CN105009388B - 散热构造及光收发器 - Google Patents

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Abstract

本发明的散热构造包括：导热构件(21)，该导热构件(21)具有受热面(211a、211b)和散热面(212a、212b)，所述受热面(211a、211b)呈沿晶体管管座(11)及圆筒部(12)的侧面(111、121)的曲面形状，能嵌入该晶体管管座(11)及该圆筒部(12)，所述散热面(212a、212b)设有凸缩部(213a、213b)；以及壳体(22)，该壳体(22)搭载有光分配器(1)及导热构件(21)，具有设置有与凸缩部(213a、213b)相啮合的凸缩部(223a、223b)的受热面(222a、222b)。

Description

散热构造及光收发器
技术领域
本发明涉及对光分配器的热量进行散热的散热构造、以及包括该光分配器和散热构造的光收发器，其中，所述光分配器具有搭载半导体光元件的晶体管管座(stem)、以及在该晶体管管座上覆盖该半导体光元件的圆筒部。
背景技术
在进行光通信的设备(光分配器)中，为了应对性能提高和尺寸减小的市场需求而增加了发热密度，从而对光分配器的热量进行散热的散热构造成为问题。
因此，例如在专利文献1所公开的技术中，在光分配器上安装有利用了树脂和金属的热传导率之差的散热构造。在该散热构造中，用树脂的导热构件从上下方向夹住光分配器的晶体管管座，利用热膨胀率比晶体管管座及导热构件要小的金属框架来连结上下的导热构件，从而利用金属框架来抑制树脂在发热时发生膨胀的情况。由此，在发热时晶体管管座与导热构件紧密接触，通过减小热阻来增加散热效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：
日本专利特开2007-273497号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1所公开的技术中，导热构件与框架之间的接触面积较小，因此存在散热效率较差的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能使光分配器的热量有效散热的散热构造及光收发器。
用于解决技术问题的技术手段
本发明所涉及的散热构造包括：导热构件，该导热构件具有受热面和散热面，所述受热面呈沿晶体管管座及圆筒部的侧面的曲面形状，能嵌入该晶体管管座及该圆筒部，所述散热面设有第一凸缩部；以及壳体，该壳体搭载有光分配器及导热构件，具有设置有与第一凸缩部相啮合的第二凸缩部的受热面。
另外，本发明所涉及的散热构造包括：导热构件，该导热构件具有受热面和散热面，所述受热面呈沿晶体管管座及圆筒部的侧面的曲面形状，能嵌入该晶体管管座及该圆筒部，所述散热面设有槽部；以及壳体，该壳体搭载有光分配器及导热构件，具有设置了与槽部相啮合的突起部的受热面。
发明效果
根据本发明，由于采用如上所述的结构，因此，导热构件与壳体之间的接触面积增大从而散热效率增大，能高效地对光分配器的热量进行散热。其结果是，能实现光分配器的高散热密度化和壳体的小型化，并实现与高温化相对的动作温度范围的扩大。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的散热构造的结构的立体图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的散热构造的结构的分解立体图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的散热构造的其它结构的分解立体图。
图4是表示本发明的实施方式1中的导热构件及壳体的凸缩部的其它形状的图。
图5是表示本发明的实施方式1中的导热构件及壳体的凸缩部的其它形状的图。
图6是对本发明的实施方式1中的导热构件与壳体之间的间隙进行说明的图，图6(a)是俯视图，图6(b)是主视图。
图7是表示本发明的实施方式2所涉及的散热构造的结构的立体图。
图8是图7的A-A线放大剖视图。
图9是表示本发明的实施方式3所涉及的散热构造的结构的分解立体图。
图10是表示本发明的实施方式4所涉及的散热构造的结构的分解立体图。
图11是表示本发明的实施方式4所涉及的散热构造的结构的立体图。
