CN104994706A - Pcb基板及具有其的光模块 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种PCB基板及具有其的光模块，该PCB基板包括彼此相对的第一表面和第二表面，以及连接第一表面和第二表面的侧表面，第一表面和第二表面之间设有第一金属内层，第一金属内层与第一表面和所述第二表面之间设有绝缘层，所述第一表面与所述第一金属内层之间设有将第一表面与第一金属内层导热连接第一导热金属，所述第一金属内层与所述第二表面之间设有将所述第一金属内层与所述第二表面导热连接的第二导热金属。本申请采用孔铜导热连接PCB基板上表面与金属内层以提高表面平整度，结合使用第二导热金属导热连接金属内层与下表面，构成导热性能良好的导热体，提高了散热效率。

Description

PCB基板及具有其的光模块

技术领域

本发明属于电路板技术领域，具体涉及一种PCB基板及具有其的光模块。

背景技术

QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable，四通道小型可插拔光模块)，具有四个独立的全双工收发通道，可以把更多的发射器和接收器集中在更小的空间中，为带宽的快速增长提供了硬件支持，满足了超大型数据中心不断增加传输速率及传输距离的需求。

采用COB（chip On board，板上芯片封装）工艺的QSFP光模块可以实现光电\电光转换元件与PCB的电气连接，其功耗主要由COB区域的电光/光电转换元件及其驱动的放大电路产生，这些元件集中在尺寸例如是4mm×4mm的极小面积内。现有技术中，MSA(Multi-Source Agreement，多元协议) 要求高速率的QSFP光模块必须采用与低速率QSFP相同的封装尺寸，但传输速率的成倍增加使得光模块的功耗大大上升。如果采用现有的QSFP光模块的导热方式，存在散热不足的问题，而且PCB板表面会产生高度公差，使表面不平整。

发明内容

本申请的目的在于提高散热效率的同时，避免PCB板表面高度差。

为实现上述目的，本申请一实施例提供一种PCB基板，包括彼此相对的第一表面和第二表面，以及连接第一表面和第二表面的侧表面，第一表面和第二表面之间设有第一金属内层，第一金属内层与第一表面和所述第二表面之间设有绝缘层，所述第一表面与所述第一金属内层之间设有将第一表面与第一金属内层导热连接第一导热金属，所述第一金属内层与所述第二表面之间设有将所述第一金属内层与所述第二表面导热连接的第二导热金属。

作为本申请一实施方式的进一步改进，PCB基板的侧表面设有与第一金属内层导热连接的金属层。

作为本申请一实施方式的进一步改进，第一导热金属为连接所述第一表面和所述第一金属内层的孔铜。

作为本申请一实施方式的进一步改进，PCB基板还包括位于第二表面和第一金属内层之间的第二金属内层，第二金属内层与所述第二表面之间及所述第二金属内层与所述第一金属内层之间均设有绝缘层，所述第二导热金属与第一金属内层、第二金属内层及第二表面导热连接，所述第二金属内层与所述PCB基板的侧表面的金属层导热连接。

作为本申请一实施方式的进一步改进，第二导热金属为所述PCB基板内连接第一金属内层和第二表面的散热块。

作为本申请一实施方式的进一步改进，第二导热金属包括位于所述第一金属内层与第二金属内层之间的散热块及位于第二金属内层与第二表面之间的孔铜。作为本申请一实施方式的进一步改进，第二导热金属包括位于所述第一金属内层与第二金属内层之间的孔铜及位于第二金属内层与第二表面之间的孔铜或散热块。

作为本申请一实施方式的进一步改进，第一金属内层的铜厚大于PCB基板内其它金属内层的铜厚。

本申请的另一方面提供一种光模块，包括外壳、容纳于外壳中的PCB基板及配置于PCB基板上的电子元件，PCB基板如上任一所述，电子元件配置于PCB基板的第一表面，PCB基板的第二表面和侧表面与所述外壳导热连接。

作为本申请一实施方式的进一步改进，光模块还包括散热层，散热层位于外壳与PCB基板之间以实现PCB基板的第二表面和侧表面至少部分与所述外壳导热连接。

本申请采用孔铜导热连接PCB基板上表面与金属内层以提高第一表面平整度，结合使用第二导热金属导热连接金属内层与下表面，构成导热性能良好的导热体，提高了散热效率。

附图说明

图1是本发明光模块第一实施方式的侧面剖视图；

图2是本发明光模块第二实施方式的侧面剖视图；

图3是本发明光模块第三实施方式的侧面剖视图。

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。下面将以光模块为例介绍一下本申请的PCB基板。

请参考图1至图3，本申请光模块包括PCB基板、电子元件、使光路弯折的光学镜组、用于信号输入及输出的光纤阵列，以及外壳15。

其中，电子元件包括但不限于用于发射光信号的驱动芯片、用于发射和接收光信号的光电芯片，以及用于光电/电光转换的光电转换元件。驱动芯片、光电芯片及光电转换元件均配置于PCB基板的器件面110上，器件面110还布设线路，供各电子元件实现电连接。器件面110为铜层，为PCB基板的上表面，其下方设置一个或多个内铜层，相邻内铜层间以绝缘层相间隔。

