2019深圳光博会见闻——热设计角度

leonchen 2019-09-07

展出范围

中国国际光电博览会是极具规模及影响力的光电产业综合性展会，覆盖光通信、激光、红外、精密光学、光电创新、军民融合、光电传感、数据中心等光电产业链版块。

从热设计角度看，相关感受总结如下：

1. 5G时代来临，光模块成为市场大热，目前展出的速率到400G，全部是QSFP DD 封装，光模块相关企业随处可见；

2. VR/AR热度较前两年有所衰减，此次展出，仅看到三家显示模组方案商；

3. LED灯作为重要的光电部件，几乎不见踪影；

4. 国产红外检测产品已经迅速崛起；

5. 大量企业的定位转变为方案商；

6. 热设计在光博会上鲜有身影。

展会主角：光模块

随着5G及万物互联时代的来临，数据的传输成为关键。光模块作为光通讯中信号收发部件，其需求量面临爆发。至少自2014年起，光模块就是承载网中的散热风险最大的部件，而彼时CFP封装的线路侧光模块（传输速率为100G）发热量也仅16W。目前，据相关数据称，400G QSFP DD发热量就达到~13W，而壳体温度规格与CFP并无差异，商业级光模块壳温要求仍然是70℃。展会上，光模块厂商非常多，知名光模块厂如烽火、旭创、索尔斯、海信、易飞扬等都有到场并展示自家产品。各种线缆、外壳、接头、芯片等光模块部件厂也随处可见。

从展会上看，光模块尺寸的小型化仍然是主流，根据展会现况，目前业内技术最高速率做到QSFP DD 封装的400G。未见到800G及更高速率的模块，推测正在研发中。

海信公司展出的光模块

从热管理的角度看，内部微型TEC精准控温个别器件（推测是激光器）的温度成为常用的方案。温度控制进入芯片封装层级。

现场展出的Yamaha超小型TEC

由于功率密度的提升，光模块的散热成为核心难题。如下图所示的集成化波分传输系统，光模块不仅被安排在散热情况最好的进风口处，其上方还非常“违和”地施加了与外壳造型格格不入的散热翅片。这还不够，横向观察过去，上下两层光模块件还施加了开孔，以便降低风阻，引入更多气流。

集成化波分传输系统光模块散热处理

从器件结构上讲，光模块的散热问题手段较少。由于外壳封装尺寸和材质基本已经固定，散热问题的解决无非是使用更高导热系数的导热界面材料，以降低内部传热热阻。另外，通过改善表面平面度，改善其与外部散热翅片的接触热阻。目前，市面上还出现了耐摩擦导热界面材料，也不失为一种好方法。

安防监控

展会现场，除了常规的监控机器外，作者还发现了大量红外监控设备。红外监控器可以工作在夜间，在没有可见光的情况下仍然能清晰地识别场景中发生的事情。根据现场的设备看，散热问题应该比较严重，部分设备外壳甚至直接做成了散热翅片形状。

海康威视展示的红外摄像头

红外摄像头拍摄的画面（右下拿手机正在拍摄的正是作者）

5G基站

现场没有看到华为的设备，但在中兴新地的现场看到了中兴的5G AAU。

正面看起来还挺简洁，散热齿很少，非常酷。但反面就是密密麻麻的斜齿。

根据网上的资料，这个基站的功耗达到910W，峰值更是高达1250W。如此大的功耗，使用自然散热方式解决温度问题，挑战确实很大。现场没有工具量取尺寸，但根据外观，其长度约800mm~1000mm之间。斜齿可以很好地弱化上下部的热级联。这种形式是一个针对重力方向尺寸较大的自然散热产品的绝妙手段（但这样的齿形，如果使用Flotherm仿真，将带来不小的麻烦）。