CN104238042A - 用于光电互连模块的集成光冷却芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于光电互连模块的集成光冷却芯。一种装置，包括一个或多个光电转换器、驱动电路、一个或多个冷却元件和光耦合模块。光电转换器被配置成在光纤上传送的光信号与相应的电信号之间进行转换。驱动电路被配置成处理电信号。冷却元件被配置成移除至少由驱动电路产生的热量。光耦合模块被配置成在光纤与光电转换器之间耦合光信号，并另外用作冷却元件的底板。

Description

用于光电互连模块的集成光冷却芯
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年6月13日提交的美国临时专利申请61/834,445的权益，其公开内容通过引用被并入本文。
技术领域
本发明大致涉及光互连，特别涉及用于光互连中的热管理的方法和设备。
背景技术
光电互连模块通常包括光发射器和接收器，比如垂直腔面发射激光器(VCSEL)和光探测器(PD)。光电模块组件可以产生大的热密度使得模块中的热量散发对于保持好性能是必要的。用于光互连模块的各种热管理方案在本领域中是已知的。
例如，其公开内容通过引用被并入的美国专利7,118,292描述了一种光电模块，该光电模块适于在第一侧上耦合光纤和在第二侧上耦合多个电导体。光电模块包括具有延伸通过头部(header)的多个插脚的头部、具有抵靠头部的第二相对侧布置的热电冷却器的热板的热电冷却器，和适于在光纤中的光信号形式与多个导体中的至少一个导体中的电信号形式之间进行转换的多个主动和被动光组件，所述多个主动和被动光组件全部与热电冷却器的冷板热接触。
其公开内容通过引用被并入的美国专利8,686,644描述了一种光发生系统，包括：多个固态发射器(SSE)和用于控制SSE的光谱稳定性的稳定性控制系统。在具体情况中，稳定性控制系统可以包括：用于调节被提供到多个SSE的子集的电源的电源调节器；被连接到电源调节器以提供恒定电流到SSE的子集的恒定电流电路；被连接到恒定电流电路的电流调节设置点；和被配置成基于关于SSE状态的计量学来设置调节设置点的控制器。在一种实施方式中，多个SSE包括密封剂，光发生系统还包括热管理系统，该热管理系统被配置成冷却密封剂和至少一个固态发射器中的至少一个。
发明内容
本文描述的本发明的一种实施方式提供了一种装置，包括一个或多个光电转换器、驱动电路、一个或多个冷却元件和光耦合模块。光电转换器被配置成在光纤上传送的光信号与相应的电信号之间进行转换。驱动电路被配置成处理电信号。一个或多个冷却元件被配置成移除至少由驱动电路产生的热量。光耦合模块被配置成在光纤与光电转换器之间耦合光信号，并另外用作冷却元件的底板。
在一些实施方式中，光耦合模块包括多个光耦合元件，每个光耦合元件被定位在光纤的端部与相应的光电转换器之间。在其它实施方式中，光耦合元件包括选自包括透镜和棱镜的一组类型的至少一种元件类型。
在一些实施方式中，包括光耦合元件的光耦合模块由单一整体的基板材料形成。而在其它实施方式中，光耦合模块由整体的基板材料形成，且光耦合元件被插入到光耦合模块中。
在一些实施方式中，冷却元件包括被耦合到光电转换器中的一个或多个光电转换器的热电冷却器(TEC)。在其它实施方式中，所述装置包括将TEC连接到光电转换器中的一个或多个光电转换器的热传导层。
在一些实施方式中，在光耦合模块的模制期间，冷却元件被装配到光耦合模块。在其它实施方式中，光耦合模块被配置成用作第一和第二不同配置的冷却元件的底板，所述第一和第二不同配置具有不同的第一和第二热量移除能力。
根据本发明的一种实施方式，还提供了一种方法，包括提供一个或多个光电转换器，用于在光纤上传送的光信号与相应的电信号之间进行转换，和提供了驱动电路，用于处理电信号。提供一个或多个冷却元件，用于移除至少由驱动电路产生的热量。将光电转换器和冷却元件与光耦合模块集成，使得光耦合模块在光纤与光电转换器之间耦合光信号，并另外用作冷却元件的底板。
附图说明
从接下来的本发明的实施方式的详细说明以及与附图一起，本发明将被更完全地理解，图中：
图1A和1B是根据本发明的一种实施方式的光互连模块的等轴测视图；
图2是根据本发明的一种实施方式的并行光接口的等轴测视图；
图3A和3B是根据本发明的一种实施方式的并行光接口的等轴测视图；
图3C是根据本发明的一种实施方式的具有主动冷却的并行光接口的等轴测视图；
图4A和4B是根据本发明的一种实施方式的集成光冷却芯(IOCC)的等轴测视图；
图5A和5B是根据本发明的一种实施方式说明了具有带两个热消散基座的冷却塔的并行光接口的两种配置的等轴测视图；
图6A和6B是根据本发明的一种实施方式的具有倒转的U形冷却塔的并行光接口的示意图；和
图7A和7B是根据本发明的一种实施方式的具有固体冷却块的并行光接口的示意图。
具体实施方式
概述
并行光学(PO)是一种在多个光纤上多路传输高数据速率电信号的光通信技术。本文描述的本发明的实施方式提供了改进的光互连模块，其适合用于例如PO应用。公开的互连模块是高度集成的，具有非常小型化的形状因数，并同时在移除模块中产生的热量方面是高效率的。
