Đóng gói chip-on-board (COB)

Chip-on-board là cách xây dựng khối quang phía trước mà không dùng các linh kiện đóng gói riêng lẻ: die laser và die photodiode trần được dán keo và hàn dây trực tiếp lên bo mạch in của module (hoặc lên một đế nhỏ), sau đó được phủ bằng một dãy thấu kính ghép chúng thẳng vào ferrule của sợi quang. Đây là lý do khiến quang học tầm ngắn dạng song song và cáp quang chủ động rẻ và có mật độ cao như vậy — và cũng là lý do khiến chúng không thể sửa chữa được.

Đóng gói cổ điển so với COB

	TO-can TOSA / ROSA	Chip-on-board
Laser / PD	die được bịt kín khí trong vỏ kim loại kiểu can, có cửa sổ và thấu kính, một can cho mỗi kênh	die trần trên PCB hoặc trên đế gốm/silicon
Kết nối điện	chân can → mạch dẻo (flex) → PCB	hàn dây (vàng) hoặc bump flip-chip nối trực tiếp vào đường mạch PCB
Ghép quang	thấu kính của can → đầu thu → đầu nối	dãy thấu kính phủ lên dãy die → ferrule MT/MPO
Bảo vệ	kín khí	chất bọc (glob-top, gel) hoặc nắp — không kín khí
Số kênh	1 kênh mỗi can; 4 can cho một module 4 làn	4, 8, 12 làn trong một dãy
Lắp ráp	căn chỉnh thủ công/bán tự động cho từng can	pick-and-place, căn chỉnh thụ động, kiểm tra ở cấp độ wafer
Chi phí ở sản lượng lớn	cao hơn	thấp hơn
Sửa chữa	thay một can	thay cả bo mạch/cáp

COB được dùng ở đâu

Quang học đa mode song song — 40G SR4, 100G SR4, 200G/400G SR8, 800G SR8: một dãy VCSEL 4 hoặc 8 phần tử và một dãy PIN tương ứng, mỗi dãy nằm sau một dãy thấu kính đúc khuôn, ghép vào ferrule MPO-12 hoặc MPO-16.
Cáp quang chủ động (AOC) — một engine COB ở mỗi đầu với sợi quang gắn cố định vĩnh viễn; hoàn toàn không có đầu thu, nhờ đó loại bỏ suy hao ghép nối và chi phí tương ứng.
Quang học gắn trên bo mạch / COBO — các engine quang được gắn trên bo mạch host, gần ASIC, thay vì nằm trong một cage dạng cắm rút.
Quang học đóng gói chung (CPO) — cùng một ý tưởng được đẩy tới giới hạn: các die quang được đóng gói ngay trên đế ASIC của switch.
Một số thiết kế đơn mode cũng dùng COB (die DFB/EML phát cạnh trên một đế cùng mạch quang phẳng), nhưng lo ngại về độ kín khí khiến phần lớn quang học đơn mode vẫn ở trong can hoặc trong vỏ silicon-photonics.

VCSEL đặc biệt hợp với COB: chúng phát xạ vuông góc với mặt wafer, nên một dãy có thể được kiểm tra trước khi cắt tách, đặt ngửa mặt lên bo mạch và ghép quang bằng một thấu kính đơn giản — không cần bẻ tách mặt cắt, không cần ghép cạnh (Loại laser).

