CN113031174B - 一种to-can模组、发射组件及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TO‑CAN模组、发射组件及光模块，其中，所述TO‑CAN模组包括管座、设置于管座的半导体制冷器、设置于半导体制冷器的第一支架、设置于管座的第二支架、以及分别设置于第一支架和第二支架的基板，所述第一支架与第二支架之间具有间隙；且所述第一支架和/或第二支架采用非金属材料制成；本TO‑CAN模组，可以有效防止第一支架与第二支架之间形成电容而影响数据传输，有效避免在第一支架、第二支架以及基板之间发生谐振问题，从而可以有效提高带宽，使得同轴封装的光模块的传输速率可以顺利达到100Gbit/s。

Description

一种TO-CAN模组、发射组件及光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种TO-CAN模组、发射组件及光模块。

背景技术

光模块是光纤通信系统中的重要器件，主要作用是进行光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号；现有的光模块产品通常分为单发、单收、收发一体以及多发多收等，实现光电转换的关键部件称为光组件或OSA，其中，发射组件为TOSA，接收组件为ROSA，收发一体组件为BOSA，而OSA中的关键器件是TO-CAN模组（或称为TO封装模组），如发射TO模组（激光器）。

现有光模块中的TO-CAN模组，如图1所示，通常包括TO管座（或称为管座）、设置于TO管座的半导体制冷器（TEC）、设置于半导体制冷器的第一支架、设置于TO管座的第二支架、分别设置于第一支架和第二支架的基板（如电路板）以及设置于基板的芯片（如激光器）等，两个基板通常电连通；现有的TO-CAN模组中，管座通常采用金属材料制成，为便于导热，第一支架采用金属材料制成，既用于起到支撑基板的效果，又用于增强导热效果，而所述第二支架也采用金属材料制成，与TO管座为一体结构，用于支撑对应的基板，且第一支架与第二支架之间具有间隙，如图1所示。

随着技术的发展，对于带宽的要求越来越高，而现有同轴封装的TO-CAN模组，主要用于2.5Gbit/s及10Gbit/s等短距离传输，数据传输速率难以提升，主要原因在于，第一支架和第二支架都是采用金属材料制成，二者之间容易形成电容，并与两个基板连接的金线电感形成谐振，继而使得某些频点的能量不能在两个基板传递，例如，通过实验发现，随着传输功率的提高，尤其是当数据传输速率达到24-50Gbit/s左右时，第一支架、第二支架以及基板之间会产生严重的谐振现象，导致无法有效提升数据传输速率，严重制约了同轴封装型光模块的发展，亟待解决。

发明内容

本发明第一方面要解决提高现有同轴封装的TO-CAN模组传输功率提高的过程中，当数据传输速率达到24-50Gbit/s左右时，由于第一支架、第二支架以及基板之间会产生严重的谐振现象，而导致无法进一步提升数据传输速率的问题，提供了一种可以消除谐振的TO-CAN模组，使得同轴封装的光模块的传输速率可以顺利达到100Gbit/s，主要构思为：

一种TO-CAN模组，包括管座、设置于管座的散热器、设置于散热器的第一支架、设置于管座的第二支架、以及分别设置于第一支架和第二支架的基板，所述第一支架与第二支架之间具有间隙；

且所述第一支架和/或第二支架采用非金属材料制成。本方案中，第一支架与第二支架之间具有间隙，使得本TO-CAN模组中的第一支架和第二支架可以保持现有的结构和位置关系，从而可以降低对生产设备的适应性改进，有利于降低改进的成本；而在本方案中，第一支架和第二支架两个支架中，至少有一个支架是采用非金属材料制成的，具有良好的绝缘效果，不仅可以有效防止TO-CAN模组的工作过程中，第一支架与第二支架之间会形成电容，影响数据传输，而且在同轴封装的TO-CAN模组的传输功率提升过程中，第一支架与第二支架之间始终不会形成电容，从而可以有效避免在第一支架、第二支架以及基板之间发生谐振问题，进而可以有效提高带宽，使得同轴封装的光模块的传输速率可以顺利达到100Gbit/s。

本发明第二方面要解决第一支架上基板的散热问题，方案一中，所述第二支架采用非金属材料制成，所述第一支架采用金属材料制成。既使得第一支架与第二支架之间不会形成电容，进而产生谐振，又使得第一支架具有良好的导热性能，以便保证散热效果。