在一些实施方式中，光互连模块包括一个或多个光电转换器，比如垂直腔面发射激光器(VCSEL)和/或光探测器(PD)，用于在光纤上传送的光信号与相应的电信号之间转换。电信号被放大并另外被驱动电路比如VCSEL驱动器和/或跨阻抗放大器(TIA)处理。
当光电转换器和驱动电路被封装在一个小尺寸模块中时，从驱动电路移除热量常变成主要问题。在PO模块中该问题尤其严重，在PO模块中转换器的数量大且因而驱动电路产生大量的热。
例如，用于应用比如无限带宽EDR/25Gbps-每-通道的PO光互连模块、光电转换器和驱动电路产生大约500-700mW每通道的额定功率级。在这种功率级，热量移除是重要的挑战。
此外，当设计光互连模块时，非常理想的是将驱动电路放置成很靠近光电转换器，以便保持高信号完整性。然而，结果是驱动电路中产生的热量可能增加转换器的结温并因而降低了它们的性能。
为了解决上面描述的热量移除问题，公开的光互连模块包括与光互连模块的其它元件高度集成的冷却元件。具体地，光互连模块通常包括用于在光纤与光电转换器之间耦合光信号的光耦合模块。光耦合模块包括光耦合元件比如微透镜或棱镜。在公开的实施方式中，这个光耦合模块另外用作冷却元件的底板。导致的机械设计是极其紧凑的但在移除热量方面是有效的。光耦合模块在这里还被称为集成光冷却芯。
在一些示例实施方式中，集成光冷却芯可以通过加工光学透明的基板材料形成。光冷却塔被附接到基板，基板将高功率驱动电路的热量传导离开。在其它实施方式中，集成光冷却芯通过将冷却塔插入到熔融基板中形成。
当产生热的光电转换器和驱动电路然后被结合到集成光冷却芯时，冷却元件有效地传导热量到模块的外部。通过光耦合元件，在光电转换器与光纤之间，光对准和耦合效率也被保持。此外，集成光冷却芯的配置还提供了在驱动电路与光电转换器之间的短的电互连距离，这是高速信号整体性需要的。
在下面的详细说明中，首先提出示例的光互连模块的分析，该光互连模块使用了说明了本发明的第一种实施方式的集成光冷却芯。在集成光冷却芯的其它实施方式中，比如使用热电冷却器(TEC)的主动冷却被结合从热电冷却器(TEC)到光电转换器的高热传导层实施在集成光冷却芯中，以保持在光转换器上的恒定温度。而在另外其它实施方式中，具有一个或两个冷却基座的不同的冷却塔配置被实施用于移除多个驱动放大器的热量。
使用集成光冷却芯作为制作如本文教授的光互连模块的方法显著地改进了从光电转换器和驱动电路移除热量的效率，并能够实现短的电互连，这减少了尺寸并改进了整体性能。公开的技术还改进了多纤、并行光互连模块的制造中的产量，这减少了制造成本。
光互连模块
图1A和图1B是说明了根据本发明的一种实施方式的光互连模块10的图。在图1A中，模块10包括在模块壳体13中形成的多纤光套管开口15，用于将套管插入到模块10中。套管连接器将多纤耦合在被连接到模块10的任何外部光缆(未示出)中。模块10被配置成在调制的光信号(在通过开口15连接到壳体13的光纤中传送的)与高速电信号之间转换。然后电信号通过连接到任何适当的通信设备的印刷电路板(PCB)连接器端口20传送。
在图1B中，模块10的盖25被移除。光套管被插到开口15中的光套管保持器30中，光套管保持器30被配置成将套管中的多个光端口中的光耦合到包括多个光纤的多纤内部光缆35中。光缆35中的光进一步被耦合到并行光接口(POI)40。POI40在光纤上传送的调制的光信号与耦合到PCB45上的PCB板连接器端口20的电信号之间进行转换。为了最好的信号完整性，POI40通常被安装在模块10中尽可能地靠近端口20以便减少在PCB45上从POI40到端口20的电互连的长度。
通常，有三种基本方法用于从热源移除热量：传导、对流和辐射。本文描述的本发明的实施方式涉及热量从POI40移除的方法，通常通过传导到模块壳体13，或者通过如将在稍后描述的主动冷却。除了为模块10的组件提供机械支撑，模块壳体13可以包括任何合适的材料或任何合适的装置用于消散热量离开POI40。
图2是说明了根据本发明的一种实施方式的并行光接口40的放大视图的图。并行光接口40包括基板50，光电设备和电路被结合到基板50上的背部侧(未示出)且光旋转模块55被安装在基板50上的顶部侧。内部的光缆35包括各条光纤57。图2的这个示例的实施方式中示出了12根光纤。然而，可选择地，可以使用任何其它合适数量的光纤(也被称为通道)。
光旋转模块55被配置成以90度旋转光纤57中的光，向下朝向基板50，以将光耦合到光电转换器(如将在稍后图中示出的)。两个冷却塔60被连接到基板50并将在稍后描述。在一些实施方式中，光旋转模块55可以被实现，例如，通过美国康奈(Conec)有限公司(希科里，北卡罗来纳州)的PRIZM光翻转连接器。然而，可选择地，为了这个目的，可以使用任何其它合适的光纤连接器。
用于并行光接口的冷却装置
图3A和3B是根据本发明的一种实施方式分别说明了没有光旋转模块55的并行光接口40的俯视图和仰视图的图。图3A和3B中都示出了冷却塔60。冷却塔60通常由铜加工成具有如图3B中的接口40的仰视图上看到的基座65。基座65被用于通过经过冷却塔从结合到基座65上的半导体模块到周围环境的传导来移除热量。
