Chip-on-board-behuizing (COB)

Chip-on-board is een manier om de optische front-end te bouwen zonder afzonderlijk verpakte onderdelen: de kale laser- en fotodiode-dies worden rechtstreeks gelijmd en met bondwires op de printplaat van de module (of een kleine drager) verbonden en daarna afgedekt met een lensarray die ze rechtstreeks koppelt aan de glasvezelferrule. Daardoor zijn parallelle optica voor korte afstanden en actieve optische kabels zo goedkoop en compact — en kunnen ze niet worden gerepareerd.

Klassieke behuizing versus COB

	TO-can TOSA / ROSA	Chip-on-board
Laser / PD	die hermetisch afgesloten in een metalen can met venster en lens, één per kanaal	kale die op de PCB of een keramische/siliciumdrager
Elektrische aansluiting	can-pinnen → flexcircuit → PCB	bondwires (goud) of flip-chip-bumps rechtstreeks naar PCB-sporen
Optische koppeling	can-lens → receptacle → connector	lensarray boven de die-array → MT/MPO-ferrule
Bescherming	hermetisch	encapsulant (glob-top, gel) of een deksel — niet-hermetisch
Kanalen	1 per can; 4 cans voor een 4-lane module	4, 8, 12 lanes in één array
Assemblage	handmatige/semi-automatische uitlijning per can	pick-and-place, passieve uitlijning, wafertest
Kosten bij volume	hoger	lager
Reparatie	een can vervangen	de hele printplaat / kabel vervangen

Waar COB wordt gebruikt

Parallelle multimode-optica — 40G SR4, 100G SR4, 200G/400G SR8, 800G SR8: een 4- of 8-elementen-VCSEL-array en bijpassende PIN-array, elk achter een gegoten lensarray, gekoppeld aan een MPO-12- of MPO-16-ferrule.
Actieve optische kabels (AOC) — een COB-engine aan elk uiteinde met de glasvezel permanent bevestigd; helemaal geen aansluiting, wat koppelverlies en kosten wegneemt.
On-board optics / COBO — optische engines op de hostprintplaat gemonteerd, dicht bij de ASIC in plaats van in een insteekcage.
Co-packaged optics (CPO) — hetzelfde principe tot het uiterste doorgevoerd: optische dies verpakt op het substraat van de switch-ASIC.
Sommige singlemode-ontwerpen gebruiken ook COB (randemitterende DFB/EML-chips op een drager met een planair lichtgolfcircuit), maar zorgen over hermetische afdichting houden de meeste singlemode-optica in TO-cans of silicon-photonicsbehuizingen.

VCSELs zijn bijzonder geschikt voor COB: ze zenden loodrecht op de wafer uit, zodat een array vóór het versnijden kan worden getest, met de voorzijde omhoog op de printplaat kan worden geplaatst en met een eenvoudige lens kan worden gekoppeld — geen facetcleaving, geen randkoppeling (Lasertypen).

Hoe een COB-engine wordt gebouwd

Substraat — de module-PCB zelf, of een drager (keramiek, silicium, glas) die later op de PCB wordt gesoldeerd; hogesnelheidssporen lopen naar de driver- en TIA-ICs, op millimeters afstand van de optische dies geplaatst.
Diebevestiging — VCSEL-array, PIN-array, driver- en TIA-dies worden vastgezet met geleidende epoxy of AuSn-soldeer; uitlijnmarkeringen op het substraat.
Wire bonding — gouddraden van chippads naar contactvlakken op het substraat; de draadlengte blijft minimaal omdat die de belangrijkste parasitaire factor is bij 25–100G.
Lensarray — een gegoten glazen of polymeer onderdeel met één lens per lane en uitlijnpinnen, via machine vision op de uitlijnmarkeringen geplaatst (passieve uitlijning) of actief terwijl het gekoppelde vermogen wordt bewaakt.
Encapsulatie — een transparante gel of glob-top over chips en bondverbindingen, of een deksel; het optische pad blijft open door de lens.
Ferrule — een MT-ferrule met het glasvezellint wordt op de geleidepinnen van de lensarray geplaatst en biedt een MPO-interface aan de voorplaat van de module (of de vaste glasvezel van een AOC).
Test — pas na assemblage: oogdiagram en vermogen per lane. Een defecte lane betekent een afgekeurde of lager ingedeelde optische eenheid.

Voordelen

Kosten bij volume — geen hermetische TO-cans, één uitlijnstap voor acht lanes.
Dichtheid — acht lanes op de voetafdruk van twee cans; maakt SR8 en AOC mogelijk.
High-speedprestaties — korte bonds, driver en TIA naast de dies, lage parasitaire effecten.
Thermisch pad — dies bevinden zich op het koper van de printplaat in plaats van in een can.
Automatisering — pick-and-place en vision-uitlijning schalen naar miljoenen eenheden.

Nadelen

Niet-hermetisch — vocht en verontreinigingen bereiken de dies; VCSELs en PINs verdragen dit goed, randemitterende lasers minder. De kwaliteit van het encapsulant bepaalt de langetermijnbetrouwbaarheid.
Geen reparatie — één verslechterde VCSEL in een 8-lane array legt de hele module of kabel stil; bij een AOC betekent dat de kabel opnieuw trekken (DAC versus AOC versus transceivers).
Opbrengstrisico — uitlijning en bonding vinden plaats voordat de optische eenheid volledig kan worden getest.
In de praktijk alleen multimode — het bereik wordt begrensd door de VCSEL/MMF-combinatie.

COB en diagnostiek

Omdat de acht lasers één printplaat en één thermische omgeving delen, verouderen ze samen — maar niet identiek. De klassieke COB-storing is dat één lane van een SR4/SR8-array vermogen verliest terwijl de andere goed werken, verborgen door LACP of een modulebrede ‘OK’. Per-lane Tx bias en Rx power zijn de enige vroege waarschuwingen (Diagnostiek per lane, Storingen). COB-modules bevatten het standaard SFF-8636- of CMIS- geheugen op dezelfde printplaat; hun identiteit is net als bij elke andere module gecodeerd.

In CodingBox

CodingBox leest COB-gebaseerde modules en AOC-uiteinden als elke andere QSFP/QSFP-DD: DDM per lane op het DDM-scherm toont welke lane uitvalt, en de EEPROM editor codeert de identiteit die een host verwacht — het enige aan een COB-module dat wel kan worden gewijzigd nadat deze de fabriek heeft verlaten.

COB tegenover TO-cans en boxbehuizingen, met uitlijntoleranties en betrouwbaarheid: Optische behuizing; COB-eenheden als de uiteinden van AOCs: Kabelinterne onderdelen; de fabricagestappen die COB wegneemt: Fabricage en testen.

Vindt u een onjuistheid of fout in dit materiaal? Selecteer het betreffende fragment en druk op Ctrl+Enter om .