TWI892211B - 導熱結構與光電轉換模組 - Google Patents

Abstract

一種導熱結構，包含：一吸熱壁、一導熱壁及二側壁，吸熱壁、導熱壁及二側壁環繞形成一容置空間，其中吸熱壁、導熱壁及二側壁係透過一單片材料彎折而形成，單片材料的兩端形成吸熱壁，且單片材料的兩端在吸熱壁所在的平面上存在一間隙。本發明還提出一種光電轉換模組，其包含一光電轉換電路板及前述的導熱結構，光電轉換電路板設置於容置空間，光電轉換電路板的複數發熱元件中的至少二個發熱元件分別位於間隙的兩側。本發明的導熱結構與光電轉換模組解決過往的電子元件導熱效率差的問題，並且可最大限度地減少多個熱源的熱干擾效應。

Description

導熱結構與光電轉換模組

本發明係關於一種導熱結構與光電轉換模組，更特別的是關於一種高效散熱的導熱結構與光電轉換模組。

光纖或平面光波導這些光學傳輸構件相對於透過電纜傳輸電訊號具有更低的能量損耗率，因此在傳輸訊號時，通常利用一雷射發射構件將電訊號轉換成光訊號，朝向光學傳輸構件的發射端發送光訊號；光訊號經由光學傳輸構件傳輸至輸出端，光訊號自光學傳輸構件朝向一光訊號接收構件射出，光訊號接收構件將光訊號轉換為電訊號。提供光訊號與電訊號互相轉換的模組即為光電轉換模組。光電轉換模組通常包含電路板、光電二極體及雷射器等電子元件。

在轉換過程中，光電二極體及雷射器等發熱元件的工作溫度相當高，須要快速將熱能移除才能穩定執行工作。常見的做法是，在發熱元件上層層疊疊地加上導熱凸塊、導熱板等元件，並以導熱膠填充縫隙，才能將位於電路板上的發熱元件的熱能傳導至光電轉換模組表面的鰭片。也就是說，熱能的傳導途徑必須先經過複數個相異的導熱元件，因此導熱效率並不佳；導熱膠的熱導率更是低於一般的金屬。當複數發熱元件在相近區域同時發熱時，傳統的散熱結構更沒有辦法迅速有效地排除熱能，而造成熱能在模組中堆積。

因此，為解決習知導熱結構與光電轉換模組的種種問題，本發明提出一種高效散熱的導熱結構與光電轉換模組。

為達上述目的及其他目的，本發明提出一種導熱結構，其包含：一吸熱壁；一導熱壁；以及二側壁，該二側壁連接該吸熱壁及該導熱壁，該吸熱壁、該導熱壁及該二側壁環繞形成一容置空間，其中，該吸熱壁、該導熱壁及該二側壁係透過一單片材料彎折而形成，該單片材料的兩端形成該吸熱壁，且該單片材料的兩端在該吸熱壁所在的平面上存在一間隙。

於本發明之一實施例中，該吸熱壁具有朝向該容置空間的一接觸凸部，該接觸凸部係由沖壓該單片材料形成。

於本發明之一實施例中，更包括平行於該導熱壁的一延展部，該延展部係透過該單片材料彎折而形成。

本發明又提出一種光電轉換模組，其包含：一導熱結構，具有一吸熱壁、一導熱壁及二側壁，該二側壁連接該吸熱壁及該導熱壁，該吸熱壁、該導熱壁及該二側壁環繞形成一容置空間；以及一光電轉換電路板，設置於該容置空間，該光電轉換電路板設有複數發熱元件，其中，該吸熱壁、該導熱壁及該二側壁係透過一單片材料彎折而形成，該單片材料的兩端形成該吸熱壁，且該單片材料的兩端在該吸熱壁所在的平面上存在一間隙，該複數發熱元件中的至少二個發熱元件分別位於該間隙的兩側。

於本發明之一實施例中，該導熱結構沿一組裝方向上的一第一端設有一第一限位特徵，該第一限位特徵為平行該組裝方向的溝槽。

於本發明之一實施例中，該導熱結構沿一組裝方向上的一第二端設有一第二限位特徵，該第二限位特徵自該側壁朝向該容置空間凸伸，該第二限位特徵具有一卡合凹孔，該光電轉換電路板對應於該卡合凹孔的位置具有一卡合凸塊。