本文描述的光电(OE)转换器通常包括光探测器(PD)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)。光电转换器被在通常以阵列布置的管芯(die)上形成，以便将光有效率地在转换器与模块10中的光纤57之间耦合。管芯可以由任何合适的半导体比如砷化镓(GaAs)形成。
在图3B中示出的实施方式中，光探测器(PD)管芯70和垂直腔面发射激光器(VCSEL)管芯75被安装在多个光耦合元件90的阵列上方。通常，本文使用的术语“光耦合元件”可以包括透镜、棱镜、基板通孔、或有助于在光纤连接器中的光纤与光电转换器的阵列之间有效地耦合光的任何合适的光元件。
在一些实施方式中，光耦合元件90可以被直接地形成在基板50中。在这些实施方式中，基板50被形成为包括光耦合元件90的单一整体的基板材料。在可选择的实施方式中，光耦合元件90被附接到或插入到基板50中。光耦合元件可以例如通过蚀刻或模制玻璃、硅、或塑料基板比如例如聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚碳酸酯(PC)形成。
在这种实施方式中，基板50是光耦合模块的一个例子，其用作双重目的——在EO转换器与光纤之间耦合光和用作冷却塔60的底板。在一些实施方式中，光旋转模块55还被单块地制作成例如基板50的部分。
在其它实施方式中，光旋转模块55被配置成旋转来自多纤57的光并将光耦合到如前面描述的光电转换器(例如，使用美国康奈PRIZM光翻转连接器)。可以使用光旋转模块55的任何合适的设计并结合光耦合元件90的设计来共同优化，以使光纤与光电转换器之间的光的耦合效率最大化。
光驱动器管芯80包括驱动电路，比如用于驱动在VCSEL管芯75上的VCSEL的VCSEL驱动器，和用于放大由PD管芯70上的PD产生的信号的跨阻抗放大器(TIA)。驱动器管芯80可以被在任何合适的半导体中形成，比如硅互补金属氧化物半导体(Si-CMOS)。驱动器管芯80通常在模块10中产生最大热量并因而被直接地结合到基座65上以通过冷却塔60改进热传导散热。
图3C是根据本发明的另一种实施方式说明了具有主动冷却的并行光接口40的图。管芯75中的VCSEL设备通常对温度变化高度敏感。在一些情况中，冷却塔60移除由VCSEL管芯75和驱动器管芯80产生的热量的能力是有限的且需要额外的散热方案。在一些实施方式中，额外的热量移除通过主动冷却帮助。微热电冷却器(TEC)95被结合到如图3C中示出的右基座65。
高热传导层100被用于分流由VCSEL管芯75产生的热量到TEC95。TEC95提供了通常使用珀尔贴效应(Peltiereffect)以通过传递电流通过TEC95来将热量从VCSEL管芯75通过层100泵送到冷却塔60的主动冷却。高热传导层100可以由任何合适的材料形成，举例来说，比如合成金刚石。结果是，管芯75中的VCSEL设备可以被保持在恒定温度用于最优性能。此外或可选择地，类似的主动冷却机构可以被用于冷却PD管芯70。
集成光冷却芯
随着被并行光接口40使用的光纤的数量增加，每根光纤以其自己的光电转换器和驱动器电路运行，模块10中的热量产生大量增加。此外，高速信号完整性考虑需要在光电转换器管芯与如前面提到的光驱动器电路管芯之间的短的电互连。这进一步减少了并行光接口40的尺寸(例如，形状因数)，这增加了热密度。
如果模块10没有有效地消散热量，在模块体积上发生大温度增加。因此，这导致VCSEL和PD设备和驱动器电路中的更高的结温，这损害光收发操作。此外，光耦合元件90的阵列的加热还可能引起光耦合阵列中的热变形，这导致光电转换器(例如，管芯70和75)与光纤57之间的增加的耦合失配，进一步降低了并行光接口40的性能。
在本发明的实施方式中，光互连模块10的热设计通过集成光耦合元件(例如，透镜或棱镜)与传导冷却塔而被显著地改善。这个方法显著地改善了热量从较小形状因数光互连模块中的高功率组件的移除，如由前面描述的信号完整性考虑要求的。
图4A和4B是根据本发明的一种实施方式分别说明了集成光冷却芯(IOCC)110的仰视图和俯视图的图。IOCC110是并行光接口40的主构造块。附图示出了集成在基板50上的冷却塔60和多个光耦合元件90的阵列。
冷却塔60传导热量离开附接到基座65的高功率设备(例如，离开管芯80，本图中未示出)。此外，通过放置基座65靠近光耦合元件90的阵列，从光耦合元件90的阵列的热量移除也被改进以减少阵列的热变形。通过如前面描述的主动冷却(例如，TEC95)，热量移除可以被进一步增强。
基板50可以由任何合适的材料形成，比如，例如来自GE塑料(皮茨菲尔德，马萨诸塞州(Pittsfield，MA))的ULTEM2000热塑性塑料，或者任何其它合适的基板材料，比如前面叙述的用于形成光耦合元件的材料。在一些实施方式中，通过加工具有光耦合元件90的基板材料和附接具有基座65的冷却塔60到基板50，可以形成集成光冷却芯110。
在其它实施方式中，通过基板材料的过模塑、或注射成型，可以形成IOCC110。具有基座的冷却塔被插入到熔融的基板材料中，用于附接主动冷却设备的区域也可以被形成。任何合适的光耦合元件90可以在冷却前或冷却后被蚀刻、模制或加工到基板50中。
