用于耗散光學(xué)通信模塊中的熱的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請案是針對用于耗散光學(xué)通信模塊中的熱的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種適合于供在CXP模塊中使用但不限于在CXP模塊中使用的熱耗散解決方案。所述熱耗散解決方案允許在不必增加當前與已知CXP模塊一起使用的熱耗散裝置的大小的情況下顯著改善CXP模塊的性能。所述熱耗散解決方案將與激光二極管相關(guān)聯(lián)的熱耗散路徑和與所述模塊的例如激光二極管驅(qū)動器IC及接收器IC等其它熱產(chǎn)生組件相關(guān)聯(lián)的熱耗散路徑熱解耦。解耦這些熱耗散路徑允許在所述激光二極管以較高速度操作時將所述激光二極管的溫度保持為較冷，同時在需要或必要的情況下允許所述其它組件的溫度運行到較熱。
【專利說明】用于耗散光學(xué)通信模塊中的熱的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)通信模塊。更特定來說，本發(fā)明涉及在例如并行光學(xué)發(fā)射器、接收器及收發(fā)器模塊等光學(xué)通信模塊中使用的熱耗散系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]存在用于在多個相應(yīng)光學(xué)數(shù)據(jù)信道上同時發(fā)射及/或接收多個光學(xué)數(shù)據(jù)信號的多種并行光學(xué)通信模塊。并行光學(xué)發(fā)射器具有用于在多個相應(yīng)光學(xué)波導(dǎo)(例如，光纖)上同時發(fā)射多個相應(yīng)光學(xué)數(shù)據(jù)信號的多個光學(xué)發(fā)射信道。并行光學(xué)接收器具有用于在多個相應(yīng)光學(xué)波導(dǎo)上同時接收多個相應(yīng)光學(xué)數(shù)據(jù)信號的多個光學(xué)接收信道。并行光學(xué)收發(fā)器具有用于在多個相應(yīng)發(fā)射及接收光學(xué)波導(dǎo)上同時發(fā)射及接收多個相應(yīng)光學(xué)發(fā)射及接收數(shù)據(jù)信號的多個光學(xué)發(fā)射及接收信道。
[0003]針對這些不同類型的并行光學(xué)通信模塊中的每一者，存在多種設(shè)計及配置。用于并行光學(xué)通信模塊的典型布局包含其上安裝有各種電組件及光電子組件(即，激光二極管及/或光電二極管)的電路板，例如印刷電路板(PCB)、球柵陣列(BGA)等。在并行光學(xué)發(fā)射器的情況中，激光二極管及一個或一個以上激光二極管驅(qū)動器集成電路(IC)安裝于所述電路板上。所述電路板具有延續(xù)穿過其的電導(dǎo)體(即，電跡線及通孔)以及其上的電接觸墊。激光二極管驅(qū)動器IC的電接觸墊電連接到電路板的電導(dǎo)體。舉例來說，一個或一個以上其它電組件(例如，控制器IC)通常也安裝于電路板上且電連接到所述電路板。
[0004]類似配置用于并行光學(xué)接收器，只不過并行光學(xué)接收器的電路板在其上安裝有多個光電二極管而非激光二極管且在其上安裝有接收器IC而非激光二極管驅(qū)動器1C。接收器IC通常包含放大電路且有時包含用于恢復(fù)時鐘及數(shù)據(jù)位的時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)(OTR)電路。并行光學(xué)收發(fā)器通常在其上安裝有激光二極管、光電二極管、一個或一個以上激光二極管驅(qū)動器IC及接收器1C，但這些裝置中的一者或一者以上可集成到相同IC中以減少部件計數(shù)并提供其它益處。
[0005]圖1圖解說明稱為CXP模塊的并行光學(xué)通信模塊2的透視圖。CXP模塊2為通常具有十二個發(fā)射信道及十二個接收信道的可插入模塊。CXP模塊2在大小上為相對緊湊的且經(jīng)配置以插入到安置于IU盒(未展示)的前面板中的容座中。通常，圖1中所展示的類型的多個CXP模塊插入到IU盒的相應(yīng)并排容座中。舉例來說，由電組件及光電子組件(例如IC及激光二極管)產(chǎn)生的熱通過金屬模塊外殼2a轉(zhuǎn)移到耗散熱的外部熱耗散裝置3中。
