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CN108603989A - 光组件封装结构、光组件、光模块及相关装置和系统 - Google Patents

光组件封装结构、光组件、光模块及相关装置和系统 Download PDF

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CN108603989A
CN108603989A CN201680081837.0A CN201680081837A CN108603989A CN 108603989 A CN108603989 A CN 108603989A CN 201680081837 A CN201680081837 A CN 201680081837A CN 108603989 A CN108603989 A CN 108603989A
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optical
optical assembly
pedestal
heat sink
mounting surface
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文玥
徐之光
杨素林
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Huawei Technologies Co Ltd
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Abstract

一种光组件封装结构(400)、光组件、光模块(200)及相关设备和系统，光组件封装结构(400)包括基座(10)、密封罩(30)及制冷器(20)，所述基座(10)包括安装面(11)及与所述安装面(11)朝向相反的背面(12)，所述制冷器(20)包括制冷板(21)、与所述制冷板(21)相对设置的散热板(22)及连接所述制冷板(21)与所述散热板(22)的导接体(23)，所述制冷板(21)包括制冷面(211)，所述制冷器(20)部分嵌设于所述基座(10)内，所述制冷板(21)与所述安装面(11)朝向相同，所述密封罩(30)罩设于所述安装面(11)上并与安装面(11)形成密封腔体，所述制冷面(211)位于所述密封腔体内，所述散热板(22)凸出所述背面(12)并与所述基座(10)密封连接。

Description

光组件封装结构、光组件、光模块及相关装置和系统 技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光组件封装结构、光组件、光模块及相关装置和系统。
背景技术
在光通信系统中，光模块主要用来实现光电、电光转换，即把发送的数据信号转换成光信号并通过光纤发送给对端，及从光纤接收对端发送的光信号并把光信号转换成电信号之后，从电信号中恢复接收数据。
目前，光组件以XMD(Miniature Device，小型器件)和TO-CAN(Transistor-Outline Can,同轴型封装)两种封装方式为主。如果需要保证光发射机的发射波长精确，光发射机需要有制冷功能。现有方案中TEC(Thermoelectric Cooler，半导体制冷器)均封装于壳(TO-CAN或者XMD)内部，大多是放置于所述光组件的管座上方，但由于TEC的原理是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的，即当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。当前已有的典型设计中，TEC均放置于封装壳(TO-CAN或者XMD)内部，即TEC的吸热和放热现象存在于同一个环境中，放热现象导致封装壳及壳体内部温度升高，这就增加TEC的制冷负担，即增加TEC功耗并影响光发射器的精度。
发明内容
本发明实施例提供一种光组件封装结构及光组件，解决现有的光组件散热功耗大的技术问题。
本发明还提供一种光模块及相关装置和系统。
本发明所述的光组件封装结构包括基座、密封罩及制冷器，所述基座包括安装面及与所述安装面朝向相反的背面，所述制冷器包括制冷板、与所述制冷板相对设置的散热板及连接所述制冷板与所述散热板之间的导接体，所述制冷板包括制冷面，所述制冷器部分嵌设于所述基座内，所述制冷板与所述安装面 朝向相同，所述密封罩罩设于所述安装面上并与安装面形成密封腔体，所述制冷面位于所述密封腔体内，所述散热板凸出所述背面并与所述基座密封连接。所述的光组件封装结构通过将制冷器与基座一体化，使所述制冷板和散热板置于两个不同空间，避免了传统方案中制冷器的吸热和放热均存在于同一个密封环境中而导致封装结构的腔体内温度升高，避免增加制冷器的的制冷负担并可有效降低制冷器的功耗。
