具有增强的散热功能的光学组件的制作方法

具有增强的散热功能的光学组件的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于增强散热功能的光学组件。该光学组件包括光学部件、散热器和保持件。光学部件在彼此相反的方向上发射光和散热。散热器附接在光学组件的底部，以使热量从光学组件高效地传导到外部。保持件牢固地保持光学部件和散热器的中间组件。
【专利说明】具有增强的散热功能的光学组件

【技术领域】
[0001]本发明涉及具有增强的散热功能的光学组件。

【背景技术】
[0002]通常所说的蝶形组件(butterfly module)是众所周知的,这种光学组件具有盒状壳体以及从盒状壳体的侧面侧向地伸出的引线端子。这种蝶形组件沿大致与其底部平行的方向发射光。即使当蝶形组件采用热电冷却器(以下表示为TEC)来控制发光器件(典型的是半导体激光二极管(以下表示为LD))的温度时，也可以将TEC安装在组件的底部上，这是因为光是从组件的侧面发出的。
[0003]从蝶形组件的成本和尺寸系数的角度看，蝶形组件，特别是它的盒状壳体通常不是很可取的。作为蝶形组件的一种替代品，在电子器件中被广泛地采用的多层陶瓷壳体已经引起人们的注意。陶瓷壳体不仅具有良好的尺寸系数，而且在形成高频信号的互联线路方面也具有优势。然而，多层陶瓷壳体固有地存在以下缺点:光必须从壳体的顶部发出，并且壳体中产生的热量必须从壳体的底部散出，也就是说，热量在向壳体的外部传导时所沿着的方向大致与壳体的光轴平行。本申请将提供一种使热量更高效地从陶瓷壳体散出的技术方案。


【发明内容】

[0004]本申请的一个方面涉及一种光学组件，所述光学组件包括光学部件、散热器和保持件。所述光学部件包括壳体、半导体发光器件、反射镜和热电冷却器(以下表不为TEC)。所述壳体具有框架、顶部和底部，从而形成腔体，所述半导体发光器件、所述反射镜和所述TEC安装在所述腔体中。所述框架由多层陶瓷制成。所述半导体发光器件沿大致与所述底部平行的方向发射信号光。所述反射镜将所述信号光朝大致与所述壳体的底部垂直的方向反射。所述半导体发光器件和所述反射镜安装在所述TEC上，所述TEC安装在所述壳体的底部上。所述散热器具有前部和底部，所述前部和所述底部之间呈大致直角。所述前部附接在所述光学部件的底部上。所述散热器的底部附接在主机板上，以使所述光学部件中产生的热量扩散到所述主机板。所述保持件牢固地保持所述光学部件与所述散热器的中间组件，并将所述中间组件牢固地固定到所述主机板上。
[0005]在根据实施例的光学组件中，光学部件中产生的热量在散发时所沿着的方向大致与光轴平行，但与光轴的方向相反——即使当光学部件具有这种构造时，热量也可以经由散热器高效地传导到外部。此外，由金属片制成的保持件牢固地保持光学组件和散热器的中间组件。因此，光学组件的这种布置利用成本低廉的布置使热量高效地传导到外部。

【专利附图】

【附图说明】
[0006]图1A是根据实施例的光学组件的透视图，图1B是光学组件的分解视图。
[0007]图2是图1A所示的光学部件的分解视图。
[0008]图3是沿着图2中的线II1-1II截取的光学部件的剖视图。
[0009]图4是组装有散热器15的光学部件的透视图。
[0010]图5A和图5B是FPC板的透视图，其中，图5A示出成形之前的FPC板，图5B示出成形之后的FPC板。
[0011]图6A是保持件的透视图，图6B是保持件在成形之前的平面图。
[0012]图7A至图7C分别是光学组件的俯视图、侧视图和侧剖视图，其中，图7C是沿着图7A中的线VIIC-VIIC截取的。
[0013]图8A至图8C示出组装有散热器、保持件和FPC板19的光学组件11的外观，其中，图8A是从前上方看去时的光学组件，图SB是从前下方看去时的光学组件，图SC是从后上方看去时的光学组件。
[0014]图9示出当将光学组件设置在主机板上时光学组件的外观。