[0006]熱耗散裝置的大小與生熱及其熱負載成正比。從圖1可看出，外部熱耗散裝置3的大小與CXP模塊2的大小相比為大的。出于此原因，熱耗散裝置3消耗IU盒內(nèi)部的相對大量的空間。針對CXP模塊2的規(guī)范將關(guān)于模塊外殼2a的溫度的上限設(shè)定在80攝氏(C)度且將關(guān)于IU盒內(nèi)部的空氣的溫度的上限設(shè)定在70°C。熱耗散裝置3經(jīng)設(shè)計而以允許滿足這些限制的方式來耗散熱。
[0007]CXP模塊2的激光二極管對溫度的增加非常敏感。一般來說，為了在不犧牲性能的情況下增加激光二極管的速度，需要降低所述激光二極管的操作溫度。將允許模塊2的激光二極管的數(shù)據(jù)速率顯著增加而不使其性能降級的一種解決方案將為顯著增加熱耗散裝置3的大小。然而，由于熱耗散裝置3已為相對大的，因此進一步增加其大小出于多種原因而并非是合意的解決方案。舉例來說，增加熱耗散裝置3的大小可減小模塊安裝密度并增加成本。
[0008]因此，需要提供經(jīng)改善的熱耗散解決方案且在空間利用方面為高效的方法及系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對供在光學(xué)通信模塊中使用的用于耗散熱的方法及系統(tǒng)。一種并入有熱耗散系統(tǒng)及方法的光學(xué)通信模塊包括模塊外殼、至少第一電子組合件(ESA)、至少第一熱耗散界面、至少第一熱耗散裝置及至少第二熱耗散裝置。所述模塊外殼包括前外殼部分及后外殼部分，使得如果將所述光學(xué)通信模塊插入到形成于前面板中的容座中，那么所述前外殼部分安置于所述前面板的前面且所述后外殼部分安置到所述前面板的后面。所述ESA包含至少第一電路板、安裝于所述第一電路板上的至少第一 IC及安裝于所述第一電路板上的至少第一激光二極管陣列。所述熱耗散界面機械耦合到所述后外殼部分及至少所述第一1C。所述第一熱耗散裝置機械耦合到所述后外殼部分且熱耦合到所述熱耗散界面。由所述第一 IC產(chǎn)生的熱的至少一部分經(jīng)由所述第一熱耗散裝置與所述熱耗散界面之間的所述熱耦合而熱耦合到所述第一熱耗散裝置中。所述第二熱耗散裝置機械耦合到所述前外殼部分且熱耦合到所述至少第一激光二極管陣列。由所述激光二極管產(chǎn)生的熱的至少一部分經(jīng)由所述第二熱耗散裝置與所述第一激光二極管陣列之間的所述熱耦合而熱耦合到所述第二熱耗散裝置中。
[0010]所述方法包括:
[0011]提供光學(xué)通信模塊，所述光學(xué)通信模塊包括:模塊外殼，在所述模塊外殼中安置有至少第一 ESA ;至少第一熱耗散裝置，其機械耦合到所述模塊外殼的后外殼部分且熱耦合到安置于所述后外殼部分上的熱耗散界面；及至少第二熱耗散裝置，其機械耦合到所述模塊外殼的前外殼部分；
[0012]借助所述第一熱耗散裝置經(jīng)由所述第一熱耗散裝置與所述熱耗散界面之間的所述熱耦合耗散由所述第一 ESA的至少第一 IC產(chǎn)生的熱的至少一部分；及
[0013]借助所述第二熱耗散裝置經(jīng)由所述第二熱耗散裝置與所述第一激光二極管陣列之間的所述熱耦合耗散由所述激光二極管產(chǎn)生的熱的至少一部分。
[0014]依據(jù)以下描述、圖式及權(quán)利要求書，本發(fā)明的這些及其它特征及優(yōu)點將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1圖解說明通常稱為CXP模塊的已知并行光學(xué)通信模塊及緊固到模塊外殼的熱耗散裝置的透視圖。
[0016]圖2圖解說明根據(jù)說明性實施例的高性能CXP模塊的透視圖，其具有前外殼部分及后外殼部分、安置于后外殼部分上的熱耗散界面及安置于前外殼部分中的熱耗散裝置。
[0017]圖3圖解說明圖2中所展示的CXP模塊插入到形成于IU盒的前面板中的容座中的橫截面透視圖。
[0018]圖4圖解說明圖2中所展示的CXP模塊的一部分的俯視透視圖，其中已移除CXP模塊外殼以展露CXP模塊的內(nèi)部特征，包含第一電路板、塑料蓋、安裝于第一電路板上且突出穿過形成于塑料蓋中的相應(yīng)開口的第一熱耗散塊及第二熱耗散塊以及與形成于塑料蓋中的容座配合的光學(xué)連接器。
[0019]圖5圖解說明圖4中所展示的CXP模塊的一部分的俯視透視圖，其中已移除塑料蓋及光學(xué)連接器以展露CXP模塊的其它組件，包含第一電路板的部分、第一熱耗散塊及第二熱耗散塊、第一 IC及第二 IC以及VCSEL陣列。
[0020]圖6圖解說明圖5中所展示的第一電路板的部分的俯視平面圖，其中已移除IC及VCSEL陣列以展露形成于第一電路板的上表面上的經(jīng)圖案化熱耗散層。
