การวิเคราะห์เชิงความร้อนของอุปกรณ์ออปติคัล 5G

เมื่อเทียบกับ 4G แล้ว 5G จะเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 9 ~ 10 เท่า ในยุคของเครือข่าย 5G ไม่ว่าโซลูชัน 5G ใดจะแยกออกจากอุปกรณ์สื่อสาร 5G ไม่ได้ และ 5G มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นเรื่อยๆ สำหรับอุปกรณ์ออปติคัล เช่น ปริมาณน้อย การผสานรวมสูง อัตราที่สูง และการใช้พลังงานต่ำ อัตราอุปกรณ์หลักที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการส่งสัญญาณ 5G ไปข้างหน้า กลาง และข้างหลัง ได้แก่ อุปกรณ์ออปติคัล 25G, 50G, 100G, 200G และ 400G ในจำนวนนั้น อุปกรณ์ออปติคัล 25G และ 100G เป็นอุปกรณ์สื่อสาร 5G ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด

ด้วยความเร็วที่สูงขึ้นและปริมาณที่น้อยลง นี่คือแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของการพัฒนาอุปกรณ์ออปติคัล ในขณะเดียวกันก็นำความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับการจัดการระบายความร้อนภายในของอุปกรณ์ออปติคัล วิธีการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพเป็นปัญหาที่ต้องดำเนินการอย่างจริงจัง

เหตุใดจึงต้องมีการออกแบบระบบระบายความร้อน:

อย่างที่เราทราบกันดีว่าเมื่อชิปโฟโตอิเล็กทริกของเราทำงาน มันจะไม่แปลงเป็น 100% ของกระแสไฟที่ฉีดเข้าออปโตอิเล็กทรอนิคส์เอาท์พุต และส่วนหนึ่งจะถูกนำไปใช้เป็นการสูญเสียพลังงานในรูปของความร้อน หากความร้อนจำนวนมากยังคงสะสมอยู่และไม่สามารถกำจัดได้ทันเวลา จะส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของส่วนประกอบหลายประการ โดยทั่วไป เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานจะลดลงและอายุการใช้งานของอุปกรณ์จะลดลง ประสิทธิภาพต่ำ วัสดุที่เสื่อมสภาพและส่วนประกอบที่เสียหาย นอกจากนี้ อุณหภูมิสูงจะทำให้เกิดความเครียดและการเสียรูปบนวัสดุ ลดความน่าเชื่อถือและความผิดปกติของอุปกรณ์

การถ่ายเทความร้อนมีสามวิธีพื้นฐาน: การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อน

การนำความร้อน:

ชิปจะกระจายความร้อนผ่านฮีตซิงก์ที่ด้านล่าง และอุปกรณ์ออปติคัลจะสัมผัสกับเปลือกเพื่อระบายความร้อนผ่านจาระบีซิลิโคนสำหรับระบายความร้อน ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นการนำความร้อน

การพาความร้อน:

การพาความร้อนตามธรรมชาติส่วนใหญ่ใช้แรงลอยตัวที่เกิดจากความแตกต่างของความหนาแน่นของของเหลวที่อุณหภูมิสูงและต่ำในการแลกเปลี่ยนความร้อน เป็นวิธีการกระจายความร้อนแบบพาสซีฟซึ่งเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีค่าความร้อนต่ำ ในโทรศัพท์มือถือ โมดูลออปติคัล และผลิตภัณฑ์เทอร์มินัลอื่นๆ ส่วนใหญ่จะใช้การถ่ายเทความร้อนด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติ

การถ่ายเทความร้อนด้วยการพาความร้อนแบบบังคับเป็นวิธีการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพซึ่งเกิดจากการเร่งการแลกเปลี่ยนความร้อนของของไหลผ่านแหล่งพลังงานภายนอก เช่น ปั๊มและพัดลม ซึ่งต้องมีการลงทุนที่คุ้มค่าเพิ่มเติม เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีค่าความร้อนสูงและสภาพแวดล้อมการกระจายความร้อนไม่ดี การระบายความร้อนด้วยพัดลมมักจะใช้สำหรับโมดูลออปติคัลที่ทำงานในตู้หรือสวิตช์ ซึ่งเป็นการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนโดยทั่วไป

การแผ่รังสีความร้อน:

กระบวนการส่งพลังงานผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่รังสีความร้อนเป็นกระบวนการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่ออุณหภูมิของวัตถุสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ การถ่ายเทความร้อนระหว่างวัตถุสองชิ้นผ่านการแผ่รังสีความร้อนเรียกว่าการถ่ายเทความร้อนด้วยรังสี วิธีการกระจายความร้อนนี้ใช้ในการออกแบบความร้อนน้อยกว่าเนื่องจากมีประสิทธิภาพต่ำ