CN109856738A - 一种光模块封装结构及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块封装结构，包括：顶盖、底板和金属壳体，底板上开设有用于容纳电连接器的空腔；在金属壳体底部开设有底部凹槽，用于容纳电路板和底板，底板附接至电路板的远离金属壳体顶部的表面上；在金属壳体顶部开设有顶部凹槽，顶盖用于覆盖顶部凹槽，顶部凹槽的槽底的一部分形成用于承载芯片的芯片承载部，靠近芯片承载部开设有将底部凹槽和顶部凹槽连通的通槽。本发明中芯片直接与金属壳体接触，形成到金属壳体的金属散热通道，芯片工作产生的热量通过该散热通道扩散至整个金属壳体外侧，去除芯片和金属壳体之间的空气隙，有效减小芯片与壳体之间的热阻，增强光模块散热。

Description

一种光模块封装结构及光模块

技术领域

本发明属于光电转换器件技术领域，具体地说，是涉及一种光模块的封装结构及光模块。

背景技术

随着光通信技术的快速推广和深入应用，光电转换模块的需求与日剧增，市场需求也朝着不断小型化、高速率、高密度、大功率方向发展，但随之带来模块热量集中且难以散热的问题，影响光电转换模块的产品性能及寿命。

光电转换模块工作时所产生的热量主要来自于内部的芯片，例如光收发芯片、驱动芯片等。目前，市场上出现的此类小型化光电转换模块产品，虽然在外形尺寸上实现小型化，但是限于空间挤压，没有设计合理的散热通道，模块热量难以散发。目前普遍的封装结构是将芯片直接贴装在PCB板上，然后加装光组件及壳体，PCB板导热率较差，芯片无法向下有效散热，芯片与壳体之间的散热通道中又存在较大的空气间隙或导热胶，增加了热阻，降低热传导率，导致芯片也无法直接通过壳体散热，虽然现有大部分光模块最终都会在壳体上贴装散热器，期望从模块上表面实现高效散热，但是效果散热效果不够理想，因此，这类封装结构没有较好地解决模块散热问题，导致产品工作温度区间较窄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光模块封装结构，用于有效解决光模块内部芯片的散热问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明在一个方面提出了一种光模块封装结构，其特征在于，包括：顶盖；底板，所述底板上开设有用于容纳电连接器的空腔；金属壳体，在所述金属壳体底部开设有底部凹槽，用于容纳电路板和所述底板，所述底板附接至所述电路板的远离所述金属壳体顶部的表面上；在所述金属壳体顶部开设有顶部凹槽，所述顶盖用于覆盖所述顶部凹槽，所述顶部凹槽的槽底的一部分形成用于承载芯片的芯片承载部，靠近所述芯片承载部开设有将所述底部凹槽和顶部凹槽连通的通槽，用于穿过所述芯片与所述电路板之间的电连接线。

进一步地，所述光模块密封结构还包括内密封盖；在所述顶部凹槽内壁上设置有用于承载所述内密封盖的第一台阶部，且所述芯片承载部位于所述内密封盖的下方。

进一步地，在所述顶部凹槽的内壁上还设置有用于承载所述顶盖的第二台阶部，所述第一台阶部的台阶面低于所述第二台阶部的台阶面；在所述内密封盖承载在所述第一台阶部上且所述顶盖承载在所述第二台阶部上时，所述内密封盖位于所述顶盖的下方。

进一步地，所述顶盖包括连接板、位于所述连接板一端的卡舌、和位于所述连接板另一端的卡扣结构；所述第二台阶部包括侧台阶部，所述侧台阶部向着远离所述顶部凹槽的内部的方向延伸开设有供所述卡舌插入的槽口，所述槽口的延伸深度大于所述侧台阶部在所述方向上的宽度；在所述金属壳体的一端开设有与所述顶部凹槽连通的缺口；在安装所述顶盖时，所述卡舌卡入所述槽口，且所述卡扣结构卡装在所述缺口处。

进一步地，所述顶部凹槽包括前凹槽和与所述前凹槽连通的后凹槽，所述第一台阶部位于所述后凹槽内，所述芯片承载部形成在所述后凹槽的槽底，且所述通槽连通所述后凹槽和底部凹槽。