[0021]圖7圖解說明圖6中所展示的第一電路板的部分的俯視平面圖，其中IC及VCSEL陣列安裝于經(jīng)圖案化熱耗散層的特定部分上。
[0022]圖8A及SB分別圖解說明圖2及3中所展示的CXP模塊的熱耗散界面及熱耗散裝置的前透視圖及后透視圖。
[0023]圖9圖解說明后外殼部分的后透視圖，其展示熱耗散界面及其提供的熱路徑的配置。
【具體實施方式】
[0024]根據(jù)本發(fā)明，提供一種適合供在圖1中所展示的類型的CXP模塊中使用但不限于在所述CXP模塊中使用的熱耗散解決方案。所述熱耗散解決方案允許在不必增加熱耗散裝置3的大小的情況下顯著改善CXP模塊的性能且可允許減小熱耗散裝置3的大小。所述熱耗散解決方案將與激光二極管相關(guān)聯(lián)的熱耗散路徑和與模塊的例如激光二極管驅(qū)動器IC及接收器IC等其它熱產(chǎn)生組件相關(guān)聯(lián)的熱耗散路徑熱解耦。解耦這些熱耗散路徑允許在激光二極管以較高速度操作時將所述激光二極管的溫度保持為較冷，同時在需要或必要的情況下允許其它組件的溫度運行到較熱。
[0025]根據(jù)本文中所描述的實施例，IU盒內(nèi)部的熱耗散裝置3僅耗散與模塊的IC及其它電組件相關(guān)聯(lián)的熱。熱耗散裝置3并不用于耗散由激光二極管產(chǎn)生的熱。在IU盒外部的單獨熱耗散裝置用于耗散由激光二極管產(chǎn)生的熱。兩個熱耗散裝置彼此熱解耦。下文將參考各圖來描述本發(fā)明的熱耗散解決方案的說明性或示范性實施例。
[0026]本發(fā)明的目標之一是提供一種在不必增加熱耗散裝置3的大小的情況下具有非常高的性能的CXP模塊。說明性實施例的高性能CXP模塊利用以高速度(例如，20到25千兆位每秒(Gbps))操作的垂直腔表面發(fā)射激光二極管(VCSEL),但本發(fā)明關(guān)于在模塊中使用的激光二極管的類型或關(guān)于激光二極管的速度并不受限制。盡管由VCSEL產(chǎn)生的熱功率僅為總熱負載的一小部分且為相對恒定的，但由IC產(chǎn)生的熱功率隨著位速率增加而大大地增加。舉例來說，對于在高性能CXP模塊中接收的高速度數(shù)據(jù)，IC中的一者或一者以上將通常包含用于恢復(fù)時鐘及數(shù)據(jù)位的CDR電路。CDR電路一般消耗并耗散相對大量的功率。相比于圖1中所展示的已知CXP模塊2 (其針對組合的VCSEL與IC消耗大約2瓦特到3瓦特的功率)，說明性實施例的高性能CXP模塊通常針對組合的VCSEL與IC消耗大約4瓦特到9瓦特的功率。在所耗散的4瓦特到9瓦特的總功率中，VCSEL僅造成大約10%(即，0.4瓦特到0.9瓦特)。
[0027]因此，假定在說明性實施例的高性能CXP模塊中使用圖1中所展示的熱耗散裝置3，則熱耗散裝置3應(yīng)能夠耗散從大約3.6瓦特到大約8.1瓦特之間的任何值。還如上文所指示，現(xiàn)有的CXP標準將CXP模塊外殼2a的最大溫度設(shè)定為80°C且將Ul盒內(nèi)部的周圍空氣的最大溫度設(shè)定為70°C，此對應(yīng)于10°C的溫度差。然而，IC能夠在高達大約125°C的溫度下令人滿意地操作。由于IC能夠在較高操作溫度下令人滿意地操作，因此根據(jù)一個說明性實施例，允許CXP模塊外殼2a的溫度增加到90°C，此對應(yīng)于盒內(nèi)部的空氣的溫度(70°C )與模塊外殼2a的溫度之間的為20°C的溫度差。因此，所述溫度差現(xiàn)在已從10°C加倍到20°C。此溫度差的加倍意味著熱耗散裝置3現(xiàn)在可在不必增加大小的情況下吸收兩倍多的熱。
[0028]另一方面，能夠以較高速度操作的VCSEL通常僅可在較低溫度下如此操作。在圖1中所展示的已知CXP模塊2中，激光二極管以較低速度操作且因此被允許在大致90°C的溫度下操作。然而，為了使高性能CXP模塊的VCSEL在不遭受性能降級的情況下以較高數(shù)據(jù)速率(例如，20Gbps到25Gbps)操作，已確定應(yīng)使其維持在大約70°C的溫度下。CXP標準將IU盒前面的環(huán)境空氣的最大溫度限制于55°C。根據(jù)說明性實施例，用于耗散由VCSEL產(chǎn)生的熱的熱耗散裝置安置于模塊外殼的位于盒的前側(cè)上的部分上使得其由盒前面的環(huán)境空氣冷卻。此熱耗散裝置經(jīng)設(shè)計以確保其充分地耗散由VCSEL產(chǎn)生的熱，使得其操作溫度不超過大約70°C?，F(xiàn)在將參考圖2到9來描述此熱耗散裝置的配置以及IC及VCSEL的熱耗散路徑熱解耦的方式的說明性實施例，在所述圖中相似參考編號表示相似組件、元件或特征。
