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端面刻蚀技术:为云数据中心点亮通往400G及更高速率之路

2017-06-27   来源:互联网   点击:
前 言 如今的云数据中心每年需要处理约5万亿千兆字节的数据流量,而随着数以百万计的新用户加入云连接的大军以及新型物联网(IoT)设施的上线,这一数字在未来几年间还将呈现几何级数的增长。 这就要求云数据中心...

 前 言

如今的云数据中心每年需要处理约5万亿千兆字节的数据流量,而随着数以百万计的新用户加入云连接的大军以及新型物联网(IoT)设施的上线,这一数字在未来几年间还将呈现几何级数的增长。

这就要求云数据中心不断降低成本,并具有超大规模增长的潜力。MACOM的端面刻蚀技术(EFT)能够推动云数据中心的光互连实现颠覆性的发展,让云数据中心在成本和大规模生产方面获得双重突破。

成 熟 的 技 术

MACOM拥有先进的端面刻蚀(EFT)技术及商业规模的制造能力,这样的竞争优势帮助MACOM把握住100G技术在云数据中心领域的发展机遇,再创像之前在PON市场那样的辉煌业绩,为成本的降低带来新的突破。PON是目前世界上最大的DFB激光器市场,对产能和成本极为敏感。

凭借EFT技术和4英寸InP晶圆的使用,MACOM已经向PON市场输送了2亿多个10G以下级激光器。据MACOM估计,MACOM在2016年的市场份额已超过70%。在云数据中心领域,凭借MACOM现有制造能力,MACOM估计可以满足1000万件的产量,从而将在PON市场的显著优势延伸到对每比特成本要求更高的巨大市场。

制 造 效 率

EFT利用晶圆级制造的成本结构优势,克服了传统切割端面技术(CFT)的固有限制,创造出成本和产能的优势,使面向光模块的激光器的制造成本显著降低。

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CFT技术的激光器采用机械切割方式,这种缺乏精准度的工艺会引发大量异常,影响光发射,从而增大激光器产生缺陷的风险。相比之下,EFT的高精度化学蚀刻可将缺陷风险降至最低,从而最大限度提高产量。这同时也降低了激光器的制造成本,为交付更具成本优势的最终解决方案奠定了基础。

电子束光刻或全息界定是MACOM将EFT技术纳入分布反馈式激光器的重要环节,这项工艺可以产生高精度光栅,从而实现理想的波长控制。

采用CFT的竞争产品必须将晶圆切割成晶条,来形成激光腔的端面,而MACOM的EFT方法能够进行晶圆级加工,可基于整个晶圆完成激光器的形成。CFT激光器的晶条级测试成本高昂,并且通常只能在室温下进行,而晶圆级EFT激光器可实现每个激光器全温度范围测试,效率极高,并且完全避免在下游对任何有缺陷的激光器进行封装。

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MACOM的25G激光器系列

MACOM面向100G云数据中心应用的25G激光器产品组合将EFT的固有优势融于一身。MACOM的25G激光器产品组合充分利用了我们自主的晶圆级InP制造优势,汲取了我们在竞争激烈的成本敏感的PON市场中的宝贵经验,体现出超越现有主流激光器供应商的成本和产能优势,巩固了我们在行业的领导地位,为支持云数据中心的爆炸性增长做出贡献。

从 激 光 器 到 L-PIC

MACOM在EFT激光器的成功基础上,迅速展开对EFT更深层次的开发,利用EFT将光学器件(包括激光器、调制器和多路复用器)无缝集成到单个硅芯片上,面向100G应用推出业界首个集成有激光器(L-PIC.)的硅光子集成电路(PIC)。MACOM解决了以高产出和高耦合效率实现激光器与硅光子集成电路集成的挑战,使采用硅光子集成电路在云数据中心实现高速、高密度光互连成为现实。

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自对准蚀刻面技术工艺过程

CFT激光器的固有特性导致其容易出现影响光发射精度的缺陷。因此,采用CFT激光器的硅光子集成电路需经过繁琐的装配过程,必须采取主动方式将激光器对准硅芯片:首先将激光器上电,通过物理操作改善光耦合,然后锁定到位。这一过程既浪费时间,又成本高昂,而且迄今为止,通过CFT能够实现的光耦合效率仅为50%。

而凭借MACOM的EFT技术,激光器面和硅芯片均通过高精度光刻工艺界定,并且EFT激光器通过专有的自对准(SAEFT™)工艺以标准倒装方式贴装到芯片上,这种工艺同时支持边缘发射和表面发射激光器。这种端到端光刻工艺可确保激光器输出和输入波导定位是精确已知的。这既省去了CFT所需的成本高昂且繁琐的机械对准过程,又可确保高达80%的光耦合效率和无与伦比的器件一致性。

与CFT激光器相比,EFT激光器还具有影响硅光子集成电路尺寸和成本的其它优势。CFT激光器需要通过气密封装,来避免在激光器在潮湿环境下工作引起的性能劣化,这一缺陷是因机械切割及随后为激光器面进行晶条级涂层而引起的。而使用EFT激光器时,可对激光器面进行精确的光刻界定,从而为波导表面和激光器面提供连续的保护覆盖,因此无需气密封装。

由于无需气密封装,EFT激光器可显著降低最终元器件的尺寸和成本,并且允许硅光子集成电路直接位于模块电路板上,从而增大了硅光子可实现的互连密度。

无 与 伦 比 的 创 新

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面向数据中心的MAOP-L284CN-100G四路L-PIC

MACOM利用在EFT领域稳固的领导地位和受保护的知识产权,结合成熟的倒装芯片组装工艺和大规模制造能力,打破了硅光子集成电路在云数据中心实现主流应用所面临的成本壁垒。我们的L-PICS系列计划于2017年第二季度开始批量供货。

在某些市场中,EFT会产生颠覆性的影响,对实现降低成本、完成主流部署起着关键性的作用。凭借L-PIC产品组合,MACOM再次展现了EFT的显著优势,并引领云数据中心朝着100G及更高速率的高速节能型光互连迈进。

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