CN110494018B - 一种光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种散热效果较好的光模块，光模块包括散热壳体、印制电路板和功率器件；散热壳体的内表面形成有导热接触区，印制电路板包括基板和热管，热管包括与功率器件导热连接的蒸发部、与导热接触区导热连接的冷凝部以及连接在蒸发部和冷凝部之间的传热部。本申请实施例提供的光模块使用热管传热，在功率器件与散热壳体之间形成了高效的热传递通道，使功率器件工作时产生的热量可迅速传导至散热壳体以散热，能够灵活地根据光模块的安装位置调整冷凝部和导热接触区的位置，既能保持较高的散热效率，又能提升光模块的设计灵活性。

Description

一种光模块
技术领域
本发明涉及光通信元件制造技术领域，尤其涉及一种光模块。
背景技术
光模块是一种用于光电信号转换的集成模块，在光通信领域有着十分重要的作用。目前光模块向着小体积、高传送速率的方向发展，同时由于高功耗功率器件的应用，光模块内部分区域可能会产生高温从而影响芯片性能或是对光模块内部温度敏感的器件产生不利影响，因此，需要保证光模块良好的散热效果。
一些情况下，在实际应用中需要根据协议要求将散热区域分布在功率器件的安装侧，相关技术通常采用电路板密集填铜过孔或者在芯片下方对应电路板区域内部埋铜的导热方式，将电路板上功率器件产生的热量传导至电路板的背面，再通过电路板背面粘贴的散热金属块将热量传导至光模块外壳，最终通过外壳边壁将热量传导至外壳散热区域以散发热量。这种技术手段散热路径长，传导热阻大，热传导效率低下，不能起到良好的散热效果。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种散热效果较好的光模块。
为达到上述目的，本申请实施例提供一种光模块，包括散热壳体、设置于散热壳体内的印制电路板和安装在印制电路板上的功率器件；所述印制电路板包括基板和与所述基板电气绝缘的热管，所述散热壳体的内表面形成有导热接触区，所述热管包括蒸发部、冷凝部以及连接在所述蒸发部和冷凝部之间的传热部，所述蒸发部与所述功率器件导热连接，所述冷凝部与所述导热接触区绝缘导热连接。
进一步地，所述导热接触区和所述功率器件位于所述基板的同一侧。
进一步地，所述蒸发部埋设于所述基板内部，所述光模块包括设置于所述基板表面的第一导热层，所述功率器件附着于所述第一导热层上，所述基板内部形成有至少一个第一填铜过孔，所述第一导热层通过所述第一填铜过孔与所述蒸发部导热连接。
进一步地，所述冷凝部埋设于所述基板内部，所述光模块还包括设置于所述基板表面的第二导热层，所述基板内部形成有至少一个第二填铜过孔，所述第二导热层的一侧通过所述第二填铜过孔与所述冷凝部导热连接，所述第二导热层的另一侧与所述导热接触区绝缘导热连接。
进一步地，所述光模块包括第一绝缘导热材料层，所述第一绝缘导热材料层夹设于所述散热壳体和所述第二导热层之间，所述第二导热层通过第一绝缘导热材料层与所述导热接触区导热连接。
进一步地，所述冷凝部伸出所述基板外部，所述光模块还包括设置于所述基板表面和冷凝部之间的绝缘间隔层。
进一步地，所述光模块包括第二绝缘导热材料层，所述第二绝缘导热材料层夹设于所述散热壳体和所述冷凝部之间，所述冷凝部背离所述基板的一侧通过第二绝缘导热材料层与所述导热接触区导热连接。
进一步地，所述第一绝缘导热材料层或所述第二绝缘导热材料层的材料为弹性材料。
进一步地，所述第一绝缘导热材料层或所述第二绝缘导热材料层的材料为下述中的一种或多种：弹性导热垫、导热凝胶、导热硅脂或相变导热材料。
进一步地，所述热管沿长度方向的相对两端均为所述冷凝部，所述蒸发部位于两所述冷凝部之间，所述热管呈扁平状。
进一步地，所述热管的厚度为0.35～0.8mm；和/或，所述热管平面导热系数为3000～10000W/mK。
本申请实施的光模块，使用热管传热，在功率器件与散热壳体之间形成了高效的热传递通道，使功率器件工作时产生的热量可迅速传导至散热壳体以散热，能够灵活地根据光模块的安装位置调整冷凝部和导热接触区的位置，既能保持较高的散热效率，又能提升光模块的设计灵活性。
附图说明
图1为本申请第一实施例的光模块示意图；
图2为本申请第二实施例的光模块示意图；
图3为本申请第三实施例的光模块示意图。
附图标记说明散热壳体10；导热接触区101，印制电路板20；第一导热层201；第一填铜过孔202；第二填铜过孔203；第二导热层204；基板205；功率器件30；热管40；蒸发部401；传热部402；冷凝部403；第一绝缘导热材料层50；第二绝缘导热材料层50’；绝缘间隔层60
具体实施方式
下面将结合本申请附图，对本申请的具体实施方式作描述，显然，所描述的具体实施方式仅是一部分实施例，基于本申请的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均在本申请的保护范围内。
