基于热传递的光发射次模块结温计算方法

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1、第36卷第5期四川I电力技术Vo1．36，No．52013年1O月SichuanElectricPowerTechnologyOct．。2013基于热传递的光发射次模块结温计算方法姜振超，唐杰。黄宏光(1．国网四川省电力公司电力科学研究院，四川成都610065；2．四川大学电气信息学院，四川成都610065)摘要：由于技术和设备等条件限制，对于一些微小的元件，很难通过常规的测量方法得知其内部的温度情况。提供了一种针对小型封装可热插拔光收发一体模块(smallform—factorpluggable，SFP)内部光发射次模块(transmitteropti—calsub—assembly，TO

2、SA)的热学建模方法，通过对TOSA外壁的温度测量及封装材料的热学参数，利用傅里叶定律粗略估算其内部芯片结温，此方法也能对其他微小器件的热学分析提供参考。关键词：TOSA；SFP；傅里叶定律；热传导；对流传热Abstract：Duetotherestrictionsoftechnologyandequipment，itisdifficulttoobtainthetemperatureinsidewiththeconvert—tionaltemperaturemeasurementmethodsforsomemicrocomponents．Athermalmodelingmethodfortr

3、ansmitteropticalsub—assembly(TOSA)moduleinsmallform—factorpluggable(SFP)ispresented．ThroughthetemperaturemeasurementoutsideTOSAandthethermalparameters，thejunctiontemperatureofinternalchipisestimatedroughlywithFourierlaw．Thismethodcouldalsobeusedtothermalanalysisforotherkindsofmicrodevices．Keywords：

4、transmitteropticalsub—assembly(TOSA)；smallform—factorpluggable(SFP)；Fourierlaw；heatconduction；heat—transferbyconvection中图分类号：TK711文献标志码：A文章编号：1003—6954(2013)05—0009—040引言热传导在固体、液体和气体中都可以发生。流体及非金属固体内的导热是由于分子的微观运动，热是能量的一种形式，热量是对能量在传递过程中的量度，它是过程变量而非状态变量。根据热而纯金属的导热则是由于自由电子的存在而发生。力学第二定律，只要有温度差的存在就必然发生热当

5、流体中存在温度梯度时，由于分子的无规律运动，量的传递，这一过程称为热量传递，简称传热。导热结果是具有较高能量(高温度)的分子转移到具有问题的数学处理方法分为两类，即分析解法和近似较低能量分子的区域，从而产生热量传递。在非金解法。分析解法的优点是整个求解过程中的物理概属固体内，由于分子在其平衡位置处的不断振动，亦念与逻辑推理比较清晰，求解过程所依据的数学基能将能量由高温区传递至低温区。故金属若为良导础有严格证明，求解的结果能比较清楚地表示出各体，一般亦为良导热体。当金属中含有杂质，例如合种因素对物体内部温度分布的影响。求解描述热传金，由于自由电子浓度降低，则其导热性能也会大大导的基本微分方程就

6、可以获得温度随时间和空间的下降。非金属中的自由电子很少，故其导热性能亦函数关系。有时，对于稍微复杂的问题还需要用到很差。数值计算法、图解法、电热模拟或水热模拟法等。描述导热现象的物理定律为傅里叶定律，依据对SFP中的TOSA模块进行建模，运用分析法此定律，导热速率与温度梯度以及导热面积成正比，得出了一种推算芯片结温的近似公式。即1热传递方式，●dQ=一AdA_aL(1)1．1热传导式中，Q为导热速率，W；A为导热面积，1TI；为空基金项目：四川省科技支撑计划项目(2011GZ0004)；四川省电力公司科技项目(11H0920)·9·第36卷第5期四川电力技术Vo1．36，No．52013年l

7、O月SichuanElectricPowerTechnologyOct．，2013间某点的温度梯度，℃／m或K／m；A为比例系数，称响，这一点是肯定的。从经验得悉，当流体沿固为导热系数，W／(m·K)或W／(m·oC)。体壁面流过，甚至在强烈湍动的情况下，壁面附式(1)中的负号表示导热通量的方向与温度梯近仍存在一层层流内层，此处的流体做层流流度的方向相反，即热量朝着温度降低的方向传递。式动，且紧贴壁面的一层流