CN111175967A - 光学模块 - Google Patents

Abstract

一种光学模块，包括：基板、光学元件、盖板以及散热装置。光学元件设置于基板上，其中光学元件具有面朝基板的第一侧及相反于前述第一侧的第二侧。盖板设置于光学元件的第二侧上，并延伸至前述基板上。此外，基板设置于散热装置与光学元件之间。本发明的光学模块，借由盖板的设置，只需于光学元件的单一侧设置散热装置，即可同时排除光学元件的正面及反面所产生的热能，进而可省去额外设置散热装置的空间与成本，更可得到体积缩小的光学模块。

Description

光学模块

技术领域

本发明是有关于一种光学模块，特别是有关于一种具有用以传递热能的盖板的光学模块。

背景技术

随着科技不断地发展，在日常生活中电子产品的使用亦愈来愈普及，投影机便是其中之一。目前数字光线处理(Digital Light Processing；DLP)投影机利用数字微型反射镜元件(Digital Micromirror Device；DMD)反射光线来产生影像，进行影像的投影。然而，数字光线处理(DLP)投影机在使用上会有数字微型反射镜元件(DMD)的出光面与其背面(亦即未出光的表面)之间产生温差的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一些实施例提供一种光学模块，包括：基板、光学元件、盖板以及散热装置。光学元件设置于基板上，其中光学元件具有面朝基板的第一侧及相反于前述第一侧的第二侧。盖板设置于光学元件的第二侧上，并延伸至前述基板上。此外，基板设置于散热装置与光学元件之间。

于一实施例中，前述光学模块更包括散热介质，设置于盖板与光学元件之间、盖板与基板之间、以及/或者基板与散热装置之间。盖板具有开口，且前述开口显露出光学元件的第二侧，且盖板具有互相连接的上部与下部，其中上部与光学元件部分重叠，下部通过前述散热介质与基板连接，且上部的延伸方向与下部的延伸方向位于不同的水平面上

于一实施例中，前述光学模块更包括导电介质，设置于基板与光学元件之间。此外，前述光学模块更包括电路板及接点，其中前述接点将基板与电路板电性连接。光学模块更包括形成于基板中的内联机层，且前述内联机层将导电介质与接点电性连接。光学模块更包括形成于基板中的通孔，且前述通孔与内联机层电性隔离。于一实施例中，前述基板更包括金属层，前述金属层与通孔连接并覆盖基板的表面，且前述表面面朝散热装置。金属层与内联机层电性隔离。

于一实施例中，光学模块更包括透镜，设置于光学元件的第二侧上。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，做详细说明如下。

附图说明

图1显示根据本发明一比较例的光学模块的剖视示意图。

图2显示根据本发明一实施例的光学模块的剖视示意图。

图3显示根据本发明一实施例的基板、光学元件、散热装置、以及盖板分开的立体示意图。

图4显示根据本发明另一实施例的光学模块的剖视示意图。

图5显示根据本发明另一实施例的光学模块的剖视示意图。

其中附图标记为：

1、1A、1B、1C～光学模块；

10、10’～基板；

20～光学元件；

21～第一侧；

22～第二侧；

30～托座；

31～导电结构；

40～散热装置；

50～透镜；

60～盖板；

601～上部；

602～下部；

61～开口；

100～电路板；

110～导电介质；

110’～中央部分；

120～内联机层；

130～接点；

200～散热元件；

201～导热管；

202～鳍片；

210～金属凸块；

220、220A、220B～散热介质；

230～通孔；

240～金属层；

250～散热鳍片。

具体实施方式

以下说明本发明实施例的光学模块。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所揭示的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本发明，并非用以局限本发明的范围。

除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇揭示所属的一般技艺者所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本揭示的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。

请先参照图1，图1显示根据本发明一比较例的光学模块1的剖视示意图。光学模块1主要包括：电路板100、光学元件20、托座30、散热装置40、透镜50、以及散热元件200。光学元件20通过托座30设置于电路板100上，且经由托座30中的导电结构31与电路板100电性连接，用以传递电信号至光学元件20，并可依据前述电信号控制光学元件20。光学元件20具有面朝电路板100的第一侧21、以及相反于第一侧21的第二侧22。举例而言，光学元件20为数字微型反射镜元件，将射入光学元件20本身的光线反射出去，此光学元件20例如可用于投影机中，但不限于此。在其他一些实施例中，光学元件20可为任何接收及/或反射光的元件或其他适合的光学元件。透镜50设置于光学元件20的第二侧22上，用以使光照入光学元件20中，并由光学元件20进行反射。

