CN208334718U - 水平式光通讯次组件的散热结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种水平式光通讯次组件的散热结构，包括一T型管座以及一散热支持插件。该T型管座包括一基座、以及一设置于该基座一侧并由该基座一侧垂直延伸的舌座。该基座相应于该舌座上下两侧的位置分别具有一第一穿件孔以及一第二穿件孔。该散热支持插件包括一支持配重块以及一设置于该支持配重块上并由该支持配重块朝一侧延伸的延伸部，该延伸部插入该第二穿件孔以结合于该舌座的底侧，并由该支持配重块支撑该T型管座以令该T型管座上的舌座呈水平摆放。
Description
技术领域
本实用新型系有关于一种水平式光通讯次组件散热结构，尤指一种用以支持光通讯次组件水平放置并同时达到散热效果的光通讯次组件散热结构。
背景技术
光纤通讯(Fiber-optic communication)是指一种利用光与光纤(opticalfiber)传递资讯的一种方式，属于有线通讯的一种。光经过调变(modulation)后便能携带资讯。
由于光纤具有高速传输以及低传输损失的特性，现在许多国家已普遍采用光纤作为网路系统主要的传输工具，在目前资讯传输量越来越大且使用者对网路要求更为快速的情形下，光纤的传输数据量已逐渐不敷使用。为了因应庞大的传输数据量，高频传输的使用系为必然的趋势。
然而，电子零件于高频传输的条件下，容易产生大量的热，尤其是雷射二极体(Laser Diode,LD)。雷射二极体于工作时系产生大量的热，而这些热如果未能够即时的排除，容易造成热累积使雷射二极体的温度升高，而雷射二极体的特性曲线容易随着温度而变化，若未适时地将热排除，则会导致雷射二极体的接面温度升高，使得自身元件的效能以及寿命降低，必然衍生出元件可靠度的问题，因此有必要针对散热的问题进行处理藉以提升元件的可靠度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种水平式光通讯次组件散热结构，其结构简单，装卸操作方便，能支持光通讯次组件水平放置并同时达到散热效果，在于解决光通讯次组件于高频传输时容易产生大量的热导致元件的效能以及寿命降低的问题。
为达到上述目的，本实用新型公开了一种水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于包括：
一T型管座，包括一基座以及一设置于该基座一侧并由该基座一侧垂直延伸的舌座，该基座相应于该舌座上下两侧的位置分别具有一第一穿件孔以及一第二穿件孔；以及
一散热支持插件，包括一支持配重块以及一设置于该支持配重块上并由该支持配重块朝一侧延伸的延伸部，该延伸部插入该第二穿件孔以结合于该舌座的底侧，并由该支持配重块支撑该T型管座以令该T型管座上的舌座呈水平摆放。
其中，该第一穿件孔供一电路板穿过，并于该第一穿件孔与该电路板间的间隙涂覆有密封胶。
其中，该T型管座内包含有一设置于该舌座上或设置于该延伸部上的光发射器模组。
其中，更进一步包括一覆盖于该T型管座上的支持件、一设置于该支持件上的Z轴定位座以及一设置于该Z轴定位座上并耦光至该T型管座内侧该光发射器模组的光纤插座。
其中，该基座的外周缘为圆形，该支持件为圆筒型以罩覆于该基座的外侧以构成圆对称。
其中，该Z轴定位座的外周缘为圆形并结合于该支持件的窗口上以构成圆对称。
其中，该光纤插座的外周缘为圆形，且该Z轴定位座上插槽的内周缘为圆形以构成圆对称。
其中，该光纤插座朝向该支持件的一侧具有一插槽以及一设置于该插槽内的光隔离器。
其中，该光隔离器的一侧与该插槽齐平。
其中，该舌座上具有一开放设置于该延伸部上侧的设置槽，该光发射器模组设置于该设置槽上并直接接触该延伸部。
其中，该光发射器模组包括一设置于该延伸部上的致冷晶片、一设置于该致冷晶片上的光发射次模组以及一设置于该致冷晶片上用以耦光的非球面镜。
其中，该致冷晶片的热面贴附于该延伸部，该致冷晶片的冷面承载该非球面镜及该光发射次模组。
其中，该光发射次模组包括一设置于该致冷晶片上的次基座以及一设置于该次基座上的雷射二极体。
其中，该舌座包括一第一平面部以及一第二平面部，该第一平面部高于该第二平面部并与该第二平面部间具有阶差，该电路板的讯号连接部设置于该第一平面部上以电性连接至该光发射次模组，该电路板的电源连接部由该第一平面部延伸至该第二平面部并与该致冷晶片电性连接。
其中，该致冷晶片以倒置方向封装并经由馈入反向电源使该致冷晶片冷热面上下逆反以将较大面积的热面转换为冷面供该光发射器模组设置，该致冷晶片于倒置后该致冷晶片的电源埠向下与该电路板上侧的电源连接部电性接触以减少传输距离。
是以，本实用新型系比起习知技术具有以下优势功效：
