Y9T338 关于这周末解析的一些说明

更新时间:2023-12-04 11:12:43 阅读量:758

正在整理周六的PPT,600+页,尽量不占用解析时间,我单独说几句闲天。

关于周六的话题,另一个是已有的内容已经太多无法展开细说了,明年我单独提出一部分内容,做基础解释,大约10次。

先说这周六,封装和可靠性,涉及的面特别的杂,而且有一些内容是前后关联性,今天有些区别或者是共性的技术,会略略的牵扯到半导体芯片的部分


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举一个例子,谐振,对于电磁波而言,两列电磁波的“干涉”“共振”“谐振”,说的都是一回事儿,所以激光器叫相干光,用的是谐振腔来实现的共振频率放大。


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咱们的800G光模块,LPO,电信号112Gbps,PAM4,是吧,带宽~30GHz,就是3x10的10次方。

800G LPO的DR8,用的光波长是1310nm,光学频率是光速/波长,算一下约3x10的14次方


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光纤说的是光频段的电磁波,射频电缆是射频频段的电磁波,信号波导在内部传输

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咱们天天说的集成光学,InP波导是平面波导,铌酸锂也是平面上做的集成波导,硅光也是


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电信号的平面GSG的电磁波波导,有一个说法电极分布采用“共面波导”,共用一个平面。光学波导大多数是一个平面的共用,少数是多平面共用,比如12月11号那一期的铌酸锂,硅/氮化硅/TFLN,就是三个平面的波导。

电信号通过过孔做平面电磁波的转换,多层光学平面波导大多数采用倏逝波做层间转换,这就涉及到12月23号那一期的内容了。

Y3T129 共面波导


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既然是电磁波,就会有反射,谐振,模式等控制,还有波动速度控制等等。

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略看个例子,电路的谐振,RC电阻电容会产生谐振,LC电感电容也会产生谐振,谐振倒也不全是坏事。

三国里有个“驱虎吞狼”的说法,谐振这个事情也类似,用的好,就是优势,用不好,反受其害。


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比如,EML提升谐振频率,就是选择不用,让谐振频点“挪出”咱们的工作范围。


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为什么侧边打线,会提高谐振频率,是因为线短了,电感小,频率就提高挪出去

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那带来另一个问题,为什么大多数选择的还是后边电信号连接?是因为PCB的宽度有限,放这么多的芯片,挪不出侧边很多空间来。


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为什么现在的AC耦合的电容,不选多层电容,因为不是“宽频”电容,为什么不是宽频,是多层的层金属,有寄生电感,L和这个电容,产生低频谐振。所以不宽频,把这些层去掉,采用平板电容,Ok,就是宽频电容的基本,把平面“揉成皱褶”状,餐巾纸大家都揉过吧,对本质上还是一个平面,这就是3D小型化的硅电容,宽频电容。


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当然,如果能精准控制电感和电容,也可以提升性能,光迅啊、旭创啊,利用螺旋电感,利用键合金丝的寄生电感,来提升频率。


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硅的集成电流,用低k材料,就是降低电容,提高带宽的。这是选择挪出去的意思。

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比如华为今年的一个设计,硅光集成调制器,本质上是通过设计电容,提升整个器件的带宽。利用多层电极的层间分布,实现集成电容


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电路的谐振,还有经常提到的RC谐振,重点也是挪出去,半导体的PN结的结电容,现在已经严重影响了我们的带宽,各家的设计虽然看起来结构有很大差异,但是,原理是通用的。


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刚才的谐振,光和电,咱都看成电磁波的话,也会产生谐振,比如以太网光模块里,(用于高速调制的)DFB的占比会缩小,而EML和硅光的市场会增加,那是选择了(不直接调制的CW)DFB激光器。剔除了光电的谐振现象,当然也减少了直接调制DFB的AM和FM的影响,也就是啁啾。反正就是DFB不给调制信号


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25G DFB,50G DFB,把眼图展开,眼图是多个波形的叠加,只看一列波形的话,这个振荡就很明显


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电流(载流子)和激光器的(光子),二者在直接调制的信号1和信号0切变时,产生的震荡频率是一样的,会有一个共振频率,我们需要避开这个频率。

PPR频率拓宽,类似于LC的峰化,就振荡峰的利用,额外设计一个光子光子的电磁波振荡,来提升3dB带宽

费这么大劲,缝缝补补又三年,大多数厂家选择了不用直接调制DFB,而是EML来做400G和800G光模块

电磁波还有波动速度呢,光学波导的速度,和行波电极的信号波动速度,需要匹配,比如


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光学有单模多模之分,电信号其实也有,只是以前是低频电磁波,大家不咋注意这个事情,简单理解,DSP的焊球间距越来越近,射频电缆越来越细,TO引脚越来越细,这都是高频电信号的“电磁波长”变短,为了避免激发高阶模而选择的技术路线。

这些个选择,牵一发动全身,DSP焊点,有可靠性风险了,需要采用C2或其他工艺。


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光学的谐振,为什么DFB光栅,VCSEL的DBR,DBR叫做布拉格光栅,都是按照四分之一波长做设计的,那是一个光栅高低两层,二分之一波长,反射回来,那就是一个波长,通过谐振频点和非谐振频点,就划分出透反射光谱。


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TFF,用很多层的介质膜镀膜,因为需要很多层,所以前头的滤波器就很能很薄,所以间距就不能太小,750μm间距,1.5mm的间距等等。


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光栅,可以用多层镀膜来做,也可以一层层的生长,VCSEL的工艺,还可以周期性刻蚀,然后填埋,这就是下下周的半导体的掩埋光栅。

利用平面波导做阵列光栅,可以实现波长敏感性,进行合分波设计,MZ就是阵列为2的AWG,原理是一样的,只是光栅数量的区别,和滤波性能的差异



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比如可靠性里边的“准气密”,用树脂材料来做的气密


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咱们的光学芯片,大多数是化合物半导体来做的,对于水汽和氧气十分敏感,需要气密封装,具有阻水性和阻氧特性


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常用的气密材料,其实是多年以前产业筛选的最具有性价比的哪些材料

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准气密,其实里利用刚性分子来做的,比如液晶结构的LCP,高分子聚合物

Y4T144  高频柔性板之-LCP基材

LCP在一堆的高分子聚合树脂类材料里,阻水和阻氧特性都很好,可但是


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随着时间的推移,传统气密材料能保持气密特性,而树脂材料则很难,这也是LCP一直叫做准气密或者半气密的原因吧。


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LCP,被用在哪里呀,石英材料的平替,便宜,也具有各向异性。Y9T336 薄膜铌酸锂衬底的石英为何要α石英

铌酸锂很热闹,铌酸锂的膨胀系数,几个方向是不一样的。液晶也不一样,氧化硅的α晶体分布结构也具有各向异性。


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光器件的封装,每一个技术点或者材料,都是个罗圈腿车轱辘轴,绕过来绕过去的。

再一个我的PPT已经多到天天删,实在是讲不完。有一些今年陆陆续续撤下的章节,明年分个10期左右单独分析,这些视频大概率是会保留回放的,基础技术。

比如光纤,对于光纤而言,一方面讲一讲自身


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另一方面,做个对比,光纤是光学电磁波的波导啊,硅只是一个材料而已,波导的原理没有变化,对应起来就很容易理解了。


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比如,我车轱辘回答过很多次的信号的不同维度的叫法,他们的关联关系,明年单聊


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咱们模块里的一些单位,指标,参数,都是啥物理意义,也聊一下


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....,等这一期聊完,回头我把细节议题定下来,别急