OSFP 光モジュールの熱構造はどのように設計されていますか?

超高速光モジュールの消費電力は、 400G OSFP より高いレートが大幅に増加し、熱管理が重要な課題となっています。

OSFPパッケージ型光モジュールの場合、プロトコルはヒートシンクフィンのインピーダンス範囲を明示的に規定しています。具体的には、冷却ガスの風圧が閾値TH1を超えず、かつ風量が閾値TH2を超えない場合、モジュール温度は規定値以下でなければならず、ヒートシンクフィンの風量インピーダンスは上限曲線と下限曲線の間の安全領域内に維持されなければなりません。

ヒートシンクの構造が変化し、特性曲線が上限に近づくと、一定の風圧下ではモジュール温度が上昇します。一定の温度を維持するには、風圧を高める必要があります。

まず、下の図に示すように、既存の OSFP パッケージング ソリューションを調べてみましょう。この図は、発熱部品が比較的大きい場合のヒートシンク付き光モジュールの内部構造を示しています。

この方式では、発熱部品の高さが大きい場合、その高い熱出力によって対応する位置のヒートシンクフィンの高さが圧縮され、放熱欠陥が発生します。

従来の方式では、ヒートシンクフィンの高さが徐々に低くなり、フィン間の気流チャネルの断面積が減少し、インピーダンスがプロトコルの上限に近づきます（上記の風圧と気流の図を参照）。これにより、冷却ガスがモジュールの背面に浸透しにくくなり、局所的な過熱のリスクが生じます。これを解決するために、FiberMallは革新的な動的放熱構造を提案しています。ヒートシンクフィンの高さは、対応する発熱部品の高さに基づいて逆に調整されます。発熱部品が高ければ高いほど、ヒートシンクフィンの高さは低くなり、発熱部品が低ければ低いほど、ヒートシンクフィンの高さは高くなります。場合によっては、最も発熱量の高い部品の真上のフィンが完全に取り除かれることもあります。この放熱構造を備えたFiberMallの光モジュールの概略図は次のとおりです。

この熱構造を備えた FiberMall の光モジュールの概略図は次のとおりです。

この内部熱管理方式では、空気入口と最初の発熱部品の上にヒートシンクフィンが非常に低く、またはまったく配置されていないため、より多くの冷却ガスが後続の発熱部品領域に到達できます。

このアプローチにより、吸気口の断面積が40%拡大し、高熱部品エリアのフィンを撤去または高さを下げることで、気流経路が30%～50%拡大します。XNUMX番目とXNUMX番目の発熱部品の上方には、フィンの高さを段階的に高く設定します。

FiberMall の方式は、フィンの高さを段階的に増加させることを特徴としており、主に高熱コンポーネント領域の空気流チャネルの閉塞に対処します (フィンを削除または下げることにより)。これにより、ヒートシンクの全体的なインピーダンスが低減します。

上記の基本スキームにはヒートシンク カバーがないため、背面に熱のボトルネックが発生します。

熱性能を高めるために、厚さ 0.5 ～ 1 mm の取り外し可能なアルミニウム合金製ヒートシンク カバーがモジュールの上部に追加され、サポート システムによって正確に固定されています。

ヒートシンク背面のフィンの高さが高いため、フィン間の断面積の隙間が大きくなっています。ヒートシンクカバーと、3つ目の発熱部品のフィン上部の隙間が空洞を形成し、冷却ガスの内外循環を促進します。さらに、ヒートシンクフィンの背面は開放されているため、冷却ガスの一部はヒートシンクカバーとケージの隙間から排出されます。

後部のフィンが開放されているため、この隙間から冷却ガスが流れ出ることも可能です。

全体の構造は熱力学の原理を利用して空気の流れを誘導します。冷却ガスは入口から注入され、前面の低抵抗チャネルを優先的に流れ、その後、高フィン後部領域の基板に向かって下方にリダイレクトされます。

加熱されたガスは上昇し、ヒートシンクカバーとケージの間の隙間から排出されます。ヒートシンクカバーと支持部品によって形成される密閉された空洞は、この空気流路の重要な部分です。

実験データにより、40W の消費電力で従来の均一なフィン方式と比較して次のことが証明されています。

後部エリアの温度が 12 ～ 15°C 低下します。

気流抵抗が 35% 減少します。

風圧-気流曲線は、プロトコルの安全ゾーンの中央内に安定して留まります。