JP4961129B2 - 光伝送手段付き密封部材,光電子装置及び光伝送方法 - Google Patents
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Description
上記強制冷却手段としては、空冷方式や水冷方式などの様々な冷却手段が開発されている。このような強制冷却手段の中で、最も冷却能力の優れた冷却手段として、LSIモジュールを液体の冷媒に浸漬させ、この液体の冷媒を循環させる液冷方式の冷却手段が開発されている。
この技術によれば、発熱素子の実装密度を密にしても、効率よく冷却することができる。
また、光素子と電子部品が混載実装された基板に対して、光伝送手段を基板内に埋設する技術が様々開発されている。
図5は、従来例にかかる光伝送手段が埋設されたプリント基板の概略図であり、(a)は光ケーブルが埋設された斜視図を、(b)は光導波路が埋設された斜視図を示している。
同図(a)において、プリント基板90aは、LSIモジュール91,コネクタ98及び光素子92aが実装されており、さらに、特許文献1に記載された(平坦な)ランド93が、シールドケース(図示せず)のシール面形状に対応するように形成してある。また、両端に光コネクタ94が接続された光ケーブル95が、プリント基板90aに埋設されており、光ケーブル95の一方の端部が、環状のランド93の内側からプリント基板90aの外部に引き出され、光ケーブル95の他方の端部が、環状のランド93の外側からプリント基板90aの外部に引き出されている。
このようにすると、密封されたシールドケース内を、液体の冷媒(たとえば、不活性液体であるフロリナート(登録商標名:スリーエム社))が流れることにより、LSIモジュール91を効果的に冷却する。また、プリント基板90aに埋設された光ケーブル95を介して、シールドケースの内側と外側との間で光信号を伝送することができる。
光導波路96は、一方の端部が環状のランド93の内側に位置し、他方の端部がランド93の外側に位置している。また、光導波路96は、一方の端部がプリント基板90bに形成した開口部(図示せず)を介して、光素子92bと接続されており、他方の端部が開口部97を介して光素子(図示せず)と接続される。このようにすると、プリント基板90bに埋設された光導波路96を介して、シールドケースの内側と外側との間で光信号を伝送することができる。
また、プリント基板90bは、光導波路96が光素子92bの発光端面や受光端面と良好に接続される必要があり、そのためには、組立精度を向上させなければならないといった問題があった。
このようにすると、光伝送手段における遮蔽部材のシール面に押下された部分が密封部材として機能するので、遮蔽部材による密封状態を確実に維持しつつ、遮蔽部材の内側と外側との間で光信号を伝送することができる。
このようにすると、光コネクタを光素子に接続することができるので、光素子と光伝送手段とを容易に接続することができる。
このようにすると、密封部材がガスケットとして機能するので、密封部材と一体的に成形される光伝送手段とのシール性を向上させることができる。
このようにすると、突起部やシール層が、ゴム製のOリングやガスケットとして機能するので、密封部材のシール性をさらに向上させることができる。
このように、本発明は光電子装置としても有効であり、遮蔽部材による密封状態を維持しつつ、遮蔽部材の内側と外側との間で光信号を伝送することができる。
このようにすると、冷媒による強制冷却を行うことができるので、プリント基板に実装された電子部品を効率よく冷却することができる。
このようにすると、冷媒の流速及び流量を自在に設定することができるので、各電子部品に応じた冷却を行うことができ、効果的に冷却することができる。
このようにすると、光伝送手段を押さえ付けたりすることができるので、冷媒の流れが速くなっても、冷媒によって、光伝送手段が損傷を受けるといった不具合を防止することができる。
このように、本発明は、光伝送方法としても有効であり、遮蔽部材による密封状態を維持しつつ、遮蔽部材の内側と外側との間で光信号を伝送することができる。
図1は、本発明の一実施形態にかかる光伝送手段付き密封部材の構造を説明するための概略図であり、(a)は平面図を、(b)はA−A拡大断面図を、(c)はB−B拡大断面図を示している。
図2は、本発明の一実施形態にかかる光伝送手段付き密封部材の使用状態を説明するための概略斜視図を示している。
図1,2において、光伝送手段付き密封部材1(適宜、密封部材1と略称する。)は、プリント基板3と遮蔽部材4とのシール面の間に取り付けられるガスケット本体11と、このガスケット本体11と一体的に成形されたテープファイバ2を備えている。
