均热板：400G及以上光模块高效散热的关键

由于均热板（VC）散热模块具有出色的传热性能，已在消费电子、通信等领域得到了广泛的应用。与传统的铝合金散热模块相比，均热板的温度均匀性和散热能力大幅提高。

随着光模块吞吐量的增加，功耗和产生的热量也会增加，这可能超出当前外形尺寸的冷却能力。例如，当前的 OSFP 光模块消耗大约10-15瓦来实现 400G 比特率。然而，随着吞吐量的增加，功率也随之增加，这反过来又增加了 OSFP 上的热负载。

图：400G、200G和100G 光模块（从上至下）的功耗水平

光模块的性能和可靠性高度依赖于温度。将光芯片的温度保持在特定范围内，对于激光器的稳定性和可靠性至关重要。高吞吐量光模块通常具有高的电子密度和较大功率光学元件，有限的空间增加了散热挑战。因此，包括均热板（VC）、液冷等先进热管理解决方案获得青睐。

丨应用光电申请带有集成均热板的光模块外壳专利

应用光电公司（Applied Optoelectronics）最近申请的一项专利（公布号：US20230314736A1）描述了一种光收发器外壳和光收发器模块，其集成的均热板（VC）可改善散热性能。收发器外壳包括至少两个位于相对侧的外壳部分，形成一个隔间。其中至少一个外壳部分集成了一个均热板，均热板有一个热输入侧和一个热输出侧。外壳部分的外壁至少部分由均热板的热量输出侧限定，使热量暴露在外壳本体的外部。

图：在光收发器外壳设计中集成均热板120（来源：US20230314736A1）

专利特别讨论了，均热板的热输出侧可以具有不同的高度，从而使其能够定位在收发器外壳内不同高度的发热组件附近。热输出侧的传热区域可以具有与各个发热部件相对应的表面积。

专利还提出了均热板包覆成型到光收发器第一壳体部分中的概念设计，这种设计确保均热板安全高效地集成到外壳中。总体而言，该专利旨在通过将均热板集成到外壳结构中来改善收发器外壳和光收发器模块的散热，通过防止过热和维持最佳工作温度来增强收发器器件的性能和可靠性。

丨Google 将均热板作为400G 光模块的散热增强方案

今年5月份，Google 获得的专利文件“US11650384B2-Thermal optimizations for OSFP Optical Transceiver Modules”中提出了一种优化光收发模块的热管理解决方案，特别提出建议使用均热板作为增强风冷翅片散热器在光模块热管理中的应用。

该专利讨论了风冷翅片散热器的使用，该散热器位于 OSFP 模块下方，并沿其长度的一部分与模块接触。该散热器可以包含热管，可以用均热板代替以提供增强的冷却能力，并可以通过使用分形几何设计来增加散热器的表面积以增强散热。

图：均热板（VC）在OSFP光收发模块中的部署位置示意图（图源：专利文件US11650384B2）

丨Boyd 等开发光模块均热板散热方案

2020 年，Boyd 公司在 Thermal Live 在线研讨会上透露，Boyd 已将超薄均热板和热管集成到用于冷却光学模块的定制设计中。这些解决方案通常会将热量带到外壳背面。与局部挤压或模具外壳散热解决方案相比，这样可以增加更多的散热片面积，并获得更多的气流。

热管的散热原理与均热板（VC）类似，不过均热板在二维大平面上的热扩散能力强于热管。热管也可以增强光模块的散热，例如 Heatscape 将两根热管嵌入铝散热器，增强大功率光模块散热方案的冷却能力。

图：带有热管的光模块铝挤压散热器（图源：Heatscape）

丨均热板在光模块热管理中的应用潜力

由于对高速数据传输的需求不断增长以及数据中心的激增，光模块市场快速增长。市调机构 MarketsandMarkets 预测，全球光模块市场规模预计将从 2020 年的 70 亿美元增长到 2025 年的 143 亿美元，预测期内复合年增长率（CAGR）为 15.2% 。

未来随着 AI、元宇宙等新技术不断发展，以及网络流量长期保持持续增长趋势，高速光模块的市场占比在稳步提升，这将加大对先进散热技术的需求。LightCounting 报告预测，2021 年，200G、400G 和 800G 的高速以太网光模块发货量达 222 万只，2023 年将达 956 万只，800G 的产品在 2022 年也开始逐步放量。

图：200G/400G/800G高速光模块发货量预测（来源：LightCounting，单位：百万）

均热板（VC）可以提供高效的冷却并改善这些模块的散热。因此，不断增长的光模块市场为均热板在热管理解决方案中的应用提供了巨大的机会。