CN103837947A - 用于耗散光学通信模块中的热的方法及系统 - Google Patents

用于耗散光学通信模块中的热的方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103837947A
CN103837947A CN201310611918.5A CN201310611918A CN103837947A CN 103837947 A CN103837947 A CN 103837947A CN 201310611918 A CN201310611918 A CN 201310611918A CN 103837947 A CN103837947 A CN 103837947A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat dissipation
dissipation device
optical communication
casing part
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310611918.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103837947B (zh
Inventor
劳伦斯·R·麦科洛克
戴维·J·K·梅多克罗夫特
陈星权
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Original Assignee
Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd filed Critical Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd
Publication of CN103837947A publication Critical patent/CN103837947A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103837947B publication Critical patent/CN103837947B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4266—Thermal aspects, temperature control or temperature monitoring
    • G02B6/4268—Cooling
    • G02B6/4269—Cooling with heat sinks or radiation fins
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20409—Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40—Transceivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)

Abstract

本申请案是针对用于耗散光学通信模块中的热的方法及系统。本发明提供一种适合于供在CXP模块中使用但不限于在CXP模块中使用的热耗散解决方案。所述热耗散解决方案允许在不必增加当前与已知CXP模块一起使用的热耗散装置的大小的情况下显著改善CXP模块的性能。所述热耗散解决方案将与激光二极管相关联的热耗散路径和与所述模块的例如激光二极管驱动器IC及接收器IC等其它热产生组件相关联的热耗散路径热解耦。解耦这些热耗散路径允许在所述激光二极管以较高速度操作时将所述激光二极管的温度保持为较冷，同时在需要或必要的情况下允许所述其它组件的温度运行到较热。