应先说明的是，在本发明各实施例中，将光学元件20的「正面」定义为光学元件20接收光线并反射的表面，而光学元件20的「背面」则是相反于前述「正面」的表面(即光线未通过的表面)。换言之，光学元件20的第二侧22为光学元件20的正面，而第一侧21则是光学元件的背面。

为了避免光学元件20过热，在光学元件20的第二侧22上设置有散热元件200，在光学元件20的第一侧21上设置有金属凸块210，且散热元件200与金属凸块210皆通过散热介质220与光学元件20连接，藉以分别移除光学元件20的第二侧22与第一侧21上所产生的热能。如图1所示，散热元件200包括导热管201及多个鳍片202，其中导热管201是由导热系数高的材料(例如：铜)所制成，前述鳍片202设置于导热管201上，藉此增加散热元件200的散热面积，使热能可更快速地从光学元件20的第二侧22散失。此外，金属凸块210是由导热系数高的材料(例如：铜)所制成，且金属凸块210的凸出部需具有一定的厚度以穿过电路板100与托座30的开孔，藉此接触设置于光学元件20的第一侧21上的散热介质220，使得光学元件20的热能可藉由散热介质220与金属凸块210从第二侧22散失。

在本实施例中，散热介质220为导热接口材料(thermal interface material；TIM)，例如：具高导热系数的导热膏、或是固态的导热垫片。另外，在金属凸块210上设置散热装置40，借此可更进一步地增加光学模块1的散热效率。举例而言，散热装置40可以为致冷芯片、散热鳍片、风扇、水冷***或任何其他适合的散热装置。

请参照图2，图2显示根据本发明一实施例的光学模块1A的剖视示意图。应注意的是，光学模块1A可包含与前述光学模块1相同或相似的元件，以下相同或相似的元件将以相同或相似的标号表示，并不再详述。如图2所示，光学模块1A主要包括：基板10、光学元件20、散热装置40、以及盖板60。在本实施例中，基板10例如为印刷电路板，其具有多层导电与绝缘的结构。光学元件20设置于基板10上，其中光学元件20具有面朝基板10的第一侧21、以及相反于第一侧21的第二侧22(即光学元件20接收光线的表面)。盖板60设置于光学元件20的第二侧22上。盖板60会延伸至基板10上，且通过散热介质220与基板10、光学元件20连接，借以在基板10与光学元件20之间传导热能。

此外，光学模块1A更包括透镜50，设置于光学元件20的第二侧22上。盖板60具有开口61，且开口61显露出光学元件20的第二侧22(即光学元件20的正面)，借此使得光线可穿过透镜50、并经由开口61进入光学元件20，经光学元件20反射后，经由开口61、透镜50射出到外界。另外，盖板60具有互相连接的上部601与下部602，其中上部601通过散热介质220与光学元件20连接，而下部602则是通过散热介质220与基板10连接。由垂直方向(Z轴方向)观察，上部601会与光学元件20部分重叠，而由上述方向观察，下部602则不会与光学元件20重叠。上部601的延伸方向(例如图2的X轴方向)与下部602的延伸方向位在不同的水平面(X-Y平面)上。借由不同高度的上部601与下部602，可将光学元件20的第二侧22上的热能传递到面朝光学元件20的第一侧21的基板10上。

电路板100设置于盖板60以外。换言之，盖板60设置于电路板100的开孔之内。在光学元件20的第一侧21上设置导电介质110。在本实施例中，导电介质110是由例如点胶或网版印刷的方式设置于光学元件20的第一侧21上，并将光学元件20与基板10连接(亦即导电介质110设置于基板10与光学元件20之间)。在其他一些实施例中，可使用任何适合的方式设置导电介质110。举例而言，导电介质110可以是掺杂银的凝胶，或是任何其他适合的导电材料。