其中，所述制冷器为半导体制冷器。主要利用半导体材料的珀尔帖效应制成的，即当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象，进而实现实现热量传导。
其中，本发明所述基座包括安装通槽，所述安装通槽开设于所述安装面上并贯穿所述背面，所述制冷器部分收容于所述安装通槽内。此结构可直接将所述制冷器从背面装入所述基座上，便于安装且制作工艺简单。
其中，所述制冷板的面积小于所述散热板的面积。增加外界与散热板的接触面积，有利于散热板的快速散热。
其中，所述密封罩的外表面上涂设有隔热层。所述隔热层防止外界的热量从密封罩进入腔体，进而可以减小制冷器的功耗。
其中，所述散热板包括周侧面，所述周侧面与所述安装通槽通过焊接或者粘贴方式密封连接。其中焊接材料为锡金但不限于锡金。所述散热板与所述安装通槽的密封是为了腔体可以与外界隔绝，避免外界因素影响所述腔体的性能。
其中，所述基座上还设有数个导接插针，所述导接插针用于光组件封装结构的走线设置。其它实施方式中，所述基座上还设有贯穿所述安装面与背面的陶瓷导接体。所述导接插针用于信号传输及走线的设置。
本发明还提供一种光组件，所述光组件包括所述光组件封装结构及光发射元件，所述光发射元件装设于所述基座上的所述制冷面上。所述光组件为可以应用本发明所述的光组件封装结构的任意一种。所述制冷板和散热板置于两个不同空间，可以有效对光组件密封腔体内的热量进行疏导散热，避免了传统方案中光组件的腔体内温度升高而增加制冷器的电流，进而避免影响光发射元件发射波长的精准度，并且可有效降低制冷器的功耗。
本发明还提供一种光模块，所述光模块包括外壳、电路板及所述光组件，所述光组件与所述电路板收容于所述外壳内，并且所述光组件与所述电路板电 性连接。其中，所述外壳内部还设有导热体，所述导热体与所述光组件的基座上的散热板的外表面贴合，增大散热面积，并可以辅助所述散热板有效传递热量到外壳，进而提高散热效率。
本发明还涉及一种无源光网系统，所述无源光网系统包括光线路终端、光分配网络及至少一个光网络单元，所述光线路终端与至少一个所述光网络单元耦合于所述光分配网络。其中，所述光线路终端可以为上述的具有光模块所述的光线路终端，和/或者，所述光网络单元为上述的具有光模块的所述的光网络单元。
本发明的光组件的光发射元件直接装于制冷器的制冷面上，基座的散热板位于腔体外，所述制冷板和散热板置于两个不同空间，可以有效对墙体内的热量进行疏导散热，避免了传统方案中制冷器的吸热和放热均存在于同一个密封环境中而导致封装结构的腔体内温度升高，可有效降低制冷器的功耗，并且避免影响光发射元件的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的光组件封装结构的基座与制冷器的分解示意图。
图2是图1所示的光组件封装结构基座与制冷器的组装示意图。
图3是图2所示的光组件封装结构另一角度示意图。
图4是本发明的光组件封装结构包括密封罩的组装结构示意图。
图5是本发明的光模块结构示意图，其中包括了使用图4所述的光组件密封结构的光组件。
图6是本发明图5所示的光组件的导接插针另一种实施例的光模块结构示意图。
图7为本发明具有所述光模块的无源光网系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种光组件封装结构、光模块及相关设备和系统，光组件封装结构作为所述光模块的封装结构。所述光模块为应用于无源光网络系统的光线路终端和/或光网络单元上，以实现光电或电光之间的转换。其中，无源光网络(PON，Passive Optical Network)技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术。在PON中，下行一般采用广播的方式，上行一般采用时分多址方式，可灵活地组成树型、星型、总线型等拓朴结构。
请参阅图1至图3，本发明实施例所述光组件封装结构包括基座10、制冷器20及密封罩30。所述基座10包括安装面11及与所述安装面11朝向相反的背面12。所述制冷器20包括制冷板21、与制冷板21平行相对设置的散热板22及连接所述制冷板21与所述散热板22之间的导接体23。所述制冷板21包括制冷面211。所述制冷器20部分嵌设于所述基座10内，所述散热板22凸出所述背面12并且所述散热板22与所述基座10密封连接。所述制冷板21与所述安装面11朝向相同。请参阅图4，所述密封罩30罩设于所述安装面11上并与安装面11围成密封腔体。本实施例中所述密封罩30为中空的罩体，其中，所述制冷面收容于所述密封腔体内，用于安装光发射元件，如激光器。