なお、本実施形態では、被遮蔽物をプリント基板3としてあるが、これに限定されるものではない。また、密封部材として、ガスケット本体11を用いているが、本発明における密封部材とは、静止した個所の漏れ止めに使われるものをいい、ガスケット,Oリング,パッキンなどを含むものとする。
ガスケット本体11は、ポリイミドからなる矩形環状の厚さが均一のシートである。ガスケット本体11は、矩形の角部,上辺中央部,右辺中央部,左辺中央部,及び,下辺のテープファイバ2どうしの中間部(合計12箇所)に、扇状及び半円状のねじ孔用ガスケット部14が形成されている。各ねじ孔用ガスケット部14は、中央にねじ41が貫通するねじ用孔13が形成されている。このねじ孔用ガスケット部14は、遮蔽部材4のねじ孔(又は、雌ねじ)に対してシールする。
なお、本実施形態では、ガスケット本体11の材質を、ポリイミドとしてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、ポリイミドを除く他の樹脂やニトリルゴム(NBR)等のゴムなどを使用してもよい。
テープファイバ2は、ガスケット本体11と一体的に、ガスケット本体11の下辺と交差するように形成してある。すなわち、テープファイバ2は、複数本の光ファイバ22が、ガスケット本体11と一体的にポリイミドでモールドされており、一方の端部がガスケット本体11の外側に位置し、他方の端部がガスケット本体11の内側に位置する。また、テープファイバ2は、断面が細長い矩形状であり、ガスケット本体11と交差する部分をも含めて、ガスケット本体11の厚さと同じ厚さとしてある。また、本実施形態では、等間隔で6本のテープファイバ2を配設してある。
なお、本実施形態では、光ファイバ22を有するテープファイバ2を光伝送手段としてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、光導波路を有する光導波路シートを光伝送手段としてもよい。
ここで、好ましくは、光コネクタ21が、光伝送手段の内部(たとえば、光導波路とこの光導波路を覆う被覆部材との隙間、あるいは、光ファイバ22とこの光ファイバ22を覆う被覆部材との隙間)に対して密封した状態で、接続されるとよく、このようにすると、光伝送手段が、光ファイバを拠り線構造とした光ケーブルである場合であっても、拠り線間の隙間を経由して、遮蔽部材4の内側と外側が連通するといった不具合をより確実に防止することができる。
また、密封部材1は、ガスケット本体11の材質をポリイミド一種類としてあるが、これに限定されるものではない。
次に、上記光伝送手段付き密封部材1の応用例について、図面を参照して説明する。
図3は、本発明の応用例にかかる光伝送手段付き密封部材の構造を説明するための概略図であり、(a)は平面図を、(b)はC−C拡大断面図を、(c)はD−D拡大断面図を示している。
同図において、光伝送手段付き密封部材1aは、上記実施形態の密封部材1と比べて、ガスケット本体11のポリイミド層の上面に、ニトリルゴムからなる突起部111を設け、さらに、ガスケット本体11の下面にニトリルゴムからなシール層112を設けた点が相違する。
その他の構成は、上記実施形態とほぼ同様としてある。したがって、図3において、図1と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
このように、光伝送手段付き密封部材1aによれば、シール性をさらに向上させることができる。
なお、密封部材1aは、突起部111及びシール層112をガスケット本体11と一体的に形成してあるが、この構造に限定されるものではなく、たとえば、別々に成形した突起部111及びシール層112をガスケット本体11に重ね合わせて使用する構造としてもよい。
図4は、本発明の実施形態にかかる光電子装置の構造を説明するための概略図であり、(a)は平面図を、(b)はE−E断面図を示している。
同図において、光電子装置10は、プリント基板3と、遮蔽部材4と、上記実施形態の光伝送手段付き密封部材1と、冷媒5とを備えた構成としてある。
また、本実施形態のプリント基板3は、両面実装基板としてあり、プリント基板3の両面に、密封部材1及び遮蔽部材4を配設してある。
プリント基板3は、ガスケット本体11と当接する(両面の)位置に、ガスケット本体11に対応した形状のランド(図示せず)が形成され、さらに、遮蔽部材4を固定するねじ41が貫通する貫通孔(図示せず)が、複数箇所に穿設されている。ガスケット本体11は、上記ランドと当接しシールする。
