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2019深圳光博会见闻——热设计角度
时间:2019-09-12 07:10 作者:admin666 来源:
 


 

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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.     奇媒网赚学院; 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。

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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。


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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。

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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。

 

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海康威视展示的红外摄像头

 

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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。

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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。

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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)。

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其它一些有趣的图片:

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AR眼镜光学模组——热量集中在发光模块区域

 

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光源侧施加了散热器——现场体验显示效果不错,但需要外插电源,比较不方便

 

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应用于VR设备上的显示驱动模组

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展示的Micro OLED只有五角硬币大小,却可以展示高清图像,现场触摸显示模块,较烫

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室外柜——浅色,内外风道隔离

 

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单晶硅3D电容器——耐温高达125℃,缺点是容量较低

 

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与手机大小接近的超薄VC(左),普通超薄VC(中),普通VC(右)

现场确认当前超薄VC技术较为成熟的是0.4mm,更薄的如0.35mm厚的较少

蚀刻较难控制制造精度,正在研发新的内部通道和支撑柱制造技术(透露:纯机加工,无化学作用)

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超薄热管——使用C1020无氧铜,壁厚仅0.08mm,堪比铜箔


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