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CN113364525A - 光模块 - Google Patents

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CN113364525A
CN113364525A CN202011594548.5A CN202011594548A CN113364525A CN 113364525 A CN113364525 A CN 113364525A CN 202011594548 A CN202011594548 A CN 202011594548A CN 113364525 A CN113364525 A CN 113364525A
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heat
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久保辉洋
小林由佳
石坂哲男
伊藤知幸
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Fujitsu Optical Components Ltd
Original Assignee
Fujitsu Optical Components Ltd
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Abstract

一种光模块包括：板，该板容纳在外壳中并且其中形成有通孔；金属板，该金属板接合到板的包括通孔的区域；组件，该组件安装在金属板的一个表面上并且布置在通孔内部；以及导热构件，该导热构件布置在金属板的另一表面上并且将由组件产生的热传递到外壳。

Description

光模块
技术领域
本文讨论的实施方式涉及一种光模块。
背景技术
近年来，已经开发了越来越多的可插入式光模块，其能够插入机架式光传输设备和从机架式光传输设备中拔出。这种光模块可以包括称为光发射次模块(TOSA)的发射器和称为光接收次模块(ROSA)的接收器。可以通过将诸如光调制器和光电二极管(PD)之类的光器件集成到箱式金属封装件中来形成TOSA和ROSA。然而，由于近来例如对设备小型化和通信加速的要求，因此通过将光器件直接安装在板上而形成TOSA和ROSA的情况越来越多。
当光模块被插入光传输设备的端口并且被连接时，由诸如光调制器和数字信号处理器(DSP)之类的发热组件产生的热通过提供给光传输设备的散热器而散发。
专利文献1：日本特开2015-001563号公报
专利文献2：日本特开2019-191281号公报
然而，传统的光模块存在的问题是难以为散热器分配足够的热传递路径，并且散热器的散热效率差。具体地，对于箱式金属封装件中的TOSA和ROSA的情况，能够通过在金属封装件和散热器之间填充例如导热凝胶来从金属封装件散热。然而，因为将金属封装件安装在板上的位置的灵活性较低，所以金属封装件和散热器之间的位置关系不一定合适。因此，根据安装金属封装件的位置，即使在例如使用导热凝胶时，也不会形成连接在金属封装件和散热器之间的热传递路径，因此散热效率降低。
在金属封装件安装在板上的情况下，因为用于安装诸如DSP之类的另一电子组件的面积减小，所以可以在电子模块中设置主板之外的子板。在这种情况下，主板上的各种电子组件与散热器之间的区域被子板阻挡，从而使得难以形成从主板上的电子组件到散热器的热传递路径。通过这种方式，当光器件集成到金属封装件中以形成TOSA和ROSA时，难以保持光模块的高散热效率。
例如，在通过将光器件直接安装在板上而形成TOSA和ROSA的情况下，安装在板上的诸如透镜和套圈之类的光组件以及光波导被暴露而不受金属封装件的保护。因为光组件需要高的位置精度并且光波导抵抗应力的鲁棒性低，所以例如在板上的电子组件与散热器之间填充导热凝胶是不切实际的。因此，由板上的电子组件产生的热被传递到导热系数不太高的板，并且不会快速散发。
所公开的技术是考虑到上述情况而做出的，并且其目的是提供一种能够提高散热效率的光模块。
发明内容
根据实施方式的一个方面，一种光模块包括：板，该板容纳在外壳中并且其中形成有通孔；金属板，该金属板接合到板的包括通孔的区域；组件，该组件安装在金属板的一个表面上并且布置在通孔内部；以及导热构件，该导热构件布置在金属板的另一表面上并且将由组件产生的热传递到外壳。
附图说明
图1是示出根据一个实施方式的光模块的配置的图；
图2是示出根据实施方式的光模块的主要部件的配置的图；
