CN105141369B - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光模块，包括：挠性电路板、设置在挠性电路板第一表面上且与挠性电路板电连接的光接收器件/光发送器件、以及导热块；所述导热块的第一表面与挠性电路板的第二表面相接触。本发明提供的光模块的散热效果较好，能够快速降低内部各器件的温度。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及光纤通信器件技术，尤其涉及一种光模块。

背景技术

互联网通信***是由中心服务器和多个终端设备组成，终端设备与中心服务器之间可以通过光纤进行数据传输。随着互联网技术的不断发展，中心服务器和云端设备内部电路***的工作频率越来越高，使得各自的数据处理速率和二者之间的数据传输速率逐渐上升，也就要求光纤通信设备对光信号进行传输的速率越来越快。

光模块是光纤通信设备中非常重要的光信号接口器件，包括印刷电路板(PrintedCircuit board,简称：PCB)、设置在印刷电路板上的激光器、探测器、以及用于驱动激光器和探测器的驱动芯片等器件，各器件焊接在印刷电路板的对应焊盘上。各器件在运行的过程中会发热，若热量不能快速地被散发出去，则会导致其环境温度不断升高。而由于印刷电路板比较厚，且大多采用酚醛树脂、玻璃纤维、环氧树脂等材料制成，其导热效果比较差。因此，现有的光模块采用印刷电路板不利于散热，一方面增大了器件功耗，另一方面又影响了各器件的工作性能和稳定性，进而缩短了光模块的整体性能。

发明内容

本发明提供一种光模块，其散热效果较好，能够快速降低内部各器件的温度。

本发明实施例提供一种光模块，包括：挠性电路板、设置在挠性电路板第一表面上且与挠性电路板电连接的光接收器件/光发送器件、以及导热块；所述导热块的第一表面与挠性电路板的第二表面相接触。

本发明实施例所提供的技术方案，通过采用厚度较薄的挠性电路板，将光接收器件/光发送器件设置在挠性电路板的第一表面上，挠性电路板的第二表面与导热块接触，采用厚度较薄的挠性电路板与现有技术中所采用的印刷电路板相比，相当于缩短了散热路径，因此能达到快速将热量从光接收器件/光发送器件传导至导热块的效果，提高散热速度，不但能降低器件功耗，还能保证各器件的工作性能和稳定性，延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光模块的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的又一光模块的结构示意图。

附图标记：

1-挠性电路板； 2-导热块； 3-光发送器件；

4-光接收器件； 5-光纤； 6-金属外壳；

7-透镜组件； 8-电连接器。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明实施例提供的光模块的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的光模块包括：挠性电路板1、设置在挠性电路板1第一表面上且与挠性电路板1电连接的光接收器件4、以及导热块2，导热块2的第一表面与挠性电路板1的第二表面相接触。

具体的，图1中挠性电路板1的上表面为第一表面，下表面为第二表面，光接收器件4设置在挠性电路板1的第一表面上，且与挠性电路板1上对应的焊盘焊接。

导热块2的上表面为第一表面，导热块2的下表面为第二表面，即：第一表面与第二表面为相对的表面。挠性电路板1的第二表面与导热块2接触，则光接收器件4的热量可以通过挠性电路板1传导至导热块2，再通过导热块2散发。由于挠性电路板1的基材通常采用聚酯类化合物、有机纤维化合物、聚四氧乙烯介质薄膜等制成，其韧性极好易弯曲，厚度较薄，因此，相对于现有技术中所采用的印刷电路板而言，厚度较薄的挠性电路板1能够更快地对热量进行传导，提高散热速度。

在某一介质中，热量从A点传导到B点，则A点和B点之间的温度差ΔT可参照如下公式得到：

其中，为源端(即A点)的功耗，L为散热路径(即A点和B点之间的距离)，ρ为该介质的热导率，S为导热面的横截面积。在源端功耗P、介质的热导率ρ、导热面的横截面积S一定的情况下，缩短散热路径L，就可以减小A点和B点之间的温度差ΔT。

对于上述技术方案，光接收器件4的热量散发至导热块2，则光接收器件4相当于上述A点，导热块2相当于上述B点，则光接收器件4与导热块2之间的距离即为：散热路径L，也就是挠性电路板1的厚度。

