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JP2014052587A - 通信モジュール及び通信装置 - Google Patents

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JP2014052587A
JP2014052587A JP2012198340A JP2012198340A JP2014052587A JP 2014052587 A JP2014052587 A JP 2014052587A JP 2012198340 A JP2012198340 A JP 2012198340A JP 2012198340 A JP2012198340 A JP 2012198340A JP 2014052587 A JP2014052587 A JP 2014052587A
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heat
communication module
radiator
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JP2012198340A
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Yoshiaki Ishigami
良明 石神
Yoshinori Sunaga
義則 須永
Hidenori Yonezawa
英徳 米澤
Kinya Yamazaki
欣哉 山嵜
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

【課題】回路部品から出る熱を放熱器に伝達すると共に、通信モジュールのコネクタと相手側コネクタとの電気的な接続を確実にすることができる通信モジュール及び通信装置を提供する。
【解決手段】光素子アレイ26及び半導体回路素子25が実装された第1の基板27と、第2の基板28の端部に設けられたオスコネクタ21と、光素子アレイ26及び半導体回路素子25から出る熱を放熱器7に伝達する熱伝達部材4とを備え、熱伝達部材4は、光素子アレイ26及び半導体回路素子25から出る熱を吸熱する吸熱部40と、放熱器7に接触する放熱部42と、吸熱部40から吸熱した熱を放熱部42に伝達する伝達部41とを有し、放熱部42は、第1の基板27及び第2の基板28に交差する方向に突出し、オスコネクタ21とメスコネクタ3との嵌合により放熱器7に接触してオスコネクタ21とメスコネクタ3との相対移動を規制する。
【選択図】図2

Description

本発明は、例えば、高性能サーバや高速ネットワーク機器等の信号伝送に用いる通信モジュール、及び通信モジュールと通信モジュールから出る熱を放熱する放熱器とを備えた通信装置に関する。
従来、マザーボードへの電子部品の実装効率を高めるため、例えば光通信を行うカード状の通信モジュール(光モジュール)をマザーボードに対して垂直に配置した通信装置が知られている。この種の通信モジュールには、その基板に実装された光素子や制御ICで発生する熱を逃がし、温度上昇を抑制するためのヒートシンク(放熱器)を備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の通信モジュールは、光素子や制御ICが実装されたリジッド基板の端部に複数の端子が形成されている。このリジッド基板に形成された複数の端子は、マザーボードに実装されたコネクタソケットに嵌合して電気的に接続されると共に、この嵌合によってリジッド基板がマザーボードに対して垂直に配置されている。リジッド基板における光素子や制御ICが実装された実装面と反対側の非実装面には、放熱のためのヒートシンクが取り付けられている。光素子や制御ICで発生した熱は、リジッド基板を介してヒートシンクに熱伝導し、ヒートシンクに形成されたフィンから放熱される。
特開2011−128378号公報
特許文献1に記載の通信モジュールは、リジッド基板とコネクタソケットの嵌合によってマザーボードに固定されているが、リジッド基板に実装又は取り付けられた部品の重量や振動、あるいは通信のためのケーブルの張力等に起因してリジッド基板がマザーボードに対してぐらつくと、この嵌合に緩みが生じ、端子の接点における電気的な接続が確実になされなくなるおそれがある。
