TW202109106A - 光收發器 - Google Patents

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沖和重
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日商住友電氣工業股份有限公司
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Abstract

一實施形態之光收發器具備：殼體，其具有內部空間及劃分形成內部空間之內表面；TOSA，其具有收容發熱體之封裝體及安裝於封裝體之套管，套管固定於殼體，並且封裝體以與內表面非接觸之狀態收容於內部空間；散熱凝膠，其介置於封裝體與內表面之間，與內表面接觸；以及片狀構件，其具有散熱性，與散熱凝膠及封裝體分別接觸，並且介置於散熱凝膠與封裝體之間而抑制散熱凝膠之油性成分向封裝體透過；因發熱體而產生於封裝體之熱經由片狀構件及散熱凝膠而向殼體3散熱。

Description

光收發器
本發明之一態樣係關於一種光收發器。
於日本專利特開2012-64936號公報中記載有一種光收發器，其具備安裝發光元件之光學次組件、及安裝IC(Integrated Circuit，積體電路)之電路基板。光學次組件與電路基板由散熱罩覆蓋。光學次組件由陶瓷封裝體構成。於陶瓷封裝體之電路基板側之背面設置有散熱面。散熱面以與散熱罩之散熱接觸面正交之方式配置。散熱塊與散熱面熱耦合。散熱塊以能夠滑動地與散熱罩之散熱接觸面密接之方式固定。
於日本專利特開2007-155863號公報中記載有一種光收發器之散熱構造，該光收發器具備：蝶形之光模組，其具有套管部及箱部；及外殼，其收容光模組。套管部直接固定於外殼之內表面。箱部經由輔助構件而固定於外殼之內表面。於箱部與輔助構件之間介置有導熱性油脂及彈性構件。
於日本專利特開2011-215620號公報中記載有一種光通信用模組。光通信用模組具備：光發送部，其具有發光元件及TEC(Thermoelectric Cooler，熱電致冷器)；光接收部，其具有受光元件；及殼體，其收容光發送部及光接收部。於光發送部與殼體之內表面之間設置與光發送部接觸之第1連接材、與殼體之內表面接觸之第2連接材、以及介置於第1連接材與第2連接材之間之金屬板。第1連接材之導熱率及第2連接材之導熱率均小於金屬板之導熱率。如此，光發送部與殼體經由第1連接材、金屬板及第2連接材而熱連接。
於日本專利特開2014-119712號公報中記載有一種光通信模組，其具備殼體、光發送元件、複數個散熱片、電路基板及石墨片構件。殼體收容光發送元件、石墨片構件、複數個散熱片及電路基板。石墨片構件自光發送元件與載置於殼體之底壁之散熱片之間延出至其他散熱片與殼體之底壁之間。如此，光發送元件經由載置於殼體之底壁之散熱片及石墨片構件而與該底壁熱連接。
於美國專利申請公開2009/0010653號說明書中記載有一種光模組，其具有櫃體與罩部。於櫃體之內部收容有電氣基板、光收發器部、固定構件及導熱性片材。固定構件與罩部之內表面接觸。於固定構件與光收發器部之間介置有導熱性片材。藉此，光收發器部之熱經由導熱性片材及固定構件而傳遞至罩部。
於美國專利申請公開2005/0158052號說明書中記載有一種光收發器，其具備電路基板、光學次組件、導熱材及外殼。電路基板、光學次組件及導熱材收容於外殼。導熱材配置於光學次組件與電路基板之間。導熱材之一部分延出至外殼之外部。導熱材將光學次組件中產生之熱經由導熱材而向外殼之外部散熱。
本發明之一態樣之光收發器具備：殼體，其具有內部空間及劃分形成內部空間之內表面；光模組，其具有收容發熱體之封裝體及安裝於封裝體之套管，套管固定於殼體，並且封裝體以與內表面非接觸之狀態收容於內部空間；散熱材，其介置於封裝體與內表面之間，與內表面接觸；以及片狀構件，其具有散熱性，與散熱材及封裝體分別接觸，並且介置於散熱材與封裝體之間而抑制散熱材之油性成分向封裝體透過。因發熱體而產生於封裝體之熱經由片狀構件及散熱材而向殼體散熱。