Description

用于耗散光学通信模块中的热的方法及系统
技术领域
本发明涉及光学通信模块。更特定来说，本发明涉及在例如并行光学发射器、接收器及收发器模块等光学通信模块中使用的热耗散系统及方法。
背景技术
存在用于在多个相应光学数据信道上同时发射及/或接收多个光学数据信号的多种并行光学通信模块。并行光学发射器具有用于在多个相应光学波导(例如，光纤)上同时发射多个相应光学数据信号的多个光学发射信道。并行光学接收器具有用于在多个相应光学波导上同时接收多个相应光学数据信号的多个光学接收信道。并行光学收发器具有用于在多个相应发射及接收光学波导上同时发射及接收多个相应光学发射及接收数据信号的多个光学发射及接收信道。
针对这些不同类型的并行光学通信模块中的每一者，存在多种设计及配置。用于并行光学通信模块的典型布局包含其上安装有各种电组件及光电子组件(即，激光二极管及/或光电二极管)的电路板，例如印刷电路板(PCB)、球栅阵列(BGA)等。在并行光学发射器的情况中，激光二极管及一个或一个以上激光二极管驱动器集成电路(IC)安装于所述电路板上。所述电路板具有延续穿过其的电导体(即，电迹线及通孔)以及其上的电接触垫。激光二极管驱动器IC的电接触垫电连接到电路板的电导体。举例来说，一个或一个以上其它电组件(例如，控制器IC)通常也安装于电路板上且电连接到所述电路板。
类似配置用于并行光学接收器，只不过并行光学接收器的电路板在其上安装有多个光电二极管而非激光二极管且在其上安装有接收器IC而非激光二极管驱动器IC。接收器IC通常包含放大电路且有时包含用于恢复时钟及数据位的时钟与数据恢复(CDR)电路。并行光学收发器通常在其上安装有激光二极管、光电二极管、一个或一个以上激光二极管驱动器IC及接收器IC，但这些装置中的一者或一者以上可集成到相同IC中以减少部件计数并提供其它益处。
图1图解说明称为CXP模块的并行光学通信模块2的透视图。CXP模块2为通常具有十二个发射信道及十二个接收信道的可插入模块。CXP模块2在大小上为相对紧凑的且经配置以插入到安置于1U盒(未展示)的前面板中的容座中。通常，图1中所展示的类型的多个CXP模块插入到1U盒的相应并排容座中。举例来说，由电组件及光电子组件(例如IC及激光二极管)产生的热通过金属模块外壳2a转移到耗散热的外部热耗散装置3中。
热耗散装置的大小与生热及其热负载成正比。从图1可看出，外部热耗散装置3的大小与CXP模块2的大小相比为大的。出于此原因，热耗散装置3消耗1U盒内部的相对大量的空间。针对CXP模块2的规范将关于模块外壳2a的温度的上限设定在80摄氏(C)度且将关于1U盒内部的空气的温度的上限设定在70℃。热耗散装置3经设计而以允许满足这些限制的方式来耗散热。
CXP模块2的激光二极管对温度的增加非常敏感。一般来说，为了在不牺牲性能的情况下增加激光二极管的速度，需要降低所述激光二极管的操作温度。将允许模块2的激光二极管的数据速率显著增加而不使其性能降级的一种解决方案将为显著增加热耗散装置3的大小。然而，由于热耗散装置3已为相对大的，因此进一步增加其大小出于多种原因而并非是合意的解决方案。举例来说，增加热耗散装置3的大小可减小模块安装密度并增加成本。
因此，需要提供经改善的热耗散解决方案且在空间利用方面为高效的方法及系统。
发明内容
本发明针对供在光学通信模块中使用的用于耗散热的方法及系统。一种并入有热耗散系统及方法的光学通信模块包括模块外壳、至少第一电子组合件(ESA)、至少第一热耗散界面、至少第一热耗散装置及至少第二热耗散装置。所述模块外壳包括前外壳部分及后外壳部分，使得如果将所述光学通信模块插入到形成于前面板中的容座中，那么所述前外壳部分安置于所述前面板的前面且所述后外壳部分安置到所述前面板的后面。所述ESA包含至少第一电路板、安装于所述第一电路板上的至少第一IC及安装于所述第一电路板上的至少第一激光二极管阵列。所述热耗散界面机械耦合到所述后外壳部分及至少所述第一IC。所述第一热耗散装置机械耦合到所述后外壳部分且热耦合到所述热耗散界面。由所述第一IC产生的热的至少一部分经由所述第一热耗散装置与所述热耗散界面之间的所述热耦合而热耦合到所述第一热耗散装置中。所述第二热耗散装置机械耦合到所述前外壳部分且热耦合到所述至少第一激光二极管阵列。由所述激光二极管产生的热的至少一部分经由所述第二热耗散装置与所述第一激光二极管阵列之间的所述热耦合而热耦合到所述第二热耗散装置中。
所述方法包括：
提供光学通信模块，所述光学通信模块包括：模块外壳，在所述模块外壳中安置有至少第一ESA；至少第一热耗散装置，其机械耦合到所述模块外壳的后外壳部分且热耦合到安置于所述后外壳部分上的热耗散界面；及至少第二热耗散装置，其机械耦合到所述模块外壳的前外壳部分；
借助所述第一热耗散装置经由所述第一热耗散装置与所述热耗散界面之间的所述热耦合耗散由所述第一ESA的至少第一IC产生的热的至少一部分；及
借助所述第二热耗散装置经由所述第二热耗散装置与所述第一激光二极管阵列之间的所述热耦合耗散由所述激光二极管产生的热的至少一部分。
依据以下描述、图式及权利要求书，本发明的这些及其它特征及优点将变得显而易见。
附图说明
图1图解说明通常称为CXP模块的已知并行光学通信模块及紧固到模块外壳的热耗散装置的透视图。
图2图解说明根据说明性实施例的高性能CXP模块的透视图，其具有前外壳部分及后外壳部分、安置于后外壳部分上的热耗散界面及安置于前外壳部分中的热耗散装置。
图3图解说明图2中所展示的CXP模块插入到形成于1U盒的前面板中的容座中的横截面透视图。
