CN106941759A - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光模块，包括：微控制单元、驱动芯片以及PCB板；微控制单元和驱动芯片分别与PCB板中的接地层连接，在PCB板上分别在微控制单元和驱动芯片的一侧设置有导热层，导热层的一端分别与PCB板中的接地层连接；PCB板上的微控制单元和驱动芯片发出的热量，可以分别通过PCB板中的接地层，传导至微控制单元和驱动芯片一侧的导热层，将热量从PCB板散发出去；本发明实施例通过对PCB板上不同位置的元件，提供相应的热量传导路径，使得散热过程中，热量传导的路径短，散热效率高。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种光模块。

背景技术

光模块通常指用于光电转换的一种集成模块，可以将光信号转换为电信号，或者将电信号转换为光信号，在光通信领域发挥着重要作用。光模块在光电转换的过程中，内部的某些元件容易发热。例如，光模块内部的驱动芯片在工作时会产生较多的热量，并且驱动芯片对温度的要求较为严格，因此，为了保证光模块的正常工作，需要将光模块内产生的热量及时散发。

请参阅图1和图2，现有的光模块通常包括外壳以及设置在外壳内部的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，PCB板上分布有驱动芯片等元件，PCB板的底面设置有金属板。外壳包括上壳和下壳，上壳的外表面设置有散热片。下壳的内表面设置有导热垫片，导热垫片与金属板相接触。光模块工作时，驱动芯片等元件产生的热量通过金属板和导热垫片传导至下壳，最终散发到光模块外部。

但是，光模块内的元件通常分布于PCB板的不同位置，驱动芯片等元件产生的热量首先要从PCB板的不同位置传导至金属板，再由导热垫片传导至下壳，在整个散热过程中，热量传导的路径较长，散热效率有限。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种光模块，以解决现有光模块的散热过程中，热量传导的路径较长，散热效率有限的问题。

根据本发明的实施例，提供一种光模块，包括：微控制单元和驱动芯片；

所述微控制单元和所述驱动芯片分别设置在PCB板上，所述微控制单元和所述驱动芯片分别与所述PCB板中的接地层连接；

在所述PCB板上分别在所述微控制单元和所述驱动芯片的一侧设置有导热层，所述导热层的一端分别与所述PCB板中的接地层连接。

本发明实施例提供的光模块包括：微控制单元和驱动芯片，微控制单元和驱动芯片分别设置在PCB板上；微控制单元和驱动芯片分别与PCB板中的接地层连接；在PCB板上分别在微控制单元和驱动芯片的一侧设置有导热层，导热层的一端分别与PCB板中的接地层连接；PCB板上的微控制单元和驱动芯片发出的热量，可以分别通过接地层传导至微控制单元和驱动芯片一侧的导热层，通过导热层将热量从PCB板上散发出去；本发明实施例通过对PCB板上不同位置的元件，提供相应的热量传导路径，使得散热过程中，热量传导的路径短，散热效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为一种现有的光模块的分解示意图；

图2为一种现有的光模块的下壳和PCB板的立体结构示意图；

图3为本发明的光模块的第一实施例的分解示意图；

图4为本发明的光模块的第一实施例的立体结构示意图；

图5为本发明的光模块的第一实施例的外部立体结构示意图；

图6为本发明的光模块的第二实施例的分解示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，光模块正朝着高传输速率和小型化的方向发展，随着传输速率的提高，光模块的功耗也相应增大，工作时产生的热量也随之增加。光模块的小型化使得光模块内部器件的密度增大，导致光模块工作时，内部的微控制单元和驱动芯片等元件产生的热量不容易散发。因此，对于高传输速率和小型化的光模块来说，散热效率已经成为影响光模块性能的一项重要因素。

例如，传输速率为100G的微型四通道光模块中，驱动芯片的功耗较大，导致整个光模块的功耗可以达到2.5W～3.0W，光模块本身的发热量较大，在室温环境工作时，光模块内部芯片的温度会高达55℃～60℃。

微型四通道光模块的小型化封装结构，使光模块内部器件的密度较大，光模块工作时的散热效率较低，也会导致光模块内部温度较高，一旦接近驱动芯片的温度上限，便可能造成驱动芯片的损坏。

此外，过高的温度也会导致光模块内部激光器的发光效率降低，信号噪声增加，严重影响信号质量和光模块的使用寿命。

目前最常用的散热方式是，在PCB板底面增加一块裸露的金属板，金属板通常为铜板，并在金属板与光模块的下壳之间设置一层导热垫片，以及在上壳外表面设置散热片，如图1和图2所示。