於本發明之一實施例中，該第二限位特徵在該組裝方向上具有一導引斜面，導引斜面相對該組裝方向為傾斜。

於本發明之一實施例中，更包括一殼體，該導熱結構沿一組裝方向設置於該殼體中。

於本發明之一實施例中，該殼體具有一第三限位特徵，該第三限位特徵在垂直於一組裝方向的二個方向上朝向該導熱結構凸伸，以限制該導熱結構在該組裝方向之外的移動。

於本發明之一實施例中，該導熱結構更包括至少一彈片，設置於該吸熱壁，該彈片設有朝向該殼體的一定位凸部，該殼體的一底面具有至少一定位凹部，該定位凹部的位置對應於該定位凸部。

藉此，本發明的光電轉換模組利用單片材料所形成的導熱結構，以單一的、未連接其他異質材料的結構直接從光電轉換電路板的底部從側邊傳導熱能至頂部，而不需要透過層疊的、繁複的眾多不同導熱元件導熱。除此之外，當複數發熱元件在相近區域同時發熱時，本發明的導熱結構以其相距較遠的單片材料的兩端分別熱接觸發熱元件，使熱源不會聚積在該單片材料的特定區域，而可以迅速地分兩邊導出，避免光電轉換電路板過熱並維持良好的運作。

為充分瞭解本發明，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明。本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的目的、特徵及功效。須注意的是，本發明可透過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的申請專利範圍。說明如後：

如圖2A、圖2B及圖5A所示，本發明實施例之光電轉換模組100，其至少包含：一導熱結構2及一光電轉換電路板3。

如圖1A及圖1B所示，導熱結構2其包含：一吸熱壁21、一導熱壁22及二側壁23。二側壁23連接吸熱壁21及導熱壁22，吸熱壁21、導熱壁22及二側壁23環繞形成一容置空間S，容置空間S用以容納光電轉換電路板3。

其中，吸熱壁21、導熱壁22及二側壁23係透過一單片材料彎折而形成，該單片材料的兩端211、212形成該吸熱壁21，且該單片材料的兩端211、212在吸熱壁21所在的平面上存在一間隙g。

如圖2B所示，單片材料所形成的導熱結構2（包含吸熱壁21、導熱壁22及二側壁23）可以直接接觸光電轉換電路板3的底部，而將光電轉換電路板3所產生的熱能經由板體的上表面、板體的導通孔（圖未示）至板體的下表面，再經由吸熱壁21、兩側的側壁23傳導至光電轉換電路板3上方的導熱壁22，最後由導熱壁22將熱能逸散出去。在圖2B的導熱途徑中，由於吸熱壁21、導熱壁22及二側壁23是一整片的結構，故不需經由多個導熱元件（多個導熱元件之間的連接處會降低導熱速率），也不需要經由導熱膠填補縫隙，因此導熱速率極佳，組裝效率、成本考量亦優於先前技術。在本發明中，單片材料指的是一片相同的材料（較佳為具有高導熱率的金屬材料），不需要經由拼接、黏附、鎖扣等外加材料或外加結構的方式即自成一個完整的整體，並且可利用沖壓、切割、彎折等方式形成所需的結構。

在本實施例中，導熱壁22可外接散熱鰭片或其他種類的冷卻裝置，以加速導出熱能。前述的單片材料較佳以光滑的鈑金為主，以使導熱壁22具有平整光滑的表面而適於連接散熱鰭片或其他種類的冷卻裝置。

如圖2A及圖2B所示，光電轉換電路板3設置於容置空間S，光電轉換電路板3設有複數發熱元件31。發熱元件31可包含專供於光電轉換的元件（例如垂直腔面射型雷射器或光電二極體），也可包含其他電子元件，例如電容或電阻。本發明不限定發熱元件31的種類，任何可能因運作而產生熱能的元件，無論主動元件或被動元件，都可為本案的發熱元件31。如圖2B及圖3A所示，複數發熱元件31中的至少二個發熱元件31分別位於間隙g的兩側。也就是說，該單片材料的兩端211、212之間不直接連接碰觸而形成間隙g，至少二個發熱元件31分別對應該單片材料的兩端211、212而分別透過該單片材料的兩端211、212導熱。如此一來，即便光電轉換電路板3上密集設有複數發熱元件31（複數發熱源），導熱結構2以其相距較遠的單片材料的兩端211、212分別熱接觸發熱元件31，使熱源不會聚積在該單片材料的特定區域，而可以迅速地分兩邊導出，避免光電轉換電路板3過熱並維持良好的運作。在該單片材料的兩端211、212所形成的吸熱壁21還可進一步具有朝向容置空間S的接觸凸部211a、212a（參考圖1B），接觸凸部211a、212a係由沖壓該單片材料形成，並配合發熱元件31所在的位置，以更進一部密合發熱元件31，加強導熱效能。