图4图解说明图2中所展示的CXP模块的一部分的俯视透视图，其中已移除CXP模块外壳以展露CXP模块的内部特征，包含第一电路板、塑料盖、安装于第一电路板上且突出穿过形成于塑料盖中的相应开口的第一热耗散块及第二热耗散块以及与形成于塑料盖中的容座配合的光学连接器。
图5图解说明图4中所展示的CXP模块的一部分的俯视透视图，其中已移除塑料盖及光学连接器以展露CXP模块的其它组件，包含第一电路板的部分、第一热耗散块及第二热耗散块、第一IC及第二IC以及VCSEL阵列。
图6图解说明图5中所展示的第一电路板的部分的俯视平面图，其中已移除IC及VCSEL阵列以展露形成于第一电路板的上表面上的经图案化热耗散层。
图7图解说明图6中所展示的第一电路板的部分的俯视平面图，其中IC及VCSEL阵列安装于经图案化热耗散层的特定部分上。
图8A及8B分别图解说明图2及3中所展示的CXP模块的热耗散界面及热耗散装置的前透视图及后透视图。
图9图解说明后外壳部分的后透视图，其展示热耗散界面及其提供的热路径的配置。
具体实施方式
根据本发明，提供一种适合供在图1中所展示的类型的CXP模块中使用但不限于在所述CXP模块中使用的热耗散解决方案。所述热耗散解决方案允许在不必增加热耗散装置3的大小的情况下显著改善CXP模块的性能且可允许减小热耗散装置3的大小。所述热耗散解决方案将与激光二极管相关联的热耗散路径和与模块的例如激光二极管驱动器IC及接收器IC等其它热产生组件相关联的热耗散路径热解耦。解耦这些热耗散路径允许在激光二极管以较高速度操作时将所述激光二极管的温度保持为较冷，同时在需要或必要的情况下允许其它组件的温度运行到较热。
根据本文中所描述的实施例，1U盒内部的热耗散装置3仅耗散与模块的IC及其它电组件相关联的热。热耗散装置3并不用于耗散由激光二极管产生的热。在1U盒外部的单独热耗散装置用于耗散由激光二极管产生的热。两个热耗散装置彼此热解耦。下文将参考各图来描述本发明的热耗散解决方案的说明性或示范性实施例。
本发明的目标之一是提供一种在不必增加热耗散装置3的大小的情况下具有非常高的性能的CXP模块。说明性实施例的高性能CXP模块利用以高速度(例如，20到25千兆位每秒(Gbps))操作的垂直腔表面发射激光二极管(VCSEL)，但本发明关于在模块中使用的激光二极管的类型或关于激光二极管的速度并不受限制。尽管由VCSEL产生的热功率仅为总热负载的一小部分且为相对恒定的，但由IC产生的热功率随着位速率增加而大大地增加。举例来说，对于在高性能CXP模块中接收的高速度数据，IC中的一者或一者以上将通常包含用于恢复时钟及数据位的CDR电路。CDR电路一般消耗并耗散相对大量的功率。相比于图1中所展示的已知CXP模块2(其针对组合的VCSEL与IC消耗大约2瓦特到3瓦特的功率)，说明性实施例的高性能CXP模块通常针对组合的VCSEL与IC消耗大约4瓦特到9瓦特的功率。在所耗散的4瓦特到9瓦特的总功率中，VCSEL仅造成大约10%(即，0.4瓦特到0.9瓦特)。
因此，假定在说明性实施例的高性能CXP模块中使用图1中所展示的热耗散装置3，则热耗散装置3应能够耗散从大约3.6瓦特到大约8.1瓦特之间的任何值。还如上文所指示，现有的CXP标准将CXP模块外壳2a的最大温度设定为80℃且将U1盒内部的周围空气的最大温度设定为70℃，此对应于10℃的温度差。然而，IC能够在高达大约125℃的温度下令人满意地操作。由于IC能够在较高操作温度下令人满意地操作，因此根据一个说明性实施例，允许CXP模块外壳2a的温度增加到90℃，此对应于盒内部的空气的温度(70℃)与模块外壳2a的温度之间的为20℃的温度差。因此，所述温度差现在已从10℃加倍到20℃。此温度差的加倍意味着热耗散装置3现在可在不必增加大小的情况下吸收两倍多的热。
另一方面，能够以较高速度操作的VCSEL通常仅可在较低温度下如此操作。在图1中所展示的已知CXP模块2中，激光二极管以较低速度操作且因此被允许在大致90℃的温度下操作。然而，为了使高性能CXP模块的VCSEL在不遭受性能降级的情况下以较高数据速率(例如，20Gbps到25Gbps)操作，已确定应使其维持在大约70℃的温度下。CXP标准将1U盒前面的环境空气的最大温度限制于55℃。根据说明性实施例，用于耗散由VCSEL产生的热的热耗散装置安置于模块外壳的位于盒的前侧上的部分上使得其由盒前面的环境空气冷却。此热耗散装置经设计以确保其充分地耗散由VCSEL产生的热，使得其操作温度不超过大约70℃。现在将参考图2到9来描述此热耗散装置的配置以及IC及VCSEL的热耗散路径热解耦的方式的说明性实施例，在所述图中相似参考编号表示相似组件、元件或特征。
图2图解说明根据说明性实施例的高性能CXP模块100的透视图，其具有分别地前外壳部分101及后外壳部分102、安置于后外壳部分102上的热耗散界面103及安置于前外壳部分101中的热耗散装置110。图3图解说明图2中所展示的CXP模块100插入到形成于1U盒123的前面板122中的容座121中的横截面透视图，出于清晰的目的，图3中展示1U盒123的仅一部分。在图3的横截面图中，可看出模块100的分别地第一电路板104a及第二电路板104b的部分以及热耗散界面103及热耗散装置110的部分。
