بحث في التركيب المتكامل عالي الكثافة للوحدات البصرية متعددة القنوات المتوازية

في السنوات الأخيرة ، أدى التقدم المستمر في تكنولوجيا الاتصالات إلى تطوير قوي لتطبيقات البيانات الضخمة. أصبح الطلب على الوحدات الضوئية عالية السرعة في محطات قواعد الاتصالات ومراكز البيانات أكثر إلحاحًا.

نظرًا للمستوى الفني للرقاقة ، للوحدات البصرية ذات 40G (انقر هنا) أو سرعة أعلى ، لا يمكن لسرعة شريحة ليزر واحدة تلبية متطلبات معدل الاتصال الإجمالي. من أجل حل هذا التناقض ، طورت الصناعة وحدة بصرية متوازية متعددة القنوات ، أي ، يتم دمج رقائق ليزر متعددة في وحدة بصرية واحدة ، ويتم تلبية متطلبات معدل النقل الإجمالي عن طريق الإرسال المتوازي متعدد القنوات.

مع تزايد عدد القنوات المتكاملة المتوازية في الوحدة الضوئية ، تنشأ مشكلة جديدة - نظرًا لدمج المزيد من الشرائح الضوئية في الوحدة الضوئية متعددة القنوات ، يكون ضغط تبديد الحرارة في الوحدة أكبر بكثير من ذلك الموجود في الوحدة منخفضة السرعة . إذا تعذر ضمان تبديد جيد للحرارة ، فسوف تتراكم الحرارة بكميات كبيرة داخل الوحدة. ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى سلسلة من تدهور الأداء ، مثل ارتفاع تيار عتبة شريحة الليزر ، وانخفاض الكفاءة ، وانجراف استجابة رقاقة الكاشف. في الحالات الشديدة ، ستفشل الشريحة ، وسيواجه أداء الوحدة وموثوقيتها تحديات كبيرة.

العمارة المتكاملة الجديدة للوحدات البصرية المتوازية متعددة القنوات

لحل هذه المشاكل ، تمت دراسة هيكل متكامل جديد للوحدات البصرية متعددة القنوات مع تبديد حرارة عالي وتكامل عالي في هذا البحث. يتمتع هذا الهيكل بقدرة فعالة على تصدير الحرارة الداخلية ولا يشغل مساحة الأسلاك بين الداخل وسطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يتم استخدام المزيد من دبابيس الإشارة الكهربائية للتكيف مع تكامل الوحدات الضوئية مع المزيد من القنوات. يتم وضع جهاز الطاقة 300 على كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة 800. تستخدم كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة 800 مواد سيراميك عالية التوصيل الحراري - سيراميك AlN أو سيراميك SiC أو سيراميك BeO. تتم معالجة منطقة تركيب جهاز الطاقة 300 على الجزء الخلفي من كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة 800 باستخدام وسادة معدنية. يتم تثبيت جهاز الطاقة 300 وكتلة التوصيل الحراري العالي العازلة 800 معًا عن طريق اللحام سهل الانصهار AuSn أو الترابط اللاصق Ag عالي التوصيل الحراري.

تتم معالجة حاوية الوحدة الضوئية 500 في شكل سلم ، ويتم تثبيت PCB 200a على سطح التجويف الأعمق لوحدة السكن 500 الضوئية. يتم وضع جزء واحد من كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة 800 على PCB 200 ، والآخر يتم وضع الجزء على سطح التجويف الضحل للوحدة الضوئية التي تحتوي على 500. تتم معالجة المنطقة التي يتداخل فيها الوجه الأمامي لكتلة التوصيل الحراري العالي العازلة 800 مع مبيت الوحدة الضوئية 500 باستخدام وسادة ممعدنة. يخضع سطح مبيت الوحدة الضوئية 500 لمعالجة طلاء كهربائي قابل للحام (مثل طلاء النيكل). يتم لحام كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة 800 وغطاء الوحدة الضوئية 500 بالنحاس عن طريق إضافة لحام SnPb. يتم ربط كتلة التوصيل الحراري العالي العازلة 800 و PCB 200a وتثبيتها بغراء عازل عالي القوة.

في الجزء الخلفي من PCB 200b ، تتم معالجة مجموعة لوحة مصفوفة نقطية 2001 كدبوس إشارة كهربائية خارجي للوحدة الضوئية. تحتاج الوحدة الضوئية التي تحتوي على 100 إلى فتح نافذة في الموضع المقابل لمصفوفة لوحة المصفوفة النقطية 2001 بحيث يمكن كشف مصفوفة لوحة المصفوفة النقطية 2001. يتم تحقيق توصيل الدائرة بين جهاز الطاقة 300 و PCB 200a عن طريق ربط السلك الذهبي 300a. يتم تحقيق الترابط المرن بين PCB 200a و PCB 200b من خلال PCB 200c المرن.

