Chip-on-board (COB) paketleme

Chip-on-board, optik ön ucu ayrı ayrı paketlenmiş parçalar olmadan oluşturmanın bir yoludur: çıplak lazer ve fotodiyot yongaları doğrudan modülün baskı devre kartına (veya küçük bir taşıyıcıya) yapıştırılır ve tel bağlanır, ardından bunları doğrudan fiber ferrülüne bağlayan bir lens dizisiyle kaplanır. Paralel kısa erişimli optiklerin ve aktif optik kabloların bu denli ucuz ve bu denli yoğun olmasının — ve onarılamamalarının — nedeni budur.

Klasik paketleme ile COB karşılaştırması

	TO-can TOSA / ROSA	Chip-on-board
Lazer / PD	pencereli ve lensli hermetik bir metal kutu içinde kapatılmış yonga, kanal başına bir adet	PCB üzerinde veya seramik/silikon bir taşıyıcı üzerinde çıplak yonga
Elektriksel bağlantı	kutu pimleri → esnek devre → PCB	tel bağlar (altın) veya doğrudan PCB izlerine flip-chip lehim topları
Optik kuplaj	kutu lensi → soket → konektör	yonga dizisinin üzerinde lens dizisi → MT/MPO ferrülü
Koruma	hermetik	kapsülleme malzemesi (glob-top, jel) veya bir kapak — hermetik değil
Kanallar	kutu başına 1; 4 şeritli bir modül için 4 kutu	tek bir dizide 4, 8, 12 şerit
Montaj	kutu başına manuel/yarı otomatik hizalama	pick-and-place, pasif hizalama, wafer seviyesinde test
Hacimde maliyet	daha yüksek	daha düşük
Onarım	bir kutuyu değiştirmek	kartın / kablonun tamamını değiştirmek

COB kullanım alanları

Paralel çok modlu optikler — 40G SR4, 100G SR4, 200G/400G SR8, 800G SR8: 4 veya 8 elemanlı bir VCSEL dizisi ve buna karşılık gelen bir PIN dizisi, her biri kalıplanmış bir lens dizisinin arkasında, bir MPO-12 veya MPO-16 ferrülüne bağlanır.
Aktif optik kablolar (AOC) — her iki uçta fiberin kalıcı olarak bağlı olduğu bir COB motoru; hiç soket yoktur, bu da kuplaj kaybını ve maliyeti ortadan kaldırır.
Kart üzeri optikler / COBO — takılabilir bir kafes yerine host kartı üzerinde ASIC’e yakın konumlandırılan optik motorlar.
Co-packaged optics (CPO) — aynı fikrin sınırına taşınmış hâli: anahtarın ASIC alt tabanı üzerine paketlenmiş optik yongalar.
Bazı tek modlu tasarımlar da COB kullanır (düzlemsel bir ışık dalgası devresi olan bir taşıyıcı üzerinde kenardan yayılan DFB/EML yongaları), ancak hermetiklik kaygıları tek modlu optiklerin çoğunu kutu içinde veya silikon fotonik paketlerde tutar.

VCSEL’ler COB’a özellikle iyi uyar: wafere dik biçimde ışıma yaptıklarından, bir dizi dilimlenmeden önce test edilebilir, kart üzerine yüzü yukarı bakacak şekilde yerleştirilebilir ve basit bir lensle bağlanabilir — uç yüzey kesme yok, kenar kuplajı yok (Lazer türleri).