其中，所述基座10为圆饼形块体。所述基座10可以膜内成型并于将所述制冷器20通过嵌设技术部分嵌设于所述基座10内。为避免成型时破坏制冷器20可以在制冷器20的导接体外侧围设保护层，使导接体封于保护层、制冷板21及散热板22之间。所述制冷器20也可以通过其它方式设置于所述基座10内。
如图1所示，本实施例中，以所述制冷器20与所述基座10作为成品后进行组装密封。所述基座10包括安装通槽13，所述安装通槽13开设于所述安装面11上并贯穿所述背面12，所述制冷器20收容于所述安装通槽13内，并且所述散热板与所述安装通槽13之间密封连接。具体的，所述安装通槽13位矩形通槽并贯穿基座10的中部，所述制冷器20由背面12插入所述安装通槽13内，并且所述散热板22凸出所述背面12，以便有效散热。所述制冷板21位于基座10设有安装面11的一侧，所述制冷面211可以高出所述安装面 11，也就是说所述制冷板21可以凸出所述安装面11.所述制冷面211也可以与所述安装面11平齐或者位于所述安装通槽13内低于所述安装面11，只要与安装面11均露于外界不被阻挡即可，所述制冷面211用于安装光发射元件(图未示)，可以将光发射元件的热量及时有效的通过散热板22向外界散热。
请参阅图4，进一步的，所述密封罩30的外表面上涂设有隔热层(图未示)，所述隔热层为热胶或其它热传导系数低的介质，目的是防止外界的热量从密封罩进入腔体，进而可以减小制冷器的功耗。
本发明所述的光组件封装结构通过将制冷器20的制冷板21放于腔体，而将散热板22漏出腔体设于基座外侧，将制冷器与基座一体化，使所述制冷板21和散热板22置于两个不同空间，避免了传统方案中制冷器的吸热和放热均存在于同一个密封环境中而导致封装结构的腔体内温度升高，避免增加制冷器的的制冷负担并可有效降低制冷器20的功耗。
如图1所示，本实施例中，所述制冷器20位半导体制冷器。所述散热板22的面积较大以增加散热板与外界的接触面积，有利于散热板的快速散热。所述导接体23为多少平行的柱体，所述导接体连接所述制冷板21与所述散热板22之间，所述制冷板21与散热板22平行相对设置。所述制冷面211位背离所述散热板22及导接体23的表面。相应的，当所述制冷器20从背面12插入所述安装通槽后，所述散热板22可以完全遮蔽所述安装通槽13位于背面12的槽口，或者恰好可以装于所述槽口内。
进一步的，所述散热板22的周侧面与所述安装通槽13的连接处通过金锡焊接或者粘贴方式密封连接。当所述所述散热板22可以恰好可以装于所述槽口内时，所述散热板22有部分位或者恰好漏出安装通槽13，当所述散热板22可以完全遮蔽所述安装通槽13位于背面12的槽口时，所述散热板22朝向所述制冷板21的表面周缘与所述槽口周缘的背面12进行密封连接。所述散热板22与所述安装通槽13的密封是为了基座10与密封罩30形成的腔体可以与外界隔绝，避免外界因素影响所述腔体的性能。
进一步的，所述基座10上还设有数个导接插针15，所述导接插针15用于光组件封装结构的走线设置。所述导接插针15用于与光模块中的电路板进行电性连接。在其它实施方式中，所述基座10是通过贯穿所述安装面11与背面12的陶瓷导接体15(参阅图6)进行信号传输及走线设置的。
本发明还提供一种光组件400，所述光组件400包括所述光组件封装结构400(如图4所示)及光发射元件(图未示)，所述光发射元件装设于所述基座10上的所述制冷面211上。具体的，本发明所述的光组件以单纤单向光组件为例，所述光发射元件为激光器，其装设于所述密封罩30与基座10形成的腔体内，其中与光发射元件40相对设置有光接收器。所述光组件也可以是现有技术中其它形式，只要可以应用本发明所述的光组件封装结构。本发明所述的光组件的光发射元件直接装于制冷器20的制冷面211上，而散热板22位于腔体外，所述制冷板21和散热板22置于两个不同空间，可以有效对墙体内的热量进行疏导散热，避免了传统方案中光组件的腔体内温度升高而增加制冷器的电流，进而避免影响光发射元件发射波长的精准度，可有效降低制冷器20的功耗。可以理解，所述光组件400还可以包括光接收器，构成可以接收集发射的收发性能光组件。
