專利名稱：具有自由空間光學(xué)元件的電子系統(tǒng)的制作方法
具有自由空間光學(xué)元件的電子系統(tǒng)
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了自由空間光學(xué)互連系統(tǒng)來滿足對(duì)于用于電數(shù)據(jù)處理單元之間的數(shù)據(jù)
通信的附加帶寬的日益增長的需求。這些類型的光學(xué)互連系統(tǒng)使用通過自由空間的點(diǎn)到點(diǎn)通信，并由此無需不同位置之間的電纜或光纖的路由。在典型的自由空間光學(xué)互連系統(tǒng)中，通過自由空間將調(diào)制光束從第一光學(xué)裝置芯片上的發(fā)射機(jī)引導(dǎo)到第二光學(xué)裝置芯片上的接收機(jī)。借助于調(diào)制將數(shù)據(jù)或信息編碼到光束中。接收機(jī)對(duì)調(diào)制光束進(jìn)行解調(diào)并提取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和信息。 長時(shí)間以來已經(jīng)知道自由空間光學(xué)互連系統(tǒng)用于進(jìn)行快速、高度并行的數(shù)據(jù)傳
輸，并因此具有以比利用電互連所能得到的高得多的速率實(shí)現(xiàn)吞吐量的潛力。此外，光學(xué)調(diào)
制的信號(hào)不受電磁干擾影響，以及能夠在空間中彼此滲透而不彼此干擾。 使用自由空間光學(xué)互連系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是，在自由空間中機(jī)械耦合光學(xué)互連系統(tǒng)
以便它們保持與彼此的精確對(duì)準(zhǔn)已經(jīng)證明是相對(duì)困難的。這是因?yàn)?，在多?shù)系統(tǒng)中，振動(dòng)和
溫度波動(dòng)頻繁地導(dǎo)致光學(xué)互連系統(tǒng)變得不對(duì)準(zhǔn)。使用附加的結(jié)構(gòu)支持來充分防止光學(xué)互連
系統(tǒng)之間的相對(duì)移動(dòng)典型地不是可行的解決方案，因?yàn)楦郊拥臋C(jī)械元件趨于實(shí)質(zhì)上限制到
光學(xué)互連系統(tǒng)的氣流充分冷卻光電子芯片。無法充分冷卻，它們的性能典型地惡化。但是，
光學(xué)互連系統(tǒng)上增加的氣流也導(dǎo)致光學(xué)互連系統(tǒng)之間的振動(dòng)和空氣密度的變化，這也使得
它們的性能惡化。 因此有益的是，具有如下能力將自由空間光學(xué)互連系統(tǒng)的組件保持為基本精確的對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)將它們保持在期望的操作溫度水平或期望的操作溫度水平附近。


對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，參考附圖，根據(jù)以下描述，本發(fā)明的特征將變得顯而易見，附圖中 圖l示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子系統(tǒng)的簡化框圖，其中以剖面圖描繪出了自由空間模塊； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中所描繪的冷板(cold plate)的簡化剖面俯視圖； 圖3A-3C分別示出根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖1中所描繪的系統(tǒng)模塊的剖面?zhèn)纫晥D； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中所描繪的由多個(gè)自由空間模塊組成的電子系統(tǒng)的透視圖；以及 圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造自由空間模塊的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了簡化和說明目的，通過主要參考其示例性實(shí)施例來描述本發(fā)明。在以下的描
述中，闡述了許多特定的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)于本發(fā)明的透徹全面的理解。但是對(duì)于本領(lǐng)域普
