前言
这几天写了一点点DAC、AEC的内容,之前呢写过数百篇基于硅光的CPO的内容。写过十来篇基于VCSEL的多模CPO。
在元旦的时候,有问我对一组观点的看法,很冗长,其中一个对方提到“是选择铜缆模块还是CPO光模块.....”,针对这两类模块做了很长的分析。
~~,其实呢,铜缆模块与CPO不具备对比性。
铜缆模块的重点是铜,无论是DAC,ACC,还是AEC,是热插拔的结构,由于金属的趋肤效应与频率相关,在高速模块里传输距离非常短。
而CPO的重点是“封装”,采用了与交换芯片共封装的概念。CPO可以是铜缆共封装,可以是光缆共封装CPO,
而光缆CPO也可以细分为多模光缆CPO与单模光缆CPO,
多模CPO的激光器基本上选择VCSEL,单模CPO基本上选择硅光集成方案,而单模硅光集成CPO还可以细分为并行方案与波分方案,内置光源方案与外置光源方案,微环调制器方案与马赫增德调制器方案...
不同的方案,要解决的产业难题是不同的,并不能用同一个观点来笼统概述。
总的来说,铜缆模块DAC/AEC与CPO光模块要解决的是不同应用领域的传输,不是替代关系。
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基于硅光方案的CPO写了很多,而基于VCSEL的多模CPO则出现很早很早,遇到过一系列的问题需要解决,所以呢就没有大规模的商用。
后来有了硅光集成的思路,硅的可靠性要比VCSEL的GaAs材料好很多,当然硅光方案的CPO也有新的产业问题需要解决。
今天算是个考古文,写一个很早很早的多模CPO的可靠性问题、散热问题以及组装结构的思路。
IBM当初是找Finisar来做的多模CPO,当时呢也没有CPO这个名词,而是叫做板上光学OBA,或者叫OBO,也是后来COBO标准的一个思路。
另外呢,Finisar也几经收购,改名为II VI,又改名为Coherent,这个方案呢也一直在慢慢发展,《菲魅 OFC2023 PPT合集》还收录了他家多模CPO的进展,16ch传输30m,速率从56Gbps提升到112Gbps
VCSEL芯片的俯视图与剖视图如下,表面发光,幅轮结构降低RC常数,表面焊盘支持共面焊接工艺。
VCSEL有很多可靠性隐患,解决这个问题是增加了一组备份芯片,失效率可以降低三个数量级,
16通道设计,实际需要32个VCSEL,分成四组
光芯片包括发射激光器VCSEL,以及收光的PD,都是四组,支持16通道的收发。
光电芯片置于玻璃基板上,然后把芯片侧翻面,玻璃向上。玻璃可以透光,这解决的是测试问题。
玻璃还是很好的绝缘介质,可以实现电信号布局,解决了信号线布局问题。
把VCSEL剖视图与玻璃基板放大,这就是COG封装,激光器chip,探测器PD chip,Drvier chip,TIA chip,都焊接在玻璃板上。Chip on Glass,简称COG
玻璃可以解决电路和光路测试问题,但是呢,玻璃的劣势是导热系数很小,所以会配备上部与下部的热沉。热沉一般选择铜,或者是钨铜。
底部热沉挖槽避让光电芯片的高度,且支撑玻璃板,顶部热沉则需要开窗,让光路畅通
然后呢,加上CPO的外壳,外壳把金属簧片、透镜组件组装起来,顶部还有一个盖板,用来固定插芯。
光纤则采用可插拔结构,方便组装、测试,以及提高良率,并支持后续的维修更换。
光引擎与系统PCB板,采用了一个LGA插座,也支持热接触,方便后续的维修更更换。
CPO外壳里边装了一个几字形的金属簧片,用来固定光纤阵列插芯与透镜的。
继续拆解,透镜最早期用的聚合物的PI材料,后来考虑用减薄的金属透镜。
MT插芯与透镜固定后的顶视图与底视图,
我没找到IBM对透镜具体光路的描述,按照前文Finisar与IBM的描述,透镜是一体注塑成型,如下光路都可以的。