[0029]圖2圖解說明根據(jù)說明性實施例的高性能CXP模塊100的透視圖，其具有分別地前外殼部分101及后外殼部分102、安置于后外殼部分102上的熱耗散界面103及安置于前外殼部分101中的熱耗散裝置110。圖3圖解說明圖2中所展示的CXP模塊100插入到形成于IU盒123的前面板122中的容座121中的橫截面透視圖，出于清晰的目的，圖3中展示IU盒123的僅一部分。在圖3的橫截面圖中，可看出模塊100的分別地第一電路板104a及第二電路板104b的部分以及熱耗散界面103及熱耗散裝置110的部分。
[0030]圖4圖解說明圖2中所展示的CXP模塊100的一部分的俯視透視圖，其中已移除CXP模塊外殼101/102以展露CXP模塊100的內(nèi)部特征，包含第一電路板104a、塑料蓋105、分別安裝于第一電路板104a上且突出穿過形成于塑料蓋105中的相應(yīng)開口的第一熱耗散塊106及第二熱耗散塊107以及與形成于塑料蓋105中的容座配合的光學(xué)連接器108。圖5圖解說明圖4中所展示的CXP模塊100的一部分的俯視透視圖，其中已移除塑料蓋105及光學(xué)連接器108以展露CXP模塊100的其它組件，包含第一電路板104a的部分、第一熱耗散塊106及第二熱耗散塊107、分別地第一 IClll及第二 IC112以及VCSEL陣列113。塑料蓋105(圖4)具有形成于其中的光學(xué)器件系統(tǒng)(未展示)以用于將從固持在光學(xué)連接器108 (圖4)中的光纖109 (圖4)的端傳出的光學(xué)信號光學(xué)耦合到VCSEL陣列113的相應(yīng)VCSEL 上。
[0031]圖6圖解說明圖5中所展示的第一電路板104a的部分的俯視平面圖，其中已移除IClll及112以及VCSEL陣列113以展露形成于第一電路板104a的上表面上的經(jīng)圖案化導(dǎo)熱熱耗散層115。圖7圖解說明圖6中所展示的第一電路板104s的部分的俯視平面圖，其中IClll及112以及VCSEL陣列113安裝于經(jīng)圖案化熱耗散層115的特定部分上。
[0032]圖8A及8B分別圖解說明圖2及3中所展示的CXP模塊100的熱耗散界面103及熱耗散裝置110的前透視圖及后透視圖。圖9圖解說明后外殼部分102的后透視圖，其展示熱耗散界面103及其提供的熱路徑的配置。現(xiàn)在將參考圖2到9來描述高性能CXP模塊100及其中所采用的經(jīng)改善熱耗散解決方案。
[0033]首先參考圖3，CXP模塊100具有在CXP模塊100插入到形成于IU盒123的前面板122中的容座121中時分別安置于前面板122的前面及安置到其后部的前模塊部分IOOa及后模塊部分100b。前模塊部分IOOa包含前外殼部分101及CXP模塊100的裝納于前外殼部分101中的組件，包含其上安裝各種組件(出于清晰的目的而未展示)的第一電路板104a及第二電路板104b的前部分。后模塊部分IOOb包含后外殼部分102及CXP模塊100的裝納于后外殼部分102中的組件，包含第一電路板104a及第二電路板104b以及安裝于其上的各種組件的后部分。前外殼部分101及后外殼部分102通常整體地形成于單個外殼中，但其可為彼此機械耦合的單獨部分。根據(jù)此說明性實施例，舉例來說，前外殼部分101及后外殼部分102由熱絕緣材料(例如塑料)制成。
[0034]熱耗散界面103安置于后外殼部分102上及其中(圖2)。舉例來說，熱耗散界面103由高導(dǎo)熱率的材料(例如銅)制成且與熱耗散裝置3機械及熱耦合(圖3)。如下文將更詳細地描述，由模塊100的IC(圖5)而非由VCSEL陣列113(圖5)產(chǎn)生的熱經(jīng)由界面103轉(zhuǎn)移到其中耗散熱的熱耗散裝置3。
[0035]熱耗散裝置110在固定的預(yù)定位置中緊固到前外殼部分101(圖2及3)。如圖3中所展示，當CXP模塊100插入到容座121中時，熱耗散裝置110安置于前面板122的前側(cè)上。如下文將更詳細地描述，由陣列113(圖5)的VCSEL產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)移到熱耗散裝置110，熱耗散裝置110由在面板122的前側(cè)上環(huán)繞熱耗散裝置110的空氣冷卻。將熱轉(zhuǎn)移到熱耗散裝置3及110所沿著的熱路徑彼此熱解耦，如下文將更詳細地描述。
