特許 6221868 電子モジュールの放熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6221868

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】電子モジュールの放熱装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20171023BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20171023BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/40 D

   H01L33/00 H

   H01L31/02 B

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-56568(P2014-56568)

(22)【出願日】2014年3月19日

(65)【公開番号】特開2015-179743(P2015-179743A)

(43)【公開日】2015年10月8日

【審査請求日】2016年11月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】特許業務法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 久志

(72)【発明者】

【氏名】沖野 正裕

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 賢一

(72)【発明者】

【氏名】北井 敦

(72)【発明者】

【氏名】新井 宏之

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１５３４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４９９８２４９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 実開昭５４−８４０６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−８１１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１５８６１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−２０２０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０５８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１２４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５０４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３１８７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／４０

Ｈ０１Ｌ ３１／０２

Ｈ０１Ｌ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられ、上部に開口部を有し、側部から電子モジュールを挿抜自在に収容するケージと、
前記ケージの前記上部に固定され、前記開口部から前記ケージ内に露出した底部を有するヒートシンクと、
前記ヒートシンクの前記底部に熱伝導シートを介して固定された固定端部と屈曲部によって前記ケージ内方向に屈曲した自由端部とを有し、前記電子モジュールの収容時に前記自由端部が熱伝導シートを介して前記電子モジュールの上面に当接する板ばねと、を有することを特徴とする電子モジュールの放熱装置。

【請求項2】

前記板ばねは、前記ケージ内に設けられた領域であるケージ内領域と、前記ケージから突出した領域である突出領域とを有し、
前記突出領域には、前記基板に向かって屈曲した把持部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。

【請求項3】

前記ケージ内には前記電子モジュールの収容時に前記電子モジュールを固定するコネクタが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱装置。

【請求項4】

前記板ばねは銅又は銅合金からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の放熱装置。

【請求項5】

前記電子モジュールは光トランシーバであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の放熱装置。

【請求項6】

前記ヒートシンクの前記露出した底部は、前記基板に垂直な方向から見たとき、その全体が前記板ばねの前記ケージ内領域を囲むように形成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の放熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子モジュール、特に、回路基板に対して挿抜可能な電子モジュールの放熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

通信機器などの産業機器には、様々な電子回路が用いられており、電子回路は様々な電子モジュールから構成されている。一般に、電子モジュールは使用（通電）時に発熱するため、電子モジュールの設計時には放熱構造を検討する必要がある。中でも、例えば光トランシーバなど、回路基板に対して挿抜可能な（プラガブルな）電子モジュールにおいては、放熱構造の検討時に挿抜方法も考慮する必要がある。

【0003】

特許文献１には、ヒートシンクとトランシーバ筐体との接触面が傾斜面として形成され、当該接触面のいずれかに熱伝導シートが貼りつけられており、トランシーバ筐体の最終挿入位置で当該接触面が圧接される光トランシーバの放熱装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第4998249号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電子モジュールから発生した熱を効率よく放熱するためには、放熱経路の途中に熱伝導率の小さい部分がないことが望ましい。例えば、発熱源である電子モジュールと放熱部材であるヒートシンクとの間に空気層が存在する場合、電子モジュールからヒートシンクに向かう放熱経路が空気層によって遮断されてしまい、高効率で放熱することができない。

【0006】

また、ヒートシンクと電子モジュールとを接触させる場合、ヒートシンクと電子モジュールとが接触する面積は大きいことが望ましい。具体的には、ヒートシンクや電子モジュールは厳密には平坦な面ではない。従って、両者を直接接触させたとしても、厳密には面接触ではなく、多数の点接触によって接触される。両者の接触面積を増大させるためには、例えば、その接触面に軟質な熱伝導シートを介在させることが考えられる。

【0007】

しかし、熱伝導シートは、その軟質な特性から、電子モジュールを挿抜する際に摺動され、破損及び脱落してしまう。従って、挿抜を行うことを考慮すると、熱伝導シートを接触面に用いることは困難である。また、モジュールとヒートシンクとの直接接触によって良好な面接触を実現することは困難である。

