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光通讯产品散热(一)


前言

光通讯发展到现在,即将进入400G产品时代,想想都激动。可激动的同时,散热已经开始引起各大公司关注了,小体积大功耗的发展模式,将越来越被困住在“内热”问题上。芯片的热量如果不能很好的散出去,则会持续升温,到一定温度,芯片将会出现各种问题甚至失效。对于光芯片来说,温度控制不好,还会出现波长变化的问题。

今天我们先来聊聊散热的基础知识。

散热基本方式:传导,对流和辐射

电子产品的热主要来自于芯片,芯片中温度的散热方式也就无外乎传导,对流和辐射三种方式。

热传导:

热传导在开车族看来,就是一个桥面堵车问题。想象一下大家都在一个岛上的工业园区工作,下班时间点,有大量汽车要从岛上开出,途经一条桥。可以理解,最早的几辆车几乎不受影响的开过桥面,快速回家,这个我们不谈。而一旦从园区出来的车越来越多,这时候,大量的汽车将会压积在桥头,等待排队通行逃离岛和桥。我们都知道,这时候桥面的宽度和长度,对我们回家的速度来说是最关重要的。

a. 桥面越宽,一次性能通过的汽车就越多,后方等待时间就越短,交通积压程度越小。反之,桥面越窄,能一次性通过的汽车就越少,后方等待时间就越长,大量汽车在出发端压积,可能导致交通瘫痪。

b。 而桥面宽度一定的情况下,如果桥越长,等待通过桥面的时间就越长。桥越短,等待通过的时间,也就越短。

通过的汽车数量=(通过率*时间)*宽度*(桥头拥挤程度-桥尾拥挤程度)/长度。

如果把汽车数量用热量代替,通过率*时间用导热系数代替,(桥头拥挤程度-桥尾拥挤程度)用温差来替代,则会得到如下式子:

热量=导热系数*面积*温差/长度

Q=KA(T1-T2)/l

当你还是觉得导热难以理解的时候,就想想你上下班路上必堵路段的情况或者开车去体验一下你所在城市中千年老妖级拥堵地段,你就一定可以很深刻的去理解导热概念了。

不同材料的热导率:金属,非金属,气体

1.金属,主要依靠自由电子的穿梭来导热,一般来说导电性能好的金属材料,导热性能也好。而当温度升高时,纯金属内部自由电子和晶格的运动加剧,导致自由电子的穿梭变得困难,故热导率会降低。

2.非金属,主要依靠原子、分子和晶格震动进行传热。故温度升高,原子、分子和晶格的震动会加剧,传热能力也会提高,及热导率升高。

3。气体,主要依靠分子热运动来传递热量。故温度升高,分子运动加剧,能量会从高处传递向低处。


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