CN104793300A - 一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，包括光模块封装外壳、模块顶部散热片、TOSA发射组件、ROSA接收组件、内部电路板，所述TOSA发射组件和ROSA接收组件固定安装在内部电路板上，所述TOSA发射组件和ROSA接收组件的上方均设置有导热垫，所述导热垫的上表面和光模块封装外壳紧密接触，所述光模块封装外壳下表面和外部大PCB板连接。本发明的优点是：在光模块内部设置了具体的上下两条散热通道，增加了散热路径，内部组件产生的热量能快速通过导热单元向上向下传递到外界环境，和现有技术相比散热效果更优。

Description

一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构

技术领域

本发明涉及一种光模块通信技术，尤其是涉及一种具有内部上下两端散热通道的光模块组件级复合散热结构。

背景技术

随着数据和网络传输的快速发展，光网络信息容量激增，高速宽带光模块成为当前光通信领域的一大研究热点。电信运营商竞相部署100G、乃至400G的网络建设，对光路由器线卡和40G/100G光模块需求激增。高速光模块是实现光信号处理、构成各类小型化高集成度片上光子系统和光网络的核心部件。下一代光网络体系架构需满足超大容量路由交换设备、相关核心芯片和高端光电器件的需求，因此对模块工作在高速数据码流传输状态下的内部热场分布研究以及对光模块封装组件、元部件布局进行热设计和热管理都具有重要的科学意义。

现代电子技术的迅猛发展与热控制技术的不断进步有着密切的关系，热设计已成为光电子组件、器件与模块设计的重要组成部分。热控制方案的选择对其性能、可靠性和成本具有深远影响，随着多芯片组件向更高层次发展，热状态分析和热设计重要性更加突出。构成模块的多芯片组件的热设计技术必须与其高集成度、立体化、微小型化技术同步发展。

现有技术的一种光模块散热装置包括光模块、电路板和散热器等，主要是通过在模块上方加散热器进行自然散热，散热器固定在模块顶部，使得光模块与散热器接触，带走模块产生的热量，但随着40G、100G乃至400G光网络的推行，工作距离为40km，功耗水平在24W以上的100GBASE-ER4/10光模块尚处于研发阶段，其发射功率和整体功耗更大，对光模块的温度要求相对更加严格，传统的散热方案已无法满足高速宽带光模块的散热要求，影响光网络的正常工作。

如中国发明专利申请号为:CN102612302A，发明名称为：光模块散热装置及通信设备，该专利在光模外壳增加散热装置，提高了其外层的散热效果，但是其内部散热路径没有现成散热通道，导致无法满足散热使用效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有产品的不足，而提供一种模块内部组件之间、组件与模块封装外壳之间以及模块封装外壳与外部结构件之间均设置导热单元，形成上下两条散热通道，模块内部产生的热量通过导热单元分别从内部向顶部和底部进行传导的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构。

本发明的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，所述复合散热结构包括光模块封装外壳、TOSA发射组件、ROSA接收组件、内部电路板，所述TOSA发射组件和ROSA接收组件固定安装在内部电路板上，所述TOSA发射组件、ROSA接收组件和内部电路板固定安装在光模块封装外壳内，所述TOSA发射组件和ROSA接收组件通过导热垫形成向上的散热通道；所述TOSA发射组件和ROSA接收组件通过内部电路板形成向下的散热通道。

所述向上的散热通道由导热垫和模块顶部散热片组成，所述TOSA发射组件和ROSA接收组件的上方均设置有导热垫，所述导热垫的上表面和光模块封装外壳紧密接触，所述光模块封装外壳上方固定安装有模块顶部散热片，所述光模块封装外壳和模块顶部散热片之间设置有金属垫片a，所述金属垫片a和模块顶部散热片之间涂敷一层导热硅脂。

所述向下的散热通道由内部电路板和外部大PCB板组成，所述TOSA发射组件和ROSA接收组件通过插针和内部电路板连接，所述内部电路板上镀有金属铜箔，所述TOSA发射组件，ROSA接收组件的下表面和电路板之间设置有绝缘导热胶，所述内部电路板底部和光模块封装外壳之间设置有导热粘合剂，所述光模块封装外壳下表面和外部大PCB板连接。

所述光模块封装外壳对应TOSA发射组件和ROSA接收组件位置的上表面开设有蜂窝阵列通孔。

所述内部电路板在没有走线的位置开孔，形成若干金属孔阵列。

所述光模块封装外壳的下表面和外部大PCB板设置有金属垫片b，所述金属垫片b上涂敷有导热介质。

所述模块顶部散热片采用铝制成。

本发明的有益效果是：通过设置模块内部组件散热的上下两个通道，在模块内热源处增加导热单元，其上表面与模块封装外壳接触，经过打孔阵列板再由上方的散热片带走模块产生的热量，而下表面与电路板紧密接触，通过导热介质和金属孔阵列由电路板向下传递热量，由底部散热。