图12是图11的B-B线放大剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的散热构造2的结构的立体图，图2是分解立体图。在图1中，示出了散热构造2中收纳有光分配器1的状态。
首先，对光分配器1的结构进行说明。
光分配器1具有CAN型的组件，内置有会发热的半导体光元件(未图示)。作为该半导体光元件，例如可举例半导体激光元件(激光二极管)等。另外，光分配器1也可以内置有受光元件。
该光分配器1如图1、2所示，包括用于搭载半导体光元件的圆板状的晶体管管座11、以及在晶体管管座11上覆盖半导体光元件的金属制的圆筒部12。另外，在晶体管管座11上，除了一部分以外都以贯穿该晶体管管座11的方式设置有用于向半导体光元件提供驱动电流(或获取来自受光元件的信号)等的多个引脚13。
散热构造2是用于将光分配器1中所产生的热量向搭载了该光分配器1及散热构造2的装置(光收发器等)的外部释放出的构造。该散热构造2如图1、2所示，由导热构件21和壳体22构成。
导热构件21是大小能覆盖光分配器1的晶体管管座11及圆筒部12的块状的构件，由单一构件或多个构件构成。在包括单一的导热构件21的情况下，例如具有如图1所示的结构。另外，在包括多个导热构件21的情况下，例如具有如图3所示的结构。
另外，导热构件21具有内壁，该内壁由具有沿着晶体管管座11的侧面111的曲面形状的散热面211a、以及沿圆筒部12的侧面121的曲面形状的受热面211b构成。该受热面211a、211b构成为能嵌入光分配器1的晶体管管座11及圆筒部12。此外，在受热面211a与晶体管管座11的侧面111之间、以及受热面211b与圆筒部12的侧面121之间，夹有粘接剂、散热润滑油等散热用构件，或通过焊接等来实施金属结合。
另外，导热构件21在与受热面211a、211b相反一侧的面(外壁)上设有散热面212a～212c。散热面212a～212c直接或隔着散热润滑油等与壳体22相接触，是用于将光分配器1所产生的热量传导至壳体22的面。另外，未设置壳体22而搭载有光分配器1及导热构件21的装置(例如光收发器)、或者搭载于所述装置的元器件也可以具有与壳体22相同的形状，所述壳体22包含与散热面212a、212b相互错开地进行啮合的凸缩部。在这种情况下，散热面212a～212c直接或隔着散热润滑油等与所述装置或所述元器件相接触，成为用于将光分配器1所产生的热量传导至所述装置或所述元器件的面。
此外，在散热面212a、212b上设有与壳体22的受热面222a、222b相互错开地进行啮合的凸缩部(第一凸缩部)213a、213b。该凸缩部213a、213b如图1、2所示，将沿晶体管管座11及圆筒部12的轴心方向的截面构成为凹凸形状。
另一方面，壳体22搭载光分配器1及导热构件21，设有大致呈U字形的搭载部221。另外，在该搭载部221的内壁上，在与导热构件21的散热面212a～212c相对的部分上设有受热面222a～222c。此外，受热面222a、222b上设有与导热构件21的散热面212a、212b的凸缩部213a、213b相互错开地进行啮合的凸缩部(第二凸缩部)223a、223b。该凸缩部223a、223b如图1、2所示，将沿晶体管管座11及圆筒部12的轴心方向的截面构成为凹凸形状。
这里，在导热构件21的散热面212a、212b及壳体22的受热面222a、222b上设置相互错开地进行啮合的凸缩部213a、213b、223a、223b，从而导热构件21与壳体22相接触的表面积增加，导热构件21的散热面积与壳体22的受热面积增加。
而且，可以考虑到一般而言，每单位时间通过接触面的热量(Q)与两接触面的温度(T_散热面-T_受热面)差和表面积(B)成比例。而且，若将比例系数设为h，则热量(Q)如下式(1)所示。
Q＝h·(T_散热面-T_受热面)·B(1)
因此，通过设置上述凸缩部213a、213b、223a、223b，通过导热构件21与壳体22之间的接触面的热量增加，有望使散热效率增加。
此外，凸缩部213a、213b、223a、223b也可以采用以下方式：即，导热构件21与壳体22进行啮合，接触面积增加。由此，凸缩部213a、213b、223a、223b并不局限于图2所示的凹凸形状，例如也可以构成为图4所示的蜿蜒形状、或图5所示的波浪形状。