本文教授的方法可以被应用到具有单一通道、四通道(x4)、如图2中示出的12通道(x12)、或任何合适的数量的通道的光互连模块。光纤与POI40中的光电转换器之间的光对准不依赖于集成冷却塔的存在。因此，将冷却塔集成在并行光接口中不增加额外的组装成本。
接下来的实施方式描述了通过实施集成光冷却芯用于并行光接口中的热管理的不同的配置。每个实施方式可以被合适地适配用于任何光纤连接器和光旋转模块配置。然而，用于制作具有集成光冷却芯(如前面图3A-3C和图4A-4B的实施方式中描述的)的并行光接口的相同方法可以被以相同方式应用到接下来的实施方式中的每一个。
图5A和5B是根据本发明的一种实施方式说明了具有带两个散热基座165的冷却塔160的并行光接口120的两种配置的图。左边的冷却塔具有两个基座165A和165C，而右边的冷却塔具有两个基座165B和165D。基座165A和165C围绕光耦合元件90的阵列的左侧。基座165B和165D包括围绕光耦合元件90的阵列的右侧，其中管芯70和75附接到如图5A和5B中都示出的阵列。
为了在基板150上的更高功率应用，图5A和5B中示出的实施方式为驱动器管芯80提供了相对于光电转换器管芯70和75的额外位置。在如图5A中示出的一种实施方式中，两个驱动器芯片80被安装在基座165A和165B上。在第二种实施方式中，两个驱动器管芯80被安装在基座165A和165D上。基板150被合适地配置成允许冷却塔160与双基座165的装配。
在用于较低功率应用的其它实施方式中，基板150可以被与具有如前面图中示出的单一基座65的冷却塔60一起使用。根据期望的热量等级，放置驱动器管芯在四个潜在位置(165A-165D)中的这个可变化性可以减少制造成本而不是需要保持多个基板配置。换句话说，由基板150形成的光耦合模块被配置成用作用于两种不同配置的冷却塔的底板，具有不同的热量移除能力。并行光接口120的典型尺寸是8x4x8mm(例如，宽度x高度x深度)。然而，可选择地，也可以使用其它合适的尺寸。
图6A和6B是根据本发明的一种可选择的实施方式说明了具有倒转的U形冷却塔205的并行光接口200的图。并行光接口200包括被安装在印刷电路板(PCB)210上的基板215。在这种实施方式中，基板(或光耦合模块)也用于光耦合和用作冷却元件的底板。
图6B示出了没有PCB210的接口200以说明各种管芯的定位。驱动器管芯80被直接地安装在冷却塔205的面上。PD管芯70和VCSEL管芯75被安装在光耦合元件90上方。TEC95被用于通过高热传导层100直接地冷却VCSEL管芯75。
图7A和7B是根据本发明的一种实施方式说明了具有固体冷却块305的并行光接口300的图。并行光接口200包括基板310。驱动器管芯80被直接地安装在冷却块305的面上。PD管芯70和VCSEL管芯75被安装在光耦合元件90上方。TEC95被安装在冷却块305上。TEC95用于直接地冷却驱动器管芯80，并通过高热传导层100冷却VCSEL管芯75，层100的一端连接到冷却块305，层100的另一端连接到VCSEL管芯75。在这个例子中，光耦合元件包括平透镜阵列。
本文所有图中描述的实施方式仅仅出于视觉清楚的目的以说明用于光互连模块中的热管理的集成光冷却芯的实施，并不是以对本发明的实施方式进行限制的方式。在可选择的实施方式中，可以使用任何其它合适的机械构型和/或热量移除机构。
虽然本文描述的实施方式主要处理光互连模块的制作，但本文描述的方法和系统也可以用在任何其它合适的光电模块中。
因而要理解的是，上面描述的实施方式被通过例子的方式引用，且本发明不被限制到已被本文上面具体示出和描述的内容。准确地说，本发明的范围包括本文上面描述的各种特征的组合和子组合、和将对本领域技术人员在阅读前述说明后容易想到的且现有技术中未公开的其变化和修改。通过引用被并入本专利申请的文献要被认为是本申请的不可分割的部分，除了在某种程度上任何术语以与本说明书中明确地或隐含地做的定义冲突的方式被定义在这些并入的文献中，只有本说明书中的定义应当被考虑。

Claims (18)

1.一种装置，包括：
一个或多个光电转换器，所述一个或多个光电转换器被配置成在光纤上传送的光信号与相应的电信号之间进行转换；
驱动电路，所述驱动电路被配置成处理所述电信号；
一个或多个冷却元件，所述一个或多个冷却元件被配置成移除至少由所述驱动电路产生的热量；和
光耦合模块，所述光耦合模块被配置成在所述光纤与所述光电转换器之间耦合所述光信号，此外，所述光耦合模块用作所述冷却元件的底板。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光耦合模块包括多个光耦合元件，每个光耦合元件被定位在光纤的端部与相应的光电转换器之间。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述光耦合元件包括选自包括透镜和棱镜的一组类型的至少一种元件类型。