4通技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不限于這些特定的細(xì)節(jié)。在其他情況中，沒有詳細(xì)描述公知的方法和結(jié)構(gòu)以便不會(huì)不必要地模糊本發(fā)明。 這里公開的是由一個(gè)或多個(gè)自由空間模塊組成的電子系統(tǒng)。自由空間模塊包括具有自由空間光學(xué)元件的系統(tǒng)模塊；以及冷卻模塊，該冷卻模塊用于冷卻自由空間光學(xué)元件而不干擾它們的性能。還公開了一種制造所述自由空間模塊的方法。 通過這里公開的系統(tǒng)和方法的實(shí)施，配置為經(jīng)由自由空間彼此通信的光學(xué)元件可以被保持處于關(guān)于彼此的相對(duì)靜態(tài)關(guān)系，從而最小化光學(xué)元件之間的相對(duì)移動(dòng)。此外，可以將光學(xué)元件保持為彼此相對(duì)緊密地接近，從而基本最小化發(fā)射和接收調(diào)制光信號(hào)所需的功 在一個(gè)方面，自由空間模塊的以上識(shí)別的特征通過將所公開的冷卻模塊集成到自由空間模塊中來實(shí)現(xiàn)。更具體地，冷卻模塊包括具有多個(gè)開口的冷板，所述多個(gè)開口使得能夠在冷卻其上設(shè)有光學(xué)元件的電路板的組件的同時(shí)進(jìn)行光學(xué)元件之間的自由空間通信。由此，冷卻模塊使得能夠在依然提供充分冷卻的同時(shí)以相對(duì)緊湊的布置來定位電路板，而不引發(fā)可能導(dǎo)致光學(xué)元件變得相對(duì)于彼此不對(duì)準(zhǔn)的附加移動(dòng)。如此，自由空間模塊使得能夠在基本避免與傳統(tǒng)自由空間光學(xué)互連系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的所有缺點(diǎn)的同時(shí)在光學(xué)元件之間發(fā)生自由空間光學(xué)通信。 首先參考圖l，示出了根據(jù)示例的電子系統(tǒng)100的簡化框圖，其中以剖面圖描繪出了自由空間模塊102。應(yīng)該理解，電子系統(tǒng)100的以下描述僅是可以配置這種電子系統(tǒng)100的多種不同方式中的一種方式。此外，應(yīng)該理解，電子系統(tǒng)ioo可以包括附加的組件，且這里描述的組件中的一些可以被移除和/或修改而不脫離電子系統(tǒng)100的范圍。例如，電子系統(tǒng)100可以包括任何合理適當(dāng)數(shù)目的以任何合理適當(dāng)配置布置的自由空間模塊102。
如圖1中所示，自由空間模塊102包括系統(tǒng)模塊110和冷卻模塊130。系統(tǒng)模塊110包括限定在其中包含電路板114a和114b的空間的外殼112。外殼112可以由基本剛性的材料形成，所述材料諸如金屬、合金、塑料等，其被配置為承受相對(duì)大量的力。外殼112可以因此被配置為保護(hù)其中包含的組件，以及充分地(substantially)防止外殼112的不同部分之間的相對(duì)移動(dòng)。所述外殼可以包括圖1中所描繪的四個(gè)面，并且還可以包括兩個(gè)附加的面從而形成基本封閉的殼體，其提供了更好的保護(hù)以及增強(qiáng)了系統(tǒng)模塊110的結(jié)構(gòu)剛性。 電路板114a和114b被描繪為通過連接器116附接到外殼112的相應(yīng)內(nèi)壁。連接器116通常被配置為相對(duì)剛性地支持相應(yīng)電路板114a和114b，以便它們不相對(duì)于外殼112橫向移動(dòng)。在這個(gè)方面，以及因?yàn)橥鈿?12被設(shè)計(jì)為基本剛性的結(jié)構(gòu)，還充分防止電路板114a和114b相對(duì)彼此橫向移動(dòng)。 但是，連接器116可以被配置為施加充分的力以導(dǎo)致電路板114a和114b被推向彼此。在這方面，連接器116可以包括能夠向電路板114a和114b施加力的彈簧類裝置，諸如偏置彈簧。 在系統(tǒng)模塊110的各個(gè)示例中，可以省略連接器116，以及可以通過使用機(jī)械緊固
件、粘合劑、焊接等將電路板114a和114b中的任一或兩者直接附接到外殼112。 在任何方面，電路板114a和114b還被描繪為包括相應(yīng)的光學(xué)元件118a和118b。
光學(xué)元件118a和118b通常用作自由空間中調(diào)制光的發(fā)射機(jī)或接收機(jī)。如此，光學(xué)元件118a