また、一般に端子のコネクタへの嵌合が突き当りまでなされると、接点における良好な接続がかえって阻害される場合があるが、特許文献1に記載の通信モジュールでは、水平に配置されたマザーボードの上方に通信モジュールを配置されると、部品の重量によってリジッド基板の複数の端子がコネクタソケット側に常に押し付けられ、リジッド基板がコネクタソケットに突き当てられることとなる。
このように、特許文献1に記載の通信モジュールでは、リジッド基板のマザーボードに対するぐらつきや、端子とコネクタソケットとの嵌合が突き当りまでなされることにより、端子の接点における電気的な接続性が影響を受けるおそれがあった。
そこで、本発明の目的は、回路部品から出る熱を放熱器に伝達すると共に、通信モジュールのコネクタと相手側コネクタとの電気的な接続を確実にすることができる通信モジュール及び通信装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決することを目的として、通信用の回路部品が実装面に実装された基板と、前記基板の端部に設けられたコネクタと、前記回路部品から出る熱を放熱器に伝達する熱伝達部材とを備え、前記熱伝達部材は、前記回路部品から出る熱を吸熱する吸熱部と、前記放熱器に接触する放熱部と、前記吸熱部から吸熱した熱を前記放熱部に伝達する伝達部とを有し、前記放熱部は、前記基板に交差する方向に突出し、前記コネクタと相手側コネクタとの嵌合により前記放熱器に接触して前記コネクタと前記相手側コネクタとの相対移動を規制する通信モジュールを提供する。
また、前記放熱部は、前記放熱器に固定具で固定されているとよい。
また、前記コネクタと前記相手側コネクタとの嵌合方向は、前記相手側コネクタが実装されたマザーボードに直交する方向であるとよい。
また、前記放熱部は、前記基板に直交する方向に突出しているとよい。
また、前記吸熱部は、前記回路部品の実装位置に前記基板を介して対向しているとよい。
また、前記基板は、その厚さ方向に挟む一対の側壁を有するケース部材に収容され、前記熱伝達部材は、前記吸熱部が前記ケース部材の内部に配置され、前記放熱部が前記ケース部材の外部に配置されているとよい。
また、前記ケース部材は、前記吸熱部と、前記基板に対向する第1板部、及び前記第1板部に対して屈曲された第2板部を一体に有し、前記第1板部が前記伝達部として、前記第2板部が前記放熱部として、それぞれ機能するとよい。
また、前記回路部品として、光ファイバと光学的に結合される光素子及び前記光素子と電気的に接続された半導体回路素子を備えるとよい。
また、前記解決手段を有した前記通信モジュールと、前記放熱器と、前記相手側コネクタが実装されたマザーボードとを備える通信装置を提供する。
また、複数の前記通信モジュールと、複数の前記放熱器とを備え、前記複数の放熱器のうち互いに隣り合う一対の放熱器の間に前記通信モジュールが配置されているとよい。
本発明に係る通信モジュール及び通信装置によれば、回路部品から出る熱を効率的に放熱できると共に、通信モジュールのコネクタと相手側コネクタとの電気的な接続を確実にすることができる。
第1の実施の形態に係る光モジュール及びメスコネクタの斜視図である。 図1のA−A断面図である。 図1のB−B断面図である。 第1の実施の形態に係る光通信装置の構成例を示す模式図である。 第2の実施の形態に係る光モジュール及びメスコネクタの斜視図である。 図5のC−C断面図である。 第2の実施の形態に係る光通信装置の構成例を示す模式図である。 変形例に係る光モジュール及びメスコネクタの斜視図である。 変形例に係る光通信装置の構成例を示す模式図である。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係る光モジュール2及びメスコネクタ3の斜視図である。
(光モジュール2の構成)
通信モジュールとしての光モジュール2は、後述する光通信用の回路部品が実装された基板をその厚さ方向に挟む第1の側壁201及び第2の側壁202を有するモジュールケース20と、光通信用の回路部品から出る熱を後述する放熱器に伝達する熱伝達部材4とを備える。マザーボード6の実装面6aと対向するモジュールケース20の底面205には、マザーボード6の実装面6aに実装された相手側コネクタとしてのメスコネクタ3に嵌合するコネクタとしてのオスコネクタ21が設けられている。オスコネクタ21には、光ファイバケーブル5の延伸方向に沿って複数のオス端子21aが形成されている。
