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Pourquoi les modules 100G de centres de données favorise le packaging COB (Chip-On-Board)

Mis à jour depuis le 09 juin, 2020 by
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En fonction de l'application, le marché des émetteurs-récepteurs optiques est segmenté en télécoms et en centres de données. Les indicateurs de performance comme la température et la fiabilité peuvent être moins exigeants sur le marché des émetteurs-récepteurs des centres de données que sur le marché de la télécommunication. Cependant, le module du centre de données doit répondre à des exigences de vitesse, de rapidité d'itération, de prix et de quantité, qui attirent l'attention des utilisateurs sur le sous-assemblage optique (OSA) qui consomme 60% du coût d'un émetteur-récepteur ; la technique de packaging de l'OSA est la portion qui permet de réduire les coûts. Voici quelques techniques de packaging, dont celle utilisée de préférence avec les modules optiques 100G.

Techniques courantes de packaging du sous-assemblage optique dans un émetteur-récepteur optique

TO-can

Le TO-can (Transistor Outline, abrégé en TO) est utilisé depuis plusieurs décennies. Il s'agit d'une norme industrielle qui détermine la conception et la taille des boîtiers et composants microélectroniques conducteurs de courant. Un ensemble TO se compose toujours de deux éléments : un en-tête de TO et un capuchon de TO. Alors que l'en-tête du TO veille à ce que les composants encapsulés reçoivent de l'énergie, le capuchon assure la transmission fluide des signaux optiques. Le paquet TO est un assemblage hermétique typique, principalement déployé dans un émetteur-récepteur optique 10G.

BOX

La construction de boîtes fait référence à l'ensemble des pièces d'un paquet complet ou d'une boîte. La structure BOX peut être hermétique ou non hermétique. Les appareils optiques à haut débit en place pour le transfert de données à moyenne et longue distance adoptent généralement le paquet hermétique BOX afin de répondre à l'exigence de longue durée de vie du dispositif.

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COB

Le COB (Chip on Board) désigne le processus qui consiste à relier par fil une puce à semi-conducteur ou une puce électronique, directement à la carte de circuit imprimé, au lieu de procéder à un assemblage ou à un packaging conventionnel sous la forme d'un circuit intégré individuel. La puce est généralement recouverte d'un revêtement d'époxy ou de résine pour la protéger comme le fait un dissipateur de chaleur, ainsi que pour protéger les puces et les fils contre les endommagements. L'exclusion du packaging conventionnel des dispositifs réduit les coûts et permet d'économiser du matériel sur les PCB (Printed Circuit Board) ! Il améliore également les performances grâce à la création d'un trajet d'interconnexion plus court. Le paquet COB non hermétique est une véritable innovation dans le domaine de l'optique des émetteurs-récepteurs multimodes à haut débit 40G/100G.

L'utilisation massive de données a poussé les émetteurs-récepteurs optiques à haut débit de plus de 40 Gbps, et de 100 Gbps à devenir des éléments dominants des plateformes d'interconnexion optiques. La technique de packaging COB peut être appliquée pour l'intégration et l'assemblage du module optique de débit supérieur à 100 Gbps. Et il est vérifié que le QSFP peut être conditionné et assemblé selon la méthode COB pour un débit de données allant jusqu'à 100 Gbps. Le COB a été favorisé par les fabricants d'émetteurs-récepteurs de centres de données à 100 Gbps en raison des avantages suivants.

Pourquoi les émetteurs-récepteurs de centres de données 100 Gbps favorise-t-il le packaging COB ?

Adaptée pour la production industrielle de grand volume

Dans la technologie COB, une puce semi-conductrice est placée directement sur un PCB (Printed Circuit Board), éliminant ainsi l'étape de packaging. Elle peut réduire considérablement le coût de production, en particulier dans la production en grande quantité. En plus, il n'y a pas d'obstacle technique dans le paquet et les interconnexions car les techniques et l'exploitation des équipements correspondants sont déjà développées. En revanche, le paquet TO et le paquet BOX dépendent davantage de la force manuelle, ce qui ne suffit pas pour assurer une production industrielle de grande envergure.

Économie de poids et de volume

Le COB réduit le poids et la masse du circuit. En utilisant des cartes de circuits imprimés (PWB) conventionnelles et la technologie de câblage standard, la technologie COB peut générer un allègement du poids et du volume par un facteur d'au moins 10. Le COB offre une densité de packaging élevée, un délai d'exécution rapide, peut être adapté aux hautes fréquences, peut mélanger des technologies d'assemblage standard et est applicable à la plupart des différents supports. La technologie COB permet également de réduire la résistance thermique et le nombre d'interconnexions entre une puce active et le substrat, ce qui peut éventuellement améliorer la vitesse globale du circuit et la fiabilité de la conception. Il s'agit d'une solution de fabrication qui permet de modifier rapidement la conception de produits existants, même lorsque l'espace est restreint.

Anti-collision et compression

Les produits COB sont directement emboîtés dans la position concave de la plaque de circuit imprimé, puis encapsulés et durcis avec de la résine époxy. Sa surface est sphérique, lisse et dure, résistante aux chocs et à l'usure.

Grande dissipation de la chaleur

Contrairement au packaging BOX, les produits COB sont emboîtés sur le circuit imprimé, la chaleur de la mèche est rapidement transmise à travers la feuille de cuivre sur le circuit imprimé. L'épaisseur de la feuille de cuivre du circuit imprimé est soumise à des exigences techniques rigoureuses, et le processus par immersion dans l'or ne provoque guère d'atténuation de la lumière.

*Il convient de noter qu'une attention particulière doit être accordée au test du module émetteur-récepteur avec packaging COB car les rendements ne sont pas optimaux.

Conclusion

La technique du packaging COB non hermétique, même si sa limitation du débit de données est due au circuit imprimé et aux fils de liaison, est encore principalement utilisée pour le packaging des émetteurs-récepteurs des centres de données à grande vitesse 100G en raison de ses caractéristiques spécifiques telles que sa grande fiabilité, prix peu élevé, bonne compatibilité pour la fabrication en série et bonne capacité de révision lors des tests en laboratoire. Toutefois, il reste quelques défauts comme l'atténuation de la lumière et la courte durée de vie, qui, si ces problèmes sont résolus, feront du COB l'une des principales options dans le futur.

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