光模块仿真分析报告VIP免费

1光电模块热设计摘要：热设计是航天电子产品结构设计中的难题。文中基于Icepak仿真软件，针对光电模块的空间工作环境和内部元器件热耗分布情况，建立热分析模型，评估了元器件在指定散热条件下的工作情况，分析模块内部敏感元器件的温度参数，并在仿真的结果分析的基础上，对模块进行优化设计，采用大热耗器件紧贴均热板技术的结构设计，验证了光电模块热设计的合理性，为其他航天电子产品热设计提供参考和依据。0引言电子技术的迅速发展，电子元器件、集成电路、功率芯片等大功能模块日趋复杂，而功耗却越来越高，致使电子设备和组件的热流密度急剧增大。统计数据显示，超过55%的电子产品在使用过程中出现的故障是由于结构设计时散热系统不良所产生的。因此，电子产品热设计是系统结构设计中一个重要的环节，合理的散热设计能有效改善电子设备和组件的工作环境，减少故障率。基于航天领域的电子产品使用空间环境的特殊性，其小体积、轻重量、可高靠性的严格指标要求，在系统结构设计时考虑热设计显得尤为重要。系统结构热设计主要基于三种基本的热量传递方式：传导、对流及辐射。三种热量传递方式可以单独出现，也可以两种方式出现或者三种方式同时出现。当前，已经成功应用于结构系统热设计的散热控制方法有：液冷散热、风冷散热、喷雾散热、相变散热等[3]。对于航天电子设备来说，在空间高真空环境中，由于不存在对流散热方式，因此，只考虑传导传热和辐射传热两种散热方式。空间用光电模块内部由于激光器和控制芯片等核心元器件在工作时会产生大量额外的热量，聚集的热量使光电模块内部工作温度不断升高，超过了元器件的额定温度，高温会影响内部温度敏感器件激光器和芯片的正常工作，从而导致激光器发射波长红移、阈值电流增加、以及模式不稳等现象，从而影响整个传输系统的稳定性。因此对于真空环境中的热功率密度较高的光电子产品，采取合适的热控措施，合理布置元器件和设计散热系统，对于系统的安全可靠运行变得非常关键。1系统组成光电模块安装在载荷舱液冷机箱内，该液冷机箱是基于新一代机载电子信息系统标准ASAAC模块的安装平台，是一种高集成度的开放式模块安装平台。安装的模块是ASAAC标准结构模块，对插连接器选用LRM系列盲插连接器。液冷机箱共有40个标准模块安装槽位，每个槽位间距为25.4mm，具体结构如图1所示。该光电模块占用液冷机箱内一个槽位，采用标准的ASAAC模块结构。ASAAC模块的外形结构如图2所示，外形轮廓尺寸应满足160mm×233.4mm×24mm（L×W×H，不含连接器、锁紧装置、插拔装置），模块与机箱导轨接触的界面温度为50℃，为保证设备工作可靠，所有元器件的温度应满足一级降额要求。图1某机载液冷机箱的具体结构图2ASAAC模块结构外形图2热设计与试验分析液冷机箱的散热方式采用系统强迫液冷方式，模块与机箱采用传导传热，优先选用高导热率的金属铝（2A12-H112），来设计一条液冷机箱与发热元器件低热阻的传热路径。在结构设计时，优先选用高导热系数、大压缩比、小厚度的柔性导热垫或导热硅脂来减少传热路径上的热阻。2液冷机箱内的模块传热路径见图3所示，激光器和控制芯片等发热器件通过模块底板将热传导至模块导向肋片上，锁紧条将导向肋片压紧到冷板导轨条上，热量再通过肋片与导轨条的导热接触面传递到冷板上，最终由冷却液带走。该液冷机箱优点是结构模块设计紧凑，传热路径热阻低，冷却方式容易实现和控制。机箱空间利用率高，散热效率好，可靠性高，成本低廉，产品维修性好。2.1热模型建立热仿真分析采用AnsysIcepak软件进行，根据仿真软件的特点和要求，在建立计算仿真模型时，在保证计算精度的前提下，对实际物理模型进行了必要的简化。仿真模型主要进行了以下简化处理：（1）不考虑空间热辐射、地球引力和空气对流对光电模块的影响；（2）对内部模块和ASAAC模块两侧的起拔装置和锁紧装置简化成等体积的立方体；图3模块传热结构及要求（3）忽略模块内部结构设计中的倒角、螺纹孔、短边、过孔等几何特征；（4）模块内各元器件的热耗均匀分布于该元器件上；（5）计算模型未包含接插件、电缆和光缆等不发热器件，最终简化模型如图4所示。图...