CN213302597U - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，通过增加第一导热组件和第二导热组件的接触性连接，提高热传导速率。同时第一导热组件的热传导速率大于第二导热组件的热传导速率，使得光发射器件产生的热量主要向上壳体传导，少部分向下壳体传导，优化光发射器件外部散热路径。通过与上壳体接触连接，降低光发射器件的外表面局部热点，保证其内部热电制冷器有效制冷及加热，降低热电制冷器端功耗及模块总功耗，确保模块在各温度区间输出稳定的波长，结构简单高效，同时成本较低，提高了光模块整体散热性能，提高光模块在整个工业级温度范围内的运行可靠性。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

5G作为新一代移动通信技术，其具有大带宽、低时延和海量连接等特点，可为用户带来革命性的业务体验和新型商业模式，作为国家战略，成为十三五期间通信行业的重要建设任务。前传为移动承载网的一部分，5G前传方案的选择将直接影响运营商的投资和建设效率等。据调研数据显示，一个5G基站需要至少12芯光纤才能有效满足其前传承载需求，若同时考虑4G网络改造，单站需要36～48芯光纤承载，且未来室分场景下的光纤需求量更高，传统方案将光纤直驱方案无法满足5G前传承载需求。基于微光学波分复用器技术的半有源前传承载方案——采用微光学波分复用器技术重用粗波分复用成熟的前6波频谱资源，节省90％以上的光纤资源，充分发挥粗波分复用部分波长色散优势，大幅提升传输性能，通过增加热电制冷器温度控制，左右偏移3.5nm波长形成12波，从而快速实现5G前传12波彩光方案。

针对此方案，现有5G前传6波长的粗波分复用方案的波长分别1271、1291、1311、1331、1351、1371nm，波长间隔20nm，5G前传光模块应用场景要求其需要满足工业级温度范围，即-40～85℃，在该温度跨度125℃范围内，激光器的波长漂移＜13nm，允许激光器不使用热电制冷器，既降低成本，又能提升波长调节的响应速度和运行可靠性。

在此方案基础上左右偏移一定波长形成12波微光学波分复用器方案，激光器需要使用热电制冷器进行控温实现波长调节。此方案受限于激光器内热电制冷器的控温及激光器安装于标准SFP28封装模块内的整体散热性能，会影响模块在极端温度下(85℃或-40℃)的功耗、波长调节精度及稳定时间，导致降低光模块在整个工业级温度范围内的运行可靠性。

实用新型内容

本申请提供了一种光模块，以提高光模块整体散热性能，提高光模块在整个工业级温度范围内的运行可靠性。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种光模块，包括：上壳体；

下壳体，与所述上壳体盖合形成空腔；

光发射器件，设置于所述空腔内，所述光发射器件与所述上壳体之间设置第一导热组件；

所述光发射器件与所述下壳体之间设置第二导热组件，所述第一导热组件的热传导速率大于所述第二导热组件的热传导速率。

可选的，所述第一导热组件包括：散热块，所述散热块的一侧为平面，与所述上壳体接触连接；另一侧设置凹槽，与所述光发射器件接触连接。

可选的，所述第一导热组件还包括：第一散热片，所述第一散热片设置于所述散热块与所述上壳体之间。

可选的，所述第一散热片与所述散热块胶接。

可选的，所述第一散热片与所述散热块之间银胶或导热凝胶粘接。

可选的，所述凹槽的截面为弧形，与所述光发射器件的外形匹配。

可选的，所述散热块设置限位部，所述限位部设置于所述凹槽内部，向所述凹槽内部凸起；所述限位部的一侧设置管座凹槽，与所述光发射器件的TO管座匹配；另一侧设置管帽凹槽，与所述光发射器件的TO管帽匹配。

可选的，所述上壳体设置第一连接部，与所述第一导热组件匹配连接。

可选的，所述第一连接部包括安装槽和限位筋，所述限位筋向所述空腔内部凸起，用于所述第一导热组件的限位；所述安装槽与所述第一导热组件连接。

可选的，所述下壳体设置第二连接部，与所述第二导热组件匹配连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请公开了一种光模块，包括：上壳体，下壳体，与上壳体盖合形成空腔。光发射器件，设置于所述空腔内，光发射器件与上壳体之间设置第一导热组件。光发射器件与所述下壳体之间设置第二导热组件。且下壳体、第二导热组件、光发射组件、第一导热组件、上壳体依次接触连接；第一导热组件的热传导速率大于第二导热组件的热传导速率。本申请提供的技术方案，通过增加第一导热组件和第二导热组件的接触性连接，提高热传导速率。同时第一导热组件的热传导速率大于第二导热组件的热传导速率，使得光发射器件产生的热量主要向上壳体传导，少部分向下壳体传导，优化光发射器件外部散热路径。通过与上壳体接触连接，降低光发射器件的外表面局部热点，保证其内部热电制冷器有效制冷及加热，降低热电制冷器端功耗及模块总功耗，确保模块在各温度区间输出稳定的波长，结构简单高效，同时成本较低，提高了光模块整体散热性能，提高光模块在整个工业级温度范围内的运行可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络终端结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种光模块的分解结构示意图；