另外，不在晶体管管座11的侧面111及圆筒部12的侧面121、以及导热构件21的受热面211a、211b上设置如上所述的突起部，而在导热构件21的散热面212a、212b、以及壳体22的受热面222a、222b上设置凸缩部213a、213b、223a、223b，从而能有望增加散热效率而不改变光分配器1的形状。
此外，在散热构造2中，若采用使发热的晶体管管座11及与该晶体管管座11相接的圆筒部12不与壳体22直接接触的构造，则能减少导热构件21与壳体22之间所产生的间隙(空气)对散热的阻碍。然而，有时难以实现这样的构造。
即，这是由于在光分配器1需要进行光轴调整的情况下，需要使晶体管管座11及圆筒部12相对于光分配器1的箱形部分(主体部分)14沿与轴心方向垂直的方向(图2所示的x轴方向、y轴方向)进行移动，需要考虑晶体管管座11及圆筒部12相对于该箱形部分14的位置偏移。该位置偏移比因通常的尺寸公差所导致的偏移要大。所谓尺寸公差是指，在无法以与基准尺寸完全相同的尺寸来进行加工的情况下，允许作为实际尺寸的最大值与最小值之差。而且，在考虑上述位置偏移的情况下，为了使得能将光分配器1和壳体22相组合，需要在光分配器1与壳体22之间形成间隙。然而，该间隙对于填入粘接剂或散热润滑油等来说显得过大了。
另一方面，即使产生上述位置偏移，晶体管管座11及圆筒部12的形状也不会发生变化。因此，在本发明中，采用以下结构：即，在光分配器1与壳体22之间配置导热构件21，从而使得晶体管管座11及圆筒部12与导热构件21之间尽可能不产生间隙。由此，能减少间隙(空气)对散热的妨碍，能提高散热效率。
此外，考虑光轴调整所造成的上述位置偏移、以及各部分(光分配器1、导热构件21及壳体22)的尺寸公差，即使上述位置偏移及各部分的尺寸公差为最大值，也需要使得能将各部分组装起来。因此，如图6所示，采用在导热构件21与壳体22之间设置间隙的结构。此外，间隙设为以下值：即，即使上述位置偏移及各部分的尺寸公差为最大值，各部分彼此之间也不会发生碰撞。
这里，图6(a)所示的z轴方向的间隙是用于使得上述各部分能组装起来的间隙。另外，图6所示的x轴、y轴方向的间隙是晶体管管座11与圆筒部12的光轴调整公差(兼作为用于使得上述各部分能组装起来的间隙)。另外，利用散热润滑油等散热用构件来填入间隙。
而且，所谓散热面212a～212c与壳体22直接接触的情况，是指光轴调整公差、尺寸公差(组装公差)为最大值(下限/上限值)的情况。此外，在散热面212a～212c与壳体22相接触的情况下，由于热量容易通过，因此，散热效率得以提高。
由此，既能使光分配器1的箱形部分14与壳体22之间的位置保持一定，又能使得能组装晶体管管座11及圆筒部12的位置相对于箱形部分14发生偏移的光分配器1。
另一方面，还考虑了若是无需光轴调整的光分配器1、则能否不使用本发明而使晶体管管座11及圆筒部12与壳体22直接接触来提高散热效果。然而，为了获得无需光轴调整的光分配器1中所需的光发送功率，一般需要增大元器件尺寸，从而导致光分配器成本上升。即，无法应对减小尺寸这一市场需求。
与之相对地，通过运用本发明的结构，能获得使用了为获得所需要的光发送功率而调整光轴的小型的光分配器1的光收发器。由此，能实现光收发器尺寸减小。
此外，光分配器1一般具有珀耳帖元件。珀耳帖元件会消耗功率。与之相对地，通过使用能利用散热构造2来提高散热效率的本发明，能降低使用珀耳帖元件的因冷却而消耗的功率。
如上所述，根据本实施方式1，由于所采用的结构包括：导热构件21，该导热构件21具有受热面211a、211b和散热面212a、212b，所述受热面211a、211b呈沿晶体管管座11及圆筒部12的侧面111、121的曲面形状，能嵌入该晶体管管座11及该圆筒部12，所述散热面212a、212b设有凸缩部213a、213b；以及壳体22，该壳体22搭载有光分配器1及导热构件21，具有设置了与该导热构件21的凸缩部213a、213b相啮合的凸缩部223a、223b的受热面222a、222b，因此，导热构件21与壳体22之间的接触面积增大从而散热效率增大，能有效地对光分配器1的热量进行散热。其结果是，能实现光分配器1的高散热密度化和壳体22的小型化，并实现与高温化相对的动作温度范围的扩大。
实施方式2.