与传统技术中只在模块顶部加散热器进行顶部散热，或者只设计模块外部散热装置相比较，本发明将光模块作为一个内在整体设置了顶部和底部两条散热路径，本发明在模块内部组件之间、组件与模块封装外壳之间以及模块封装外壳与外部结构件之间均设置导热单元，将模块内部产生的热量通过导热单元分别从内部向顶部和底部进行传导，热量向上依次通过导热垫、模块封装外壳上表面、导热硅脂、金属片到达模块顶部散热片；向下依次通过导热胶、金属铜箔、内部电路板、导热介质、模块封装外壳下表面、金属垫片、外部大PCB板到达外部结构件，形成这样上下两条散热通道，内部导热单元的设置使得模块内部组件之间的散热效率大大提高，再经由上下两个散热通道，改善模块整体的散热效果。

与传统技术中模块内部热量只是通过壳内空气对流换热以及内表面的辐射换热技术相比，本发明提供的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，在光模块内部设置了具体的上下两条散热通道，增加了散热路径，内部组件产生的热量能快速通过导热单元向上向下传递到外界环境，比热量经引线框架从两侧面传导的效率更高，散热效果更优，保证光模块正常工作。

附图说明

图1是本发明提供的具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构的整体示意图。

图2是本发明提供的具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构的顶部结构示意图。

图3是本发明提供的具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构的模块内部结构示意图。

图4是图3的结构分解示意图。

图5是本发明提供的具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构的底部结构示意图。

图6是本发明实施例中高速宽带光模块的散热路径示意图。

图7是本发明实施例中模块的内部结构及各组件的俯视图。

图8是本发明具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构的立体结构示意图。

图中：光模块封装外壳1、模块顶部散热片2、导热硅脂201、金属垫片a202、TOSA发射组件3、ROSA接收组件4、导热垫5、内部电路板6、绝缘导热胶601、金属铜箔602、金属孔阵列603、导热粘合剂604、外部大PCB板7、金属垫片b701、导热介质702。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

图1所示，在模块内部组件之间、组件与模块封装外壳之间以及模块封装外壳与外部结构件之间均设置导热单元，形成上下两条散热通道，模块内部产生的热量通过导热单元分别从内部向顶部和底部进行传导，着重解决了模块内部组件之间的散热问题。通过在模块内部增加导热单元，将热源产生的热量快速均匀地向上和向下传导出去，从而提高模块整体的散热效果。

结合图1和图3所示，所述复合散热结构包括光模块封装外壳1、TOSA发射组件3、ROSA接收组件4、内部电路板6，所述TOSA发射组件3和ROSA接收组件4通过插针固定安装在内部电路板6实现光电信号的转换，所述TOSA发射组件3、ROSA接收组件4和内部电路板6固定安装在光模块封装外壳1内实现电磁屏蔽防止信号干扰，所述TOSA发射组件3和ROSA接收组件4通过导热垫5形成向上的散热通道；所述TOSA发射组件3和ROSA接收组件4通过内部电路板6形成向下的散热通道。

所述向上的散热通道由导热垫5和模块顶部散热片2组成，所述TOSA发射组件3和ROSA接收组件4的上方均设置有导热垫5，所述导热垫5的上表面和光模块封装外壳1紧密接触，使TOSA发射组件3和ROSA接收组件4通过导热垫5将热量快速向上传递给模块顶部散热片2，同时导热垫5分别和TOSA发射组件3及ROSA接收组件4连接成一个整体，加快了热量的向上途径的传导。

所述光模块封装外壳1和模块顶部散热片2之间设置有金属垫片a202，金属垫片a202使光模块封装外壳1和模块顶部散热片2之间的接触更加紧密，有助于热量均匀的向上传导至模块顶部散热片2。

所述光模块封装外壳1对应TOSA发射组件3和ROSA接收组件4位置的上表面开设有蜂窝阵列通孔，蜂窝阵列通孔，有助于热量均匀的向上传导至模块顶部散热片2，提高散热效率。

所述金属垫片a202和模块顶部散热片2之间涂敷一层薄的导热硅脂201，厚度越薄热阻越小，使用效果越佳。

如图2所示，光模块封装外壳1内部所有的部件作为一个整体的散热系统，其上端设置有模块顶部散热片2，散热片的优选材料是铝，铝的摩擦系数小、热导率高，且模块顶部散热片2上设置有均匀整列的散热片，使散热效果更佳。