进一步地，所述电路板通过导热胶粘贴至所述底部凹槽内。

进一步地，所述底部凹槽的第一内侧壁和与所述第一内侧壁相对的第二内侧壁上均开设有卡槽，且所述底板的第一端的顶部和与第一端相对的第二端的顶部上均设置有与各卡槽对应的卡钩。

进一步地，在所述金属壳体的底部的至少两个边角位置处均开设有螺钉孔，用于与用户主板的螺钉连接。

本发明在另一方面提出了一种光模块，其特征在于，包括顶盖、底板、金属壳体、电路板、芯片和光组件；所述底板上开设有用于容纳电连接器的空腔；在所述金属壳体底部开设有底部凹槽，用于容纳电路板和所述底板，所述底板附接至所述电路板的远离所述金属壳体顶部的表面上；在所述金属壳体顶部开设有顶部凹槽，所述顶盖用于覆盖所述顶部凹槽，所述顶部凹槽的槽底的一部分形成用于承载芯片的芯片承载部，靠近所述芯片承载部开设有将所述底部凹槽和顶部凹槽连通的通槽，用于穿过所述芯片与所述电路板之间的电连接线；所述电路板设置在所述底部凹槽内；所述芯片工作时产生热量，且安装在所述芯片承载部上；所述光组件包括前端的光接头和连接所述光接头的光纤带，所述光接头用于接收所述芯片发射的光信号，和/或用于输出光信号至所述芯片,所述光纤带用于传输光信号，且从所述顶部凹槽延伸至外部。

进一步地，所述光模块还包括电连接器，其设置在所述底板的空腔内，所述电连接器的顶面和底面均设置有导电触点，所述顶面的导电触点与所述电路板底面上的导电触点电接触，以实现电信号的有效传输。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明光模块的壳体为金属壳体，且在金属壳体的顶部开设有顶部凹槽，顶部凹槽的槽底的一部分形成芯片承载部，将芯片安装在芯片承载部上，这样，在芯片工作时，其产生的热量通过导热的芯片承载部向顶部凹槽的相对侧传递，进而传递至金属壳体的整个外表面，金属壳体本身作为散热器，从而散发热量至外界环境，使得从芯片承载部到金属壳体形成一条金属散热通道，避免在芯片与壳体之间存在空气隙，有效减小芯片与壳体之间热传导路径的热阻，增强热传导效率，有效解决了光模块的散热问题。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明所提出的光模块的一种实施例的整体结构爆炸图；

图2是图1中的金属壳体的顶面结构视图；

图3是图1中的金属壳体的底面结构视图；

图4是图1中的金属壳体与芯片的组装图；

图5是图4所示组装图与光组件的组装图；

图6是图5所示组装图与内密封盖的组装图；

图7是图1中金属壳体与电路板的组装分解图；

图8是图7所示组装图与底板的组装分解图；

图9是图8所示组装图与电连接器的组装分解图；

图10是本发明所提出的光模块组装后的顶面结构视图；

图11是本发明所提出的光模块组装后的底面结构视图；

图12是图10所示的光模块沿A-A方向的局部截面剖视图；

图13是图10所示的光模块沿B-B方向去掉后的截面剖视图，其中箭头方向示出了散热路径。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例针对光模块（例如光发射模块、光接收模块或光收发模块等）在工作过程中易产生热量的芯片（例如光收发芯片、驱动芯片等，这类芯片在工作过程中温升较快，且温度到达极限值时，芯片性能会变差或者直接停止运行，影响光模块的正常工作）的散热问题，在以往通用小型化产品尺寸（例如长宽均为16.4mm、厚度不超过4mm）的限制下，提出了一种高效散热的光模块封装结构，如图1所示，包括金属壳体100、顶盖500、底板700等主要组成部分，用于对光模块中的芯片200、电路板600、光组件300前端的光接头310以及光纤带320的一部分进行封装。封装后的光模块可以根据设计需要，在其底部进一步加装电连接器800，以便于与用户主板插接，实现电信号的可靠传输。

在本实施例，金属壳体100直接承载芯片200和电路板600，在芯片200工作产生热量时，热量直接通过金属壳体100传递至外界环境，使金属壳体100作为散热器使用，如图2所示，金属壳体100顶部开设有顶部凹槽110，顶部凹槽110的槽底的一部分形成芯片承载部120，用于将芯片200通过导热银浆粘贴至该芯片承载部120，从芯片承载部120到顶部凹槽110两侧再到整个金属壳体100表面形成一条金属散热通道，且底部开设有底部凹槽160，用于容纳电路板600和底板700，其中，底板700也由金属材料制成。由于芯片200直接与金属壳体100部分接触，减小两者之间的热阻，提升热传导效率，实现高效散热。