本申请实施例提供一种光模块，请参阅图1至图3，包括散热壳体10、设置于散热壳体10内的印制电路板20和安装在印制电路板20上的功率器件30；印制电路板20包括基板205以及与所述基板205电气绝缘的热管40，散热壳体10的内表面形成有导热接触区101，热管40包括蒸发部401、冷凝部403 以及连接在蒸发部401和冷凝部403之间的传热部402，蒸发部401与功率器件30导热连接，冷凝部403与导热接触区101绝缘导热连接。
本申请实施例的光模块，利用热管形成有效的热传递通道，具体地，安装在印制电路板20上的功率器件30将热量传递至热管40的蒸发部401，热量从蒸发部401经传热部402快速传递至冷凝部403，进而传递至散热壳体10进行散热。热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。热管的高导热能力与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量，所以能以较小的温差获得较大的传热率，且结构简单，具有单向导热的特点。因此，本申请实施例的光模块使用热管传热，能够灵活地根据光模块的安装位置调整冷凝部403和导热接触区101的位置，既能保持较高的散热效率，又能提升光模块的设计灵活性。
可以理解的是，为加强散热效果，本申请实施例的散热壳体10的外侧增设风扇、散热翅片等结构进行辅助散热。
本申请实施例的光模块，导热接触区101和功率器件30位于所述基板205 的同一侧，如此更有利于散热壳体10散热。可以理解的是，在另一未实施例中，导热接触区101和功率器件30也可以设置于印制电路板20的不同侧。
本申请实施例的光模块，请参见图1至图3，蒸发部401埋设于所述基板205内部，光模块包括设置于所述基板205表面的第一导热层201，功率器件 30附着于所述第一导热层201上，例如，功率器件30焊接于第一导热层201 上。第一导热层201能够增大与功率器件30之间的热传导面积，提升热传导效率。将蒸发部401埋设于基板205内，能够节省印制电路板20和散热壳体10 之间的空间，蒸发部401也不会干涉印制电路板20表面的电气元器件的安装和布置，能够使得印制电路板20结构紧凑。
基板205内部形成有至少一个第一填铜过孔202，第一导热层201通过第一填铜过孔202与蒸发部401导热连接。具体地，功率器件30通过第一导热层 201和第一填铜过孔202与热管40的蒸发部401形成热传递通道，使功率器件 30工作时产生的热量通过第一导热层201传递到第一填铜过孔202，再传递到蒸发部401。本申请实施例中，第一填铜过孔202的数量为多个，以增强第一导热层201和蒸发部401之间的热传递效率。
冷凝部403既可以埋设于基板205内部，也可以设置于基板205的外部。
例如，本申请的第一实施例中，请参见图1，冷凝部403埋设于基板205 内部，光模块还包括设置于基板205表面的第二导热层204，基板205内部形成有至少一个第二填铜过孔203，第二导热层204的一侧通过第二填铜过孔203 与冷凝部403导热连接，第二导热层204的另一侧与导热接触区101绝缘导热连接。具体地，冷凝部403通过第二填铜过孔203和第二导热层204与导热接触区101之间形成热传递通道，使冷凝部403的热量能经第二填铜过孔203和第二导热层204传递到导热接触区101，起到散热效果。
进一步地，一实施例中，请参见图1，光模块还包括夹设于散热壳体10和第二导热层204之间的第一绝缘导热材料层50，第二导热层204通过第一绝缘导热材料层50与导热接触区101导热连接，也就是说，第一绝缘导热材料层 50夹设于第二导热层204和导热接触区101之间，如此，能够保证第二导热层 204与导热接触区101之间的热阻较小，有利于热量传递。
本申请的第二实施例中，请参见图2，冷凝部403伸出基板205外部，光模块还包括设置于基板205表面和冷凝部403之间的绝缘间隔层60，绝缘间隔层60能保证冷凝部403与印制电路板20表面金属电路的电气绝缘。
进一步，一实施例中，请参考图2，光模块还包括第二绝缘导热材料层50’，第二绝缘导热材料层50’夹设于散热壳体10和所述冷凝部403之间，冷凝部403 背离所述基板205的一侧通过第二绝缘导热材料层50’与导热接触区101导热连接。如此，能够保证冷凝部403与导热接触区101之间的热阻较小，有利于热量传递。
本申请实施例的光模块，第一绝缘导热材料层50或第二绝缘导热材料层 50’的材料为弹性材料，能保证其与导热接触区101和冷凝部403或第二导热层 204之间充分接触，降低装配精度要求，降低热阻。
本申请实施例的光模块，第一绝缘导热材料层50或第二绝缘导热材料层 50’的材料为下述中的一种或多种：弹性导热垫、导热凝胶、导热硅脂或相变导热材料。上述材料皆拥有良好导热性能，有助于热量传递。可以理解的是，第一绝缘导热材料层50或所述第二绝缘导热材料层50’的材料包括但不限于上述材料，其他满足导热和绝缘的材料皆在该实施例可选范围之内。
对于同一根热管40而言，冷凝部403的数量可以是一个，也可以是两个。例如，第一实施例和第二实施例中，冷凝部403的数量为一个。
