CN104934386B - 封装结构及光模块 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种封装结构及光模块，该封装结构包括：印刷电路板，其具有中空设置的收容部；设置于印刷电路板下方的散热基板，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，散热基板的第二表面包括第一散热面和与第一散热面不共面的第二散热面；收容散热基板和印刷电路板的散热壳体，散热基板的第二表面与所述散热壳体导热连接，散热壳体具有与第一散热面、第二散热面分别导热连接的第一吸热面、第二吸热面；通过收容部直接设置于散热基板第一表面上的功率器件，功率器件与所述散热基板导热连接。本申请的技术方案中，散热基板与散热壳体的接触面为非平面，增加了散热基板和散热壳体间的散热面积，大大提高了封装结构和光模块的散热能力。

Description

封装结构及光模块

技术领域

本发明属于光通信元件制造技术领域，具体涉及一种封装结构以及应用该封装结构的光模块。

背景技术

随着4G通信的飞速发展和云计算需求的日益旺盛，市场对高速光模块的需求与日俱增。以100G光模块为例，其相对于40G光模块的功耗有大幅度的上升，但若需要采用与40G光模块相同的封装尺寸，则单位面积内产生的热量也相应剧增。在这样的情况下，如果不能保证良好的散热效果，则光模块中对于温度敏感的电光/光电转换器件的性能会受到影响，甚至失效。

传统的40G光模块的封装方式中，通常使用COB（chip on board）的贴片打线工艺以减少封装成本。由于裸芯片上表面用于打金线，不能用于散热，故只能通过PCB的下表面进行散热。而为了保证高速信号质量，通常裸芯片周围设计为打线焊盘，使得散热面面积受限。并且，在由于需要采用密集填铜过孔导热方式，将PCB板上功率器件产生的热量传导至PCB板的背面，并粘接散热金属块进行热量耗散。由此进一步带来的缺陷是：1）目前工艺的公差能力要求过孔设计需要保证钻孔单边至少3-4mil以上的焊环，最小钻孔0.15mm，即有效的散热截面积与占用PCB面积之比不到1/4；2）填铜采用铜浆，而铜浆中含有一定比例的粘合剂，其导热系数小于纯铜，故而会影响散热效果。基于上述原因，在高速光模块的封装中，需要采用更为高效的散热结构，以保证器件的稳定运行。

发明内容

本申请一实施例提供一种封装结构，该封装结构包括：

印刷电路板，其具有中空设置的收容部；

设置于所述印刷电路板下方的散热基板，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述散热基板的第二表面包括第一散热面和与第一散热面不共面的第二散热面；

收容所述散热基板和印刷电路板的散热壳体，所述散热基板的第二表面与所述散热壳体导热连接，散热壳体具有与第一散热面、第二散热面分别导热连接的第一吸热面、第二吸热面；

通过所述收容部直接设置于所述散热基板第一表面上的功率器件，所述功率器件与所述散热基板导热连接。

一实施例中，所述散热基板的第一表面上凸出设置有与印刷电路板上收容部形状相匹配的安装部，所述功率器件直接安装于所述安装部上。

一实施例中，所述散热基板和安装部为一体成型设置。

一实施例中，所述第一散热面和第二散热面直接相连或通过第三散热面相连，所述第一吸热面和第二吸热面直接相连或通过第三吸热面相连。

一实施例中，所述第二散热面相较于第一散热面为凸出或凹陷设置，所述第二吸热面相较于第一吸热面相应地为凹陷或凸出设置，所述第二散热面与第二吸热面、第一散热面和第一吸热面为全部或部分贴合安装。

一实施例中，所述散热基板的第二表面上包括凸出部，所述凸出部位于功率器件的正下方，所述散热壳体底部包括收容所述凸出部的凹陷部。

本申请一实施例还提供一种封装结构，所述封装结构包括：

印刷电路板，其具有中空设置的收容部；

设置于所述印刷电路板下方的散热基板，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述散热基板的第二表面包括第一散热面和与第一散热面不共面的第二散热面；

设置于所述散热基板下方的散热介质；

收容所述散热介质、散热基板和印刷电路板的散热壳体，所述散热基板的第二表面通过所述散热介质与所述散热壳体导热连接，散热壳体具有与第一散热面、第二散热面分别通过散热介质导热连接的第一吸热面、第二吸热面；