然而，在实际应用中发现，采用上述散热方式的光模块，散热效率较低。光模块内部的热量，只能通过PCB板底部的金属板向外传导，而光模块内部的各元件通常分布在PCB板的不同位置，各元件产生的热量都需要从PCB板的各个位置传导至金属板处，再由导热垫片传导至光模块的下壳进行散热，整个散热过程中，热量传导的路径较长，导致散热效率较低。此外，由于热量主要从光模块的下壳散发出去，光模块的上壳上设置的散热片并没有起到预期的散热效果。

因此，为了提升光模块的散热效率，本发明实施例提供一种采用新型散热方式的光模块。

实施例一

请参阅图3至图5，为本发明提供的一种光模块的第一实施例，光模块包括：微控制单元、驱动芯片、PCB板以及外壳；微控制单元和驱动芯片分别设置在PCB板上；微控制单元和驱动芯片分别与PCB板中的接地层连接，PCB板中接地层的设置可以根据现有技术实现；在PCB板上分别在微控制单元和驱动芯片的一侧设置有导热层，导热层的一端分别与PCB板中的接地层连接，导热层的另一端分别通过固定柱与外壳连接。其中，外壳包括下壳和与下壳相扣合的上壳，PCB板设置在下壳与上壳之间。

微控制单元、驱动芯片和导热层均设置于PCB板的第一表面，PCB板的第一表面为朝向上壳的表面。固定柱的一端通过第一导热垫片连接到导热层，固定柱的另一端设置在上壳的内表面。固定柱可以与上壳一体成型，并垂直于上壳的内表面设置。第一导热垫片可以通过导热胶粘接在固定柱的端面。可以在PCB板上制作焊盘，作为导热层。上壳的外表面设置有数个散热片，固定柱位于数个散热片所在区域的一侧，与数个散热片的位置相对应。

本申请的光模块中，PCB板上除了微控制单元和驱动芯片之外，还可以设置有跨阻放大器，跨阻放大器可以与微控制单元以及驱动芯片一同设置于PCB板的第一表面，且与PCB板中的接地层连，在PCB板上在接跨阻放大器的一侧也可以设置上述导热层。

优选地，散热片的材质与上壳，以及下壳的材质相同，可以是导热效率较高的金属材质，散热片与上壳一体成型。

具体地，PCB板为矩形PCB板，导热层的数量为八个，PCB板的四角中的每个角上设置有两个导热层。固定柱以及上导热垫片的数量为四个，四个固定柱对应PCB板的四个角设置，每个固定柱的端面设置有一个第一导热垫片，PCB板每个角的两个导热层与一个第一导热垫片相接触。

在本实施例中，导热层分布在PCB板的四角位置，且靠近PCB板上易发热的微控制单元、驱动芯片以及跨阻放大器等元件设置，使光模块工作时，微控制单元、驱动芯片以及跨阻放大器等元件发出的热量，都可以通过接地层传导至导热层，然后传导至与导热层相接触的第一导热垫片，再传导至与第一导热垫片相接触的固定柱，最后通过固定柱传导至光模块的上壳，最终通过散热片将热量从上壳散发出去。

导热层的数量设置为八个，PCB板的四角中的每个角上设置两个导热层，可以使固定柱端面的第一导热垫片与PCB板的四角稳固接触，通过PCB板四角处的固定柱，起到对PCB板的固定作用。PCB板每个角上的两个导热层可以根据PCB板上的元件的具体布置情况和PCB板的实际空间，设置为按照横向排列或者纵向排列。

此外，可将分布在PCB板的四角位置的导热层制作成具有一定的厚度，以增加PCB板的高度，使PCB板与固定柱端面的第一导热垫片更加紧密地接触，增强固定柱对PCB板四角的固定效果。

其中，第一导热垫片为无硅型导热垫片，具体可以由丙烯酸酯类树脂、导热粉、增塑剂以及硫化剂等原料制成；另外，第一导热垫片在ASTM D120-01测试标准下，出油率小于4.5％，挥发率小于0.01％。

目前，光模块中设置的导热垫片通常是由硅树脂与填料混合得到，其中硅树脂为液态，填料通常为固态氧化铝，硅树脂与填料混合反应后形成固态导热胶，导热垫片即由该固态导热胶制成。

尽管通过二次硫化工艺，可以使硅氧烷尽可能地挥发，在一定程度上降低其含量，但是，现有的导热垫片成品中仍会含有一定比例的高分子游离态的硅氧烷即硅油存在。由于光模块工作时，内部会产生较多热量，在高温、加压条件下，现有的导热垫片会有一定量的硅油渗出，渗出的硅油可能接触到光模块电路中的电阻或磁珠。如果磁珠的致密性不够，则渗出的硅油很可能侵入磁珠的铁氧体，同时将光模块内部环境中的硫带入到磁珠内部，引起磁珠硫化，从而对光模块造成损伤。

