CN109699115A - 光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种光模块，所述光模块包括壳体、设置于所述壳体内的电路板和光电器件，所述电路板包括：主载板，所述主载板包括相对设置的第一主表面和第二主表面、以及连通所述第一主表面的散热孔；副载板，所述副载板嵌设于所述散热孔内，所述副载板包括导热绝缘本体以及形成于所述导热绝缘本体内部的导电电路，所述导热绝缘本体的导热率高于所述主载板的导热率；导电层，所述导电层形成于所述第一主表面和/或所述第二主表面上，且所述导电层与所述导电电路电连接；所述光电器件至少部分设置于所述副载板的一个表面上，所述副载板的另一个表面与所述壳体导热连接。本发明同时保证了较佳的散热效果以及足够的走线空间。

Description

光模块
技术领域
本发明涉及一种光模块，属于光通信元件制造技术领域。
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，400G OSFP（全称Octal Small Form-factor Pluggable）光模块已经成为光模块未来主要方向之一。
而在400G OSFP光模块中，相同的封装尺寸内，要容纳相对于100G光模块数倍的电路功能，而功耗也数倍的大幅上升，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 / 光电转换电路的性能会降低，甚至失效。
现有的散热方案，例如激光孔填铜技术、金属基埋入技术、Press-Fit技术，均需要占用电路板的走线空间用于散热。
因此，如何兼顾散热效果和走线空间以保证元件密度和性能，成为光模块的电路板设计中的一项重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光模块，其散热区可进行走线，以解决现有技术中无法兼顾散热效果和走线空间的问题。
为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种光模块，所述光模块包括壳体、设置于所述壳体内的电路板和光电器件，所述电路板包括：
主载板，所述主载板包括相对设置的第一主表面和第二主表面、以及连通所述第一主表面的散热孔；
副载板，所述副载板嵌设于所述散热孔内，所述副载板包括导热绝缘本体以及形成于所述导热绝缘本体内部的导电电路，所述导热绝缘本体的导热率高于所述主载板的导热率；
导电层，所述导电层形成于所述第一主表面和/或所述第二主表面上，且所述导电层与所述导电电路电连接；
所述光电器件至少部分设置于所述副载板的一个表面上，所述副载板的另一个表面与所述壳体导热连接。
在本发明进一步地实施例中，所述导热绝缘本体为氮化铝陶瓷材质。
在本发明进一步地实施例中，所述散热孔贯通所述第一主表面和所述第二主表面。
在本发明进一步地实施例中，所述副载板包括相对设置的第一副表面和第二副表面，所述导电层还形成于所述第一副表面和/或所述第二副表面上。
在本发明进一步地实施例中，所述导电电路包括内层线路和孔结构，所述孔结构内设有导电材料，所述导电材料使所述内层线路和所述导电层电连接。
在本发明进一步地实施例中，所述第一副表面与所述第一主表面共平面和/或所述第二副表面与所述第二主表面共平面。
在本发明进一步地实施例中，所述副载板和所述主载板之间通过介质胶粘结固定。
在本发明进一步地实施例中，所述主载板上具有多个散热孔，所述散热孔内均设有所述副载板。
在本发明进一步地实施例中，所述光电器件包括激光器和光电探测器，所述激光器和/或所述光电探测器设置在所述副载板上。
在本发明进一步地实施例中，所述壳体与所述副载板之间设有散热垫或散热胶，所述副载板与所述壳体通过所述散热垫或散热胶导热连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：同时保证了较佳的散热效果以及足够的走线空间，使得在相同的封装尺寸内，散热效果和元件密度都得到大幅度提升，保证了产能性能，使更高密度的光模块的实现成为可能。
附图说明
图1是本发明一实施例的光模块的结构图；
图2是本发明一实施例的布设有电子元件的电路板的结构示意图；
图3是本发明一实施例的电路板的结构示意图；
图4是本发明一实施例的主载板和副载板的分解结构图；
图5是本发明一实施例的布设有电子元件的电路板的剖视示意图；
图6是本发明一实施例的主载板的剖视示意图；
图7是本发明一实施例的副载板的剖视示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，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发明的保护范围内。
参图1~7，本发明一实施例提供一种光模块，尤其是一种400G OSFP光模块。具体参图1，该光模块包括金属壳体300、电路板100及布设于电路板100上的光电器件。