优选的，所述非金属材料为陶瓷材料。陶瓷材料具有良好的绝缘效果。

方案二中，所述第一支架采用绝缘且导热的非金属材料制成。即，在本方案中，第一支架采用绝缘且导热的非金属材料制成，不仅具有良好的绝缘效果，防止第一支架与第二支架之间形成电容进而产生谐振，而且使得第一支架具有良好的导热性能，以便保证基板的热量可以顺利、高效的转移到下方的半导体散热器，以便更高效地为基板散热，尤其可以满足高功率运行时的散热需求，使得传输速率可以顺利达到100Gbit/s。

优选的，所述第一支架采用AlN、Al₂O₃、BeO或CVD金刚石材料制成。这些采用都是具有高绝缘、高导热性的非金属材料，可以更好的满足绝缘和散热的需求。

优选的，所述第二支架与所述管座为一体成型构件。

为解决信号的发射问题，进一步的，还包括设置于所述基板的激光器。激光器用于发射信号，以解决信号的发射问题。

本发明第三方面要解决由于现有TO-CAN模组中的第一支架、第二支架以及基板之间会产生严重的谐振现象，而导致发射组件无法进一步提升数据传输速率的问题，提供了一种发射组件，包括所述TO-CAN模组。由于本TO-CAN模组可以有效解决谐振的问题，使得本发射组件可以不受谐振的影响，从而有利于提高带宽。

本发明第四方面要解决由于现有TO-CAN模组中的第一支架、第二支架以及基板之间会产生严重的谐振现象，而导致光模块无法进一步提升数据传输速率的问题，提供了一种光模块，包括所述发射组件。由于本TO-CAN模组可以有效解决谐振的问题，使得本光模块可以不受谐振的影响，从而有利于提高带宽。

与现有技术相比，使用本发明提供的一种TO-CAN模组、发射组件及光模块，结构紧凑、设计合理，不仅可以有效防止第一支架与第二支架之间形成电容而影响数据传输，而且在同轴封装的TO-CAN模组的传输功率提升过程中，第一支架与第二支架之间始终不会形成电容，从而可以有效避免在第一支架、第二支架以及基板之间发生谐振问题，进而可以有效提高带宽，使得同轴封装的光模块的传输速率可以顺利达到100Gbit/s。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中提供的一种TO-CAN模组的结构示意图之一。

图2为图1的主视图。

图3为本发明实施例1中提供的一种TO-CAN模组的结构示意图之二。

图4为图2的一种A-A视图。

图5为图2的另一种A-A视图。

图6为光模块的插入损耗的仿真结果对比图，其中，曲线A是本光模块的插入损耗的仿真结果，曲线B是现有光模块的插入损耗的仿真结果。

图7为本光模块和现有光模块的对比测试结果，其中，曲线A是本发明所提供的光模块的测试曲线，曲线B为现有光模块的测试曲线。

图中标记说明

管座101、半导体制冷器102、第一支架103、第二支架104、第一基板105、第二基板106、芯片107、金线（或导线）108、间隙109

金属镀层201、凝胶层202

导热绝缘胶301。

实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例 1

请参阅图1-图5，本实施例中提供了一种TO-CAN模组，包括管座101、设置于管座101的散热器、设置于散热器的第一支架103、设置于管座101的第二支架104、以及分别设置于第一支架103和第二支架104的基板（或电路板），其中，

第一支架103与第二支架104不相连，如图1及图2所示，即，第一支架103与第二支架104之间具有间隙109；而为便于描述，设置于第一支架103的基板作为第一基板105，而设置于第二支架104的基板作为第二基板106，如图1及图2所示，第一基板105与第二基板106可以通过若干金线108（或导线108）相连；

相关的器件可以设置于第一基板105，例如，相关的芯片107（如激光器或探测器）可以设置于第一基板105，而散热器可以优先采用半导体制冷器102，如图1所示，此时，第一支架设置于半导体制冷器102的冷端，而半导体制冷器102的热端与管座101相连，在运行时，冷端吸热、热端放热，以便在TO封装后，为内部的激光器或探测器降温、散热，从而解决TO封装的内部散热问题。

