具有增強的散熱功能的光學組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于增強散熱功能的光學組件。該光學組件包括光學部件、散熱器和保持件。光學部件在彼此相反的方向上發(fā)射光和散熱。散熱器附接在光學組件的底部，以使熱量從光學組件高效地傳導到外部。保持件牢固地保持光學部件和散熱器的中間組件。
【專利說明】具有增強的散熱功能的光學組件

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及具有增強的散熱功能的光學組件。

【背景技術】
[0002]通常所說的蝶形組件(butterfly module)是眾所周知的,這種光學組件具有盒狀殼體以及從盒狀殼體的側面?zhèn)认虻厣斐龅囊€端子。這種蝶形組件沿大致與其底部平行的方向發(fā)射光。即使當?shù)谓M件采用熱電冷卻器(以下表示為TEC)來控制發(fā)光器件(典型的是半導體激光二極管(以下表示為LD))的溫度時，也可以將TEC安裝在組件的底部上，這是因為光是從組件的側面發(fā)出的。
[0003]從蝶形組件的成本和尺寸系數(shù)的角度看，蝶形組件，特別是它的盒狀殼體通常不是很可取的。作為蝶形組件的一種替代品，在電子器件中被廣泛地采用的多層陶瓷殼體已經引起人們的注意。陶瓷殼體不僅具有良好的尺寸系數(shù)，而且在形成高頻信號的互聯(lián)線路方面也具有優(yōu)勢。然而，多層陶瓷殼體固有地存在以下缺點:光必須從殼體的頂部發(fā)出，并且殼體中產生的熱量必須從殼體的底部散出，也就是說，熱量在向殼體的外部傳導時所沿著的方向大致與殼體的光軸平行。本申請將提供一種使熱量更高效地從陶瓷殼體散出的技術方案。


【發(fā)明內容】

[0004]本申請的一個方面涉及一種光學組件，所述光學組件包括光學部件、散熱器和保持件。所述光學部件包括殼體、半導體發(fā)光器件、反射鏡和熱電冷卻器(以下表不為TEC)。所述殼體具有框架、頂部和底部，從而形成腔體，所述半導體發(fā)光器件、所述反射鏡和所述TEC安裝在所述腔體中。所述框架由多層陶瓷制成。所述半導體發(fā)光器件沿大致與所述底部平行的方向發(fā)射信號光。所述反射鏡將所述信號光朝大致與所述殼體的底部垂直的方向反射。所述半導體發(fā)光器件和所述反射鏡安裝在所述TEC上，所述TEC安裝在所述殼體的底部上。所述散熱器具有前部和底部，所述前部和所述底部之間呈大致直角。所述前部附接在所述光學部件的底部上。所述散熱器的底部附接在主機板上，以使所述光學部件中產生的熱量擴散到所述主機板。所述保持件牢固地保持所述光學部件與所述散熱器的中間組件，并將所述中間組件牢固地固定到所述主機板上。
[0005]在根據(jù)實施例的光學組件中，光學部件中產生的熱量在散發(fā)時所沿著的方向大致與光軸平行，但與光軸的方向相反——即使當光學部件具有這種構造時，熱量也可以經由散熱器高效地傳導到外部。此外，由金屬片制成的保持件牢固地保持光學組件和散熱器的中間組件。因此，光學組件的這種布置利用成本低廉的布置使熱量高效地傳導到外部。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1A是根據(jù)實施例的光學組件的透視圖，圖1B是光學組件的分解視圖。
[0007]圖2是圖1A所示的光學部件的分解視圖。
[0008]圖3是沿著圖2中的線II1-1II截取的光學部件的剖視圖。
[0009]圖4是組裝有散熱器15的光學部件的透視圖。
[0010]圖5A和圖5B是FPC板的透視圖，其中，圖5A示出成形之前的FPC板，圖5B示出成形之后的FPC板。
[0011]圖6A是保持件的透視圖，圖6B是保持件在成形之前的平面圖。