[0036]參考圖6 (其展示經(jīng)圖案化熱耗散層115，其中已移除IClll、112及VCSEL113)，經(jīng)圖案化熱耗散層115的一部分115a用于耗散由VCSEL陣列113(圖5及7)產(chǎn)生的熱。舉例來說，熱耗散層115由高導(dǎo)熱率的材料(例如銅)制成。熱耗散層115的部分115b(圖6)充當用于將VCSEL陣列113(圖5及7)放置于電路板104上的熱耗散墊。由VCSEL陣列113產(chǎn)生的熱首先向下轉(zhuǎn)移到熱耗散層115的部分115b (圖6)中且接著沿著由箭頭116 (圖6)表示的熱路徑行進到熱耗散層115的部分115a(圖6及7)中。舉例來說，熱耗散塊106(圖5)安裝于部分115a上，使得流動到部分115a中的熱接著流動到由高導(dǎo)熱率的材料(例如銅)制成的熱耗散塊106中。流動到熱耗散塊106中的熱最終通過下文將詳細描述的熱路徑轉(zhuǎn)移到熱耗散裝置110 (圖2及3)中。
[0037]熱耗散層115的部分115c (圖6及7)用于耗散由IClll及112產(chǎn)生的熱。根據(jù)此說明性實施例，IClll及112 (圖5及7)包含用于驅(qū)動陣列113的VCSEL的VCSEL驅(qū)動器電路及用于對在CXP模塊100的接收信道中接收的信號執(zhí)行時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)的CDR電路。熱耗散層115的部分115d及115e (圖6)充當用于將IClll及112(圖5及7)放置在第一電路板104a上的熱耗散墊。由IClll及112產(chǎn)生的熱首先向下轉(zhuǎn)移到熱耗散層115的部分115d及115e (圖6)中且接著分別沿著由箭頭117a及117b (圖6)表示的熱路徑行進到熱耗散層115的部分115c中。舉例來說，熱耗散塊107 (圖5)安裝于部分115c上，使得流動到部分115c中的熱接著流動到由高導(dǎo)熱率的材料(例如銅)制成的熱耗散塊107中。流動到熱耗散塊107中的熱通過下文將詳細描述的熱路徑轉(zhuǎn)移到熱耗散界面103(圖2及3)中。轉(zhuǎn)移到熱耗散界面103的熱最終經(jīng)由界面103轉(zhuǎn)移到熱耗散裝置3(圖3)中。
[0038]參考圖8A，可清晰地看出第一電路板104a、安裝于其上的組件與熱耗散裝置110之間的關(guān)系。出于清晰的目的，未展不第一模塊外殼部分101及第二模塊外殼部分102以及第二電路板104b以允許清晰地看出從熱耗散塊106到熱耗散裝置110的熱路徑。熱耗散裝置110由導(dǎo)熱材料制成。根據(jù)此說明性實施例，熱耗散裝置110為大體U形的，如水平部分IlOa以及由水平部分IlOa互連的垂直側(cè)部分IlOb及IlOc所界定。根據(jù)此說明性實施例，側(cè)部分IlOb及IlOc中的每一者折疊成U形側(cè)部分以增加在其上轉(zhuǎn)移熱的表面積的量。突片IlOd與熱耗散塊106直接接觸以提供供熱從熱耗散塊106流動到熱耗散裝置110中的熱路徑。
[0039]由于熱耗散裝置110安置于IU盒123的前面板122的前側(cè)上(圖3)，因此周圍空氣通常為大約55°C。熱耗散裝置110充分地耗散由VCSEL陣列113 (圖5)產(chǎn)生的熱，使得其操作溫度不超過大約70°C。此允許陣列113的VCSEL以較高速度(例如，20Gbps到25Gbps)操作。然而，由于熱耗散裝置110安置于面板122的前側(cè)上，因此其可由人類接近。因此，允許熱耗散裝置110變得如此熱以致其向人類呈現(xiàn)灼傷危險為不合意的。出于此原因，根據(jù)優(yōu)選實施例，熱耗散裝置110具有充足高的導(dǎo)熱率以將陣列113的VCSEL維持在大約70°C，但具有充足低的導(dǎo)熱率使得熱耗散裝置110不為人類呈現(xiàn)灼傷危險。換句話說，熱耗散裝置110優(yōu)選地經(jīng)設(shè)計及制造而具有足以實現(xiàn)這些目標兩者的有限導(dǎo)熱率。
[0040]一種用以實現(xiàn)這些目標兩者的方式是由不銹鋼制成熱耗散裝置110且接著用熱絕緣粉末涂料對其進行涂覆。成品熱耗散裝置110優(yōu)選地(但未必)在顏色上為黑色，因為黑色是在熱輻射方面最高效的顏色。通過使用覆蓋有熱絕緣粉末涂料的不銹鋼來代替(舉例來說)具有非常高的導(dǎo)熱率的銅，給熱耗散裝置110提供充足高的導(dǎo)熱率以將VCSEL陣列113維持在大約70°C，但提供充足低的導(dǎo)熱率以防止其成為灼傷危險。