其中，壳体300用于支撑并固定电路板100。
所述光电器件包括功率相对较小的第一光电器件和功率相对较大的第二光电器件900，也即第二光电器件900为大功率光电器件。
电路板100设置于壳体300内，其大致划分为主要负载区101和散热区102，主要负载区101用于布设所述第一光电器件，散热区102用于布设第二光电器件900，以提升电路板100的散热性能，并进一步保证所述光模块的优良性能；主要负载区101和散热区102的面积/位置可依照所述光电器件的设计要求而进行对应设置。
第二光电器件900在散热区102上的组装方式，可如光电器件910通过打线组装至电路板100上，还可如光电器件920通过表贴焊接至电路板100上或者通过粘结的方式固定在电路板100上。
参图2~5，电路板100具体包括大致限定主要负载区101的面积/位置的主载板2、大致限定散热区102的面积/位置的副载板3以及导电层。
参图4~6，主载板2包括相对设置的第一主表面201和第二主表面202，第一主表面201和第二主表面202为主载板2具有相对较大的表面积的两个表面。为清楚地表达本实施例中所描述的位置与方向，由第二主表面202至第一主表面201的指向（图示箭头u）定义为“上”，反之，由第一主表面201至第二主表面202的指向（图示箭头l）定义为“下”。
主载板2还包括散热孔25，散热孔25连通第一主表面201，换句话说，也即散热孔25自第一主表面201向下凹陷形成。散热孔25具有多种具体实现方式，在纵向（也即上下方向）深度方面：如本实施例中，散热孔25设置为自第一主表面201向下凹陷延伸直至连通第二主表面202，也即散热孔25贯通第一主表面201和第二主表面202；在其他实施例中，散热孔25还可设置为自第一主表面201向下凹陷延伸至主载板2的中部。而在延伸角度方面：如本实施例中，散热孔25设置为沿垂直第一主表面201的方向（也即第一主表面201的法线方向）向正下方延伸；在其他实施例中，散热孔25还可设置为与第一主表面201呈一锐角向斜下方延伸。
所述导电层形成于第一主表面201和/或第二主表面202上，也即，所述导电层形成于第一主表面201和第二主表面202的至少其一上。在本实施例中，所述导电层包括形成于第一主表面201上的第一导电层4以及形成于第二主表面202上的第二导电层6；第一导电层4和第二导电层6的至少其一可依照设计要求而调整成所需的线路图案，以便于所述第一光电器件的布设。
第一导电层4和第二导电层6设置为金属电镀层，优选地设置为铜镀层。
在本实施例中，主载板2设置为多层板结构，其具体包括基板本体21、基础导电电路22、第一基础导电层23以及第二基础导电层24。
基板本体21包括至少两层基础板体，并可通过压合粘结成型。在本实施例中，基板本体21包括依次上下层叠分布的第一层基础板体211、第二层基础板体212和第三层基础板体213。基板本体21设置为玻璃纤维、碳纤维、环氧树脂等材质，也即每层所述基础板体均设置为玻璃纤维、碳纤维、环氧树脂等材质。
基础导电电路22形成于基板本体21内部，并与所述导电层电连接，从而实现主载板2的内部走线。基础导电电路22具体包括基础内层线路221和基础孔结构（图未示）：基础内层线路221大致平行于第一主表面201布设，并包括形成于相邻两层所述基础板体之间的基础子线路（如形成于第一层基础板体211与第二层基础板体212之间的基础子线路2211、形成于第二层基础板体212与第三层基础板体213之间的基础子线路2212）；所述基础孔结构大致垂直于第一主表面201设置，并延伸至基板本体21的表面，所述基础孔结构内设置有导电材料，该导电材料使基础内层线路221和所述导电层电连接，所述基础孔结构具体可设置为通孔、盲孔、埋孔的一种或多种。
第一基础导电层23形成于基板本体21的上表面，其构成主载板2的第一主表面201；第二基础导电层24形成于基板本体21的下表面，其构成主载板2的第二主表面202。在本实施例中，第一基础导电层23和第二基础导电层24均设置为铜材质。换句话说，也即主载板2的上下表面覆铜。
第一基础导电层23的下侧与基础导电电路22的所述基础孔结构相接触并电连接，其上侧与第一导电层4相接触并电连接，以实现基础导电电路22与第一导电层4电连接。而且，通过第一基础导电层23，可使第一导电层4能够更为稳固地与基板本体21结合。
第二基础导电层24的上侧与基础导电电路22的所述基础孔结构相接触并电连接，其下侧与第二导电层6相接触并电连接，以实现基础导电电路22与第二导电层6电连接。而且，通过第二基础导电层24，可使第二导电层6能够更为稳固地与基板本体21结合。
参图4、5和7，副载板3与散热孔25相适配，且副载板3嵌设于散热孔25内。副载板3包括导热绝缘本体31和形成于导热绝缘本体31内部的导电电路32。