【0008】

また、特許文献１においては、トランシーバ筐体の上面を傾斜させるため、トランシーバの部品実装容積が制限され、例えば部品の高さが制限されてしまう。

【0009】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、挿抜自在な電子モジュールの放熱経路を容易に確保することが可能な電子モジュールの放熱装置を提供することを目的としている。また、モジュールの実装面積を犠牲にすることなく、また、モジュール及び放熱部材を直接接触させることなく良好な放熱経路を形成することが可能な電子モジュールの放熱装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明による電子モジュールの放熱装置は、基板と、基板上に設けられ、上部に開口部を有し、側部から電子モジュールを挿抜自在に収容するケージと、ケージの上部に固定され、開口部からケージ内に露出した底部を有するヒートシンクと、ヒートシンクの底部に熱伝導シートを介して固定された固定端部と屈曲部によってケージ内方向に屈曲した自由端部とを有し、電子モジュールの収容時に自由端部が熱伝導シートを介して電子モジュールの上面に当接する板ばねと、を有することを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（ａ）は、実施例１に係る電子モジュールの放熱装置の斜視図であり、（ｂ）は、実施例１に係る電子モジュールの放熱装置の上面図である。

【図2】（ａ）は、実施例１に係る電子モジュールの放熱装置の断面図であり、（ｂ）は、実施例１に係る電子モジュールの放熱装置における放熱経路を示す図である。

【図3】実施例１に係る電子モジュールの放熱装置における板ばね及び熱伝導シートの構造を示す断面図である。

【図4】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ電子モジュールの未挿入時、挿抜時及び収容時における放熱装置の状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

【実施例1】

【0013】

図１（ａ）は、実施例１に係る電子モジュールの放熱装置（以下、単に放熱装置という）１０の斜視図である。図１（ｂ）は、放熱装置１０の上面図である。図１（ａ）及び（ｂ）は、電子モジュール（以下、単にモジュールという）２０が挿入された状態の放熱装置１０を示している。モジュール２０は、例えば光トランシーバである。

【0014】

放熱装置１０は、配線（図示せず）が施された基板１１と、基板１１上に設けられた金属製のケージ１２を有している。ケージ１２は、その側部からモジュール２０を挿抜自在に収容する。ケージ１２の上面には、放熱フィンを有するヒートシンク１３が設けられている。なお、図１（ｂ）においては、図の明確さのため、ヒートシンク１３の放熱フィンの図示を省略してある。ヒートシンク１３は、例えばアルミニウムや銅などの熱伝導率の大きな金属材料からなる。ヒートシンク１３は、例えば熱伝導性を有するテープやクリップなど（図示せず）によってケージの上面に固定されている。

【0015】

ケージ１２は、その上部に開口部１２ＡＰを有している（図１（ｂ）参照）。ヒートシンク１３は、ケージ１２の開口部１２ＡＰからケージ１２内に露出した底部（以下、露出底部という場合がある）１３ＢＰを有している。

【0016】

放熱装置１０は、モジュール２０の収容時にヒートシンク１３とモジュール２０とを物理的に接続する板ばね１４を有している。板ばね１４は、その一端においてヒートシンク１３のケージ１２内に露出した底部１３ＢＰに固定されている。また、板ばね１４の他端はケージ１２内方向に屈曲しており、モジュール２０の収容時にはモジュール２０の上面に当接する。板ばね１４は、モジュール２０から発生した熱をヒートシンク１３に伝達する熱伝導部材として機能する。板ばね１４は、例えば銅又は銅合金など、熱伝導率の大きな金属材料からなる。

【0017】

図１（ｂ）に示すように、板ばね１４は、ケージ１２内に設けられた領域であるケージ内領域１４ＩＲと、ケージ１２からモジュール２０の挿入領域に向かって突出した領域である突出領域１４ＰＪとを有している。板ばね１４の突出領域１４ＰＪは、モジュール２０の挿抜時において板ばね１４をヒートシンク１３側に屈曲させる力を加える部分として機能する。また、ヒートシンク１３の露出底部１３ＢＰ（すなわちケージ１２の開口部１２ＡＰ）は、基板１１に垂直な方向から見たとき、その全体が板ばね１４のケージ内領域１４ＩＲを囲むように形成されている。