また、モジュールケース20は、マザーボード6の実装面6aの法線方向に沿って第1の側壁201及び第2の側壁202のそれぞれの一端部の間に設けられた第3の側壁203と、第3の側壁203に対向して第1の側壁201及び第2の側壁202のそれぞれの他端部の間に設けられた第4の側壁204とを有している。第3の側壁203及び第4の側壁204には、メスコネクタ3に形成された一対の取付孔31aに嵌合する一対の凸部22(図1には一方の凸部22のみを示す)が形成されている。また、第3の側壁203に形成されたファイバ取付部23に光ファイバケーブル5のゴムブーツ50が取り付けられ、光ファイバケーブル5が第3の側壁203に対して垂直に引き出されている。
このモジュールケース20は、光ファイバケーブル5の延伸方向に沿った全長が例えば23mmであり、この方向に直交する厚さ方向の寸法が例えば3.6mmである。光モジュール2の高さ方向(マザーボード6に垂直な方向)の寸法は例えば24mmである。
熱伝達部材4は、放熱器に接触する直方体形状の放熱部42を有している。放熱部42は、モジュールケース20の第1の側壁201に形成された貫通孔201aを貫通し、第1の側壁201に直交する方向に突出している。
(メスコネクタ3の構成)
メスコネクタ3は、複数のオス端子21aと電気的に接続される複数のメス端子32を収容する収容空間300が形成されたコネクタケース30と、コネクタケース30からオスコネクタ21とメスコネクタ3との嵌合方向に沿って延出した延出部31とを有している。延出部31は、モジュールケース20の第3の側壁203及び第4の側壁204に接している。延出部31には、第3の側壁203及び第4の側壁204に形成された凸部22と係合する四角形状の取付孔31aが形成されている。コネクタケース30のマザーボード6の実装面6aに対向する底面には、複数のリード線33が光ファイバケーブル5の延伸方向に沿って形成されている。複数のリード線33は、マザーボード6の実装面6aに半田付けによって接続されている。
図2は、図1のA−A断面図である。図3は、図1のB−B断面図である。
光モジュール2は、光通信用の回路部品として、複数の光素子が配列された一対の光素子アレイ26と、一対の光素子アレイ26に電気的に接続された一対の半導体回路素子25と、これらの光通信用の回路部品を実装した第1の基板27と、複数の光素子と光ファイバケーブル5とをそれぞれ光学的に結合するレンズ240を有するレンズブロック24と、レンズブロック24と第1の基板27との間に挟まれた第2の基板28とを備え、これら全てがモジュールケース20に収容されている。
第1の基板27はモジュールケース20の第1の側壁201側に、レンズブロック24はモジュールケース20の第2の側壁202側に配置されている。第1の基板27の実装面27aには、一対の光素子アレイ26及び一対の半導体回路素子25が実装されている。一対の半導体回路素子25は、一対の光素子アレイ26を間に挟んで配置されている。なお、図2では一方の半導体回路素子25及び光素子アレイ26のみ図示されている。
第2の基板28は、第1の基板27の実装面27aを介して電気的に接続されている。さらに、第2の基板28のマザーボード6側の端部がオスコネクタ21に形成された凹部21bに嵌合され、第2の基板28とオスコネクタ21とが電気的に接続されている。オスコネクタ21とメスコネクタ3とは、マザーボード6に直交する方向に嵌合し、オス端子21a及びメス端子32(図1に示す)が電気的に接続される。
熱伝達部材4には、これらの光通信用の回路部品から出る熱を吸熱する吸熱部40と、放熱部42と、吸熱部40から吸熱した熱を放熱部42に伝達する伝達部41とが一体に形成されている。吸熱部40と放熱部42とは、伝達部41により連結されている。吸熱部40は、第1の基板27の実装面27aの反対側の面における半導体回路素子25及び光素子アレイ26の実装位置に対応する位置に取り付けられている。したがって、吸熱部40はモジュールケース20の内部に配置されている。放熱部42は、モジュールケース20に形成された四角形状の貫通孔201aを貫通してモジュールケース20から第1の基板27に直交する方向に向かって突出している。つまり、放熱部42はモジュールケース20の外部に配置されている。熱伝達部材4は、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性部材からなる。
