一.光模塊是光電轉(zhuǎn)換的核心器件

1.光模塊與光通信

光模塊是光收發(fā)一體模塊的簡稱，是光通信的核心器件。光通信系統(tǒng)以光纖作為傳輸介質(zhì)，傳輸?shù)?a target="_blank">信號是光信號，但在信息分析處理時(shí)必須轉(zhuǎn)換成電信號。光模塊是光通信系統(tǒng)中的核心器件，起著光電轉(zhuǎn)化的作用，主要由接收和發(fā)射兩部分組成，接收部分實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，發(fā)射部分實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換。在信息流中對應(yīng)著光信號的產(chǎn)生、調(diào)制與探測。

光模塊是光通信設(shè)備中的核心器件

2. 光模塊簡介

光模塊通常由光發(fā)射組件（含激光器）、光接收組件（含光探測器）、驅(qū)動電路和光、電接口等組成。在發(fā)送端，電信號經(jīng)驅(qū)動芯片處理后驅(qū)動激光器（LD）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號，通過光功率自動控制電路，輸出功率穩(wěn)定的光信號。在接收端，光信號輸入模塊后由光探測器（PD）轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)速率的電信號。

光模塊產(chǎn)品示意圖

光模塊結(jié)構(gòu)示意圖

為適應(yīng)不同接入、轉(zhuǎn)換和傳輸要求，光模塊種類繁雜。按照封裝方式、傳輸速率、傳輸波長、傳輸距離、調(diào)制格式、是否支持波分復(fù)用（WDM）應(yīng)用、光接口工作模式、激光器類型、光探測器類型、使用性、工作溫度范圍等不同維度，光模塊可分為多種類型。

根部不同維度，光模塊可分為多種類型

二. 光模塊的發(fā)展進(jìn)入了新時(shí)代

光模塊 1.0 時(shí)代，電信領(lǐng)域的應(yīng)用驅(qū)動行業(yè)成長。1998-2015 年，是光模塊行業(yè)的 1.0 時(shí)代，在該階段，電信市場的需求是行業(yè)的主要驅(qū)動力。

1988-2006年，長途通信的需求驅(qū)動行業(yè)增長； 2007-2015年，光纖到戶的需求驅(qū)動行業(yè)增長； 流量爆發(fā)驅(qū)動光模塊行業(yè)進(jìn)入“數(shù)通+電信”2.0 時(shí)代。 在該階段，數(shù)通市場和電信市場需求共同驅(qū)動光模塊行業(yè)成長。該階段的邏輯為：數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長帶來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，同時(shí)催生出更多的計(jì)算及傳輸要求。在該兩項(xiàng)因素作用下，云廠商擴(kuò)大資本開支進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)，運(yùn)營商擴(kuò)大資本開支進(jìn)行 5G 建設(shè)。由此驅(qū)動光模塊行業(yè)進(jìn)入 2.0 時(shí)代，并進(jìn)一步推動流量的爆發(fā)式增長。

三. 新時(shí)代下的光模塊散熱挑戰(zhàn)

隨著云計(jì)算、5G、大數(shù)據(jù)、AR/VR 超清視頻等新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，全球數(shù)據(jù)流量不斷攀升，促使數(shù)據(jù)中心從100G向更高速率、更大帶寬、更低延時(shí)發(fā)展，400G，800G以太網(wǎng)成為數(shù)據(jù)中心的必然趨勢。其數(shù)據(jù)中心的建設(shè)離不開400G，800G光模塊，為了滿足數(shù)據(jù)中心對大帶寬、低延時(shí)的需求，光模塊將會朝著更高速率的方向發(fā)展。

光模塊熱源主要在PCB芯片和光器件（TOSA和ROSA）附近，下圖中兩個(gè)由導(dǎo)熱墊片覆蓋的部位分別為PCB芯片和光器件。

光模塊的兩個(gè)主要熱源

目前光通信行業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展階段，光模塊在光通信行業(yè)中起到中樞的作用，其不斷發(fā)展也是必然。當(dāng)前光模塊的發(fā)展主要表現(xiàn)在速率上，從昔日的1.25G到后來的10G、25G、100G，再到現(xiàn)在的400G、800G，光模塊從低端到高端，發(fā)展不可謂不迅速。

由于光模塊速率越來越高，所需的光芯片不僅需要本身速率的提高，其數(shù)量也需要提高，當(dāng)前比較高端的800G光模塊就需要8通道的激光器來保證傳輸速率。而8通道的激光器，除了要保證其高速傳輸可靠性，更要保證良好的散熱性能，其散熱技術(shù)一直是行業(yè)中的難題。

四. 高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金幫助光模塊快速散熱

目前高速率光模塊主要存在兩個(gè)散熱問題。

第一，內(nèi)部導(dǎo)熱做得很好，而外部殼體散熱差，存在熱量因?yàn)闊o法及時(shí)被帶走，導(dǎo)致內(nèi)部熱量快速積聚的問題；

第二，外部殼體散熱良好，但熱源與殼體間的熱阻因內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局等原因而變大，造成關(guān)鍵器件結(jié)溫不在工作溫度區(qū)間內(nèi)。

對于第一個(gè)問題，提高外部殼體散熱器的散熱性能是最佳解決方案。采用高導(dǎo)熱系數(shù)的材料和增加外部殼體的散熱面積是提高散熱性能的可靠途徑。采用HC-1A07壓鑄鋁合金材料，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)205W/m?K，是常規(guī)壓鑄鋁合金的2倍以上，同時(shí)也遠(yuǎn)高于鋅合金的導(dǎo)熱系數(shù)，可幫助降低殼體表面溫度，快速將熱量從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到環(huán)境中。同時(shí)，利用壓鑄工藝的相對優(yōu)勢，將散熱翅片集成在殼體上，顯著增加散熱面積，增大與空氣的換熱量。

對于第二個(gè)問題，光模塊內(nèi)部布局緊湊，熱源分布位置會隨著工程師的需要而變換位置，而采用非壓鑄工藝生產(chǎn)的殼體對內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局的適應(yīng)能力偏弱，會造成熱源與外部殼體的距離較遠(yuǎn)，由此而增加導(dǎo)熱界面材料的厚度，顯而易見，導(dǎo)熱界面材料越厚，熱阻越大，這會嚴(yán)重影響整個(gè)光模塊的散熱效果。采用高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金材料，可實(shí)現(xiàn)殼體與熱源零距離，利用壓鑄工藝本身優(yōu)勢提高外部殼體的設(shè)計(jì)自由度，由此而解決散熱難題。

編輯：jq