【0018】

図２（ａ）は、図１（ｂ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図であり、放熱装置１０の構造を示す断面図である。図２（ｂ）は、放熱装置１０内の放熱経路を示す図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、モジュール２０が挿入された状態の放熱装置１０を示している。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様の断面図であるが、図の明確さのため、一部のハッチングを省略しており、また、一部の構成要素を破線で示している。

【0019】

図２（ａ）に示すように、ケージ１２内には基板１１の配線に接続されたコネクタＣＮが設けられている。コネクタＣＮは、モジュール２０の収容時にモジュール２０をケージ１２内に固定する機能を有している。また、このコネクタＣＮにモジュール２０のプラグ（図示せず）が接続されることで、モジュール２０が通電状態となる。例えばモジュール２０が光トランシーバである場合は、光トランシーバとホスト装置（図示せず）などとの間で通信（信号の送受信）が確立する。

【0020】

板ばね１４は、ヒートシンク１３の露出底部１３ＢＰに熱伝導シート１５を介して固定された固定端部１４Ａと、屈曲部によってケージ１２内方向に屈曲した自由端部１４Ｂとを有している。板ばね１４の自由端部１４Ｂは、モジュール２０の収容時に、熱伝導シート１６を介してモジュール２０の上面に当接する。熱伝導シート１５及び１６は、例えばシリコンやアクリル材料を用いて形成され得る。従って、図２（ｂ）に示すように、モジュール２０から、熱伝導シート１６、板ばね１４及び熱伝導シート１５を介して、ヒートシンク１３への放熱経路ＴＰが形成される。放熱経路ＴＰは全て熱伝導性部材によって形成されており、例えば空気層などが介在していない。従って、良好な放熱経路を確保することが可能となる。

【0021】

なお、本実施例においては、ヒートシンク１３の露出底部１３ＢＰは、上面視において板ばね１４のケージ内領域１４ＩＲを囲むように設けられている。すなわち、ケージ１２内においては、板ばね１４の直上の全体にヒートシンク１３が露出している。換言すれば、板ばね１４のケージ内領域１４ＩＲは、その全体がヒートシンク１３の露出底部１３ＢＰに面している。従って、板ばね１４の固定端部１４Ａ、すなわち熱伝導シート１５を介したヒートシンク１３への放熱経路ＴＰのみならず、一部のケージ内領域１４ＩＲにおける自由端部１４Ｂを介したヒートシンク１３への補助的な放熱経路ＳＴＰが形成される。従って、より高効率で放熱を行うことができる。

【0022】

また、固定端部１４Ａのヒートシンク１３に当接する部分及び自由端部１４Ｂのモジュール２０に当接する部分は、平面として形成されており、接触面内において均一な圧力で当接されていることが望ましい。例えば固定端部１４Ａのヒートシンク１３との接触面内に接触圧のバラつきがあると、一部において面接触ではなくなったり、熱伝導シートと板ばね１４及びヒートシンク１３との接触界面において部分的に空隙が発生し、放熱経路が妨げられたりするおそれがあるからである。

【0023】

図３は、板ばね１４、熱伝導シート１５及び１６の詳細構造を示す断面図である。板ばね１４は、例えば薄板状の金属材料を曲げ加工又はプレス加工することによって形成することができる。板ばね１４の自由端部１４Ｂは、屈曲部ＢＰによって固定端部１４Ａからケージ１２内方向、すなわち基板１１方向に屈曲している。屈曲部ＢＰは、例えばＲ状の湾曲部又はＬ状の屈折部として構成されることができる。板ばね１４の繰り返しの上げ下げ動作又は弾性運動による応力集中を抑制することを考慮すると、屈曲部ＢＰは、湾曲部として構成されていることが望ましい。

