CN112578508A - 光模块 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光模块，包括壳体、电路板、光发射组件和/或光接收组件；所述壳体包括主散热面、副散热面以及两侧面，所述主散热面、副散热面以及两侧面形成具有光口和电口的容置腔，所述容置腔用于放置所述电路板、光发射组件和/或光接收组件；所述主散热和副散热面通过所述侧面连接，所述主散热面、副散热面和至少一个所述侧面为一体成型结构。本申请将光模块至少部分的上下壳体和侧面一体式设计，最大限度地减小上下壳体之间的热阻，有效提高了光模块的散热性能，利于光模块长期可靠稳定地工作。

Description

光模块
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及光模块。
背景技术
在光模块设计中，通常需要在高速链路信号性能和光模块关键器件如激光器、TIA等可支持工作温度范围以及光模块整体热性能之间做出权衡。目前在400G、800G等光模块设计中引入了高阶调制，采用的数字信号处理器(DSP，digital signal processor)、激光器等关键器件的功能趋于强大，核心器件的功耗也日益增加，对光模块的散热性能提出了更高的要求。
如图1和图2所示，在光学引擎的散热结构中，为了最优化激光器20’的热性能，选择将激光器20’或者其阵列放置在靠近光模块壳体的下壳12’侧，使激光器20’通过光学引擎的大热沉30将热量快速耗散至光模块的主散热面——上壳11’或者上壳处的骑式散热器上，从而将散热路径最优化。此时为了保证高速链路的信号质量而将高功率数字信号处理芯片DSP芯片50’放置于PCB板40’的底部，DSP芯片50’本身由于强大的处理能力需要耗费较多的能量从而产生较多热量，这些热量也需要被快速带走以保证其芯片正常的工作性能。
光模块设计时为了组装方便，通常以PCB板的上或下表面做为一个分界面将光模块壳体分为上下两部分，上下两部分壳体之间一般为自然接触或者添加一些导热/EMI屏蔽胶，在提高EMI屏蔽效果的同时尽量减小上下壳体间的热阻。但通常这种自然接触或者通过导热胶接触的上下壳体由于接触热阻比较大、接触面积比较小或者材料本身的导热率较低而达不到理想的散热效果。
光学引擎一般有四个散热方向，光模块上壳体——主散热面、下壳体——副散热面、光模块PCBA电连接的交换机电接口以及光模块光口侧。后两个散热方向的散热路径通常热阻较大，不会做为主要散热路径。系统中通常将光模块的上壳体做为主散热面，大部分交换机厂商通常会将固定光模块的光笼(Cage)和骑式散热器(riding heat sink)与可插拔光模块的上壳体表面接触来达到对光模块进行散热和对光模块进行热管理的目的。
常用的光模块壳体上下分界的方式，上下壳体间的热阻不连续现象比较严重，对需要通过下壳体进行散热的设计是十分不利的，也不利于对光模块进行热管理，影响光模块长期可靠稳定地工作。
在优化光模块本身的热性能上，常用的有以下几种选择：1、使用高导热率材料制作光模块壳体，以优化光模块整体的热阻；2、尽量增大光模块壳体与系统热沉的接触面积；3、优化光模块壳体与系统热沉接触位置的热阻，通常做法为将接触部位尽量做光滑，同时填充高导热率材料；4、优化光模块内部高功率器件的位置分布等。上述这些方式多是从优化光模块本身与系统热沉间的接触热阻出发，无法从根本上改变光模块设计中遇到的问题：如何优化靠近光模块壳体底部的热量的耗散路径以及减小其热阻。
发明内容
本申请的目的在于提供一种光模块，有效减小光模块上下壳体之间的热阻，提高光模块的散热性能。
为了实现上述目的之一，本申请提供了一种光模块，包括壳体、电路板、光发射组件和/或光接收组件；所述壳体包括主散热面、副散热面以及两侧面，所述主散热面、副散热面以及两侧面形成具有光口和电口的容置腔，所述容置腔用于放置所述电路板、光发射组件和/或光接收组件；所述主散热面和副散热面通过所述侧面连接，所述主散热面、副散热面和至少一个所述侧面为一体成型结构。
作为实施方式的进一步改进，所述主散热面和副散热面通过所述两侧面连接且一体成型。
作为实施方式的进一步改进，所述主散热面或副散热面上设有开窗，所述开窗位置设有固定于所述主散热面和所述副散热面至少其一上的盖板。
作为实施方式的进一步改进，所述主散热面和副散热面与所述两侧面中的一个侧面一体成型。
作为实施方式的进一步改进，所述光模块还包括热沉，所述光发射组件的激光器芯片和/或光接收组件的探测器芯片设于所述热沉上；所述热沉与所述主散热面的内壁导热连接。
作为实施方式的进一步改进，所述热沉通过导热胶或导热垫与所述主散热面的内壁导热连接。
作为实施方式的进一步改进，所述电路板上设有电芯片，所述电芯片与所述副散热面或主散热面导热连接。
作为实施方式的进一步改进，所述电芯片通过导热胶或导热垫与所述副散热面或主散热面的内壁导热连接。
作为实施方式的进一步改进，所述主散热面、副散热面和/或侧面的内壁设有突出部，所述电路板的侧边设有限位部；所述突出部卡于所述限位部以限制所述电路板的位置。
作为实施方式的进一步改进，还包括紧固件；所述主散热面和/或副散热面设有通孔，所述紧固件穿过所述通孔将所述电路板固定在所述壳体内。