また、プリント基板3は、ランドの内側であって、密封部材1の内側の光コネクタ21と対応する位置に、片面当たり6つの光素子92が実装してある。また、各光素子92と対応して、6行3列に計18個のLSIモジュール91が実装されている。さらに、プリント基板3は、ランドの外側であって、光素子92と反対側の周縁部に三つのコネクタ98が実装されている。なお、光素子92,LSIモジュール91及びコネクタ98の実装位置は、上記に限定されるものではない。
遮蔽部材4は、アルミニウムからなる矩形状の平板であり、プリント基板3に実装された光素子92及びLSIモジュール91を収容する凹部43が設けられている。上記平板の外形は、ガスケット本体11の外形と一致する形状としてあり、凹部43の輪郭は、ガスケット本体11の内側の形状と一致する形状としてある。すなわち、遮蔽部材4は、ガスケット本体11及びねじ孔用ガスケット部14に対応した側壁44と、流路用ガスケット部12及びねじ孔用ガスケット部15に応じた隔壁47を有し、側壁44と隔壁47の端面(シール面)が、ガスケット本体11と当接しシールする。
また、プリント基板3の上方に位置する遮蔽部材4は、ガスケット本体11のねじ用孔13と対応する位置に、ねじ41が貫通するねじ用孔(図示せず)が穿設される。これに対し、プリント基板3の下方に位置する遮蔽部材4は、ガスケット本体11のねじ用孔13と対応する位置に、ねじ41が螺着される雌ねじ(図示せず)が切られる。
また、遮蔽部材4は、隔壁47を設けることにより、ほぼU字状の流路が形成される。すなわち、一方の配管46から供給された冷媒5は、隔壁47によって仕切られた遮蔽部材4内部の一方をほぼ直進した後、Uターンし、隔壁47によって仕切られた遮蔽部材4内部の他方を戻るようにほぼ直進して、他方の配管46から排出される。
冷媒5は、液体の冷媒(たとえば、非導電性かつ不活性液体であるフロリナート(登録商標名:スリーエム社))が使用され、LSIモジュール91を効果的に冷却する。なお、冷媒5は、上記フロリナートに限定されるものではない。
また、本実施形態では、遮蔽部材4及び光伝送手段付き密封部材1がシールする対象は、遮蔽部材4内部を流れる冷媒5としてあるが、これに限定されるものではない。すなわち、光電子装置10は、遮蔽部材4の内部から気体や液体を外部に漏らさない、あるいは、遮蔽部材4の外部から気体や液体を内部に浸入させない場合にも有効である。
(組立手順)
まず、プリント基板3の裏面を表にして、ガスケット本体11がランド上に位置するように、光伝送手段付き密封部材1をプリント基板3の裏面に載置する。続いて、光コネクタ21を光素子92と接続させ、さらに、ガスケット本体11上に、雌ねじが切られた遮蔽部材4を載置し、重ねられたプリント基板3,密封部材1及び遮蔽部材4を、重ねられた状態のまま反転させ、プリント基板3の表面を表とする。この際、図示してないが、プリント基板3及びガスケット本体11に位置決め用孔を複数箇所に形成し、遮蔽部材4に前記位置決め用孔に貫入される位置決めピンを突設するとよい。これにより、密封部材1及び遮蔽部材4の位置決めを精度よくかつ容易に行うことができ、また、反転させる際の位置ずれを防止することができる。
光電子装置10は、一方の配管46から冷媒5が供給され、遮蔽部材4によって形成された流路に沿って流れ、他方の配管46から排出される。また、コネクタ98を介して、電力及び電気信号が入力される。続いて、コネクタ98から光電子装置10を作動させる電力が入力され、外部に露出した光コネクタ21から光信号が入力され、テープファイバ2,内側の光コネクタ21及び光素子92を介して、大量の信号がLSIモジュール91に入力される。そして、LSIモジュール91は、冷媒5によって冷却されることにより、過熱することなく大量の信号を処理し、処理した信号を、光素子92,内側の光コネクタ21及びテープファイバ2を介して、外部に露出した光コネクタ21から光信号として出力する。
なお、光電子装置10は、光信号を処理する液冷方式の電子装置として有効であることは勿論であるが、テスト品であるLSIモジュール91や光素子92が実装されたプリント基板3をテストするテスト装置としても極めて有効である。その理由は、光電子装置10は、組立・分解が容易な構造であり、かつ、テープファイバ2や光コネクタ21が損傷した場合であっても、プリント基板3をスクラップにすることなく、光伝送手段付き密封部材1を交換することができるからである。
また、本発明は、光伝送方法としても有効であり、次に、一実施形態にかかる光伝送方法について説明する。
