一种光组件封装散热设计的仿真优化方法技术

本发明专利技术公开一种光组件封装散热设计的仿真优化方法，包括：建立基于光组件实际封装结构的三维仿真模型，并设定模型边界条件；运行仿真，输出模型计算结果，依据模型计算结果确定散热效果评价参数以及待优化参数组；依次为待优化参数组内的各参数逐一赋值，根据散热效果评价参数的数值变化确定各参数的最优解，并输出最优参数结果。本发明专利技术通过局部优化来满足芯片的散热需求，避免了制作大量实物进行验证试验，也避免了盲目选择极高导热系数的胶水、盲目增加散热块的外形尺寸等造成性能冗余和带来不必要的可靠性风险的问题，不仅缩短了光组件的封装方案设计时间，又节省了大量的人力物力成本，极大地提高了光组件的研发迭代速度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种光组件封装散热设计的仿真优化方法


[0001]本专利技术涉及散热仿真
，尤其涉及一种光组件封装散热设计的仿真优化方法。

技术介绍

[0002]光组件是一种多芯片封装的光学组件，具有封装密度高、IO端口多、外形尺寸小、功耗大等特点，而且随着光通信领域对光组件性能的要求越来越高，产品的长期可靠性受温度影响的程度也愈加显著。
[0003]目前光组件普遍采用COB封装形式，虽然具有低成本、高密度的优势，但是在散热设计方面，仍需考虑基板的材料、芯片的布局、粘接和导热胶水的选择、导热结构的尺寸和材料、封装外壳的材料、不同芯片的极限工作温度以及封装成本等众多因素。因此，在产品试验阶段，在考量上述多种因素前提下还要兼顾性能与成本，需要反复进行样品封装试验来验证实际效果，不仅效率低，成本高，而且由于一些因素设计冗余，不但对散热没有帮助，反而会引入不必要的可靠性风险，有时还会导致封装成本和封装工艺难度的非线性增加。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种光组件封装散热设计的仿真优化方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种光组件封装散热设计的仿真优化方法，包括：
[0007]建立基于光组件实际封装结构的三维仿真模型，并设定模型边界条件；
[0008]运行仿真，输出模型计算结果，依据所述模型计算结果确定散热效果评价参数以及待优化参数组；
[0009]依次为所述待优化参数组内的各参数逐一赋值，根据所述散热效果评价参数的数值变化确定各参数的最优解，并输出最优参数结果。
[0010]进一步的，所述建立基于光组件实际封装结构的三维仿真模型的过程，包括：创建与光组件内各结构对应的三维模型；建立PCB模型文件，且该PCB模型文件中包含有PCB基板铜层参数与布线方式的数据；将创建的所述三维模型与所述PCB模型文件转换为电子产品热分析仿真环境可识别的格式并导入该仿真环境中，以形成所述三维仿真模型；设定所述三维仿真模型各部分结构的材料特性。
[0011]进一步的，所述模型边界条件包括：光组件内各芯片的功率、工作环境温度、封装壳温度、冷却方式。
[0012]进一步的，所述模型计算结果包括：所述三维仿真模型的温度分布云图以及模型内各结构的温度数值。
[0013]进一步的，将所述三维仿真模型中功耗最大和/或温度最高的器件的温度作为所述散热效果评价参数；将超过热阻设定阈值位置处的结构的基础参数作为待优化参数组，其中，所述基础参数包括：结构的导热系数、结构的尺寸。
[0014]进一步的，所述依次为所述待优化参数组内的各参数逐一赋值，根据所述散热效果评价参数的数值变化确定各参数的最优解的过程，包括：选取所述待优化参数组内的任意一个参数作为第一测试参数，并对该第一测试参数逐一赋值，并在赋值过程中记录所述散热效果评价参数的数值，根据所述散热效果评价参数的数值变化确定第一测试参数的最优解；将第一测试参数保持至最优解，选取所述待优化参数组内的另一个参数作为第二测试参数，并进行赋值与记录过程，得到第二测试参数的最优解，重复上述过程，直至得到所述待优化参数组内的各个参数的最优解。
[0015]进一步的，所述散热效果评价参数的数值变化是指数值的变化率，或者是指数值的变化速率以及变化率。
[0016]进一步的，当所述散热效果评价参数的数值的变化率高于预设值时，将当前待优化参数的数值作为最优参数结果输出；当所述散热效果评价参数的数值变化速率低于预设值，且数值的变化率高于预设值时，将当前待优化参数的数值作为最优参数结果输出。
