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【光電通信】未來(lái)的趨勢,光模塊六大重要技術(shù)!

作者:handler    發(fā)布時(shí)間:2021-06-02 14:23    瀏覽量:2056

有人說(shuō),20世紀是電的世紀,21世紀是光的世紀;知光解電,再小的個(gè)體都可以被賦能。歡迎來(lái)到今日光電!

 

----與智者為伍 為創(chuàng )新賦能----
        2019年數據中心光模塊銷(xiāo)量將超過(guò)5000萬(wàn)只,市場(chǎng)規模有望在2021年達到49億美元,以上所有的數據都表明光模塊市場(chǎng)正面臨一個(gè)巨大的機遇。而如何抓住機遇,關(guān)鍵點(diǎn)在于技術(shù)革新,那么今天就來(lái)與大家探討一下光模塊市場(chǎng)的技術(shù)革新趨勢。



市場(chǎng)對光模塊的要求

首先,我們都知道市場(chǎng)對數據中心光模塊的要求可以歸納為以下6點(diǎn):

? 低價(jià)格:數據中心大量使用光模塊的基礎,也是推動(dòng)數據中心發(fā)展的動(dòng)力;

? 低功耗:順應人類(lèi)綠色發(fā)展的理念,在保護環(huán)境的前提下推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展;

? 高速率:滿(mǎn)足日益增長(cháng)的云計算,大數據等數據通信的要求;

? 高密度:提高單位空間內光傳輸信道的數量,達到提高數據傳輸容量的目的;

? 短周期:近期數據通信急速發(fā)展的特征,一般生命周期為3-5年;

? 窄溫度:數據中心光模塊的應用都是在有溫濕度控制的室內,因此有人提議工作溫度可定義成15度到55度之間比較窄的溫度范圍 -- 這是一種量體裁衣的合理做法。

通過(guò)分析上面的六點(diǎn)要求,我們可以得知光模塊市場(chǎng)具有積極開(kāi)放,歡迎導入新技術(shù)的特征,以及探討新標準及應用條件的氛圍。同時(shí)數據中心光模塊市場(chǎng)是一個(gè)根據實(shí)際要求,合理地定義光模塊壽命及工作條件,充分優(yōu)化光模塊性?xún)r(jià)比的市場(chǎng)。這一切為數據中心光模塊技術(shù)的發(fā)展提供了絕好的條件。

技術(shù)趨勢一:實(shí)現非氣密性封裝

    由于光組件(OSA)的成本占光模塊成本的60%以上,而光芯片降成本的空間已越來(lái)越小,所以最有可能降低成本的是封裝成本。在保證光模塊性能及可靠性的同時(shí),推動(dòng)封裝技術(shù)從比較昂貴的氣密封裝走向低成本的非氣密封裝成為關(guān)鍵。

    非氣密封裝需要在保證光器件自身非氣密性的前提下,同時(shí)進(jìn)行光組件設計的優(yōu)化,封裝材料以及工藝的改進(jìn)等。其中以光器件(特別是激光器)的非氣密化最為挑戰。如果激光器件實(shí)現了非氣密化,昂貴的氣密封裝的確就不需要了??上驳氖?,近年來(lái)行業(yè)內已有公開(kāi)宣稱(chēng)自己的激光器可以適用于非氣密應用的廠(chǎng)商??v觀(guān)現在大量出貨的數據中心光模塊,多是以非氣密封裝為主??磥?lái)非氣密封裝技術(shù)已經(jīng)很好地被數據中心光模塊業(yè)界及客戶(hù)接受。


技術(shù)趨勢二:混合集成技術(shù)成為現實(shí)

    混合集成技術(shù)通常是指將不同材料集成在一起。也有將部分自由空間光學(xué)和部分集成光學(xué)的構造叫做混合集成。在多通道,高速率,低功耗需求的驅動(dòng)下,要求相同容積的光模塊所能提供的數據傳輸量越大越好,所以光子集成技術(shù)漸漸地成為現實(shí)。

    光子集成技術(shù)的意義也比較廣泛:比如說(shuō)基于硅基的集成(平面光波導混合集成,硅光等),基于磷化銦的集成等。典型的混合集成是將有源光器件(激光器,探測器等)集成到具有光路連接或者其他一些無(wú)源功能(分合波器等)的基板上(平面光波導,硅光等)?;旌霞杉夹g(shù)可以將光組件做得很緊湊,順應光模塊小型化趨勢,方便使用成熟自動(dòng)化IC封裝工藝,有利于大量生產(chǎn),是近期數據中心用光模塊行之有效技術(shù)的方法。