具体地，在本实施例的金属壳体100采用高导热金属材料，如图2所示，金属壳体100的顶部开设有顶部凹槽110，且如图3所示，底部开设有底部凹槽160，为了便于说明，本实施例定义的前、后、左、右、上、下六个方位是以图1所示的视图方向关系确定的，并不是对本实施例的限制。为了承载顶盖500，顶部凹槽110内壁上设置有台阶部150，用于支撑顶盖500，台阶部150可以沿整个内壁设置或在内壁上间隔设置。在本实施例中，台阶部150将顶部凹槽110分成为“工”字形的后凹槽和与后凹槽连通的前凹槽，芯片承载部120形成在后凹槽的槽底上，且靠近该芯片承载部120形成后凹槽和底部凹槽160连通的U型通槽130，电连接线穿过该通槽130将芯片200和电路板600进行线路绑定（如图4所示），且将通槽130与电路板600之间周圈的缝隙进行密封涂覆处理，当然该通槽130的形状不限于本实施例提到的U型，限于芯片200的结构以及芯片200与电路板600之间的电连接的需求，通槽130可以设计成“工”形、“L”形或其他合适的形状，在此不做限制。为了实现对裸芯片200及光路部分的防护，在顶部凹槽110的内壁上还设置有台阶部140，用于承托内密封盖400，如图2所示，具体在后凹槽的内壁上设置有台阶部140，台阶部140可以沿后凹槽的整个内壁设置或在该内壁上间隔设置，台阶部140的台阶面低于台阶部150的台阶面，内密封盖400承托在台阶部140上，且顶盖500承托在台阶部150上时，内密封盖400位于顶盖的下方。

如图7至图9所示，底部凹槽160用于容纳电路板600和底板700，电路板600和底板700的外形均匹配于底部凹槽160，电路板600和底板700的组装过程具体如下介绍，如图7至图9所示，底部凹槽160的四个边角位置均开设螺钉孔170，用于将封装后的产品与用户主板螺钉固定；前侧内壁和后侧内壁上均开设有卡槽（图7中示出后侧内壁上的卡槽161）；左侧内壁和右侧内壁上均设置有第一凸块（图7中仅示出左侧内壁上的第一凸块162），第一凸块有助于电路板600和底板700在底部凹槽160内定位，对应地，在电路板600的左侧端和右侧端以及底板700的左侧端和右侧端均开设有与第一凸块的外表面匹配的槽口，在安装电路板600时，电路板600通过导热胶安装在底部凹槽160内，通过通槽130将芯片200与电路板160线路绑定，且使用密封胶填充通槽130与电路板600接触的边缘缝隙。

本实施例底板700具有空腔710，且在底板700的前侧端和后侧端上均设置有卡钩，图8中仅示出前侧端上的卡钩720，该卡钩720与底部凹槽160的前侧内壁上的卡槽卡扣配合，实现将底板700卡装在底部凹槽160内且位于电路板600之下，此外，在空腔710的左侧内壁和右侧内壁上均设置有第二凸块730和740，其分别与在底板700上开设的槽口相对，便于在将电连接器800安装至该空腔710时通过电连接器800左右侧的凹槽810和820分别对应第二凸块740和730而定位电连接器800，且在每个第二凸块730和740上均设置有一个定位柱750和760，便于将封装后的产品用于与用户主板安装时准确定位，且金属材质的底板700在与用户主板贴合时，可以进行辅助散热。

在电路板600的底面上设置有导电触点610（例如焊盘），空腔710的开设位置和大小应根据导电触点610的位置和尺寸确定，即，当底板700安装卡扣至底部凹槽160后，导电触点610通过空腔710外露。此外，空腔710的尺寸也与电连接器800的尺寸相关，如图9所示，优选设计空腔710的尺寸略大于电连接器800的外形尺寸，以使得电连接器800可以嵌装在空腔710内。