请参阅图5、及图6，本发明还提供一种光模块200及应用所述光模块200的无源光网系统。所述光模块200主要用来实现光电、电光转换，即把发送的数据信号转换成光信号并通过光纤发送给对端，及从光纤接收对端发送的光信号并把光信号转换成电信号之后，从电信号中恢复接收数据，所述光模块200是集成有光信号收发与光电转换功能以及OTDR测试功能的可插拔光模块。所述光模块200包括外壳220、电路板230及所述光组件400，所述光组件400与所述电路板230收容于所述外壳220内，并且所述光组件400与所述电路板230电性连接。图5所述的光模块与图6所述的光模块不同之处在于光组件与电路板连接时通过导接插针15或陶瓷导接体15两种方式连接。所述光模块200应用的所述光组件可以使收发光性能的光组件或者是发射性能的光组件等，再此不做限定。
进一步的，所述外壳220内部还设有导热体240，所述导热体240与所述光组件400的基座10上的散热板22贴合，由于散热板设于所述光组件的密封腔体之外，居于足够的空间增加散热板面积，进而增加散热板与导热体接触面积，加快散热，导热体可以辅助所述散热板22有效传递热量到外壳，进而提高散热效率。
如图7所示，其为本申请提供的光模块200可以适用的无源光网络(PON)系统的网络架构示意图。所述无源光网络系统100包括至光线路终端(OLT， Optical Line Terminal)110、多个光网络单元(ONU，Optical Network Unit)120和一个光分配网络(ODN，Optical Distribution Network)130。每一所述光线路终端110通过所述光分配网络130以点到多点的形式连接到所述多个光网络单元120。所述光线路终端110和所述光网络单元120之间可以采用TDM机制、WDM机制或者TDM/WDM混合机制进行通信。其中，从所述光线路终端110到所述光网络单元120的方向定义为下行方向，而从所述光网络单元120到所述光线路终端110的方向为上行方向。所述无源光网络系统100可以是不需要任何有源器件来实现所述光线路终端110与所述光网络单元120之间的数据分发的通信网络，在具体实施例中，所述光线路终端110与所述光网络单元120之间的数据分发可以通过所述光分配网络130中的无源光器件(比如分光器)来实现。所述无源光网络系统100可以为ITU-T G.983标准定义的异步传输模式无源光网络(ATM PON)系统或宽带无源光网络(BPON)系统、ITU-T G.984系列标准定义的吉比特无源光网络(GPON)系统、IEEE 802.3ah标准定义的以太网无源光网络(EPON)、波分复用无源光网络(WDM PON)系统或者下一代无源光网络(NGAPON系统，比如ITU-T G.987系列标准定义的XGPON系统、IEEE 802.3av标准定义的10G EPON系统、TDM/WDM混合PON系统等)。上述标准定义的各种无源光网络系统的全部内容通过引用结合在本申请文件中。
所述光线路终端110通常位于中心位置(例如中心局Central Office，CO)，其可以统一管理所述多个光网络单元120。所述光线路终端110可以充当所述光网络单元120与上层网络(图未示)之间的媒介，将从所述上层网络接收到的数据作为下行数据转发到所述光网络单元120，以及将从所述光网络单元120接收到的上行数据转发到所述上层网络。所述光线路终端110的具体结构配置可能会因所述无源光网络100的具体类型而异，在一种实施例中，所述光线路终端110可以包括光模块200和数据处理模块(图未示)，所述光模块200可以将经过 所述数据处理模块处理的下行数据转换成下行光信号，并通过所述光分配网络130将下行光信号发送给所述光网络单元120，并且接收所述光网络单元120通过所述光分配网络130发送的上行光信号，并将所述上行数据信号转换为电信号并提供给所述数据处理模块进行处理。
所述光网络单元120可以分布式地设置在用户侧位置(比如用户驻地)。所述光网络单元120可以为用于与所述光线路终端110和用户进行通信的网络设备，具体而言，所述光网络单元120可以充当所述光线路终端110与所述用户之间的媒介，例如，所述光网络单元120可以将从所述光线路终端110接收到的下行数据转发到用户，以及将从用户接收到的数据作为上行数据转发到所述光线路终端110。所述光网络单元120的具体结构配置可能会因所述无源光网络100的具体类型而异，在一种实施例中，所述光网络单元120可以包括光模块300，所述光模块300用于接收所述光线路终端110通过所述光分配网络130发送的下行数据信号，并且通过所述光分配网络130向所述光线路终端110发送上行数据信号。应当理解，在本申请文件中，所述光网络单元120的结构与光网络终端(Optical Network Terminal,ONT)相近，因此在本申请文件提供的方案中，光网络单元和光网络终端之间可以互换。