应特别说明的是，导电介质110包括位于光学元件20中央的中央部分110’，此中央部分110’并非电路的一部份(不会用以传递电信号)，而是作为协助光学元件20散热的介质。因此，在一些实施例中，导电介质110为导热系数高的材料，以同时兼具散热与传递电信号的功能。借此可仅利用单一制程形成导电介质110及其中央部分110’，以同时形成对光学元件20传递电信号与散热的路径。有关于光学模块1A中传递电信号与散热的路径，以下将进行更进一步的说明。

在一些实施例中，光学模块1A更包括接点130，其中接点130将基板10与电路板100电性连接，并在基板10与电路板100之间传递电信号。光学模块1A更包括形成于基板10中的内联机层120，且前述内联机层120将导电介质110与接点130电性连接。应了解的是，在本实施例中，内联机层120示意性地绘示成具有位于基板10表面的表层、位于基板10内部的内层、以及连接前述两层的接点的双层导电结构。然而，可根据实际需求，在基板10内形成具有任意层数的多层结构的内联机层。借由上述设计，来自电路板100的电信号可经由接点130传递至基板10中的内联机层120，再经由导电介质110传递至光学元件20，借以控制光学元件20的操作。

另外，在盖板60与光学元件20之间、以及盖板60与基板10之间设置散热介质220。在一些实施例中，于基板10中例如以蚀刻的方式形成有多个通孔230，且在通孔230中填入导热系数高的材料(例如：铜)。此外，金属层240设置于基板10面朝散热装置40的表面上，与通孔230连接并完全覆盖基板10，其中金属层240是由导热系数高的材料(例如：铜)制成。由于金属层240完全覆盖基板10，故散热面积可大幅增加，使得来自通孔230的热能可通过金属层240的表面较快速地散失。通孔230、金属层240皆与前述内联机层120电性隔离。因此，虽然通孔230、金属层240是借由导电介质110与光学元件20的第一侧21连接，但通孔230、金属层240并非光学模块1A的电路的一部分，亦不会用以传递电信号。

一般而言，盖板60由导热系数高的材料(例如：铜等金属材料)制成。此外，与基板10连接的盖板60延伸至光学元件20的第二侧22，借此将光学元件20的第二侧22上的热能导引至基板10中与盖板60连接的通孔230，再借由与通孔230连接的金属层240进行散热。另外，在金属层240上设置有散热装置40，以更进一步加强光学模块1A的散热效果，其中在金属层240与散热装置40之间设置有散热介质220。由于固体的导热系数远大于气体的导热系数，因此若金属层240与散热装置40之间产生空隙时，空隙内的气体会使光学模块1A的散热效率大幅下降。通过散热介质220的设置，可使金属层240与散热装置40紧密地结合，而不会产生空隙，进而避免影响光学模块1A的散热效率。

应了解的是，光学模块1A与前述光学模块1的主要不同之处在于：如图2所示，光学模块1A的光学元件20设置于基板10上，而不是设置在发出电信号以控制光学模块1A的电路板100上。将光学元件20另外设置于与电路板100分开的基板10上，在光学元件20损坏或是其他需要更换光学元件20的情况下，仅需要拆卸基板10来进行更换。因此，在更换光学元件20的期间，不会影响到电路板100的其他元件，且避免在更换光学元件20时使电路板100上的其他元件损坏。

请参照图3，图3显示图2所示的光学模块1A的基板10、光学元件20、散热装置40、及盖板60分开的立体示意图。应注意的是，为了清楚说明通孔230的分布及位置，在本实施例中于基板10中仅绘示出通孔230，而未绘示基板10内其余的结构。图3所示的散热介质220包括设置于光学元件20与盖板60之间的散热介质220A、以及与通孔230接触的散热介质220B。如图3所示，通孔230分布于基板10的中央及周围，其中分布于基板10中央的通孔230设置于光学元件20的正下方(沿-Z轴方向)，而分布于基板10周围的通孔230则通过散热介质220A接收来自盖板60的热能。应理解的是，虽然在本实施例中，盖板60及其开口61皆绘示为矩形，然而在其他实施例中，可根据设计需求调整盖板60及其开口61的形状(例如：圆形、多边形、或任意的规则或不规则形状)，并可据此调整通孔230于基板10内的分布。