图3是示出沿图2中的线I-I截取的横截面的示意图；
图4是示出沿图2中的线II-II截取的横截面的示意图；
图5是示出构造发射器的步骤的图；
图6是示出装配发射器的步骤的图；以及
图7是示出安装发射器的具体示例的图。
具体实施方式
将参照附图解释本发明的优选实施方式。注意，本发明不限于该实施方式。
图1是示出根据实施方式的光模块100的配置的立体图。在图1中，光模块100的外壳被部分切除，从而能够观察其内部配置。图1所示的光模块100包括拉片110和外壳120。板130容纳在外壳120中，并且DSP 140、TOSA 150和ROSA 160安装在板130上。
拉片110是当光模块100插入机架式光传输设备和从机架式光传输设备拔出时由用户握持的握持部。其中内置有板130的外壳120连接到拉片110的纵向方向上的一端。
外壳120是金属壳体，其中内置有板130和板上的各种组件。在图1中，外壳120的一个表面被切除，从而能够观察板130、DSP 140、TOSA 150和ROSA 160。拉片110连接到外壳120的纵向方向上的一端。当被插入到机架式光传输设备中时，从外壳120的与拉片110相对的端部将光模块100插入到机架式光传输设备的端口中。在该端部中，板130在其远端处的端子部从外壳120露出。
板130是容纳在外壳120中并且其上安装有各种类型的电子组件和光组件的电路板。如稍后将描述的那样，在板130中形成通孔，并且TOSA 150的一部分布置在通孔内。板130的远端从外壳120露出，并且当光模块100插入光传输设备时用作电连接到机架式光传输设备的端子。在本文中，板130可以是在外层和内层都具有布线的多层板。
DSP 140是待安装在板130上的电子组件之一。DSP 140产生由TOSA 150转换成光信号的传输信号，并且调制已经由ROSA 160转换成电信号的接收信号。DSP 140是高速执行信号处理的电子组件，因此是产生相对大热量的发热组件。
TOSA 150包括光源、光调制器和光组件，利用光调制器对光源发射的光进行光调制，并且经由光组件将得到的光传输信号发送到光纤。TOSA 150包括处理负荷重的光调制器，因此是产生相对大热量的发热组件。因此，在形成TOSA 150的底部的金属板上粘接散热片。此外，在散热片与光传输设备的散热器之间，布置有诸如导热凝胶的导热构件。稍后将详细描述TOSA 150的具体配置。
ROSA160包括执行光电转换的PD，并且将从光纤输入的光接收信号转换为电接收信号。然后，ROSA160向DSP 140输出电接收信号。因为包括在ROSA160中的PD的处理负载较轻，所以ROSA 160产生的热量小于TOSA 150产生的热量。
图2是示出光模块100的主要部件的配置的立体图。在图2中，示出了安装在板130的一个表面上的组件。
如图2所示，诸如导热凝胶之类的导热构件210布置在DSP 140的上表面上，并且诸如导热凝胶的导热构件220也布置在TOSA 150的上表面上。在本文的描述中，将从板130向DSP 140延伸的方向定义为向上方向，并且导热构件210和220分别“布置在DSP 140和TOSA150的上表面上”。然而，光模块100不一定必须以从板130向DSP 140延伸的方向作为向上方向的姿态使用。换句话说，光模块100可以以任何姿态使用，并且例如可以以从板130向DSP 140延伸的方向作为向下方向的姿态使用。
导热构件210和220分别布置在作为产生相对大热量的发热组件的DSP 140和TOSA150的上表面上。具体地，导热构件210、220被布置成使得发热组件的上表面连接到金属外壳120以与光传输设备的散热器接触。通过这种布置，导热构件210、220用作由发热组件产生的热的传递路径，并且由发热组件产生的热通过导热构件210、220和外壳120传输到散热器并且被散发。在本文中，导热构件210、220均可以是由诸如包含导热率高的填充物的硅树脂之类的材料制成的导热凝胶，或者可以是与形成TOSA150的底部的金属板相似的金属。
通过将光组件和光调制器安装在金属板上而形成TOSA150。在本文中，安装在金属板上的光组件和光调制器布置在板130中所形成的通孔内部。具体地，导热构件220布置在金属板的上表面上，光组件和光调制器安装在金属板的下表面上，并且光组件和光调制器布置在板130的通孔内部。换句话说，在图2中，金属板的下表面是组件安装表面。