本実施形態の光伝送方法は、上記光電子装置10における光伝送方法としてあり、上記遮蔽部材4によって覆われ、かつ、遮蔽部材4とプリント基板3との間の空間に供給される冷媒5によって冷却される、プリント基板3に実装された光素子92が、遮蔽部材4の外側に光信号を送信する、あるいは、遮蔽部材4の外側から光信号を受信する光伝送方法である。また、この光伝送方法は、光信号が、プリント基板3と遮蔽部材4とのシール面に取り付けられる光伝送手段付き密封部材1と一体的に成形されたテープファイバ2を介して、送信あるいは受信される方法としてある。
このように、本実施形態の光伝送方法によれば、遮蔽部材4による密封状態を維持しつつ、遮蔽部材4の内側と外側との間で光信号を伝送することができる。
たとえば、光電子装置10は、プリント基板3に両面実装された構造としてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、片面のみに実装されたプリント基板3に対しても有効である。
2,2a テープファイバ
3 プリント基板
4,4a 遮蔽部材
5 冷媒
10 光電子装置
11 ガスケット本体
12 流路用ガスケット部
13 ねじ用孔
14 ねじ孔用ガスケット部
15 ねじ孔用ガスケット部
21 光コネクタ
22 光ファイバ
23 被覆部材
40a 溝
41 ねじ
43 凹部
44 側壁
45 継手
46 配管
47 隔壁
90a,90b プリント基板
91 LSIモジュール
92,92a,92b 光素子
93 ランド
94 光コネクタ
95 光ケーブル
96 光導波路
97 開口部
98 コネクタ
111 突起部
112 シール層
Claims (8)
- 光素子が実装されたプリント基板及び該プリント基板に実装された部品の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部材のシール面に取り付けられる密封部材であって、
前記遮蔽部材に対応する環状に成形された樹脂又はゴムからなり、前記プリント基板に実装された部品を収容する前記遮蔽部材の内側と外側とを密封するガスケットとして機能するガスケット本体と、
このガスケット本体と一体的に成形され、内部に前記遮蔽部材の内側と外側との間で光信号を伝送する光伝送体を備えた光伝送手段と
を備えたことを特徴とする光伝送手段付き密封部材。 - 前記光伝送手段の両端に光コネクタを接続したことを特徴とする請求項1記載の光伝送手段付き密封部材。
- 前記密封部材の上面又は下面の少なくとも一方に、前記ゴムからなる突起部又は前記ゴムからなるシール層を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の光伝送手段付き密封部材。
- 光素子が実装されたプリント基板と、
このプリント基板及び該プリント基板に実装された部品の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部材と、
上記請求項1〜3のいずれかに記載の光伝送手段付き密封部材と
を備えたことを特徴とする光電子装置。 - 前記遮蔽部材とプリント基板との間の空間に、前記プリント基板に実装された電子部品を冷却する冷媒が供給され、前記密封部材が前記冷媒を密封することを特徴とする請求項4記載の光電子装置。
- 前記遮蔽部材に、前記冷媒の流路を形成する凹凸を設けたことを特徴とする請求項5記載の光電子装置。
- 前記遮蔽部材に、前記光伝送手段を保持する保持部を設けたことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の光電子装置。
- 遮蔽部材によって覆われ、かつ、前記遮蔽部材とプリント基板との間の空間に供給される冷媒によって冷却される、前記プリント基板に実装された光素子が、前記遮蔽部材の外側に光信号を送信する、あるいは、前記遮蔽部材の外側から光信号を受信する光伝送方法であって、
前記光信号が、前記プリント基板と遮蔽部材とのシール面に取り付けられる、当該遮蔽部材に対応する環状に成形された樹脂又はゴムからなり前記プリント基板に実装された部品を収容する前記遮蔽部材の内側と外側とを密封するガスケットとして機能するガスケット本体と、このガスケット本体と一体的に成形され、内部に前記遮蔽部材の内側と外側との間で光信号を伝送する光伝送体を備えた光伝送手段を介して、送信あるいは受信されることを特徴とする光伝送方法。
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