其中，副载板3的导热率高于主载板2的导热率，具体地，导热绝缘本体31设置为高导热不导电材质，导热绝缘本体31的导热率高于主载板2的导热率。这样，具有较大功率的第二光电器件900布设于电路板100的副载板3上（也即散热区102），可通过副载板3进行快速散热，增强散热效果，保证所述光模块的优良性能。
导电电路32与所述导电层电连接，具体地，导电电路32与第一导电层4和第二导电层6的至少其一电连接。这样，导热绝缘本体31本身绝缘不导电，其内部设置与所述导电层电连接的导电电路32，实现副载板3内部走线，提升电路板100上的电路的设计空间，在一定的封装尺寸内增大光电器件布设密度，使复杂电路的设计方式更加多样化。
本实施例的具有电路板100的所述光模块，尤其是400G OSFP光模块，同时保证了较佳的散热效果以及足够的走线空间，使得在相同的封装尺寸内，散热效果和元件密度都得到大幅度提升，保证了产能性能，使更高密度的光模块的实现成为可能。
进一步地，副载板3包括相对设置的第一副表面301和第二副表面302，于组装状态下，第一副表面301、第二副表面302分别形成于副载板3的上侧、下侧。
所述导电层还形成于第一副表面301和/或第二副表面302上。参图3及图5，在本实施例中，第一导电层4还进一步形成于第一副表面301上，第二导电层6还进一步形成于第二副表面302上；第一副表面301上的第一导电层4以及第二副表面302上的第二导电层6，均可依照设计要求而调整成所需的线路图案40，以便于第二光电器件900的布设以进一步形成电路。
进一步地，第一主表面201和第一副表面301共平面，这样，一方面可方便所述光电器件的布设，另一方面可便于第一导电层4的形成及线路图案的制作；第二主表面202和第二副表面302共平面，这样，可便于第二导电层6的形成及线路图案的制作。
进一步地，参图4，当副载板3嵌设于散热孔25内时，副载板3和主载板2之间通过介质胶7粘结固定。具体地，主载板2具有围成散热孔25的孔壁251，副载板3具有连通第一副表面301和第二副表面302的环侧面303，环侧面303和孔壁251之间具有介质胶7，以使二者粘结固定。
进一步地，在本实施例中，介质胶7设置为不导电材质，以使环侧面303和孔壁251之间无法直接电连接。
优选地，介质胶7的上端面71大致与第一副表面301、第一主表面201共平面；介质胶7的下端面72大致与第二副表面302、第二主表面202共平面。
进一步地，参图5和图7，导热绝缘本体31设置为陶瓷材质，优选地设置为氮化铝陶瓷材质或氧化铝陶瓷材质。导热绝缘本体31可通过流延工艺制作成型，并且，在导热绝缘本体31成型过程中，导电电路32可同步成型于导热绝缘本体31内部。
导电电路32具体包括内层线路321以及孔结构322：内层线路321大致平行于第一副表面301布设，并包括与第一副表面301具有不同间距的多层子线路（如本实施例中的第一层子线路3211、第二层子线路3212）；孔结构322大致垂直于第一副表面301设置，并延伸至导热绝缘本体31的表面，孔结构322内设置有导电材料，该导电材料使内层线路321和所述导电层电连接，孔结构322具体可设置为通孔3223、盲孔3221、埋孔3222的一种或多种。
副载板3还进一步包括第一副导电层33、第二副导电层34、第三副导电层35。
其中，第一副导电层33形成于导热绝缘本体31的上表面，其构成副载板3的第一副表面301；第二副导电层34形成于导热绝缘本体31的下表面，其构成副载板3的第二副表面302。在本实施例中，第一副导电层33和第二副导电层34均设置为铜材质，并通过沉积法结合于导热绝缘本体31上。换句话说，也即副载板3的上下表面覆铜。
第一副导电层33的下侧与导电电路32的孔结构322相接触并电连接，其上侧与第一导电层4相接触并电连接，以实现导电电路32与第一导电层4电连接。而且，通过第一副导电层33，可使第一导电层4能够更为稳固地与导热绝缘本体31结合。
类似的，第二副导电层34的上侧与导电电路32的孔结构322相接触并电连接，其下侧与第二导电层6相接触并电连接，以实现导电电路32与第二导电层6电连接。而且，通过第二副导电层34，可使第二导电层6能够更为稳固地与导热绝缘本体31结合。
另外，第三副导电层35形成于导热绝缘本体31的部分侧表面处，并构成副载板3的部分环侧面303；第三副导电层35设置为与第一副导电层33、第二副导电层34、导电电路32中的两个或三个相接触并电连接，这样，可进一步提升电路板100上的电路的设计空间，在一定的封装尺寸内使复杂电路的设计方式更加多样化。
详细地讲，第三副导电层35还可根据设计要求而制作出不同的电路图案，以实现与第一副导电层33、第二副导电层34分别相接触并电连接，或者与第一副导电层33、内层线路321分别相接触并电连接，或者与第二副导电层34、内层线路321分别相接触并电连接，或者如本实施例中所示的与第一副导电层33、第二副导电层34、内层线路321分别相接触并电连接。
