有人說，20世紀(jì)是電的世紀(jì)，21世紀(jì)是光的世紀(jì)；知光解電，再小的個(gè)體都可以被賦能。歡迎來到今日光電！

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        2019年數(shù)據(jù)中心光模塊銷量將超過5000萬只，市場(chǎng)規(guī)模有望在2021年達(dá)到49億美元，以上所有的數(shù)據(jù)都表明光模塊市場(chǎng)正面臨一個(gè)巨大的機(jī)遇。而如何抓住機(jī)遇，關(guān)鍵點(diǎn)在于技術(shù)革新，那么今天就來與大家探討一下光模塊市場(chǎng)的技術(shù)革新趨勢(shì)。

市場(chǎng)對(duì)光模塊的要求

首先，我們都知道市場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)中心光模塊的要求可以歸納為以下6點(diǎn)：

? 低價(jià)格：數(shù)據(jù)中心大量使用光模塊的基礎(chǔ)，也是推動(dòng)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的動(dòng)力；

? 低功耗：順應(yīng)人類綠色發(fā)展的理念，在保護(hù)環(huán)境的前提下推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；

? 高速率：滿足日益增長(zhǎng)的云計(jì)算，大數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)通信的要求；

? 高密度：提高單位空間內(nèi)光傳輸信道的數(shù)量，達(dá)到提高數(shù)據(jù)傳輸容量的目的；

? 短周期：近期數(shù)據(jù)通信急速發(fā)展的特征，一般生命周期為3-5年；

? 窄溫度：數(shù)據(jù)中心光模塊的應(yīng)用都是在有溫濕度控制的室內(nèi)，因此有人提議工作溫度可定義成15度到55度之間比較窄的溫度范圍 -- 這是一種量體裁衣的合理做法。

通過分析上面的六點(diǎn)要求，我們可以得知光模塊市場(chǎng)具有積極開放，歡迎導(dǎo)入新技術(shù)的特征，以及探討新標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用條件的氛圍。同時(shí)數(shù)據(jù)中心光模塊市場(chǎng)是一個(gè)根據(jù)實(shí)際要求，合理地定義光模塊壽命及工作條件，充分優(yōu)化光模塊性價(jià)比的市場(chǎng)。這一切為數(shù)據(jù)中心光模塊技術(shù)的發(fā)展提供了絕好的條件。

技術(shù)趨勢(shì)一：實(shí)現(xiàn)非氣密性封裝

    由于光組件（OSA）的成本占光模塊成本的60%以上，而光芯片降成本的空間已越來越小，所以最有可能降低成本的是封裝成本。在保證光模塊性能及可靠性的同時(shí)，推動(dòng)封裝技術(shù)從比較昂貴的氣密封裝走向低成本的非氣密封裝成為關(guān)鍵。

    非氣密封裝需要在保證光器件自身非氣密性的前提下，同時(shí)進(jìn)行光組件設(shè)計(jì)的優(yōu)化，封裝材料以及工藝的改進(jìn)等。其中以光器件（特別是激光器）的非氣密化最為挑戰(zhàn)。如果激光器件實(shí)現(xiàn)了非氣密化，昂貴的氣密封裝的確就不需要了?？上驳氖?，近年來行業(yè)內(nèi)已有公開宣稱自己的激光器可以適用于非氣密應(yīng)用的廠商?？v觀現(xiàn)在大量出貨的數(shù)據(jù)中心光模塊，多是以非氣密封裝為主?？磥矸菤饷芊庋b技術(shù)已經(jīng)很好地被數(shù)據(jù)中心光模塊業(yè)界及客戶接受。

技術(shù)趨勢(shì)二：混合集成技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)

    混合集成技術(shù)通常是指將不同材料集成在一起。也有將部分自由空間光學(xué)和部分集成光學(xué)的構(gòu)造叫做混合集成。在多通道，高速率，低功耗需求的驅(qū)動(dòng)下，要求相同容積的光模塊所能提供的數(shù)據(jù)傳輸量越大越好，所以光子集成技術(shù)漸漸地成為現(xiàn)實(shí)。

    光子集成技術(shù)的意義也比較廣泛：比如說基于硅基的集成（平面光波導(dǎo)混合集成，硅光等），基于磷化銦的集成等。典型的混合集成是將有源光器件（激光器，探測(cè)器等）集成到具有光路連接或者其他一些無源功能（分合波器等）的基板上（平面光波導(dǎo)，硅光等）?；旌霞杉夹g(shù)可以將光組件做得很緊湊，順應(yīng)光模塊小型化趨勢(shì)，方便使用成熟自動(dòng)化IC封裝工藝，有利于大量生產(chǎn)，是近期數(shù)據(jù)中心用光模塊行之有效技術(shù)的方法。