本申请的有益效果：将光模块至少部分的上下壳体和侧面一体式设计，最大限度地减小上下壳体之间的热阻，有效提高了光模块的散热性能，利于光模块长期可靠稳定地工作。
附图说明
图1为常用光模块结构分解示意图；
图2为常用光模块结构内光电组件与电路板组装示意图；
图3为本申请实施例1的光模块封装示意图；
图4为图3中光模块壳体分解示意图；
图5为本申请实施例2的光模块封装示意图；
图6为图5中光模块壳体分解示意图；
图7为本申请实施例3的光模块封装示意图；
图8为图7中光模块壳体分解示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，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申请的保护范围内。
在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。
另外，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。当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。
实施例1
如图3和4所示，该实施例的光模块包括壳体10、电路板40和光发射组件20。在其它实施例中，也可以包括光发射组件和光接收组件，或者只包括光接收组件。其中，壳体10包括主散热面11、副散热面12以及两侧面13，主散热面11、副散热面12以及两侧面13形成具有光口和电口的容置腔，该容置腔用于放置上述电路板40、光发射组件20和/或光接收组件。主散热面11和副散热面12通过侧面13连接，主散热面11、副散热面12和至少一个侧面13为一体成型结构。这里，一体成型结构包括：主散热面11和副散热面12以及两个侧面13一体成型连接，形成横截面为“回”字型的结构；或者，主散热面11和副散热面12以及两个侧面13的其中一个侧面一体成型连接，形成“匚”字形结构；还可以是主散热面11和部分副散热面12以及两个侧面13一体成型连接，在副散热面12上形成有开窗的结构，当然，也可以是部分主散热面11和副散热面12以及两个侧面13一体成型连接，在主散热面11上形成有开窗的结构。即在主散热面11和副散热面12之间具有相同材质的侧面13一体成型连接，使得主散热面11和副散热面12之间具有最小的热阻，以提高光模块的散热性能。
该实施例中，主散热面11和副散热面12通过上述两侧面13中的一个侧面连接且一体成型，另一个侧面为后组装结构。即主散热面11和副散热面12与其中一个侧面13形成“匚”字形结构，另一侧的开口作为安装口14，用于将电路板40和光发射组件20等预组装结构安装到光模块壳体10内。上述光发射组件20跟电路板40组装在一起作为预组装结构，再将该预组装结构从上述安装口14装入壳体10内并固定好，最后用侧面13将上述安装口14封上。其中，电路板40还连接一热沉30，光发射组件20的激光器芯片和/或光接收组件的探测器芯片设于热沉30上；该热沉30通过导热胶或导热垫等导热介质与主散热面11的内壁导热连接，光发射组件20和/或光接收组件工作产生的热量经热沉30直接传导到主散热面11，从主散热面11散发出去。数字信号处理器、跨阻放大器等电芯片50设在电路板40背面，与副散热面12相临近，当然，在其它实施例中，有些电芯片50也可以设在电路板40的正面，与主散热面11相临近。电芯片50通过导热胶或导热垫等导热介质与副散热面12的内壁导热连接。电路板40背面的电芯片50或其他关键器件工作产生的热量必须经副散热面12传导的部分，部分热量可以通过副散热面12经侧面13传导到主散热面11散发出去。由于主散热面11和副散热面12通过两侧面13中的一个侧面一体成型连接，所以从副散热面12到主散热面11的热传导具有极小的热阻，热传导效率高，有效提高了光模块的散热性能，利于光模块长期可靠稳定地工作。
上述预组装结构在壳体内的固定方式可以采用螺钉固定。具体的，可以在主散热面、副散热面和/或侧面的内壁设有突出部，在电路板的侧边设有限位部；上述突出部卡于电路板的限位部处以限制电路板的位置，使电路板安装到位。在主散热面和/或副散热面设有通孔，在利用螺钉或螺栓、销钉等紧固件穿过通孔将电路板锁定在壳体内。最后再利用螺钉或螺栓等将剩下的侧面锁定在主散热面和副散热面侧边，以将壳体的安装口封上。
实施例2