图4图解说明图2中所展示的CXP模块100的一部分的俯视透视图，其中已移除CXP模块外壳101/102以展露CXP模块100的内部特征，包含第一电路板104a、塑料盖105、分别安装于第一电路板104a上且突出穿过形成于塑料盖105中的相应开口的第一热耗散块106及第二热耗散块107以及与形成于塑料盖105中的容座配合的光学连接器108。图5图解说明图4中所展示的CXP模块100的一部分的俯视透视图，其中已移除塑料盖105及光学连接器108以展露CXP模块100的其它组件，包含第一电路板104a的部分、第一热耗散块106及第二热耗散块107、分别地第一IC111及第二IC112以及VCSEL阵列113。塑料盖105(图4)具有形成于其中的光学器件系统(未展示)以用于将从固持在光学连接器108(图4)中的光纤109(图4)的端传出的光学信号光学耦合到VCSEL阵列113的相应VCSEL上。
图6图解说明图5中所展示的第一电路板104a的部分的俯视平面图，其中已移除IC111及112以及VCSEL阵列113以展露形成于第一电路板104a的上表面上的经图案化导热热耗散层115。图7图解说明图6中所展示的第一电路板104s的部分的俯视平面图，其中IC111及112以及VCSEL阵列113安装于经图案化热耗散层115的特定部分上。
图8A及8B分别图解说明图2及3中所展示的CXP模块100的热耗散界面103及热耗散装置110的前透视图及后透视图。图9图解说明后外壳部分102的后透视图，其展示热耗散界面103及其提供的热路径的配置。现在将参考图2到9来描述高性能CXP模块100及其中所采用的经改善热耗散解决方案。
首先参考图3，CXP模块100具有在CXP模块100插入到形成于1U盒123的前面板122中的容座121中时分别安置于前面板122的前面及安置到其后部的前模块部分100a及后模块部分100b。前模块部分100a包含前外壳部分101及CXP模块100的装纳于前外壳部分101中的组件，包含其上安装各种组件(出于清晰的目的而未展示)的第一电路板104a及第二电路板104b的前部分。后模块部分100b包含后外壳部分102及CXP模块100的装纳于后外壳部分102中的组件，包含第一电路板104a及第二电路板104b以及安装于其上的各种组件的后部分。前外壳部分101及后外壳部分102通常整体地形成于单个外壳中，但其可为彼此机械耦合的单独部分。根据此说明性实施例，举例来说，前外壳部分101及后外壳部分102由热绝缘材料(例如塑料)制成。
热耗散界面103安置于后外壳部分102上及其中(图2)。举例来说，热耗散界面103由高导热率的材料(例如铜)制成且与热耗散装置3机械及热耦合(图3)。如下文将更详细地描述，由模块100的IC(图5)而非由VCSEL阵列113(图5)产生的热经由界面103转移到其中耗散热的热耗散装置3。
热耗散装置110在固定的预定位置中紧固到前外壳部分101(图2及3)。如图3中所展示，当CXP模块100插入到容座121中时，热耗散装置110安置于前面板122的前侧上。如下文将更详细地描述，由阵列113(图5)的VCSEL产生的热转移到热耗散装置110，热耗散装置110由在面板122的前侧上环绕热耗散装置110的空气冷却。将热转移到热耗散装置3及110所沿着的热路径彼此热解耦，如下文将更详细地描述。
参考图6(其展示经图案化热耗散层115，其中已移除IC111、112及VCSEL113)，经图案化热耗散层115的一部分115a用于耗散由VCSEL阵列113(图5及7)产生的热。举例来说，热耗散层115由高导热率的材料(例如铜)制成。热耗散层115的部分115b(图6)充当用于将VCSEL阵列113(图5及7)放置于电路板104上的热耗散垫。由VCSEL阵列113产生的热首先向下转移到热耗散层115的部分115b(图6)中且接着沿着由箭头116(图6)表示的热路径行进到热耗散层115的部分115a(图6及7)中。举例来说，热耗散块106(图5)安装于部分115a上，使得流动到部分115a中的热接着流动到由高导热率的材料(例如铜)制成的热耗散块106中。流动到热耗散块106中的热最终通过下文将详细描述的热路径转移到热耗散装置110(图2及3)中。
热耗散层115的部分115c(图6及7)用于耗散由IC111及112产生的热。根据此说明性实施例，IC111及112(图5及7)包含用于驱动阵列113的VCSEL的VCSEL驱动器电路及用于对在CXP模块100的接收信道中接收的信号执行时钟与数据恢复的CDR电路。热耗散层115的部分115d及115e(图6)充当用于将IC111及112(图5及7)放置在第一电路板104a上的热耗散垫。由IC111及112产生的热首先向下转移到热耗散层115的部分115d及115e(图6)中且接着分别沿着由箭头117a及117b(图6)表示的热路径行进到热耗散层115的部分115c中。举例来说，热耗散块107(图5)安装于部分115c上，使得流动到部分115c中的热接着流动到由高导热率的材料(例如铜)制成的热耗散块107中。流动到热耗散块107中的热通过下文将详细描述的热路径转移到热耗散界面103(图2及3)中。转移到热耗散界面103的热最终经由界面103转移到热耗散装置3(图3)中。
参考图8A，可清晰地看出第一电路板104a、安装于其上的组件与热耗散装置110之间的关系。出于清晰的目的，未展示第一模块外壳部分101及第二模块外壳部分102以及第二电路板104b以允许清晰地看出从热耗散块106到热耗散装置110的热路径。热耗散装置110由导热材料制成。根据此说明性实施例，热耗散装置110为大体U形的，如水平部分110a以及由水平部分110a互连的垂直侧部分110b及110c所界定。根据此说明性实施例，侧部分110b及110c中的每一者折叠成U形侧部分以增加在其上转移热的表面积的量。突片110d与热耗散块106直接接触以提供供热从热耗散块106流动到热耗散装置110中的热路径。