通过所述收容部直接设置于所述散热基板第一表面上的功率器件，所述功率器件与所述散热基板导热连接。

一实施例中，所述散热介质具有彼此相对的第三表面和第四表面，所述第三表面和散热基板的第二表面相对应设置，第四表面和散热壳体的底面相对应设置。

一实施例中，所述第一散热面和第二散热面直接相连或通过第三散热面相连，所述第一吸热面和第二吸热面直接相连或通过第三吸热面相连。

本申请一实施例还提供一种应用上述封装结构的光模块。

与现有技术相比，本申请的技术方案中，功率器件通过印刷电路板上中空设置的收容部，直接固定于下方的散热基板上，与现有技术中电路板密集过孔塞铜浆方式相比，本申请热传导效果更佳；同时，散热基板与散热壳体的接触面为非平面，增加了散热基板和散热壳体间的散热面积，大大提高了封装结构和光模块的散热能力；同时，在散热基板和散热壳体之间设置散热介质，散热介质将散热基板上的热量传导至散热壳体上，保证了封装结构和光模块的散热效果；另，在散热基板和散热壳体上对应设置凸出部和凹陷部，在增加散热面积、提高散热效果的同时，可以进一步提高封装结构的安装稳定性，保证了器件的稳定运行。

附图说明

图1是本申请第一实施方式中封装结构的爆炸示意图；

图2是本申请第一实施方式中封装结构的散热壳体的立体结构示意图；

图3a、3b分别是本申请第一实施方式中封装结构的散热基板上方和下方两个视角的立体结构示意图；

图4是本申请第一实施方式中封装结构封装后的剖面结构示意图；

图5是本申请第二实施方式中封装结构的爆炸示意图；

图6是本申请第二实施方式中封装结构的散热壳体的立体结构示意图；

图7a、7b分别是本申请第二实施方式中封装结构的散热基板上方和下方两个视角的立体结构示意图；

图8是本申请第二实施方式中封装结构封装后的剖面结构示意图；

图9是本申请第三实施方式中封装结构的爆炸示意图；

图10a、10b分别是本申请第三实施方式中封装结构的散热基板上方和下方两个视角的立体结构示意图；

图11a、11b分别是本申请第三实施方式中封装结构的散热介质上方和下方两个视角的立体结构示意图；

图12是本申请第三实施方式中封装结构封装后的剖面结构示意图；

图13是本申请第四实施方式中封装结构的爆炸示意图；

图14a、14b分别是本申请第四实施方式中封装结构的散热基板上方和下方两个视角的立体结构示意图；

图15a、15b分别是本申请第四实施方式中封装结构的散热介质上方和下方两个视角的立体结构示意图；

图16是本申请第四实施方式中封装结构封装后的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当部件被称为“直接在另一部件或层上”、“直接连接在另一部件或层上”时，不能存在中间部件或层。

并且，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一基板可以被称为第二基板，并且类似地第二基板也可以被称为第一基板，这并不背离本申请的保护范围。

参图1所示，介绍本申请封装结构100的第一具体实施方式。在本实施方式中，该封装结构100包括印刷电路板11、散热基板12、散热壳体13、以及功率器件14。

其中，印刷电路板11包括柔性电路板和硬质电路板，本实施方式中以柔性电路板为例进行说明。印刷电路板11具有一中空设置的收容部101，散热基板12可固定安装于散热壳体13内部，印刷电路板11固定安装于散热基板12上，功率器件14通过收容部101直接设置于散热基板12上，从而实现功率器件与散热基板的导热连接。

需要说明的是，本申请各实施方式中所提到的散热基板12为导热效率较好的热导体、其材质为金属（如金属铜等）或其他。现有技术中通常采取电路板密集过孔塞铜浆的方式，再通过散热介质，将热量传导至散热外壳，这种铜浆的导热差（导热系数14 W/m·K左右），将影响产品的性能，本申请将功率器件直接粘贴在金属的散热基板上（导热系数300W/m·K左右），将功率器件上的热量传导至散热外壳上，大大提升了模块的散热能力。

本申请中所提及的“功率器件14”例如可以是光电/电光转换元件，以及驱动该些光电/电光转换元件的驱动和放大电路所需要的元件，并且功率器件14可以是被整体集成于一芯片上，而并非一定是分离的器件，当然，也可以是多个分离的器件均布置在散热基板12上。

参图2所示，本实施方式中的散热壳体13底部包括第一吸热面131、第二吸热面132和连接第一吸热面131与第二吸热面132的第三吸热面133，第二吸热面132为凸出设置，第二吸热面132和第三吸热面133形成了第一凸出部。