而在本实施例中，第一支架103和/或第二支架104可以采用非金属材料制成，尤其是采用非金属绝缘材料制成，即在本实施例中，第一支架103和第二支架104两个支架中，至少有一个支架是采用非金属材料制成的，非金属材料通常具有良好的绝缘效果，且不会储存电能，不仅可以有效防止TO-CAN模组的工作过程中，第一支架103与第二支架104之间会形成电容，影响数据传输，而且在同轴封装的TO-CAN模组的传输功率提升过程中，第一支架103与第二支架104之间始终不会形成电容，从而可以有效避免在第一支架103、第二支架104以及基板之间发生谐振问题，进而可以有效提高带宽，使得同轴封装的光模块的传输速率可以顺利达到100Gbit/s。

为解决第一支架103上第一基板105的散热问题，在第一种实施方式中，第一支架103可以采用现有的金属材料制成，以便具有导热的作用；而第二支架104可以采用非金属材料制成，作为优选，此时，所述非金属材料可以优先采用陶瓷材料，既不导电也不储存电能，从而使得第一支架103与第二支架104之间不会因形成电容而产生谐振；可以理解，在本方案中，第二支架104也可以采用其它非金属材料制成，如还可以采用高分子绝缘材料、复合绝缘材料等制成。

在第二种实施方式中，第一支架103和第二支架104可以都采用非金属材料制成，此时，所述非金属材料可以是陶瓷材料、高分子绝缘材料、复合绝缘材料等制成，都能达到相同的技术效果。

在第三种实施方式中，第一支架103可以优先采用绝缘且导热的非金属材料制成，此时，对第二支架104的材质没有限制，即，第二支架104可以是金属材料制成，也可以是非金属材料制成，作为举例，为简化结构，第二支架104的材质可以与管座101相同，即，第二支架104与管座101可以为一体成型构件；具体而言，在本方案中，第一支架103采用绝缘且导热的非金属材料制成，不仅具有良好的绝缘效果，防止第一支架103与第二支架104之间因形成电容而产生谐振，而且使得第一支架103具有良好的导热性能，以便保证第一基板105的热量可以顺利、高效的通过第一支架103转移到下方的半导体制冷器102，如图1-图3所示，以便为基板散热，尤其可以满足高功率运行时的散热需求，使得传输速率可以顺利达到100Gbit/s。

在这种实施方式中，所述绝缘且导热的非金属材料可以有多种实施方式，作为优选，第一支架103可以采用AlN、Al₂O₃、BeO或CVD金刚石等材料制成；这些采用都是具有高绝缘、高导热性的非金属材料，可以更好的满足绝缘和散热的需求。

根据TO-CAN模组功能的不同，设置于第一基板105上的器件可以不同，作为一种实施方式，当TO-CAN模组用于发射信号时，第一基板105还设置有激光器，以便利用激光器发射信号，而在激光器的工作过程中，激光器产生的热量可以通过第一基板105、经由第一支架103传递给半导体制冷器102，从而可以利用半导体制冷器102高效散热。

作为，在本实施例中，所述第一支架103可以传统的L形板状或块状结构，但在本实施例所提供的优选方案中，第一支架103可以优先采用矩形板状或块状结构，如图3所示，采用这种结构的第一支架103，一方面，便于加工成型，有利于降低成本，可以解决经济性的问题，另一方面，与第一基板105之间具有更大的接触面积，更有利于传热，可以解决高效散热的问题；在本实施例中，第二支架104可以为板状结构或柱状结构，如图1-图3所示。

实施例 2

现有的TO-CAN模组中，第一基板105的表面通常设置有金属镀层，例如，第一基板105各表面分别设置于金属镀层201，如图4所示，在TO-CAN模组运行过程中，位于两个相互对立面上的金属镀层201之间会形成电容，从而会产生谐振，非常不利于提高带宽，为解决这一问题，在本实施例中，所述第一基板105上，仅在背离第一支架103的面上设置有金属镀层201，如图5所示，所述激光器或探测器就安装于该面，而在其余面上都不设置金属镀层，从而可以有效避免位于两个相互对立面上的金属镀层201之间形成电容，进而可以有效防止谐振，有利于提高带宽，尤其有利于同轴封装的光模块的传输速率可以顺利达到100Gbit/s。

