具有从tosa到金属壳体的有效传热路径的光收发器的制作方法

文档序号:8048872
专利名称:具有从tosa到金属壳体的有效传热路径的光收发器的制作方法
技术领域
本发明涉及光收发器,具体地说,本发明涉及将热量从光发射子组件(下文中称为T0SA)传导至金属壳体的机构。
背景技术
光收发器通常包括TOSA ;光接收子组件(下文中称为ROSA);电路,其与T0SA、 ROSA和主系统进行通信;以及壳体,其用于封闭TOSA、ROSA和安装有电路的电路板。TOSA 的内部安装有半导体激光二极管(下文中称为LD)。LD通常必须在恒定的温度下操作,因此,TOSA安装有热电冷却器(下文中称为TEC)。TEC产生大量的热量以使LD的温度降低。 因此,具有TEC的TOSA需要耗散由TEC产生的热量。图10示出壳体102和103内的TOSA 101的常规布置。TOSA具有矩形封装或同轴 CAN封装,封装中产生的热量可以从封装的侧表面发散掉。此外,TOSA 101的侧表面与壳体的纵轴线基本平行地延伸。相应地,在封装IOla的侧表面与壳体102或103之间设置诸如导热板、导热凝胶等具有良好导热率的材料106a或106b,可以构成从TOSA 101至壳体的有效传热路径。然而,上述常规布置仅限制于TOSA 101的散热面朝向壳体的内表面并且与壳体的内表面基本平行的情况。近来的TOSA不总是具有这样的散热面。具体地说,TOSA设置有侧表面由多层式陶瓷构成的陶瓷封装,并且散热面被限制于封装的底部且该底部沿着与壳体的纵轴线垂直的方向延伸,此时需要构建将热量从TOSA 的封装传导至壳体的另一种布置。

发明内容
本发明的一个方面涉及一种光收发器,所述光收发器包括金属壳体、光学子组件和块。金属壳体具有光学插座,其用于接纳外部光学连接器;以及电插塞,其用于与主系统进行通信。壳体具有将光学插座和电插塞连接起来的纵轴线。光学子组件可以安装在金属壳体内,并且可以具有包括底部件的封装,底部件上安装有LD。封装的底部件沿着与金属壳体的纵轴线交叉或垂直的方向延伸。根据本发明的实施例,块与OSA的底部件以及金属壳体的内表面进行热接触,以构成将热量从OSA传导至壳体的路径。本发明的特征在于,块可移动地组装至金属壳体。


下面结合附图对本发明进行说明,其中图1是示出根据本发明的实施例的光收发器的外观的透视图;图2示出移除了上盖的图1所示的光收发器的内部;图3是示出图1所示的光收发器的主要部分沿光收发器的纵向截取的剖视图;图4是示出安装在图1所示的光收发器中的TOSA的局部剖视图;图5是图4所示的TOSA的透视3
图6A和图6B示出均组装有各FPC(挠性印刷电路)板并且安装在图1所示的光收发器中的ROSA和TOSA ;图7示出根据本发明的实施例的传导热量的块;图8是示出用于将块组装到光收发器的壳体内的工具的透视图;图9示出将块组装至壳体的方法;以及图10是示出将TOSA中产生的热量传导至壳体的常规机构的剖视图。
具体实施例方式接下来,对根据本发明的一些优选实施例进行详细说明。根据本发明的光收发器 10可以包括TOSA、ROSA、安装在电路板上的电子电路、以及包括上盖11和下盖12的壳体。 上盖11和下盖12可以由金属制成,以便有效地传导和发散掉壳体内产生的热量。具体地说,上盖具有多个鳍片11a,以有效地发散掉热量。上盖11还包括孔11c,通过孔Ilc从壳体外侧组装和对准用于传导热量的块。上盖11和下盖12的前部具有盖住端口的凸缘13, 光收发器10通过端口安装在主系统内。壳体还包括位于凸缘13前侧的光学插座14,光学插座14接纳外部光学连接器。另一方面,壳体后端突出有电插塞15a,电插塞15a是壳体中的电路板的端部。在将光收发器10设置在主系统内时,电插塞15a与配置在主系统中的电连接件配合,并可以在光收发器10与主系统之间建立通信。在本说明书中,光收发器10的前侧与光学插座所在的一侧对应,而后侧与电插塞15a所在的一侧对应。图2通过移除上盖11展示出壳体的内部。下盖12上安装有电路板15,并且电路板15安装有包括IC 19和一些有源及无源元件在内的电子电路。TOSA 21和ROSA 31安装在电路板15的前部。0SA21和31可以通过各FPC 27和34与电路板上的电路电连接。TOSA 21和IC 19是光收发器10中产生热量的主要元件。本实施例示出将TOSA 21产生的热量有效地传导至壳体,确切地说,传导至上盖11的机构。即,本实施例中的光收发器10具有与TOSA 21和上盖11热耦合的块16。块16通过与TOSA 21和上盖11紧密接触将热量有效地从TOSA 21传导至上盖11。图3放大地示出将热量从TOSA 21传导至上盖11的机构的主要部分。