CN110062555A - 散热模块及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种散热模块，包括外壳、设于外壳内的发热元件、电路板和散热件，发热元件安装于电路板上，电路板设有与发热元件位置对应的导热件，散热件连接于导热件和外壳之间，发热元件产生的热量依次经过导热件和散热件到达外壳；其中，电路板由两个表层子板和至少一个内层子板压合而成，导热件包括贯通两个表层子板和至少一个内层子板的导热块，以及设于至少一个内层子板内的导热片，导热片与导热块导热连接以增大导热件的散热面积。散热模块增加了设置在内层子板中的导热片，扩大了导热件的散热面积，提高了电路板的导热效率；另外，内层较大面积的导热片不占用电路板表层上的布局、排线空间，提高了高密度光模块的空间利用率，保证了光模块的各项性能指标。

Description

散热模块及光模块

技术领域

本发明涉及一种散热模块，及使用该散热模块的光模块。

背景技术

随着光通信技术的不断发展，400G的光模块已经应运而生并且迅速成为业界标杆。由于400G的光模块通道数加倍，光模块的速率倍增，调制方式越来越复杂，整体电路复杂程度节节攀升，模块的功耗与之前的100G方案相比有数倍之多。

QSFP-DD被认为是未来400G光模块主要封装之一，按相关协议规定，QSFP-DD金手指由单排变为双排,导致一个问题是，PCB板端外侧顶层和底层的电接口分别需要通过盲孔导通至PCB内层，以便接收、发射分布在PCB不同内层的高速信号。另外QSFP-DD封装产品功耗远大于100G模块，散热和同时保证高速性能是模块设计的重点。旧有的散热方案，如激光孔填铜技术，上述高速线上的盲孔是通过激光孔堆叠互连形成，对高速性能不利；传统金属基埋入的技术，受PCB空间限制，通常在热源区域只有小面积的金属基，散热性能有待提高。

有鉴于此，目前亟需一种新的散热模块以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的散热模块，旨在保证PCB上高速性能，提高电路板的导热效率，从而降低模块工作时温度对性能的影响。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种散热模块，包括外壳、设于外壳内的发热元件、电路板和散热件，所述发热元件安装于所述电路板上，所述电路板内设有与所述发热元件位置对应的导热件，所述散热件连接于所述导热件和所述外壳之间，所述发热元件产生的热量依次经过所述导热件和所述散热件到达所述外壳；其特征在于：所述电路板由两个表层子板和至少一个内层子板压合而成，所述导热件包括贯通所述两个表层子板和至少一个内层子板的导热块，以及设于所述至少一个内层子板内的导热片，所述导热片与所述导热块相互连接。

作为本发明的其中一个技术方案，所述导热件包括至少两个导热块，所述至少两个导热块与所述导热片相互连接。

作为本发明的其中一个技术方案，所述导热块与所述导热片通过铸造或机加工一体成型。

作为本发明的其中一个技术方案，所述导热片靠近所述导热块处的面积不小于所述导热片远离所述导热块处的面积。

作为本发明的其中一个技术方案，所述导热件通过胶水、过盈配合或螺接的方式固定于所述电路板中。

作为本发明的其中一个技术方案，所述表层子板和所述内层子板通过高温压合而成。

作为本发明的其中一个技术方案，所述散热模块包括传热柱，所述传热柱贯穿所述导热片并与所述外壳导热连接，所述导热片上的热量经过所述传热柱传导至所述外壳。

作为本发明的其中一个技术方案，所述传热柱一体成型于或固定于所述外壳上，或者所述传热柱一体成型于或固定于所述散热件上，或者所述传热柱连接所述外壳、散热件和电路板。

作为本发明的其中一个技术方案，所述散热件包括散热柱和连接所述散热柱的散热盘，所述散热柱和所述导热块导热连接；所述散热盘与所述外壳导热连接。

作为本发明的其中一个技术方案，所述散热柱与所述导热块通过散热垫导热或焊接连接。

作为本发明的其中一个技术方案，所述散热模块还包括位于所述导热块和所述散热柱之间的铜面，所述铜面由电镀工艺成型于所述表层子板上。

本发明还提供一种光模块，所述光模块包括如上所述的散热模块。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明所提供的散热模块增加了设置在内层子板中的导热片，扩大了导热件的散热面积，提高了电路板的导热效率；另外，内层较大面积的导热片不占用电路板表层上的布局、排线空间，提高了高密度光模块的空间利用率，保证了光模块的各项性能指标。

附图说明

图1是本发明优选的实施方式中散热模块的剖视图；

图2是图1所示的散热模块的分解示意图；

图3是本发明优选的实施方式中散热模块的装配图。

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。

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。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。

参见图1所示，本发明的最佳实施方式提供了一种光模块1，所述光模块1包括外壳10、设于外壳10内的发热元件11、电路板12和散热件14，所述发热元件11安装于所述电路板12上，所述电路板12内设有与所述发热元件11位置对应的导热件13，所述散热件14连接于所述导热件13和所述外壳10之间，所述发热元件11产生的热量依次经过所述导热件13和所述散热件14到达所述外壳10。