图3是示出沿图2中的线I-I截取的横截面的示意图。如图3所示，在板130中形成通孔130a。DSP 140安装在板130的上表面上，并且导热构件210布置在DSP 140的上表面上。在板130的下表面上，安装有以较低速度运行并且产生少量热量的电子组件170。具体地，作为发热组件的DSP 140布置在板130的作为靠近光传输设备的散热器的一侧的上表面上，由此DSP 140和与散热器接触的金属外壳120通过导热构件210连接。通过这种布置，由DSP 140产生的热通过导热构件210传递，并且从外壳120和散热器散发。换句话说，能够提高DSP140产生的热的散热效率。
TOSA150包括位于其底部的金属板151，并且在其作为金属板151的组件安装表面的下表面上安装有诸如透镜和套圈之类的光组件153、光调制器154、诸如激光二极管(LD)之类的光源155以及驱动器156。响应于从驱动器156提供的传输信号，光调制器154调制由每个光源155发射的光，并且光组件153将得到的光传输信号发送到光纤。因为光组件153、光调制器154和光源155安装在金属板151上，所以能够高精度地保持这些组件的位置关系，从而能够减小光连接损耗。作为金属板151，例如能够使用诸如铜钨合金或铜钼合金之类的具有高导热性的铜合金。
安装在金属板151的组件安装表面上的光组件153、光调制器154、光源155和驱动器156布置在板130中所形成的通孔130a内部。通过调节金属板151的厚度，将驱动器156的下表面的高度和板130的下表面的高度设置为基本相同，并且驱动器156通过利用导线157进行导线接合而连接到板130。因此，能够将连接在驱动器156与板130之间的导线157的长度设置为例如短至100微米至300微米，由此能够减小TOSA150与板130之间的电信号的传输特性的劣化。
在金属板151的与其组件安装表面相对的表面上，粘接有散热片152，并且导热构件220布置在散热片152的上表面上。导热构件220的上表面以与导热构件210的上表面相同的方式与金属外壳120接触，并且由光调制器154和驱动器156产生的热被传输到金属板151、散热片152和导热构件220，并且从外壳120和散热器散发。换句话说，能够提高TOSA150产生的热的散热效率。
图4是示出沿图2中的线II-II截取的横截面的示意图。如图4所示，形成TOSA150的底部的金属板151接合到板130的包括通孔130a的区域，并且安装在金属板151的下表面上的光组件153、光调制器154和光源155布置在通孔130a内部。形成ROSA 160的底部的金属板161接合到板130中所形成的凹部130b，并且诸如PD之类的光组件162安装在金属板161的上表面上。金属板161和光组件162由待保护的盖构件163覆盖。如上所述，当金属板151的下表面用作TOSA 150中的组件安装表面时，金属板161的上表面用作ROSA 160中的组件安装表面，由此增加了TOSA 150与ROSA 160的导线之间的距离。因此，能够减少TOSA 150与ROSA160之间的串扰。
在本文中，虽然ROSA 160不一定必须布置在板130的凹部130b中，但是通过将ROSA160布置在凹部130b中并且调节金属板161的厚度，能够将光组件162和板130的表面设置为彼此齐平。因此，连接在光组件162与板130之间的导线的长度能够设置得更短，由此能够减小ROSA 160与板130之间的电信号的传输特性的劣化。
下面描述制造根据实施方式的光模块100的方法。
首先，分别构造作为发射器的TOSA 150和作为接收器的ROSA160。换句话说，在形成TOSA150和ROSA 160的底部的金属板151和161上安装相应的组件。具体地，如图5所示，例如在形成TOSA 150的底部的金属板151上安装光调制器154、光源155和驱动器156。此时，未安装需要高精度定位的光组件153，并且利用诸如银-环氧粘合剂之类的导电粘合剂将与光源155集成的驱动器156和光调制器154接合到金属板151。
当已经构造了TOSA 150和ROSA 160时，将TOSA 150和ROSA 160安装在板130上。具体地，通过将金属板151接合到板130并且光调制器154和驱动器156插入板130的通孔130a中来将TOSA 150安装在板130上。通过将金属板161接合到板130的凹部130b的底面来将ROSA 160安装在板130上。此外，在板130上，通过例如表面安装技术(SMT)或球栅阵列(BGA)安装DSP 140和其它电子组件170。
具体地，如图6所示，例如，将金属板151的突出部装配到板130的通孔130a中，使得光调制器154和驱动器156布置在通孔130a内部，并且金属板151接合到板130。在金属板151的与板130相对的表面上，粘接散热片152。在板130的与金属板151接合的表面上，安装ROSA160，并且还安装诸如DSP 140之类的发热组件。在板130的与其接合有金属板151的表面相对的表面上，安装产生少量热的电子组件170。
