Chip-on-board (COB): бескорпусная сборка

Chip-on-board — способ построить оптический тракт без отдельно упакованных частей: бескорпусные кристаллы лазеров и фотодиодов приклеиваются и развариваются прямо на печатную плату модуля (или на небольшой носитель), а затем накрываются матрицей линз, которая вводит свет прямо в ферулу волокна. Это причина, по которой параллельная оптика короткой дальности и активные оптические кабели настолько дёшевы и плотны, — и причина, по которой их нельзя починить.

Классическая упаковка и COB

	TOSA / ROSA в TO-корпусе	Chip-on-board
Лазер / фотодиод	кристалл запаян в герметичный металлический корпус с окном и линзой, по одному на канал	бескорпусной кристалл на плате или керамическом/кремниевом носителе
Электрическое соединение	выводы корпуса → гибкий шлейф → плата	разварка золотой проволокой или flip-chip-столбики прямо на дорожки платы
Оптический ввод	линза корпуса → розетка → разъём	матрица линз над матрицей кристаллов → ферула MT/MPO
Защита	герметичная	заливка (glob-top, гель) или крышка — негерметично
Каналов	1 на корпус; 4 корпуса на 4-канальный модуль	4, 8, 12 каналов в одной матрице
Сборка	ручная/полуавтоматическая юстировка каждого корпуса	pick-and-place, пассивная юстировка, тест на пластине
Цена при объёме	выше	ниже
Ремонт	заменить корпус	заменить всю плату / кабель

Где применяется COB

Параллельная многомодовая оптика — 40G SR4, 100G SR4, 200G/400G SR8, 800G SR8: матрица VCSEL на 4 или 8 элементов и парная матрица PIN, каждая за литой матрицей линз, с вводом в ферулу MPO-12 или MPO-16.
Активные оптические кабели (AOC) — COB-движок на каждом конце с намертво закреплённым волокном; розетки нет вовсе, что убирает потери ввода и стоимость.
On-board optics / COBO — оптические движки на плате хоста рядом с ASIC, а не в сменной клетке.
Co-packaged optics (CPO) — та же идея, доведённая до предела: оптические кристаллы в корпусе на подложке ASIC коммутатора.
Часть одномодовых конструкций тоже использует COB (торцевые кристаллы DFB/EML на носителе с планарной световодной схемой), но вопросы герметичности удерживают большинство одномодовой оптики в корпусах или в упаковке кремниевой фотоники.

VCSEL особенно подходят для COB: они излучают перпендикулярно пластине, поэтому матрицу можно протестировать до разделения, положить лицом вверх на плату и состыковать простой линзой — без скалывания граней, без торцевого ввода (Типы лазеров).

Как собирается COB-движок

Подложка — сама плата модуля или носитель (керамика, кремний, стекло), позже припаиваемый к плате; высокоскоростные дорожки идут к микросхемам драйвера и TIA, размещённым в миллиметрах от оптических кристаллов.
Монтаж кристаллов — матрица VCSEL, матрица PIN, кристаллы драйвера и TIA крепятся проводящей эпоксидкой или припоем AuSn; на подложке — реперные метки.
Разварка — золотые проволочки от площадок кристалла к площадкам подложки; длину держат минимальной, потому что это главный паразитный элемент на 25–100G.
Матрица линз — литая стеклянная или полимерная деталь с линзой на каждый канал и направляющими штифтами, устанавливается машинным зрением по реперам (пассивная юстировка) или активно с контролем введённой мощности.
Заливка — прозрачный гель или glob-top поверх кристаллов и разварки, либо крышка; оптический путь остаётся открытым через линзу.
Ферула — ферула MT с ленточным волокном надевается на штифты матрицы линз, давая интерфейс MPO на панели модуля (или несъёмное волокно AOC).
Тест — только после сборки: глазковая диаграмма и мощность по каналам. Отказавший канал означает списанный или переклассифицированный движок.

Преимущества

Цена при объёме — без герметичных корпусов, одна юстировка на восемь каналов.
Плотность — восемь каналов в габарите двух корпусов; делает возможными SR8 и AOC.
Высокоскоростные характеристики — короткая разварка, драйвер и TIA рядом с кристаллами, малые паразитные элементы.
Тепловой путь — кристаллы лежат на меди платы, а не внутри корпуса.
Автоматизация — pick-and-place и юстировка машинным зрением масштабируются на миллионы.

Недостатки

Негерметичность — влага и загрязнения достигают кристаллов; VCSEL и PIN это терпят хорошо, торцевые лазеры — хуже. Качество заливки решает долговременную надёжность.
Неремонтопригодность — один деградировавший VCSEL в 8-канальной матрице списывает весь модуль или кабель; для AOC это перетяжка кабеля (DAC, AOC или трансиверы).
Риск выхода годных — юстировка и разварка делаются до того, как движок можно полностью протестировать.
На практике только многомод — дальность ограничена сочетанием VCSEL/MMF.

COB и диагностика

Поскольку восемь лазеров делят одну плату и одну тепловую среду, они стареют вместе — но не одинаково. Классический отказ COB — один канал матрицы SR4/SR8 теряет мощность при нормальных остальных, скрытый LACP или «OK» уровня модуля. Поканальные ток смещения Tx и мощность Rx — единственное раннее предупреждение (Поканальная диагностика, Отказы). COB-модули несут стандартную память SFF-8636 или CMIS на той же плате; их идентификация кодируется как у любого модуля.

В CodingBox

CodingBox читает COB-модули и концы AOC как любой QSFP/QSFP-DD: поканальный DDM на экране DDM показывает умирающий канал, а редактор EEPROM кодирует идентификацию, которую ожидает хост, — единственное в COB-модуле, что можно изменить после выхода с завода.