以下参考图4至图6所说明的TOSA 21包括陶瓷封装(封装件)22、套管部分24和连接套管,连接套管将套管部分24与陶瓷封装22连接起来。本实施例中的陶瓷封装22必需从与光收发器10的纵向相交或垂直的后表面来耗散热量,而不从侧表面耗散热量。陶瓷封装22的侧表面与光收发器10的纵向基本平行,与图9所示的常规布置类似地,这可以帮助将热量从 TOSA 21传导至壳体。然而,陶瓷封装22具有垂直于壳体纵向延伸的散热面。本实施例的光收发器10将块16布置在陶瓷封装22的后方,具体地说,使块16的前表面16a与陶瓷封装22的底部件25进行物理接触和热接触。同时,与块16的前表面16a 基本垂直的传导面(即块16的顶面)16b与上盖11的内表面进行物理接触和热接触。稍后说明的块16可以这样组装在上盖11上工具20支撑块16并首先将块16的前表面16a 抵靠在底部件25上,并且用螺钉17使传导面16b与上盖11的内表面lib接触。从而,可以构成将热量从TOSA 21传导至上盖11的路径。块16可以由具有良好导热率的材料制成,这种材料通常为铝(Al)或铜(Cu)的金属或者氮化铝(AlN)陶瓷。图3所示的实施例还可以包括位于块16与陶瓷封装22的底部件25之间的导热板、导热凝胶或导热脂。这些材料可以填入底部件25与前表面16a之间的间隙中,或补偿底部件25与前表面16a之间的凹凸部。具体地说,当前表面16a与底部件25不平行地延伸时,诸如导热板或导热脂等柔性件能够有效地填充间隙。具体地说,块 16的前表面16a与传导面16b之间的角度取决于形成块的处理的稳定性,同时,陶瓷封装 22的底部件25的竖直角度取决于陶瓷封装22自身的组装、陶瓷封装在套管部分24上的组装以及TOSA在壳体中的组装。因此,前表面16a并不总是与底部件25平行。上盖11和下盖12通过支撑TOSA 21的套管部分24来将T0SA21定位。如上文所述,TOSA 21的陶瓷封装22的组装影响底部件25在光收发器10的纵向上的位置。根据本实施例的块16和上盖11具有沿纵向将块16对准的机构,这可以补偿底部件25在纵向上的位置偏差。此外,前表面16a的面积比底部件25的面积大,这可以使整个底部件25与前表面16a可靠地接触。图4至图6示出根据本发明的TOSA 21的实例。如所描述的那样,TOSA 21包括陶瓷封装22、套管部分24和连接套管23。如图4所示,陶瓷封装22具有用于侧壁22a的所谓的多层式结构。侧壁22a还包括将内部互联线路从封装中引出的多个电极22b。这些多层结构的侧壁22a安装在底部件25上,而侧壁22a利用支撑壁22c而安装有盖板22e。盖板22e在偏离盖板22e中央的位置处具有圆筒22d。底部件25上安装有热电冷却器(下文中称为TEC) 26,而TEC 26上安装有光学元件,包括LD、监视LD的发射的光电二极管(PD)、 聚光透镜等。连接套管23将陶瓷封装22与套管部分24以机械和光学的方式连接起来。具体地说,通过调整圆筒22d与连接套管23的孔23a之间的交叠深度,实施套管部分24与陶瓷封装22 (特别是陶瓷封装22中的LD)之间的光学对准,该对准是沿着光轴的光学对准。另一方面,使套管部分24在连接套管23的端面23b上滑动,可以在与光轴垂直的平面中执行光学对准。从而,可以实现套管部分24与陶瓷封装22之间的光学对准。套管部分24包括套管24a、插头(stub) 24b和套管盖24d。套管24a的一端接纳组装在外部光学连接器中的插芯(图4中未示出),另一端接纳插头24b。插头的中心具有耦合光纤24c。当套管24a接纳插芯并且由插芯保持的外部光纤的末端抵靠耦合光纤的末端时,可以实现外部光纤与耦合光纤之间的光学耦合。此外,来自陶瓷封装22中的LD的发射光会聚在耦合光纤24c的面向陶瓷封装22的另一端上,从而可以实施LD与外部光纤之间的光学耦合。底部件25相对于陶瓷封装22的侧壁22a形成底部且从侧壁22a的底部略微地突出。侧壁的底部具有用于电极22b的L形区域,L形区域占据侧壁22a的彼此相连的两侧, 而侧壁22a的剩余两侧用于底部件25。如图6B所示,电极22b可以与用于TOSA 21的FPC 27的一部分27a电连接。图 6A 和图 6B 示出分别组装有 FPC 34 禾口 FPC 27 的 ROSA 31 禾口 TOSA 21。TOSA 21 具有如上所述呈正方形的陶瓷封装22,而ROSA 31具有所谓的同轴封装32,从同轴封装32 的管座延伸有多个引线脚。用于ROSA的FPC 34在连接部分34a与引线脚焊接起来。图7是块16的实例的透视图。块16可以由具有良好导热率的材料制成,这种材料通常为诸如铝(Al)或铜(Cu)等金属,或者诸如氮化铝(AlN)等陶瓷。图7所示的块16 具有矩形形状,然而,块16的形状是可选的,只要明确限定至少两个表面16a和16b即可。
