6/30/2025，光纖在線特邀編輯Helen
光纖在線訊，2025年6月25日，由車乾信息與熱設(shè)計網(wǎng)聯(lián)合舉辦的"2025數(shù)據(jù)中心光模塊與光電高速連接技術(shù)論壇"在上海成功舉行。論壇圓桌討論以"高速通訊光模塊熱管理需求"為主題，由熱設(shè)計網(wǎng)陳繼良主持，匯聚了來自知名設(shè)備商的熱設(shè)計高級工程師、熱電制冷器廠家的資深客戶經(jīng)理以及專注新型導(dǎo)熱材料研發(fā)的初創(chuàng)企業(yè)代表。

            

隨著光模塊速率提升及CPO（共封裝光學）技術(shù)的發(fā)展，熱管理面臨三大核心挑戰(zhàn)：
1.光模塊有限空間與高熱密度的矛盾日益突出，微型熱電制冷器（TEC）需要在縮小體積的同時提升散熱效能；
2.材料與工藝瓶頸亟待突破，包括熱電材料性能、界面導(dǎo)熱材料的均熱性以及沉積工藝的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性；
3.系統(tǒng)級散熱設(shè)計需要協(xié)同優(yōu)化從芯片到封裝再到環(huán)境的端到端熱阻鏈，特別是應(yīng)對復(fù)雜場景的環(huán)境熱管理。專家指出，未來需要通過材料創(chuàng)新（如高導(dǎo)熱復(fù)合材料）、工藝革新（如精密TEC加工）及多物理場仿真技術(shù)實現(xiàn)熱效能的躍升。

在討論光模塊封裝形態(tài)時，專家指出，從封裝發(fā)展歷史來看，獨立可維護性是可插拔光模塊的顯著優(yōu)勢，而CPO集成度高帶來的維護性差可能阻礙其推廣應(yīng)用。中短期內(nèi)，兩種封裝形式或?qū)㈤L期共存，散熱技術(shù)將根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境和挑戰(zhàn)持續(xù)發(fā)展。CPO通過光電合封減少插拔損耗，但熱密度更高（局部可達100W/cm2），其優(yōu)勢在于系統(tǒng)級散熱設(shè)計靈活性更大（如液冷集成）；而可插拔模塊需要在獨立封裝內(nèi)解決散熱問題，同時考慮與籠體/散熱器的配合，在結(jié)構(gòu)可插拔性和散熱要求之間取得平衡，挑戰(zhàn)更為直接。專家還分享了TEC設(shè)計中的幾個痛點，包括高溫可靠性問題、工藝難度和材料精度等。

來自設(shè)備商的熱設(shè)計工程師特別指出，當前光模塊熱管理中規(guī)格指標的定義、測試與系統(tǒng)應(yīng)用目標之間存在不匹配現(xiàn)象。光模塊熱管理需要解決殼溫（Tc）與激光器芯片溫度（Tj）的顯著差異問題，建議從以下方面改進：溫度校準上報（要求廠商基于系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)建立Tj與Tc的關(guān)聯(lián)模型并上報）、熱管理參數(shù)指標定制化（將DSP、激光器等核心器件溫度要求納入規(guī)格書）以及系統(tǒng)級監(jiān)控（以激光器溫度及誤碼率為核心，確保性能而非僅滿足殼溫閾值）。這些措施旨在通過精準熱監(jiān)控實現(xiàn)可靠性優(yōu)化，確保系統(tǒng)級性能穩(wěn)定。

TEC廠家代表呼吁加快制定半導(dǎo)體熱電制冷器測試的行業(yè)標準，以消除客戶理解與不同廠家之間的測試偏差。行業(yè)標準的建立將有助于從需求到設(shè)計、驗證流程的順暢銜接，同時有利于批量規(guī)模生產(chǎn)。

在圓桌專家和聽眾的互動環(huán)節(jié)，主要討論聚焦于以下幾個熱點話題：

1. 石墨烯的應(yīng)用前景
石墨烯作為新興二維材料具有遠超銅等傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料的本征導(dǎo)熱系數(shù)，以及原子級薄層和柔性特性。然而作為界面散熱材料時，其與相鄰材料（如芯片、熱沉或封裝材料）之間的實際熱傳導(dǎo)效率遠低于理論值，影響整體散熱性能。此外，高質(zhì)量石墨烯的晶圓級制備成本高昂，轉(zhuǎn)移至目標襯底時易引入缺陷（褶皺、裂紋），影響界面均勻性。CPO中芯片到散熱器的熱通道設(shè)計需要平衡導(dǎo)熱效率與可靠性。目前各類新興界面材料仍處于技術(shù)探索階段，除石墨烯外，還包括氮化鋁、金剛石等。

2. 1.6/3.2T高速光模塊的液冷擴展
針對大功耗帶來的散熱難題，將液冷管路延伸至面板附近的多個可插拔光模塊存在工程挑戰(zhàn)，包括漏液風險和多端口水壓管理等。當前主流方案仍為風冷/液冷混合模式。

3. 箱體式TEC結(jié)構(gòu)設(shè)計
在可插拔光模塊殼體中采用箱體式TEC結(jié)構(gòu)面臨定制化立體陶瓷基板加工困難、熱應(yīng)力分布不均等挑戰(zhàn)，微型化與控溫精度是主要技術(shù)難點。

4. 導(dǎo)熱PCB的應(yīng)用前景
受限于光模塊面積，導(dǎo)熱PCB應(yīng)用相對有限，且需要平衡導(dǎo)熱與介電性能。但在礦機等大功率芯片散熱場景中需求顯著。

隨著可插拔光模塊/CPO向高密度、高速率方向發(fā)展，功耗密度持續(xù)飆升，傳統(tǒng)散熱技術(shù)已接近極限。芯片結(jié)溫直接影響性能與壽命，亟需新型熱界面材料和液冷等創(chuàng)新熱管理技術(shù)。這些挑戰(zhàn)正成為制約行業(yè)突破的關(guān)鍵瓶頸，同時也將帶來更多發(fā)展機遇。光纖在線作為密切關(guān)注未來高速光連接技術(shù)發(fā)展路徑的媒體，對可插拔光模塊和CPO熱管理將持續(xù)跟蹤行業(yè)新動態(tài)和新進展。