(光通信の仕組み)
光素子は、電気エネルギーを光に変換し、又は光を電気エネルギーに変換する素子である。前者の発光素子としては、例えばレーザーダイオードやVCSEL(Vertical Cavity Surface Emmitting LASER)等が挙げられる。また、後者の受光素子としては、例えばフォトダイオードが挙げられる。光素子は、レンズブロック24に光を出射又は入射するように構成されている。
光素子が電気エネルギーを光に変換する素子である場合、半導体回路素子25は、マザーボード6側から入力される電気信号に基づいて光素子を駆動するドライバICである。また、光素子が受光した光を電気エネルギーに変換する素子である場合、半導体回路素子25は、光素子から入力される電気信号を増幅してマザーボード6側に出力する受信ICである。
なお、本実施の形態では、一方の光素子アレイ26が発光素子であり、他方の光素子アレイ26が受光素子である。従って、半導体回路素子25についても、一方の半導体回路素子25がドライバICであり、他方の半導体回路素子25が受信ICである。
レンズブロック24に形成された複数のレンズ240は、光素子アレイ26に対向して配置されている。光素子アレイ26の光素子から出射された光(光軸L)は、レンズ240によって集光され、レンズブロック24のミラー面24aで反射して光ファイバ5aのコア内に入射する。また、光ファイバ5aのコアから出射された光(光軸L)は、ミラー面24aで反射してレンズ240によって集光され、光素子に入射する。なお、光ファイバ5aは、レンズブロック24に対して第2の側壁202側に位置し、押さえ部材29によってレンズブロック24に押さえつけられている。
光素子アレイ26及び半導体回路素子25は、その動作によって熱を発する発熱体である。この熱は、主として熱伝達部材4の吸熱部40で吸熱され、伝達部41を介して放熱部42に伝達される。
図4は、本実施の形態に係る光通信装置1の構成例を示す模式図である。
(光通信装置1の構成)
この光通信装置1は、複数の光モジュール2と、マザーボード6と、熱伝達部材4の熱を吸熱する複数の放熱器7とを備える。放熱器7は、例えば空冷式や水冷式による冷却機構を有している。複数の放熱器7のうち互いに隣り合う一対の放熱器7(図4に示す、第1の放熱器70及び第2の放熱器71)の間には、光モジュール2が配置されている。モジュールケース20の第1の側壁201は第1の放熱器70の側面70aに、第2の側壁202は第2の放熱器71の側面71aにそれぞれ対向している。
第1の放熱器70には、上面70bの側面70a側に凹部700が形成されている。熱伝達部材4の放熱部42は、第1の放熱器70に押さえ部材8及びボルト9で固定されている。より具体的には、放熱部42は凹部700に嵌合され、上から押さえ部材8で押さえ付けられボルト9で固定されている。押さえ部材8及びボルト9は、本発明の固定具の一例である。これにより、放熱部42の底面42bと凹部700の内面700aとが当接し、放熱部42の上面42aと押さえ部材8の底面8aとが当接している。放熱部42の底面42bと凹部700の内面700aとが当接することにより、熱伝達部材4の熱が第1の放熱器70によって放熱される。ボルト9は、押さえ部材8の貫通孔80を貫通し、一対の放熱器7の取付部701,711にそれぞれ挿入される。なお、第2の放熱器71も第1の放熱器70と同様に、図略の他の光モジュールに設けられた熱伝達部材の放熱部が嵌合する凹部が形成されている。
(第1の実施の形態の作用及び効果)
以上説明した実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
(1)吸熱部40と伝達部41と放熱部42とを一体に有した熱伝達部材4が光モジュール2に設けられていることにより、半導体回路素子25及び光素子アレイ26から出る熱を効率良く放熱器7に伝達し、放熱させることができる。また、放熱部42が第1の放熱器70の凹部700の内面700aに当接することによって、オスコネクタ21とメスコネクタ3との嵌合時、電気的に最適な接続状態が維持される嵌合位置に規制することが可能である。さらに、放熱部42は押さえ部材8及びボルト9で第1の放熱器70の凹部700内に固定されているため、オスコネクタ21とメスコネクタ3との嵌合におけるぐらつきを抑制することができる。