参见图3所示，所述电路板12由两个表层子板121、125和至少一个内层子板123压合而成，所述导热件13包括贯通所述两个表层子板121、125和至少一个内层子板123的导热块131，以及设于所述至少一个内层子板123内的导热片133，所述导热片133与所述导热块131相互连接。

由于目前的电子行业的工艺越发复杂，所以对PCB板的层数要求越来越高。在板卡领域比较常见的就是4层板与6层板两种。多层电路板有一个很大的优势就是使得电源网络与地网络可以在承担更大的电流的同时屏蔽更多的干扰，也因此可以极大地提高整个系统的稳定性。从布线方面来说，子板的层数越多越利于布线，但是制板成本和难度也会随之增加。在进行电路板的设计时，技术人员需结合其他EDA工具分析电路板的布线密度；再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数；然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定子板层的数目。

结合图2和图3所示，在本实施方式中，电路板12包括两个表层子板121、125和一个内层子板123，表层子板121、125和内层子板123通过高温压合，从而使信号通过贯通子板或整个电路板的金属孔，在表层子板121、125和内层子板123之间传输，保证该光模块1的性能。当然，在其他的实施方式中，技术人员可以综合考虑上述因素来确定子板层的数目，采用4层、6层甚至更多层子板来制作电路板。当电路板12的层数较多时，层子板121、125和内层子板123都可以具有多层金属层，当然，也可以是具有多个内层子板123。

继续结合图2和图3所示，导热件13包括导热块131和与所述导热块131导热连接的导热片133，其中，导热块131与现有的金属基埋入的散热方案类似，即电路板12设有贯通的通孔121a（125a)，导热块131埋入所述通孔121a(125a)中。在现有技术中，电路板12中仅有一定面积的导热块131以传导发热元件11产生的热量。而本实施方式在现有技术的基础上，增加了设置在内层子板123中的导热片133，扩大了导热件13的散热面积，提高了电路板12的导热效率，降低了光模块1工作时温度性能的影响；与此同时，布置在内层子板123内的具有较大面积的导热片133并不占用表层子板121、125上的布局、排线空间，提高了高密度光模块的空间利用率，保证了光模块的各项性能指标。相比于现有技术，本实施方式结构简单，散热性能改善明显。

所述导热件13包括至少两个导热块131，所述至少两个导热块131与所述导热片133相互连接。在图示的实施方式中，导热块131的数量为两个，两个导热块131邻近设置，导热片133位于两个导热块131中间并将两个导热块131桥接起来。当然，在变化的实施方式中，邻近设置的导热块131可能为3个、4个甚至更多，因而，与之对应地，3个、4个甚至更多个导热块131与一个导热片133相互连接。在本实施方式中，所述两个导热块131与所述导热片133通过铸造或机加工的方式一体成型。

值得一提的是，当一个单独的导热块131与其他的导热块131距离较远时，为其导热的导热件13只包括一个导热块131和连接于导热块131的导热片133，此时，导热块131和导热片133构成的导热件13的外形类似锤子。

参见图3所示，所述导热块131为多棱柱，当然，在其他的实施方式中，导热块131也可以设置为圆柱、椭圆柱、圆台柱或其他形状。

在本实施方式中，两个导热块131之间通过导热片133均匀连接，即导热片133靠近导热块131处的面积与其远离导热块131处的面积相同。当然，在更优的实施方式中，导热片133靠近导热块131处的面积大于其远离导热块131处的面积。当导热片133与相邻近的两个导热块131相互连接时，这样的导热片133例如可构造为两头大-中间小的纺锤型或哑铃型；而当导热片133连接更多的导热块131时，导热片133可构成为具有多个形似花瓣围设成的展开的花朵型。当然，导热片133也可以设置成其他形状。

导热件13可以通过粘结、压合、过盈配合或螺接等方式固定于所述电路板12中。

参见图1所示，所述光模块1包括传热柱15，所述传热柱15贯穿所述导热片133并与所述外壳10导热连接，所述导热片133上的热量经过所述传热柱15传导至所述外壳10。传热柱15的设置进一步增强了光模块1的散热效果，使得发热元11的热量以更快的速度传导至外壳从而加速散热。

所述传热柱15一体成型于或固定于所述外壳10上，或者所述传热柱15一体成型于或固定于所述散热件14上，或者所述传热柱15连接所述外壳10、散热件14和电路板12。在本实施方式中，光模块1包括两个所述传热柱15（图中均示出两个，但只标示一处），且所述两个传热柱15与所述散热件14一体成型。相应地，导热片133上设有两个接收传热柱15的安装孔133a，且优选地，传热柱15与安装孔133a采用紧配合，从而有利于使导热片133上的热量通过安装孔133a的边缘传导至传热柱15。与安装孔133a对应地，表层子板121（125）开设有两个接收传热柱15的固定槽121b（125b），传热柱15贯穿安装孔133a和固定槽125b、121b，换言之，传热柱15贯穿所述电路板12。容易理解地，传热柱15的数量可根据需要做相应的增减，而传热柱15的形状不限。