4.根据权利要求2所述的装置，其中包括所述光耦合元件的所述光耦合模块由单一的整体的基板材料形成。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述光耦合模块由整体的基板材料形成，且其中所述光耦合元件被插入到所述光耦合模块中。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却元件包括热电冷却器TEC，所述热电冷却器TEC耦合到所述光电转换器中的一个或多个。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括热传导层，所述热传导层将所述TEC连接到所述光电转换器中的所述一个或多个。
8.根据权利要求1所述的装置，其中在所述光耦合模块的模制期间，所述冷却元件被装配到所述光耦合模块。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述光耦合模块被配置成用作不同的第一配置和第二配置的所述冷却元件的底板，所述第一配置和所述第二配置具有不同的第一热量移除能力和第二热量移除能力。
10.一种方法，包括：
提供用于在光纤上传送的光信号与相应的电信号之间进行转换的一个或多个光电转换器和用于处理所述电信号的驱动电路；
提供一个或多个冷却元件，用于移除至少由所述驱动电路产生的热量；和
将所述光电转换器和所述冷却元件与光耦合模块集成，使得所述光耦合模块在所述光纤与所述光电转换器之间耦合所述光信号，并另外用作所述冷却元件的底板。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述光耦合模块包括多个光耦合元件，且其中将所述光电转换器与所述光耦合模块集成包括将所述光耦合元件定位在所述光纤的端部与相应的光电转换器之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述光耦合元件包括选自包括透镜和棱镜的一组类型的至少一种元件类型。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括由单一整体的基板材料形成包含所述光耦合元件的所述光耦合模块。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括由整体的基板材料形成所述光耦合模块，并将所述光耦合元件插入到所述光耦合模块中。
15.根据权利要求10所述的方法，其中集成所述冷却元件包括将热电冷却器TEC耦合到所述光电转换器中的一个或多个。
16.根据权利要求15所述的方法，其中耦合所述TEC包括将所述TEC通过热传导层连接到所述光电转换器中的所述一个或多个。
17.根据权利要求10所述的方法，其中集成所述冷却元件与所述光耦合模块包括：在所述光耦合模块的模制期间，将所述冷却元件装配到所述光耦合模块。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述光耦合模块被配置成用作不同的第一配置和第二配置的所述冷却元件的底板，所述第一配置和所述第二配置具有不同的第一热量移除能力和第二热量移除能力。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105406352A (zh) * 2015-12-30 2016-03-16 深圳市极致兴通科技有限公司 一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置及方法
CN105911652A (zh) * 2015-02-24 2016-08-31 住友电气工业株式会社 具有从组件基板直接至顶部壳体的散热路径的光收发器
CN107167882A (zh) * 2016-03-08 2017-09-15 迈络思科技有限公司 具有集成安装的热电冷却器的光电转换器
TWI832546B (zh) * 2022-11-03 2024-02-11 新煒科技有限公司 晶片封裝模組

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2580814B1 (en) 2011-07-01 2024-02-14 Samtec, Inc. Transceiver and interconnect system comprising the same
USD734728S1 (en) * 2013-08-14 2015-07-21 Mellanox Technologies Ltd. Connector module
WO2017044825A1 (en) * 2015-09-10 2017-03-16 Samtec, Inc. Rack-mountable equipment with a high-heat-dissipation module, and transceiver receptacle with increased cooling
US10025033B2 (en) 2016-03-01 2018-07-17 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Optical fiber structure, optical communication apparatus and manufacturing process for manufacturing the same