Bir COB motoru nasıl yapılır

Alt taban — modülün PCB’sinin kendisi veya daha sonra PCB’ye lehimlenen bir taşıyıcı (seramik, silikon, cam); yüksek hızlı izler, optik yongalardan milimetrelerce uzakta yerleştirilmiş sürücü ve TIA IC’lerine gider.
Yonga montajı — VCSEL dizisi, PIN dizisi, sürücü ve TIA yongaları iletken epoksi veya AuSn lehimiyle sabitlenir; alt taban üzerinde hizalama işaretleri bulunur.
Tel bağlama — yonga pedlerinden alt taban pedlerine altın teller; bağ uzunluğu mümkün olduğunca kısa tutulur, çünkü 25–100G’de başlıca parazitik etken budur.
Lens dizisi — şerit başına bir lens ve hizalama pimleri bulunan, kalıplanmış cam veya polimer bir parça; makine görüşüyle hizalama işaretlerine göre (pasif hizalama) veya bağlanan gücü izleyerek aktif biçimde yerleştirilir.
Kapsülleme — yongaların ve bağların üzerinde saydam bir jel veya glob-top ya da bir kapak; optik yol lens boyunca açık kalır.
Ferrül — fiber şeridini taşıyan bir MT ferrülü, lens dizisinin kılavuz pimlerine takılır ve modülün ön panelinde bir MPO arayüzü sunar (veya bir AOC’nin sabit fiberini).
Test — yalnızca montajdan sonra: şerit başına göz diyagramı ve güç. Başarısız bir şerit, motorun hurdaya çıkarılması veya alt sınıfa düşürülmesi anlamına gelir.

Avantajlar

Hacimde maliyet — hermetik kutu yok, sekiz şerit için tek bir hizalama adımı.
Yoğunluk — iki kutunun kapladığı alanda sekiz şerit; SR8 ve AOC’yi mümkün kılar.
Yüksek hız performansı — kısa bağlar, yongaların hemen yanında sürücü ve TIA, düşük parazitik etkiler.
Termal yol — yongalar bir kutunun içinde değil, kartın bakırı üzerinde oturur.
Otomasyon — pick-and-place ve görüntü tabanlı hizalama, milyonlarca birime ölçeklenir.

Dezavantajlar

Hermetik değil — nem ve kirleticiler yongalara ulaşır; VCSEL’ler ve PIN’ler buna iyi dayanır, kenardan yayılan lazerler ise daha az. Uzun vadeli güvenilirliği kapsülleme malzemesinin kalitesi belirler.
Onarım yok — 8 şeritli bir dizideki tek bir bozulmuş VCSEL, modülün veya kablonun tamamını devre dışı bırakır; bir AOC’de bu, kablonun yeniden çekilmesi anlamına gelir (DAC, AOC ve alıcı-verici karşılaştırması).
Verim riski — hizalama ve bağlama, motor tam olarak test edilebilmeden önce yapılır.
Pratikte yalnızca çok modlu — erişim mesafesi VCSEL/MMF kombinasyonuyla sınırlıdır.

COB ve tanılama

Sekiz lazer aynı kartı ve aynı termal ortamı paylaştığından birlikte yaşlanır — ama aynı şekilde değil. Klasik COB arızası, bir SR4/SR8 dizisinde LACP tarafından veya modül düzeyindeki bir “OK” durumu tarafından gizlenen, diğer şeritler sorunsuzken tek bir şeridin güç kaybetmesidir. Şerit başına Tx bias ve Rx gücü, tek erken uyarıdır (Şerit başına tanılama, Arızalar). COB modülleri, aynı kart üzerinde standart SFF-8636 veya CMIS belleğini taşır; kimlik bilgileri diğer her modülde olduğu gibi kodlanır.

CodingBox’ta

CodingBox, COB tabanlı modülleri ve AOC uçlarını herhangi bir QSFP/QSFP-DD gibi okur: DDM ekranındaki şerit başına DDM verileri hangi şeridin zayıfladığını gösterir ve EEPROM editor hostun beklediği kimlik bilgilerini kodlar — bir COB modülünde fabrikadan çıktıktan sonra değiştirilebilecek tek şey budur.

Hizalama toleransları ve güvenilirlik açısından COB’un TO-kutularına ve kutu paketlere karşı durumu: Optik paketleme; AOC’lerin uçları olarak COB motorları: Kablo iç yapısı; COB’un ortadan kaldırdığı fabrika adımları: Üretim ve test.

Bu materyalde bir yanlışlık veya hata bulursanız ilgili bölümü seçin ve Ctrl+Enter tuşlarına basarak .