在电连接器800的顶面可以设置导电触点830（例如金属弹片），底面可以设置与导电触点830电连通的导电触点840（例如焊盘或者金属弹片），结合图1和图9所示。在将电连接器800装配到位后，其顶面的导电触点830刚好与电路板600底面的导电触点610接触导通，如图12和图13所示，电连接器800底面的导电触点840用于在光模块安装到用户主板上时，与主板上设置的相应触点电接触，以实现光模块与用户主板之间电信号的可靠交互。通过光模块与用户主板的螺钉连接以及通过压接式电连接器800电接触的方式，实现该模块的可插拔可拆卸式安装，提升用户使用体验。

如图2所示，在前凹槽的前侧壁上开设缺口190，且如图5所示，在将光组件300的前端的光接头310与芯片200耦合后通过导热胶粘接固定后，光纤带320从缺口190伸出，该缺口190的沿左右方向的宽度与光纤带300中的光纤320的宽度基本一致，以使光纤710能够通过缺口190从顶部凹槽110内伸出，从而来自芯片200的光信号通过光接头310接收和/或从光接头310传输过来的光信号由芯片200接收，且如图2和图7所示，围绕缺口190在金属壳体100的前端外表面上设置有U型块190'，U型块包括190'包括第一侧壁、第二侧壁和连接于第一侧壁和第二侧壁之间连接部，U型块190'的第一侧壁的内表面与缺口190的相对侧内壁中一侧内壁保持在同一平面上，而U型块190'第二侧壁的内表面与缺口190的相对侧内壁中另一侧内壁保持在同一平面上，在该两个平面上沿前后方向分别开设有狭窄通槽191，且U型块190'的连接部的外表面在从第一侧壁到第二侧壁的方向上间隔开设凹口，其中本实施例中金属壳体100可以与U型块190'一起成型；且如图1和图2所示，台阶部150后侧的台阶部向着远离后凹槽的中心内部的方向延伸开设有槽口180，该槽口180的延伸深度大于后侧的台阶部在该延伸方向上的宽度d。为了保证顶盖500的朝向外界的表面与金属壳体100的上表面平齐，如图1所示，顶盖500包括中间连接板510、位于中间连接板510一端部的卡舌520、和位于中间连接板510另一端的卡扣结构，其中连接板510的大小面积与顶部凹槽110开口的大小面积基本一致，用于密封顶部凹槽110；如图12和图13所示，卡舌510利用槽口180的空间插入并抵靠在金属壳体100的位于槽口180上方的一部分的下方，用于约束卡舌510以避免其脱出，并且卡扣结构卡装在缺口190处，具体而言，本实施例中卡扣结构包括与连接板510同平面连接的第一板和与第一板同平面连接的第二板，连接板510、第二板和第一板的沿左右方向的长度依次减小，第一板沿左右方向的长度与缺口190的沿左右方向的宽度基本一致，第二板的沿左右方向的长度与U型块190'的连接部的长度基本一致，且在第一板的左端顶部和右端顶部分别垂直向下对接有末端带有倒钩的连接块530，且在第二板的左端顶部和右端顶部分别垂直向下对接有连接带540，如图10至图13所示，在将卡舌510约束在槽口180内时，连接块530的倒钩卡入狭窄通槽191内，且连接带540弯折并基本包裹U型块190'的整个外表面，连接部外表面上的凹口增强顶盖500与金属壳体100之间的可靠牢固封装；在顶盖组装完成后，顶盖500的口部利用结构胶固定，实现对光模块的整个封装。

如图13示出组装完成后局部截面剖视图，由于芯片承载部120属于金属壳体100的一部分，在芯片200产生热量时，热量通过芯片承载部120直接扩散至金属壳体100的整个表面，去除了芯片200和散热器之间的中间环节，消除了热传导路径的交界面瓶颈，减小了热传导路径的热阻，增强热传导的效果，散热路径如图13中箭头所示出的，且顶盖500和底板700也均为金属材质，也起到辅助散热的作用。

图5、图10至图13示出了光组件300在光模块中的封装结构，如图5所示，将芯片200粘接至芯片承载部120上后，将光组件300前端的光接头310与芯片200进行耦合，具体地，光接头310可以采用45°FA（Fiber Array,光纤阵列）形式或透镜阵列形式，当该光模块为光发射模块时，光接头310接收芯片200发射的光信号，当该模块为光接收模块时，通过光纤带320传输光信号至光接头310并转发至芯片200，当该模块为光收发模块时，光接头310既可以接收芯片200发射的光信号，又可以通过光纤带320传输光信号至光接头310并由芯片200接收到。对于24通道的光模块来说，具有24个光口，以支持24路光信号的收发。如图6所示，内密封盖400通过胶粘接至台阶部140上时，可以罩住芯片200以及光接头310的部分，将内密封盖400边缘以及光接头310四周与后凹槽连通的缝隙均使用密封胶灌封，实现裸芯片200的密封防护。