US9692511B1 (en) 2016-03-28 2017-06-27 Mellanox Technologies, Ltd. Redundant and reconfigurable optical transceiver
US10054375B2 (en) 2016-06-15 2018-08-21 Mellanox Technologies, Ltd. Self-adjusting cooling module
US10241264B2 (en) 2016-07-01 2019-03-26 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Semiconductor device packages
FR3063838A1 (fr) * 2017-03-10 2018-09-14 Radiall Ensemble de connexion d'une fiche a une embase de panneau de boitier d'equipement electronique, integrant un moyen de regulation thermique, fiche et embase associees
USD887991S1 (en) * 2018-03-06 2020-06-23 Adolite Inc. Optical module
CN112262334B (zh) * 2018-06-19 2022-10-11 日本电气株式会社 光收发器
US11016252B2 (en) * 2019-09-10 2021-05-25 Dell Products L.P. Systems and methods for providing heat-rejecting media on a cable assembly
WO2021232716A1 (zh) * 2020-05-22 2021-11-25 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种光模块
CN114244442B (zh) * 2021-12-10 2023-04-14 武汉电信器件有限公司 一种q封装的高速并行光互联模块和实现方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040264884A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Yue Liu Compact package design for vertical cavity surface emitting laser array to optical fiber cable connection
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
US20110044367A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 International Business Machines Corporation 3d optoelectronic packaging
US20120057864A1 (en) * 2010-09-06 2012-03-08 Electronics And Telecommunications Research Institute Optical transmission apparatus including cooler
WO2012031070A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-08 Huawei Technologies Co., Ltd. Compact transistor outline packaged laser with optical monitoring function
WO2012069929A1 (en) * 2010-11-25 2012-05-31 Fci Optical circuit board
CN203480083U (zh) * 2012-05-06 2014-03-12 梅兰诺克斯科技有限公司 光接口装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7314447B2 (en) * 2002-06-27 2008-01-01 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. System and method for actively cooling transducer assembly electronics
CA2559185C (en) * 2004-03-10 2012-12-04 Truck-Lite Co., Inc. Interior lamp
JP2005322819A (ja) 2004-05-11 2005-11-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光トランシーバ
