चिप-ऑन-बोर्ड (COB) पैकेजिंग

चिप-ऑन-बोर्ड (COB) ऑप्टिकल फ़्रंट एंड को अलग से पैकेज किए गए पार्ट्स के बिना बनाने का एक तरीक़ा है: नंगे लेज़र और फ़ोटोडायोड डाई को सीधे मॉड्यूल के प्रिंटेड सर्किट बोर्ड पर चिपकाया और वायर-बॉन्ड किया जाता है (या एक छोटे कैरियर पर), फिर एक लेंस ऐरे से ढका जाता है जो उन्हें सीधे फ़ाइबर फ़ेरूल से जोड़ता है। यही वजह है कि पैरेलल शॉर्ट-रीच ऑप्टिक्स और एक्टिव ऑप्टिकल केबल इतने सस्ते और इतने सघन होते हैं — और यही वजह है कि इन्हें रिपेयर नहीं किया जा सकता।

क्लासिक पैकेजिंग बनाम COB

COB कहाँ इस्तेमाल होता है

• पैरेलल मल्टी-मोड ऑप्टिक्स — 40G SR4, 100G SR4, 200G/400G SR8, 800G SR8: एक 4- या 8-एलिमेंट VCSEL ऐरे और एक मैचिंग PIN ऐरे, हर एक मोल्डेड लेंस ऐरे के पीछे, MPO-12 या MPO-16 फ़ेरूल से जुड़ा हुआ।
• एक्टिव ऑप्टिकल केबल (AOC) — हर सिरे पर एक COB इंजन जिसमें फ़ाइबर परमानेंटली अटैच होती है; कोई रिसेप्टेकल बिल्कुल नहीं, जिससे कपलिंग लॉस और लागत दोनों हट जाते हैं।
• ऑन-बोर्ड ऑप्टिक्स / COBO — ऑप्टिकल इंजन जो प्लगेबल केज में नहीं बल्कि होस्ट बोर्ड पर ASIC के पास माउंट किए जाते हैं।
• को-पैकेज्ड ऑप्टिक्स (CPO) — यही आइडिया अपनी हद तक ले जाया गया: ऑप्टिकल डाई स्विच ASIC सबस्ट्रेट पर पैकेज की जाती हैं।
• कुछ सिंगल-मोड डिज़ाइन भी COB इस्तेमाल करते हैं (एक कैरियर पर एज-एमिटिंग DFB/EML डाई, प्लेनर लाइटवेव सर्किट के साथ), लेकिन हर्मेटिसिटी की चिंताओं की वजह से ज़्यादातर सिंगल-मोड ऑप्टिक्स कैन में या सिलिकॉन-फ़ोटोनिक्स पैकेज में ही रहते हैं।

VCSEL COB के लिए ख़ासतौर पर उपयुक्त हैं: ये वेफ़र के लंबवत एमिट करते हैं, इसलिए एक ऐरे को डाइसिंग से पहले टेस्ट किया जा सकता है, बोर्ड पर फ़ेस-अप रखा जा सकता है और एक साधारण लेंस से कपल किया जा सकता है — न फ़ेसेट क्लीविंग, न एज कपलिंग (लेज़र के प्रकार)।

COB इंजन कैसे बनाया जाता है

1. सबस्ट्रेट — ख़ुद मॉड्यूल PCB, या एक कैरियर (सिरेमिक, सिलिकॉन, ग्लास) जिसे बाद में PCB पर सोल्डर किया जाता है; हाई-स्पीड ट्रेस ड्राइवर और TIA IC तक जाते हैं जो ऑप्टिकल डाई से कुछ मिलीमीटर दूर रखे होते हैं।
2. डाई अटैच — VCSEL ऐरे, PIN ऐरे, ड्राइवर और TIA डाई कंडक्टिव एपॉक्सी या AuSn सोल्डर से फ़िक्स की जाती हैं; सबस्ट्रेट पर अलाइनमेंट फ़िड्यूशियल।
3. वायर बॉन्डिंग — डाई पैड से सबस्ट्रेट पैड तक गोल्ड वायर; बॉन्ड की लंबाई कम से कम रखी जाती है क्योंकि 25–100G पर यही मुख्य पैरासिटिक है।
4. लेंस ऐरे — एक मोल्डेड ग्लास या पॉलिमर पार्ट, जिसमें प्रति लेन एक लेंस और अलाइनमेंट पिन होते हैं, जिसे मशीन विज़न से फ़िड्यूशियल पर रखा जाता है (पैसिव अलाइनमेंट) या कपल्ड पावर मॉनिटर करते हुए एक्टिव तरीक़े से।
5. एनकैप्सुलेशन — डाई और बॉन्ड के ऊपर एक पारदर्शी जेल या ग्लॉब-टॉप, या एक लिड; ऑप्टिकल पाथ लेंस के ज़रिए खुला रहता है।
6. फ़ेरूल — फ़ाइबर रिबन वाला एक MT फ़ेरूल लेंस ऐरे के गाइड पिन पर प्लग होता है, जिससे मॉड्यूल फ़ेसप्लेट पर एक MPO इंटरफ़ेस मिलता है (या AOC की फ़िक्स्ड फ़ाइबर)।
7. टेस्ट — असेंबली के बाद ही: आई डायग्राम और प्रति लेन पावर। एक फ़ेल लेन का मतलब है स्क्रैप किया गया या डाउन-बिन किया गया इंजन।

