本文來源：HC輕合金研究中心

一. 光模塊是光電轉換的核心器件

1.光模塊與光通信

光模塊是光收發一體模塊的簡稱，是光通信的核心器件。光通信系統以光纖作為傳輸介質，傳輸的信號是光信號，但在信息分析處理時必須轉換成電信號。光模塊是光通信系統中的核心器件，起著光電轉化的作用，主要由接收和發射兩部分組成，接收部分實現光電轉換，發射部分實現電光轉換。在信息流中對應著光信號的產生、調制與探測。

光模塊是光通信設備中的核心器件

2. 光模塊簡介

光模塊通常由光發射組件（含激光器）、光接收組件（含光探測器）、驅動電路和光、電接口等組成。在發送端，電信號經驅動芯片處理后驅動激光器（LD）發射出相應速率的調制光信號，通過光功率自動控制電路，輸出功率穩定的光信號。在接收端，光信號輸入模塊后由光探測器（PD）轉換為電信號，經前置放大器后輸出相應速率的電信號。

光模塊產品示意圖

光模塊結構示意圖

為適應不同接入、轉換和傳輸要求，光模塊種類繁雜。按照封裝方式、傳輸速率、傳輸波長、傳輸距離、調制格式、是否支持波分復用（WDM）應用、光接口工作模式、激光器類型、光探測器類型、使用性、工作溫度范圍等不同維度，光模塊可分為多種類型。

根部不同維度，光模塊可分為多種類型

二. 光模塊的發展進入了新時代

光模塊 1.0 時代，電信領域的應用驅動行業成長。1998-2015 年，是光模塊行業的 1.0 時代，在該階段，電信市場的需求是行業的主要驅動力。1988-2006年，長途通信的需求驅動行業增長；2007-2015年，光纖到戶的需求驅動行業增長；流量爆發驅動光模塊行業進入“數通+電信”2.0 時代。

在該階段，數通市場和電信市場需求共同驅動光模塊行業成長。該階段的邏輯為：數據流量的爆發式增長帶來互聯網業務的蓬勃發展，同時催生出更多的計算及傳輸要求。在該兩項因素作用下，云廠商擴大資本開支進行數據中心建設，運營商擴大資本開支進行 5G 建設。由此驅動光模塊行業進入 2.0 時代，并進一步推動流量的爆發式增長。

流量爆發驅動光模塊行業進入 2.0 時代

三.  新時代下的光模塊散熱挑戰

隨著云計算、5G、大數據、AR/VR 超清視頻等新業務的不斷涌現，全球數據流量不斷攀升，促使數據中心從100G向更高速率、更大帶寬、更低延時發展，400G，800G以太網成為數據中心的必然趨勢。其數據中心的建設離不開400G，800G光模塊，為了滿足數據中心對大帶寬、低延時的需求，光模塊將會朝著更高速率的方向發展。

光模塊熱源主要在PCB芯片和光器件（TOSA和ROSA）附近，下圖中兩個由導熱墊片覆蓋的部位分別為PCB芯片和光器件。

光模塊的兩個主要熱源

目前光通信行業進入飛速發展階段，光模塊在光通信行業中起到中樞的作用，其不斷發展也是必然。當前光模塊的發展主要表現在速率上，從昔日的1.25G到后來的10G、25G、100G，再到現在的400G、800G，光模塊從低端到高端，發展不可謂不迅速。

由于光模塊速率越來越高，所需的光芯片不僅需要本身速率的提高，其數量也需要提高，當前比較高端的800G光模塊就需要8通道的激光器來保證傳輸速率。而8通道的激光器，除了要保證其高速傳輸可靠性，更要保證良好的散熱性能，其散熱技術一直是行業中的難題。

四.  高導熱壓鑄鋁合金幫助光模塊快速散熱

目前高速率光模塊主要存在兩個散熱問題。

第一，內部導熱做得很好，而外部殼體散熱差，存在熱量因為無法及時被帶走，導致內部熱量快速積聚的問題；

第二，外部殼體散熱良好，但熱源與殼體間的熱阻因內部結構布局等原因而變大，造成關鍵器件結溫不在工作溫度區間內。

對于第一個問題，提高外部殼體散熱器的散熱性能是最佳解決方案。采用高導熱系數的材料和增加外部殼體的散熱面積是提高散熱性能的可靠途徑。采用HC-1A07壓鑄鋁合金材料，導熱系數高達205W/m?K，是常規壓鑄鋁合金的2倍以上，同時也遠高于鋅合金的導熱系數，可幫助降低殼體表面溫度，快速將熱量從內部轉移到環境中。同時，利用壓鑄工藝的相對優勢，將散熱翅片集成在殼體上，顯著增加散熱面積，增大與空氣的換熱量。

對于第二個問題，光模塊內部布局緊湊，熱源分布位置會隨著工程師的需要而變換位置，而采用非壓鑄工藝生產的殼體對內部結構布局的適應能力偏弱，會造成熱源與外部殼體的距離較遠，由此而增加導熱界面材料的厚度，顯而易見，導熱界面材料越厚，熱阻越大，這會嚴重影響整個光模塊的散熱效果。采用高導熱壓鑄鋁合金材料，可實現殼體與熱源零距離，利用壓鑄工藝本身優勢提高外部殼體的設計自由度，由此而解決散熱難題。

下圖即為采用高導熱壓鑄鋁合金材料制造而成的某品牌800G光模塊，從外部結構可看出，該光模塊表面分布大量散熱翅片，散熱面積較普通光模塊顯著增加。

某品牌800G光模塊

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