(2)熱伝達部材4の吸熱部40が、半導体回路素子25及び光素子アレイ26の実装位置に対応する位置に取り付けられているため、半導体回路素子25及び光素子アレイ26から出る熱を吸熱する量が多くなる。したがって、半導体回路素子25及び光素子アレイ26からの放熱量が増え、半導体回路素子25及び光素子アレイ26の冷却効率が上がる。
(3)オスコネクタ21とメスコネクタ3とは、マザーボード6に直交する方向に嵌合するため、光モジュール2の実装面積を小さくすることが可能である。つまり、光モジュール2は高密度に実装することができるため、他の電子部品がマザーボード6の実装領域を有効に利用することが可能になる。また、放熱器7自体をマザーボード6から取り外すことなく、光モジュール2の着脱が容易にできる。
(4)熱伝達部材4の放熱部42は第1の基板27に直交する方向に突出しているため、第1の放熱器70の内面700aに当接する面積が広くなる。したがって、第1の放熱器70は、より広い面積から熱を吸熱することが可能となり、光モジュール2の冷却効率がさらに上がる。
(5)光モジュール2が第1の放熱器70及び第2の放熱器71に挟まれて配置されることにより、モジュールケース20の第2の側壁202を介して出る熱が第2の放熱器71の側面71aに伝達して放熱される。したがって、第2の放熱器71からも熱を吸熱することにより、光モジュール2の冷却が助成される。
[第2の実施の形態]
図5は、第2の実施の形態に係る光モジュール2A及びメスコネクタ3の斜視図である。図6は、図5のC−C断面図である。
本実施の形態に係る光モジュール2Aは、熱伝達部材4Aの形状が第1の実施の形態に係る光モジュール2とは異なり、それ以外の構成は第1の実施の形態に係る光モジュール2と共通であるので、同一の機能を有する部材については共通する符号を付し、その重複した説明を省略する。
熱伝達部材4Aは、吸熱部40と、モジュールケース20に収容された第1の基板27に対向する第1板部41Aと、第1板部41Aに対して垂直方向に屈曲された第2の板部42Aとを一体に有している。第2の板部42Aは、マザーボード6に平行な方向に屈曲されている。熱伝達部材4Aは、第1板部41Aが伝達部として、第2板部42Aが放熱部としてそれぞれ機能している。つまり、図6に示すように、熱伝達部材4Aが第1の実施の形態に係るモジュールケース20の第1の側壁201としての機能を有している。
図7は、第2の実施の形態に係る光通信装置1Aの構成例を示す模式図である。なお、第2の放熱器71は省略している。
光モジュール2Aの第2板部42Aは、第1の放熱器70と押さえ部材8との間に挟まれ、上から押さえ部材8で押さえ付けられボルト9で固定されている。つまり、第2板部42Aの上面42Aaと押さえ部材8の底面8aとが当接し、第2板部42Aの底面42Abと第1放熱器70の上面70bとが当接している。第1板部41Aは、第1の放熱器70の側面70aに対向している。
(第2の実施の形態の作用及び効果)
第1の実施の形態について述べた(1)〜(5)の作用及び効果の他に以下の作用及び効果がある。
(6)熱伝達部材4Aがモジュールケース20としての機能も有するため、第1の実施の形態のように熱伝達部材4Aを別途製作する必要がなくコスト削減につながる。また、第2板部42Aは、押さえ部材8と第1の放熱器70の上面70bとの間に介在するため、第2板部42Aを嵌合させる凹部を形成する必要がない。
また、第2の実施の形態に係る光モジュール2Aは、例えば以下のように変形して実施することも可能である。
(変形例)
図8は、変形例に係る光モジュール2B及びメスコネクタ3の斜視図である。図9は、変形例に係る光通信装置1Bの構成例を示す模式図である。
熱伝達部材4Aの第2板部42Aには、ボルト9を貫通させるための貫通孔420が形成されている。第2板部42Aを第1の放熱器70に取り付けるには、ボルト9を貫通孔420に貫通させ、第1の放熱器70の取付部701に締めて固定させる。したがって、第2板部42Aはボルト9により締め付けられて固定される。
この変形例の場合、第2板部42Aを第1の放熱器70に固定する際、押さえ部材8を用いることなく固定することが可能になる。これにより、押さえ部材8を製作するためのコスト削減につながる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
