当下高速传输设备遇到的问题是如何解决传输速率、信号密度和散热之间的平衡关系。
 
随着集成电路和微电子封装技术的发展，元器件的总功率密度不断增加，物理尺寸却逐渐趋向小型化，所产生的热量迅速积累，导致集成器件周围蓄积高温，而高温环境必将会影响到元器件和设备的性能，这就需要更加高效的热控制方案。




一般散热途径包括三种即导热、对流以及辐射换热。常用的热管理方法：比如加大散热铜箔厚度或用大面积电源、地铜箔；使用更多的导热孔；采用金属散热，包括散热板，局部嵌铜块；给大功率器件加上散热器，整机则加上风扇；要么使用导热胶，导热脂等导热介质材料；要么采用热管散热，蒸汽腔散热器，高效散热器等。




对流空气流通不充分时，我们使用风扇来简单地将热量从机箱里吹出来。但随着环境温度的增加，强制空气冷却的效率也下降了。单纯增加风扇的数量和速度，又会导致噪音水平超过NEBS和OSHA的声音限制。后果是直接导致在大型服务器和数据中心提供冷空气的成本成为最高的运营费用之一。

从PCB方面，作为高频电路材料全球领导者，Rogers高导热PCB材料92ML的诞生直接将导热系数提高到传统FR-4(环氧树脂)材料PCB的4到8倍! 通过增加PCB导热系数(高TC)来提升散热能力;让材料和器件能够经受更高操作温度(高TD裂解温度);提升操作环境和材料对热循环经受程度(低CTE)的适应热方式等。

从连接器等元器件方面，传统的前面板空间现在被越来越多的阻塞气流流通的I / O连接器消耗。连接器制造商已经认识到挑战，并对许多产品做出了改进。在某些情况下，降低接口的高度（low profile的原因），以减少连接器对冷却气流的阻塞。连接器外壳也被修改，以允许更多空气在器件周围循环。包括在电源接触器中使用新型高导电铜合金可以减少损耗和产生热量。

从SFP到QSFP模块的连接器已成为标准的高密度接口。多达72个模块可以安装在1个RU开关上，导致许多发热设备距离很近，相应的热量也不断产生。一个解决方案是简单地让环境空气在模块周围循环。可插入的阀笼总成可以通风以提高冷却效果，但是相对尺寸较高的散热片限制了可以安装在I / O面板上的连接器的数量。TE已经做过一些有益的尝试，他们的热增强型zQSFP +cage产品，通过cage提供改进的气流，从而产生更有效的散热。




当封装密度威胁到系统的热极限时，一个更积极的解决方案可能包括热电冷却。热电冷却器使用Peltier效应将热量从半导体设备的一端传递到另一端。冷却器由热垫片、散热模块、活动装置等,并能降低高达30°C的温度。传统的被动和主动冷却解决方案只将温度降低到环境温度，热电冷却器可以降低温度低于周围温度。此外，翻转热电装置的极性，可以有加热功能使在寒冷的环境中的设备能够正常运转。这项技术在偏远的户外区域特别有效，在这些地方的设备运行可靠性至关重要。随着5G网络的发展可能会产生大量的新应用，这些设备必须在极端的室外环境中能够正常使用。

在操作温度范围内保持高性能的电子产品已经成为设计过程中不可或缺的一部分,希望硬件工程师们加以重视。
 
【采编自EEPW和Bishop】 查看全部