在实施方式2中，示出了利用晶体管管座11及圆筒部12为圆筒形状这一点来使导热构件21的凸缩部213a、213b及壳体22的凸缩部223a、223b形成与该圆筒形状相匹配的曲面形状的情况。
图7是表示本发明的实施方式2所涉及的光分配器1的散热构造2的结构的立体图，图8是图7的A-A线放大剖视图。在图7、8中，对与图1、2所示的实施方式1所涉及的散热构造2相同的结构标注相同的标号，仅对不同之处进行说明。
实施方式2中的导热构件21的凸缩部213a、213b如图8所示，将与晶体管管座11及圆筒部12的轴心大致垂直的截面构成为沿该晶体管管座11及圆筒部12的侧面111、121的曲面形状。另外，实施方式2中的壳体22的凸缩部223a、223b也相同，将与晶体管管座11及圆筒部12的轴心大致垂直的截面构成为沿该晶体管管座11及圆筒部12的侧面111、121的曲面形状。
由此，相对于实施方式1的结构，散热面积对应于图8所示的斜线部5a、5b而扩大，因此，有望增加散热效率。
实施方式3.
在实施方式1、2中，示出了在导热构件21的散热面212a、212b及壳体22的受热面222a、222b上设有凸缩部213a、213b、223a、223b的情况。与之相对地，示出在实施方式3中，导热构件21的散热面212c上设有槽部214a、214b、在壳体22的受热面222c上设有与该槽部214a、214b啮合的突起部224a、224b的情况。
图9是表示本发明的实施方式3所涉及的光分配器1的散热构造2的结构的分解立体图。此外，在图9中省略了光分配器1的图示。在图9中，对与图1、2所示的实施方式1所涉及的散热构造2相同的结构标注相同的标号，仅对不同之处进行说明。
如图9所示，在实施方式3中的导热构件21上，代替凸缩部213a、213b而在散热面212c上设有槽部214a、214b。另外，在实施方式3中的壳体22上，代替凸缩部223a、223b而在受热面222c上设有与槽部214a、214b啮合的突起部224a、224b。
由此，导热构件21的槽部214a与壳体22的突起部224a啮合，槽部214b与突起部224b啮合。其结果是，与实施方式1相同，导热构件21与壳体22之间的接触面积增大，从而散热效率增大，能有效地对光分配器1的热量进行散热。
实施方式4.
在实施方式1～3的结构中，在将晶体管管座11与导热构件21进行粘接的情况下，根据粘接剂的涂布状况，有时导热效率会下降。另外，由于粘接剂干燥前需要耗费时间，因此，存在生产性变差的问题。因此，在实施方式4中，如图10所示，利用板簧31将圆筒部12与导热构件21夹在一起来进行固定，从而对晶体管管座11进行固定。
板簧31构成为能安装于导热构件21，将圆筒部12与导热构件21夹在一起来进行固定，从而能对晶体管管座11进行固定。该板簧31如图10所示，通过将板状构件弯曲成L字形来构成，长边方向的两端边上设有引导至导热构件21的结合部215a、215b的弯曲部311a、311b。
另外，导热构件21上设有对板簧31的弯曲部311a、311b进行引导的结合部215a、215b(参照图12)。
图11示出安装板簧31时的立体图，图12示出图11的B-B线放大剖视图。板簧31安装于收纳有圆筒部12的导热构件21。此时，将板簧31的弯曲部311a、311b引导至导热构件21的结合部215a、215b。由此，板簧31将圆筒部12与导热构件21夹在一起来进行固定。此外，安装板簧31时，将由导热构件21和该板簧31所形成的空间设计成使得即使在公差最差时也比光分配器1的圆筒部12的直径要小。由此，板簧31发生挠曲，能在始终对圆筒部12施加载荷的状态下与导热构件21紧密接触，因此，导热效率较为稳定。另外，由于不像粘接剂那样需要进行干燥的时间，因此，生产性得以提高。