[實施形態之詳細內容] 以下，一面參照圖式，一面對實施形態之光收發器之具體例進行說明。再者，本發明並不限定於以下之例示，而由申請專利範圍表示，意圖包含與申請專利範圍均等之範圍內之所有變更。於以下之說明中，於圖式之說明時對相同或相當之要素標註相同之符號，並適當省略重複之說明。圖式有時為了使理解容易而將一部分簡化或放大，尺寸比率等並不限定於圖式所記載者。
圖1係表示實施形態之光收發器1之立體圖。圖2係表示光收發器1之內部構造之立體圖。如圖1及圖2所示，光收發器1例如依照QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable，四通道小型可插拔)28標準。光收發器1進行全雙工雙向光通信。光收發器1沿其長度方向即方向D1，相對於設置於通信裝置即主機系統之保持架進行插拔(插入及拔出)。光收發器1具備殼體3及拉片4。殼體3及拉片4均設為沿方向D1延伸之形狀。殼體3為金屬製。與方向D1垂直之殼體3之剖面形狀例如為長方形。殼體3具有沿方向D1延伸之一對側面3a。
拉片4例如為樹脂製。拉片4包含具有可撓性之材料。拉片4具有：一對臂部4a，其等自殼體3之方向D1之端部延出；及連接部4b，其將一對臂部4a之前端彼此連接。例如，藉由用手指捏住拉片4而將拉片4沿方向D1拉拽，而解除光收發器1相對於主機系統之卡合，從而能夠自主機系統將光收發器1拔出。
殼體3具備光插座5，該光插座5供設置於光纖纜線之前端之光連接器進行卡合。光插座5設置於殼體3之方向D1之一端。殼體3進而於方向D1之另一端具備與設置於主機系統之保持架之內部之電連接器連接之電插頭6。於以下之說明中，有時將殼體3之一端側(光插座5側)稱為前方，將殼體3之另一端側(電插頭6側)稱為後方。
殼體3包含下殼體7與上殼體8。下殼體7及上殼體8以介置有墊圈G之狀態藉由複數個螺絲N而彼此接合。於殼體3之內部收容TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly，光發射次組件)9、ROSA(Receiver Optical Sub-Assembly，光接收次組件)10及保持器11。TOSA9及ROSA10係沿著光收發器1之寬度方向即方向D2排列配置之光模組。保持器11例如包含導電性材料。
圖3係表示配置於光收發器1之內部空間S之TOSA9之剖視圖。如圖2及圖3所示，TOSA9具備封裝體9a及自封裝體9a延出之套管9b。於封裝體9a之內部安裝有複數個光學零件等發熱零件(半導體器件)。於圖3中，省略了封裝體9a之內部之圖示。套管9b固定於光插座5。將上述光連接器插入至套管9b中。封裝體9a呈長方體狀。套管9b自封裝體9a之側面(前表面)呈圓筒狀突出。ROSA10與封裝體9a及套管9b同樣地，具備封裝體10a及套管10b。套管9b及套管10b藉由保持器11而固定於上殼體8。
套管9b之前側及套管10b之前側以自後方朝向光插座5之內部突出之方式配置。於套管9b及套管10b之各者中插入有光纖。該光纖與TOSA9及ROSA10之各者中搭載之半導體器件(LD(Laser Diode，雷射二極體)、PD(Photo Diode，光電二極體)等)藉由光學調芯而光學地耦合。
於上述光學調芯中，一面使套管9b及套管10b各自沿與該光纖之光軸正交之方向(XY方向)移動，一面於TOSA9及ROSA10之外部進行通過該光纖之光信號之檢測。於檢測到之光信號成為峰值之位置處將套管9b及套管10b之各者固定於封裝體9a及封裝體10a之各者。檢測到之光信號成為峰值例如表示處於套管9b之光軸與封裝體9a之光軸彼此大致一致之狀態。藉由進行上述光學調芯，可獲得最佳之耦合效率(關於套管10b之光軸與封裝體10a之光軸亦同樣)。
