光模塊散熱模塊

 

 

光模塊是光收發一體模塊的簡稱，是光通信的核心器件，完成對光信號的光-電/電-光轉換，主要由接收和發射兩部分組成，接收部分實現光電轉換，發射部分實現電光轉換。隨着光通信產品的發展，要求光模塊的速度越來越高（從10GHz到100GHz），體積越來越小。這對光模塊的散熱提出了更為苛刻的需求，即在小封裝和高功率的條件下實現良好的散熱特性

SFP封裝光模塊結構中需要加強散熱的核心部件，需要散熱是發射部分。主要原理是輸入一定碼率的電信號經內部的驅動芯片處理后，驅動半導體激光器(LD)或發光二極管(LED)發射出相應速率的調製光信號，其內部帶有光功率自動控制電路(APC)，使輸出的光信號功率保持穩定。而半導體激光器或發光二極管功率較大，是光模塊的主要熱源。為了確保光模塊的散熱問題，除了整體的設計工藝外，導熱材料的選取也是極其重要的因素。光模塊對其使用的導熱材料有如下要求：低熱阻，質地柔軟易於壓縮，材料無硅油或硅油溢出率低。

針對光模塊以上的散熱需求，B&C TCS4500和B&C TCS6000導熱填隙材料以其良好的順從性（即在50psi壓力下，可獲60%的壓縮變形率，4.5-6W/mK熱傳導率範圍，厚度從0.25mm到6.00mm），減少了器件上的壓力，為產品設計的導熱要求提供高可靠保障。

一種光模塊散熱器,涉及通信設備散熱技術領域,設置於單板上,所述單板上設有至少一個XFP光模塊,且每一個XFP光模塊的四週分布有多個螺孔,所述光模塊散熱器包括散熱板及多個螺栓,所述散熱板的正面設有多個凹陷的下沉結構,每一個下沉結構對應設置在一個螺孔的正上方,且下沉結構的底部設有一個安裝孔;散熱板的背面設有至少一個導熱板,且每一個導熱板對應設置在一個XFP光模塊的正上方,並與其貼合;每一個螺栓穿過與其對應的安裝孔,分別固定于各螺孔內.本實用新型降低了散熱器實際高度,節省了高度空間,從而解決了在單板高度空間狹小條件下XFP光模塊散熱的問題.

 

熱設計的幾種常規思路

一般的熱設計思路有三個措施：

 

• 降耗

 

• 導熱

 

• 布局

 

降耗是不讓熱量產生；導熱是把熱量導走不產生影響；布局是熱也沒散掉但通過一些措施隔離熱敏感器件。

 

如果導熱方案行不通，那就只有通過降耗（選擇發熱低的芯片）或者重新布局。

 

光模塊熱源主要在PCB芯片和TOSA和ROSA。下面介紹從內部優化這兩處散熱的方法：

 

TOSA(ROSA)

 

通常TOSA有以下兩種封裝方式：

 

• 同軸封裝

 

• Box封裝

高速光模塊散熱解決方案

100G、400G高速光模塊散熱方案，光模塊EMI方案

5G推動5G基站專用光模塊市場不斷提高。特別是國內市場對5G基站專用光模塊的需求量很大。並且10G以下低速光器件的需求正在漸漸的減少，其中25G、50G、100G、400G光模塊的使用量是正逐漸提升。

大數據中心的建設也將帶動光模塊需求。一場突如其來的疫情催熱了云辦公、雲遊戲、云教育等產業，也讓大數據中心的建設炙手可熱。數據中心在當前新基建中有着舉足輕重的作用。數據中心發展不起來，5G就發展不起來。在數據中心裡，關鍵部件就是光模塊，作用是光電轉換，通過它們實現萬物互聯。

光模塊(optical module)是一種包括發送端和接收端的光電轉換模塊。其中，發送端可以將電信號轉換成光信號並通過光纖傳送；接收端可以將通過光纖接收的光信號轉換成電信號。隨着信號傳輸功率的上升，光模塊散熱至關重要。

.相關技術中，通過風冷方式實現光模塊散熱。具體的，在光模塊上安裝風冷散熱器，發熱器件將熱量傳遞給光模塊上蓋，光模塊的上蓋將熱量傳遞給風冷散熱器。這樣，熱量需要流過兩個相接觸的固體的交界面，導致熱阻過大，散熱效果不佳。因此，需要提供散熱效果更佳的方案。

 

高速光模塊應用

要加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度，無疑將更進一步加速推動光通信新技術革新及產業應用發展。

光模塊散熱問題

為了保証網絡數據能滿足更快速度、更低延時等要求，光模塊作為光通信的核心器件，快速散熱是其必須克服的第一個難題。光模塊散熱主要包括內部散熱和外部散熱兩部分。

 外部散熱

可插拔光收發模塊插入面板之後，內部產生的熱量一小部分由週圍空氣的自然對流散熱，大部分則是通過傳導的方式散熱，熱量總是由溫度高的一端傳遞到溫度低的一端，模塊熱量向上傳遞至封裝外殼，向下傳遞至主板。下圖光模塊的封裝結構整體示意圖，分析模塊的主要散熱路徑。

 

 

 

 

 

 

光模塊示意圖

 

內部散熱

光模塊內部發熱部件包括PCB芯片和光器件（TOSA和ROSA），通過導熱界面材料將內部的熱量傳導至外殼部分。

• 光器件附近

光器件（TOSA/ROSA）與上下外殼之間填充導熱材料

選用低熱阻、對器件壓力小的材料

•芯片部位

選用柔軟可壓縮的高導熱材料和吸波材料

•在PCB板下表面與模塊封裝外殼之間填充一層薄的絕緣導熱物質，將熱量向下傳導等。