本申请第三实施例中，冷凝部403的数量为两个，具体地，请参阅图3，热管40沿长度方向的相对两端均为冷凝部403，蒸发部401位于两冷凝部403 之间。本实施例中，两冷凝部403可以是均埋设于基板205内；也可以是均位于基板205的外部；还可以是其中一个埋设于基板205内，其中另一个位于基板205的外部。本实施例中形成了分别位于功率器件30两侧的两条热传递通道，进一步提升了散热效率。
一实施例中，请参阅图3，以设置两个冷凝部的光模块为例，两个冷凝部 403分别设置在热管40两端，蒸发部401设置于两冷凝部403之间，功率器件 30产生的热量经第一导热层201和第一填铜过孔202传递到蒸发部401后，借由热管技术再分别向热管40两端传递至冷凝部403，相应的，散热壳体10亦设置两个导热接触区101，分别与两个冷凝部403通过第二绝缘导热材料层50’导热连接形成热传递通道；可以理解的是，冷凝部403基板205之间分别设置有绝缘间隔层60。
可以理解的是，热管40的数量可以是一根，也可以是多根，在此不做限制。
本申请实施例的光模块，热管40呈扁平状，且热管40的厚度为 0.35～0.8mm，例如0.35mm、0.5mm、0.65mm或者0.8mm。如此，可以满足热管40能够完全或部分埋设于基板205内部，可以理解的是，热管40的厚度的确定应该参考印制电路板20的设计要求。
本申请实施例的光模块，热管40平面导热系数为 3000～10000W/mK(瓦/分钟·度)，例如3000W/mK、5000W/mK、8000W/mK或者10000W/mK；如此，能够满足光模块的散热效率要求，避免功率器件30热量积累过多而影响正常工作。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光模块，其特征在于：包括散热壳体(10)、设置于散热壳体(10)内的印制电路板(20)和安装在印制电路板(20)上的功率器件(30)；所述印制电路板(20)包括基板(205)和与所述基板(205)电气绝缘的热管(40)，所述散热壳体(10)的内表面形成有导热接触区(101)，所述热管(40)包括蒸发部(401)、冷凝部(403)以及连接在所述蒸发部(401)和冷凝部(403)之间的传热部(402)，所述光模块包括设置于所述基板(205)表面的第一导热层(201)和设置于所述基板(205)表面的第二导热层(204)，所述基板(205)内部形成有至少一个第一填铜过孔(202)和至少一个第二填铜过孔(203)，所述蒸发部(401)埋设于所述基板(205)内部，所述功率器件(30)附着于所述第一导热层(201)上，所述第一导热层(201)通过所述第一填铜过孔(202)与所述蒸发部(401)导热连接，所述冷凝部(403)埋设于所述基板(205)内部，所述第二导热层(204)的一侧通过所述第二填铜过孔(203)与所述冷凝部(403)导热连接，所述第二导热层(204)的另一侧与所述导热接触区(101)绝缘导热连接。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述导热接触区(101)和所述功率器件(30)位于所述基板(205)的同一侧。
3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块包括第一绝缘导热材料层(50)，所述第一绝缘导热材料层(50)夹设于所述散热壳体(10)和所述第二导热层(204)之间，所述第二导热层(204)通过第一绝缘导热材料层(50)与所述导热接触区(101)导热连接。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括设置于所述基板(205)表面和冷凝部(403)之间的绝缘间隔层(60)。
5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述光模块包括第二绝缘导热材料层(50’)，所述第二绝缘导热材料层(50’)夹设于所述散热壳体(10)和所述冷凝部(403)之间。
6.根据权利要求3或5所述的光模块，其特征在于，所述第一绝缘导热材料层(50)或所述第二绝缘导热材料层(50’)的材料为弹性材料。
7.根据权利要求3或5所述的光模块，其特征在于，所述第一绝缘导热材料层(50)或所述第二绝缘导热材料层(50’)的材料为下述中的一种或多种：弹性导热垫、导热凝胶、导热硅脂或相变导热材料。
8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述热管(40)沿长度方向的相对两端均为所述冷凝部(403)，所述蒸发部(401)位于两所述冷凝部(403)之间所述热管(40)呈扁平状。
9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述热管(40)的厚度为0.35～0.8mm；和/或，所述热管(40)平面导热系数为3000～10000W/mK。
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