1.本实用新型可以有效改善光发射次模组的散热问题，同时透过支持配重块支撑光通讯次组件，使T型管座得以朝水平方向出光，并让支持配重块与光收发器壳体间的接触面积增加进一步提升机构稳定度。
2.本实用新型的T型管座容易制作，减少习知传统管座(TO Header)制造或购买的成本与高频频宽限制的问题。
3.本实用新型中光发射次模组与非球面镜之间的距离可以允许微调，解决习知金属罐型(TO-CAN)封装结构中，光发射器与罩覆式透镜间距离固定，无法再调整耦光距离的问题；此外，公规罩覆式透镜的选择较少，于供应链的选择上经常会受到限制。
附图说明
图1，本实用新型光通讯次组件的外观示意图。
图2，本实用新型光通讯次组件的结构分解示意图(一)。
图3，本实用新型光通讯次组件的结构分解示意图(二)。
图4，本实用新型光通讯次组件的剖面示意图。
图5，本实用新型光通讯次组件的正面示意图。
具体实施方式
有关本实用新型之详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下。本实用新型中的图式及比例未必按照实际比例绘制，该等图式及比例并非用以限制本案的请求范围，在此先行叙明。
请先参阅图1，本实用新型光通讯次组件的外观示意图，如图所示：
本实用新型的光通讯次组件100系可应用于SWDM(Short Wavelength DivisionMultiplexing)、PSM4(Parallel Single Mode fiber 4-lane)、CWDM(Coarse WavelengthDivision Multiplexing)、DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)架构上，作为其中独立的光发射器实施。本实用新型中光通讯次组件100整体可独立的拆卸，于其中单颗光通讯次组件100故障时，可以将该光通讯次组件100作为单一零组件进行替换，而无须拆换整个模组。
有关于本实用新型光通讯次组件的详细构造，请一并参阅图2、图3，本实用新型光通讯次组件的结构分解示意图(一)及结构分解示意图(二)，如图所示：
本实用新型提供一种水平式光通讯次组件100，包括一T型管座10、一散热支持插件20、一电路板30、一光发射器模组40、一支持件50、一Z轴定位座60、以及一光纤插座70。
所述的T型管座10包括一基座11、以及一设置于该基座11一侧的舌座12，该舌座12系由该基座11一侧垂直延伸。该基座11在该舌座12上下两侧的位置分别具有一第一穿件孔111、以及一第二穿件孔112。
所述的散热支持插件20包括一支持配重块21、以及一设置于该支持配重块21上的延伸部22，该延伸部22系由该支持配重块21朝一侧方向延伸。该延伸部22系插入该第二穿件孔112以结合于该舌座12的底侧，并由该支持配重块21支撑该T型管座10以令该T型管座10上的舌座12呈水平摆放。其中，为了配合T型管座10及支持件50圆对称的需求，该延伸部22系大致呈半圆形的设计，使该延伸部22配合穿过该支持件50的圆筒状空间，上侧的平面则用以支持舌座12及光发射器模组40。该支持配重块21可以为长方体、正方体、半圆柱体、四分之一圆柱体等或是其他任何于底侧具有平衡用平面的特殊形状之块体，于本实用新型中不予以限制。于一较佳实施态样中，该支持配重块21较佳系具有导弧面之四分之一圆柱体，以供电路板30(例如软板)配合导弧面顺势弯折。于较佳实施态样中，散热支持插件20的材料系可以为铜钨(CuW)，藉以减少垂直堆迭方向及水平方向上因热膨胀问题产生耦光偏移的问题，除了铜钨外，该散热支持插件20亦可以为陶瓷、金属、合金、复合材料或高导热低热膨胀的材料，于本实用新型中不予以限制。
所述的电路板30系用以电性连接至该T型管座10内的光发射器模组40，其中，基座11上的第一穿件孔111系供该电路板30穿过，使该电路板30的末端形成该光通讯次组件100的尾部31(tail)，利用尾部31与光通讯装置上的电路板电性连接，以接收光通讯装置的电源及讯号；于一较佳实施态样中，该尾部31可以透过连接器或焊接或导电胶等方式连接至光通讯装置的电路板上，于本实用新型中不予以限制。为了达到密封的效果，该电路板30与第一穿件孔111之间的间隙可以填入密封胶以构成气密。于一较佳实施态样中，该电路板30系可以为印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)、软性印刷电路板(Flexible PrintedCircuit,FPC)、或陶瓷电路板(Ceramic PCB)等，于本实用新型中不予以限制。
