【应用】低热阻、高导热系数导热材料TC50,TPS60,T500,T670助力100G光模块的散热设计

时间： 2019-08-30 来源：世强

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散热方案设计

未来光模块高集成度、立体化与微小型化，其单位体积内的功耗不断增大，导致发热量增加和温度急剧上升，热设计会显得非常重要，所以导热材料的应用会显得格外关键。

100G核心框架如下图所示，包括TOSA 组件（Transmitter Optical Subassembly）、ROSA 组件（Receiver Optical Subassembly）以及驱动和控制IC。

图1 CFP光模块核心框架图

图2 CFP模块示意图

其中TOSA为封装小、高集成度器件，内部集成了DFB激光器、EML电吸收调制器、功率检测二极管、TEC热电制冷器等；ROSA内置高速PIN探测器、TIA跨阻放大器。100G光模块的主要热源是TOSA和ROSA两部分。

图3 光模块封装结构示意图

图4 光模块主要散热路径

100G光模块内部产生的热量主要通过顶部和底部以及侧面经引线框架进行散热。散热路径复杂，为提高模块整体散热效率，需尽可能减小各路径中热阻的大小，其中顶部散热为主要散热途径，侧面经引线框架散热可以基本忽略。

图5 100G光模块中固美丽导热材料应用

100G光模块散热设计是在TOSA/ROSA（热源）上方设置导热凝胶或垫片（推荐固美丽导热凝胶TC50或导热垫片 TPS60），导热垫上方直接与模块封装外壳紧密接触以减小接触热阻；而模块顶部与上方散热片之间，可以填充一层薄的导热硅脂（推荐固美丽导热硅脂T670）以减小模块与散热片之间的接触热阻，将热从顶部传出去。在光模块内部PCB上镀一层金属铜箔，上表面与TOSA/ROSA 组件之间填充一层导热绝缘垫片（推荐固美丽导热绝缘垫片T500）；并在电路板下表面与模块封装外壳之间填充一层导热凝胶或垫片（推荐固美丽导热凝胶TC50或导热垫片TPS60），将热量向下传导，从底部将热量散发出去。

固美丽导热材料在光模块上的应用优势：

1、固美丽导热垫片TPS60的导热系数为7.5W/mK，在20psi压力和2.5mm的厚度下热阻仅为0.45℃-in2/W，不管是热阻还是导热系数都完全能满足100G光模块的散热要求，特别是热阻相比于其它品牌明显低很多。其Shore OO硬度仅为35，质地非常柔软，其良好的顺从性减少了器件上的压力且其硅油析出率非常低，非常适用于光模块；

2、固美丽导热凝胶TC50，其导热系数为5W/mK，导热效果与7.5W/mK的导热垫片相当，并且粘度较低，对基材的浸润性较好，所以热阻较低，TC50适合自动化生产，大大提高生产效率；

3、固美丽T-500导热绝缘垫片厚度非常薄，只有0.25mm，虽然导热系数只有2.1W/mK，但热阻非常低，导热效果很好，最重要的是其绝缘强度达到4000Vac；

4、固美丽T670导热硅脂导热系数为3.0W/mK，导热系数高，热阻超低，其释气率小于0.2%，硅油析出量非常小，不影响光模块其它器件。

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