本发明实施例中的第一导热垫片为无硅型导热垫片，并且采用出油率和挥发率较小的材料制成，在高温、加压条件下不会有硅油渗出，可避免由于硅油侵入磁珠的铁氧体，导致磁珠硫化从而损伤模块的问题发生。

优选地，第一导热垫片的厚度为0.3mm±0.05mm，在实现导热功能的同时，符合光模块小型化的需求。此外，通过设置固定柱和第一导热垫片，并且第一导热垫片与导热层之间相接触，还可以起到固定PCB板的作用，提高光模块的可靠性。

优选地，第一导热垫片的导热率大于2.5W/M·K，可充分满足光模块正常工作的时导热需求。第一导热垫片的耐热温度范围为-40℃～200℃，可适应光模块工作时产生的高热量。

由以上可知，本发明提供的一种光模块的第一实施例，光模块包括：光模块包括：微控制单元、驱动芯片、PCB板和外壳；微控制单元和驱动芯片分别设置在PCB板上，微控制单元和驱动芯片分别与PCB板中的接地层连接；在PCB板上分别在微控制单元和驱动芯片的一侧设置有导热层，导热层的一端分别与PCB板中的接地层连接，导热层的另一端分别通过固定柱与外壳连接；PCB板上的微控制单元和驱动芯片发出的热量，可以分别通过接地层传导至微控制单元和驱动芯片一侧的导热层，然后传导至固定柱，最后经由固定柱，传导至光模块的外壳，最终通过散热片将热量从上壳散发出去；本发明实施例通过对PCB板上不同位置的元件，提供相应的热量传导路径，使得散热过程中，热量传导的路径短，散热效率高；此外，第一导热垫片为无硅型导热垫片，在高温、加压条件下不会有硅油渗出，可避免在高温、高压下渗出硅油，侵入磁珠的铁氧体，同时将光模块内部环境中的硫带入到磁珠内部，引起磁珠硫化，从而损伤光模块的问题发生。

实施例二

请参阅图6，为本发明提供的一种光模块的第二实施例，该第二实施例与上述第一实施例的区别在于：在PCB板的第二表面上的中心位置设置有金属板，金属板的一端与PCB板中的接地层连接，另一端通过第二导热垫片与外壳连接，其余结构与第一实施例相同，此处不在赘述。

其中，PCB板的第二表面为与朝向下壳的表面，PCB板上位于中间位置的元件产生的热量，可以通过接地层，传导至PCB板第二表面上的中心位置的金属板，然后传导至与金属板相接触的第二导热垫片，再通过第二导热垫片，传导至与第二导热垫片相接触的下壳，最终将热量从下壳散发出去。第二导热垫片可以通过导热胶与下壳的内表面相粘接。

由以上可知，本发明提供的一种光模块的第二实施例，在PCB板的第二表面上的中心位置设置有金属板，金属板的一端与PCB板中的接地层连接，另一端通过第二导热垫片与外壳连接，PCB板上位于中间位置的元件产生的热量，可以通过接地层，传导至金属板，然后传导至与金属板相接触的第二导热垫片，经由第二导热垫片传导至光模块的下壳，最终将热量从下壳散发出去，进一步提升散热效率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：微控制单元和驱动芯片；

所述微控制单元和所述驱动芯片分别设置在PCB板上，所述微控制单元和所述驱动芯片分别与所述PCB板中的接地层连接；

在所述PCB板上分别在所述微控制单元和所述驱动芯片的一侧设置有导热层，所述导热层的一端分别与所述PCB板中的接地层连接。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括外壳；所述导热层的另一端分别通过固定柱与所述外壳连接。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述固定柱的一端通过第一导热垫片连接到所述导热层，所述固定柱的另一端设置在所述外壳的内表面；

其中，所述微控制单元、驱动芯片和所述导热层均设置于所述PCB板的第一表面。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，在所述PCB板的第二表面上的中心位置设置有金属板，所述金属板与所述外壳连接。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述金属板通过第二导热垫片与所述外壳连接。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第一导热垫片和所述第二导热垫片为无硅型导热垫片，且所述第一导热垫片和所述第二导热垫片的出油率小于4.5％，挥发率小于0.01％。

7.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第一导热垫片和所述第二导热垫片的厚度为0.3mm±0.05mm。

8.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第一导热垫片和所述第二导热垫片的导热率大于2.5W/M·K。

9.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第一导热垫片和所述第二导热垫片的耐热温度范围为-40℃～200℃。

10.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述外壳的外表面设置有散热片。