目前5G已經(jīng)成為全球關注的一個熱題焦點，咱也蹭蹭熱度，大家都知道，5G 相比于4G 下載速率要提升至少9~10倍，在5G網(wǎng)絡時代，不管什么樣的5G承載方案都離不開5G通信器件，而5G 對于光器件的要求也越來越高，體積小，集成度高，速率高，功耗低，針對5G前傳、中傳和回傳主要常用的器件速率有25G、50G、100G、200G以及400G光器件，其中25G和100G光器件是應用最為廣泛的5G通信器件。 速率越來越高，體積越來越小，這是光器件發(fā)展的必然趨勢，同時也給光器件內部熱管理帶來較高要求，如何快速有效的進行散熱是個必須嚴肅對待的問題。 一、散熱 為什么要考慮熱設計？ 眾所周知，我們的光電芯片在工作時，并不會將注入電流100%轉換成輸出光電子，一部分將會以熱量的方式作為能量損耗，如果大量的熱不斷積累，無法及時排除，將會對元器件性能產(chǎn)生諸多不利影響，一般而言，溫度升高電阻阻值下降，降低器件的使用壽命，性能變差，材料老化，元器件損壞;另外高溫還會對材料產(chǎn)生應力變形，可靠性降低，器件功能失常等。 我曾見識過某公司QSFP-DD200G模塊，對器件進行耦合封裝時，模塊燙得手無法觸碰，溫度最起碼有80℃，只能一邊耦合，一邊使用散熱風扇，才能穩(wěn)住器件功率，所以在考慮器件封裝結構時，熱設計是其中很重要的考慮因數(shù)之一。 我們先普及下熱量傳遞的三種基本方式：熱傳導、熱對流、熱輻射 熱傳導:物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子 等微觀例子的熱運動而產(chǎn)生的熱量稱為導熱。比如，芯片通過底下的熱沉進行散熱，光器件通過散熱硅脂接觸外殼散熱等，都屬于熱傳導。 二、熱設計的基礎知識 熱傳導過程中傳遞的熱量按照Fourier導熱定律計算：Q=λA(Th-Tc)/δ 其中：A 為與熱量傳遞方向垂直的面積，單位為m2；Th 與Tc 分別為高溫與低溫面的溫度；δ為兩個面之間的距離，單位為m；λ為材料的導熱系數(shù)，單位為W/(m*℃) 從公式可以看出，熱傳導過程跟散熱面積、材料的厚度、導熱系數(shù)，還有接觸面與散熱面的溫度差等有關系，面積越大，材料越薄、導熱系數(shù)越大，熱傳導傳遞熱量越強。 一般說，固體的導熱系數(shù)大于液體，液體的大于氣體。例如常溫下純銅的導熱系數(shù)高達400 W/(m*℃)，純鋁的導熱系數(shù)為210W/(m*℃)，水的導熱系數(shù)為0.6 W/(m*℃)，而空氣僅0.025W/(m*℃)左右。鋁的導熱系數(shù)高且密度低，所以散熱器基本都采用鋁合金加工，但在一些大功率芯片散熱中，為了提升散熱性能，常采用鋁散熱器嵌銅塊或者銅散熱器。