光電模塊外殼廠家

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本文目錄一覽：

1、光電模塊外殼廠家

2、wtd光模塊是哪個公司？

光電模塊外殼廠家

光模塊（圖1）是光通信系統中的重要部件，主要作用是實現光電信號的相互轉化，附帶通信信號的監控管理等功能。在光纖網絡遍布的今天，光模塊的應用場景也越來越多。例如我們在用手機打電話時，手機信號和基站之間是無線電通信，從基站到服務器之間通過光纖鏈路連接，就需要用到光模塊；光纖入戶的寬帶網絡和數據中心內大量交換機的相互連接也需要用到光模塊。

圖1 恒寶通光模塊實物圖

光模塊市場需求情況

據Lightcounting 預計，2022年全球光模塊市場將達到81.32億美元，預計2021~2026年的復合年增長率可能達到13.7%。其中數據中心應用光模塊占比已經超過電信市場光模塊，預計2022年占比達到55%以上。圖2為光模塊全球市場及資本開支情況分析。

圖2 光模塊全球市場及資本開支情況。（a）全球光模塊市場應用領域情況；（b）中國云廠商資本開支情況 （圖片來源：五礦證券）

數據中心整體資本支出仍在快速擴張。據Cignal AI長期預測，2021~2026年，計算和存儲云基礎設施支出的復合年增長率(CAGR)將達到12.6%。后疫情時代線上生活工作方式的變化、公有云（公有云是指第三方提供商通過公共Internet為用戶提供的云服務，用戶可以通過Internet訪問云并享受各類服務，包括并不限于計算、存儲、網絡等。）巨頭的全球擴張以及AI在各行業的快速落地發展下，數據中心投資保持著強勁勢頭，使得數據中心光模塊市場景氣度持續提升。

預計在“十四五”期間，我國大數據中心投資將以每年超過20%的速度增長，累計帶動各方面投資將超過3萬億元。隨著2022年2月“東數西算”工程的全面啟動，在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地將建設國家算力樞紐節點，并規劃了10個國家數據中心集群。超大規模數據中心的建設將提供大量的光模塊需求，也加快了數據中心光模塊封裝技術迭代更新速度。

與此同時，國內光模塊廠家的市場占有率也在快速提升。據 Lightcounting 數據統計，從2010年到2020年，國內光模塊廠家全球份額從16.8%提升到43.9%，據預測國產廠家 2022~2024 年市場占有率將每年增加3%。圖3為光模塊在電信市場及數據中心應用場景。

圖3 光模塊在電信市場及數據中心應用場景。（a）5G電信網絡構架（圖片來源：國聯證券）；（b）數據中心脊葉服務器構架（圖片來源：http://www.infiberone.cn）

數據中心光模塊COB封裝技術

根據應用場景和要求的不同，光模塊大致可以分為電信級和數據中心光模塊。前者應用的環境條件惡劣，更換維護困難；后者相對環境溫和，維護便利。例如在室外基站上使用的電信級光模塊，在日照強烈的時候可能面臨80 ℃的高溫工作環境，而在北方的冬夜環境溫度可能低至零下40 ℃。同時，為了保障信號覆蓋，這些基站可能處于山林等交通不便的地方，難以進行經常性維護。這些特點都決定了電信級光模塊對可靠性保障的高要求。

反觀數據中心應用場景，可能處于空調控溫控濕的機房內，常駐維護人員可以隨時進行檢修，因此對可靠性要求相對較低。綜合應用場景、要求、成本等多方面的考慮，演化出了不同的光模塊封裝技術。目前，電信級光模塊多采用氣密性的To-can或BOX（盒式）封裝技術；數據中心光模塊多采用非氣密性COB封裝技術，如圖4。COB全稱是chip on board，即板上芯片封裝，將裸芯片用導電或非導電膠粘附在PCB上，然后進行引線鍵合實現其電氣連接，并用膠把芯片和鍵合引線包封。該封裝技術最早廣泛應用于LED的封裝，后來被引入光模塊的封裝。

