ボックス、COB、TO Can: 3 つの一般的な包装形態

2024 年 2 月 17 日

ミア

光伝送コンサルタント

ボックス、COB、および TO 缶は、現在、光学部品の最も普及している包装形態です。

ボックス包装

ハーメチックシールとしても知られるボックスパッケージには長い歴史があります。これには、外部環境の影響から光学素子を保護し、熱放散を高めるために、不活性ガス (通常はヘリウム) が充填された金属ボックス内に光学チップを封入することが含まれます。ボックスの表面は通常金メッキされており、ベースとカバープレートで構成され、ベースの内側にチップとレンズが取り付けられています。光路は光学窓によって外部環境から隔離されています。

ボックスパッケージング技術は、多くの場合、より安定した光学的および電気的性能と改善された放熱性を提供します。オプトエレクトロニクス業界では、ボックスパッケージングは伝統的に長距離トランシーバーや温度と湿度の変動がある制御されていない環境で使用されています。現在、通信グレードの光モジュールでは一般的です。

統合の容易さ: ボックスパッケージ化により、レーザーコンポーネントを標準化された筐体に統合できるため、組み立てやトランシーバーモジュールまたはシステムへの統合が容易になります。
強化された保護: ボックスパッケージはレーザーデバイスに保護シェルを提供し、ほこり、湿気、機械的ストレスなどの外部要因から保護します。これは、レーザーコンポーネントの信頼性と寿命の向上に役立ちます。
カスタマイズと柔軟性: ボックスパッケージは、トランシーバーの電気的および機械的特性をカスタマイズおよび最適化するための柔軟性を高めます。これにより、さまざまなコネクタタイプ、電源オプション、およびインターフェイス構成を簡単に実装して、特定のアプリケーション要件を満たすことができます。
テストとメンテナンス: ボックスパッケージにより、個々のレーザーコンポーネントのテスト、メンテナンス、交換が容易になります。コンポーネントは PCB に直接実装されていないため、より簡単に検出および修理でき、トラブルシューティングおよびメンテナンス作業が簡素化されます。
熱管理: ボックスのパッケージング設計には通常、ヒートシンクやサーマルパッドなどの効果的な熱管理機能が含まれています。これにより、レーザーコンポーネントから発生する熱が放散され、最適な動作温度が維持され、信頼性が高く安定したパフォーマンスが得られます。
スケーラビリティと将来のアップグレード: ボックスパッケージのレーザーコンポーネントは、トランシーバー全体の設計に大きな変更を加えることなく、将来のアップグレードや交換を可能にするスケーラビリティオプションを提供します。この柔軟性は、進化するネットワーク環境において有利です。

COBパッケージング

COB は Chip on Board の略で、TIA や LDD などのベアダイチップを PCB の銅配線上に直接実装することを指します。その後、ワイヤボンディングを使用して電気接続を行い、続いてチップ上に保護のためのカバープレートまたは接着剤を塗布します。 COB パッケージングは、イーサネットデータセンターの光モジュールで広く利用されている新興技術です。

COB プロセスは、次の 3 つの主要なコンポーネントで構成されます。

チップボンディング: チップを PCB に取り付けて回路を形成します。

ワイヤボンディング: 細い金属ワイヤをはんだ付けおよびボンディングすることにより、チップと PCB の間に電気接続を作成します。

カップリング: VCSEL から発せられる垂直光が平行になり、伝送のために光ファイバーに入射するようにします。

個包装せずにチップを基板に直接実装するため、BOXパッケージに比べて製造コストが低くなります。モールドボンディング、ワイヤーボンディング、結合・位置合わせなどの工程を容易に自動化し、製品の量産をサポートします。

COB テクノロジーにより、複数の光学コンポーネントと半導体チップを単一の PCB 上に統合できます。光学コンポーネントとチップを単一の PCB に統合することにより、コンポーネント間のインターフェースの数が減り、それによって効率が向上し、適切な動作環境での消費電力が削減されます。

COB テクノロジーはどこで使用されていますか?

COB テクノロジーは成熟しており、広く応用されています。光ファイバートランシーバー業界では、COB は主に商用グレードの一定の温度 (0 ～ 70°C) と制御された湿度を備えたデータセンターなどの安定した環境内の短距離アプリケーションに導入されています。これらは通常、商用動作温度向けに設計されたトランシーバーであり、距離は約 100 メートルに達します。不安定な、拡張された、工業用温度環境や長距離アプリケーションで COB を使用することは推奨されません。

TO缶

TO Can (単に TO と呼ばれることもあります) は半導体産業に由来し、Transistor Outline の略です。トランジスタパッケージの一種です。ベースの直径に基づいて分類され、一般的なバリエーションには TO56、TO42、TO52、TO38 があり、それ以上の寸法はメーカーが設定するカスタム仕様になります。 TO パッケージングは、SFP モジュールなどの小型フォームファクタ光モジュールでよく見られます。