此外，板簧31还具有在安装于导热构件21时发生挠曲而对圆筒部12施加载荷的作用、以及将圆筒部12的热量向导热构件21进行散热的作用，因此，希望由金属来构成。
另外，本申请发明可以在其发明的范围内对各实施方式进行自由组合，或对各实施方式的任意构成要素进行变形、或省略各实施方式中的任意的构成要素。
工业上的实用性
本发明所涉及的散热构造及光收发器能高效地对光分配器的热量进行散热，适用于对搭载半导体光元件的晶体管管座及在该晶体管管座上具有覆盖该半导体光元件的圆筒部的光分配器的热量进行散热的散热构造、以及包括该光分配器和散热构造的光收发器等。
标号说明
1 光分配器
2 散热构造
5a、5b 斜线部
11 晶体管管座
12 圆筒部
13 引脚
14 箱形部分
21 导热构件
22 壳体
31 板簧
111、121 侧面
211a、211b、222a～222c 受热面
212a～212c 散热面
213a、213b、223a、223b 凸缩部(第一、第二凸缩部)
224a、224b 突起部
214a、214b 槽部
215a、215b 结合部
221 搭载部
311a、311b 弯曲部

Claims (8)

1.一种散热构造，该散热构造对光分配器的热量进行散热，所述光分配器具有搭载半导体元件的晶体管管座、以及在该晶体管管座上覆盖该半导体元件的圆筒部，其特征在于，包括：
导热构件，该导热构件具有受热面和散热面，所述受热面呈沿所述晶体管管座及所述圆筒部的侧面的曲面形状，能嵌入该晶体管管座及该圆筒部，所述散热面设有第一凸缩部；以及
壳体，该壳体搭载有所述光分配器及所述导热构件，具有设置有与所述第一凸缩部相啮合的第二凸缩部的受热面，
在所述第一凸缩部与所述第二凸缩部之间的、沿所述圆筒部的轴心方向及与所述圆筒部的轴心方向垂直的方向的间隙内，具有散热用构件。
2.如权利要求1所述的散热构造，其特征在于，
所述第一、第二凸缩部中，沿所述晶体管管座及所述圆筒部的轴心方向的截面呈凹凸形状。
3.如权利要求1所述的散热构造，其特征在于，
所述第一、第二凸缩部中，沿所述晶体管管座及所述圆筒部的轴心方向的截面呈蜿蜒形状。
4.如权利要求1所述的散热构造，其特征在于，
所述第一、第二凸缩部中，沿所述晶体管管座及所述圆筒部的轴心方向的截面呈波纹形状。
5.如权利要求1所述的散热构造，其特征在于，
所述第一、第二凸缩部中，与所述晶体管管座及所述圆筒部的轴心大致垂直的截面呈沿该晶体管管座及该圆筒部的侧面的曲面形状。
6.如权利要求1所述的散热构造，其特征在于，
所述光分配器通过使所述晶体管管座及所述圆筒部沿与轴心方向大致垂直的方向移动，来对主体部分进行光轴调整。
7.一种光收发器，所述光收发器包括：光分配器，该光分配器具有搭载半导体元件的晶体管管座、以及在该晶体管管座上覆盖该半导体元件的圆筒部；以及散热构造，该散热构造对该光分配器的热量进行散热，所述光收发器的特征在于，
所述散热构造包括：
导热构件，该导热构件具有受热面和散热面，所述受热面呈沿所述晶体管管座及所述圆筒部的侧面的曲面形状，能嵌入该晶体管管座及该圆筒部，所述散热面设有第一凸缩部；以及
壳体，该壳体搭载有所述光分配器及所述导热构件，具有设置有与所述第一凸缩部相啮合的第二凸缩部的受热面，
在所述第一凸缩部与所述第二凸缩部之间的、沿所述圆筒部的轴心方向及与所述圆筒部的轴心方向垂直的方向的间隙内，具有散热用构件。
8.如权利要求7所述的光收发器，其特征在于，
所述光分配器通过使所述晶体管管座及所述圆筒部沿与轴心方向大致垂直的方向移动，来对主体部分进行光轴调整。
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