Vier optische Verpackungsprozesse

Das optische Transceiver-Modul hat drei Hauptkomponenten, nämlich optoelektronische Bauelemente (TOSA/ROSA), eine Leiterplatte mit elektronischen Komponenten (PCBA) und optische Schnittstellen (Gehäuse) wie LC, SC und MPO.

Abbildung 1: Komponenten eines optischen Transceivers

Der optische Übertragungsteil besteht aus drei Teilen: Lichtquelle, Treiberschaltung und Steuerschaltung (z. B. APC), die zum Testen der beiden Parameter optische Leistung und Extinktionsverhältnis verwendet wird.

Abbildung 2: Schematische optische Übertragungsschaltung

Der Empfangsteil, am Beispiel PIN, besteht aus PINTIA (InGaAs PIN und Transimpedanzverstärker) und Begrenzungsverstärker. Das optische Eingangssignal wird durch die PIN-Röhre in Fotostrom umgewandelt, und der Fotostrom wird durch den Transimpedanzverstärker in ein Spannungssignal umgewandelt. Dann wird das Spannungssignal durch den Begrenzungsverstärker verstärkt und erzeugt eine differentielle DATEN- und DATEN-Signalaustauschausgabe durch das Formungsfilter und den Begrenzungsverstärker. Es verfügt über eine No-Light-Alarm-Funktion – wenn die optische Leistung nicht ausreicht, um den Betrieb des Moduls aufrechtzuerhalten, erzeugt der SD-Anschluss ein logisch niedriges Signal, um einen Alarm auszulösen.

Abbildung 3: Schaltplan des optischen Empfangsschaltkreises

Die Grundstruktur des optischen Modulpakets besteht aus einer optischen Sendeunterbaugruppe (TOSA) und einer Treiberschaltung, einer optischen Empfangsunterbaugruppe (ROSA) und einer Empfangsschaltung. Die technischen Barrieren bei TOSA und ROSA liegen hauptsächlich in zwei Aspekten: optische Chip- und optische Verpackungstechnologie, die die Kernwettbewerbsfähigkeit von FiberMall darstellen. FiberMall verfügt über ein komplettes Set optischer Verpackungstechnologien, die für die Entwicklung und Produktion jedes Verpackungsprozesstyps verwendet werden können.

Abbildung 4: Designplattformen für verschiedene optische Verpackungstechniken

Im Allgemeinen ist ROSA mit einem Strahlteiler, einer Fotodiode (umwandelt optisches Signal in Spannung) und einem Transimpedanzverstärker (Verstärkung eines Spannungssignals) verpackt, während TOSA mit einem Lasertreiber, einem Laser und einem Multiplexer verpackt ist. Es gibt vier Hauptprozesse zur optischen Verpackung für TOSA und ROSA:

1) TO-CAN-Koaxialpaket

TO-CAN-Koaxialgehäuse: In den meisten Fällen ist das Gehäuse zylindrisch. Es ist aufgrund seines geringen Volumens schwierig für eingebaute Kühlung, Wärmeableitung und hohe Leistungsabgabe bei hohem Strom, daher ist es nicht für die Übertragung über große Entfernungen geeignet. Derzeit liegt die Hauptanwendung in der 2.5-Gbit/s- und 10-Gbit/s-Kurzstreckenübertragung mit geringen Kosten und einem einfachen Prozess.

Abbildung 5: TO-CAN-Koaxialpaket

Die 10G-SFP+-AOC-Produkte von FiberMall werden mit dem koaxialen TO-CAN-Verpackungsprozess hergestellt.

Abbildung 6: 10G-SFP+-AOC-Produkte von FiberMall

2) Schmetterlingspaket

Butterfly-Paket: Das Gehäuse ist normalerweise rechteckig; Struktur und Realisierung der Funktion sind komplex. Es kann mit eingebautem Kühler, Kühlkörper, Keramikbasisblock, Chip, Thermistor, Hintergrundbeleuchtungsüberwachung konfiguriert werden und kann die Verbindungsleitung aller oben genannten Teile unterstützen. Es kann für eine Vielzahl von Raten und 80 km Langstreckenübertragung mit großem Gehäusebereich und guter Wärmeableitung verwendet werden.

Abbildung 7: Beispiele für Butterfly-Pakete

3) COB-Paket (Chip on Board).

COB-Gehäuse oder Chip-on-Board-Gehäuse soll einen Laserchip auf ein PCB-Substrat kleben, das miniaturisiert, leicht, hochzuverlässig und kostengünstig sein kann.

Abbildung 8: Schematische Darstellung des COB-Pakets

Herkömmliche einzelne optische Module mit einer Rate von 10 Gb/s oder 25 Gb/s verwenden den SFP-Formfaktor, um den elektrischen Chip und die optischen Transceiver-Komponenten im TO-Gehäuse auf die Leiterplatte zu löten, um ein optisches Modul zu bilden. Das 100 Gb/s optisches Modul, erfordert andererseits vier Gruppen von Komponenten bei Verwendung eines 25-Gb/s-Chips und benötigt viermal so viel Platz, wenn es in einem SFP verpackt ist.

Das COB-Gehäuse kann TIA/LA-Chip, Laser-Array und Empfänger-Array auf kleinem Raum integrieren, um eine Miniaturisierung zu erreichen. Die technische Schwierigkeit liegt in der genauen Positionierung des optischen Chip-Patches (was den optischen Kopplungseffekt beeinflusst) und der Qualität der Schreiblinie (die die Signalqualität und BER beeinflusst).

FiberMall verfügt über einen vollständigen Satz COB-Prozessausrüstung mit manueller Kopplung für die Anpassung und automatischer Kopplung für Chargenkonsistenz.

Abbildung 9: Vollständiges COB-Prozessequipment von FiberMall

FiberMalls 10G SFP+ AOC im COB-Verfahren hergestellte Produkte (Explosionsdarstellung).

Abbildung 10: 10G-SFP+-AOC-Produkte von FiberMall, hergestellt im COB-Verfahren

4) BOX-Paket

Das BOX-Paket ist ein Schmetterlingspaket und wird für Mehrkanal-Parallelverpackungen verwendet.

Abbildung 11: Schematische Darstellung des BOX-Pakets

FiberMalls 100G QSFP28 LR4 optisches Modul hergestellt durch BOX-Paketprozess:

Abbildung 12: Optisches 100-G-QSFP28-LR4-Modul, hergestellt im BOX-Paketprozess

Optische Module von 25 G oder weniger verwenden meist einkanalige TO- oder Butterfly-Pakete mit Standardprozessen, Automatisierungsgeräten und geringen technischen Barrieren. Optische Hochgeschwindigkeitsmodule mit 40 G und höher, begrenzt durch die Laserrate (meistens 25 G), werden jedoch hauptsächlich durch Mehrkanalparallel realisiert, z. B. 40 G durch 4 * 10 G und 100 G durch 4 * 25 G. Die Verpackung von optischen Hochgeschwindigkeitsmodulen stellt höhere Anforderungen an paralleles optisches Design, hochfrequente elektromagnetische Interferenz, Volumenreduzierung und Wärmeableitung bei erhöhtem Stromverbrauch.

Mit der zunehmenden Rate optischer Module hat FiberMall erfolgreich 400G-Transceiver (Einzelkanal 56G) auf der Grundlage der Einkanal-Baudratenverbesserung in Massenproduktion hergestellt, und 800G-Produkte mit parallelem optischem Design werden entwickelt und sind eine Vorfreude wert.