Cách chế tạo một engine COB

Đế nền — chính là PCB của module, hoặc một đế (gốm, silicon, thủy tinh) rồi sau đó được hàn lên PCB; các đường mạch tốc độ cao chạy tới IC driver và TIA đặt cách die quang chỉ vài milimét.
Gắn die — die dãy VCSEL, dãy PIN, driver và TIA được cố định bằng keo epoxy dẫn điện hoặc hàn AuSn; các dấu chuẩn căn chỉnh nằm trên đế nền.
Hàn dây — dây vàng nối từ pad của die tới pad trên đế nền; chiều dài dây hàn được giữ tối thiểu vì đó là thành phần ký sinh chính ở tốc độ 25–100G.
Dãy thấu kính — một chi tiết bằng thủy tinh hoặc polymer đúc khuôn, có một thấu kính cho mỗi làn cùng các chốt căn chỉnh, được thị giác máy đặt khớp theo các dấu chuẩn (căn chỉnh thụ động) hoặc căn chỉnh chủ động trong khi giám sát công suất ghép được.
Bọc phủ — một lớp gel trong suốt hoặc glob-top phủ lên die và các mối hàn dây, hoặc một nắp đậy; đường quang vẫn để hở xuyên qua thấu kính.
Ferrule — một ferrule MT mang ruy băng sợi quang cắm vào các chốt dẫn hướng của dãy thấu kính, tạo ra một giao diện MPO tại mặt trước module (hoặc là sợi quang cố định của một AOC).
Kiểm tra — chỉ thực hiện sau khi lắp ráp xong: biểu đồ mắt và công suất theo từng làn. Một làn không đạt nghĩa là engine bị loại bỏ hoặc bị hạ cấp.

Ưu điểm

Chi phí ở sản lượng lớn — không cần can kín khí, chỉ một bước căn chỉnh cho tám làn.
Mật độ — tám làn trong diện tích của hai can; đây là điều kiện cho phép SR8 và AOC tồn tại.
Hiệu năng tốc độ cao — dây hàn ngắn, driver và TIA đặt sát die, ký sinh thấp.
Đường dẫn nhiệt — die nằm trực tiếp trên lớp đồng của bo mạch thay vì bên trong một can.
Tự động hóa — pick-and-place và căn chỉnh bằng thị giác máy có thể mở rộng tới hàng triệu đơn vị.

Nhược điểm

Không kín khí — hơi ẩm và chất gây nhiễm bẩn tiếp xúc được với die; VCSEL và PIN chịu được điều này khá tốt, laser phát cạnh thì kém hơn. Chất lượng của chất bọc quyết định độ tin cậy lâu dài.
Không thể sửa chữa — chỉ một VCSEL suy giảm trong một dãy 8 làn cũng khiến cả module hoặc cả cáp bị loại bỏ; với một AOC, điều đó nghĩa là phải kéo lại cáp (DAC so với AOC so với transceiver).
Rủi ro về tỷ lệ đạt — căn chỉnh và hàn dây được thực hiện trước khi engine có thể được kiểm tra đầy đủ.
Trên thực tế chỉ dùng cho đa mode — cự ly bị giới hạn bởi tổ hợp VCSEL/MMF.

COB và chẩn đoán

Vì tám laser dùng chung một bo mạch và chung một môi trường nhiệt, chúng già đi cùng nhau — nhưng không giống hệt nhau. Sự cố COB điển hình là một làn trong dãy SR4/SR8 mất công suất trong khi các làn khác vẫn bình thường, bị che khuất bởi LACP hoặc bởi trạng thái “OK” ở cấp module. Dòng phân cực Tx và công suất Rx theo từng làn là dấu hiệu cảnh báo sớm duy nhất (Chẩn đoán theo từng làn, Sự cố). Module COB mang bộ nhớ chuẩn SFF-8636 hoặc CMIS trên cùng bo mạch; thông tin nhận dạng của chúng được mã hóa như bất kỳ module nào khác.

Trong CodingBox

CodingBox đọc module dựa trên COB và các đầu AOC giống như bất kỳ QSFP/QSFP-DD nào: DDM theo từng làn trên màn hình DDM cho thấy làn nào đang suy yếu, còn EEPROM editor mã hóa thông tin nhận dạng mà host mong đợi — đây là điều duy nhất ở một module COB có thể thay đổi được sau khi module rời khỏi nhà máy.

COB so với TO-can và vỏ hộp, cùng dung sai căn chỉnh và độ tin cậy: Đóng gói quang học; engine COB là hai đầu của AOC: Bên trong cáp; các bước nhà máy mà COB loại bỏ: Sản xuất và kiểm tra.

Nếu bạn phát hiện thông tin chưa chính xác hoặc lỗi trong bài viết này, hãy chọn đoạn liên quan và nhấn Ctrl+Enter để .