5和118b被配置為通過光中的調(diào)制來發(fā)射和接收數(shù)據(jù)，如由箭頭119指示的。至少由于外殼112的相對(duì)剛性構(gòu)造以及在電路板114a和114b與外殼112之間的相對(duì)剛性連接，當(dāng)系統(tǒng)模塊110經(jīng)受各種振動(dòng)或其他環(huán)境條件時(shí)，光學(xué)元件118a和118b可以維持它們相對(duì)于彼此的對(duì)準(zhǔn)。 雖然沒有示出，電路板114a和114b可以包括其他類型的芯片以及各種其他組件，諸如導(dǎo)線、信號(hào)層、電容器、晶體管等。此外，電路板114a和114b被配置為通過延伸穿過外殼112的壁中的相應(yīng)孔122a和122b的相應(yīng)電纜120a和120b接收功率和信號(hào)。根據(jù)示例，功率和信號(hào)電纜120a和120b是柔性的，以便充分防止電纜120a和120b的外部運(yùn)動(dòng)向電路板114a和114b的轉(zhuǎn)移。此外，或者可替換地，連接器116還可以包括用于向電路板114a和114b提供功率和信號(hào)的任一個(gè)或這二者的電纜。 系統(tǒng)模塊110還包括定位在第一電路板114a和第二電路板114b之間的冷板140。冷板140通常包括被配置為具有相對(duì)高導(dǎo)熱率水平的相對(duì)剛性的結(jié)構(gòu)。在這方面，冷板140可以由銅、鋁、金屬合金、碳化硅、碳化鋁硅(alumi皿m silicon carbide)等形成。此外，在冷板140中至少在光學(xué)元件118a和118b彼此對(duì)準(zhǔn)的位置處形成多個(gè)開口 142。如此，開口 142被放置為通常使得光學(xué)元件118a和118b能夠經(jīng)由自由空間發(fā)射和接收調(diào)制的光信號(hào)。 冷板140還包括圍繞開口 142延伸通過冷板140的多個(gè)通道144。根據(jù)示例，在圖2中更詳細(xì)地描繪了通道144，圖2示出了冷板140的剖面俯視圖。如圖2所示，通道144通常使得冷卻流體162(形式為液體或蒸汽，這取決于它的溫度)能夠充分地散布在冷板140的相對(duì)大的區(qū)域上。 返回參考圖1，冷板140被描繪為與第一電路板114a和第二電路板114b接觸。如貫穿本公開所述的那樣，術(shù)語"接觸"意圖包括在冷板140與第一電路板114a和第二電路板114b上包含的各種組件之間的物理接觸以及在冷板140與第一和第二電路板114a和114b之間的物理接觸。因此，在一個(gè)示例中，冷板140可以與第一和第二電路板114a和114b上的生熱的組件直接接觸。 在圖1中將光學(xué)元件118a和118b描繪為也定位在開口 142中，以便冷板140不干擾在光學(xué)元件118a和118b之間的光信號(hào)的傳輸和接收。在這方面，開口 142可以充分寬，以使得能夠容納光學(xué)元件118a和118b或者其上附接有該光學(xué)元件118a和118b的芯片。此外，開口 142可以提供附加的屏蔽，以充分防止氣流密度在光學(xué)元件118a和118b之間變化。 在任何方面，連接器116可以提供足夠的力來維持第一 電路板114a、冷板140和第二電路板114b之間的物理接觸和對(duì)準(zhǔn)。但是，此外，或可替換地，保持這些組件之間的對(duì)準(zhǔn)可以通過使用粘合劑、機(jī)械緊固件等得到增強(qiáng)。這件組件之間的熱傳導(dǎo)也可以通過在這些組件之間放置熱傳導(dǎo)增強(qiáng)材料(諸如熱傳導(dǎo)粘合劑、膜等)來得到增強(qiáng)。如此，熱增強(qiáng)和/或?qū)?zhǔn)增強(qiáng)材料或結(jié)構(gòu)可以用于將冷板140連接到第一和第二電路板114a和114b。
雖然沒有示出，冷板140可以包括諸如臺(tái)階、槽、凹部(indentation)等的特征，其與第一和第二電路板114a和114b中包含的組件互補(bǔ)。因此，例如，冷板140可以包括在對(duì)應(yīng)于第一電路板114a上相對(duì)更高的芯片的位置處的凹部，以及在對(duì)應(yīng)于相對(duì)更低的芯片的位置處的臺(tái)階。在這方面，冷板140可以接觸第一和第二電路板114a和114b上的更大
6的表面面積，并由此基本上最大化自第一和第二電路板114a和114b的熱吸收。