【具体实施方式】
[0015]下面参考附图描述根据本发明的一些实施例。在描述附图时，以彼此相同或相似的附图标记来表示彼此相同或相似的元件，而不再重复说明。
[0016]图1A是根据本发明实施例的光学组件11的透视图，图1B是光学组件11的分解视图。如图1A和图1B所示，光学组件11包括:具有连接单元47的光学部件13、散热器15、保持件17以及柔性印刷电路(以下表示为FPC)板19。光学部件13利用热片45设置在散热器15的凹部15m中。FPC板19和光学部件13电连接，以避开散热器15。保持件17保持并支撑光学部件13、散热器15和FPC板19构成的中间组件。
[0017]图2是图1A所示的光学部件13的分解视图。光学部件13包括壳体21，壳体21包括盒体23和顶部25，盒体23和顶部25形成腔体，光学部件和电学部件气密地密封在腔体中。本实施例中的盒体23呈盒状并且包括:框架29，其由多层陶瓷制成；金属密封环31，其位于框架29的顶部；以及底板27。金属密封环31设置在框架29与顶部25之间；在部件被安装到腔体中之后，金属密封环31被熔化，以将腔体气密地密封。顶部25的中心部分设置有孔25a，孔25a被窗体25b覆盖，在腔体中产生的光从窗体25b穿过。
[0018]光学部件13的彼此相邻的两个侧边上具有多个电极，这些电极与设置在FPC板19中的焊盘电接触。
[0019]图3是沿着图2中的线II1-1II截取的光学部件13的剖视图。附图所示的实施例是一种采用半导体激光二极管(以下表示为LD)作为光信号源的光发射器组件。腔体中安装有主组件33，主组件33包括LD 35。也就是说，主组件33包括:LD 35 ;透镜39，其对从LD 35发射的光进行准直；反射镜37，其将从LD 35发射并经透镜43准直的光向上反射，也就是说，反射镜37使LD 35的光轴弯折约90°。从LD 35发射的光大致与盒体23的底部23b平行地前进，并被反射镜37弯折而朝向与底部23b垂直的方向。光从覆盖在顶部25的孔25a上的窗体25b穿过。
[0020]包括LD 35、透镜39、反射镜37在内的这些部件安装在热电控制器(以下表示为TEC)41上，以控制LD 3的温度，并且TEC 41安装在底板27的顶部23b上。这样，LD 35、透镜39、反射镜37和TEC 41构成光学部件13的主要部分。
[0021]框架29的彼此相邻的两个侧边上设置有多个电极38。图2所示的实施例将电极38设置在框架29的顶部上。然而，可以在多个层中(即，层与层之间)形成电极29c。这些电极38与FPC板19相连。
[0022]图4是组装有散热器15的光学部件13的透视图。散热器15可以由金属块制成，而金属块则由导热性好的材料制成，散热器15设置有前部15a、后部15b、两个侧部15c以及底部15e。前部15a设置有凹部15m，光学部件13的盒体23设置在凹部15m上，同时在凹部15m与盒体23之间设置热片45。热片45是导热性好的弹性材料。侧部15c设置有凹槽15j，凹槽15j大致与散热器15e的底部15e平行地从前部15a延伸到后部15b。凹槽15j具有引导保持件17 (稍后描述)的功能。
[0023]图5A和图5B是FPC板19的透视图，其中，图5A示出成形之前的FPC板19，图5B示出成形之后的FPC板19。FPC板19的平面形状为字母E的形状，其具有利用竖直腿部19c相连的外侧腿部19e和19f。中心腿部19b与字母E的中间短横相对应，其从竖直腿部19c伸出。外侧腿部19e和19f沿着各自的外缘设置有多个焊盘19a。中心腿部19b设置有形成直角形角部的两个臂部19m和19η。两个臂部19m和19η都设置有多个焊盘19g，这些焊盘与光学部件13的框架29的电极38相对应并相连。两个臂部19m和19η中的焊盘19g利用形成在竖直腿部19c以及外侧腿部19e和19f上的互连线路19 j来与外侧腿部19e和19f上的焊盘19a相连。竖直腿部19c由位于其背面的刚性基板19h来支撑(图中未明确地示出)，而中心腿部19b不受任何刚性基板支撑；因此，如图5A和图5B所示，中心腿部19b可以柔性地弯曲。具体地说，中心腿部19b的两个臂部19m和19η向下延伸，以实现焊盘19g和光学部件13中的电极38之间的电连接。
[0024]图6A是保持件17的透视图，图6B是保持件17在成形之前的平面图。在不进行任何焊接等的情况下，仅通过切割和弯曲金属片来形成保持件17。仅通过切割和弯曲厚度为0.3mm的不锈钢来制成根据本实施例的保持件17。保持件17包括顶部17c和多个腿部，这些腿部从顶部17c弯曲，从而使顶部17c具有矩形平面形状。具体地说，在前部中，顶部17c的前缘首先向下弯曲以形成前壁17a，然后向前弯曲以形成两个腿部17d。前部17a设置有U形切口 17x，与光学部件13相连的连接部47经切口 17x向前伸出。此外，沿着腿部17d进行第二次弯曲时的折线形成另一个切口 17t。腿部17d设置有螺钉切口 17e，用以将保持件17紧固到主机板51上。