如图1、图4和图5所示，所述向下的散热通道由内部电路板6和外部大PCB板7，所述内部电路板6上镀有金属铜箔602，有利于组件产生的热量向下传导。

所述TOSA发射组件3和ROSA接收组件4的下表面和电路板6之间设置有绝缘导热胶601，绝缘导热胶601使组件和电路板6之间形成一个导热整体，有利于热量向下传导。所述内部电路板6在没有走线的位置开孔，形成若干金属孔阵列603，金属孔阵列603可使热量加快的导向光模块封装外壳1的底部。所述内部电路板6的底部和光模块封装外壳1之间设置有导热粘合剂604，所述光模块封装外壳1下表面和外部大PCB板7连接，可是热量均匀的向下传递。

图6为本发明实施例中高速宽带光模块的散热路径示意图，图中的①②③分别代表顶部、内部和底部的热流路径，针对图6中模块的散热路径分析，本发明提供了以上相应的三种散热途径：光模块组件和导热垫5之间形成内部组件之间传递散热，使散热效果加快；光模块组件和模块顶部散热片2之间形成向上的散热通道；光模块组件和内部电路板6及外部大PCB板7连接形成向下的散热通道。

图7为本发明实施例中模块的内部基本结构的俯视图。在模块左侧为光接口，经适配器与TOSA的发射尾纤和ROSA的接收尾纤相连。TOSA和ROSA组件通过自身的插针与内部电路板及PCB相连，实现光电信号的转换。TOSA、ROSA组件以及PCB板都有严格的尺寸指标，安置固定在光模块内部，实现光网络传输。

图8为本发明具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构的立体结构示意图。由图8可以更直观地看到光发射组件3、接收组件4以及内部电路板6都安置在光模块1内部，发射组件3和接收组件4上方分别设置了一导热垫5，向上传导组件产生的热量。光模块1底部连接在外部的大PCB板7上进行光网络传输，上方安装一模块顶部散热片2，从顶部带走内部组件产生的热量。

在上述的实施例中，本发明采用的技术方案，提供了一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，模块内部产生的热量通过设置的导热单元分别从内部向顶部和底部进行传导，热量向上依次通过导热垫、模块封装外壳上表面、导热硅脂、金属片到达模块顶部散热片；向下依次通过导热胶、金属铜箔、内部电路板、导热介质、模块封装外壳下表面、金属垫片、外部大PCB板到达外部结构件，形成这样上下两条散热通道，提高了各组件之间的散热效率以及模块整体的散热效果，保证光模块在一定温度下正常工作。

Claims (7)

1.一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，其特征是，所述复合散热结构包括光模块封装外壳(1)、TOSA发射组件(3)、ROSA接收组件(4)、内部电路板(6)，所述TOSA发射组件(3)和ROSA接收组件(4)固定安装在内部电路板(6)上，所述TOSA发射组件(3)、ROSA接收组件(4)和内部电路板(6)固定安装在光模块封装外壳(1)内，所述TOSA发射组件(3)和ROSA接收组件(4)通过导热垫(5)形成向上的散热通道；所述TOSA发射组件(3)和ROSA接收组件(4)通过内部电路板(6)形成向下的散热通道。

2.根据权利要求1所述的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，其特征是，所述向上的散热通道由导热垫(5)和模块顶部散热片(2)组成，所述TOSA发射组件(3)和ROSA接收组件(4)的上方均设置有导热垫(5)，所述导热垫(5)的上表面和光模块封装外壳(1)紧密接触，所述光模块封装外壳(1)上方固定安装有模块顶部散热片(2)，所述光模块封装外壳(1)和模块顶部散热片(2)之间设置有金属垫片a(202)，所述金属垫片a(202)和模块顶部散热片(2)之间涂敷一层导热硅脂(201)。

3.根据权利要求1所述的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，其特征是，所述向下的散热通道由内部电路板(6)和外部大PCB板(7)组成，所述TOSA发射组件(3)和ROSA接收组件(4)通过插针和内部电路板(6)连接，所述内部电路板(6)上镀有金属铜箔(602)，所述TOSA发射组件(3)，ROSA接收组件(4)的下表面和电路板(6)之间设置有绝缘导热胶(601)，所述内部电路板(6)底部和光模块封装外壳(1)之间设置有导热粘合剂(604)，所述光模块封装外壳(1)下表面和外部大PCB板(7)连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构其特征是，所述光模块封装外壳(1)对应TOSA发射组件(3)和ROSA接收组件(4)位置的上表面开设有蜂窝阵列通孔。

5.根据权利要求1或3所述的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，其特征是，所述内部电路板(6)在没有走线的位置开孔，形成若干金属孔阵列(603)。

6.根据权利要求1所述的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，其特征是，所述光模块封装外壳(1)的下表面和外部大PCB板(7)设置有金属垫片b(701)，所述金属垫片b(701)上涂敷有导热介质(702)。

7.根据权利要求1或2所述的一种具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构，其特征是，所述模块顶部散热片(2)采用铝制成，所述模块顶部散热片(2)上设置有一排整列散热片。