本实施例所提供的上述方案，采用厚度较薄的挠性电路板1与现有技术中所采用的印刷电路板相比，相当于缩短了散热路径L，因此能达到快速将热量从光接收器件4传导至导热块2的效果，提高散热速度，不但能降低器件功耗，还能保证各器件的工作性能和稳定性，延长使用寿命。挠性电路板1的厚度可以达到0.05mm至0.3mm之间，相比于厚度在1.6mm的印刷电路板，其散热路径小很多，散热速度也得到了大幅度的提升。

上述光接收器件4具体可以为探测器，用于接收光信号，属于功耗大、发热量大的热源器件。

除了探测器之外，挠性电路板1上还可以设置有用于驱动探测器工作的驱动芯片，也属于功耗大且发热量较大的热源器件。将该驱动芯片也设置在挠性电路板1上，同样可以通过挠性电路板1进行快速散热。

上述技术方案所提供的光模块能够接收外界的光信号，光模块可以与用于改变光线传播方向的器件相结合，以适应多种光路传播方向。

或者，还可以在光模块中设置透镜组件7，透镜组件7罩设在上述光接收器件4的上方，外界光线经透镜组件7反射后照射在光接收器4上。

进一步的，挠性电路板1的第一表面上还可以设置其它的器件，例如主控芯片等，主控芯片的发热量也比较大，通过采用本实施例所提供的上述方案，其热量也能够尽快得到传导。

上述导热块2可以采用导热性能较好的材料制成，例如金属、金属合金、陶瓷等。本实施例采用金属制成块状结构，称之为金属热沉，其热导率较大，可以为(100-1000)W/(m*℃)。另外，尽量增大金属热沉与挠性电路板1第二表面的接触面积，能进一步提高散热速度。

实施例二

与实施例一不同，本实施例提供另一种光模块，如图1所示，该光模块包括：挠性电路板1、设置在挠性电路板1第一表面上且与挠性电路板1电连接的光发送器件3、以及导热块2，导热块2的第一表面与挠性电路板1的第二表面相接触。

与实施例一类似的，图1中挠性电路板1的上表面为第一表面，下表面为第二表面，光发送器件3设置在挠性电路板1的第一表面上，且与挠性电路板1上对应的焊盘焊接。

导热块2的上表面为第一表面，导热块2的下表面为第二表面，即：第一表面与第二表面为相对的表面。挠性电路板1的第二表面与导热块2接触，则光发送器件3的热量可以通过挠性电路板1传导至导热块2，再通过导热块2散发。由于挠性电路板1的基材通常采用聚酯类化合物、有机纤维化合物、聚四氧乙烯介质薄膜等制成，其韧性极好易弯曲，厚度较薄，因此，相对于现有技术中所采用的印刷电路板而言，厚度较薄的挠性电路板1能够更快地对热量进行传导，提高散热速度。

参照实施例一所提供的热量传导公式，光发送器件3的热量散发至导热块2，则光发送器件3相当于上述A点，导热块2相当于上述B点，则光发送器件3与导热块2之间的距离即为：散热路径L，也就是挠性电路板1的厚度。

本实施例所提供的上述方案，采用厚度较薄的挠性电路板1与现有技术中所采用的印刷电路板相比，相当于缩短了散热路径L，因此能达到快速将热量从光发送器件3传导至导热块2的效果，提高散热速度，不但能降低器件功耗，还能保证各器件的工作性能和稳定性，延长使用寿命。挠性电路板1的厚度可以达到0.05mm至0.3mm之间，相比于厚度在1.6mm的印刷电路板，其散热路径小很多，散热速度也得到了大幅度的提升。

上述光发送器件3具体可以为激光器，用于发射光信号，属于功耗大、发热量大的热源器件。

除了激光器之外，挠性电路板1上还可以设置有用于驱动激光器工作的驱动芯片，也属于功耗大且发热量较大的热源器件。将该驱动芯片也设置在挠性电路板1上，同样可以通过挠性电路板1进行快速散热。

与实施例一类似的，本实施例所提供的光模块能够向外界发送光信号，光模块可以与用于改变光线传播方向的器件相结合，以适应多种光路传播方向。

或者，还可以在光模块中设置透镜组件7，透镜组件7罩设在上述光发送器件3的上方，光发送器件3发出的光线经透镜组件7反射后向外射出，例如射入光纤中进行光信号的传输。

进一步的，挠性电路板1的第一表面上也可以设置主控芯片等，主控芯片的发热量也比较大，通过采用本实施例所提供的上述方案，其热量也能够尽快得到传导。

实施例三

与上述实施例一和实施例二不同的是，本实施例提供的光模块中，即可以包括光接收器件4，也可以包括光发送器件3，即：光发送器件3和光接收器件4均设置在挠性电路板1的第一表面上。