参图3a、3b所示，本实施方式中的散热基板12具有彼此相对的第一表面121和第二表面122，其中，第一表面121上凸出设置有与印刷电路板11上收容部101形状相匹配的安装部1211，功率器件14固定安装于该安装部1211上。

其中，安装部1211和散热基板12可以被分别地制造并连接或是被一体地制造成型。

参图3b，散热基板12的第二表面122包括第一散热面1221、第二散热面1222和第三散热面1223，该第一散热面1221和第二散热面1222为不共面设置，且第三散热面1223连接第一散热面1221和第二散热面1222。进一步地，该第二散热面1222为凹陷设置，第二散热面1222和第三散热面1223形成了第一凹陷部。结合图4所示，当散热基板12与散热壳体13封装后，散热壳体上形成的第一凸出部收容于散热基板上的第一凹陷部内，且第一散热面与第一吸热面、第二散热面与第二吸热面、以及第三散热面与第三吸热面相互贴合进行热传导。

现有技术中一般的封装结构中散热基板为平面状，其仅仅通过散热壳体的平面状底面进行散热，而本实施方式中的封装结构散热基板包括三个散热面，对应地散热壳体的底面包括三个吸热面，功率器件14上产生的热量传导至散热基板12上，散热基板上的第一散热面1221、第二散热面1222、第三散热面1223分别将热量通过第一吸热面131、第二吸热面132、第三吸热面133传导至散热壳体13上，由于散热基板具有较高的导热系数，且散热面积明显增加，大大提高了封装结构的散热能力。

同时，本实施方式中吸热面和散热面分别形成了相互配合的凸出部和收容部，可以起到固定的效果，防止散热基板在散热壳体中产生相对位移，保证了封装结构的安装稳定性。

需要说明的是，本实施方式中所提及的散热基板上的第一散热面、第二散热面和第三散热面均为平面，在其他实施方式中也可以设置为曲面等，且每个散热面不限于一个平面或曲面，也可以为若干平面和/或若干曲面的组合。对应地，第一吸热面、第二吸热面和第三吸热面也可以设置为曲面等，每个散热面也可以为若干平面和/或若干曲面的组合，只需满足封装后所有的散热面和吸热面全部贴合从而能够有效进行热传导。

在该实施方式的基础上还可以变形出的实施方式有：散热基板的第二表面包括第一散热面和与第一散热面相连且不共面的第二散热面，如第一散热面设置为平面，第二散热面设置为球面，且第二散热面向内凹陷设置，此时第一散热面和第二散热面无需通过第三散热面进行连接，两者可以直接相连。对应地，第一吸热面设置为平面，第二吸热面设置为向外凸出且与第二散热面对应的球面，散热基板和散热壳体封装后散热面和吸热面同样可以贴合。此种变形的实施方式同样可以增大散热基板的散热面积，也应当属于本申请的保护范围之内。

参图5所示，介绍本申请封装结构200的第二具体实施方式。在本实施方式中，该封装结构200包括印刷电路板21、散热基板22、散热壳体23、以及功率器件24，其中印刷电路板21和功率器件24与第一具体实施方式中完全相同，在此不再进行赘述。

参图6所示，本实施方式中的散热壳体23底部包括第一吸热面231、第二吸热面232和连接第一吸热面231与第二吸热面232的第三吸热面233，第二吸热面232为凹陷设置，第二吸热面232和第三吸热面233形成了第二凹陷部。

参图7a、7b所示，本实施方式中的散热基板22具有彼此相对的第一表面221和第二表面222，其中，第一表面221上凸出设置有与印刷电路板21上收容部201形状相匹配的安装部2211，功率器件24固定安装于该安装部2211上。

参图7b，散热基板22的第二表面222包括第一散热面2221、第二散热面2222和第三散热面2223，该第一散热面2221和第二散热面2222为不共面设置，且第三散热面2223连接第一散热面2221和第二散热面2222。进一步地，该第二散热面2222为凸出设置，第二散热面2222和第三散热面2223形成了第二凸出部。结合图8所示，当散热基板22与散热壳体23封装后，散热基板上形成的第二凸出部收容于散热壳体上的第二凹陷部内，且第一散热面与第一吸热面、第二散热面与第二吸热面、以及第三散热面与第三吸热面相互贴合进行热传导。与第一实施方式相同，本实施方式中由于散热基板具有较高的导热系数，且散热面积明显增加，同样大大提高了封装结构的散热能力。另外，第二散热面2222位于功率器件24的正下方，且为凸出设置，能够更好的将功率器件产生的热量导至散热壳体23。