如上所述，在板130的一个表面上，以集中方式安装诸如TOSA150的金属板151和DSP 140之类的发热组件，并且在板130的另一表面上，以集中方式安装产生少量热的电子组件170。通过这种配置，能够从板130的一个表面有效地散热。在本文中，虽然TOSA 150的光调制器154和驱动器156布置在板130的通孔130a内部，但是例如可以利用如图7所示的盖构件158覆盖包括板130的通孔130a的区域以保护这些组件。
当DSP 140、TOSA 150、ROSA 160和其它电子组件170已经安装在板130上时，连接到光纤的诸如套圈和透镜之类的光组件153接合到金属板151。具体地，在以高精度定位的同时，利用诸如光固化树脂之类的粘合剂将光组件153接合到金属板151。
在暴露的DSP 140和散热片152的表面上，分别布置导热构件210和220，并且其上安装有相应组件的板130容纳在外壳120中。此时，导热构件210、220与外壳120的一个表面接触。因此，完成了光模块100。
如上所述，根据本实施方式，TOSA被安装成使得待安装在其金属板上的组件布置在板的通孔内部，并且导热构件布置在金属板的与组件安装表面相对的表面与外壳之间。通过这种布置，由TOSA的光调制器和驱动器产生的热通过金属板和导热构件传递到外壳并且散发。因此，能够提高光模块的散热效率。此外，光调制器或驱动器的表面和板的表面能够设置成彼此齐平，由此连接在光调制器或驱动器与板之间的导线的长度能够设置得更短。因此，能够减少电信号的传输特性的劣化。
在上述实施方式中，通过将光调制器154和驱动器156安装在金属板151上而构造TOSA 150。然而，驱动器156可以安装在板130上而不是金属板151上。在这种情况下，光调制器154的表面的高度和板130的表面的高度仅需要通过调节金属板151的厚度而设置为基本相同，由此可以将连接在光调制器154与板130的表面之间的导线的长度设置为更短。此外，驱动器156的表面的高度和板130的表面的高度可以通过将驱动器156安装到板130中所形成的凹部上而设置为基本相同，由此可以将连接在驱动器156的表面与板130的表面之间的导线的长度设置为更短。
在上述实施方式中，使用与光源155集成的光调制器154。然而，光源155不一定必须与光调制器154集成。具体地，在金属板151上，可以安装与其分开的光源155，并且光调制器154可以调制由每个光源155发射的光。
根据本发明公开的光模块的方面，能够获得提高散热效率的效果。

Claims (9)

1.一种光模块，该光模块包括：
板，该板容纳在外壳中并且该板中形成有通孔；
金属板，该金属板接合到所述板的包括所述通孔的区域；
组件，该组件安装在所述金属板的一个表面上并且布置在所述通孔内部；以及
导热构件，该导热构件布置在所述金属板的另一表面上并且将由所述组件产生的热传递到所述外壳。
2.根据权利要求1所述的光模块，其中，
所述组件包括：
光调制器，该光调制器对光源发出的光进行调制；以及
光组件，该光组件向光纤发送通过所述光调制器的调制而获得的光信号。
3.根据权利要求2所述的光模块，其中，所述光调制器布置在所述通孔内部，使得所述光调制器的表面的高度与所述板的表面的高度基本相同，并且所述光调制器的所述表面通过导线连接到所述板的所述表面。
4.根据权利要求2所述的光模块，其中，所述组件还包括向所述光调制器提供传输信号的驱动器。
5.根据权利要求4所述的光模块，其中，所述驱动器布置在所述通孔内部，使得所述驱动器的表面的高度与所述板的表面的高度基本相同，并且所述驱动器的所述表面通过导线连接到所述板的所述表面。
6.根据权利要求1所述的光模块，该光模块还包括将输入光信号转换成电信号的光组件，其中，
所述板具有凹部，该凹部形成在所述板的与所述金属板接合的表面中，并且
所述光组件布置在所述凹部中。
7.根据权利要求6所述的光模块，其中，所述光组件布置在所述凹部中，使得所述光组件的表面的高度与所述板的表面的高度基本相同，并且所述光组件的所述表面通过导线连接到所述板的所述表面。
8.根据权利要求1所述的光模块，该光模块还包括发热组件，该发热组件布置在所述板的与所述金属板接合的表面上并且产生热。
9.根据权利要求8所述的光模块，该光模块还包括电子组件，该电子组件布置在所述板的与所述金属板接合的所述表面相对的表面上，并且产生比所述发热组件所产生的热量更小的热量。
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