[0012]圖7A至圖7C分別是光學組件的俯視圖、側視圖和側剖視圖，其中，圖7C是沿著圖7A中的線VIIC-VIIC截取的。
[0013]圖8A至圖8C示出組裝有散熱器、保持件和FPC板19的光學組件11的外觀，其中，圖8A是從前上方看去時的光學組件，圖SB是從前下方看去時的光學組件，圖SC是從后上方看去時的光學組件。
[0014]圖9示出當將光學組件設置在主機板上時光學組件的外觀。

【具體實施方式】
[0015]下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的一些實施例。在描述附圖時，以彼此相同或相似的附圖標記來表示彼此相同或相似的元件，而不再重復說明。
[0016]圖1A是根據(jù)本發(fā)明實施例的光學組件11的透視圖，圖1B是光學組件11的分解視圖。如圖1A和圖1B所示，光學組件11包括:具有連接單元47的光學部件13、散熱器15、保持件17以及柔性印刷電路(以下表示為FPC)板19。光學部件13利用熱片45設置在散熱器15的凹部15m中。FPC板19和光學部件13電連接，以避開散熱器15。保持件17保持并支撐光學部件13、散熱器15和FPC板19構成的中間組件。
[0017]圖2是圖1A所示的光學部件13的分解視圖。光學部件13包括殼體21，殼體21包括盒體23和頂部25，盒體23和頂部25形成腔體，光學部件和電學部件氣密地密封在腔體中。本實施例中的盒體23呈盒狀并且包括:框架29，其由多層陶瓷制成；金屬密封環(huán)31，其位于框架29的頂部；以及底板27。金屬密封環(huán)31設置在框架29與頂部25之間；在部件被安裝到腔體中之后，金屬密封環(huán)31被熔化，以將腔體氣密地密封。頂部25的中心部分設置有孔25a，孔25a被窗體25b覆蓋，在腔體中產生的光從窗體25b穿過。
[0018]光學部件13的彼此相鄰的兩個側邊上具有多個電極，這些電極與設置在FPC板19中的焊盤電接觸。
[0019]圖3是沿著圖2中的線II1-1II截取的光學部件13的剖視圖。附圖所示的實施例是一種采用半導體激光二極管(以下表示為LD)作為光信號源的光發(fā)射器組件。腔體中安裝有主組件33，主組件33包括LD 35。也就是說，主組件33包括:LD 35 ;透鏡39，其對從LD 35發(fā)射的光進行準直；反射鏡37，其將從LD 35發(fā)射并經透鏡43準直的光向上反射，也就是說，反射鏡37使LD 35的光軸彎折約90°。從LD 35發(fā)射的光大致與盒體23的底部23b平行地前進，并被反射鏡37彎折而朝向與底部23b垂直的方向。光從覆蓋在頂部25的孔25a上的窗體25b穿過。
[0020]包括LD 35、透鏡39、反射鏡37在內的這些部件安裝在熱電控制器(以下表示為TEC)41上，以控制LD 3的溫度，并且TEC 41安裝在底板27的頂部23b上。這樣，LD 35、透鏡39、反射鏡37和TEC 41構成光學部件13的主要部分。
[0021]框架29的彼此相鄰的兩個側邊上設置有多個電極38。圖2所示的實施例將電極38設置在框架29的頂部上。然而，可以在多個層中(即，層與層之間)形成電極29c。這些電極38與FPC板19相連。
[0022]圖4是組裝有散熱器15的光學部件13的透視圖。散熱器15可以由金屬塊制成，而金屬塊則由導熱性好的材料制成，散熱器15設置有前部15a、后部15b、兩個側部15c以及底部15e。前部15a設置有凹部15m，光學部件13的盒體23設置在凹部15m上，同時在凹部15m與盒體23之間設置熱片45。熱片45是導熱性好的彈性材料。側部15c設置有凹槽15j，凹槽15j大致與散熱器15e的底部15e平行地從前部15a延伸到后部15b。凹槽15j具有引導保持件17 (稍后描述)的功能。