所述的光发射器模组40设置于该舌座12上或设置于该延伸部22上。于本实用新型中光发射器模组40系指用以产生雷射光讯号所需的所有电子零件，该光发射器模组40系包括例如致冷晶片41(Thermoelectric Cooler,TEC)、光发射次模组42、非球面镜43(Aspheric Lens)、光感测器44(Monitor Photodiode,MPD)、及热敏电阻45(Thermistor)等，上述的零件于部分产品中可选择性地删减，于本实用新型中不予以限制。于本实施态样中，该舌座12上系具有一设置槽121，设置槽121开放设置于该延伸部22的上侧，该光发射器模组40(致冷晶片41)系设置于该设置槽121上并直接接触该延伸部22。于另一较佳实施态样中，该舌座12的表面系可以为平坦面或突起用以供该光发射器模组40(致冷晶片41)设置，于本实施态样中，热传导路径会先经过舌座12再传导至延伸部22。
以下请一并参阅图4，本实用新型光通讯次组件的剖面示意图，如图所示：
所述的致冷晶片41系用以透过热电效应(Thermoelectric effect)降低光发射次模组42的温度，该致冷晶片41系具有冷面及热面，可以透过控制致冷晶片41正负输入，变更冷面及热面的位置。致冷晶片41一侧系具有电源埠411，使该致冷晶片41的正面及反面的面积不相同。于过去习知的技术中，均是面积较大的一面(反面作为热面、面积较小的一面(正面作为冷面，此部分与热交换效率的考量有关。于较佳实施态样中，该致冷晶片41的热面系直接贴附于该延伸部22，可以减少热传导的路径长度，增加散热效率；该致冷晶片41的冷面则用以乘载该非球面镜43及该光发射次模组42；于该散热支持插件20选用铜钨的实施态样中，可以有效减少垂直堆迭方向以及水平方向上因热膨胀问题产生耦光偏移问题。
所述的光发射次模组42设置于该致冷晶片41上，更明确而言，系设置于该致冷晶片41的冷面上，藉由该致冷晶片41吸收光发射次模组42的热能。于本实施态样中，所述的光发射次模组42包括一设置于该致冷晶片41上的次基座421、以及一设置于该次基座421上的雷射二极体422，该雷射二极体422系透过次基座421上电路连接至该电路板30，以将该电路板30馈入的讯号转换为光讯号输出。于本实用新型中，所述的雷射二极体422系为边射型雷射二极体(Edge Emitting Laser Diode)；于另一较佳实施态样中，可以采用垂直腔面雷射二极体(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)，于此实施态样中仅需变更次基座42的方向或是另外设置转折光束的光学元件，透镜的方向则是对准至轴向的位置上不变。
所述的非球面镜43系设置于该致冷晶片41上，用以将该雷射二极体422的光讯号耦光至该光纤插座70。本实用新型采用非球面镜43作为耦光的手段(或以金属件支撑的球面透镜)，并省去透镜支持罩(图未示)的设置，简化习知双层迭构的设计，减少光路的复杂度，并且克服习知双层迭构方式对光学与机构容许度(Tolerance)小所衍生的制作困难问题；另一方面雷射二极体422于焊接或粘着在固定位置上时，可以利用非球面镜43的位置调整，在封盖前确定雷射二极体422与非球面镜43间的距离，以增加耦光良率。于另一较佳实施态样中，透镜亦可以放置在支持件50的窗口51上，于本实用新型中不予以限制。
所述的光感测器44及热敏电阻45系设置于该雷射二极体422的一侧，分别用以监控该雷射二极体422的输出功率以及该雷射二极体422的温度。该光感测器44及热敏电阻45系用以将监控数据回传至控制器(图未示)，透过回传的数据以控制雷射二极体422在较佳的输出功率与操作温度。于本实施态样中，由于光发射次模组42(次基座421)与非球面镜43系为共平面的设计(均设置于致冷晶片41的冷面上)，该雷射二极体422及该光感测器44则同设置于该次基座421上而为共平面的设计，一方面于固晶(Die Bond)时容易调整位置，另一方面共平面的设计可以有效的控制元件于堆迭高度方向上的公差值。另一方面共平面的设计可减少温度变化时因材料热膨胀系数不同而产生的位置误差，上述结构上的配置非属本实用新型所欲限制的范围。于另一较佳实施态样中，该光感测器44亦可以直接设置于该致冷晶片41上，于此实施态样中，该光感测器44可为面收型光感测器，将其立起使收光面对准至该雷射二极体422的后侧，另外于此实施态样中，打线的电极垫较佳应在面收型光感测器44相对接着致冷晶片41的另一侧，于打线时可以藉由该致冷晶片41作为凭靠，避免打线时光感测器44断裂，于本实用新型中不予以限制。
