Page 28 - 网络电信2019年5月刊下

5 G 光 器 件 与 光 模 块 专 题
图3
基本都采用铝合金加工，但在一些大功率芯片散热中，为了提
升散热性能，常采用铝散热器嵌铜块或者铜散热器。
举几个生活中的热传导例子：
①锅炒菜，铁锅导热很快将菜炒熟；
②小时候，门口卖冰棒用棉被裹住，冰棒长时间不会融
化，棉被导热差；
下图汇总了一些常用材料作为热沉的性能对比：
图4
针对热沉材料的选用规则：
（1）热导率要高；
（2）与芯片的热膨胀系数相匹配；
从以上表格看出，热导率较高，热膨胀系数与芯片材质相
匹配的有：钨铜合金、金刚石、氧化铍、氮化铝，经济成本考
虑目前应用最为广泛的：铜、钨铜、氮化铝等。
对流换热:是指运动着的流体流经温度与之不同的固体表面
时，与固体表面之间发生的热量交换过程，这是通信设备散热
中应用最广的一种换热方式。
对流换热主要分为自然对流换热和强制对流换热两类：
自然对流：主要利用高低温流体密度差异造成的浮升力
做动力交换热量，是一种被动散热方式，适用于发热量较小的
环境。而在手机、光模块等终端产品中主要是自然对流换热为
主。
强制对流换热：通过泵、风机等外部动力源加快流体换热
速度所造成的一种高效散热方式，需要额外的经济投入，适用
于发热量较大、散热环境较差的情况；在机柜或交换机中工作
的光模块通常采用的风扇冷却散热就是典型的强制对流换热。
生活中的示例：
1、电茶壶烧水时，打开盖子时，可看到热水和冷水的对
流；2、打开刚用热水泡的茶，可以看到空气对流。
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图5
热辐射：指通过电磁波来传递能量的过程，热辐射是由
于物体的温度高于绝对零度时发出电磁波的过程，两个物体之
间通过热辐射传递热量称为辐射换热。物体的辐射力计算公式
为：
E＝5.67e-8εT4
物体表面之间的热辐射计算是极为复杂的，其中最简单的
两个面积相同且正对着的表面间的辐射换热量计算公式为：
Q＝A*5.67e-8/(1/εh +1/εc -1)*(Th4-Tc4)
公式中：T指的是物体的绝对温度值＝摄氏温度值＋
273.15；ε是表面的黑度或发射率。
发射率取决于物质种类，表面温度和表面状况，与外界
条件无关，也与颜色无关。将印制电路板表面涂敷绿油，其表
面黑度可以达到0.8，这有利于辐射散热.对于金属外壳，可
以进行一些表面处理来提高黑度，强化散热。但是需要注意的
是，将外壳涂黑并不能一定强化热辐射，因为在物体温度低于
1800℃时，热辐射波长主要集中于 0.76~20μm 红外波段范围
内，可见光波段内的热辐射能量比重并不大。所以将模块外壳
或内部涂黑只能增强可见光辐射吸收，与带来热量的红外辐射
无关。
生活中示例：
1、当你在火炉边上时，会有灼热感；
2、太阳的照射产生热量。
三、光器件热分析
1、器件整体散热路径：
光器件工作时的热环境如下图所示。可插拔光收发模块插
入面板之后，内部产生的热量一小部分由周围空气的自然对流
散热，大部分则是通过传导的方式散热，热量总是由温度高的
一端传递到温度低的一端，模块热量向上传递至封装外壳，向
下传递至主板。下图光模块的封装结构整体示意图，分析模块
的主要散热路径。
图6
2、光器件内部散热路径：
内部主要发热组件包括TOSA发射组件、ROSA接收组件、PCB
网络电信 二零一九年五月