تغليف Chip-on-board (COB)

تقنية الشريحة على اللوحة (COB) طريقة لبناء الواجهة الضوئية الأمامية دون أجزاء مُغلَّفة كل على حدة: تُلصَق شريحتا الليزر والفوتودايود العاريتان وتُوصَّلان بأسلاك مباشرة على لوحة الدوائر المطبوعة للوحدة (أو على حامل صغير)، ثم تُغطَّيان بمصفوفة عدسات تقرنهما مباشرة بفيرول الألياف الضوئية. وهذا هو سبب رخص بصريات المدى القصير المتوازية وكبلات الوصل الضوئية النشطة وكثافتها إلى هذا الحد — وسبب استحالة إصلاحها.

التغليف التقليدي مقابل COB

أين تُستخدم COB

• البصريات المتوازية متعددة الأنماط — 40G SR4، و100G SR4، و200G/400G SR8، و800G SR8: مصفوفة VCSEL من 4 أو 8 عناصر مع مصفوفة PIN مقابلة، كل منهما خلف مصفوفة عدسات مصبوبة، تقرنان بفيرول MPO-12 أو MPO-16.
• كبلات الوصل الضوئية النشطة (AOC) — محرك COB في كل طرف مع الألياف الضوئية المثبَّتة بشكل دائم؛ لا يوجد أي مقبس على الإطلاق، ما يزيل فقد الإقران وتكلفته.
• البصريات على اللوحة / COBO — محركات ضوئية مثبَّتة على لوحة المضيف قرب ASIC بدل أن تكون داخل قفص قابل للتوصيل.
• البصريات المُغلَّفة مشتركًا (CPO) — الفكرة نفسها إلى أقصى حد: شرائح ضوئية مُغلَّفة على ركيزة ASIC الخاصة بالمبدّل.
• تستخدم بعض تصاميم أحادي النمط تقنية COB أيضًا (شرائح DFB/EML الباعثة من الحافة على حامل مزوَّد بدائرة ضوئية مستوية)، لكن اعتبارات الإغلاق المحكم تُبقي معظم بصريات أحادي النمط في علب أو في حزم الفوتونيات السيليكونية.

تناسب VCSEL تقنية COB بشكل خاص: فهي تبعث عموديًا على الرقاقة، بحيث يمكن اختبار المصفوفة قبل التقطيع، ثم وضعها بالوجه لأعلى على اللوحة وقرنها بعدسة بسيطة — دون تكسير للوجه ودون إقران من الحافة (أنواع الليزر).

كيف يُبنى محرك COB

1. الركيزة — لوحة الوحدة نفسها، أو حامل (سيراميك أو سيليكون أو زجاج) يُلحَم لاحقًا باللوحة؛ وتمتد مسارات عالية السرعة إلى الدارات المتكاملة للمشغّل وTIA الموضوعة على بعد ملليمترات من الشرائح الضوئية.
2. تثبيت الشرائح — تُثبَّت مصفوفة VCSEL ومصفوفة PIN وشرائح المشغّل وTIA بإيبوكسي موصِّل أو بلحام AuSn؛ مع علامات محاذاة مرجعية على الركيزة.
3. الربط بالأسلاك — أسلاك ذهبية من لوحات توصيل الشرائح إلى لوحات توصيل الركيزة؛ ويُبقى طول الأسلاك عند الحد الأدنى لأنه العامل الطفيلي الرئيسي عند 25–100G.
4. مصفوفة العدسات — جزء مصبوب من الزجاج أو البوليمر بعدسة واحدة لكل مسار ومسامير محاذاة، تُوضَع بالرؤية الآلية عند علامات المحاذاة (محاذاة سلبية) أو بمحاذاة فعّالة مع مراقبة القدرة المقرونة.
5. التغليف — هلام شفاف أو glob-top فوق الشرائح والأسلاك الرابطة، أو غطاء؛ ويبقى المسار الضوئي مفتوحًا عبر العدسة.
6. الفيرول — يُوصَل فيرول MT الحامل لشريط الألياف بمسامير توجيه مصفوفة العدسات، ليقدّم واجهة MPO عند لوحة واجهة الوحدة (أو الألياف الثابتة في كبل AOC).
7. الاختبار — بعد التجميع فقط: مخطط العين والقدرة لكل مسار. وفشل مسار واحد يعني استبعاد المحرك أو خفض تصنيفه.

المزايا

• التكلفة عند الإنتاج الكبير — لا علب محكمة الإغلاق، وخطوة محاذاة واحدة لثمانية مسارات.
• الكثافة — ثمانية مسارات في مساحة علبتين؛ ما يتيح SR8 وAOC.
• الأداء العالي السرعة — أسلاك رابطة قصيرة، والمشغّل وTIA بجانب الشرائح مباشرة، وعناصر طفيلية منخفضة.
• المسار الحراري — تستقر الشرائح على نحاس اللوحة بدل أن تكون داخل علبة.
• الأتمتة — يتوسّع الالتقاط والوضع والمحاذاة بالرؤية ليصلا إلى ملايين الوحدات.

العيوب

• غير محكمة الإغلاق — تصل الرطوبة والملوّثات إلى الشرائح؛ وتتحمّل VCSEL وPIN ذلك جيدًا، أما الليزرات الباعثة من الحافة فأقل تحمّلًا. وجودة مادة التغليف هي ما يحدد الموثوقية على المدى الطويل.
• لا إصلاح — تدهور VCSEL واحد في مصفوفة من 8 مسارات يُخرج الوحدة أو الكبل بأكمله من الخدمة؛ ومع AOC يعني ذلك سحب الكبل من جديد (DAC مقابل AOC مقابل وحدات الإرسال والاستقبال).
• مخاطر العائد الإنتاجي — تُجرى المحاذاة والربط قبل أن يتسنى اختبار المحرك بالكامل.
• متعدد الأنماط عمليًا فقط — يتحدد مدى الإرسال بحسب تركيبة VCSEL/MMF.

COB والتشخيص

نظرًا لأن الليزرات الثمانية تتشارك لوحة واحدة وبيئة حرارية واحدة، فإنها تتقادم معًا — لكن ليس بالتساوي. والعطل الكلاسيكي في COB هو فقدان مسار واحد من مصفوفة SR4/SR8 لقدرته بينما تبقى بقية المسارات سليمة، وهو ما تُخفيه LACP أو حالة «OK» على مستوى الوحدة. وانحياز Tx وقدرة Rx لكل مسار هما الإنذار المبكر الوحيد (التشخيص لكل مسار، الأعطال). وتحمل وحدات COB ذاكرة SFF-8636 أو CMIS القياسية على اللوحة نفسها؛ وتُرمَّز بيانات تعريفها كما في أي وحدة أخرى.

في CodingBox

يقرأ CodingBox الوحدات القائمة على COB وأطراف AOC مثل أي QSFP/QSFP-DD: يُظهر DDM لكل مسار على شاشة DDM المسار الآخذ في التلاشي، ويُرمِّز EEPROM editor بيانات التعريف التي يتوقعها المضيف — وهذا هو الشيء الوحيد في وحدة COB الذي يمكن تغييره بعد خروجها من المصنع.

مقارنة COB بعلب TO والحزم الصندوقية، مع تفاوتات المحاذاة والموثوقية: التغليف الضوئي؛ ومحركات COB بوصفها أطراف كبلات AOC: مكوّنات الكبل الداخلية؛ وخطوات المصنع التي تُلغيها COB: التصنيع والاختبار.