以下请复一并参阅图1至图4，所述的支持件50系覆盖并结合于该T型管座10上，该支持件50系用以设置该Z轴定位座60及该光纤插座70，以便利用光纤插座70与光纤(图未示)进行连接。所述的Z轴定位座60系设置于该支持件50的窗口51上，并于该Z轴定位座60上具有一插槽61，供该光纤插座70插入设置。所述的光纤插座70系耦光至该T型管座10内侧的光发射器模组40，该光纤插座70朝向该支持件50的一侧系具有一插槽71、以及一设置于该插槽71内的光隔离器72。于一较佳实施态样中，该光隔离器72的一侧系与该插槽71齐平，避免该光隔离器72相对该插槽71突出时影响Z轴定位座60于XY平面上的耦光。于另一较佳实施态样中，可以将窗口51的空间配置的更大，增加光隔离器72于空间中的可移动范围降低耦光难度，于本实施态样中，光隔离器72的一侧则不一定要与该插槽71齐平。于一较佳实施态样中，为增加该支持件50的气密性，于该支持件50内窗口51的位置上系可以设置玻璃片或滤波片以增加气密效果。
于进行耦光校准时，先确定该雷射二极体422与非球面镜43之间的距离，并于移动至最佳耦光位置时将该非球面镜43固晶于该致冷晶片41的冷面上；于雷射二极体422及非球面镜43之间的距离确定后，将支持件50与T型管座10做雷射焊接结合，然后该光纤插座70插入该Z轴定位座60的插槽61，并移动该Z轴定位座60至最佳的耦光位置(X、Y、Z轴方向先完成校准)并雷射或电阻焊接固定该光纤插座70及该Z轴定位座60(Z轴定位)；最后，将该光纤插座70与Z轴定位座60的组合体沿窗口51平面移动(X、Y轴方向完成校准)，以校准至最佳耦光位置，并执行Z轴定位座60与支持件50之间的雷射或电阻焊接(X、Y轴定位)。
为了便于雷射或电阻焊接，该T型管座10的基座11的外周缘为圆形，该支持件50系为圆筒型以罩覆于该基座11的外侧，藉以于焊接的位置上构成圆对称；同样地，该Z轴定位座60的外周缘亦可为圆形，于焊接的位置上构成圆对称；该光纤插座70的外周缘为圆形，且该Z轴定位座60上插槽61的内周缘为圆形，于焊接的位置上构成圆对称；于圆对称的情况下，雷射或电阻焊接装置于工作时与焊点之间可以维持相同间距，避免因为焊接功率强度不等导致温度不均进一步造成结构不稳定的问题。
除了利用雷射焊接的方式外，为了增加支持件50与T型管座10结合接面的气密性，亦可以采用电阻焊的方式将该支持件50结合于该T型管座10上。
请一并参阅图5，本实用新型光通讯次组件的正面示意图，如图所示：
为了减少电路板30与次基座421上元件之间的距离(以最短的距离连接线路)，该舌座12包括一第一平面部122、以及一第二平面部123，该第一平面部122系高于该第二平面部123并与该第二平面部123间具有阶差。该电路板30相对该尾部31(如图4所示)的一端系具有一讯号连接部32以及一电源连接部33，该讯号连接部32系设置于该第一平面部122上藉以与该次基座421(或该雷射二极体422(如图4所示)、光感测器44、热敏电阻45)齐平，并电性连接至该光发射次模组42的电子零件，经由上述的结构，可大幅地缩减与零件之间的距离，有助于解决打线(wire bond)或焊晶制程(die bond)下阻抗匹配以及RF干扰的问题；该电路板30的电源连接部33由该第一平面部122延伸至该第二平面部123并与该致冷晶片41电性连接；由于高频讯号与直流讯号分别走上下两条不同的路径(第一平面部122、第二平面部123)，可以使高频讯号与直流讯号间保持分离并保持高频讯号的完整性。于本实施态样中，致冷晶片41系转向左侧方向的位置(相对图2而言)，惟，所述的致冷晶片41依据配置的需求转向右侧或后侧方向，于本实用新型中不予以限制。于转向后侧方向时，设置槽121必须配合致冷晶片41向后延伸，以便次基座421靠近于该电路板30的讯号连接部32。
于较佳的实施态样中，为增加该支持件50内侧的空间，同时增加致冷晶片41可放置零件的数量，该致冷晶片41系以倒置方向封装并经由馈入反向电源使该致冷晶片41冷热面上下逆反，以将较大面积的热面转换为冷面供该光发射器模组40设置。该致冷晶片41于倒置后其电源埠411系朝向下方的位置，透过设计该第二平面部123的高度，可以使该致冷晶片41的电源埠411稍微高于该电路板30的电源连接部33，藉此，可透过焊接或是透过导电材料将该电路板30的电源连接部33上侧直接电性接触于该致冷晶片41的电源埠411上，减少传输距离。
综上所述，本实用新型可以有效改善光发射次模组的散热问题，同时透过支持配重块支撑该光通讯次组件，使该T型管座得以朝水平方向出光，并让支持配重块与光收发器壳体间的接触面积增加进一步提升机构稳定度。此外，本实用新型的T型管座容易制作，减少习知传统管座(TO Header)制造或购买的成本与高频频宽限制的问题。再者，本实用新型中光发射次模组与非球面镜之间的距离可以允许微调，解决习知金属罐型(TO-CAN)封装结构中，光发射器与罩覆式透镜间距离固定，无法再调整耦光距离的问题；此外，公规罩覆式透镜的选择较少，于供应链的选择上经常会受到限制。