外壳15由连接为一体的侧面150及底面151围合成一收容腔，并具有活动连接的上盖（图未示）。外壳15与PCB基板适配，此处，术语“适配”是指形状相配合且留有适当的空余空间供设置散热层17。外壳15收容PCB基板，而且具有散热功能。其侧面150及底面151的内表面150a、151a通过散热层17与PCB基板热连接，侧面150及底面151的外表面至少部分与光模块外部设备的散热面接触。外壳15通常为金属材质，以利于散热。

散热层17是由导热介质填充PCB基板与外壳15侧面150及底面151之间的空隙所形成。导热介质为绝缘且导热系数高的材料，包括但不限于导热胶。散热层17构成立体、半围合结构，从底面及至少一个侧面将PCB板包围。在散热的同时，散热层17还具有固定PCB基板并使PCB基板各层与外壳15绝缘的功能，防止侧壁铜层19与外壳侧面150相接触而引起短路。

外壳15和散热层17被如此设置，以使PCB基板的热量可以通过多个表面向外传导。

PCB基板侧壁设置侧壁铜层19，通常以电镀方式实现。

图1示出本发明第一实施例中光模块的侧面剖视图。

电子元件（图未示）设置于PCB基板的器件面110。器件面110是PCB基板的第一表面。器件面110下方设置第一内铜层114，器件面110与第一内铜层114之间以绝缘层112分隔。器件面110与第一内铜层114之间以填铜过孔的方式导热连接。具体地，绝缘层112设置至少一个通孔1120，器件面110构成通孔1120的顶，第一内铜层114构成通孔1120的底。进一步地，通孔1120设置在电子元件安装位点正下方。通孔1120以激光打孔或者机械钻孔方式制造，其内填以铜浆，形成孔铜。这样第一表面可以具有较好的平整度，以方便电子元件的安装。且孔铜制造工艺成熟，可以保证第一表面的品质。

应当理解的是，图1仅示例性示出通孔1120的形状及排列方式，其他可实现器件面110与第一内铜层114贯通的构造也应包含在本发明的保护范围以内。例如，以狭长槽或其他类似构造替换通孔1120的结构，或者为阵列排布，并不超出本发明的保护范围。

按照多层PCB板排布的一般原则，第一内铜层114为地平面，屏蔽电子干扰以及为器件面110布线提供参考平面。地平面的铜层厚度不会对阻抗产生影响。因此，进一步地，将第一内铜层114厚度加厚至2-3盎司（OZ），以增加第一内铜层114的侧壁与散热层17的接触面积，提高散热效果。

PCB基板可以包含多个内铜层。通常，紧邻下表面的内铜层（即自下向上的第一个内铜层），此处定义为第二内铜层118，通常也作为地平面。可以将该层同样加厚至2-3盎司，以增大侧壁与散热层17的接触表面，或者该层也可维持常规厚度。

在PCB基板侧壁至少局部电镀形成侧壁铜层19。侧壁铜层19连接第一内铜层114。侧壁铜层19被如此设置以使第一内铜层114的热量可以经侧壁铜层19被传导至散热层17。进一步地，侧壁铜层19可以与第二内铜层118或其它内铜层连接，将热量向第一内铜层114下方传导，实现多途径散热。

在第一内铜层114下方贴装至少一散热块22以实现将第一内铜层114的热量导至外壳底面151。具体地，自第一内铜层114下方紧邻的层开始，向下开设至少一散热孔。散热孔贯通一或数层直至与PCB基板的底层120相抵。第一内铜层114构成散热孔的顶，底层120构成散热孔的底。散热孔可设置较大的上表面及下表面，以增加与第一内铜层114及底层120的接触面积，提高散热效率。优选地，散热孔开设于通孔1120正下方，以缩短热传导距离。

散热孔内配合安装散热块22。进一步地，散热块22为金属，优选铜。散热块22与散热孔形状相配合。

采用上述结构的PCB板及光模块，电子元件产生的热量经通孔1120内的孔铜传导至第一内铜层114。如此，保证器件面110平整度。在第一内铜层114，热量经两条路径继续传导，其一从第一内铜层114加厚的侧壁以及侧壁铜层19向散热层17水平传导，其二经内嵌的散热块22及侧壁铜层19向散热层17向下竖直传导。

该实施例结构的散热块为预先制成的导热金属块，经镶嵌安装到散热孔中，不需要考虑散热块与散热孔的熔合，因此散热块可以采用导热率高、致密度大的纯铜材质，以获得比孔铜更佳的散热性能。在另一可行的实施方式中，散热孔向下贯通底层120，直接与散热层17接触。其优点在于制造过程简化，可在PCB基板加工完成后再安装散热块22。