圖3B顯示另一種型態的導熱結構2。當發熱元件31並非橫向排列（圖中X軸）時，也可透過非直線的間隙g而讓直線排列（圖中Y軸）的二個發熱元件31分別位於間隙g的兩側，而讓單片材料的兩端211、212分別熱接觸二個發熱元件31。且本發明的導熱結構2的間隙g形式不限於此。

綜上所述，本發明的光電轉換模組100利用單片材料所形成的導熱結構2，以單一的、未連接其他異質材料的結構直接從光電轉換電路板3的底部從側邊傳導熱能至頂部，而不需要透過層疊的、繁複的眾多不同導熱元件導熱。除此之外，當複數發熱元件在相近區域同時發熱時，本發明的導熱結構2以其相距較遠的單片材料的兩端211、212分別熱接觸發熱元件31，使熱源不會聚積在該單片材料的特定區域，而可以迅速地分兩邊導出，避免光電轉換電路板3過熱並維持良好的運作。

進一步地，如圖1B所示，導熱結構2更包括平行於導熱壁22的一延展部24，延展部24係透過前述的單片材料彎折而形成。延展部24可用來熱接觸光電轉換電路板3的發熱元件31的上表面（相對於吸熱壁21熱接觸光電轉換電路板3的下表面），以增加導熱途徑並加快導熱速度。並且延展部24為與導熱壁22相同整體的片材，導熱效率更佳。各發熱元件31中，因其結構、高度的不同，有的發熱元件31可上方連接延展部24、下方由吸熱壁21導熱，而從上下兩端分別導熱，加快速度；有的發熱元件31無法直接接觸延展部24，仍然可走下方的路徑，即由吸熱壁21導熱。

進一步地，如圖4A所示，導熱結構2沿一組裝方向d（平行於圖中Y軸）上的一第一端設有一第一限位特徵25，用以在組裝時限制光電轉換電路板3的過度移動。在本實施例中，第一限位特徵25為平行組裝方向d的溝槽，光電轉換電路板3的末端具有相應的凸緣32，以被第一限位特徵25所限制。然而本發明不限於此，在其他實施例中，第一限位特徵25也可以為其他形式。

進一步地，導熱結構2沿組裝方向d上的一第二端設有一第二限位特徵26。參看圖4B，第二限位特徵26自側壁23朝向容置空間S凸伸。第二限位特徵26具有一卡合凹孔261，光電轉換電路板3對應於卡合凹孔261的位置具有一卡合凸塊33。卡合凸塊33較佳為光電轉換電路板3裁切掉部分邊緣而形成的相對凸出區域。由於第二限位特徵26朝向容置空間S凸伸，使得光電轉換電路板3沿組裝方向移動而經過第二限位特徵26時，卡合凸塊33被擠壓而輕微地彈性變形，並且隨即釋放彈性位能而卡合於卡合凹孔261中，使得光電轉換電路板3被定位於導熱結構2中。

較佳地，第二限位特徵26在組裝方向d上具有一導引斜面262，導引斜面262相對組裝方向d為傾斜。導引斜面262可藉由斜面而引導卡合凸塊33逐漸彈性變形。

進一步地，如圖2A、圖2B及圖5A所示，光電轉換模組100更包括一殼體1，導熱結構2可滑移地設置於殼體1中。殼體1可用於組裝容納其他元件，而形成整合其他裝置，也可用於保護光電轉換模組100的密閉性。殼體1可完全包覆導熱結構2的吸熱壁21、導熱壁22及二側壁23而僅在兩端留下連接口，也可以如圖2A及圖5A所示，露出導熱壁22以讓導熱壁22散熱或連接各種散熱裝置。

進一步地，殼體1具有一第三限位特徵13，第三限位特徵13在垂直於組裝方向d的二個方向上（如圖中的Y軸和Z軸）朝向導熱結構2凸伸，以限制導熱結構2在組裝方向d之外的移動。相應地，導熱結構2的鄰接第三限位特徵13的位置形成有滑軌27，滑軌27的形狀匹配第三限位特徵13。導熱結構2利用滑軌27以與殼體1相對移動而進行組裝。

進一步地，如圖5A及圖5B所示，導熱結構2更包括至少一彈片28，設置於吸熱壁21，彈片28設有朝向殼體1的一定位凸部281。殼體1的一底面11具有至少一定位凹部12，定位凹部12的位置對應於定位凸部281。彈片28較佳為前述的單片材料經切割形成，但本發明不限於此。當導熱結構2在組裝方向d上相對移動時，彈片28因具有彈性而可被壓縮，不影響導熱結構2的移動。而當導熱結構2組裝至定位時，定位凸部281卡入殼體1的底面11的定位凹部12，以使導熱結構2固定。定位凸部281的具體形狀、數量可視需要而加以改變，並且較佳地避開接觸凸部211a、212a所形成的位置。在其他實施例中，彈片28也可以改設於二側壁23，且本發明不限於此。