5块16的传导面16b上具有引导件18和远离引导件18的螺孔16c。图8是示出将块16组装到上盖11上的工具20的透视图。工具20可以仅通过切割和弯折,而无需通过软焊、焊接等用金属板制成,这可以降低工具20的加工成本。工具20 包括桥部20a和从桥部20a向下延伸的两个腿部20c和20f。桥部20a具有均从桥部20a 的侧部延伸、向上弯折继而向内弯折的延伸部20b。延伸部20b可以防止桥部20a向上翘曲。一个腿部20c的末端具有向内弯折的片20e。片20e抵靠块16的引导件18。另一个腿部20f的末端弯折两次以形成另一个片20d。工具20可以如图3和图9所示的那样将块16组装至上盖11。即,通过将引导件 18从盖子11的内部插入孔Ilc中但通过缝lie从螺孔16c中将螺钉17拧松,将块16首先组装至上盖11。在这种情况下,块16可以在孔Ilc和缝lie内沿着光收发器的纵向移动。 尽管图3示出的缝lie在壳体纵轴线上的长度长于螺钉顶部在壳体纵轴线上的长度,然而, 缝lie在垂直于纵轴线的方向上的宽度窄于螺钉顶部在垂直于纵轴线的方向上的宽度。于是,螺钉17可以将块16组装至上盖11。在这种情况下,工具20将腿部20c的末端20e抵靠在引导件18上,而另一个腿部 20f上的片20d与凸缘13的前表面进行接触。片20d产生弹力以将工具20向前推,因此, 在工具20的末端20e的推压下,块16与陶瓷封装22的底部件25可靠地进行接触。用螺丝刀T紧固螺钉17,可以将块16牢固地组装至上盖11,并同时使块16的前表面16a与陶瓷封装22的底部件25接触。尽管图3所示的实施例具有用腿部20c和20f紧固引导件18 和凸缘13的工具20,然而,工具20的腿部20f可以设置为抵靠光收发器10的前端。在上述详细说明中,已经参考本发明的具体示例性实施例对本发明的光收发器进行了描述。然而,很显然,可以在不背离本发明的较广义的精神和范围的情况下作出各种修改和变型。相应地,应认为本说明书和附图是示例性的而不是限制性的。
权利要求
1.一种光收发器,包括金属壳体,包括光学插座,其用于接纳外部光学连接器;以及电插塞,其用于与主系统进行通信,所述壳体具有将所述光学插座和所述电插塞连接起来的纵轴线;光学子组件,其安装在所述金属壳体内,所述光学子组件具有封装,所述封装具有用于安装半导体光学装置的底部件,所述底部件沿着与所述金属壳体的纵轴线交叉的方向延伸;以及块,其与所述光学子组件的所述底部件以及所述金属壳体的内表面进行热接触, 其中,所述块以能移动的方式组装至所述金属壳体中。
2.如权利要求1所述的光收发器,其中,所述块具有引导件和螺孔,并且所述金属壳体具有孔和缝, 通过将所述引导件穿过所述孔并且使所述螺钉通过所述缝旋入所述螺孔中,将所述块组装至所述金属壳体。
3.如权利要求2所述的光收发器,其中,所述孔和所述缝在纵向上具有彼此相同的宽度。
4.如权利要求3所述的光收发器,其中,所述缝在垂直于所述纵轴线的方向上的长度小于所述螺钉的螺钉顶部的尺寸。
5.如权利要求1所述的光收发器,其中,所述块具有隔着导热板、导热凝胶和导热脂中的一者与所述封装的所述底部件接触的表面。
6.如权利要求5所述的光收发器,其中,所述块具有与所述金属壳体的内表面接触的另一个表面, 所述块的所述表面和所述另一个表面基本上构成直角。
7.如权利要求1所述的光收发器, 其中,所述光学子组件是安装有半导体激光二极管和热电冷却器的发射子组件, 所述半导体激光二极管安装在所述热电冷却器上,并且所述热电冷却器安装在所述封装的底部件上。
8.如权利要求1所述的光收发器,其中,所述光学子组件的封装具有多层式陶瓷封装。
9.如权利要求1所述的光收发器, 其中,所述块由铝、铜或氮化铝制成。
全文摘要
本发明公开一种具有从TOSA到金属壳体的有效传热路径的光收发器。TOSA具有底部件,底部件上安装有诸如TEC等发热装置,且沿着与金属壳体的纵轴线垂直的方向延伸。光收发器还包括块,块与TOSA的底部件和金属壳体的内表面可移动地接触,以构成从TOSA至金属壳体的有效传热路径。
文档编号H05K7/20GK102438426SQ20111024169
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月17日 优先权日2010年8月20日
发明者仓岛宏实, 石井邦幸 申请人:住友电气工业株式会社
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