案例︱FLIR热像仪获取新一代硅光子光网络的热图像

简介:爱尔兰科克郡Tyndall国家研究所目前正在探寻高性能光电子器件的组建方案。研究

所特别研究小组利用热显微镜系统中的FLIR制冷型中波热成像仪,清晰地呈现了新一代无

源光网络的硅光子光网络单元(ONU)图像。

消费品技术日新月异,电信网络也在努力跟进。智能手机和平板电脑日益普及,而高分辨率

视频和游戏传输的大量无线流媒体信息也对目前的网络体系造成了巨大压力。为此,设备制

造商不断探寻提高装置和元件集成度的新方案,不断满足电子通信发展的需要。

提高集成度意味着不仅需要大幅度变更硬件设计,而且在热管理方面还将面临巨大挑战。通

过整合更多功能并缩小封装空间可提高集成度,但热管理难度也会随之增大。将大量功能整

合到一个尺寸更小的封装焊盘内会大幅度提高热密度。

新一代无源光网络(PON)

Tyndall光电子封装小组研究经理Dr.LeeCarroll表示:“过去的十年见证了硅光子从出现

到成为新一代信息通信技术应用媒介的发展过程。采用面对面叠加法(3D集成)在硅光子

集成电路(Si-PIC)顶部安装驱动器电子集成电路是一种基于光电子平台实现高速电子解调

与高效分配的实用方案。

Tyndall研究院目前正在研发用于高速家用光纤网络连接的新一代无源光网络(PON)演示模

块。Si-PIC是PON的核心,它负责在编码额外信息之后以及反射光信号之前接收输入光信

号(下载)相关信息。

在该装置中,连接于Si-PIC顶部的电子集成电路能够精确分配驱动光子芯片中光调制器所

需的电子定时信号。

硅光子芯片EIC和SI-PIC的温度测量(复合热图像)

高频定时信号产生的热量会提高EIC和Si-PIC的温度,进而严重影响光子芯片的性能和可

靠性。

热性能研究

“硅光子对温度变化非常敏感”,封装小组研究员Dr. Kamil Gradkowski介绍。“封装Si-PIC

的热性能会影响设备的性能、稳定性和寿命。”我们综合采用了热模拟和温度测量方法来描

述已封装PIC的热性能。

Tyndall研究院目前采用FLIR X6530sc热成像仪模拟测量EIC和Si-PIC在不同工作条件下

的温度,从而确定使光子芯片保持热稳定性最为有效的方式。

Dr.Kamil Gradkowski说道:“迄今为止热成像技术已完全超越了其他技术。以往我们一直

利用热敏电阻能够随温度变化这一特性研究电子电路的热性能。但该技术的缺点是只能测量

某个点的温度,无法测量整个面的温度变化。
除此之外,将热敏电阻放置在电路上也会影响电路温度及读数。而热成像仪能够在不接触电

路的条件下测量整个表面温度,因而其技术优势更为明显。

FLIR X6530sc科研成像仪

Tyndall研究所设计工程师Dr. Cormac Eason透露:“此前我们使用的FLIR机型表现很出

众,相比之下,全新X6530sc在图像质量和图像处理软件方面则更为优秀。X6530sc成像仪

能够在高帧率(145 Hz)下进行高分辨率(640×512像素)温度测量操作,操作结果显示,光子

模块的热管理功耗约占功率预算的30%,在整个操作成本中占有较重。我们的目的是使

用热成像仪评估哪些封装设计更助于冷却”。

FLIRX6530sc采集帧率极高,特别适用于有关热动态方面的科研应用。

FLIR X6530sc采集帧率极高,特别适用于有关热动态方面的科研应用。该设备采用了640 times;

512数字式碲镉汞探测器,其光谱灵敏度介于1.5至5.5 μm之间,光圈的f/3。全分辨率

帧率可达145 Hz,132×8子窗口模式下帧率可达3600 Hz。
便于研究使用的重要功能这款科研级成像仪不仅灵敏度高热,而且配置有快照功能、电动滤

光片轮以及可拆卸式触屏LCD。在安装公司专用的ResearchIR Max RD软件后可以采集、

分析和报告热成像数据。X6530sc的最高校准温度为150°C,当配置光谱和/或中性密度滤

光片时最高校准温度可达3000°C。在标准配置下其测量精度可达±1°C。

Dr. Kamil Gradkowski介绍道:“我们需要研究毫米级微型面,因此我们提供了以高帧率查

看小尺寸图像的成像仪窗口选项。此外,配备红外显微镜头也能够发挥重要作用X6530sc

另一个突出的特点是其配置了可拆卸式LCD屏幕,通过该屏幕我们可以更加方便地实时监测

记录内容。”

“通过我们的研究,我们希望改变传统的热管理方式。值得注意的是,在光子平台成本中封

装成本只占了一小部分,而很大一部分来源于操作成本,其中包括冷却和热管理方面的成本。

我们希望通过不断研究更好地理解其中的原理,并最终研发出更加节能的解决方案。”