本發明在上文中已以實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100:光電轉換模組 1:殼體 11:底面 12:定位凹部 13:第三限位特徵 2:導熱結構 21:吸熱壁 211:單片材料的兩端 211a:接觸凸部 212:單片材料的兩端 212a:接觸凸部 22:導熱壁 23:側壁 24:延展部 25:第一限位特徵 26:第二限位特徵 261:卡合凹孔 262:導引斜面 27:滑軌 28:彈片 281:定位凸部 3:光電轉換電路板 31:發熱元件 32:凸緣 33:卡合凸塊 d:組裝方向 g:間隙 S:容置空間

圖1A係為根據本發明實施例之導熱結構之立體示意圖。 圖1B係為根據本發明實施例之導熱結構之前視圖。 圖2A係為根據本發明實施例之光電轉換模組之立體剖面示意圖。 圖2B係為根據本發明實施例之光電轉換模組之剖面前視圖。 圖3A係為根據本發明實施例之導熱結構之仰視圖。 圖3B係為根據本發明實施例之另一型態之導熱結構之仰視圖。 圖4A係為根據本發明實施例之光電轉換模組之組裝示意圖一。 圖4B係為根據本發明實施例之第二限位特徵之組裝示意圖。 圖5A係為根據本發明實施例之光電轉換模組之組裝示意圖二。 圖5B係為根據本發明實施例之光電轉換模組之另一視角之立體圖。

100:光電轉換模組

1:殼體

13:第三限位特徵

211:單片材料的兩端

211a:接觸凸部

212:單片材料的兩端

212a:接觸凸部

22:導熱壁

23:側壁

24:延展部

27:滑軌

3:光電轉換電路板

31:發熱元件

g:間隙

S:容置空間

Claims (10)

1. 一種導熱結構，其包含： 一吸熱壁； 一導熱壁；以及 二側壁，該二側壁連接該吸熱壁及該導熱壁，該吸熱壁、該導熱壁及該二側壁環繞形成一容置空間， 其中，該吸熱壁、該導熱壁及該二側壁係透過一單片材料彎折而形成，該單片材料的兩端形成該吸熱壁，且該單片材料的兩端在該吸熱壁所在的平面上存在一間隙。
2. 如請求項1所述之導熱結構，其中該吸熱壁具有朝向該容置空間的一接觸凸部，該接觸凸部係由沖壓該單片材料形成。
3. 如請求項1所述之導熱結構，更包括平行於該導熱壁的一延展部，該延展部係透過該單片材料彎折而形成。
4. 一種光電轉換模組，其包含： 一導熱結構，具有一吸熱壁、一導熱壁及二側壁，該二側壁連接該吸熱壁及該導熱壁，該吸熱壁、該導熱壁及該二側壁環繞形成一容置空間；以及 一光電轉換電路板，設置於該容置空間，該光電轉換電路板設有複數發熱元件， 其中，該吸熱壁、該導熱壁及該二側壁係透過一單片材料彎折而形成，該單片材料的兩端形成該吸熱壁，且該單片材料的兩端在該吸熱壁所在的平面上存在一間隙，該複數發熱元件中的至少二個發熱元件分別位於該間隙的兩側。
5. 如請求項4所述之光電轉換模組，其中該導熱結構沿一組裝方向上的一第一端設有一第一限位特徵，該第一限位特徵為平行該組裝方向的溝槽。
6. 如請求項4所述之光電轉換模組，其中該導熱結構沿一組裝方向上的一第二端設有一第二限位特徵，該第二限位特徵自該側壁朝向該容置空間凸伸，該第二限位特徵具有一卡合凹孔，該光電轉換電路板對於應該卡合凹孔的位置具有一卡合凸塊。
7. 如請求項6所述之光電轉換模組，其中該第二限位特徵在該組裝方向上具有一導引斜面，導引斜面相對該組裝方向為傾斜。
8. 如請求項4所述之光電轉換模組，更包括一殼體，該導熱結構可滑移地設置於該殼體中。
9. 如請求項8所述之光電轉換模組，其中該殼體具有一第三限位特徵，該第三限位特徵在垂直於一組裝方向的二個方向上朝向該導熱結構凸伸，以限制該導熱結構在該組裝方向之外的移動。
10. 如請求項8所述之光電轉換模組，其中該導熱結構更包括至少一彈片，設置於該吸熱壁，該彈片設有朝向該殼體的一定位凸部，該殼體的一底面具有至少一定位凹部，該定位凹部的位置對應於該定位凸部。