फ़ायदे

• वॉल्यूम पर लागत — कोई हर्मेटिक कैन नहीं, आठ लेन के लिए एक ही अलाइनमेंट स्टेप।
• डेंसिटी — दो कैन जितनी जगह में आठ लेन; इससे SR8 और AOC संभव होते हैं।
• हाई-स्पीड परफ़ॉर्मेंस — छोटे बॉन्ड, डाई के पास ड्राइवर और TIA, कम पैरासिटिक्स।
• थर्मल पाथ — डाई कैन के अंदर नहीं बल्कि बोर्ड के कॉपर पर बैठी होती हैं।
• ऑटोमेशन — पिक-एंड-प्लेस और विज़न अलाइनमेंट लाखों यूनिट तक स्केल करते हैं।

कमियाँ

• नॉन-हर्मेटिक — नमी और कंटैमिनेंट डाई तक पहुँचते हैं; VCSEL और PIN इसे अच्छी तरह सहन कर लेते हैं, एज-एमिटिंग लेज़र उतना नहीं। लॉन्ग-टर्म रिलायबिलिटी एनकैप्सुलेंट की क्वालिटी पर निर्भर करती है।
• कोई रिपेयर नहीं — 8-लेन ऐरे में एक भी डिग्रेडेड VCSEL पूरे मॉड्यूल या केबल को रिटायर कर देता है; AOC के मामले में इसका मतलब है केबल को फिर से खींचना (DAC बनाम AOC बनाम ट्रांसीवर)।
• यील्ड रिस्क — अलाइनमेंट और बॉन्डिंग इंजन के पूरी तरह टेस्ट होने से पहले ही की जाती है।
• व्यवहार में सिर्फ़ मल्टी-मोड — रीच VCSEL/MMF कॉम्बिनेशन से बंधी होती है।

COB और डायग्नोस्टिक्स

चूँकि आठों लेज़र एक ही बोर्ड और एक ही थर्मल एनवायरनमेंट शेयर करते हैं, ये साथ-साथ एज करते हैं — लेकिन एक जैसे नहीं। क्लासिक COB फ़ेल्योर यह है कि SR4/SR8 ऐरे की एक लेन पावर खो देती है जबकि बाक़ी ठीक रहती हैं, और यह LACP या मॉड्यूल-लेवल “OK” के पीछे छुपा रहता है। प्रति-लेन Tx बायस और Rx पावर ही एकमात्र शुरुआती चेतावनी हैं (प्रति-लेन डायग्नोस्टिक्स, फ़ेल्योर)। COB मॉड्यूल एक ही बोर्ड पर स्टैंडर्ड SFF-8636 या CMIS मेमोरी रखते हैं; इनकी पहचान जानकारी किसी भी दूसरे मॉड्यूल की तरह कोड की जाती है।

CodingBox में

CodingBox COB-आधारित मॉड्यूल और AOC सिरों को किसी भी QSFP/QSFP-DD की तरह पढ़ता है: DDM स्क्रीन पर प्रति-लेन DDM उस लेन को दिखाता है जो मर रही है, और EEPROM editor वह पहचान जानकारी कोड करता है जो होस्ट को चाहिए — COB मॉड्यूल के बारे में यही एक चीज़ है जिसे फ़ैक्ट्री से निकलने के बाद बदला जा सकता है।

COB की तुलना TO-can और बॉक्स पैकेज से, अलाइनमेंट टॉलरेंस और रिलायबिलिटी के साथ: ऑप्टिकल पैकेजिंग; AOC के सिरों के रूप में COB इंजन: केबल इंटरनल्स; COB जो फ़ैक्ट्री के स्टेप हटाता है: मैन्युफ़ैक्चरिंग और टेस्टिंग।