於TOSA9之光學系統中，構成該光學系統之零件之尺寸或該光學系統之零件之組裝位置存在公差或者誤差。有因該誤差而導致光軸之位置以設計值為中心而波動之情況。上述光學調芯係為了對因該光軸之位置偏移引起之耦合效率之降低進行補償而進行。套管9b及套管10b例如為SUS製。套管9b及套管10藉由YAG(Yttrium Aluminium Garnet，釔鋁石榴石)熔接而分別固定於封裝體9a及封裝體10a。
於光收發器1之內部空間S收容2片FPC(Flexible Printed Circuit，可撓性印刷電路)基板12、13及電路基板14。FPC基板12將TOSA9與電路基板14電性連接。FPC基板13將ROSA10與電路基板14電性連接。ROSA10將自光收發器1之外部接收到之光信號轉換為電信號。該電信號經由FPC基板13而傳輸至電路基板14。
電路基板14所搭載之電路對該電信號實施信號處理。該電信號經由電插頭6輸出至主機系統。另一方面，自主機系統經由電插頭6對電路基板14輸入發送用之電信號。該電信號於藉由電路基板14所搭載之電路進行處理後，經由FPC基板12而傳輸至TOSA9。TOSA9將該電信號轉換為光信號後，將該光信號輸出至光收發器1之外部。
於光收發器1中，於下殼體7與上殼體8之間形成光收發器1之內部空間S。下殼體7及上殼體8分別具有內表面7a、8a。以下殼體7之內表面7a與上殼體8之內表面8a對向之方式將上殼體8固定於下殼體7。下殼體7及上殼體8例如如上所述，隔著墊圈G藉由複數個螺絲N而彼此接合。藉由下殼體7及上殼體8各自之內表面7a、8a而劃分形成內部空間S。下殼體7及上殼體8以光收發器1依照業界標準(例如，MSA(Multi Source Agreement，多源協議))之方式確定各自之外形。於內部空間S收容光收發器1進行特定之功能所需之構成要素(零件)。例如，於光收發器1之內部空間S進而收容散熱凝膠15(散熱材、導熱性構件)及片狀構件16。殼體3(上殼體8)具有劃分形成內部空間S之內表面8a。散熱凝膠15及片狀構件16載置於上殼體8之內表面8a。於片狀構件16載置TOSA9。散熱凝膠15介置於TOSA9之封裝體9a與內表面8a之間。片狀構件16介置於散熱凝膠15與封裝體9a之間。片狀構件16例如與散熱凝膠15同樣地具有散熱性。
圖4係表示上殼體8之內表面8a、散熱凝膠15及片狀構件16之俯視圖。如圖3及圖4所示，於上殼體8之內表面8a形成有：凸部17(外基座)，其向光收發器1之內側(下殼體7側)突出；凹部18，其向光收發器1之外側(下殼體7之相反側)凹陷；以及凸部19(內基座)，其於凹部18之與凸部17之相反側相對於凹部18而突出。凸部19相對於凹部18之高度低於凸部17相對於凹部18之高度。
凹部18及凸部19係供散熱凝膠15進入之部位。凸部17係供載置覆蓋散熱凝膠15之片狀構件16之部位。例如，凹部18形成為將凸部19包圍之框狀。凸部17形成為將凹部18包圍之框狀。作為一例，凸部19設為沿方向D1及方向D2之兩個方向延伸之長方形。凹部18及凸部17設為沿方向D1及方向D2之兩個方向延伸之矩形框狀。
向凸部19及凹部18填充散熱凝膠15，剩餘之散熱凝膠15進入至凹部18。凹部18係為了使剩餘之散熱凝膠15進入而設置。散熱凝膠15例如係具有彈性並且具有導熱性之散熱構件(導熱性凝膠)。散熱凝膠15載置於凹部18及凸部19上，與片狀構件16及上殼體8之內表面8a密接。藉此，散熱凝膠15經由片狀構件16而與TOSA9熱接觸且物理性地接觸。TOSA9之熱經由片狀構件16及散熱凝膠15而傳導至上殼體8，自上殼體8向光收發器1之外部釋放。
散熱凝膠15包含油性成分。散熱凝膠15例如包含矽酮油。於該情形時，由於矽酮之交聯較少，故散熱凝膠15之滲透壓較低，因此有時容易滲出(Bleed)。所謂滲出表示散熱凝膠15之油性成分緩慢地擴散而不斷滲透。由此，例如於散熱凝膠15與TOSA9直接接觸之情形時，散熱凝膠15之油性成分有可能侵入至TOSA9之封裝體9a之內部或套管9b。
因此，於本實施形態中，於散熱凝膠15與TOSA9之封裝體9a之間介置有片狀構件16。片狀構件16例如藉由黏著帶而固定於上殼體8之凸部17。即便於封裝體9a介隔片狀構件16壓抵於散熱凝膠15之情形時，亦可藉由片狀構件16抑制散熱凝膠15迴繞至TOSA9之套管9b、即上述進行了YAG熔接之部分。