在一個(gè)方面， 一般而言冷板140以及更具體地在冷板140的通道144中包含的冷卻流體162，被配置為吸收由第一電路板114a和第二電路板114b中包含的生熱組件所生成的熱量，從而將這些組件維持在期望的溫度水平內(nèi)。雖然沒有示出，通道144的表面可以是粗糙的，以促進(jìn)傳熱。此外，或者可替換地，通道144可以包括通常促進(jìn)在通道144中的傳熱以及毛細(xì)壓力的槽、網(wǎng)孔(mesh)、燒結(jié)微粒(sintered particle)或其他類型的芯吸特征(wicking feature)中的一個(gè)或多個(gè)。 冷卻流體162可以包括相變材料，諸如減壓下的水(water atreduced pressure)、制冷劑、Fluourinert等。在這個(gè)示例中，冷卻流體162被設(shè)計(jì)成在標(biāo)稱溫度下處于液態(tài)以及在相對(duì)提高的溫度下汽化。因此，例如，相變材料的飽和溫度或沸點(diǎn)可以通過混合數(shù)種流體(諸如多種惰性Fluourinert流體)來調(diào)節(jié)。相對(duì)提高的溫度可以包括電路板114a和114b或其上包含的組件在正常的或提高的操作水平期間預(yù)期要達(dá)到的那些溫度。在任何方面，通道144和冷板140被設(shè)計(jì)成使得汽化的冷卻流體162流出冷板140并流入流體導(dǎo)管160中。此外，流體導(dǎo)管160被設(shè)計(jì)并定位成使得汽化的冷卻流體162流入冷卻模塊130的冷凝器150中?？梢韵鄬?duì)于冷板140提高冷凝器150，從而使得汽化的冷卻流體162流入冷凝器150中。此外，或者可替換地，泵或壓縮機(jī)可以用于將汽化的冷卻流體162驅(qū)動(dòng)到冷凝器150中。 —旦在冷凝器150內(nèi)部，汽化的冷卻流體162就被配置為流過冷凝器150的一個(gè)或多個(gè)管152。多個(gè)散熱片(fin)154附接到管152。操作中，熱量從汽化的冷卻流體162傳輸?shù)缴崞?54，從該散熱片154熱量被耗散。從散熱片154的熱耗散通過在散熱片154上提供氣流(如由箭頭170所指示的那樣)而被大大增加?？梢杂煽諝庖苿?dòng)裝置(未示出)來提供氣流170，所述空氣移動(dòng)機(jī)裝置被配置和定位成生成直接到散熱片154的氣流170，或者被配置和定位成通常使氣流170通過散熱片154。 隨著從汽化的冷卻流體162移除熱量，汽化的冷卻流體162冷凝回到液態(tài)，并收集在冷凝器150的貯存器156中。此外，液體冷卻流體162被配置為基于貯存器156相對(duì)于冷板140的位置和配置通過流體導(dǎo)管160流回到冷板140的通道144中。也就是說，液體冷卻流體162可以借助重力流回到通道144中，因?yàn)橘A存器156處于相對(duì)于冷板140的提高的位置處。 根據(jù)另一示例，冷卻流體162可以包括非相變材料(諸如常壓下的水、乙烯、二醇-水混合物、聚丙二醇(polypropelene)-水混合物)以用于泵送的液體冷卻應(yīng)用等。冷卻流體162還可以包括腐蝕抑制劑。在該示例中，可以沿著流體導(dǎo)管160定位泵(未示出)以向冷卻流體162施加壓力并從而使得它在冷板140與冷凝器150之間流動(dòng)。此外，代替如上述示例中那樣的汽化和冷凝，此示例中的冷卻流體162通過冷板140和冷凝器150兩者時(shí)主要保持為液體。此外，該示例中的配置使得冷凝器貯存器156能夠處于與冷板140相同的高度或相對(duì)于冷板140更低的高度處。 在任一示例中，冷卻流體162可以通過流體導(dǎo)管160在冷板140與冷凝器150之間連續(xù)地循環(huán)，從而連續(xù)地移除來自電路板114a和114b的熱量。如此，流體導(dǎo)管160可以在冷板140與冷凝器150之間形成環(huán)路。此外，流體導(dǎo)管160可以延伸通過外殼112中的一個(gè)或多個(gè)孔124。
7
根據(jù)示例，流體導(dǎo)管160由柔性材料制成，以便當(dāng)冷凝器150移動(dòng)或振動(dòng)時(shí)，該運(yùn) 動(dòng)或振動(dòng)不轉(zhuǎn)移到冷板140。如此，空氣移動(dòng)機(jī)可以直接附接到冷凝器150，而來自空氣移 動(dòng)機(jī)的振動(dòng)基本不會(huì)使得光學(xué)元件118a和118b變得相對(duì)于彼此不對(duì)準(zhǔn)。
功率和信號(hào)電纜120a和120b以及流體導(dǎo)管160分別延伸通過其的外殼112中的 孔122a、122b和124可以被密封，以基本防止空氣或污染物流入和流出外殼112。如此，外 殼112中包含的空氣可以相對(duì)不受干擾，并由此在光學(xué)元件118a和118b之間的光信號(hào)的 傳輸和接收也可以保持相對(duì)不受干擾。此外或者可替換地，外殼112中包含的空間可以包 括真空以進(jìn)一步促進(jìn)經(jīng)由自由空間在光學(xué)元件118a和118b之間的光學(xué)通信。