优选地，第三副导电层35也设置为铜材质，并通过沉积法结合于导热绝缘本体31上，其与第一副导电层33、第二副导电层34一体成型。
进一步地，主载板2上可根据设计要求而设置有多个散热孔25，同时，多个散热孔25的形状/结构可设置为相同或不同；相对应的，副载板3设置为多个并与散热孔25一一对应，也即，多个散热孔25内均设置有副载板3。
散热孔25的形成方式具有多种，例如：其一，在主载板2的成型过程中，依照设计要求，预留散热孔25对应位置，以直接形成具有散热孔25的主载板2；其二，在主载板2的母板成型完成后，依照设计要求，在该母板上通过雷射钻孔、电浆蚀刻、铣床等方式加工出散热孔25。
另外，第二光电器件900具体包括激光器和光电探测器，所述激光器和/或所述光电探测器设置在副载板3上，从而利用副载板3的高导热率进行散热。
另外，参图1，所述光模块还包括散热垫200，散热垫200设置于壳体300和电路板100的副载板3之间，其设置为绝缘导热材质，电路板100的副载板3与壳体300通过散热垫200导热连接，以进一步保证电路板100的散热区102的散热效果。在其他实施例中，散热垫200还可用散热胶替代，也即电路板100的副载板3与壳体300通过散热胶导热连接。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：允许在散热区102（尤其是副载板3内部）进行走线，使散热区102和主要负载区101可以电气互连，同时保证了较佳的散热效果以及足够的走线空间，使得在相同的封装尺寸内，散热效果和元件密度都得到大幅度提升，保证了产能性能，使更高密度的光模块的实现成为可能；而且，借助第二导电层6、第三副导电层35等结构，极大地提升电路板100上的电路的设计空间，使复杂电路的设计方式更加多样化。
应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例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，各实施例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发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光模块，所述光模块包括壳体、设置于所述壳体内的电路板和光电器件，其特征在于，所述电路板包括：
主载板，所述主载板包括相对设置的第一主表面和第二主表面、以及连通所述第一主表面的散热孔；
副载板，所述副载板嵌设于所述散热孔内，所述副载板包括导热绝缘本体以及形成于所述导热绝缘本体内部的导电电路，所述导热绝缘本体的导热率高于所述主载板的导热率；
导电层，所述导电层形成于所述第一主表面和/或所述第二主表面上，且所述导电层与所述导电电路电连接；
所述光电器件至少部分设置于所述副载板的一个表面上，所述副载板的另一个表面与所述壳体导热连接。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述导热绝缘本体为氮化铝陶瓷材质。
3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述散热孔贯通所述第一主表面和所述第二主表面。
4.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述副载板包括相对设置的第一副表面和第二副表面，所述导电层还形成于所述第一副表面和/或所述第二副表面上。
5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述导电电路包括内层线路和孔结构，所述孔结构内设有导电材料；所述内层线路通过所述导电材料与所述导电层电连接。
6.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述第一副表面与所述第一主表面共平面和/或所述第二副表面与所述第二主表面共平面。
7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述副载板和所述主载板之间通过介质胶粘结固定。
8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述主载板上具有多个散热孔，所述散热孔内均设有所述副载板。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，所述光电器件包括激光器和光电探测器，所述激光器和/或所述光电探测器设置在所述副载板上。
10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于，所述壳体与所述副载板之间设有散热垫或散热胶，所述副载板与所述壳体通过所述散热垫或散热胶导热连接。
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