参图9所示，介绍本申请封装结构300的第三具体实施方式。在本实施方式中，该封装结构300包括印刷电路板31、散热基板32、散热介质35、散热壳体33、以及功率器件34。

散热介质35位于散热基板32和散热壳体33之间，需要说明的是，本实施方式中所提及的“散热介质”可以是由同种材料构成的单层结构，也可以是多层层压结构，例如多层被交替压合的两种介质层。

与第一实施方式类似地，本实施方式中的散热壳体33底部包括第一吸热面、第二吸热面和第三吸热面(均未标号)，第二吸热面为凸出设置，第二吸热面和第三吸热面形成了第三凸出部。

参图10a、10b所示，本实施方式中的散热基板32具有彼此相对的第一表面321和第二表面322，其中，第一表面321上凸出设置有与印刷电路板31上收容部301形状相匹配的安装部3211，功率器件34固定安装于该安装部3211上。

参图10b，散热基板32的第二表面322包括第一散热面3221、第二散热面3222和第三散热面3223，该第一散热面3221和第二散热面3222为不共面设置，且第三散热面3223连接第一散热面3221和第二散热面3222。进一步地，该第二散热面3222为凹陷设置，第二散热面3222和第三散热面3223形成了第三凹陷部。本实施方式中散热基板32和第一实施方式中散热基板12结构类似，不同之处在于，本实施方式中为了在散热基板32和散热壳体33之间设置散热介质，散热壳体33的第二吸热面的面积小于散热基板32上第二散热面的面积，且封装后仅有部分第三凸出部收容于第三凹陷部内。

参图11a、11b所示，散热介质35具有彼此相对的第一介质面351和第二介质面352。第一介质面351包括第四吸热面3511、第五吸热面3512和第六吸热面3513，其中，第五吸热面3512凸出设置，第五吸热面3512和第六吸热面3513形成了第四凸出部。第二介质面352包括第四散热面3521、第五散热面3522和第六散热面3523，其中，第五散热面3522凹陷设置，第五散热面3522和第六散热面3523形成了第四凹陷部。

结合图12所示，当散热基板32、散热介质35和散热壳体33封装后，散热介质35上的第四凸出部收容于散热基板32的第三凹陷部内，而散热壳体33的第三凸出部收容于散热介质35的第四凹陷部内，散热基板上的第一散热面3221、第二散热面3222和第三散热面3223分别与散热介质上的第四吸热面3511、第五吸热面3512和第六吸热面3513贴合进行热传导，散热介质上的第四散热面3521、第五散热面3522和第六散热面3523分别与散热壳体上的第一吸热面、第二吸热面和第三吸热面贴合进行热传导。

在该实施方式的基础上还可以变形出的实施方式有：散热基板、散热介质、散热壳体上的散热面/吸热面也可以与第一实施方式中的变形实施方式类似，散热面/吸热面可以仅包括相连的两个面，此种变形的实施方式同样可以增大散热基板的散热面积，也应当属于本申请的保护范围之内。

参图13所示，介绍本申请封装结构400的第四具体实施方式。在本实施方式中，该封装结构400包括印刷电路板41、散热基板42、散热介质45、散热壳体43、以及功率器件44，散热介质45位于散热基板42和散热壳体43之间。

与第二实施方式类似地，本实施方式中的散热壳体43底部包括第一吸热面、第二吸热面和第三吸热面(均未标号)，第二吸热面为凹陷设置，第二吸热面和第三吸热面形成了第五凹陷部。

参图14a、14b所示，本实施方式中的散热基板42具有彼此相对的第一表面421和第二表面422，其中，第一表面421上凸出设置有与印刷电路板41上收容部401形状相匹配的安装部4211，功率器件44固定安装于该安装部4211上。

参图14b，散热基板42的第二表面422包括第一散热面4221、第二散热面4222和第三散热面4223，该第一散热面4221和第二散热面4222为不共面设置，且第三散热面4223连接第一散热面4221和第二散热面4222。进一步地，该第二散热面4222为凸出设置，第二散热面4222和第三散热面4223形成了第五凹陷部。本实施方式中散热基板42和第一实施方式中散热基板42结构类似，不同之处在于，本实施方式中为了在散热基板42和散热壳体43之间设置散热介质，散热壳体43的第二吸热面的面积大于散热基板42上第二散热面的面积，且封装后仅有部分第五凸出部收容于第五凹陷部内。

