目前5G已經(jīng)成為全球關(guān)注的一個(gè)熱題焦點(diǎn)，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(luò)時(shí)代，不管什么樣的5G承載方案都離不開5G通信器件，而5G 對(duì)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(duì)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(yīng)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(shì)，同時(shí)也給光器件內(nèi)部熱管理帶來較高要求，如何快速有效的進(jìn)行散熱是個(gè)必須嚴(yán)肅對(duì)待的問題。 一、散熱 為什么要考慮熱設(shè)計(jì)？ 眾所周知，我們的光電芯片在工作時(shí)，并不會(huì)將注入電流100%轉(zhuǎn)換成輸出光電子，一部分將會(huì)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(shí)排除，將會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)材料產(chǎn)生應(yīng)力變形，可靠性降低，器件功能失常等。 我曾見識(shí)過某公司QSFP-DD200G模塊，對(duì)器件進(jìn)行耦合封裝時(shí)，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(fēng)扇，才能穩(wěn)住器件功率，所以在考慮器件封裝結(jié)構(gòu)時(shí)，熱設(shè)計(jì)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(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射 熱傳導(dǎo):物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子 等微觀例子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量稱為導(dǎo)熱。比如，芯片通過底下的熱沉進(jìn)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(dǎo)。 二、熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí) 熱傳導(dǎo)過程中傳遞的熱量按照Fourier導(dǎo)熱定律計(jì)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(gè)面之間的距離，單位為m；λ為材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m*℃) 從公式可以看出，熱傳導(dǎo)過程跟散熱面積、材料的厚度、導(dǎo)熱系數(shù)，還有接觸面與散熱面的溫度差等有關(guān)系，面積越大，材料越薄、導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱傳導(dǎo)傳遞熱量越強(qiáng)。 一般說，固體的導(dǎo)熱系數(shù)大于液體，液體的大于氣體。例如常溫下純銅的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)400 W/(m*℃)，純鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為210W/(m*℃)，水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.6 W/(m*℃)，而空氣僅0.025W/(m*℃)左右。鋁的導(dǎo)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。