應(yīng)該理解，圖1中所描繪的自由空間模塊102是簡化的說明，并且由此可以在多個(gè) 方面進(jìn)行修改而不脫離這里所公開的自由空間模塊102的范圍。例如，冷凝器150中的散 熱片154可以垂直地延伸，可以沿著流體導(dǎo)管160定位泵以將液體冷卻流體162返回到冷 板140的通道144中等。在圖3A-3C中描繪了自由空間模塊102的系統(tǒng)模塊110的變化的 附加示例。 更具體地，圖3A-3C示出了根據(jù)各種示例的系統(tǒng)模塊110的相應(yīng)剖面?zhèn)纫晥D。圖 3A-3C中所描繪的每個(gè)系統(tǒng)模塊110包含與在上面關(guān)于圖1中所描繪的系統(tǒng)模塊110討論 的那些特征類似的特征。如此，本文中下面僅僅討論圖3A-3C的系統(tǒng)模塊中那些與圖1的 系統(tǒng)模塊110不同的特征。 首先參考圖3A，系統(tǒng)模塊IIO被描繪為包括附加的電路板114c和附加的冷板 141。如所示，第一冷板140被定位在第一電路板114a和第三電路板114c之間。此外，第 二冷板141被定位在第二電路板114b和第三電路板114c之間。第三電路板114c可以以 上面關(guān)于第一和第二電路板114a和114b以及冷板140討論的任何方式附接到第一和第二 冷板140和141。 第三電路板114c進(jìn)一步被描繪為包括位于第三電路板114c的兩側(cè)上的光學(xué)元件 118c和118d。在這方面，光學(xué)元件118c被配置為發(fā)射調(diào)制的光信號(hào)或接收來自第一電路 板114a的光學(xué)元件118a的調(diào)制的光信號(hào)，以及光學(xué)元件118d被配置為發(fā)射調(diào)制的光信號(hào) 或接收來自第二電路板114b的光學(xué)元件118b的調(diào)制的光信號(hào)。還如在圖3A中示出的，第 三電路板114c可以包括開口 143，以便第一電路板114a的光學(xué)元件118a可以經(jīng)由自由空 間與第二電路板114b的光學(xué)元件118b直接通信。 可以以與圖3A中呈現(xiàn)的方式相類似的方式，將附加的電路板和冷板插入到系統(tǒng) 模塊110中。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3B，系統(tǒng)模塊IIO被描繪為包括附加的冷板141。但是，在該圖中，附 加的冷板141代替圖1中所描繪的將第一電路板114a連接到外殼112的連接器116。附 加的冷板141可以以上述的各種方式附接到第一電路板114a和外殼112。附加的冷板141 可以在依然將第一電路板114a剛性連接到外殼112的同時(shí)為第一電路板114a提供附加冷 卻。附加的冷板141可以包括如圖2中所描繪的通道144，但是可以被制造為沒有開口 142。
根據(jù)另一示例，連接第二電路板114b的連接器116也可以用附加的冷板141代 替。作為又一示例，附加的冷板141可以通過一個(gè)或多個(gè)連接器116附接到外殼112。
現(xiàn)在參考圖3C，系統(tǒng)模塊110包括與圖1的系統(tǒng)模塊110中所描繪的那些組件相 同的組件。但是，第一電路板114a、冷板140和第二電路板114b被描繪為彼此分開。在該
8示例中，冷板140可以沿著其一側(cè)或多側(cè)直接附接到外殼112。此外，依靠外殼112自身的 結(jié)構(gòu)剛性來維持在第一電路板114a、第二電路板114b和冷板140之間的必須的對(duì)準(zhǔn)。
雖然具體參考圖1和3A-3C中所描繪的每個(gè)系統(tǒng)模塊110中的特定特征，但應(yīng)該 理解，可以將來自其中一個(gè)附圖中所描繪的系統(tǒng)模塊110的各種特征結(jié)合到另一附圖中所 描繪的系統(tǒng)模塊110中。作為示例，圖3A中所描繪的連接器116可以用圖3B中所描繪的 附加的冷板140代替。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，示出了根據(jù)示例的由多個(gè)自由空間模塊102組成的電子系統(tǒng)100的 透視圖。雖然在圖4中描繪了四個(gè)自由空間模塊102，但是可以添加附加的自由空間模塊 102或者可以移除現(xiàn)存的自由空間模塊102，而不脫離這里所描繪的電子系統(tǒng)100的范圍。 如果添加了附加的自由空間模塊102，則可以鄰近圖4中所描繪的任一 自由空間模塊102來 放置所述附加的自由空間模塊102。 如圖4中所示，自由空間模塊102可以以相對(duì)于彼此的層疊配置來布置。此夕卜，自 由空間模塊102可以被布置為使得相應(yīng)冷卻模塊130的冷凝器150相對(duì)于氣流的方向?qū)?準(zhǔn)。在這方面，系統(tǒng)模塊110基本上不阻礙空氣170流動(dòng)通過冷凝器150。