请参照图4，图4显示根据本发明另一实施例的光学模块1B的剖视示意图。应注意的是，本实施例的光学模块1B可包含与图2所示的光学模块1A相同或相似的元件，以下相同或相似的元件将以相同或相似的标号表示，并不再详述。光学模块1B与前述光学模块1A的主要不同之处在于：在本实施例中，以金属材质(例如：铝)的基板10’取代前述光学模块1A的基板10。因基板10’本身即为具有相当高的导热系数，故不需再设置通孔230及金属层240，即可具有良好的散热效果。另外，设置绝缘层(未图示)以围绕内联机层120。由于前述绝缘层完整包覆内联机层120，进而避免内联机层120与基板10’接触而造成电路短路。此外，在其他一些实施例中，光学模块的基板可以是复合板材(例如：石墨)。

请参照图5，图5显示根据本发明另一实施例的光学模块1C的剖视示意图。应注意的是，本实施例的光学模块1C可包含与图2所示的光学模块1A相同或相似的元件，以下相同或相似的元件将以相同或相似的标号表示，并不再详述。光学模块1C与前述光学模块1A的主要不同之处在于：在本实施例中，除了散热装置40以外，另可额外地设置散热鳍片250，且散热鳍片250通过散热介质220与散热装置40连接。通过散热鳍片250的设置可更进一步增加光学模块1C散热的面积，进而提升散热效果。应理解的是，在其他一些实施例中，可根据光学元件20的使用条件，将散热鳍片250替换成其他的散热装置，例如：风扇、水冷***或任何其他适合的散热装置。在另外一些实施例中，除了散热装置40及散热鳍片250以外，可额外地设置任何其他适合的散热装置，并通过散热介质220相互连接。

综上所述，本发明的实施例提供一种具有盖板的光学模块，借由盖板的设置，只需于光学元件的单一侧设置散热装置，即可同时排除光学元件的正面及反面所产生的热能，进而可省去额外设置散热装置的空间与成本，更可得到体积缩小的光学模块。

此外，本发明的实施例将光学元件单独设置于基板上，借此在需要更换光学元件的情况下，仅需要拆卸基板来进行更换，而不会影响到电路板的其他元件，且避免在更换光学元件时使电路板上的其他元件损坏。另外，在基板内设置用以导热的通孔，相较于传统上用以散热的金属凸块，可大幅缩小光学模块的厚度。

虽然本发明的实施例及其优点已揭示如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中具有通常知识者可从本发明揭示内容中理解现行或未来所发展出的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本发明使用。因此，本发明的保护范围包括上述制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一权利要求构成个别的实施例，且本发明的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。

Claims (10)

1.一种光学模块，其特征在于，包括：

一基板；

一光学元件，设置于该基板上，其中该光学元件具有面朝该基板的一第一侧及相反于该第一侧的一第二侧；

一盖板，设置于该光学元件的该第二侧上，并延伸至该基板上；以及

一散热装置，其中该基板设置于该散热装置与该光学元件之间。

2.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，更包括一散热介质，设置于该盖板与该光学元件之间、该盖板与该基板之间、以及/或者该基板与该散热装置之间。

3.如权利要求2所述的光学模块，其特征在于，该盖板具有一开口，显露出该光学元件的该第二侧，且该盖板具有互相连接的一上部与一下部，其中该上部与该光学元件部分重叠，该下部通过该散热介质与该基板连接，且该上部的延伸方向与该下部的延伸方向位于不同的水平面上。

4.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，更包括一导电介质，设置于该基板与该光学元件之间。

5.如权利要求4所述的光学模块，其特征在于，更包括一电路板及一接点，其中该接点将该基板与该电路板电性连接。

6.如权利要求5所述的光学模块，其特征在于，更包括一内联机层，形成于该基板中，且该内联机层将该导电介质与该接点电性连接。

7.如权利要求6所述的光学模块，其特征在于，更包括一通孔，形成于该基板中，且该通孔与该内联机层电性隔离。

8.如权利要求7所述的光学模块，其特征在于，该基板更包括一金属层，与该通孔连接并覆盖该基板的一表面，且该表面面朝该散热装置。

9.如权利要求8所述的光学模块，其特征在于，该金属层与该内联机层电性隔离。

10.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，更包括一透镜，设置于该光学元件的该第二侧上。

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