具体的，如图1所示，本实施例提供的光模块包括：挠性电路板1、设置在挠性电路板1第一表面上且与挠性电路板1电连接的光发送器件3、光接收器件4、以及导热块2，导热块2的第一表面与挠性电路板1的第二表面相接触。

与实施例一和实施例二类似的，图1中挠性电路板1的上表面为第一表面，下表面为第二表面，光发送器件3和光接收器件4设置在挠性电路板1的第一表面上，且与挠性电路板1上对应的焊盘焊接。

导热块2的上表面为第一表面，导热块2的下表面为第二表面，即：第一表面与第二表面为相对的表面。挠性电路板1的第二表面与导热块2接触，则光发送器件3和光接收器件4的热量可以通过挠性电路板1传导至导热块2，再通过导热块2散发。由于挠性电路板1的基材通常采用聚酯类化合物、有机纤维化合物、聚四氧乙烯介质薄膜等制成，其韧性极好易弯曲，厚度较薄，因此，相对于现有技术中所采用的印刷电路板而言，厚度较薄的挠性电路板1能够更快地对热量进行传导，提高散热速度。

参照实施例一所提供的热量传导公式，光发送器件3和光接收器件4的热量散发至导热块2，则光发送器件3和光接收器件4各自分别相当于上述A点，导热块2相当于上述B点，则光发送器件3、光接收器件4各自与导热块2之间的距离即为：散热路径L，也就是挠性电路板1的厚度。

本实施例所提供的上述方案，采用厚度较薄的挠性电路板1与现有技术中所采用的印刷电路板相比，相当于缩短了散热路径L，因此能达到快速将热量从光发送器件3和光接收器件4传导至导热块2的效果，提高散热速度，不但能降低器件功耗，还能保证各器件的工作性能和稳定性，延长使用寿命。挠性电路板1的厚度可以达到0.05mm至0.3mm之间，相比于厚度在1.6mm的印刷电路板，其散热路径小很多，散热速度也得到了大幅度的提升。

上述光发送器件3具体可以为激光器，用于发射光信号；上述光接收器件4具体可以为探测器，激光器和探测器均属于功耗大、发热量大的热源器件。

除了激光器和探测器之外，挠性电路板1上还可以设置有用于驱动激光器工作的驱动芯片，和用于驱动探测器工作的驱动芯片，都属于功耗大且发热量较大的热源器件。其中，用于驱动激光器工作的驱动芯片和用于驱动探测器工作的驱动芯片可以为独立的两个芯片，也可以集成为一个芯片。将驱动芯片也设置在挠性电路板1上，同样可以通过挠性电路板1进行快速散热。

与实施例一类似的，本实施例所提供的光模块能够向外界发送光信号且能够从外界接收光信号，则光模块可以与用于改变光线传播方向的器件相结合，以适应多种光路传播方向。

或者，还可以在光模块中设置透镜组件7，透镜组件7罩设在上述光发送器件3和光接收器件4的上方，光发送器件3发出的光线经透镜组件7反射后向外射出，例如射入光纤中进行光信号的传输；透镜组件7将外界的光信号进行反射后射向光接收器件4。

进一步的，挠性电路板1的第一表面上也可以设置主控芯片等，主控芯片的发热量也比较大，通过采用本实施例所提供的上述方案，其热量也能够尽快得到传导。

实施例四

对于上述实施例所提供的光模块，虽然挠性电路板1的厚度较薄，相比于现有技术中采用印刷电路板能够大幅度提高散热速度，但受到挠性电路板1制作材料的限制，其导热效果与金属材料相比还有一定的差距。

因此，本实施例又提供一种光模块的实现方式：在上述各实施例所提供的技术方案的基础上，在光接收器件4和/或光发送器件3底部的挠性电路板1上开设有通孔，该通孔中设有金属柱(图中未视出)，金属柱的一端与光接收器件4或光发送器件3的底部接触，另一端与导热块2的第一表面接触。金属柱的横截面积与通孔的横截面积相同，金属柱的高度与挠性电路板1的厚度相同，则在散热路径L不变的情况下，金属柱的导热速度要远远大于挠性电路板1，因此，光接收器件4和/或光发送器件3的热量不但能通过挠性电路板1传导至导热块2，还能通过金属柱传导至导热块2，而通过金属柱进行热量传导的速度要快很多，相当于降低了介质的热导率ρ，能够进一步提高了散热效果。