作为举例，所述金属镀层201可以是铜镀层、金镀层等。

此时，所述第一支架103需要采用非金属材料制成，如实施例1中所述，此时，第一支架103可以优先采用AlN、Al₂O₃、BeO或CVD金刚石等高绝缘、高导热性的非金属材料制成，既可以有效防止第一基板105上相互对立的金属镀层201之间形成电容，又可以有效防止第一基板105上背离第一支架103的金属镀层201与第一支架103与之间形成电容，进而可以更好的解决制约TO-CAN模组提高带宽过程中的谐振问题。

实施例 3

现有的TO-CAN模组中，第一基板105与第一支架103之间通常设置有凝胶，并形成凝胶层202，如图4所示，凝胶具有导电特性，当第一基板105上背离第一支架103的面上设置有金属镀层201时，该金属镀层201与所述凝胶层202之间容易形成电容，从而会产生谐振，非常不利于提高带宽，为解决这一问题，在本实施例中，所述第一基板105与第一支架103之间设置的是导热绝缘胶301，如图5所示，一方面，导热绝缘胶301具有良好的导热性能，使得在运行过程中，当安装于第一基板105的器件发热时，热量可以通过第一基板105、导热绝缘胶301以及第一支架103传递到半导体制冷器102，以达到散热的目的；另一方面，导热绝缘胶301具有良好的绝缘性，即导电率低，且越低越好，从而可以有效防止第一基板105上背离第一支架103的面上设置的金属镀层201与导热绝缘胶301之间形成电容，从而可以有效防止谐振的发生，有利于提高光模块的数据传输速率，尤其有利于同轴封装的光模块的传输速率可以顺利达到100Gbit/s。

实施例 4

本实施例提供了一种发射组件，包括实施例1-3中任一所述的TO-CAN模组；由于本TO-CAN模组可以有效解决谐振的问题，使得本发射组件可以不受谐振的影响，从而有利于提高带宽。

实施例 5

本实施例提供了一种光模块，包括实施例4所述的发射组件；由于本TO-CAN模组可以有效解决谐振的问题，使得本光模块可以不受谐振的影响，从而有利于提高带宽。

在具体的实验中，光模块包括实施例4所述的发射组件，通过实验实现了基于同轴封装的TO-CAN模组的数据传输速率为100Gbit/s的单通道通信，且TDECQ大约为1.7dB。

如图6所示，其中，曲线A是本光模块的插入损耗的仿真结果，曲线B是现有光模块的插入损耗的仿真结果，从图6中可以看出，本光模块的插入损耗的谐振点消失了，说明能量能传播过去，从而很好地解决了谐振问题，有利于提高带宽。

如图7所示，其中，曲线A是本发明所提供的光模块的测试曲线，曲线B为现有光模块的测试曲线，由图7可以表明本光模块可以很好地解决谐振问题，更有利于提高带宽。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种TO-CAN模组，包括管座、设置于管座的散热器、设置于散热器的第一支架、以及设置于管座的第二支架，所述第一支架与第二支架之间具有间隙，第一支架设置有第一基板，第二支架设置有第二基板，其特征在于，所述第一支架采用绝缘且导热的非金属材料制成，第二支架采用非金属材料制成；

所述第一基板上，仅在背离第一支架的面上设置有金属镀层，而在其余面上都不设置金属镀层，第一基板与第一支架之间设置的是导热绝缘胶。

2.根据权利要求1所述的TO-CAN模组，其特征在于，所述第二支架采用非金属材料制成，所述第一支架采用金属材料制成。

3.根据权利要求2所述的TO-CAN模组，其特征在于，所述非金属材料为陶瓷材料。

4.根据权利要求1所述的TO-CAN模组，其特征在于，所述第一支架采用绝缘且导热的非金属材料制成。

5.根据权利要求4所述的TO-CAN模组，其特征在于，所述第一支架采用AlN、Al₂O₃、BeO或CVD金刚石材料制成。

6.根据权利要求4所述的TO-CAN模组，其特征在于，所述第二支架与所述管座为一体成型构件。

7.根据权利要求1所述的TO-CAN模组，其特征在于，所述散热器为半导体制冷器。

8.根据权利要求1-7任一所述的TO-CAN模组，其特征在于，还包括设置于所述第一基板的激光器。

9.一种发射组件，其特征在于，包括权利要求8所述的TO-CAN模组。

10.一种光模块，其特征在于，包括权利要求9所述的发射组件。

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