如图5和6所示，与实施例1不同的是，该实施例中，光模块壳体10的主散热面11和副散热面12通过两侧面13连接且一体成型，形成具有前端口和后端口的“回”字形壳体10，这里，前端口15作为光模块的光口，后端口16作为光模块的电口。光发射组件20跟电路板40组装在一起作为预组装结构，再将该预组装结构从壳体10的前端口15或后端口16装入壳体10内，并通过螺丝锁紧等方式将其固定在壳体10内，然后再在壳体10的前端口15装上光纤适配器，和/或在壳体的后端口16装上电磁屏蔽结构等，并通过螺丝或胶粘等方式将光纤适配器与壳体10进行连接固定。其中，电路板40还连接一热沉30，光发射组件20的激光器芯片和/或光接收组件的探测器芯片设于热沉30上；该热沉30通过导热胶或导热垫等导热介质与主散热面11的内壁导热连接，光发射组件20和/或光接收组件工作产生的热量经热沉30直接传导到主散热面11，从主散热面11散发出去。数字信号处理器、跨阻放大器等电芯片50设在电路板40背面，与副散热面11相临近。电芯片50通过导热胶或导热垫等导热介质与副散热面12的内壁导热连接。电路板40背面的电芯片50或其他关键器件工作产生的热量必须经副散热面12传导的部分，将通过副散热面12经两个侧面13传导到主散热面11散发出去。由于主散热面11和副散热面12通过两侧面13连接且一体成型，所以从副散热面12到主散热面11的热传导具有极小的热阻，热传导效率高，有效提高了光模块的散热性能，利于光模块长期可靠稳定地工作。
实施例3
如图7和8所示，与实施例1和2不同的是，该实施例中，光模块壳体10的主散热面11或副散热面12上设有开窗122，开窗122位置设有盖板121，该实施例以在壳体10副散热面12设开窗122为例进行说明。与实施例2类似的，壳体10主散热面11和副散热面12通过两侧面13连接且一体成型，不同的是该实施例中，在副散热面12设有开窗122，作为安装入口，用于安装光发射组件20和电路板40等预组装结构。具体的，光发射组件20和/跟电路板40组装在一起作为预组装结构，再将该预组装结构从上述开窗122装入壳体10内，并通过螺丝锁紧等方式将其固定在壳体10内，最后用上述盖板121盖上该开窗122，并通过螺钉或粘胶等方式将盖板121与副散热面12和两侧面13连接固定，完成组装。其中，电路板40还连接一热沉30，光发射组件20的激光器芯片和/或光接收组件的探测器芯片设于热沉30上；该热沉30通过导热胶或导热垫等导热介质与主散热面11的内壁导热连接，光发射组件20和/或光接收组件工作产生的热量经热沉30直接传导到主散热面11，从主散热面11散发出去。数字信号处理器、跨阻放大器等电芯片50设在电路板40背面，避开开窗122的位置，与副散热面12相临近。电芯片50通过导热胶或导热垫等导热介质与副散热面12的内壁导热连接。电路板40背面的电芯片50或其他关键器件工作产生的热量必须经副散热面12传导的部分，将通过副散热面12经两侧面13传导到主散热面11散发出去。由于主散热面11和副散热面12通过两侧面13连接且一体成型，所以从副散热面12到主散热面11的热传导具有极小的热阻，热传导效率高，有效提高了光模块的散热性能，利于光模块长期可靠稳定地工作。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光模块，包括壳体、电路板、光发射组件和/或光接收组件；其特征在于：所述壳体包括主散热面、副散热面以及两侧面，所述主散热面、副散热面以及两侧面形成具有光口和电口的容置腔，所述容置腔用于放置所述电路板、光发射组件和/或光接收组件；所述主散热面和副散热面通过所述侧面连接，所述主散热面、副散热面和至少一个所述侧面为一体成型结构。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述主散热面和副散热面通过所述两侧面连接且一体成型。
3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于：所述主散热面或副散热面上设有开窗，所述开窗位置设有固定于所述主散热面和所述副散热面至少其一上的盖板。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述主散热面和副散热面与所述两侧面中的一个侧面一体成型。
5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光模块还包括热沉，所述光发射组件的激光器芯片和/或光接收组件的探测器芯片设于所述热沉上；所述热沉与所述主散热面的内壁导热连接。
6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于：所述热沉通过导热胶或导热垫与所述主散热面的内壁导热连接。
7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述电路板上设有电芯片，所述电芯片与所述副散热面或主散热面导热连接。
8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于：所述电芯片通过导热胶或导热垫与所述副散热面或主散热面的内壁导热连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的光模块，其特征在于：所述主散热面、副散热面和/或侧面的内壁设有突出部，所述电路板的侧边设有限位部；所述突出部卡于所述限位部以限制所述电路板的位置。
10.根据权利要求1-8任一项所述的光模块，其特征在于：还包括紧固件；所述主散热面和/或副散热面设有通孔，所述紧固件穿过所述通孔将所述电路板固定在所述壳体内。
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