参图15a、15b所示，散热介质45具有彼此相对的第一介质面451和第二介质面452。第一介质面451包括第四吸热面4511、第五吸热面4512和第六吸热面4513，其中，第五吸热面4512凹陷设置，第五吸热面4512和第六吸热面4513形成了第六凹陷部。第二介质面452包括第四散热面4521、第五散热面4522和第六散热面4523，其中，第五散热面4522凸出设置，第五散热面4522和第六散热面4523形成了第六凸出部。

结合图16所示，当散热基板42、散热介质45和散热壳体43封装后，散热介质45上的第六凸出部收容于散热基板42的第五凹陷部内，而散热壳体43的第五凸出部收容于散热介质45的第六凹陷部内，散热基板上的第一散热面4221、第二散热面4222和第三散热面4223分别与散热介质上的第四吸热面4511、第五吸热面4512和第六吸热面4513贴合进行热传导，散热介质上的第四散热面4521、第五散热面4522和第六散热面4523分别与散热壳体上的第一吸热面、第二吸热面和第三吸热面贴合进行热传导。

在该实施方式的基础上还可以变形出的实施方式有：散热基板、散热介质、散热壳体上的散热面/吸热面也可以与第一实施方式中的变形实施方式类似，散热面/吸热面可以仅包括相连的两个面，此种变形的实施方式同样可以增大散热基板的散热面积，也应当属于本申请的保护范围之内。

本申请通过上述实施例，具有以下有益效果：功率器件通过印刷电路板上中空设置的收容部，直接固定于下方的散热基板上，与现有技术中电路板密集过孔塞铜浆方式相比，本申请热传导效果更佳；同时，散热基板与散热壳体的接触面为非平面，增加了散热基板和散热壳体间的散热面积，大大提高了封装结构和光模块的散热能力；同时，在散热基板和散热壳体之间设置散热介质，散热介质将散热基板上的热量传导至散热壳体上，保证了封装结构和光模块的散热效果；另，在散热基板和散热壳体上对应设置凸出部和凹陷部，在增加散热面积、提高散热效果的同时，可以进一步提高封装结构的安装稳定性，保证了器件的稳定运行。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：

印刷电路板，其具有中空设置的收容部；

设置于所述印刷电路板下方的散热基板，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述散热基板的第二表面包括第一散热面和与第一散热面不共面的第二散热面；

收容所述散热基板和印刷电路板的散热壳体，所述散热基板的第二表面与所述散热壳体导热连接，散热壳体具有与第一散热面、第二散热面分别导热连接的第一吸热面、第二吸热面；

通过所述收容部直接设置于所述散热基板第一表面上的功率器件，所述功率器件与所述散热基板导热连接。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述散热基板的第一表面上凸出设置有与印刷电路板上收容部形状相匹配的安装部，所述功率器件直接安装于所述安装部上。

3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述散热基板和安装部为一体成型设置。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一散热面和第二散热面直接相连或通过第三散热面相连，所述第一吸热面和第二吸热面直接相连或通过第三吸热面相连。

5.根据权利要求1或4所述的封装结构，其特征在于，所述第二散热面相较于第一散热面为凸出或凹陷设置，所述第二吸热面相较于第一吸热面相应地为凹陷或凸出设置，所述第二散热面与第二吸热面、第一散热面和第一吸热面为全部或部分贴合安装。

6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述散热基板的第二表面上包括凸出部，所述凸出部位于功率器件的正下方，所述散热壳体底部包括收容所述凸出部的凹陷部。

7.一种封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：

印刷电路板，其具有中空设置的收容部；

设置于所述印刷电路板下方的散热基板，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述散热基板的第二表面包括第一散热面和与第一散热面不共面的第二散热面；

设置于所述散热基板下方的散热介质；

收容所述散热介质、散热基板和印刷电路板的散热壳体，所述散热基板的第二表面通过所述散热介质与所述散热壳体导热连接，散热壳体具有与第一散热面、第二散热面分别通过散热介质导热连接的第一吸热面、第二吸热面；

通过所述收容部直接设置于所述散热基板第一表面上的功率器件，所述功率器件与所述散热基板导热连接。

8.根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于，所述散热介质具有彼此相对的第三表面和第四表面，所述第三表面和散热基板的第二表面相对应设置，第四表面和散热壳体的底面相对应设置。

9.根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于，所述第一散热面和第二散热面直接相连或通过第三散热面相连，所述第一吸热面和第二吸热面直接相连或通过第三吸热面相连。

10.一种光模块，其特征在于，所述光模块包括如上任意一项权利要求所述的封装结构。