يمكن للعناصر الضوئية المستخدمة لتحقيق ترابط المسار البصري بين الشريحة الضوئية (المضمنة في جهاز الطاقة) داخل الوحدة الضوئية والألياف الضوئية أن تتكيف مع مجموعة العدسات البصرية 600 بمسار بصري متكامل متعدد القنوات أو بصري متعدد القنوات مصفوفة الألياف 900. إذا تم استخدام مجموعة العدسات الضوئية 600 ، فيمكن تصميم سطحها المتصاعد على شكل سلم وفقًا لسمك كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة 800. أثناء التثبيت ، غراء عالي القوة يستخدم للربط ، وجزء منه مثبت على كتلة العزل الحراري عالية التوصيل 800 ، والجزء الآخر مثبت على PCB 200a. إذا تم استخدام مصفوفة الألياف الضوئية متعددة القنوات 900 ، فيمكن تركيب مصفوفة الألياف الضوئية متعددة القنوات 900 مباشرة على كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة 800 ، والتي يمكن ربطها أو لحامها بغراء عالي القوة.

أمثلة التطبيق ونتائج الاختبار

في هذا البحث ، تم تصميم منتج جهاز إرسال واستقبال بصري متوازي 24 قناة بهيكل متكامل جديد أعلاه لوحدة بصرية متعددة القنوات ذات قدرة عالية على تبديد الحرارة وتكامل عالي. تتبنى الوحدة تصميم الهيكل الداخلي الموضح في الشكل 2 ، ويعتمد جزء اقتران المسار البصري مجموعة العدسات المتكاملة متعددة القنوات ، ويعتمد هيكل خرج الإشارة الكهربائية موصل القصب المعدني 200pin. حجم الوحدة أقل من 25 مم × 21 مم × 8 مم ، ومعدل رقم القناة الواحدة 10.315 جيجابت في الثانية ، وإجمالي استهلاك الطاقة للوحدة 2.4 وات.

نظرًا لاستخدام كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة كوسيط رئيسي لتبديد الحرارة ، يمكن نقل الحرارة الناتجة عن جهاز الطاقة مباشرة إلى غلاف الوحدة الضوئية من خلال كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة. تتميز كتلة الموصلية الحرارية العالية العازلة بخصائص التوصيل الحراري العالي ، مع أعلى موصلية حرارية تزيد عن 270 واط / م • كلفن (170-200 واط / م • كلفن للسيراميك AlN ، 270 وات / م • كلفن لسيراميك BeO ، و 83 واط / م • كلفن لسيراميك SiC) ، وهو أعلى بكثير من قدرة تبديد الحرارة لألواح النحاس الكثيفة في PCB في مخطط COB التقليدي ، ويمكنه استخلاص الحرارة المتولدة بكفاءة بواسطة أجهزة الطاقة داخل البصريات وحدة. نظرًا لتحسين قدرة تبديد الحرارة للوحدة الضوئية بشكل كبير ، فهي مناسبة بشكل خاص لدمج الوحدات الضوئية عالية السرعة مع المزيد من القنوات. يمكن أن تؤدي القدرة الأفضل على تبديد الحرارة إلى تقليل درجة حرارة العمل للرقائق داخل الوحدة الضوئية (خاصة شريحة الليزر) ، وبالتالي إطالة عمر خدمة الوحدة الضوئية ، ويمكن أن توسع نطاق درجة حرارة استخدام الوحدة الضوئية.

تم اختبار الوحدة لضغط تبديد الحرارة في بيئة ذات درجة حرارة عالية. عندما تكون درجة حرارة غلاف الوحدة 70 درجة مئوية ، تظهر نتائج اختبار الحلقة الخلفية في الشكل 6. ويمكن ملاحظة من نتائج الاختبار أنه بالنسبة لنوع رمز PRBS 31 ، تكون سرعة الوحدة عند درجة حرارة عالية 10.312 5 جيجابت في الثانية ، والحساسية أفضل من 11 ديسيبل ميلي واط عندما يكون معدل الخطأ في اختبار الاسترجاع أفضل من 10-12. إنه يشير إلى أن سعة تبديد الحرارة للوحدة جيدة ، وأن مؤشر الأداء لم يتدهور في ظل ظروف العمل ذات درجة الحرارة العالية عند درجة حرارة 70 درجة مئوية.

العلامات:

من نحن

نحن ندعوك للتعمق في قصة الابتكار والخبرة والإمكانيات التي لا نهاية لها. انقر لاكتشاف…

الفئات

الوظائف ذات الصلة

كشف المشاركات ذات الصلة التي توسع السرد. يضمن اختيارنا المنسق عدم تفويت السياق الأوسع أبدًا. انقر واقرأ وتعمق في المواضيع التي تثير فضولك.

احدث المقالات