[0017]进一步的，当所述散热效果评价参数的数值的变化率低于预设值时，将对应的待优化参数自所述待优化参数组中删除。
[0018]本专利技术所带来的有益效果：建立光组件的数字化散热模型，并仿真芯片工作条件下的温度分布，从而确定影响散热的特定因素的最佳参数，通过局部优化来满足芯片的散热需求，避免了制作大量实物进行验证试验，也避免了盲目选择极高导热系数的胶水、盲目增加散热块的外形尺寸等造成性能冗余和带来不必要的可靠性风险的问题，不仅缩短了光组件的封装方案设计时间，又节省了大量的人力物力成本，极大地提高了光组件的研发迭代速度。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0020]图1是基于光组件实际封装结构所建立的三维模型的芯片分布图；
[0021]图2是基于光组件实际封装结构所建立的三维模型的内部结构示意图；
[0022]图3是运行仿真后输出的温度分布云图的图片；
[0023]图4是驱动芯片结温受第一导热胶导热系数影响曲线图；
[0024]图5是驱动芯片结温受第二导热胶导热系数影响曲线图；
[0025]图6是驱动芯片结温受第三导热块厚度影响曲线图；
[0026]图7是驱动芯片结温受第三导热块宽度影响曲线图；
[0027]图8是驱动芯片结温受第三导热块长度影响曲线图；
[0028]图9是驱动芯片结温受导电胶导热系数影响曲线图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]在一些说明性的实施例中，本专利技术提供一种光组件封装散热设计的仿真优化方法，包括如下步骤：
[0031]S1：建立基于光组件实际封装结构的三维仿真模型，具体过程如下：
[0032]首先，使用Solidworks软件，建立基于光组件实际封装结构的三维模型，例如结构如图1、图2所示的光组件，包括PCB基板1、导电胶2、驱动芯片3、跨阻放大器4、光芯片5、第一导热胶6、第一导热块7、第二导热块8、第三导热块9、第二导热胶10以及封装壳11。
[0033]同时，提取第一导热块7、第二导热块8与第三导热块9的尺寸，尺寸数值如下表所示；
[0034]名称厚度/mm宽度/mm长度/mm第一导热块0.431.323.32第二导热块0.381.283.32第三导热块1.422.48.48
[0035]然后，使用Cadence软件，建立PCB模型文件，该PCB模型文件中包含有PCB基板1铜层参数与布线方式的数据，并输出ODB++文件，以供Icepak软件导入P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光组件封装散热设计的仿真优化方法，其特征在于，包括：建立基于光组件实际封装结构的三维仿真模型，并设定模型边界条件；运行仿真，输出模型计算结果，依据所述模型计算结果确定散热效果评价参数以及待优化参数组；依次为所述待优化参数组内的各参数逐一赋值，根据所述散热效果评价参数的数值变化确定各参数的最优解，并输出最优参数结果。2.根据权利要求1所述的一种光组件封装散热设计的仿真优化方法，其特征在于，所述建立基于光组件实际封装结构的三维仿真模型的过程，包括：创建与光组件内各结构对应的三维模型；建立PCB模型文件，且该PCB模型文件中包含有PCB基板铜层参数与布线方式的数据；将创建的所述三维模型与所述PCB模型文件转换为电子产品热分析仿真环境可识别的格式并导入该仿真环境中，以形成所述三维仿真模型；设定所述三维仿真模型各部分结构的材料特性。3.根据权利要求2所述的一种光组件封装散热设计的仿真优化方法，其特征在于，所述模型边界条件包括：光组件内各芯片的功率、工作环境温度、封装壳温度、冷却方式。4.根据权利要求3所述的一种光组件封装散热设计的仿真优化方法，其特征在于，所述模型计算结果包括：所述三维仿真模型的温度分布云图以及模型内各结构的温度数值。5.根据权利要求4所述的一种光组件封装散热设计的仿真优化方法，其特征在于，将所述三维仿真模型中功耗最大和/或温度最高的器件的温度作为所述散热效果评价参数；将超过热阻设定阈值位置处的结构的基础参数作为待优...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光营，张宁，
申请(专利权)人：NANO科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：