間して高さ方向の位置が変化して延びるべく屈曲する箇所に、光モジュール４が搭載されている。
【００４３】
また、図７の例では、上述した実施形態２と同様に外気導入管５内に光モジュール用ヒートシンク６が配置され、その裏面側に光モジュール４が配置されているが、特に、外気導入管５の屈曲する箇所、つまり、制御回路２に近い箇所で外気導入管５が回路基板１の基板面から離間して高さ方向の位置が変化して延びるべく屈曲する箇所に、光モジュール用ヒートシンク６及び光モジュール４が搭載されている。
【００４４】
かかる構成にすることで、より光モジュール４を制御回路２に近接させて実装することができ、信号の劣化を抑制して、高品質な回路基板を実現することができる。
【００４５】
＜実施形態４＞
次に、本発明の第４の実施形態を、図８乃至図９を参照して説明する。図８乃至図９は、図２に側面図を示すような回路基板を上方からみた上面図であり、特に、外気導入管５（二点鎖線で示す）とファン付きヒートシンク３のファン部分３１の図示を省略して、ファン付きヒートシンク３を構成するヒートシンク３２のフィンの構造を示したものである。
【００４６】
まず、図８に示す例では、ファン付きヒートシンク３を構成するヒートシンク３２には、外気導入管５の長手方向に対して垂直方向に延びる複数の板状のフィン３２ａが装備されている。つまり、フィン３２ａに流入した外気が排出される排気口は、外気導入管５側を向かずに、当該外気導入管５の長手方向に対して垂直方向を向いて形成されている。
【００４７】
これにより、各フィン３２ａの間には、上方から外気が導入して、その下方に配置された制御回路２に外気が送風され、その後、矢印Ｙ１に示すように、外気導入管５の長手方向に対して垂直方向に向かって外気が排出される。従って、フィン３２ａを通過して排出される外気は、制御回路２を冷却して排出されるため暖められていることがあるが、かかる排出された外気が外気導入管５に吹きつけられることを防止できる。その結果、フィン３２ａからの排気により外気導入管５内の空気が暖められることを防止でき、光モジュール４や制御回路２の冷却効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また、図９に示す例では、ファン付きヒートシンク３を構成するヒートシンク３２には、「く」の字状に屈曲した複数の板状のフィン３２ｂが装備されている。そして、「く」の字状に屈曲したフィン３２ｂは、ヒートシンク３２の中心からそれぞれ側方に向かうにつれて、外気導入管５の管路が形成されている側とは反対側に向かうよう屈曲して形成されている。つまり、フィン３２ｂに流入した外気が排出される排気口は、外気導入管５側を向かずに、当該外気導入管５の管路が形成されている側とは反対側を向いて形成されている。
【００４９】
これにより、各フィン３２ｂの間には、上方から外気が導入して、その下方に配置された制御回路２に外気が送風され、その後、矢印Ｙ２に示すように、外気導入管５の管路とは反対側に向かって外気が排出される。従って、フィン３２ｂを通過して排出される外気は、制御回路２を冷却して排出されるため暖められていることがあるが、かかる排出された外気が外気導入管５に吹きつけられることを防止できる。その結果、フィン３２ｂからの排気により外気導入管５内の空気が暖められることを防止でき、光モジュール４や制御回路２の冷却効率の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  回路基板
２  制御回路
３  ファン付きヒートシンク
３１  ファン
３２  ヒートシンク
３２ａ，３２ｂ  フィン
４  光モジュール
４２  光ファイバ
５  外気導入管
６  光モジュール用ヒートシンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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