【0024】

また、板ばね１４の突出領域１４ＰＪ、本実施例においては自由端部１４Ｂの屈曲部ＢＰとは反対側の端部には、基板１１方向に屈曲した把持部ＧＰが設けられている。把持部ＧＰは、モジュール２０の挿抜時において板ばね１４の自由端部１４Ｂをヒートシンク１３に向かって押し上げ、モジュール２０の挿抜領域を確保するのに用いられる。把持部ＧＰが基板１１方向に屈曲していることによって、板ばね１４を持ち上げる際に容易に指と係合すること、また、モジュール２０が意図せずにコネクタから外れた場合に脱落防止機能を持たせることが可能となる。

【0025】

板ばね１４の固定端部に設けられた熱伝導シート１５は、基材１５Ｂが粘着材１５Ａ及び１５Ｃに挟まれた構造を有している。従って、粘着材１５Ａ及び１５Ｃによって、板ばね１４とヒートシンク１３とが固定される。板ばね１４の自由端部１４に設けられた熱伝導シート１６は、板ばね１４側から粘着材１６Ａ及び基材１６Ｂが積層された構造を有している。熱伝導シート１６は板ばね１４に貼りつけられている。従って、熱伝導シート１６は、モジュール２０に当接する側には粘着材は設けられておらず、自由端部１４Ｂを熱伝導シート１６とともにモジュール２０から容易に離間（離脱）させることが可能な構成となっている。

【0026】

次に、図４（ａ）乃至（ｃ）を用いて、モジュール２０の挿抜手順について説明する。図４（ａ）はモジュール２０の未収容時における放熱装置１０を示している。モジュール２０がケージ１２に収容されていない状態では、板ばね１４の固定端部１４Ａは熱伝導シート１５を介してヒートシンク１３に固定されており、自由端部１４Ｂはケージ１２と基板１１との間で無負荷状態（弾性力が働いていない状態）を維持している。モジュール２０を挿入する際には、把持部ＧＰを用いて自由端部１４Ｂに上向きの力を加え、モジュール２０の高さ以上の高さまで自由端部１４Ｂを持ち上げる。

【0027】

図４（ｂ）は、自由端部１４Ｂを持ち上げた状態でモジュール２０を挿入した状態を示している。自由端部１４Ｂを持ち上げる際には、屈曲部ＢＰを支点として、自由端部１４Ｂが弾性運動を行う。図４（ｂ）に示すように、挿入時に板ばね１４はモジュール２０に接触しない。この状態で自由端部１４Ｂに加えていた力を解くと、図４（ｃ）に示すように、自由端部１４Ｂが熱伝導シート１６を介してモジュール２０の上面に当接し、収容状態となる。モジュール２０の収容時においては、自由端部１４Ｂに残存する弾性力がモジュール２０方向に働いている。従って、自由端部１４Ｂとモジュール２０との接触面積を確保（維持）することができる。

【0028】

なお、モジュール２０をケージ１２から抜去する際には、まず、図４（ｂ）に示すように自由端部１４Ｂを持ち上げて自由端部１４Ｂをモジュール２０から離間させる。そして、モジュール２０を抜去し、自由端部１４Ｂに加えていた力を解き、図４（ａ）に示す状態とする。従って、抜去する際にも熱伝導シート１６がモジュール２０の上面において摺動することはない。

【0029】

上記したように、本実施例においては、板ばねを、熱伝導部材かつ挿抜部材として用い、その熱伝導部材としての機能を熱伝導シートによって強化する。従って、確実に放熱経路を形成することができ、放熱効率が大幅に向上する。また、熱伝導シートの利点である接触面積を増加するという点を生かし、かつ熱伝導シートの欠点である摺動時の破損を解消することができる。また、モジュールの実装容積や高さが放熱装置によって制限されることがなく、規格の上限でモジュールを設計することが可能となる。

【符号の説明】

【0030】

１０ 放熱装置
１１ 基板
１２ ケージ
１３ ヒートシンク
１４ 板ばね
１４Ａ 固定端部
１４Ｂ 自由端部
１４ＩＲ ケージ内領域
１４ＰＪ 突出領域
１５ 熱伝導シート
１６ 熱伝導シート
ＢＰ 屈曲部
ＧＰ 把持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】