[0041 ] 為了實現(xiàn)這些目標，熱耗散裝置110應(yīng)具有介于從大約2.0瓦特每米-開爾文(W/m-K)的最小值到大約50.0W/m-K的最大值的范圍內(nèi)的導(dǎo)熱率?？梢匀舾煞N方式給熱耗散裝置110提供此有限導(dǎo)熱率，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員鑒于本文中所提供的描述將理解。舉例來說，多種材料及處理可用于此目的，包含多種陶瓷材料。此外，熱耗散裝置110的各種部分可具有不同的導(dǎo)熱率。舉例來說，突片IlOd以及U形側(cè)IlOb及IlOc的內(nèi)部分可由具有高導(dǎo)熱率的材料(例如銅)制成，而水平部分IlOa以及U形側(cè)IlOb及IlOc的外部分可由具有較低導(dǎo)熱率的材料制成以便不呈現(xiàn)灼傷危險，例如覆蓋有熱絕緣粉末涂料的前述不銹鋼。此后一方法類似于給金屬煎鍋配備木質(zhì)把手。鑒于本文中所提供的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解如何配置熱耗散裝置110來實現(xiàn)這些目標。
[0042]參考圖8B，可清晰地看出從熱耗散塊107到熱耗散界面103的熱路徑。應(yīng)注意，熱耗散裝置110及熱耗散界面103不彼此物理接觸。換句話說，其彼此機械及熱隔離。舉例來說，熱耗散界面103由導(dǎo)熱材料且優(yōu)選地由高導(dǎo)熱率的材料(例如銅)制成。由于熱耗散界面103安置于前面板122后面，因此其一般無法由人類接近且因此并非是灼傷危險擔憂問題。
[0043]根據(jù)此說明性實施例，熱耗散界面103具有垂直側(cè)壁103a及103b、互連側(cè)壁103a及103b的大體水平部分103c以及借助側(cè)壁103a及103b中的一者互連的分別地第一突片103d、第二突片103e及第三突片103f。第一突片103d與第二熱耗散塊107接觸以使得轉(zhuǎn)移到第二熱耗散塊107中的熱能夠接著轉(zhuǎn)移到熱耗散界面103中。轉(zhuǎn)移到熱耗散界面103中的熱隨后轉(zhuǎn)移到熱耗散裝置3(圖3)中。
[0044]在圖9中，可看出第一電路板104a及第二電路板104b以及安裝于其上的組件。第一電路板104a及安裝于其上的組件(圖5及8A)包括CXP模塊100的發(fā)射器側(cè)的電子組合件(ESA)。第二電路板104b及安裝于其上的組件(圖9)包括CXP模塊100的接收器側(cè)的ESA。接收器側(cè)的ESA包含一個或一個以上接收器IC(出于清晰的目的而未展示)及光電二極管陣列130。接收器IC及光電二極管陣列130以IClll及112以及VCSEL陣列113安裝于圖7中所展示的經(jīng)圖案化熱耗散層115上的相同方式安裝于經(jīng)圖案化熱耗散層131上。第三熱耗散塊132及第四熱耗散塊133以第一熱耗散塊106及第二熱耗散塊107分別安裝于經(jīng)圖案化熱耗散層115上的相同方式分別安裝于經(jīng)圖案化熱耗散層131上，如上文參考圖7所描述。可等同于光學(xué)連接器108 (圖4)的光學(xué)連接器138與形成于可等同于塑料蓋105 (圖4)的塑料蓋139中的容座配合。
[0045]第三熱耗散塊132及第四熱耗散塊133分別與熱耗散界面103的第二突片103e及第三突片103f接觸，如圖9中所展示。由接收器ESA的IC(未展示)產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)移到第三熱耗散塊132中且接著經(jīng)由第二突片103e轉(zhuǎn)移到熱耗散界面103的其它部分中。由接收器ESA的光電二極管陣列130產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)移到第四熱耗散塊133中且接著經(jīng)由第三突片103f轉(zhuǎn)移到熱耗散界面103的其它部分中。如上文所指示，轉(zhuǎn)移到熱耗散界面103中的熱隨后轉(zhuǎn)移到熱耗散裝置3 (圖3)中。
[0046]應(yīng)注意，已出于描述本發(fā)明的原理及概念的目的而參考說明性實施例描述了高性能CXP模塊100?？稍诓槐畴x本發(fā)明的情況下對CXP模塊100做出許多變化。舉例來說，發(fā)射器ESA及接收器ESA可具有多種配置同時仍實現(xiàn)本發(fā)明的目標，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員鑒于本文中所提供的描述將理解。同樣地，熱耗散界面103及熱耗散裝置110可具有多種配置同時仍實現(xiàn)本發(fā)明的目標，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員鑒于本文中所提供的描述將理解。