需要说明的是，对本实施例光模块进行封装时，优选地，先进行底部凹槽160内的组装（例如电路板600、底板700的组装），然后在进行顶部凹槽110内的组装（例如芯片200和光组件300的组装），再组装内密封盖400的以及顶盖500。

图10和图11分别示出了封装完成后的光模块的顶面视图和底面视图。通过采用顶盖500和底板700对光模块的腔体进行密封，由此可以将芯片200和电路板600密封在金属壳体100内，使得封装后的光模块具有耐恶劣环境能力强、运行可靠性好等显著优势。

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光模块封装结构，其特征在于，包括：

顶盖；

底板，所述底板上开设有用于容纳电连接器的空腔；

金属壳体，在所述金属壳体底部开设有底部凹槽，用于容纳电路板和所述底板，所述底板附接至所述电路板的远离所述金属壳体顶部的表面上；

在所述金属壳体顶部开设有顶部凹槽，所述顶盖用于覆盖所述顶部凹槽，所述顶部凹槽的槽底的一部分形成用于承载芯片的芯片承载部，靠近所述芯片承载部开设有将所述底部凹槽和顶部凹槽连通的通槽，用于穿过所述芯片与所述电路板之间的电连接线。

2.根据权利要求1所述的光模块封装结构，其特征在于，还包括内密封盖；

在所述顶部凹槽内壁上设置有用于承载所述内密封盖的第一台阶部，且所述芯片承载部位于所述内密封盖的下方。

3.根据权利要求2所述的光模块封装结构，其特征在于，在所述顶部凹槽的内壁上还设置有用于承载所述顶盖的第二台阶部，所述第一台阶部的台阶面低于所述第二台阶部的台阶面；

在所述内密封盖承载在所述第一台阶部上且所述顶盖承载在所述第二台阶部上时，所述内密封盖位于所述顶盖的下方。

4.根据权利要求3所述的光模块封装结构，其特征在于，所述顶盖包括连接板、位于所述连接板一端的卡舌、和位于所述连接板另一端的卡扣结构；

所述第二台阶部包括侧台阶部，所述侧台阶部向着远离所述顶部凹槽的内部的方向延伸开设有供所述卡舌插入的槽口，所述槽口的延伸深度大于所述侧台阶部在所述方向上的宽度；

在所述金属壳体的一端开设有与所述顶部凹槽连通的缺口；

在安装所述顶盖时，所述卡舌卡入所述槽口，且所述卡扣结构卡装在所述缺口处。

5.根据权利要求2所述的光模块封装结构，其特征在于，所述顶部凹槽包括前凹槽和与所述前凹槽连通的后凹槽，所述第一台阶部位于所述后凹槽内，所述芯片承载部形成在所述后凹槽的槽底，且所述通槽连通所述后凹槽和底部凹槽。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光模块封装结构，其特征在于，所述电路板通过导热胶粘贴至所述底部凹槽内。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的光模块封装结构，其特征在于，所述底部凹槽的第一内侧壁和与所述第一内侧壁相对的第二内侧壁上均开设有卡槽，且所述底板的第一端的顶部和与第一端相对的第二端的顶部上均设置有与各卡槽对应的卡钩。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的光模块封装结构，其特征在于，在所述金属壳体的底部的至少两个边角位置处均开设有螺钉孔，用于与用户主板的螺钉连接。

9.一种光模块，其特征在于，采用如权利要求1至8中任一项所述的光模块封装结构，且还设置有：

电路板，其设置在所述底部凹槽内；

芯片，其工作时产生热量，且安装在所述芯片承载部上；

光组件，其包括前端的光接头和连接所述光接头的光纤带，所述光接头用于接收所述芯片发射的光信号，和/或用于输出光信号至所述芯片,所述光纤带用于传输光信号，且从所述顶部凹槽延伸至外部。

10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于，还包括电连接器，其设置在所述底板的空腔内，所述电连接器的顶面和底面均设置有导电触点，所述顶面的导电触点与所述电路板底面上的导电触点电接触。