图5为为本申请实施例提供的一种光发射器件的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种光发射器件的分解示意图；

图7为本申请实施例提供的一种光模块局部分解图一；

图8为本申请实施例提供的一种光模块局部分解图二；

图9为本申请实施例提供的一种光模块局部分解图二的另一角度示意图；

图10为本申请实施例提供的一种散热块结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种上壳体结构示意图；

图12为本申请实施例提供的一种下壳体结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信息以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接。

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接。具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接。具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端100中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300及光收发组件。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体。具体地，下壳体202包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光收发组件；电路板300、光收发组件等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、光收发组件等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利用实现电磁屏蔽以及散热，一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。

解锁部件203用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

电路板300上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如MCU、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板300通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光收发组件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发组件之间可以采用柔性电路板连接。

光收发组件包括光发射器件400及光接收器件两部分，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。光发射器件一般包括光发射器、透镜与光探测器，且透镜与光探测器分别位于光发射器的不同侧，光发射器的正反两侧分别发射光束，透镜用于会聚光发射器正面发射的光束，使得光发射器射出的光束为会聚光，以方便耦合至外部光纤；光探测器用于接收光发射器反面发射的光束，以检测光发射器的光功率。具体地，光发射器发出的光经透镜会聚后进入光纤中，同时光探测器检测光发射器的发光功率，以保证光发射器发射光功率的恒定性。

附图5为本申请实施例提供的一种光发射器件的结构示意图，附图6为本申请实施例提供的一种光发射器件的分解示意图。如图5、图6所示，光发射器件采用同轴TO封装，光发射器为激光器，光探测器为光电二极管，还包括TO管座402及罩设TO管座402的TO管帽401，激光器、光电二极管等光电器件放置在TO管座402的表面，TO管帽401上具有用于光通过的光窗，TO管座402与TO管帽401将光电器件封装在密封腔体内。

TO管座402带有多个管脚403，管脚403穿过TO管座402并突出于TO管座402的表面，且管脚403由玻璃包裹，以实现管脚403与TO管座402之间的绝缘。光电器件被密封于TO管座402与TO管帽401之间，其通过穿过TO管座402的管脚403与外部建立电气连接。

光发射器件还包括制冷器4021，该制冷器4021一般使用银胶粘贴于TO管座402上，用于对激光器、光电二极管等光电器件进行散热。即激光器、光电二极管等光电器件设置在制冷器4021上，光电二极管作为主动散热器件，激光器、光电二极管等光电器件产生的热量通过该制冷器4021传递到TO管座402进行散热。

为方便设置激光器、光电二极管等光电器件，制冷器4021上设置有金属底座4022，该金属底座4022使用银胶粘贴于制冷器4021上，而激光器、光电二极管等光电器件使用胶水粘贴于金属底座4022上。本示例中，金属底座4022的材料包括但不限于钨铜、可筏合金、SPCC(Steel Plate Cold rolled Commercial，冷轧碳钢)、铜等，便于将光电器件产生的热量传递至制冷器4021进行散热。

本示例中，金属底座4022设置有底部平台、顶部平台及连接底部平台与顶部平台的侧面平台，底部平台固定于制冷器4021的表面上，侧面平台垂直于制冷器4021的底部平台；侧面平台靠近顶部平台的一侧设有凹槽，凹槽的侧壁连接顶部平台、且与侧面平台呈阶梯状设置。

如图7所示，为本申请实施例提供的一种光模块局部分解图一。如图8所示，为本申请实施例提供的一种光模块局部分解图二；图9为本申请实施例提供的一种光模块局部分解图二的另一角度示意图。结合图7、图8和图9所示，光发射器件为圆管形TO封装，其主要的以导热方式传递热量的通道为TO管座402，TO管帽401处为次要的散热通道。为提高光模块的整体散热性能，本实施例提供的光模块包括：第一导热组件404和第二导热组件405。

光发射器件400，设置于上壳体201与下壳体202形成的空腔内，光发射器件400与上壳体201之间设置第一导热组件404。光发射器件400与下壳体202之间设置第二导热组件405，第一导热组件404的热传导速率大于所述第二导热组件405的热传导速率。使得光发射器件400产生的热量传递到上壳体201比下壳体202多，即热量大部分由上壳体201向外传递，少部分由下壳体202，上壳体201外部靠近光网络终端100的散热部件，有利于提高光模块200的散热性能。