由于热耗散装置110安置于1U盒123的前面板122的前侧上(图3)，因此周围空气通常为大约55℃。热耗散装置110充分地耗散由VCSEL阵列113(图5)产生的热，使得其操作温度不超过大约70℃。此允许阵列113的VCSEL以较高速度(例如，20Gbps到25Gbps)操作。然而，由于热耗散装置110安置于面板122的前侧上，因此其可由人类接近。因此，允许热耗散装置110变得如此热以致其向人类呈现灼伤危险为不合意的。出于此原因，根据优选实施例，热耗散装置110具有充足高的导热率以将阵列113的VCSEL维持在大约70℃，但具有充足低的导热率使得热耗散装置110不为人类呈现灼伤危险。换句话说，热耗散装置110优选地经设计及制造而具有足以实现这些目标两者的有限导热率。
一种用以实现这些目标两者的方式是由不锈钢制成热耗散装置110且接着用热绝缘粉末涂料对其进行涂覆。成品热耗散装置110优选地(但未必)在颜色上为黑色，因为黑色是在热辐射方面最高效的颜色。通过使用覆盖有热绝缘粉末涂料的不锈钢来代替(举例来说)具有非常高的导热率的铜，给热耗散装置110提供充足高的导热率以将VCSEL阵列113维持在大约70℃，但提供充足低的导热率以防止其成为灼伤危险。
为了实现这些目标，热耗散装置110应具有介于从大约2.0瓦特每米-开尔文(W/m-K)的最小值到大约50.0W/m-K的最大值的范围内的导热率。可以若干种方式给热耗散装置110提供此有限导热率，如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解。举例来说，多种材料及处理可用于此目的，包含多种陶瓷材料。此外，热耗散装置110的各种部分可具有不同的导热率。举例来说，突片110d以及U形侧110b及110c的内部分可由具有高导热率的材料(例如铜)制成，而水平部分110a以及U形侧110b及110c的外部分可由具有较低导热率的材料制成以便不呈现灼伤危险，例如覆盖有热绝缘粉末涂料的前述不锈钢。此后一方法类似于给金属煎锅配备木质把手。鉴于本文中所提供的描述，所属领域的技术人员将理解如何配置热耗散装置110来实现这些目标。
参考图8B，可清晰地看出从热耗散块107到热耗散界面103的热路径。应注意，热耗散装置110及热耗散界面103不彼此物理接触。换句话说，其彼此机械及热隔离。举例来说，热耗散界面103由导热材料且优选地由高导热率的材料(例如铜)制成。由于热耗散界面103安置于前面板122后面，因此其一般无法由人类接近且因此并非是灼伤危险担忧问题。
根据此说明性实施例，热耗散界面103具有垂直侧壁103a及103b、互连侧壁103a及103b的大体水平部分103c以及借助侧壁103a及103b中的一者互连的分别地第一突片103d、第二突片103e及第三突片103f。第一突片103d与第二热耗散块107接触以使得转移到第二热耗散块107中的热能够接着转移到热耗散界面103中。转移到热耗散界面103中的热随后转移到热耗散装置3(图3)中。
在图9中，可看出第一电路板104a及第二电路板104b以及安装于其上的组件。第一电路板104a及安装于其上的组件(图5及8A)包括CXP模块100的发射器侧的电子组合件(ESA)。第二电路板104b及安装于其上的组件(图9)包括CXP模块100的接收器侧的ESA。接收器侧的ESA包含一个或一个以上接收器IC(出于清晰的目的而未展示)及光电二极管阵列130。接收器IC及光电二极管阵列130以IC111及112以及VCSEL阵列113安装于图7中所展示的经图案化热耗散层115上的相同方式安装于经图案化热耗散层131上。第三热耗散块132及第四热耗散块133以第一热耗散块106及第二热耗散块107分别安装于经图案化热耗散层115上的相同方式分别安装于经图案化热耗散层131上，如上文参考图7所描述。可等同于光学连接器108(图4)的光学连接器138与形成于可等同于塑料盖105(图4)的塑料盖139中的容座配合。
第三热耗散块132及第四热耗散块133分别与热耗散界面103的第二突片103e及第三突片103f接触，如图9中所展示。由接收器ESA的IC(未展示)产生的热转移到第三热耗散块132中且接着经由第二突片103e转移到热耗散界面103的其它部分中。由接收器ESA的光电二极管阵列130产生的热转移到第四热耗散块133中且接着经由第三突片103f转移到热耗散界面103的其它部分中。如上文所指示，转移到热耗散界面103中的热随后转移到热耗散装置3(图3)中。
应注意，已出于描述本发明的原理及概念的目的而参考说明性实施例描述了高性能CXP模块100。可在不背离本发明的情况下对CXP模块100做出许多变化。举例来说，发射器ESA及接收器ESA可具有多种配置同时仍实现本发明的目标，如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解。同样地，热耗散界面103及热耗散装置110可具有多种配置同时仍实现本发明的目标，如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解。
此外，虽然已参考在CXP模块中的使用描述了本发明，但本发明并不限于在CXP模块中使用，而是可在其中需要实现与本文中所描述的目标相同或类似的目标的任何类型的光学通信模块中使用。如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解，可对本文中所描述的实施例做出许多额外修改，同时仍实现本发明的目标，且所有此些修改均在本发明的范围内。