金属柱可采用现有技术中导热效果较好的金属或金属合金制成，例如铜、铝、铝合金等，本实施例采用铜制成铜柱。

实施例五

进一步的，本实施例提供了另一种光模块的实现方式：在上述实施例的基础上，在挠性电路板1的第二表面铺设有金属层(图中未示出)，导热块1的第一表面与金属层接触，相当于金属层设置在挠性电路板1与导热块2之间。

对于挠性电路板1而言，由于其厚度较薄，则沿厚度(即纵向)方向的热传导速度较快，但沿板内(即横向)的热传导能力还是比较弱。因此，根据上述公式可知，光接收器件4或光发送器件3的热量传导至导热块2的导热面的横截面积S可视为光接收器件4或光发送器件3与挠性电路板1的接触面积。本实施例在挠性电路板1与导热块2之间设置金属层，由于在金属层内部横向导热能力较好，则光接收器件4和/或光发送器件3的热量通过挠性电路板1传导至金属层上，不但能够快速沿金属层纵向传导，还能够沿金属层内部横向传导，相当于增大了导热面的横截面积S，进一步加快了导热速度，提高散热效果。

金属层可采用现有技术中导热效果较好的金属或金属合金制成，例如铜、铝、铝合金等，本实施例采用铜在挠性电路板1的第二表面形成铜层。

实施例六

结合上述实施例四和实施例五中设置有金属层和金属柱的两种实现方式，本实施例还提供另一种光模块的实现方式：既在挠性电路板1的第二表面铺设有金属层，又在光接收器件4和/或光发送器件3底部的挠性电路板1上开设有通孔，并在该通孔中设置金属柱，金属柱的一端与光接收器件4或光发送器件3的底部接触，另一端与金属层接触。则该实现方式，既能够通过热量在金属层内横向传导而达到增大导热面的横截面积S的目的，又能够通过热导率ρ较低的金属柱进行热量传导，能够进一步加快热传导速度，提高了散热效果。

实施例七

在上述各实施例的基础上，针对挠性电路板1的设置方式，可以有多种实现形式：

其一、将挠性电路板1设置为平板结构，各电路器件均设置在挠性电路板1的第一表面上，挠性电路板1的第二表面直接与导热块2接触，或在挠性电路板1的第二表面上设置金属层，通过金属层再与导热块2接触。

其二、将挠性电路板1设置为包括相互连接的平板结构和弯曲结构，如图1所示，平板结构为位于导热块2上方的部分，弯曲结构为位于导热块2左侧的部分。

各电路器件均设置在挠性电路板1的第一表面上，具体可以设置在平板结构上，也可以设置在弯曲结构上。当电路器件的数量较多，体积较大时，需要挠性电路板1的面积也较大。若对于现有技术中的刚性的印刷电路板或上述平板结构的挠性电路板1而言，电路板的尺寸会非常大，进而导致光模块整体的体积较大。

而由于挠性电路板1的基材的韧性较好，可以弯曲，例如图1中弯曲结构位于导热块2的左侧，则可以减小光模块的体积。

将光模块应用到互联网通信***的中心服务器和云端设备上，对于同样面积的电路***板，可以容纳数量更多的光模块，提高光处理密度，大幅度提高通信带宽。

其三、将挠性电路板1设置为包括第一平板结构和第二平板结构，第一平板结构和第二平板结构之间通过弯曲结构连接，如图1所示，第一平板结构位于导热块2上方的部分，弯曲结构为位于导热块2左侧的部分，第二平板结构位于导热块2下方的部分。相当于挠性电路板1弯曲之后，其第一平板结构和第二平板结构上的第二表面均与导热块2接触，其中，第一平板结构上的第二表面与导热块2的第一表面接触，第二平板结构上的第二表面与导热块2的第二表面接触。

各电路器件均设置在挠性电路板1的第一表面上，具体可以设置在第一平板结构上，也可以设置在弯曲结构上，还可以设置在第二平板结构上。在挠性电路板1的面积不变的情况下，可以设置数量更多的电路器件。

实施例八

对于上述各实施例的技术方案，挠性电路板1可以设置有金手指，通过金手指与外接电路器件相连。则上述光接收器件4和/或光发送器件3、驱动芯片等全部设置在挠性电路板1上且与挠性电路板1对应电连接，并通过金手指与外接电路器件中的相应连接端电连接。