进一步，第一导热组件404包括：散热块4041和第一散热片4042。散热块4041的一侧为平面，与上壳体接触连接；另一侧设置凹槽4043，与光发射器件400接触连接。第一散热片4042设置于散热块4041与上壳体201之间。散热块4041为高导热散热块，第一散热片4042为高导热界面材料。各个部件之间接触连接，增加了部件之间的导热速率。

为进一步增加第一导热组件404与光发射器件400之间的接触面积，提高导热性能，第一散热片4042与散热块4041之间采用银胶或导热凝胶粘接。

如图，在一些实施例中，凹槽4043的截面为弧形，与光发射器件400上表面的外形相匹配匹配，使得散热块4041盖合在光发射器件400上。

图10为本申请实施例提供的一种散热块结构示意图。如图10所示，散热块4041设置限位部4044。限位部4044设置于凹槽4043内部，向凹槽4043内部凸起。限位部4044的一侧设置管座凹槽40431，与光发射器件400的TO管座402匹配。限位部4044的另一侧设置管帽凹槽40432，与光发射器件400的TO管帽401匹配。此处的匹配是指形状、尺寸匹配，使得散热块4041盖合在光发射器件400上，且与光发射器件400充分接触。

图11为本申请实施例提供的一种上壳体结构示意图。在一些实施例中，如图11所示，上壳体201设置第一连接部2011，与第一导热组件404匹配连接，实现第一导热组件404与上壳体201之间的连接固定。结合图所示，第一连接部2011包括安装槽2012和限位筋2013。限位筋2013向所述空腔内部凸起，用于对第一导热组件404的限位。安装槽2012与第一导热组件404匹配连接。

在本实施例中，具体的，第一散热片4042与安装槽2012镶嵌连接，限位筋2013设置于安装槽2012的边缘，用于限定第一散热片4042相对上壳体201之间的连接，避免第一散热片4042相对光发射器件400和上壳体201发生运动。

图12为本申请实施例提供的一种下壳体结构示意图。进一步，如图12所示，下壳体202设置第二连接部2021，与第二导热组件405匹配连接。第二连接部2021与第一连接部2011结构相同或相似，在此不再一一赘述。

本申请公开的光模块，包括：上壳体，下壳体，与上壳体盖合形成空腔。光发射器件，设置于所述空腔内，光发射器件与上壳体之间设置第一导热组件。光发射器件与所述下壳体之间设置第二导热组件。且下壳体、第二导热组件、光发射组件、第一导热组件、上壳体依次接触连接；第一导热组件的热传导速率大于第二导热组件的热传导速率。本申请提供的技术方案，通过增加第一导热组件和第二导热组件的接触性连接，提高热传导速率。同时第一导热组件的热传导速率大于第二导热组件的热传导速率，使得光发射器件产生的热量主要向上壳体传导，少部分向下壳体传导，优化光发射器件外部散热路径。通过与上壳体接触连接，降低光发射器件的外表面局部热点，保证其内部热电制冷器有效制冷及加热，降低热电制冷器端功耗及模块总功耗，确保模块在各温度区间输出稳定的波长，结构简单高效，同时成本较低，提高了光模块整体散热性能，提高光模块在整个工业级温度范围内的运行可靠性。由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践本申请的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：上壳体；

下壳体，与所述上壳体盖合形成空腔；

光发射器件，设置于所述空腔内，所述光发射器件与所述上壳体之间设置第一导热组件；

所述光发射器件与所述下壳体之间设置第二导热组件，

所述下壳体、所述第二导热组件、所述光发射组件、所述第一导热组件、所述上壳体依次接触连接；所述第一导热组件的热传导速率大于所述第二导热组件的热传导速率。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一导热组件包括：散热块，所述散热块的一侧为平面，与所述上壳体接触连接；另一侧设置凹槽，与所述光发射器件接触连接。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一导热组件还包括：第一散热片，所述第一散热片设置于所述散热块与所述上壳体之间。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第一散热片与所述散热块胶接。

5.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第一散热片与所述散热块之间银胶或导热凝胶粘接。

6.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述凹槽的截面为弧形，与所述光发射器件的外形匹配。

7.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述散热块设置限位部，所述限位部设置于所述凹槽内部，向所述凹槽内部凸起；所述限位部的一侧设置管座凹槽，与所述光发射器件的TO管座匹配；另一侧设置管帽凹槽，与所述光发射器件的TO管帽匹配。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述上壳体设置第一连接部，与所述第一导热组件匹配连接。

9.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述第一连接部包括安装槽和限位筋，所述限位筋向所述空腔内部凸起，用于所述第一导热组件的限位；所述安装槽与所述第一导热组件连接。

10.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述下壳体设置第二连接部，与所述第二导热组件匹配连接。

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