Claims (26)

1.一种光学通信模块，其包括：
模块外壳，其包括前外壳部分及后外壳部分，其中如果将所述光学通信模块插入到形成于前面板中的容座中，那么所述前外壳部分安置于所述前面板的前面且所述后外壳部分安置到所述前面板的后面；
至少第一电子组合件ESA，其安置于所述模块外壳中，所述ESA包含至少第一电路板、安装于所述第一电路板上的至少第一集成电路IC及安装于所述第一电路板上的至少第一激光二极管阵列；
热耗散界面，其机械耦合到所述后外壳部分及所述至少第一IC；
至少第一热耗散装置，其机械耦合到所述后外壳部分且热耦合到所述热耗散界面，其中由所述至少第一IC产生的热的至少一部分经由所述第一热耗散装置与所述热耗散界面之间的所述热耦合而热耦合到所述第一热耗散装置中；以及
至少第二热耗散装置，其机械耦合到所述前外壳部分且热耦合到所述至少第一激光二极管阵列，其中由所述激光二极管产生的热的至少一部分经由所述第二热耗散装置与所述第一激光二极管阵列之间的所述热耦合而热耦合到所述第二热耗散装置中。
2.根据权利要求1所述的光学通信模块，其进一步包括：
至少第二ESA，其安置于所述模块外壳中，所述第二ESA包含至少第二电路板、安装于所述第二电路板上的至少第二IC及安装于所述第二电路板上的至少第一光电二极管阵列，且其中所述热耗散界面还热耦合到所述至少第二IC及所述至少第一光电二极管阵列，使得由所述第二IC及所述光电二极管产生的热的至少一部分经由所述第一热耗散装置与所述热耗散界面之间的所述热耦合而热耦合到所述第一热耗散装置中。
3.根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述第二热耗散装置具有介于从大约2.0瓦特每米-开尔文W/m-K到大约50.0W/m-K的最大值的范围内的导热率。
4.根据权利要求3所述的光学通信模块，其中所述第二热耗散装置由不锈钢制成。
5.根据权利要求4所述的光学通信模块，其中所述不锈钢涂覆有热绝缘粉末涂料。
6.根据权利要求3所述的光学通信模块，其中所述第二热耗散装置由陶瓷材料制成。
7.根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述热耗散界面与所述第二热耗散装置彼此热解耦。
8.根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述模块外壳至少在所述热耗散界面及所述第二热耗散装置分别机械耦合到所述后外壳部分及前外壳部分的位置处包括热绝缘材料。
9.根据权利要求8所述的光学通信模块，其中所述热绝缘材料为塑料。
10.根据权利要求8所述的光学通信模块，其中所述热绝缘材料为陶瓷。
11.根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述光学通信模块为CXP模块。
12.根据权利要求11所述的光学通信模块，其中所述第一激光二极管阵列包括至少十二个激光二极管，且其中每一激光二极管以至少20千兆位每秒Gbps的速度操作。
13.根据权利要求12所述的光学通信模块，其中所述第二热耗散装置耗散足够的热以将所述激光二极管维持在大约70摄氏度℃的温度。
14.一种用于耗散光学通信模块中的热的方法，所述方法包括：
提供光学通信模块，所述光学通信模块包括模块外壳，在所述模块外壳中安置有至少第一电子组合件ESA，所述模块外壳包括前外壳部分及后外壳部分，所述第一ESA包含至少第一电路板、安装于所述第一电路板上的至少第一集成电路IC及安装于所述第一电路板上的至少第一激光二极管阵列，其中所述后外壳部分包含热耗散界面，所述热耗散界面热耦合到至少所述第一IC及第一热耗散装置，所述第一热耗散装置机械耦合到所述后外壳部分，且其中所述前外壳部分具有机械耦合到其的至少第二热耗散装置，所述至少第二热耗散装置热耦合到所述至少第一激光二极管阵列，且其中将所述光学通信模块插入到形成于前面板中的容座中，使得所述前外壳部分安置于所述前面板的前面且所述后外壳部分安置到所述前面板的后面；
借助所述第一热耗散装置经由所述第一热耗散装置与所述热耗散界面之间的所述热耦合耗散由所述至少第一IC产生的热的至少一部分；以及
借助所述第二热耗散装置经由所述第二热耗散装置与所述第一激光二极管阵列之间的所述热耦合耗散由所述激光二极管产生的热的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将至少第二ESA安置于所述模块外壳中，所述第二ESA包含至少第二电路板、安装于所述第二电路板上的至少第二IC及安装于所述第二电路板上的至少第一光电二极管阵列，且其中所述热耗散界面还热耦合到所述至少第二IC及所述至少第一光电二极管阵列，所述方法进一步包括：
借助所述第一热耗散装置经由所述第一热耗散装置与所述热耗散界面之间的所述热耦合耗散由所述第二IC及所述光电二极管产生的热的至少一部分。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二热耗散装置具有介于从大约2.0瓦特每米-开尔文W/m-K到大约50.0W/m-K的最大值的范围内的导热率。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二热耗散装置由不锈钢制成。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述不锈钢涂覆有热绝缘粉末涂料。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二热耗散装置由陶瓷材料制成。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述热耗散界面与所述第二热耗散装置彼此热解耦。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述模块外壳至少在所述热耗散界面及所述第二热耗散装置分别机械耦合到所述后外壳部分及前外壳部分的位置处包括热绝缘材料。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述热绝缘材料为塑料。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述热绝缘材料为陶瓷。
24.根据权利要求14所述的方法，其中所述光学通信模块为CXP模块。
25.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一激光二极管阵列包括至少十二个激光二极管，且其中每一激光二极管以至少20千兆位每秒Gbps的速度操作。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第二热耗散装置耗散足够的热以将所述激光二极管维持在大约70摄氏度℃的温度。
CN201310611918.5A 2012-11-26 2013-11-26 用于耗散光学通信模块中的热的方法及系统 Active CN103837947B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/684,802 US9063305B2 (en) 2012-11-26 2012-11-26 Methods and systems for dissipating heat in optical communications modules
US13/684,802 2012-11-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103837947A true CN103837947A (zh) 2014-06-04
CN103837947B CN103837947B (zh) 2016-08-17

