2019深圳光博會(huì)見聞——熱設(shè)計(jì)角度

leonchen 2019-09-07

展出范圍

中國國際光電博覽會(huì)是極具規(guī)模及影響力的光電產(chǎn)業(yè)綜合性展會(huì)，覆蓋光通信、激光、紅外、精密光學(xué)、光電創(chuàng)新、軍民融合、光電傳感、數(shù)據(jù)中心等光電產(chǎn)業(yè)鏈版塊。

從熱設(shè)計(jì)角度看，相關(guān)感受總結(jié)如下：

1. 5G時(shí)代來臨，光模塊成為市場(chǎng)大熱，目前展出的速率到400G，全部是QSFP DD 封裝，光模塊相關(guān)企業(yè)隨處可見；

2. VR/AR熱度較前兩年有所衰減，此次展出，僅看到三家顯示模組方案商；

3. LED燈作為重要的光電部件，幾乎不見蹤影；

4. 國產(chǎn)紅外檢測(cè)產(chǎn)品已經(jīng)迅速崛起；

5. 大量企業(yè)的定位轉(zhuǎn)變?yōu)榉桨干蹋?/span>

6. 熱設(shè)計(jì)在光博會(huì)上鮮有身影。

展會(huì)主角：光模塊

隨著5G及萬物互聯(lián)時(shí)代的來臨，數(shù)據(jù)的傳輸成為關(guān)鍵。光模塊作為光通訊中信號(hào)收發(fā)部件，其需求量面臨爆發(fā)。至少自2014年起，光模塊就是承載網(wǎng)中的散熱風(fēng)險(xiǎn)最大的部件，而彼時(shí)CFP封裝的線路側(cè)光模塊（傳輸速率為100G）發(fā)熱量也僅16W。目前，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)稱，400G QSFP DD發(fā)熱量就達(dá)到~13W，而殼體溫度規(guī)格與CFP并無差異，商業(yè)級(jí)光模塊殼溫要求仍然是70℃。展會(huì)上，光模塊廠商非常多，知名光模塊廠如烽火、旭創(chuàng)、索爾斯、海信、易飛揚(yáng)等都有到場(chǎng)并展示自家產(chǎn)品。各種線纜、外殼、接頭、芯片等光模塊部件廠也隨處可見。

從展會(huì)上看，光模塊尺寸的小型化仍然是主流，根據(jù)展會(huì)現(xiàn)況，目前業(yè)內(nèi)技術(shù)最高速率做到QSFP DD 封裝的400G。未見到800G及更高速率的模塊，推測(cè)正在研發(fā)中。

海信公司展出的光模塊

從熱管理的角度看，內(nèi)部微型TEC精準(zhǔn)控溫個(gè)別器件（推測(cè)是激光器）的溫度成為常用的方案。溫度控制進(jìn)入芯片封裝層級(jí)。

現(xiàn)場(chǎng)展出的Yamaha超小型TEC

由于功率密度的提升，光模塊的散熱成為核心難題。如下圖所示的集成化波分傳輸系統(tǒng)，光模塊不僅被安排在散熱情況最好的進(jìn)風(fēng)口處，其上方還非?！斑`和”地施加了與外殼造型格格不入的散熱翅片。這還不夠，橫向觀察過去，上下兩層光模塊件還施加了開孔，以便降低風(fēng)阻，引入更多氣流。

集成化波分傳輸系統(tǒng)光模塊散熱處理

從器件結(jié)構(gòu)上講，光模塊的散熱問題手段較少。由于外殼封裝尺寸和材質(zhì)基本已經(jīng)固定，散熱問題的解決無非是使用更高導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱界面材料，以降低內(nèi)部傳熱熱阻。另外，通過改善表面平面度，改善其與外部散熱翅片的接觸熱阻。目前，市面上還出現(xiàn)了耐摩擦導(dǎo)熱界面材料，也不失為一種好方法。

安防監(jiān)控

展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，除了常規(guī)的監(jiān)控機(jī)器外，作者還發(fā)現(xiàn)了大量紅外監(jiān)控設(shè)備。紅外監(jiān)控器可以工作在夜間，在沒有可見光的情況下仍然能清晰地識(shí)別場(chǎng)景中發(fā)生的事情。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備看，散熱問題應(yīng)該比較嚴(yán)重，部分設(shè)備外殼甚至直接做成了散熱翅片形狀。

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紅外攝像頭拍攝的畫面（右下拿手機(jī)正在拍攝的正是作者）

5G基站

現(xiàn)場(chǎng)沒有看到華為的設(shè)備，但在中興新地的現(xiàn)場(chǎng)看到了中興的5G AAU。

正面看起來還挺簡(jiǎn)潔，散熱齒很少，非?？?。但反面就是密密麻麻的斜齒。

根據(jù)網(wǎng)上的資料，這個(gè)基站的功耗達(dá)到910W，峰值更是高達(dá)1250W。如此大的功耗，使用自然散熱方式解決溫度問題，挑戰(zhàn)確實(shí)很大。現(xiàn)場(chǎng)沒有工具量取尺寸，但根據(jù)外觀，其長(zhǎng)度約800mm~1000mm之間。斜齒可以很好地弱化上下部的熱級(jí)聯(lián)。這種形式是一個(gè)針對(duì)重力方向尺寸較大的自然散熱產(chǎn)品的絕妙手段（但這樣的齒形，如果使用Flotherm仿真，將帶來不小的麻煩）。