[0023]圖5A和圖5B是FPC板19的透視圖，其中，圖5A示出成形之前的FPC板19，圖5B示出成形之后的FPC板19。FPC板19的平面形狀為字母E的形狀，其具有利用豎直腿部19c相連的外側腿部19e和19f。中心腿部19b與字母E的中間短橫相對應，其從豎直腿部19c伸出。外側腿部19e和19f沿著各自的外緣設置有多個焊盤19a。中心腿部19b設置有形成直角形角部的兩個臂部19m和19η。兩個臂部19m和19η都設置有多個焊盤19g，這些焊盤與光學部件13的框架29的電極38相對應并相連。兩個臂部19m和19η中的焊盤19g利用形成在豎直腿部19c以及外側腿部19e和19f上的互連線路19 j來與外側腿部19e和19f上的焊盤19a相連。豎直腿部19c由位于其背面的剛性基板19h來支撐(圖中未明確地示出)，而中心腿部19b不受任何剛性基板支撐；因此，如圖5A和圖5B所示，中心腿部19b可以柔性地彎曲。具體地說，中心腿部19b的兩個臂部19m和19η向下延伸，以實現(xiàn)焊盤19g和光學部件13中的電極38之間的電連接。
[0024]圖6A是保持件17的透視圖，圖6B是保持件17在成形之前的平面圖。在不進行任何焊接等的情況下，僅通過切割和彎曲金屬片來形成保持件17。僅通過切割和彎曲厚度為0.3mm的不銹鋼來制成根據(jù)本實施例的保持件17。保持件17包括頂部17c和多個腿部，這些腿部從頂部17c彎曲，從而使頂部17c具有矩形平面形狀。具體地說，在前部中，頂部17c的前緣首先向下彎曲以形成前壁17a，然后向前彎曲以形成兩個腿部17d。前部17a設置有U形切口 17x，與光學部件13相連的連接部47經切口 17x向前伸出。此外，沿著腿部17d進行第二次彎曲時的折線形成另一個切口 17t。腿部17d設置有螺釘切口 17e，用以將保持件17緊固到主機板51上。
[0025]保持件17還設置有前裙部17h和后裙部17i，前裙部17h和后裙部17i分別從頂部17c的前側和后側向下彎曲成直角。前裙部和后裙部分別設置有U形切口 17g和17i，切口 17g和17i具有稍微向外彎曲的內部舌片。舌片17g和17i設置在散熱器15的凹槽15j中。這樣，保持件17可以與散熱器15配合在一起。
[0026]保持件17的后部還設置有兩個腿部17b，腿部17b從頂部17c向下彎曲。腿部17b進一步向后彎曲以形成凸緣17k，每個凸緣17k都設置有開口 17m，用以將保持件17、散熱器15和光學部件13構成的組件固定到主機板61上。后腿部17b設置有切口 17u，以便于彎曲。此外，后部的中心設置有舌片17y，舌片17y從頂部17c向下彎曲，然而舌片17y的長度比后腿部17b的長度Hl短。舌片17y彎曲得比后腿部17b更深。也就是說，后腿部17b向下彎曲成大致直角，而舌片17y彎曲得比直角大。這樣，舌片17y的末端向前推壓散熱器15的后部15b。
[0027]圖7A至圖7C分別是光學組件11的俯視圖、側視圖和側剖視圖，其中，圖7C是沿著圖7A中的線VIIC-VIIC截取的。如上所述，光學組件11包括光學部件13、散熱器15、保持件17和FPC板19。散熱器15設置在光學部件13的后部；為了便于描述，暫且將設置有連接單元47的一側定義為前方，而將與連接單元47相反的一側定義為后方，這并不限制本發(fā)明的范圍。
[0028]光學部件13的盒體23設置在保持件15的凹部15m中，同時在盒體23與凹部15m之間設置熱片45。如圖2和圖3所示，本實施例的光學部件13的主要部分33安裝在底板27的頂部23b上。因此，殼體21中產生的熱量——特別是TEC 41產生的熱量——經底板27散出。另外，本實施例的光學部件13朝與其頂部25垂直的方向(也就是與底板27垂直的方向，也就是與外部光纖49從光學部件13伸出時所沿著的方向相反的方向)發(fā)射信號光。這種布置導致傳導到底板27的熱量難以散發(fā)到殼體21的外部。圖中所示的實施例設置有散熱器15,散熱器15的凹部15m中收納光學部件13,并使傳導過來的熱量經散熱器15的底部15e散發(fā)到外部。