Family

ID=50679202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310611918.5A Active CN103837947B (zh) 2012-11-26 2013-11-26 用于耗散光学通信模块中的热的方法及系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9063305B2 (zh)
CN (1) CN103837947B (zh)
DE (1) DE102013223966B4 (zh)
TW (1) TWI514794B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104216077A (zh) * 2014-09-22 2014-12-17 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种光电互联装置及其装配方法
CN104216077B (zh) * 2014-09-22 2017-01-04 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种光电互联装置及其装配方法
CN108067617A (zh) * 2016-11-15 2018-05-25 Cl产权管理有限公司 用于添加式地制造三维物体的设备
CN109841052A (zh) * 2017-11-28 2019-06-04 群光电子股份有限公司 具有复合材罩体的红外线发射装置

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9146368B2 (en) * 2012-08-31 2015-09-29 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Methods and systems for dissipating heat in optical communications modules
US9614619B1 (en) * 2014-10-10 2017-04-04 Google Inc. Optical transceiver having separate transmitter and receiver lenses
US9641254B1 (en) 2014-10-10 2017-05-02 Google Inc. Heat dissipation approach in chip on board assembly by using stacked copper microvias
US9645333B2 (en) * 2014-10-17 2017-05-09 Lumentum Operations Llc Optomechanical assembly
CN108028494B (zh) * 2015-09-10 2019-11-08 申泰公司 具有高热消散模块的机架安装式设备和具有增加的冷却的收发器插座
WO2017099275A1 (ko) * 2015-12-10 2017-06-15 주식회사 옵텔라 광학소자와 전기소자가 열적으로 분리된 광통신용 광학 엔진 모듈
US10200187B2 (en) * 2016-03-23 2019-02-05 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Methods and systems for dissipating heat in optical communications modules
US10177841B2 (en) * 2016-03-31 2019-01-08 Mellanox Technologies, Ltd. Electro-optic transceiver module with wavelength compensation
CN106873095A (zh) * 2017-03-10 2017-06-20 深圳市光为光通信科技有限公司 Cxp光模块及其制造方法
US10219412B1 (en) * 2017-11-27 2019-02-26 Nokia Solutions And Networks Oy Connector assembly and associated heat sink housing for use in a radio unit
USD887991S1 (en) * 2018-03-06 2020-06-23 Adolite Inc. Optical module
WO2019195807A1 (en) * 2018-04-06 2019-10-10 Ipg Photonics Corporation Submarine optical repeater with high voltage isolation
CN115390198A (zh) * 2020-01-22 2022-11-25 华为技术有限公司 光模块的散热结构及通信设备
US11539183B2 (en) * 2020-12-22 2022-12-27 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Passive thermal management for semiconductor laser based lidar transmitter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101726807A (zh) * 2008-11-02 2010-06-09 百维通（苏州）科技有限公司 可插入式光收发器
US20110110048A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 Lima David J Thermal interface members for removable electronic devices

