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光模块散热模块

 

 

光模块是光收发一体模块的简称，是光通信的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换，主要由接收和发射两部分组成，接收部分实现光电转换，发射部分实现电光转换。随着光通信产品的发展，要求光模块的速度越来越高（从10GHz到100GHz），体积越来越小。这对光模块的散热提出了更为苛刻的需求，即在小封装和高功率的条件下实现良好的散热特性

SFP封装光模块结构中需要加强散热的核心部件，需要散热是发射部分。主要原理是输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后，驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路(APC)，使输出的光信号功率保持稳定。而半导体激光器或发光二极管功率较大，是光模块的主要热源。为了确保光模块的散热问题，除了整体的设计工艺外，导热材料的选取也是极其重要的因素。光模块对其使用的导热材料有如下要求：低热阻，质地柔软易于压缩，材料无硅油或硅油溢出率低。

针对光模块以上的散热需求，B&C TCS4500和B&C TCS6000导热填隙材料以其良好的顺从性（即在50psi压力下，可获60%的压缩变形率，4.5-6W/mK热传导率范围，厚度从0.25mm到6.00mm），减少了器件上的压力，为产品设计的导热要求提供高可靠保障。

一种光模块散热器,涉及通信设备散热技术领域,设置于单板上,所述单板上设有至少一个XFP光模块,且每一个XFP光模块的四周分布有多个螺孔,所述光模块散热器包括散热板及多个螺栓,所述散热板的正面设有多个凹陷的下沉结构,每一个下沉结构对应设置在一个螺孔的正上方,且下沉结构的底部设有一个安装孔;散热板的背面设有至少一个导热板,且每一个导热板对应设置在一个XFP光模块的正上方,并与其贴合;每一个螺栓穿过与其对应的安装孔,分别固定于各螺孔内.本实用新型降低了散热器实际高度,节省了高度空间,从而解决了在单板高度空间狭小条件下XFP光模块散热的问题.

 

热设计的几种常规思路

一般的热设计思路有三个措施：

 

• 降耗

 

• 导热

 

• 布局

 

降耗是不让热量产生；导热是把热量导走不产生影响；布局是热也没散掉但通过一些措施隔离热敏感器件。

 

如果导热方案行不通，那就只有通过降耗（选择发热低的芯片）或者重新布局。

 

光模块热源主要在PCB芯片和TOSA和ROSA。下面介绍从内部优化这两处散热的方法：

 

TOSA(ROSA)

 

通常TOSA有以下两种封装方式：

 

• 同轴封装

 

• Box封装

高速光模块散热解决方案

100G、400G高速光模块散热方案，光模块EMI方案

5G推动5G基站专用光模块市场不断提高。特别是国内市场对5G基站专用光模块的需求量很大。并且10G以下低速光器件的需求正在渐渐的减少，其中25G、50G、100G、400G光模块的使用量是正逐渐提升。

大数据中心的建设也将带动光模块需求。一场突如其来的疫情催热了云办公、云游戏、云教育等产业，也让大数据中心的建设炙手可热。数据中心在当前新基建中有着举足轻重的作用。数据中心发展不起来，5G就发展不起来。在数据中心里，关键部件就是光模块，作用是光电转换，通过它们实现万物互联。

光模块(optical module)是一种包括发送端和接收端的光电转换模块。其中，发送端可以将电信号转换成光信号并通过光纤传送；接收端可以将通过光纤接收的光信号转换成电信号。随着信号传输功率的上升，光模块散热至关重要。

.相关技术中，通过风冷方式实现光模块散热。具体的，在光模块上安装风冷散热器，发热器件将热量传递给光模块上盖，光模块的上盖将热量传递给风冷散热器。这样，热量需要流过两个相接触的固体的交界面，导致热阻过大，散热效果不佳。因此，需要提供散热效果更佳的方案。

 

高速光模块应用

要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度，无疑将更进一步加速推动光通信新技术革新及产业应用发展。

光模块散热问题

为了保证网络数据能满足更快速度、更低延时等要求，光模块作为光通信的核心器件，快速散热是其必须克服的第一个难题。光模块散热主要包括内部散热和外部散热两部分。

 外部散热

可插拔光收发模块插入面板之后，内部产生的热量一小部分由周围空气的自然对流散热，大部分则是通过传导的方式散热，热量总是由温度高的一端传递到温度低的一端，模块热量向上传递至封装外壳，向下传递至主板。下图光模块的封装结构整体示意图，分析模块的主要散热路径。

 

 

 

 

 

 

光模块示意图

 

内部散热

光模块内部发热部件包括PCB芯片和光器件（TOSA和ROSA），通过导热界面材料将内部的热量传导至外壳部分。

• 光器件附近

光器件（TOSA/ROSA）与上下外壳之间填充导热材料

选用低热阻、对器件压力小的材料

•芯片部位

选用柔软可压缩的高导热材料和吸波材料

•在PCB板下表面与模块封装外壳之间填充一层薄的绝缘导热物质，将热量向下传导等。