[0025]保持件17还设置有前裙部17h和后裙部17i，前裙部17h和后裙部17i分别从顶部17c的前侧和后侧向下弯曲成直角。前裙部和后裙部分别设置有U形切口 17g和17i，切口 17g和17i具有稍微向外弯曲的内部舌片。舌片17g和17i设置在散热器15的凹槽15j中。这样，保持件17可以与散热器15配合在一起。
[0026]保持件17的后部还设置有两个腿部17b，腿部17b从顶部17c向下弯曲。腿部17b进一步向后弯曲以形成凸缘17k，每个凸缘17k都设置有开口 17m，用以将保持件17、散热器15和光学部件13构成的组件固定到主机板61上。后腿部17b设置有切口 17u，以便于弯曲。此外，后部的中心设置有舌片17y，舌片17y从顶部17c向下弯曲，然而舌片17y的长度比后腿部17b的长度Hl短。舌片17y弯曲得比后腿部17b更深。也就是说，后腿部17b向下弯曲成大致直角，而舌片17y弯曲得比直角大。这样，舌片17y的末端向前推压散热器15的后部15b。
[0027]图7A至图7C分别是光学组件11的俯视图、侧视图和侧剖视图，其中，图7C是沿着图7A中的线VIIC-VIIC截取的。如上所述，光学组件11包括光学部件13、散热器15、保持件17和FPC板19。散热器15设置在光学部件13的后部；为了便于描述，暂且将设置有连接单元47的一侧定义为前方，而将与连接单元47相反的一侧定义为后方，这并不限制本发明的范围。
[0028]光学部件13的盒体23设置在保持件15的凹部15m中，同时在盒体23与凹部15m之间设置热片45。如图2和图3所示，本实施例的光学部件13的主要部分33安装在底板27的顶部23b上。因此，壳体21中产生的热量——特别是TEC 41产生的热量——经底板27散出。另外，本实施例的光学部件13朝与其顶部25垂直的方向(也就是与底板27垂直的方向，也就是与外部光纤49从光学部件13伸出时所沿着的方向相反的方向)发射信号光。这种布置导致传导到底板27的热量难以散发到壳体21的外部。图中所示的实施例设置有散热器15,散热器15的凹部15m中收纳光学部件13,并使传导过来的热量经散热器15的底部15e散发到外部。
[0029]此外，由保持件17来保持散热器15和光学部件13构成的中间组件。也就是说，如图7A至图7C所示，保持件17将中间组件设置在前部17a与后部17b之间；并且，后舌片17y向前推压散热器15，从而使光学部件13的连接单元47的凸缘抵靠在前部17a上。另夕卜，散热器15设置在保持件17的相应的前裙部17h和后裙部17i之间。这样，保持件17牢固地保持散热器15。
[0030]前部17a和后部17b的高度(在图6B中表示为Hl)比散热器15的高度H2稍大。设置在前部17a的端部和后部17b的端部中的切口 17t和17u使前腿部17d和后腿部17k便于弯曲，同时相对于如上所述的保持件17的高度H2保持尺寸精度。保持件17可以使得由U形切口 17g和17i形成的舌片钩住散热器15的凹槽15 j并在凹槽15 j中向内弯曲，以便保持件17牢固地保持散热器15。
[0031]保持件17的顶部17c中设置有开口 17s。FPC板19的一个臂部19m的拱形部分从开口 17s穿过。同时，散热器15的顶部15d的后端设置有凸部15k，从而形成凹部，FPC板19的中心腿部19c设置在该凹部内并且从两个裙部17h和17i之间穿过。这样，即使当保持件17完全覆盖散热器15的顶部15d时，FPC板19仍然设置在保持件17与散热器15之间并且从两个裙部17h和17i之间穿过。此外，因为臂部19m的拱形部分从保持件17的顶部17c的开口 17s伸出，所以可以将形成在臂部19m和19η上的焊盘19g与光学部件13的电极38焊接起来。
[0032]图8A至图8C示出组装有散热器15、保持件17和FPC板19的光学组件11的外观，其中，图8A是从前上方看去时的光学组件11，图SB是从前下方看去时的光学组件11，图8C是从后上方看去时的光学组件11。如上所述，由保持件17牢固地保持光学部件13、散热器15和FPC板19构成的中间组件。FPC板19的两个腿部19e和19f从保持件17的两个裙部17h和17i之间伸出，因而两个腿部19e和19f像是横向延伸的翼片。
