簡介：愛爾蘭科克郡Tyndall國家研究所目前正在探尋高性能光電子器件的組建方案。研究所特別研究小組利用熱顯微鏡系統(tǒng)中的FLIR制冷型中波熱成像儀，清晰地呈現(xiàn)了新一代無源光網(wǎng)絡(luò)的硅光子光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)圖像。

  消費(fèi)品技術(shù)日新月異，電信網(wǎng)絡(luò)也在努力跟進(jìn)。智能手機(jī)和平板電腦日益普及，而高分辨率視頻和游戲傳輸?shù)拇罅繜o線流媒體信息也對目前的網(wǎng)絡(luò)體系造成了巨大壓力。為此，設(shè)備制造商不斷探尋提高裝置和元件集成度的新方案，不斷滿足電子通信發(fā)展的需要。

  提高集成度意味著不僅需要大幅度變更硬件設(shè)計，而且在熱管理方面還將面臨巨大挑戰(zhàn)。通過整合更多功能并縮小封裝空間可提高集成度，但熱管理難度也會隨之增大。將大量功能整合到一個尺寸更小的封裝焊盤內(nèi)會大幅度提高熱密度。

新一代無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)

  Tyndall光電子封裝小組研究經(jīng)理Dr.LeeCarroll表示：“過去的十年見證了硅光子從出現(xiàn)到成為新一代信息通信技術(shù)應(yīng)用媒介的發(fā)展過程。采用面對面疊加法（3D集成）在硅光子集成電路(Si-PIC)頂部安裝驅(qū)動器電子集成電路是一種基于光電子平臺實現(xiàn)高速電子解調(diào)與高效分配的實用方案。

  Tyndall研究院目前正在研發(fā)用于高速家用光纖網(wǎng)絡(luò)連接的新一代無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)演示模塊。Si-PIC是PON的核心，它負(fù)責(zé)在編碼額外信息之后以及反射光信號之前接收輸入光信號(下載)相關(guān)信息。

  在該裝置中，連接于Si-PIC頂部的電子集成電路能夠準(zhǔn)確分配驅(qū)動光子芯片中光調(diào)制器所需的電子定時信號。

硅光子芯片EIC和SI-PIC的溫度測量(復(fù)合熱圖像)

  高頻定時信號產(chǎn)生的熱量會提高EIC和Si-PIC的溫度，進(jìn)而嚴(yán)重影響光子芯片的性能和可靠性。

熱性能研究

  “硅光子對溫度變化非常敏感”，封裝小組研究員Dr. Kamil Gradkowski介紹。“封裝Si-PIC的熱性能會影響設(shè)備的性能、穩(wěn)定性和壽命。”我們綜合采用了熱模擬和溫度測量方法來描述已封裝PIC的熱性能。

  Tyndall研究院目前采用FLIR X6530sc熱像儀模擬測量EIC和Si-PIC在不同工作條件下的溫度，從而確定使光子芯片保持熱穩(wěn)定性較為有效的方式。

  Dr. Kamil Gradkowski說道：“迄今為止熱成像技術(shù)已完全超越了其他技術(shù)。以往我們一直利用熱敏電阻能夠隨溫度變化這一特性研究電子電路的熱性能。但該技術(shù)的缺點(diǎn)是只能測量某個點(diǎn)的溫度，無法測量整個面的溫度變化。

  除此之外，將熱敏電阻放置在電路上也會影響電路溫度及讀數(shù)。而熱像儀能夠在不接觸電路的條件下測量整個表面溫度，因而其技術(shù)優(yōu)勢更為明顯。

FLIR X6530sc科研熱像儀

  Tyndall研究所設(shè)計工程師Dr. Cormac Eason透露：“此前我們使用的FLIR機(jī)型表現(xiàn)很好，相比之下，X6530sc在圖像質(zhì)量和圖像處理軟件方面則更為成熟。X6530sc紅外熱像儀能夠在高幀率(145 Hz)下進(jìn)行高分辨率(640x512像素)溫度測量操作，操作結(jié)果顯示，光子模塊的熱管理功耗約占功率預(yù)算的30%，在整個操作成本中占有較大比重。我們的目的是使用熱成像儀評估哪些封裝設(shè)計更助于冷卻”。

FLIRX6530sc采集幀率極高，特別適用于有關(guān)熱動態(tài)方面的科研應(yīng)用

  FLIR X6530sc紅外熱像儀采集幀率極高，特別適用于有關(guān)熱動態(tài)方面的科研應(yīng)用。該設(shè)備采用了640 × 512數(shù)字式碲鎘汞探測器，其光譜靈敏度介于1.5至5.5 μm之間，光圈的f/3。全分辨率幀率可達(dá)145 Hz，132x8子窗口模式下幀率可達(dá)3600 Hz。

  便于研究使用的重要功能這款科研級熱成像儀不僅靈敏度高熱，而且配置有快照功能、電動濾光片輪以及可拆卸式觸屏LCD。在安裝公司專用的ResearchIR Max R&D軟件后可以采集、分析和報告熱成像數(shù)據(jù)。X6530sc熱像儀的最高校準(zhǔn)溫度為150°C，當(dāng)配置光譜和/或中性密度濾光片時最高校準(zhǔn)溫度可達(dá)3000°C。在標(biāo)準(zhǔn)配置下其測量精度可達(dá)±1°C。

  Dr. Kamil Gradkowski介紹道：“我們需要研究毫米級微型面，因此我們提供了以高幀率查看小尺寸圖像的成像儀窗口選項。此外，配備紅外顯微鏡頭也能夠發(fā)揮重要作用X6530sc紅外熱像儀另一個突出的特點(diǎn)是其配置了可拆卸式LCD屏幕，通過該屏幕我們可以更加方便地實時監(jiān)測記錄內(nèi)容。”

  “通過我們的研究，我們希望改變傳統(tǒng)的熱管理方式。值得注意的是，在光子平臺成本中封裝成本只占了一小部分，而很大一部分來源于操作成本，其中包括冷卻和熱管理方面的成本。我們希望通過不斷研究更好地理解其中的原理，并最終研發(fā)出更加節(jié)能的解決方案。”