圖4 （a）BOX封裝光模塊實物圖；（b）COB封裝光模塊實物圖

（1）更好的高速信號連接性能

采用氣密性封裝的電信級光模塊，激光器與PCB的連接需要通過FPC（軟排線）和高頻陶瓷，然后才通過金線與激光器連接。在多個連接點上阻抗連續性難以保障，信號完整性損失在所難免。而在COB封裝中，激光器能夠直接與PCB通過金線鍵合連接，大大減少了阻抗不連續點，更好地保障了高速信號從PCB到LD的連接，進而表現為更大的眼圖模板余量和更高的靈敏度性能。

（2）能夠減小體積和成本

COB封裝由于節省了高頻陶瓷盒、軟纜等部件，節約了空間。其優勢在光模塊不斷追求更加小型化封裝的今天更為明顯。以采用EML激光器的400G QSFP-DD光模塊為例（圖5），需要DML偏置、EA偏置、EA調制、DSP等大量電芯片，光學部分需要EML、隔離器、透鏡等元器件。如果采用氣密性封裝，光器件就會占據很大的空間，大大壓縮電學器件的布置空間，給模塊設計帶來很大挑戰。而使用COB封裝，節約的空間能夠給電學提高更多冗余設計，比如增加更多濾波電容、更大的高頻信號隔離布局，從而提升模塊性能。

圖5 400 G光模塊實物圖，小尺寸要求和大量元器件給封裝設計帶來挑戰

從成本上看，COB封裝節省了高頻陶瓷盒和軟纜等部件，工藝步驟上節省了充氮焊接密封、BOX檢漏、FPC焊接、光器件單獨檢測等，能夠減少物料成本和生產成本。

（1）敏感器件壽命降低

在COB封裝中，光學器件和部分電芯片，如驅動器、TIA等直接暴露在環境中，導致使用壽命受到不利影響。而在氣密性封裝中，LD被密封在充滿氮氣的盒子中，與外界環境隔絕，更好地保障LD的穩定工作。

近幾年，模塊廠商也借鑒兩種封裝技術，開發了一些有限氣密的技術來提升COB模塊中LD的壽命。例如將LD貼裝在半開口的金屬盒中，PCB可以通過開孔進入金屬盒中直接與LD連接，同時金屬盒可以通過膠水密封，提供一定程度的密封性。

（2）不利于不良品返修

在BOX封裝中，光器件能夠完全與PCB分開制作，單獨檢測。任一部分出現問題都可以單獨更換維修。

在COB模塊中，由于光器件直接與PCB板連接，需要整體制作完成后才能進行性能測試。如果出現不良，排查是電芯片還是光芯片問題，更加困難，返修更換器件也更容易造成報廢，可能出現一顆光芯片損壞，導致整個模塊報廢的情況，在一定程度上增加了整個生產過程中的報廢率。因此，COB封裝工藝中，工藝穩定性和良品率就顯得尤為重要。

COB封裝光模塊的主要工藝步驟包括貼片（die bonding）、打線（wire bonding）、光學耦合、測試（圖6）。

圖6 光模塊COB封裝工藝流程

Die bonding，即用膠水貼裝的方式將各類芯片固定在PCB上，例如數據中心光模塊內的時鐘恢復芯片、激光器驅動芯片、跨阻放大器芯片、激光器芯片、探測器芯片等，常用銀膠直接貼裝在PCB上。貼裝中要注意位置精度是否滿足要求、芯片粘接是否牢固等，對于激光器、驅動器功耗較大、發熱量高的芯片，還需要關注貼片后接觸散熱性能情況。

wire bonding是指將芯片的引腳與PCB上的焊盤通過導線實現電氣連接，通常使用金絲鍵合技術（圖7）。該步驟要關注導線連接是否接觸良好，有無虛接，常用引線拉力測試的方式來檢查。在高速光模塊中，往往線路復雜，需要大量的交叉打線，這時就需要注意是否有引線塌陷搭接等問題。對于高速信號引腳的連接，要注意引線的長度和數量，一般用減少引線長度、增加引線數量來提升信號的完整性。

圖7 COB封裝中wire bonding實物圖，通過金線將芯片焊盤與電路板焊盤連接

耦合（圖8）是光模塊封裝中工時最長、最容易產生不良品的步驟。對多模光模塊來說，普遍采用面發射激光器vcsel，經反射鏡耦合進入多模光纖中。光路簡單、容差大、工藝相對簡單。對單模光纖則復雜的多，由于單模光纖纖芯直徑比多模光纖小，只有9 μm，需要透鏡進行聚焦耦合。在需要多路耦合的模塊中，如LR4，還需要加入和分波元件，進一步加大了光路的復雜度。耦合需要用到的一個重要輔料是紫外固化膠，它主要用于粘接耦合透鏡。其特點是膠水經紫外光照射后快速固化，收縮率低，適合對粘接固定精度有很高要求的準直耦合透鏡使用。