所述光分配网络130可以是一个数据分发系统，其可以包括光纤、光耦合器、光合波/分波器、光分路器和/或其他设备。在一个实施例中，所述光纤、光耦合器、光合波/分波器、光分路器和/或其他设备可以是无源光器件，具体来说，所述光纤、光耦合器、光合波/分波器、光分路器和/或其他设备可以是在所述光线路终端110和所述光网络单元120之间分发数据信号是不需要电源支持的器件。另外，在其他实施例中，该光分配网络130还可以包括一个或多个处理设备，例如，光放大器或者中继设备(Relay device)。在如图1所示的分支结构中，所述光分配网络130具体可以从所述光线路终端110延伸到所述多个光网络单元120，但也可以配置成其他任何点到多点的结构。
需要说明书的是所述光模块200和/或300可以是以上本发明以上所述 实施例的光模块，本实施例中以所述光线路终端110的光模块200为例，所述光模块至少包括光发射元件及光接收元件(图未示)。其中，所述光发射元件用于将下行数据信号通过所述光分配网络130下发给所述光网络单元120。所述光接收单元用于接收来自所述光网络单元120且通过所述光分配网络130传送的上行数据信号，并通过光电转换将其转换为电信号并转发给所述光线路终端110的控制模块或者数据处理模块(图未示)进行处理。其中，所述光线路终端包括：图5及图6对应的实施例描述的光模块；所述光网络单元也可以包括：图5及图6对应的实施例描述的光模块，这里不再赘述。
本发明实施例提供的无源光网络系统，由于光线路终端以及光网路单元可以采用的光组件的光发射元件直接装于制冷器的制冷面上，基座的散热板位于腔体外，所述制冷板和散热板置于两个不同空间，可以有效对墙体内的热量进行疏导散热，从而避免了传统方案中制冷器的吸热和放热均存在于同一个密封环境中而导致封装结构的腔体内温度升高，可有效降低制冷器的功耗，并且避免影响光发射元件的精度，提高了系统的整体性能。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

  1. 一种光组件封装结构，其特征在于，包括基座、密封罩及制冷器，所述基座包括安装面及与所述安装面朝向相反的背面，所述制冷器包括制冷板、与所述制冷板相对设置的散热板及连接所述制冷板与所述散热板之间的导接体，所述制冷板包括制冷面，所述制冷器部分嵌设于所述基座内，所述制冷板与所述安装面朝向相同，所述密封罩罩设于所述安装面上并与安装面形成密封腔体，所述制冷面位于所述密封腔体内，所述散热板凸出所述背面并与所述基座密封连接。
  2. 如权利要求1所述的光组件封装结构，其特征在于，所述基座包括安装通槽，所述安装通槽开设于所述安装面上并贯穿所述背面，所述制冷器部分收容于所述安装通槽内。
  3. 如权利要求1或2所述的光组件封装结构，其特征在于，所述散热板包括周侧面，所述周侧面与所述安装通槽通过焊接或者粘贴方式密封连接。
  4. 如权利要求1至3任一项所述的光组件封装结构，其特征在于，所述密封罩的外表面上涂设有隔热层。
  5. 如权利要求1至4任一项所述的光组件封装结构，其特征在于，所述基座上还设有数个导接插针，所述导接插针用于光组件封装结构的走线设置。
  6. 如权利要求1至4任一项所述的光组件封装结构，其特征在于，所述基座上还设有贯穿所述安装面与背面的陶瓷导接体。
  7. 如权利要求1至4任一项所述的光组件封装结构，其特征在于，所述制冷板的面积小于所述散热板的面积。
  8. 一种光组件，其特征在于，所述光组件包括权利要求1-6任一项所述光组件封装结构及光发射元件，所述光发射元件装设于所述基座上的所述制冷面上。
  9. 一种光模块，其特征在于，所述光模块包括外壳、电路板及权利要求8所述光组件，所述光组件与所述电路板收容于所述外壳内，并且所述光组件与所述电路板电性连接。
  10. 如权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述外壳内部还设有导热体，所述导热体与所述光组件的基座上的散热板贴合。
  11. 一种光线路终端，其特征在于，所述光线路终端包括权利要求8-9任一项所述的光模块。
  12. 一种光网络单元，其特征在于，所述光网络单元包括权利要求8-9任一项所述的光模块。
  13. 一种无源光网系统，其特征在于，包括光线路终端、光分配网络及至少一个光网络单元，所述光线路终端与所述光网络单元耦合于所述光分配网络，其中，所述光线路终端为权利要求11所述的光线路终端，和/或者，所述至少一个光网络单元为权利要求12所述的光网络单元。
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