[0029]此外，由保持件17來保持散熱器15和光學部件13構成的中間組件。也就是說，如圖7A至圖7C所示，保持件17將中間組件設置在前部17a與后部17b之間；并且，后舌片17y向前推壓散熱器15，從而使光學部件13的連接單元47的凸緣抵靠在前部17a上。另夕卜，散熱器15設置在保持件17的相應的前裙部17h和后裙部17i之間。這樣，保持件17牢固地保持散熱器15。
[0030]前部17a和后部17b的高度(在圖6B中表示為Hl)比散熱器15的高度H2稍大。設置在前部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便于彎曲，同時相對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形成的舌片鉤住散熱器15的凹槽15 j并在凹槽15 j中向內彎曲，以便保持件17牢固地保持散熱器15。
[0031]保持件17的頂部17c中設置有開口 17s。FPC板19的一個臂部19m的拱形部分從開口 17s穿過。同時，散熱器15的頂部15d的后端設置有凸部15k，從而形成凹部，F(xiàn)PC板19的中心腿部19c設置在該凹部內并且從兩個裙部17h和17i之間穿過。這樣，即使當保持件17完全覆蓋散熱器15的頂部15d時，F(xiàn)PC板19仍然設置在保持件17與散熱器15之間并且從兩個裙部17h和17i之間穿過。此外，因為臂部19m的拱形部分從保持件17的頂部17c的開口 17s伸出，所以可以將形成在臂部19m和19η上的焊盤19g與光學部件13的電極38焊接起來。
[0032]圖8A至圖8C示出組裝有散熱器15、保持件17和FPC板19的光學組件11的外觀，其中，圖8A是從前上方看去時的光學組件11，圖SB是從前下方看去時的光學組件11，圖8C是從后上方看去時的光學組件11。如上所述，由保持件17牢固地保持光學部件13、散熱器15和FPC板19構成的中間組件。FPC板19的兩個腿部19e和19f從保持件17的兩個裙部17h和17i之間伸出，因而兩個腿部19e和19f像是橫向延伸的翼片。
[0033]圖9示出當將光學組件設置在主機板51上時光學組件11的外觀。主機板51的頂部51a中設置有凹槽51b。連接單元47設置在凹槽51b中。主機板51還設置有凹部51c，光學組件11的主要部分設置在凹部51c中，并且利用從孔17m和螺釘切口 17e穿過的螺釘53進行緊固。主機板51的凹部51c的深度大致等于散熱器15的高度。因為兩個腿部19e和19f的水平與散熱器15的頂部15d大致持平，保持件17的腿部17d和17k的水平與散熱器15的底部15e大致持平，所以即使當螺釘53將腿部17d和17k緊密地固定在主機板51上時，F(xiàn)PC板19也可以與設置在主機板51的頂部51a上的互連線路51d順利地相連。
[0034]盡管本文出于示例的目的對本發(fā)明的具體實施例進行了描述，但許多變型和修改對于本領域的技術人員而言將是顯而易見的。例如，圖9所示的實施例設置有凹部51c和凹槽51b，光學組件11設置在凹部51c中，連接單元47設置在凹槽51b中。然而，主機板51可以設置僅用于設置光學部件13和散熱器15的切口。主機板51的邊緣與FPC板19的腿部19e、19f的邊緣對齊。腿部17d和17k固定在主機系統(tǒng)的底部，該主機系統(tǒng)是例如內部設置光學組件11的光收發(fā)器。即使在這種布置中，光學部件13也可以利用散熱器15將熱量高效地散發(fā)到主機系統(tǒng)中。因此，權利要求書意圖包括落入本發(fā)明的實質精神和范圍內的所有這類變型和修改。