圖8 COB耦合工藝。（a）雙透鏡耦合示意圖；（b）恒寶通自主開發自動化耦合設備示意圖

測試是光模塊生產的最后步驟，主要分為性能測試和可靠性測試。常見的性能測試項包括眼圖余量、消光比、發射功率、接收靈敏度等。可靠性測試項通常包括高低溫帶電老化測試、高低溫循環沖擊測試、振動測試、多次插拔測試等。

數據中心光模塊封裝技術發展趨勢

整體上看，數據中心光模塊的需求趨勢是更加小型化的封裝、更高的傳輸速率和更低成本。目前，100 G速率光模塊在數據中心已經大量普及；400 G速率光模塊在國外大規模數據中心也已商用多年，國內數據中心也開始逐步引入；800 G速率光模塊正處于商用的早期階段。面對更高速率的需求，傳統光模塊封裝面臨越來越多的困難，包括封裝復雜的提升、良率降低導致成本加大、器件帶寬受限等。在這一背景下，硅光模塊、共封裝光學（CPO）等新技術的商用化受到更多期待。

硅光在光模塊中的應用旨在通過高度集成化的硅光芯片，將原本分立的光學元器件，如調制器、探測器、MUX/DeMUX、透鏡、棱鏡等集成在一起，達到簡化工藝，降低成本目的。目前，硅光芯片已經能夠將探測器、高速調制器、波導、合分波器等器件集成在同一硅基襯底上，預期將來還能夠集成CDR、TIA等更多電芯片，大大提升光模塊的集成度。

2022年，400 G速率的硅光模塊已經開始批量進入市場。市場研究機構Yole預測，到2025年，硅光模塊將達到36.7億美元，成為光模塊市場的重要一部分。圖9展示了各類硅光器件。

圖9 各類硅光器件。（a）陣列波導光柵；（b）平板凹面光柵；（c）環形諧振器；（d）多模干涉器；（e）交叉復用器；（f）布拉格光柵 [1]

共封裝光學技術（CPO）近年來也得到越來越多的關注，其在電氣連接損耗上相比傳統可插拔形式的光模塊有很大優勢。CPO技術通過將光電芯片和交換芯片共同封裝在一起，大幅縮短高頻走線的長度，從而解決了更高速率下電信號衰減嚴重的問題，也使得其在帶寬、尺寸、重量和功耗等方面相較可插拔形式有著很大優勢。

但CPO技術目前還有部分問題待進一步解決，包括高密度光電PCB板工藝、高精度的光電芯片封裝工藝和散熱設計、高度集成化光電芯片的可靠性等。CIR預測，2027年CPO市場收入有望達到54億美元。圖10為板上連接技術演進示意圖。

圖10 板上連接技術演進示意圖。從上至下：銅纜連接，可插拔光器件、板載光學器件、2.5D CPO封裝、2.5D芯片級CPO封裝、3D CPO封裝[2]

參考文獻：

[1] Tokuda, T., Ohta, J., Tashiro, H., & Terasawa, Y. (2018). Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering: Retinal Prosthesis. In J. Webster (Ed.), Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering: Retinal Prosthesis John Wiley & Sons, Inc..

[2] Minkenberg, C., Krishnaswamy, R., Zilkie, A. and Nelson, D. (2021), Co-packaged datacenter optics: Opportunities and challenges. IET Optoelectron, 15: 77-91.

作者簡介：葉宇，深圳市恒寶通光電子股份有限公司副總經理，博士，主要研究方向為光電子器件及封裝技術。

wtd光模塊是哪個公司？

WTD光模塊是武漢電信器件有限公司。公司主要開發、生產、銷售光通信用半導體激光器組件、探測器組件、光發射/接收模塊、光收發合一模塊等，具備從芯片到器件、模塊的全系列產品的研究開發和生產加工能力。武漢電信器件有限公司是中國主流的光電有源器件制造商和供應商之一，在國際上享有相當的知名度和影響力。

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