技術(shù)趨勢(shì)三：倒裝焊技術(shù)趨于成熟

倒裝焊是從IC封裝產(chǎn)業(yè)而來的一種高密度芯片互聯(lián)技術(shù)。在光模塊速率突飛猛進(jìn)的今天，縮短芯片之間的互聯(lián)是一個(gè)有效的選項(xiàng)。通過金-金焊或者共晶焊將光芯片直接倒裝焊到基板上，比金線鍵合的高頻效果要好得多（距離短，電阻小等）。另外對(duì)于激光器來說，由于有源區(qū)靠近焊點(diǎn)，激光器產(chǎn)生的熱比較容易從焊點(diǎn)傳到基板上，對(duì)于提高激光器在高溫時(shí)的效率有很大幫助。因?yàn)榈寡b焊是IC封裝產(chǎn)業(yè)的成熟技術(shù)，已經(jīng)有很多種用于IC封裝的商用自動(dòng)倒裝焊機(jī)。光組件因?yàn)樾枰饴否詈?，因此?duì)精度要求很高。這幾年光組件加工用高精度倒裝焊機(jī)十分搶眼，許多情況下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無源對(duì)光，極大地提高了生產(chǎn)力。因?yàn)榈寡b焊（也叫自動(dòng)邦定貼片）機(jī)具有高精度，高效率，高品質(zhì)等特點(diǎn)，倒裝焊技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心光模塊業(yè)界的一種重要工藝。

技術(shù)趨勢(shì)四：COB技術(shù)大量采用

        COB（Chip On Board）技術(shù)就是通過膠貼片工藝（epoxy die bonding）先將芯片或光組件固定在PCB上，然后金線鍵合（wirebonding）進(jìn)行電氣連接，最后頂部滴灌膠封。這種非氣密封裝工藝的好處是可以使用自動(dòng)化。比如說光組件通過倒裝焊等混合集成以后，可以看成是一個(gè)“芯片”。然后再采用COB技術(shù)將其固定在PCB上。目前COB技術(shù)已經(jīng)得到大量采用，特別是在短距離數(shù)據(jù)通信使用VCSEL陣列的情況。集成度高的硅光也可以使用COB技術(shù)來進(jìn)行封裝。

技術(shù)趨勢(shì)五：硅光技術(shù)的應(yīng)用

        首先，硅光技術(shù)的走向?qū)?huì)是光電集成（OEIC：Opto-Electric Integrated Circuits），也就是將目前分離光電轉(zhuǎn)換（光模塊）變成光電集成中的局部光電轉(zhuǎn)換，更進(jìn)一步推動(dòng)系統(tǒng)的集成化。不可否認(rèn)，硅光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)很多功能，但目前比較耀眼的還是硅調(diào)制器。而硅光技術(shù)之所以難以進(jìn)入光模塊市場(chǎng)，有以下3種原因：

? 硅光技術(shù)需要巨大的前期投入，這一點(diǎn)是很重要的限制因素。

? 在100G速率，傳統(tǒng)光模塊已經(jīng)做得十分成功，硅光要大量進(jìn)入不太容易。

? 硅光的大量應(yīng)用也取決于業(yè)界對(duì)技術(shù)的開放與接受程度。

同時(shí)硅光技術(shù)也有以下3種技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

? 由于數(shù)據(jù)中心光模塊市場(chǎng)大量需求集中在2公里以內(nèi)，加之低成本、高速率、高密度等的強(qiáng)烈要求，比較適合硅光的大量應(yīng)用。

? 在200G，400G以上速率，由于傳統(tǒng)直接調(diào)制式已經(jīng)接近帶寬的極限，EML的成本又比較高，對(duì)硅光來說將會(huì)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。

? 如果在制定標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議時(shí)考慮到硅光的特點(diǎn)，在滿足傳輸條件的前提下放松一些指標(biāo)（波長(zhǎng)，消光比等），這將會(huì)極大地促進(jìn)硅光的應(yīng)用。

因此，如果硅光技術(shù)最終能克服限制因素，成功融合到光模塊之中，無疑將會(huì)推動(dòng)光模塊技術(shù)的發(fā)展。

技術(shù)趨勢(shì)六：板載光學(xué)的應(yīng)用

如果說OEIC是究極的光電集成方案，板載光學(xué)則是介于OEIC和光模塊之間的一項(xiàng)技術(shù)。板載光學(xué)將光電轉(zhuǎn)換功能從面板搬到主板處理器或者關(guān)聯(lián)電芯片之旁。因?yàn)楣?jié)省空間而提高了密度，也減少高頻信號(hào)的走線距離，從而降低功耗。

                    板載光學(xué)最開始主要是集中在采用VCSEL陣列的短距離多模光纖中，然而最近也有采用硅光技術(shù)在單模光纖里的方案。除了單純光電轉(zhuǎn)換功能的構(gòu)成以外，也有將光電轉(zhuǎn)換功能（I/O）和關(guān)聯(lián)電芯片（processing）封裝在一起的形式（Co-package）。板載光學(xué)雖具有高密度的優(yōu)點(diǎn)，但制造，安裝，維護(hù)成本還較高，目前多是應(yīng)用在超算領(lǐng)域。相信隨著技術(shù)的發(fā)展及市場(chǎng)的需要，板載光學(xué)也會(huì)逐漸進(jìn)入到數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)領(lǐng)域內(nèi)來。