如前所述，所述散热件14连接于所述导热件13和所述外壳10之间，所述发热元件11产生的热量依次经过所述导热件13和所述散热件14到达所述外壳10。具体地，结合图1和图3所示，所述散热件14包括散热柱141和连接所述散热柱141的散热盘143，所述散热柱141和所述导热块131导热连接；所述散热盘143与所述外壳10导热连接。

其中，所述传热柱15与所述散热盘143一体成型。当然，在变化的实施方式中，传热柱15也可以设置为上述的其他方式，比如设置为贯穿并连接所述外壳10、散热件14和电路板12的固定柱，换言之，设置为连接上下两个外壳10的螺柱。

散热盘143由于散热柱141的间隔而与电路板12的下表层子板125有一定的距离，所述距离允许下表层子板125布置电子元件而不影响电路板12的布线空间。另外，散热盘143到下表层子板125之间的空间利于空气的流通，从而也带走一部分热量。

散热件14包括至少两个散热柱141，所述至少两个散热柱141共用一个散热盘143。与导热件13相应的，散热件14所包括的散热柱141的数量与邻近设置的发热元件11的数量有关，而散热盘143的形状也与发热元件11的数量和位置有关。散热柱141为圆柱、椭圆柱、多棱柱或者圆台柱，散热盘143为圆形、椭圆形、多边形或者截面上有安装孔133a的圆形、椭圆形、多边形。

结合图1和图3所示，所述散热柱141与所述导热块131通过散热垫145导热或焊接连接，所述散热柱141上设有容置所述导热块131的凹槽（未标示）。所述光模块1还包括位于所述导热块131和所述散热柱141之间的铜面（未图示），所述铜面由电镀工艺成型于所述表层子板125上。铜面由于散热面积大、导热系数高而提供更进一步的散热；散热垫145的设置一方面便于导热块131和散热柱141的可靠连接，另一方面其自身也具有一定的散热性能。所述散热件14通过锡膏焊接、导热胶粘接或螺纹连接的方式固定于所述电路板12。如前所述，当传热柱15设置为螺柱时，散热件14可由螺柱固定于电路板12上。

综上所述，本发明优选实施方式所提供的光模块1，由于其中的电路板12具有多层子板，而便利了高速线路的排布，从而保证了光电信号的高速传输；同时，利用内层子板123收容具有较大散热面的导热片133，极大地增加了导热块131的散热面，相较于仅仅依靠导热块131导热的现有技术，显著地增强了导热散热的效果，而由于导热片133仅设置于内层子板123上，其不影响表层子板121、125的电子元件的布线空间，因而，如此的光模块1不但具有良好的高速性能，也具有良好的散热性能，解决了现有技术的问题，值得广泛的推广和应用。

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)

1.一种散热模块，包括外壳、设于外壳内的发热元件、电路板和散热件，所述发热元件安装于所述电路板上，所述电路板内设有与所述发热元件位置对应的导热件，所述散热件连接于所述导热件和所述外壳之间，所述发热元件产生的热量依次经过所述导热件和所述散热件到达所述外壳；其特征在于：所述电路板由两个表层子板和至少一个内层子板压合而成，所述导热件包括贯通所述两个表层子板和至少一个内层子板的导热块，以及设于所述至少一个内层子板内的导热片，所述导热片与所述导热块相互连接。

2.如权利要求1所述的散热模块，其特征在于：所述导热件包括至少两个导热块，所述至少两个导热块与所述导热片相互连接。

3.如权利要求2所述的散热模块，其特征在于：所述导热片靠近所述导热块处的面积不小于所述导热片远离所述导热块处的面积。

4.如权利要求1所述的散热模块，其特征在于：所述导热件通过胶水、过盈配合或螺接的方式固定于所述电路板中。

5.如权利要求1所述的散热模块，其特征在于：所述散热模块包括传热柱，所述传热柱贯穿所述导热片并与所述外壳导热连接，所述导热片上的热量经过所述传热柱传导至所述外壳。

6.如权利要求5所述的散热模块，其特征在于：所述传热柱一体成型于或固定于所述外壳上，或者所述传热柱一体成型于或固定于所述散热件上，或者所述传热柱连接所述外壳、散热件和电路板。

7.如权利要求6所述的散热模块，其特征在于：所述散热件包括散热柱和连接所述散热柱的散热盘，所述散热柱和所述导热块导热连接；所述散热盘与所述外壳导热连接。

8.如权利要求7所述的散热模块，其特征在于：所述散热柱与所述导热块通过散热垫导热或焊接连接。

9.如权利要求7所述的散热模块，其特征在于：所述散热模块还包括位于所述导热块和所述散热柱之间的铜面，所述铜面由电镀工艺成型于所述表层子板上。

10.一种光模块，其特征在于：包括如权利要求1至9中任一权利要求所述的散热模块。