例えば、上記実施の形態では、通信モジュールが光ファイバケーブル5を介した光通信を行う光モジュール2,2A,2Bである場合について説明したが、本発明は、これに限らず、例えば差動信号線によって通信を行う通信モジュールに対しても適用することが可能である。
また、熱伝達部材4の放熱部42の位置は吸熱部40の中央部である必要はなく、吸熱部40の範囲内であれば形成される位置に制限はない。
また、熱伝達部材4の放熱部42は直方体形状である必要はなく、形状に制限はない。
また、放熱部42を第1の放熱器70に固定するための固定具は、必ずしも押さえ部材8及びボルト9を用いなくてもよい。例えば、直接放熱部42をボルト9で締め付けて固定してもよい。
1,1A,1B…光通信装置、2,2A,2B…光モジュール、3…メスコネクタ、4,4A…熱伝達部材、5…光ファイバケーブル、5a…光ファイバ、6…マザーボード、6a…実装面、7…放熱器、8…押さえ部材(固定具)、8a…底面、9…ボルト(固定具)、20…モジュールケース(ケース部材)、21…オスコネクタ、21a…オス端子、21b…凹部、22…凸部、23…ファイバ取付部、24…レンズブロック、24a…ミラー面、25…半導体回路素子、26…光素子アレイ、27…第1の基板、27a…実装面、28…第2の基板、29…押さえ部材、30…コネクタケース、31…延出部、31a…取付孔、32…メス端子、33…リード線、40…吸熱部、41…伝達部、41A…第1板部、42…放熱部、42A…第2板部、42a,42Aa…上面、42b,42Ab…底面、50…ゴムブーツ、70…第1の放熱器、70a…側面、70b…上面、71…第2の放熱器、71a…側面、80…貫通孔、201…第1の側壁、201a…貫通孔、202…第2の側壁、203…第3の側壁、204…第4の側壁、205…底面、240…レンズ、300…収容空間、420…貫通孔、700…凹部、700a…内面、701,711…取付部

Claims (10)

  1. 通信用の回路部品が実装面に実装された基板と、
    前記基板の端部に設けられたコネクタと、
    前記回路部品から出る熱を放熱器に伝達する熱伝達部材とを備え、
    前記熱伝達部材は、前記回路部品から出る熱を吸熱する吸熱部と、前記放熱器に接触する放熱部と、前記吸熱部から吸熱した熱を前記放熱部に伝達する伝達部とを有し、
    前記放熱部は、前記基板に交差する方向に突出し、前記コネクタと相手側コネクタとの嵌合により前記放熱器に接触して前記コネクタと前記相手側コネクタとの相対移動を規制する、
    通信モジュール。
  2. 前記放熱部は、前記放熱器に固定具で固定されている、
    請求項1に記載の通信モジュール。
  3. 前記コネクタと前記相手側コネクタとの嵌合方向は、前記相手側コネクタが実装されたマザーボードに直交する方向である、
    請求項1又は2に記載の通信モジュール。
  4. 前記放熱部は、前記基板に直交する方向に突出している、
    請求項1乃至3の何れか1項に記載の通信モジュール。
  5. 前記吸熱部は、前記回路部品の実装位置に前記基板を介して対向している、
    請求項1乃至4の何れか1項に記載の通信モジュール。
  6. 前記基板は、その厚さ方向に挟む一対の側壁を有するケース部材に収容され、
    前記熱伝達部材は、前記吸熱部が前記ケース部材の内部に配置され、前記放熱部が前記ケース部材の外部に配置されている、
    請求項1乃至5の何れか1項に記載の通信モジュール。
  7. 前記ケース部材は、前記吸熱部と、前記基板に対向する第1板部、及び前記第1板部に対して屈曲された第2板部を一体に有し、前記第1板部が前記伝達部として、前記第2板部が前記放熱部として、それぞれ機能する、
    請求項6に記載の通信モジュール。
  8. 前記回路部品として、光ファイバと光学的に結合される光素子及び前記光素子と電気的に接続された半導体回路素子を備える、
    請求項1乃至7の何れか1項に記載の通信モジュール。
  9. 請求項1乃至8の何れか1項に記載の通信モジュールと、
    前記放熱器と、
    前記相手側コネクタが実装されたマザーボードとを備える、
    通信装置。
  10. 複数の前記通信モジュールと、
    複数の前記放熱器とを備え、
    前記複数の放熱器のうち互いに隣り合う一対の放熱器の間に前記通信モジュールが配置されている、
    請求項9に記載の通信装置。
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