片狀構件16係不使散熱凝膠15之油性成分透過之片狀之構件。片狀構件16具有較高之導熱性。例如，片狀構件16之導熱率為0.5 W(m・K)以上且為5.0 W(m・K)，作為一例，為0.72 W/(m・K)。片狀構件16之厚度例如為0.2 mm以上且0.8 mm以下，作為一例，為0.5 mm。片狀構件16亦可進而具有較高之絕緣性。片狀構件16亦可具有再貼附性(亦可能夠重新黏貼)。於該情形時，可容易地進行二次加工。片狀構件16亦可為帶電性較低之材料。例如，片狀構件16為聚醯亞胺膠帶、卡普頓膠帶(Kapton tape)或石墨片。
接下來，一面參照圖5～圖7，一面對配置散熱凝膠15及片狀構件16之順序進行說明。首先，如圖5所示，準備上殼體8，例如設為使上殼體8之內表面8a(凸部17、凹部18及凸部19)朝上之狀態。繼而，如圖6所示，向位於上殼體8之內表面8a之凸部17之內側之凹部18及凸部19填充散熱凝膠15。
此時，例如以散熱凝膠15之高度成為與凸部17之高度相同程度以上之方式填充散熱凝膠15。繼而，如圖7所示，將片狀構件16貼附於散熱凝膠15及凸部17。片狀構件16可為透明。於該情形時，可確認是否於片狀構件16之下充分填充有散熱凝膠15。但，片狀構件16亦可為半透明或不透明。於上述貼附中，將片狀構件16之外緣部貼附於凸部17而將散熱凝膠15密封，並且使將散熱凝膠15壓入而成為剩餘之散熱凝膠15進入凹部18。其後，於片狀構件16載置TOSA9，進行各零件向上殼體8之內部之配置並將下殼體7接合，藉此，光收發器1之組裝完成。
接下來，對根據本實施形態之光收發器1獲得之作用效果詳細地進行說明。如圖8中模式性地表示般，光收發器1具備：殼體3，其具有內部空間S、及劃分形成內部空間S之內表面8a；及TOSA9，其設置於殼體3之內部空間S。TOSA9具有：封裝體9a，其收容於殼體3之內部空間S，並且收容發熱體；及套管9b，其安裝於封裝體9a，並且固定於殼體3。於封裝體9a與殼體3之內表面8a之間介置有具有散熱性之片狀構件16及散熱凝膠15，散熱凝膠15與內表面8a接觸。
因此，自封裝體9a之內部之發熱體產生之熱(焦耳熱)經由片狀構件16及散熱凝膠15而傳遞至殼體3之內表面8a，因此，可提高TOSA9之散熱性。於散熱凝膠15與封裝體9a之間介置有具有散熱性之片狀構件16。片狀構件16抑制散熱凝膠15之油性成分向封裝體9a透過。因此，可抑制散熱凝膠15向封裝體9a洩漏，並且可避免散熱凝膠15之油性成分向封裝體9a內部滲透。
本實施形態之光收發器1中，殼體3於內表面8a具有凸部17，該凸部17向內表面8a之面外方向突出而形成，沿內表面8a將散熱凝膠15包圍，並且於向內表面8a之面外方向最突出之部分具有與內表面8a之面外方向垂直之平坦面，於該平坦面貼附有片狀構件16。由此，散熱凝膠15被凸部17包圍，因此，可更確實地抑制散熱凝膠15之洩漏。片狀構件16貼附於將散熱凝膠15包圍之凸部17，因此，散熱凝膠15自互不相同之複數個方向被凸部17及片狀構件16包圍。即，藉由凸部17及片狀構件16將散熱凝膠15密封。因此，可更確實地避免散熱凝膠15之油性成分向封裝體9a滲透。
本實施形態之光收發器1具有凹部18，該凹部18形成於內表面8a中之凸部17之內側，收容散熱凝膠15之一部分。於殼體3之內表面8a形成供散熱凝膠15之一部分擠出之凹部18。由此，可將填充之散熱凝膠15中之剩餘部分擠出至凹部18，因此，可藉由將散熱凝膠15稍多地填充而進一步提高散熱凝膠15相對於殼體3之內表面8a及片狀構件16之密接性。因此，可使自封裝體9a之內部之發熱零件產生之焦耳熱經由片狀構件16及散熱凝膠15更充分地傳遞至殼體3。其結果，可更有效地進行封裝體9a之內部之發熱零件向光收發器1外部之散熱。
