一文认识光模块的构造

如今，高速光模块出货量越来越大，光模块也逐渐引起了人们的注意。现代社会，光模块的处境，正应了那首古诗：”莫愁前路无知己，天下谁人不识君。“今天小编就通过这篇文章，让大家短时间内认识光模块长什么样？
　　一、光模块的类型
　　目前，100G以上光模块的主流封装形式有CFP、CFP2、SFP、SFP+、QSFP28、QSFP-DD等，从下图4种封装形式对比可以看出之间的一些相同与差异。
　　

　　CFP模块与众不同之处在于外形尺寸，解锁及锁紧机构由两侧的螺杆实现，靠近光口侧模块外围有一圈EMI弹片。
　　CFP2的体积是CFP的1/2，它与CFP相似之处在于PCB上都设置了一个专用连接器，由于该连接器的特性决定CFP支持10x10G速率，CFP2支持4x25G和8x25G速率。
　　QSFP28和QSFP-DD都是由QSFP+协议演进而来，两者的结构可以说基本相同，外形上有相同的宽度和厚度，解锁机构也是完全相同。
　　QSFP28支持4x25G速率，QSFP-DD支持8x25G速率，所以两者的结构差异之处就在电口的设计，QSFP-DD的电口金手指数量比QSFP28增加1倍。
　　二、光模块的构造
　　一般情况下，光模块外壳结构组成三部分：
　　底壳
　　上盖
　　解锁机构
　　虽然光模块外形近乎每个尺寸在MSA协议里都有明确要求，但是具体的结构设计实现仍然有很多讲究。
　　底壳和上盖一般是用螺钉装配在一起，考虑到上盖的刚度，上盖和底壳的厚度尽量接近。
　　如果上盖太单薄的话，模块内部被压缩的导热垫应力会导致上盖变形，从而使装配后的模块厚度尺寸超差，同时上盖和底壳之间也会产生缝隙使电磁波泄露，导致模块EMI屏蔽失效。
　　

　　MSA协议对解锁机构的拉手部分限制较小，拉手在工业设计上有足够的空间去发挥。自然地拉手就成了表达产品特色和公司形象的一张面孔，让客户对公司光模块的认识从拉手开始。
　　三、光模块的设计重点
　　主要分散热设计和EMI屏蔽设计两部分。
　　散热，很好理解，就像为某为发烧而生的手机，天气一热就烫手，就是它的散热设计太差。
　　热量的传递有导热，对流换热及辐射换热三种方式。光模块的散热设计可以说主要研究的就是导热。那么如何做好光模块散热设计呢？搬出Fourier导热定律公式研究一番，就知道怎么去做了。
　　Q=λA(Th-Tc)/δ
　　其中：λ为材料的导热系数，单位为W/(m*℃),表示了该材料导热能力的大小；
　　A为与热量传递方向垂直的面积，单位为m2；
　　δ为两个面之间的距离，单位为m；
　　Th与Tc分别为高温与低温面的温度，单位为℃。
　　从上面的公式得知，要提高热流量Q，需要从三个方面着手，提高材料的导热系数λ，增加热量传递的截面积A，减小高低温面之间的距离δ。
　　要做好光模块散热设计是一件极其复杂的事情。
　　通常情况下发热器件尽量布置在模块的TOP面，使热量优选传递到主散热面；
　　对于多个发热器件，尽量分散布置，使得模块表面热耗均匀，更有利于散热；
　　热敏感器件布置尽量远离高温发热器件，例如硅光芯片的布置就要远离DSP、Driver等发热高的器件；
　　对于发热高的器件不得不布置在BOTTOM面时，就要采用跨空间散热技术，目前人工石墨导热材料是不错的选择，该材料不仅有高达1500 W/m*k的导热系数(水平方向)，而且可以弯曲折叠。

　

　　光模块散热设计需要热仿真配合来完成，通过仿真分析来检验热设计是否满足要求，并指导热设计优化方向。这样的工作往往需要多次迭代才能终确定散热设计方案。
　　电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

　　形成电磁干扰必须同时具备三个因素：
　　电磁骚扰源
　　耦合路径
　　敏感设备
　　针对以上三个因素，有多种途径可以抑制电磁干扰的影响，而从光模块结构设计的角度出发，采用电磁屏蔽的方法来切断电磁骚扰的耦合路径，是改善其电磁兼容性能的关键而行之有效的技术手段之一。
　　影响屏蔽体的屏蔽效能有两个因素：
　　整个屏蔽体表面必须是导电连续的
　　屏蔽体上有很多导电不连续点，主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙。
　　这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏，如同流体会从容器上的缝隙上泄漏一样。解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电弹性材料，消除不导电点。这就像在流体容器的缝隙处填充橡胶的道理一样。
　　对于缝隙的处理，还有一种办法就是在设计上刻意增加缝隙的深度和形状，目的就是让电磁在缝隙里多次反射而衰减。
　　不能有直接穿透屏蔽体的导体
　　光模块的PCB金手指是裸露在外的，也就是有导体穿透了屏蔽体。
　　实际上对于EMC，光模块并不是孤立去考量的，而是将光模块插入终端设备整体来测试和评估的。光模块插入终端设备的CAGE里面，CAGE和设备本身进一步对电磁进行屏蔽和接地处理。