技術(shù)趨勢三:倒裝焊技術(shù)趨于成熟

倒裝焊是從IC封裝產(chǎn)業(yè)而來(lái)的一種高密度芯片互聯(lián)技術(shù)。在光模塊速率突飛猛進(jìn)的今天,縮短芯片之間的互聯(lián)是一個(gè)有效的選項。通過(guò)金-金焊或者共晶焊將光芯片直接倒裝焊到基板上,比金線(xiàn)鍵合的高頻效果要好得多(距離短,電阻小等)。另外對于激光器來(lái)說(shuō),由于有源區靠近焊點(diǎn),激光器產(chǎn)生的熱比較容易從焊點(diǎn)傳到基板上,對于提高激光器在高溫時(shí)的效率有很大幫助。因為倒裝焊是IC封裝產(chǎn)業(yè)的成熟技術(shù),已經(jīng)有很多種用于IC封裝的商用自動(dòng)倒裝焊機。光組件因為需要光路耦合,因此對精度要求很高。這幾年光組件加工用高精度倒裝焊機十分搶眼,許多情況下已經(jīng)實(shí)現無(wú)源對光,極大地提高了生產(chǎn)力。因為倒裝焊(也叫自動(dòng)邦定貼片)機具有高精度,高效率,高品質(zhì)等特點(diǎn),倒裝焊技術(shù)已經(jīng)成為數據中心光模塊業(yè)界的一種重要工藝。


技術(shù)趨勢四:COB技術(shù)大量采用

        COBChip On Board)技術(shù)就是通過(guò)膠貼片工藝(epoxy die bonding)先將芯片或光組件固定在PCB上,然后金線(xiàn)鍵合(wirebonding)進(jìn)行電氣連接,最后頂部滴灌膠封。這種非氣密封裝工藝的好處是可以使用自動(dòng)化。比如說(shuō)光組件通過(guò)倒裝焊等混合集成以后,可以看成是一個(gè)芯片。然后再采用COB技術(shù)將其固定在PCB上。目前COB技術(shù)已經(jīng)得到大量采用,特別是在短距離數據通信使用VCSEL陣列的情況。集成度高的硅光也可以使用COB技術(shù)來(lái)進(jìn)行封裝。

 

技術(shù)趨勢五:硅光技術(shù)的應用

        首先,硅光技術(shù)的走向將會(huì )是光電集成(OEICOpto-Electric Integrated Circuits),也就是將目前分離光電轉換(光模塊)變成光電集成中的局部光電轉換,更進(jìn)一步推動(dòng)系統的集成化。不可否認,硅光技術(shù)可以實(shí)現很多功能,但目前比較耀眼的還是硅調制器。而硅光技術(shù)之所以難以進(jìn)入光模塊市場(chǎng),有以下3種原因:

? 硅光技術(shù)需要巨大的前期投入,這一點(diǎn)是很重要的限制因素。

? 100G速率,傳統光模塊已經(jīng)做得十分成功,硅光要大量進(jìn)入不太容易。

? 硅光的大量應用也取決于業(yè)界對技術(shù)的開(kāi)放與接受程度。


同時(shí)硅光技術(shù)也有以下3種技術(shù)優(yōu)勢:

? 由于數據中心光模塊市場(chǎng)大量需求集中在2公里以?xún)?,加之低成本、高速率、高密度等的強烈要求,比較適合硅光的大量應用。

? 200G,400G以上速率,由于傳統直接調制式已經(jīng)接近帶寬的極限,EML的成本又比較高,對硅光來(lái)說(shuō)將會(huì )是一個(gè)很好的機會(huì )。

? 如果在制定標準或協(xié)議時(shí)考慮到硅光的特點(diǎn),在滿(mǎn)足傳輸條件的前提下放松一些指標(波長(cháng),消光比等),這將會(huì )極大地促進(jìn)硅光的應用。

因此,如果硅光技術(shù)最終能克服限制因素,成功融合到光模塊之中,無(wú)疑將會(huì )推動(dòng)光模塊技術(shù)的發(fā)展。


技術(shù)趨勢六:板載光學(xué)的應用

如果說(shuō)OEIC是究極的光電集成方案,板載光學(xué)則是介于OEIC和光模塊之間的一項技術(shù)。板載光學(xué)將光電轉換功能從面板搬到主板處理器或者關(guān)聯(lián)電芯片之旁。因為節省空間而提高了密度,也減少高頻信號的走線(xiàn)距離,從而降低功耗。

                    板載光學(xué)最開(kāi)始主要是集中在采用VCSEL陣列的短距離多模光纖中,然而最近也有采用硅光技術(shù)在單模光纖里的方案。除了單純光電轉換功能的構成以外,也有將光電轉換功能(I/O)和關(guān)聯(lián)電芯片(processing)封裝在一起的形式(Co-package)。板載光學(xué)雖具有高密度的優(yōu)點(diǎn),但制造,安裝,維護成本還較高,目前多是應用在超算領(lǐng)域。相信隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展及市場(chǎng)的需要,板載光學(xué)也會(huì )逐漸進(jìn)入到數據中心光互聯(lián)領(lǐng)域內來(lái)。

 

 

 

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