【權利要求】
1.一種光學組件，包括: 光學部件，其包括: 殼體，其具有框架、頂部和底部，從而形成腔體，所述框架由多層陶瓷制成， 半導體發(fā)光器件，其沿大致與所述底部平行的方向發(fā)射信號光， 反射鏡，其將所述信號光朝大致與所述底部垂直的方向反射，以及熱電冷卻器，所述半導體發(fā)光器件和所述反射鏡安裝在所述熱電冷卻器上，所述熱電冷卻器安裝在所述腔體中的底部上； 散熱器，其具有前部和底部，所述前部和所述底部之間呈大致直角，所述前部附接在所述殼體的底部上，所述散熱器的底部附接在主機板上，以使所述光學部件中產生的熱量擴散到所述主機板；以及 保持件，其保持所述光學部件與所述散熱器的中間組件，并將所述中間組件牢固地固定到所述主機板上。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學組件，其中， 所述光學部件還包括連接單元，所述連接單元與所述光學部件的殼體的頂部相連，所述連接單元包括凸緣， 所述保持件包括前部、與所述前部相反的后部以及裙部，由此形成空間，所述散熱器和所述光學部件的殼體設置在所述空間中，從而使所述保持件的前部抵靠在所述連接單元的凸緣上，所述后部將所述散熱器朝所述保持件的前部推壓，并且所述散熱器設置在所述裙部之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的光學組件，其中， 所述保持件的前部設置有切口，所述連接單元穿過所述切口，所述保持件的后部設置有舌片，所述舌片朝所述空間的內側彎曲，從而對所述散熱器產生壓力。
4.根據(jù)權利要求2所述的光學組件，其中， 所述保持件的前部和后部的高度比所述散熱器的高度稍高。
5.根據(jù)權利要求2所述的光學組件，其中， 所述保持件具有:前腿部，其從所述保持件的前部彎曲；以及后腿部，其從所述保持件的后部彎曲，并且 所述保持件的前部與所述前腿部之間設置有切口，所述保持件的后部與所述后腿部之間設置有其它切口。
6.根據(jù)權利要求2所述的光學組件，還包括: 柔性印刷電路板，其中，所述柔性印刷電路板包括兩個外側腿部、豎直腿部和中心腿部，所述豎直腿部被剛性基板支撐并設置在所述散熱器與所述保持件之間，所述外側腿部分別從所述散熱器的兩側伸出。
7.根據(jù)權利要求6所述的光學組件，其中， 所述散熱器沿其后部設置有凸部，從而形成用于設置所述柔性印刷電路板的豎直腿部的凹部。
8.根據(jù)權利要求6所述的光學組件，其中， 所述保持件的裙部是前裙部和后裙部，所述柔性印刷電路板的外側腿部從所述裙部之間伸出。
9.根據(jù)權利要求6所述的光學組件，其中， 所述保持件設置有開口，所述柔性印刷電路板的中心腿部設置有兩個彼此之間呈大致直角的臂部，所述臂部設置有多個與所述光學部件電連接的焊盤。
10.根據(jù)權利要求9所述的光學組件，其中， 所述外側腿部設置有多個與形成在所述臂部中的焊盤電連接的焊盤。
11.根據(jù)權利要求2所述的光學組件，其中， 所述散熱器的兩側均設置有凹槽，所述保持件的裙部設置有舌片，所述舌片鉤住所述散熱器的凹槽。
12.根據(jù)權利要求1所述的光學組件，其中， 所述散熱器設置有插口，所述光學部件的殼體借助導熱片設置在所述插口中，所述導熱片設置在所述殼體的底部與所述散熱器的前部之間。
【文檔編號】H05K1/02GK104137355SQ201380011552
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權日:2012年2月28日
【發(fā)明者】佐伯智哉 申請人:住友電工光電子器件創(chuàng)新株式會社