以上已将本实用新型做一详细说明，惟以上所述，仅为本实用新型的一较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即凡依本实用新型申请专利范围所作之均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型之专利涵盖范围内。
Claims (15)
1.一种水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于包括：
一T型管座，包括一基座以及一设置于该基座一侧并由该基座一侧垂直延伸的舌座，该基座相应于该舌座上下两侧的位置分别具有一第一穿件孔以及一第二穿件孔；以及
一散热支持插件，包括一支持配重块以及一设置于该支持配重块上并由该支持配重块朝一侧延伸的延伸部，该延伸部插入该第二穿件孔以结合于该舌座的底侧，并由该支持配重块支撑该T型管座以令该T型管座上的舌座呈水平摆放。
2.如权利要求1所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该第一穿件孔供一电路板穿过，并于该第一穿件孔与该电路板间的间隙涂覆有密封胶。
3.如权利要求2所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该T型管座内包含有一设置于该舌座上或设置于该延伸部上的光发射器模组。
4.如权利要求3所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，更进一步包括一覆盖于该T型管座上的支持件、一设置于该支持件上的Z轴定位座以及一设置于该Z轴定位座上并耦光至该T型管座内侧该光发射器模组的光纤插座。
5.如权利要求4所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该基座的外周缘为圆形，该支持件为圆筒型以罩覆于该基座的外侧以构成圆对称。
6.如权利要求4所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该Z轴定位座的外周缘为圆形并结合于该支持件的窗口上以构成圆对称。
7.如权利要求4所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该光纤插座的外周缘为圆形，且该Z轴定位座上插槽的内周缘为圆形以构成圆对称。
8.如权利要求4所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该光纤插座朝向该支持件的一侧具有一插槽以及一设置于该插槽内的光隔离器。
9.如权利要求8所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该光隔离器的一侧与该插槽齐平。
10.如权利要求3所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该舌座上具有一开放设置于该延伸部上侧的设置槽，该光发射器模组设置于该设置槽上并直接接触该延伸部。
11.如权利要求10所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该光发射器模组包括一设置于该延伸部上的致冷晶片、一设置于该致冷晶片上的光发射次模组以及一设置于该致冷晶片上用以耦光的非球面镜。
12.如权利要求11所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该致冷晶片的热面贴附于该延伸部，该致冷晶片的冷面承载该非球面镜及该光发射次模组。
13.如权利要求11所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该光发射次模组包括一设置于该致冷晶片上的次基座以及一设置于该次基座上的雷射二极体。
14.如权利要求11所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该舌座包括一第一平面部以及一第二平面部，该第一平面部高于该第二平面部并与该第二平面部间具有阶差，该电路板的讯号连接部设置于该第一平面部上以电性连接至该光发射次模组，该电路板的电源连接部由该第一平面部延伸至该第二平面部并与该致冷晶片电性连接。
15.如权利要求14所述的水平式光通讯次组件的散热结构，其特征在于，该致冷晶片以倒置方向封装并经由馈入反向电源使该致冷晶片冷热面上下逆反以将较大面积的热面转换为冷面供该光发射器模组设置，该致冷晶片于倒置后该致冷晶片的电源埠向下与该电路板上侧的电源连接部电性接触以减少传输距离。
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