雖然沒有示出，功率和信號(hào)導(dǎo)線120a和120b可以從電路板114a和114b延伸到 自由空間模塊102之外，并且可以彼此連接。此外，或者可替換地，功率和信號(hào)導(dǎo)線120a和 120b可以連接到與已知在傳統(tǒng)電子器件機(jī)柜中所采用的那些相類似的功率和網(wǎng)絡(luò)底板。
在圖4中所描繪的示例中，自由空間模塊102可以例如定位在數(shù)據(jù)中心中的電子 器件機(jī)柜或者機(jī)架中。此外，氣流170可以源自計(jì)算機(jī)機(jī)房等級(jí)的鼓風(fēng)機(jī)或空氣調(diào)節(jié)單元。 在后一種情況中，氣流170可以被冷卻，以及可以由此增強(qiáng)從自由空間模塊102中移除熱 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，示出了根據(jù)實(shí)施例的制造自由空間模塊102的方法200的流程圖。 應(yīng)該理解，方法200的以下描述只是可以實(shí)現(xiàn)這種方法200的多種不同方式中的一種方式。 此外，應(yīng)該理解，方法200可以包括附加的步驟，并且這里描述的一些步驟可以被移除和/ 或修改而不脫離方法200的范圍。 方法200的以下描述是具體參考圖1和3A-3C中所描繪的組件描述的。但是應(yīng)該 理解，可以執(zhí)行方法200來制造不同于圖1和3A-3C中所描繪的自由空間模塊102的自由 空間模塊102。 在步驟202，獲得第一電路板114a和第二電路板114b。第一電路板114a和第二 電路板114b包括被配置為經(jīng)由自由空間彼此通信的光學(xué)元件118a和118b。在步驟204， 識(shí)別光學(xué)元件118a和118b的位置。光學(xué)元件118a和118b的位置彼此基本匹配，以便當(dāng) 第一電路板114a和第二電路板114b放置在操作位置時(shí)，相應(yīng)光學(xué)元件118a和118b彼此 對(duì)準(zhǔn)。 在步驟206，創(chuàng)建具有多個(gè)開口 142的冷板140，所述多個(gè)開口 142延伸通過冷板 140。在冷板140中對(duì)應(yīng)于在步驟204識(shí)別的光學(xué)元件118a和118b的位置的各個(gè)位置處 創(chuàng)建開口 142。 在步驟208，第一電路板114a被附接到相對(duì)剛性的外殼112的內(nèi)壁。第一電路板 114a可以以上面討論的任何方式附接到外殼112的內(nèi)壁。此外，在步驟210，冷板140被定 位在第一電路板114a上，以便開口 142與光學(xué)元件118a對(duì)準(zhǔn)。冷板140可以以上面討論的任何方式附接到第一電路板114。 在步驟212，第二電路板114b附接到外殼112的另一內(nèi)壁，以便光學(xué)元件118b與 冷板140中的開口 142和第一電路板114a上的光學(xué)元件118a對(duì)準(zhǔn)。 在步驟214，冷板140可以通過柔性流體導(dǎo)管160附接到冷凝器150，所述柔性流 體導(dǎo)管160延伸通過外殼112的壁。此外，如步驟216所指示的那樣，可以通過在外殼112 的任何敞開區(qū)上附接例如蓋子、蓋或附加的壁來封閉外殼112。 如關(guān)于方法200所討論那樣制造的電子系統(tǒng)100的自由空間模塊102被配置為促 進(jìn)經(jīng)由自由空間在光學(xué)元件118a和118b之間的長期、精確的光學(xué)通信。此外，通過使用冷 卻模塊130來冷卻其上包含有光學(xué)元件118a和118b的電路板114a、114b，所述冷卻模塊 130使得光學(xué)元件118a和118b能夠被定位為彼此相對(duì)緊密地接近以及定位成處于關(guān)于彼 此相對(duì)固定的位置。 這里描述和說明的是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例以及它的一些變化。僅僅作為例證來闡 述這里使用的術(shù)語、描述和附圖，并且這些術(shù)語、描述和附圖不意味著限制。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明的范圍中很多變化是可能的，所述范圍意圖由下面的權(quán)利要求以及它 們的等同物來限定，其中所有術(shù)語意味著它們最廣泛合理的含義除非另有指示。