[0047]此外，雖然已參考在CXP模塊中的使用描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于在CXP模塊中使用，而是可在其中需要實現(xiàn)與本文中所描述的目標相同或類似的目標的任何類型的光學(xué)通信模塊中使用。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員鑒于本文中所提供的描述將理解，可對本文中所描述的實施例做出許多額外修改，同時仍實現(xiàn)本發(fā)明的目標，且所有此些修改均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)通信模塊，其包括: 模塊外殼，其包括前外殼部分及后外殼部分，其中如果將所述光學(xué)通信模塊插入到形成于前面板中的容座中，那么所述前外殼部分安置于所述前面板的前面且所述后外殼部分安置到所述前面板的后面； 至少第一電子組合件ESA，其安置于所述模塊外殼中，所述ESA包含至少第一電路板、安裝于所述第一電路板上的至少第一集成電路IC及安裝于所述第一電路板上的至少第一激光二極管陣列； 熱耗散界面，其機械耦合到所述后外殼部分及所述至少第一 IC ； 至少第一熱耗散裝置，其機械耦合到所述后外殼部分且熱耦合到所述熱耗散界面，其中由所述至少第一 IC產(chǎn)生的熱的至少一部分經(jīng)由所述第一熱耗散裝置與所述熱耗散界面之間的所述熱耦合而熱耦合到所述第一熱耗散裝置中；以及 至少第二熱耗散裝置，其機械耦合到所述前外殼部分且熱耦合到所述至少第一激光二極管陣列，其中由所述激光二極管產(chǎn)生的熱的至少一部分經(jīng)由所述第二熱耗散裝置與所述第一激光二極管陣列之間的所述熱耦合而熱耦合到所述第二熱耗散裝置中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信模塊，其進一步包括: 至少第二 ESA，其安置于所述模塊外殼中，所述第二 ESA包含至少第二電路板、安裝于所述第二電路板上的至少第二 IC及安裝于所述第二電路板上的至少第一光電二極管陣列，且其中所述熱耗散界面還熱耦合到所述至少第二 IC及所述至少第一光電二極管陣列，使得由所述第二 IC 及所述光電二極管產(chǎn)生的熱的至少一部分經(jīng)由所述第一熱耗散裝置與所述熱耗散界面之間的所述熱耦合而熱耦合到所述第一熱耗散裝置中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信模塊，其中所述第二熱耗散裝置具有介于從大約2.0瓦特每米-開爾文W/m-K到大約50.0ff/m-K的最大值的范圍內(nèi)的導(dǎo)熱率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)通信模塊，其中所述第二熱耗散裝置由不銹鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)通信模塊，其中所述不銹鋼涂覆有熱絕緣粉末涂料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)通信模塊，其中所述第二熱耗散裝置由陶瓷材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信模塊，其中所述熱耗散界面與所述第二熱耗散裝置彼此熱解耦。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信模塊，其中所述模塊外殼至少在所述熱耗散界面及所述第二熱耗散裝置分別機械耦合到所述后外殼部分及前外殼部分的位置處包括熱絕緣材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)通信模塊，其中所述熱絕緣材料為塑料。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)通信模塊，其中所述熱絕緣材料為陶瓷。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)通信模塊，其中所述光學(xué)通信模塊為CXP模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)通信模塊，其中所述第一激光二極管陣列包括至少十二個激光二極管，且其中每一激光二極管以至少20千兆位每秒Gbps的速度操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)通信模塊，其中所述第二熱耗散裝置耗散足夠的熱以將所述激光二極管維持在大約70攝氏度。C的溫度。