图2示出本发明第二实施例中光模块的侧面剖视图。此例中，散热孔连接第一内铜层114及第二内铜层118，不再继续向下贯通。第一内铜层114构成散热孔的顶，第二内铜层118构成散热孔的底。散热孔内贴装散热块22，散热块22将第一内铜层114的热量传导至第二内铜层118。散热孔及与其配合的散热块22至少为一组。

第二内铜层118与底层120之间以绝缘层119分隔。绝缘层119设置至少一个通孔1190。第二内铜层118构成通孔1190的顶，底层120构成通孔1190的底。孔内填以铜浆构成孔铜。进一步地，通孔1190设置于散热块22正下方。

采用该实施例结构的PCB板及光模块，散热块22内嵌于两个地平面（第一内铜层114及第二内铜层118）之间，不破坏地平面层。另一方面，填铜过孔的方式减小了底层120的公差，保证底面平整度，使PCB板稳固。热量传导至第二内铜层118后，经通孔1190内的孔铜传导至底层120，再继续经散热层17向外壳底面151传导。

图3示出本发明第三实施例中光模块的侧面剖视图。本例与第二实施例的区别在于，以至少二个孔铜33替代散热块22，相应地，制造工艺产生差别。可以如图3所示在第一内铜层114及第二内铜层118之间开设通孔，也可以使该通孔向下延伸与底层120邻接（图未示），更或者在底层120上开口使通孔贯通至PCB板下表面（图未示），然后以铜浆灌入通孔中形成孔铜33。还可以设置散热块以导热连接第二内铜层118与底层120（图未示），使经孔铜33传导至第二内铜层118的热量进一步向下方的散热层17传递。

采用该实施例结构的PCB板及光模块，在两个地平面之间嵌入孔铜，加工难度比镶嵌散热块更小，且减小公差，保证地平面层的平整度。

本发明各实施例的器件面110与第一内铜层114以孔铜连接，保证器件面110的平整度。同时，在PCB基板侧壁设置与第一内铜层114连接的侧壁铜层19，使热量沿水平方向向散热层17传导。第一内铜层114与下表面之间还通过内嵌的散热块22或孔铜33导热连接，实现多途径导热。此处，用于导热的铜也可由其他导热金属替换。

出于成本、光模块内部空间、PCB基板线路走线等多方面的考虑，侧壁铜层19选择性设置于发热量高的电子元件附近，而非普遍性地设置于PCB基板侧壁的全部。通常，芯片是光模块内最主要的热源。

以上结构不仅适用于QSFP光模块，也适用于其它对空间利用率及散热性能有较高要求的电子元器件。

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PCB基板，包括彼此相对的第一表面和第二表面，以及连接第一表面和第二表面的侧表面，其特征在于，所述第一表面和第二表面之间设有第一金属内层，所述第一金属内层与所述第一表面和所述第二表面之间设有绝缘层，所述第一表面与所述第一金属内层之间设有将第一表面与第一金属内层导热连接第一导热金属，所述第一金属内层与所述第二表面之间设有将所述第一金属内层与所述第二表面导热连接的第二导热金属。

2.根据权利要求1所述的PCB基板，其特征在于，所述PCB基板的侧表面设有与第一金属内层导热连接的金属层。

3.根据权利要求1所述的PCB基板，其特征在于，所述第一导热金属为连接所述第一表面和所述第一金属内层的孔铜。

4.根据权利要求2所述的PCB基板，其特征在于，还包括位于所述第二表面和所述第一金属内层之间的第二金属内层，所述第二金属内层与所述第二表面之间及所述第二金属内层与所述第一金属内层之间均设有绝缘层，所述第二导热金属与第一金属内层、第二金属内层及第二表面导热连接，所述第二金属内层与所述PCB基板的侧表面的金属层导热连接。

5.根据权利要求4所述的PCB基板，其特征在于，所述第二导热金属为所述PCB基板内连接第一金属内层和第二表面的散热块。

6.根据权利要求4所述的PCB基板，其特征在于，所述第二导热金属包括位于所述第一金属内层与第二金属内层之间的散热块及位于第二金属内层与第二表面之间的孔铜。

7.根据权利要求4所述的PCB基板，其特征在于，所述第二导热金属包括位于所述第一金属内层与第二金属内层之间的孔铜及位于第二金属内层与第二表面之间的孔铜或散热块。

8.根据权利要求4所述的PCB基板，其特征在于，所述第一金属内层的铜厚大于PCB基板内其它金属内层的铜厚。

9.一种光模块，其特征在于，包括外壳、容纳于外壳中的PCB基板及配置于所述PCB基板上的电子元件，所述PCB基板如权利要求1-8任一所述，所述电子元件配置于所述PCB基板的第一表面，所述PCB基板的第二表面和侧表面与所述外壳导热连接。

10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于，还包括散热层，所述散热层位于外壳与PCB基板之间，以实现PCB基板的第二表面和侧表面至少部分与所述外壳导热连接。