於本實施形態中，片狀構件16之厚度為0.2 mm以上且0.8 mm以下。因此，可抑制散熱凝膠15之油性成分向封裝體9a透過，並且可使片狀構件16之厚度變薄而使得不變得過厚。
以上，對本發明之光收發器之實施形態進行了說明。然而，本發明並不限定於上述實施形態。即，業者應容易地認識到本發明可於申請專利範圍記載之主旨之範圍內進行各種變化及變更。例如，片狀構件16之形狀、大小、材料、數量及配置態樣可適當變更。
例如，於上述實施形態中，對散熱凝膠15進入之凸部17設為框狀之例進行了說明。然而，凸部17亦可為框狀以外之其他形狀。例如，亦可具備電路基板14側開放之形狀(作為一例，為コ字形)之凸部代替凸部17。於該情形時，亦可藉由片狀構件16抑制散熱凝膠15向TOSA9(套管9b)洩漏。進而，凹部18及凸部19之形狀、大小、數量及配置態樣亦可適當變更。
於上述實施形態中，對具備封裝體9a及套管9b之TOSA9作為光模組而載置於片狀構件16及散熱凝膠15之例進行了說明。然而，光模組例如亦可為ROSA10，還可為TOSA9或ROSA10以外之光模組。如此，本發明可應用於各種光模組。進而，於上述實施形態中，對依照QSFP28標準而進行全雙工雙向光通信之光收發器1進行了說明。然而，本發明之光收發器例如亦可為依照SFP(Small Form-factor Pluggable，小封裝可插拔)標準等、QSFP28標準以外之標準之光收發器。
1:光收發器 3:殼體 3a:側面 4:拉片 4a:臂部 4b:連接部 5:光插座 6:電插頭 7:下殼體 8:上殼體 8a:內表面 9:TOSA 9a:封裝體 9b:套管 10:TOSA 10a:封裝體 10b:套管 11:保持器 12:FPC基板 13:FPC基板 14:電路基板 15:散熱凝膠 16:片狀構件 17:凸部 18:凹部 19:凸部 D1:方向 D2:方向 G:墊圈 N:螺絲 S:內部空間
圖1係表示本發明之第1實施形態之光收發器之立體圖。 圖2係表示圖1之光收發器之內部構造之立體圖。 圖3係圖1之光收發器之縱剖視圖。 圖4係表示圖1之光收發器之外殼之內表面、散熱材及片狀構件之俯視圖。 圖5係表示圖4之外殼之內表面之立體圖。 圖6係表示於圖5之外殼之內表面填充有散熱材之狀態之例之立體圖。 圖7係表示於圖6之散熱材載置有片狀構件之狀態之例之立體圖。 圖8係模式地表示圖1之光收發器之內部構造之縱剖視圖。
1:光收發器
3:殼體
5:光插座
8:上殼體
8a:內表面
9:TOSA
9a:封裝體
9b:套管
11:保持器
12:FPC基板
15:散熱凝膠
16:片狀構件
17:凸部
18:凹部
19:凸部
D1:方向
S:內部空間

Claims (4)

  1. 一種光收發器，其具備： 外殼，其具有於內側劃分形成內部空間之內表面； 光模組，其具有產生焦耳熱之半導體器件、收容上述半導體器件之封裝體、以及安裝於上述封裝體之外側且以上述封裝體自上述內表面分離之方式固定於上述外殼之套管； 導熱性構件，其填充於上述封裝體與上述內表面之間，包含油性成分；以及 片狀構件，其配置於上述導熱性構件與上述封裝體之間，覆蓋上述導熱性構件以抑制上述油性成分到達至上述光模組；且 上述焦耳熱自上述封裝體經由上述片狀構件及上述導熱性構件而傳導至上述外殼。
  2. 如請求項1之光收發器，其中 上述外殼具有自上述內表面向上述內表面之面外方向分別延伸之外基座與內基座， 上述內基座於自上述面外方向觀察時位於上述外基座之內部， 於上述內表面之凹部填充有上述導熱性構件， 上述外基座具有與上述內表面平行之第1面，且 上述片狀構件為了於上述外基座將上述導熱性構件密封而安裝於上述第1面。
  3. 如請求項2之光收發器，其中 上述內基座具有第2面，該第2面高於上述內表面之凹部之底面，且 上述第2面之高度低於自上述內表面至上述第1面之高度。
  4. 如請求項1之光收發器，其中 上述片狀構件之厚度為0.2 mm以上且0.8 mm以下。
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