10
權(quán)利要求
一種電子系統(tǒng)(100)，包括具有第一光學(xué)元件(118a)的第一電路板(114a)；具有第二光學(xué)元件(118b)的第二電路板(114b)，所述第二光學(xué)元件(118b)被定位為經(jīng)由自由空間與所述第一光學(xué)元件(118a)進(jìn)行光學(xué)通信；定位在所述第一電路板(114a)和所述第二電路板(114b)之間的冷板(140)，其中所述冷板(140)包括被定位成使得能夠經(jīng)由自由空間進(jìn)行光學(xué)通信的開口(142)；冷凝器(150)；以及連接所述冷板(140)和所述冷凝器(150)的包含冷卻流體(162)的流體導(dǎo)管(160)，其中所述冷卻流體(162)被配置為主要通過所述冷板(140)吸收來自所述第一和第二電路板(114a，114b)的熱量以及傳送該熱量到所述冷凝器(150)，其中所述冷凝器(150)被配置為主要耗散所吸收的熱量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)(100)，還包括具有多個(gè)面的由相對(duì)剛性的材料形成的外殼(112)，其中所述第一電路板(114a)、第二電路板(114b)以及冷板(140)容納在所述外殼(112)中，冷凝器(150)位于所述外殼(112)的外部，以及其中流體導(dǎo)管(160)被柔性連接到所述外殼(112)和所述冷凝器(150)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子系統(tǒng)(100)，還包括連接所述第一電路板(114a)和所述外殼(112)的壁的第一連接器(116)，其中所述第一連接器(116)充分防止所述第一電路板(114a)相對(duì)于所述外殼(112)橫向移動(dòng)；以及連接所述第二電路板(114b)和所述外殼(112)的另一壁的第二連接器(116)，其中所述第二連接器(116)充分防止所述第二電路板(114b)相對(duì)于所述外殼(112)橫向移動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子系統(tǒng)(IOO)，其中所述第一連接器(116)和第二連接器(116)中的至少一個(gè)包括通過附加的流體導(dǎo)管(160)連接到所述冷凝器(150)的附加的冷板(140)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的電子系統(tǒng)(IOO)，其中，所述外殼(112)包括系統(tǒng)模塊(110)，以及所述冷凝器(150)包括冷卻模塊(130)，其中所述系統(tǒng)模塊(110)和所述冷卻模塊(130) —起形成自由空間模塊(102)，以及其中所述電子系統(tǒng)(100)還包括多個(gè)自由空間模塊(102)，其中所述多個(gè)自由空間模塊(102)中的每一個(gè)鄰近所述多個(gè)自由空間模塊(102)中的至少另一個(gè)定位，使得所述冷卻模塊(130)的冷凝器(150)基本不受所述系統(tǒng)模塊(130)的外殼(112)阻礙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的電子系統(tǒng)(100)，還包括具有第三光學(xué)元件(118d)的第三電路板(114c)，所述第三電路板(114c)被定位在所述第二電路板(114b)和所述冷板(140)之間；以及附加的冷板(141)，其被定位在所述第三電路板(114c)和所述第二電路板(114b)之間，其中，所述冷板(140)和所述附加的冷板(141)包括開口 (143)，所述開口 (143)被定位為使得能夠在所述第一光學(xué)元件(118a)、第二光學(xué)元件(118b)和第三光學(xué)元件(118d)中的兩個(gè)或更多個(gè)之間進(jìn)行光學(xué)通信。