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3091736A (en) 1961-02-27 1963-05-28 Motorola Inc Radio communications equipment with sectionalized chassis and heat sinks
US6980437B2 (en) * 2004-03-03 2005-12-27 Tyco Electronics Corporation Pluggable electronic receptacle with heat sink assembly
US7210862B2 (en) 2004-06-16 2007-05-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical subassembly with a heat-radiating fin and an optical transceiver installing the same
US7125261B2 (en) 2004-10-05 2006-10-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical transceiver with a pluggable function
GB2428134A (en) * 2005-07-07 2007-01-17 Agilent Technologies Inc Optical transceiver with heat sink
US7445968B2 (en) 2005-12-16 2008-11-04 Sige Semiconductor (U.S.), Corp. Methods for integrated circuit module packaging and integrated circuit module packages
US7918611B2 (en) * 2007-07-11 2011-04-05 Emcore Corporation Reconfiguration and protocol adaptation of optoelectronic modules and network components
WO2010146652A1 (ja) * 2009-06-15 2010-12-23 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光モジュール
US8280203B2 (en) * 2009-07-07 2012-10-02 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd Parallel optical communications device having weldable inserts
JP5446565B2 (ja) * 2009-08-07 2014-03-19 日立金属株式会社 光電気変換モジュール
US8035973B2 (en) * 2009-08-31 2011-10-11 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Cage having a heat sink device secured thereto in a floating arrangement that ensures that continuous contact is maintained between the heat sink device and a parallel optical communications device secured to the cage
US9246280B2 (en) * 2010-06-15 2016-01-26 Molex, Llc Cage, receptacle and system for use therewith
US8297856B2 (en) * 2010-12-13 2012-10-30 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Electro-optical module and multi-functional latch member therefor
US8358504B2 (en) * 2011-01-18 2013-01-22 Avago Technologies Enterprise IP (Singapore) Pte. Ltd. Direct cooling system and method for transceivers
US8817469B2 (en) * 2011-09-23 2014-08-26 Infinera Corporation Heat transfer using a durable low-friction interface
US9146368B2 (en) * 2012-08-31 2015-09-29 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Methods and systems for dissipating heat in optical communications modules

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101726807A (zh) * 2008-11-02 2010-06-09 百维通（苏州）科技有限公司 可插入式光收发器
US20110110048A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 Lima David J Thermal interface members for removable electronic devices

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104216077A (zh) * 2014-09-22 2014-12-17 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种光电互联装置及其装配方法
CN104216077B (zh) * 2014-09-22 2017-01-04 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种光电互联装置及其装配方法
CN108067617A (zh) * 2016-11-15 2018-05-25 Cl产权管理有限公司 用于添加式地制造三维物体的设备
CN109841052A (zh) * 2017-11-28 2019-06-04 群光电子股份有限公司 具有复合材罩体的红外线发射装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013223966B4 (de) 2016-09-01
TW201436491A (zh) 2014-09-16
CN103837947B (zh) 2016-08-17
US20140147127A1 (en) 2014-05-29
TWI514794B (zh) 2015-12-21
DE102013223966A1 (de) 2014-05-28
US9063305B2 (en) 2015-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103837947A (zh) 用于耗散光学通信模块中的热的方法及系统
US10368464B2 (en) Thermal solution for transceiver module
US7084496B2 (en) Method and apparatus for providing optoelectronic communication with an electronic device
US9647762B2 (en) Integrated parallel optical transceiver
US11105990B2 (en) Optical transceiver module and optical cable module
US8913388B2 (en) Thermally conductive flexible member for heat transfer
KR20210082168A (ko) 열방출 조립체 및 통신 모듈
JP2012064936A (ja) 光モジュールおよびその組立方法
US11409062B2 (en) Optical transceiver module and optical cable module
US11347010B2 (en) Optical transceiver module and optical cable module
CN102375187A (zh) 具有从osa到盖的有效散热路径的光收发器
CN109613661B (zh) 光模块
CN214278492U (zh) 一种光模块
CN114637079B (zh) 一种光模块
US7128472B2 (en) Method and apparatus for providing optoelectronic communication with an electronic device
US20230341640A1 (en) Optical module
US20140314111A1 (en) Thermal management in packaged vcsels
CN214474114U (zh) 一种光模块
CN115144975A (zh) 具散热结构的光通讯模块
KR101468609B1 (ko) 쿨드 레이저 다이오드 모듈
CN220493002U (zh) 一种光模块
CN114200599B (zh) 一种光模块
CN220691152U (zh) 一种光模块
CN219042405U (zh) 一种光纤连接器的pcb板散热结构
CN220019942U (zh) 并行光收发装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20181019

Address after: Singapore Singapore

Patentee after: Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd.

Address before: Singapore Singapore

Patentee before: Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201023

Address after: Singapore City

Patentee after: Broadcom International Pte. Ltd.

Address before: Singapore City

Patentee before: Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230324

Address after: Singapore, Singapore

Patentee after: Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd.

Address before: Singapore, Singapore

Patentee before: Broadcom International Pte. Ltd.

TR01 Transfer of patent right