具体的，可以另外设置一个电路连接端子，例如电连接器8，其上未设置任何电路器件，仅作为连接端子使用。电连接器8再与外接电路器件相连。挠性电路板1的金手指与电连接器8保持电连接，以使光接收器件4和/或光发送器件3通过挠性电路板1上的金手指与电连接器8电连接，再通过电连接器8与外接电路器件电连接。

图1中，光模块中的电连接器8设置在导热块2的下方，且电连接器8设置在挠性电路板1的第一表面上且与挠性电路板1电连接。

或者，在电连接器8上设置金手指，通过金手指与外接电路器件相连。而挠性电路板1上可设置金手指，也可不设置金手指，挠性电路板1与电连接器8电连接。

实施例九

除去实施例七提供的三种实现方式之外，本领域技术人员还可以将挠性电路板1设置为其它的形式。图2为本发明实施例提供的又一光模块的结构示意图。如图2所示：

在实施例八的基础上，将挠性电路板1设置为包括第一平板结构和第二平板结构，第一平板结构和第二平板结构之间通过第一弯曲结构连接，第一平板结构的端部在导热块2的右侧经过弯曲后形成第二弯曲结构。其中，第一平板结构、第二平板结构和第一弯曲结构的实现方式均可参照图1。与图1不同之处为：图2中的电连接器8设置在导热块的右侧，且电连接器8设置在第二弯曲结构上且与第二弯曲结构电连接。

另外，电连接器8还可以设置在其它位置上，挠性电路板1可以进行相应的形状变化，以适应并与电连接器8电连接。

实施例十

上述各实施例所提供的的光模块是将所有的电路器件置于挠性电路板1上，而不是置于印刷电路板PCB上，采用挠性电路板1全面替代印刷电路板PCB。

而本实施例还提供一种光模块的实现方式：同时采用现有技术中的印刷电路板以及上述技术方案所提供的挠性电路板1，二者之间电连接。其中，挠性电路板1可弯曲成相对于印刷电路板呈设定角度，例如90°，即：挠性电路板1与印刷电路板垂直。将发热量较小的电路器件可以设置在印刷电路板上，而将发热量较大的光收发器件设置在挠性电路板1上，也能够达到上述技术方案所具备的技术效果，即：缩短散热路径，提高散热速度。

实施例十一

在上述各实施例的基础上，本实施例还提供一种光模块，还包括用于容纳挠性电路板1的金属外壳6，金属外壳6将挠性电路板1、导热块2、光接收器件4和/或光发送器件3、透镜组件7等器件均包覆起来，对其进行保护。将导热块2的第二表面与金属外壳6接触，或者导热块2的其它表面也与金属外壳6接触，能够进一步加快热量传导的速度，通过金属外壳6散发出去，提高散热效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (9)

1.一种光模块，其特征在于，包括：挠性电路板、设置在挠性电路板第一表面上且与挠性电路板电连接的光接收器件/光发送器件、以及导热块；所述导热块的第一表面与挠性电路板的第二表面相接触；

所述挠性电路板包括：第一平板结构、第二平板结构以及弯曲结构，所述第一平板结构和所述第二平板结构之间通过所述弯曲结构连接；

所述光模块还包括用于调整光接收器件/光发送器件光线传播路径的透镜组件，所述透镜组件罩设在光接收器件/光发送器件上且与挠性电路板固定连接，以使所述光发送器件发出的光线经所述透镜组件反射后向外射出，或者以使外界的光信号经所述透镜组件反射后射向所述光接收器件。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述挠性电路板的第二表面铺设有金属层，所述导热块的第一表面与所述金属层接触。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述挠性电路板上设有用于与外接电路器件相连的金手指。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，还包括电连接器，所述挠性电路板与电连接器相连，所述电连接器上设有用于与外接电路器件相连的金手指。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光接收器件/光发送器件底部的挠性电路板上开设有通孔，所述通孔中设有金属柱，所述金属柱与导热块的第一表面接触。

6.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述光接收器件/光发送器件底部的挠性电路板上开设有通孔，所述通孔中设有金属柱，所述金属柱与金属层接触。

7.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述金属层为铜层。

8.根据权利要求5或6所述的光模块，其特征在于，所述金属柱为铜柱。

9.根据权利要求1-6任一项所述的光模块，其特征在于，还包括用于容纳所述挠性电路板的金属外壳，所述导热块与所述金属外壳接触。