[0033]图9示出当将光学组件设置在主机板51上时光学组件11的外观。主机板51的顶部51a中设置有凹槽51b。连接单元47设置在凹槽51b中。主机板51还设置有凹部51c，光学组件11的主要部分设置在凹部51c中，并且利用从孔17m和螺钉切口 17e穿过的螺钉53进行紧固。主机板51的凹部51c的深度大致等于散热器15的高度。因为两个腿部19e和19f的水平与散热器15的顶部15d大致持平，保持件17的腿部17d和17k的水平与散热器15的底部15e大致持平，所以即使当螺钉53将腿部17d和17k紧密地固定在主机板51上时，FPC板19也可以与设置在主机板51的顶部51a上的互连线路51d顺利地相连。
[0034]尽管本文出于示例的目的对本发明的具体实施例进行了描述，但许多变型和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。例如，图9所示的实施例设置有凹部51c和凹槽51b，光学组件11设置在凹部51c中，连接单元47设置在凹槽51b中。然而，主机板51可以设置仅用于设置光学部件13和散热器15的切口。主机板51的边缘与FPC板19的腿部19e、19f的边缘对齐。腿部17d和17k固定在主机系统的底部，该主机系统是例如内部设置光学组件11的光收发器。即使在这种布置中，光学部件13也可以利用散热器15将热量高效地散发到主机系统中。因此，权利要求书意图包括落入本发明的实质精神和范围内的所有这类变型和修改。
【权利要求】
1.一种光学组件，包括: 光学部件，其包括: 壳体，其具有框架、顶部和底部，从而形成腔体，所述框架由多层陶瓷制成， 半导体发光器件，其沿大致与所述底部平行的方向发射信号光， 反射镜，其将所述信号光朝大致与所述底部垂直的方向反射，以及热电冷却器，所述半导体发光器件和所述反射镜安装在所述热电冷却器上，所述热电冷却器安装在所述腔体中的底部上； 散热器，其具有前部和底部，所述前部和所述底部之间呈大致直角，所述前部附接在所述壳体的底部上，所述散热器的底部附接在主机板上，以使所述光学部件中产生的热量扩散到所述主机板；以及 保持件，其保持所述光学部件与所述散热器的中间组件，并将所述中间组件牢固地固定到所述主机板上。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其中， 所述光学部件还包括连接单元，所述连接单元与所述光学部件的壳体的顶部相连，所述连接单元包括凸缘， 所述保持件包括前部、与所述前部相反的后部以及裙部，由此形成空间，所述散热器和所述光学部件的壳体设置在所述空间中，从而使所述保持件的前部抵靠在所述连接单元的凸缘上，所述后部将所述散热器朝所述保持件的前部推压，并且所述散热器设置在所述裙部之间。
3.根据权利要求2所述的光学组件，其中， 所述保持件的前部设置有切口，所述连接单元穿过所述切口，所述保持件的后部设置有舌片，所述舌片朝所述空间的内侧弯曲，从而对所述散热器产生压力。
4.根据权利要求2所述的光学组件，其中， 所述保持件的前部和后部的高度比所述散热器的高度稍高。
5.根据权利要求2所述的光学组件，其中， 所述保持件具有:前腿部，其从所述保持件的前部弯曲；以及后腿部，其从所述保持件的后部弯曲，并且 所述保持件的前部与所述前腿部之间设置有切口，所述保持件的后部与所述后腿部之间设置有其它切口。
6.根据权利要求2所述的光学组件，还包括: 柔性印刷电路板，其中，所述柔性印刷电路板包括两个外侧腿部、竖直腿部和中心腿部，所述竖直腿部被刚性基板支撑并设置在所述散热器与所述保持件之间，所述外侧腿部分别从所述散热器的两侧伸出。
7.根据权利要求6所述的光学组件，其中， 所述散热器沿其后部设置有凸部，从而形成用于设置所述柔性印刷电路板的竖直腿部的凹部。
8.根据权利要求6所述的光学组件，其中， 所述保持件的裙部是前裙部和后裙部，所述柔性印刷电路板的外侧腿部从所述裙部之间伸出。
9.根据权利要求6所述的光学组件，其中， 所述保持件设置有开口，所述柔性印刷电路板的中心腿部设置有两个彼此之间呈大致直角的臂部，所述臂部设置有多个与所述光学部件电连接的焊盘。
10.根据权利要求9所述的光学组件，其中， 所述外侧腿部设置有多个与形成在所述臂部中的焊盘电连接的焊盘。
11.根据权利要求2所述的光学组件，其中， 所述散热器的两侧均设置有凹槽，所述保持件的裙部设置有舌片，所述舌片钩住所述散热器的凹槽。
12.根据权利要求1所述的光学组件，其中， 所述散热器设置有插口，所述光学部件的壳体借助导热片设置在所述插口中，所述导热片设置在所述壳体的底部与所述散热器的前部之间。
【文档编号】H05K1/02GK104137355SQ201380011552
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月27日 优先权日:2012年2月28日
【发明者】佐伯智哉 申请人:住友电工光电子器件创新株式会社