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¿Por qué el transceptor 100G de centro de datos prefiere el empaquetado COB?

Updated on jun 9, 2020
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Al abordar el tipo de aplicación, el mercado de los transceptores ópticos se divide entre el sector de las telecomunicaciones y el de los centros de datos. Las demandas en cuanto a rendimiento (temperatura, fiabilidad, etc.,) llegan a ser menos exigentes en el mercado de los transceptores de centros de datos, en comparación con el mercado de las telecomunicaciones. Sin embargo, los módulos para centros de datos deben cumplir con altos niveles de velocidad, iteración rápida, bajo precio y gran volumen. Lo anterior ha hecho que los usuarios se interesen por el subconjunto óptico OSA o (Optical Sub-Assembly, por sus siglas en inglés) cuyo costo representa tan solo un 60% del precio de un transceptor. A continuación, describiremos varios tipos de encapsulado o tecnologías de packaging, entre las cuales, describiremos el más utilizado en los transceptores ópticos de 100G.

Tipos de encapsulados o tecnologías de packaging comunes en el subconjunto óptico en el transceptor óptico

TO-can

El TO-can (Transistor Outline, cuya sigla en inglés es TO) se ha utilizado durante varias décadas. Es un tipo de encapsulado estándar industrial que determina el diseño y el tamaño de los envolventes y carcasas microelectrónicas conductoras de corriente. Un encapsulado o package TO consta de dos componentes: una boquilla y un tapón. La boquilla asegura que los componentes encapsulados estén provistos de energía, mientras que el tapón garantiza la transmisión fluida de las señales ópticas. El TO package es un tipo de encapsulado hermético tradicional utilizado en la mayoría de los transceptores ópticos de 10G.

BOX

BOX Build se refiere al sistema de encapsulado completo de partes en un paquete o caja completa. Algunos sistemas BOX Build podrían ser herméticos y otros no. Los dispositivos ópticos de alta velocidad existentes para la transferencia de datos a media y larga distancia generalmente incorporan el encapsulado o package BOX hermético para garantizar que el dispositivo tenga una larga vida útil.

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COB

COB (Chip on Board) se refiere al proceso de unión de un semiconductor o un microchip directamente a la placa de circuito, en lugar de someterlo a un ensamblaje o encapsulado convencional en forma de un circuito integrado individual. El chip está normalmente cubierto con una capa de epoxi o resina para protegerlo al igual que un disipador térmico y para evitar que los chips y los cables se dañen. La exclusión del encapsulado o packaging convencional del dispositivo reduce el costo y protege el PCB (placa de circuito impreso). Asimismo, mejora el rendimiento gracias a la construcción de un camino de interconexión más corto. El encapsulado o packaging no hermético del COB se ha convertido en una tendencia irrefutable en la óptica de los transceptores multimodales de alta velocidad de 40G/100G.

Dado que el gran consumo de datos ha provocado que los transceptores ópticos de alta velocidad de más de 40 Gbps y de 100 Gbps se impongan en las plataformas de interconexión óptica, la técnica de encapsulado o packaging COB se ha convertido en la predilecta debido a sus propiedades de integración y de ensamblaje en módulo óptico de mayor velocidad de datos de 100 Gbps actual y superiores. Se ha demostrado que el QSFP puede ser encapsulado y ensamblado como COB permitiendo una velocidad de datos de hasta 100 Gbps. El sistema COB es el preferido por los fabricantes de transceptores de centros de datos de 100 Gbps, debido a las siguientes beneficios:

¿Por qué los usuarios prefieren utilizar un encapsulado o packaging COB con un transceptor para centros de datos de 100 Gbps?

Adecuado para la producción a gran escala

La tecnología COB consiste en colocar un chip semiconductor directamente en un circuito impreso, eliminando de esta manera cualquier proceso de encapsulado. Lo anterior reduce significativamente el costo de producción, especialmente en la producción a gran escala. Además, no se producen bloqueos técnicos en los encapsulados o packages e interconexiones, ya que las tecnologías de packaging o encapsulado y el funcionamiento de los equipos correspondientes se han perfeccionado. En cambio, el sistema de encapsulado TO y el sistema BOX dependen más de la fuerza manual, por lo que difícilmente se puede producir masivamente.

Ahorro en peso y volumen

La tecnología COB disminuye el peso y la masa del circuito. Al utilizar placas de circuito impreso convencionales (PWB) y sistemas de unión de cables estandarizados, la tecnología COB reduce el peso y el volumen en al menos un 10 %. Gracias a que proporciona una alta densidad de encapsulado y una rápida respuesta, La tecnología COB puede adaptarse a las altas frecuencias, puede mezclar tecnologías de ensamblaje estandarizadas y es aplicable a la mayoría de los sustratos. Asimismo, esta tecnología reduce la resistencia térmica y el número de interconexiones entre un troquel activo y el sustrato, con lo cual se puede mejorar potencialmente la velocidad general del circuito y la fiabilidad del diseño. Esta es una solución de fabricación que posibilita la rápida modificación de los diseños de productos existentes, incluso cuando el espacio es escaso.

Anticolisión y compresión

Los productos COB son directamente encapsulados en la parte cóncava de la lámpara de la placa del circuito impreso, y luego se encapsulan y se curan con resina epoxi. Su superficie es esférica, lisa y dura, resistente a los impactos y al desgaste.

Fuerte disipación de calor

A diferencia del encapsulado o del package BOX, los productos COB son encapsulados en la placa de circuito impreso, el calor de la mecha se transmite rápidamente a través de la lámina de cobre del circuito impreso, y su grosor cumple con los más exigentes requisitos técnicos. Por otro lado, el proceso por inmersión en oro difícilmente provocará una atenuación severa de la luz.

*Conviene destacar que la prueba en el módulo transceptor encapsulado en Chip-on-Board o COB se debe desplegar minuciosamente, ya que el rendimiento del mismo podría no ser el más adecuado.

Conclusión

La técnica de encapsulado no hermético COB, considerando su limitación en la velocidad de datos provocada por la placa de circuito impreso y por los cables de enlace, se sigue aplicando principalmente en el encapsulado del transceptor de centro de datos de alta velocidad de 100G, gracias a sus características tales como su alta fiabilidad, su bajo costo, su buena compatibilidad para producción masiva y su gran capacidad de reprocesamiento en pruebas a nivel de laboratorio. Sin embargo, existen ciertas deficiencias tales como la atenuación de la luz y la corta vida útil, que si son corregidas, la tecnología COB se convertiría en una de las principales tendencias de desarrollo en sistemas de encapsulados o packaging en el futuro.

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