US7118292B2 (en) 2005-01-24 2006-10-10 Emcore Corporation Coaxial cooled laser modules with integrated thermal electric cooler and optical components
US8333517B2 (en) 2007-02-05 2012-12-18 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Semiconductor submodule, method for connecting connector and semiconductor submodule, and optical module
WO2011120172A1 (en) 2010-03-31 2011-10-06 Ats Automation Tooling Systems Inc. Light generator systems and methods
JP2013098292A (ja) 2011-10-31 2013-05-20 Yamaichi Electronics Co Ltd 光モジュール

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040264884A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Yue Liu Compact package design for vertical cavity surface emitting laser array to optical fiber cable connection
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
US20120082420A1 (en) * 2009-06-15 2012-04-05 Fujitsu Optical Components Limited Optical module
US20110044367A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 International Business Machines Corporation 3d optoelectronic packaging
WO2012031070A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-08 Huawei Technologies Co., Ltd. Compact transistor outline packaged laser with optical monitoring function
US20120057864A1 (en) * 2010-09-06 2012-03-08 Electronics And Telecommunications Research Institute Optical transmission apparatus including cooler
WO2012069929A1 (en) * 2010-11-25 2012-05-31 Fci Optical circuit board
CN203480083U (zh) * 2012-05-06 2014-03-12 梅兰诺克斯科技有限公司 光接口装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105911652A (zh) * 2015-02-24 2016-08-31 住友电气工业株式会社 具有从组件基板直接至顶部壳体的散热路径的光收发器
CN105911652B (zh) * 2015-02-24 2020-07-24 住友电气工业株式会社 具有从组件基板直接至顶部壳体的散热路径的光收发器
CN105406352A (zh) * 2015-12-30 2016-03-16 深圳市极致兴通科技有限公司 一种降低带制冷型光发射组件功耗的装置及方法
CN107167882A (zh) * 2016-03-08 2017-09-15 迈络思科技有限公司 具有集成安装的热电冷却器的光电转换器
TWI832546B (zh) * 2022-11-03 2024-02-11 新煒科技有限公司 晶片封裝模組

Also Published As

Publication number Publication date
US9016957B2 (en) 2015-04-28
US20150198776A1 (en) 2015-07-16
US20140369651A1 (en) 2014-12-18
CN104238042B (zh) 2017-08-08
US9329349B2 (en) 2016-05-03

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