14.一種用于耗散光學(xué)通信模塊中的熱的方法，所述方法包括: 提供光學(xué)通信模塊，所述光學(xué)通信模塊包括模塊外殼，在所述模塊外殼中安置有至少第一電子組合件ESA，所述模塊外殼包括前外殼部分及后外殼部分，所述第一 ESA包含至少第一電路板、安裝于所述第一電路板上的至少第一集成電路IC及安裝于所述第一電路板上的至少第一激光二極管陣列，其中所述后外殼部分包含熱耗散界面，所述熱耗散界面熱耦合到至少所述第一 IC及第一熱耗散裝置，所述第一熱耗散裝置機械耦合到所述后外殼部分，且其中所述前外殼部分具有機械耦合到其的至少第二熱耗散裝置，所述至少第二熱耗散裝置熱耦合到所述至少第一激光二極管陣列，且其中將所述光學(xué)通信模塊插入到形成于前面板中的容座中，使得所述前外殼部分安置于所述前面板的前面且所述后外殼部分安置到所述前面板的后面； 借助所述第一熱耗散裝置經(jīng)由所述第一熱耗散裝置與所述熱耗散界面之間的所述熱耦合耗散由所述至少第一 IC產(chǎn)生的熱的至少一部分；以及 借助所述第二熱耗散裝置經(jīng)由所述第二熱耗散裝置與所述第一激光二極管陣列之間的所述熱耦合耗散由所述激光二極管產(chǎn)生的熱的至少一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將至少第二ESA安置于所述模塊外殼中，所述第二 ESA包含至少第二電路板、安裝于所述第二電路板上的至少第二 IC及安裝于所述第二電路板上的至少第一光電二極管陣列，且其中所述熱耗散界面還熱耦合到所述至少第二 IC及所述至少第一光電二極管陣列，所述方法進一步包括: 借助所述第一熱耗散裝置經(jīng)由所述第一熱耗散裝置與所述熱耗散界面之間的所述熱耦合耗散由所述第二 IC及所述光電二極管產(chǎn)生的熱的至少一部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二熱耗散裝置具有介于從大約2.0瓦特每米-開爾文W/m-K到大約50.0ff/m-K的最大值的范圍內(nèi)的導(dǎo)熱率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二熱耗散裝置由不銹鋼制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述不銹鋼涂覆有熱絕緣粉末涂料。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二熱耗散裝置由陶瓷材料制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述熱耗散界面與所述第二熱耗散裝置彼此熱解耦。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述模塊外殼至少在所述熱耗散界面及所述第二熱耗散裝置分別機械耦合到所述后外殼部分及前外殼部分的位置處包括熱絕緣材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述熱絕緣材料為塑料。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述熱絕緣材料為陶瓷。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述光學(xué)通信模塊為CXP模塊。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一激光二極管陣列包括至少十二個激光二極管，且其中每一激光二極管以至少20千兆位每秒Gbps的速度操作。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第二熱耗散裝置耗散足夠的熱以將所述激光二極管維持在大約70攝氏度1:的溫度。
【文檔編號】G02B6/42GK103837947SQ201310611918
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月26日
【發(fā)明者】勞倫斯·R·麥科洛克, 戴維·J·K·梅多克羅夫特, 陳星權(quán) 申請人:安華高科技通用Ip(新加坡)公司