Warum der 100G Data Center Transceiver einen COB-Aufbau bevorzugt

Der Markt für optische Transceiver ist anwendungsbezogen segmentiert in Telekommunikations- und Rechenzentren. Die Leistungsindikatoren wie Temperatur und Zuverlässigkeit können im Markt für Datencenter-Transceiver weniger anspruchsvoll sein als im Telekommunikationsmarkt. Jedoch sollte das Rechenzentrumsmodul hohe Geschwindigkeit, schnelle Iteration, niedrigen Preis und große Stückzahlen erfüllen können, was die Aufmerksamkeit auf die optische Baugruppe (OSA) lenkt, die 60% der Kosten eines Transceivers verschlingt; die Aufbau- und Verbindungstechnik der OSA ist der Teil, der am meisten Raum zur Kostensenkung hat. Hier werden einige Aufbau- und Verbindungstechniken vorgestellt, einschließlich der bevorzugten Technik, die in optischen 100G-Transceivern verwendet wird.

Gängige Aufbau- und Verbindungstechniken der optischen Baugruppe im Transceiver

TO-can

Der TO-can (Transistor Outline, abgekürzt TO) wird seit mehreren Jahrzehnten eingesetzt. Er ist ein Industriestandard, der die Gestaltung und Größe von stromleitenden mikroelektronischen Gehäusen und Verpackungen regelt. Ein TO-Gehäuse besteht immer aus zwei Komponenten: einem TO-Stecker und einer TO-Kappe. Während die TO-Stiftleiste dafür sorgt, dass die gekapselten Komponenten mit Strom versorgt werden, sorgt die Kappe für die reibungslose Übertragung der optischen Signale. Das TO-Gehäuse ist ein typisches hermetisches Gehäuse, das meist in optischen 10G-Transceivern eingesetzt wird.

BOX

BOX-Aufbau bezieht sich auf die gesamte Baugruppe von Teilen in einem kompletten Paket oder einer Box. Der BOX-Aufbau kann hermetisch oder nicht hermetisch sein. Die etablierten optischen Hochgeschwindigkeitsgeräte für den Datentransfer über mittlere und lange Distanzen verwenden in der Regel das hermetische BOX-Paket, um der Forderung nach einer langen Lebensdauer des Gerätes gerecht zu werden.

COB

COB (Chip on Board) bezeichnet den Prozess des Drahtbondens eines Halbleiters oder Mikrochips direkt auf die Leiterplatte, statt der herkömmlichen Montage oder Verpackung als einzelnes IC. Der Chip wird in der Regel mit einer Beschichtung aus Epoxid oder Harz versehen, um ihn wie einen Kühlkörper zu schützen und die Chips und Drähte vor Beschädigung zu bewahren. Der Verzicht auf die herkömmliche Geräteverpackung reduziert die Kosten und spart Platz auf der Leiterplatte! Außerdem verbessert er die Leistung durch den Aufbau eines kürzeren Verbindungsweges. Das nicht-hermetische COB-Gehäuse ist ein unwiderstehlicher Trend für 40G/100G Hochgeschwindigkeits-Multimode-Transceiver-Optiken.

Die enorme Datennutzung hat optische Hochgeschwindigkeits-Transceiver mit über 40 Gbps und 100 Gbps angetrieben, sich zu einem dominierenden Player für optische Verbindungsplattformen zu entwickeln. Die COB-Packaging-Technik kann für die Integration und Montage des optischen Moduls mit höheren Datenraten von 100 Gbps und darüber hinaus eingesetzt werden. Und es ist bewiesen, dass QSFP für die Datenrate bis zu 100 Gbps in COB-Manier verpackt und montiert werden kann. COB wurde von den Herstellern von 100 Gbps Transceivern für Rechenzentren wegen der folgenden bemerkenswerten Vorteile favorisiert.

Warum bevorzugt der 100 Gbps Rechenzentrums-Transceiver die COB-Verpackung?

Geeignet für die Massenproduktion

Bei der COB-Technologie wird ein Halbleiterchip direkt auf einer Leiterplatte platziert, wodurch der Schritt des Packaging entfällt. Dadurch können die Produktionskosten, insbesondere in der Massenproduktion, deutlich reduziert werden. Darüber hinaus gibt es keine technischen Hindernisse im Gehäuse und bei den Verbindungen, da die entsprechenden Techniken und der Betrieb der Geräte ausgereift sind. Im Gegensatz dazu sind das TO-Gehäuse und das BOX-Gehäuse mehr auf manuelle Kraft angewiesen, um die massive Produktion zu realisieren.

Gewicht und Volumen sparen

COB reduziert das Gewicht und die Masse des Schaltkreises. Bei der Verwendung von konventionellen Leiterplatten (PWBs) und der Standard-Drahtbondtechnologie kann mit der COB-Technologie eine Gewichts- und Volumeneinsparung von mindestens Faktor 10 erzielt werden. COB bietet eine hohe Packungsdichte, eine schnelle Durchlaufzeit, kann an hohe Frequenzen angepasst werden, kann Standardbestückungstechnologien mischen und ist für die meisten Trägermaterialien anwendbar. Die COB-Technologie reduziert auch den thermischen Widerstand und die Anzahl der Verbindungen zwischen einem aktiven Chip und dem Substrat, was die Gesamtgeschwindigkeit der Schaltung und die Zuverlässigkeit des Designs potenziell verbessern kann. Dies ist eine Fertigungslösung, die eine schnelle Modifikation bestehender Produktdesigns ermöglicht, auch bei geringem Platzangebot.

Anti-Kollision und Kompression

COB-Produkte werden direkt in der konkaven Lampenposition der Leiterplatte verkapselt und anschließend mit Epoxidharz vergossen und ausgehärtet. Es wird zu einer kugelförmigen Oberfläche geformt, glatt und hart, stoß- und verschleißfest.

Starke Wärmeableitung

Im Gegensatz zum BOX-Gehäuse werden COB-Produkte auf der Leiterplatte verpackt, die Wärme des Dochtes wird schnell durch die Kupferfolie auf der Leiterplatte übertragen, und die Kupferfolienstärke der Leiterplatte hat strenge technische Anforderungen. Außerdem wird das Tauchgoldverfahren kaum zu einer starken Lichtdämpfung führen.

*Es ist zu beachten, dass besonderes Augenmerk auf den Test des in Chip-on-Board verpackten Transceivermoduls gelegt werden sollte, da die Erträge nicht optimal sind.

Fazit

Die nichthermetische Gehäusetechnik COB wird trotz der Begrenzung der Datenrate durch die Leiterplatte und die Bonddrähte immer noch hauptsächlich für die Verpackung von 100G-Hochgeschwindigkeits-Datencenter-Transceivern eingesetzt, da sie sich durch ihre spezifischen Eigenschaften wie hohe Zuverlässigkeit, niedrige Kosten, gute Kompatibilität für die Massenfertigung und gute Nacharbeitsfähigkeit im Labortest auszeichnet. Es gibt jedoch noch einige Mängel wie die Lichtdämpfung und die kurze Lebensdauer, die, wenn sie angegangen werden, COB zu einer der führenden Richtungen der Verpackungsentwicklung in der Zukunft machen.