7. —種自由空間模塊(102)，包括包括外殼(112)的系統(tǒng)模塊(110)，所述外殼(110)包含具有第一光學(xué)元件(118a)的第一電路板(114a);具有第二光學(xué)元件(118b)的第二電路板(114b)，所述第二光學(xué)元件(118b)被定位為經(jīng)由自由空間與所述第一光學(xué)元件(118a)進(jìn)行光學(xué)通信；定位在所述第一電路板(114a)和所述第二電路板(114b)之間的冷板(140)，其中所述冷板(140)還包括被定位為使得能夠經(jīng)由自由空間進(jìn)行光學(xué)通信的開口 (142);包括冷凝器(150)的冷卻模塊(130);以及將所述冷板(140)連接到所述冷凝器(150)的柔性流體導(dǎo)管(160)，其中所述流體導(dǎo)管(160)充分防止所述冷卻模塊(130)的移動(dòng)導(dǎo)致所述系統(tǒng)模塊(110)移動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自由空間模塊(102)，其中，所述系統(tǒng)模塊(110)還包括連接所述第一電路板(114a)和所述外殼(112)的壁的第一連接器(116)，其中所述第一連接器(116)充分防止所述第一電路板(114a)相對(duì)于所述外殼(112)橫向移動(dòng)；以及連接所述第二電路板(114b)和所述外殼(112)的另一壁的第二連接器(116)，其中，所述第二連接器(116)充分防止所述第二電路板(114b)相對(duì)于所述外殼(112)橫向移動(dòng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7和8中任一項(xiàng)所述的自由空間模塊(102)，其中，所述系統(tǒng)模塊(110)還包括具有第三光學(xué)元件(118d)的第三電路板(114c)，所述第三電路板(114c)被定位在所述第二電路板(114b)和所述冷板(140)之間；以及定位在所述第三電路板(114c)和所述第二電路板(114b)之間的附加的冷板(141)，其中所述冷板(140)和所述附加的冷板(141)包括開口 (143)，所述開口 (143)被定位為使得能夠在所述第一光學(xué)元件(118a)、第二光學(xué)元件(118b)和第三光學(xué)元件(118d)中的兩個(gè)或更多個(gè)之間進(jìn)行光學(xué)通信。
10. —種制造自由空間模塊(102)的方法(200)，所述方法(200)包括獲得(202)具有第一光學(xué)元件(118a)的第一電路板(114a);獲得(202)具有第二光學(xué)元件(118b)的第二電路板(114b)，其中，所述第一光學(xué)元件(118a)和第二光學(xué)元件(118b)被配置為經(jīng)由自由空間彼此電子通信；識(shí)別(204)所述第一光學(xué)元件(118a)和所述第二光學(xué)元件(118b)的位置；創(chuàng)建(206)具有多個(gè)開口 (142)的冷板(140)，所述多個(gè)開口 (142)在位置上對(duì)應(yīng)于所述第一光學(xué)元件(118a)和所述第二光學(xué)元件(118b)的位置；將所述第一電路板(114a)附接(208)到外殼(112)的壁;在所述第一電路板(114a)上定位(210)所述冷板(140)，使得開口 (142)與所述第一光學(xué)元件(118a)對(duì)準(zhǔn)；以及將所述第二電路板(114b)附接(212)到所述外殼(112)的另一壁，使得所述第二光學(xué)元件(118b)與所述冷板(140)中的開口 (142)和所述第一光學(xué)元件(118a)對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
一種電子系統(tǒng)(100)包括具有第一光學(xué)元件(118a)的第一電路板(114a)；以及具有第二光學(xué)元件(118b)的第二電路板(114b)，所述第二光學(xué)元件(118b)被定位為經(jīng)由自由空間與第一光學(xué)元件(118a)進(jìn)行電子通信。該系統(tǒng)(100)還包括定位在第一電路板(114a)和第二電路板(114b)之間的冷板(140)，所述冷板(140)具有定位為使得能夠經(jīng)由自由空間進(jìn)行光學(xué)通信的開口(142)。該系統(tǒng)(100)還包括冷凝器(150)和包含冷卻流體(162)的流體導(dǎo)管(160)，其中，所述冷卻流體(162)被配置為通過冷板(140)吸收熱量，以及傳送熱量到冷凝器(150)，其中，所述流體導(dǎo)管(160)連接冷板(140)和冷凝器(150)。
文檔編號(hào)H04B10/00GK101779395SQ200880102318
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者C·帕特爾, P·J·屈克斯, R·S·威廉斯, S·-Y·王 申請(qǐng)人:惠普開發(fā)有限公司