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光模塊發展前景
 光模塊 2018-06-11 15:14:08

  國內光模塊企業的綜合實力不斷提升,在全球光模塊市場的影響力不斷提高。未來五年全球光模塊市場年均增長率約為8.6%,至2020年市場銷售收入將增至71億美元。以下對光模塊發展前景分析。

光模塊發展前景

  光模塊發展前景分析,光模塊本質上是將光晶片進行封裝和集成,封裝、測試有一定的技術門檻,尤其是高速光模塊,在保證性能穩定同時還需提高良率,達到量產需要一定的技術水平。2016年全球光模塊市場51億美元,而2011年為31億美元,2011-2016光模塊市場年複合增速11%。2018全球與中國市場射頻光纖傳輸模塊(RFoF)深度研究報告預計到2020年,2016-2020光模塊市場規模將達到71億美元,複合增速保持9%。

光模塊發展前景

  光模塊在新興的數據中心應用,已經成為貢獻增速最快的市場。光模塊是構建光通信系統與網絡的重要組成部分,高速光傳輸設備、長距離光傳輸設備和最受市場關注的智能光網絡的發展、升級以及推廣應用,都取決於光電子器件技術進步和產品更新換代的支持。現從六大技術方向來分析光模塊發展前景。

  非氣密封裝

  由於光組件(OSA)的成本占光模塊成本的60%以上,加之光晶片降成本的空間越來越小,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,推動封裝技術從比較昂貴的氣密封裝走向低成本的非氣密封裝成為必須。光模塊發展前景分析,非氣密封裝的要點包括光器件自身的非氣密性,光組件設計的優化,封裝材料以及工藝的改進等。其中以光器件特別是雷射器的非氣密化最為挑戰。這是因為如果雷射器件實現了非氣密化,昂貴的氣密封裝的確就不需要了。可喜的是,近幾年來已經有數家雷射器廠家公開宣稱自己的雷射器可以適用於非氣密應用。縱觀現在大量出貨的數據中心光模塊,多是以非氣密封裝為主。看來非氣密封裝技術已經很好地被數據中心光模塊業界及客戶接受。

  混合集成技術

  光模塊發展前景分析,在多通道,高速率,低功耗需求的驅動下,相同容積的光模塊需要具備更大的數據傳輸量,光子集成技術漸漸地成為現實。光子集成技術的意義較廣:比如說基於矽基的集成(平面光波導混合集成,矽光等),基於磷化銦的集成等。混合集成技術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和部分集成光學的構造叫做混合集成,也未嘗不可。典型的混合集成是將有源光器件(雷射器,探測器等)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,矽光等)。混合集成技術可以將光組件做得很緊湊,順應光模塊小型化趨勢,方便使用成熟自動化IC封裝工藝,有利於大量生產,是近期數據中心用光模塊行之有效技術的方法。

  倒裝焊技術

  倒裝焊是從IC封裝產業而來的一種高密度晶片互聯技術。在光模塊速率突飛猛進的今天,短縮晶片之間的互聯是一個有效的選項。通過金-金焊或者共晶焊將光晶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)。光模塊發展前景分析,對於雷射器來說,由於有源區靠近焊點,雷射器產生的熱比較容易從焊點傳到基板上,對於提高雷射器在高溫時的效率有很大幫助。因為倒裝焊是IC封裝產業的成熟技術,已經有很多種用於IC封裝的商用自動倒裝焊機。光組件因為需要光路耦合,因此對精度要求很高。這幾年光組件加工用高精度倒裝焊機十分搶眼,許多情況下已經實現無源對光,極大地提高了生產力。因為倒裝焊(也叫自動邦定貼片)機具有高精度,高效率,高品質等特點,倒裝焊技術已經成為數據中心光模塊業界的一種重要工藝。

  COB技術

  COB也是從IC封裝產業而來的工藝,其原理是通過膠貼片工藝(epoxy die bonding)先將晶片或光組件固定在PCB上,然後金線鍵合(wirebonding)進行電氣連接,最後頂部滴灌膠封。光模塊發展前景指出,很顯然,這是一種非氣密封裝。這種工藝的好處是可以使用自動化。比如說光組件通過倒裝焊等混合集成以後,可以看成是一個「晶片」。然後再採用COB技術將其固定在PCB上。目前COB技術已經得到大量採用,特別是在短距離數據通信使用VCSEL陣列的情況。集成度高的矽光也可以使用COB技術來進行封裝。

  矽光

  探討光電子器件與矽基集成電路技術兼容的技術和手法,集成在同一矽襯底上的一門科學。矽光技術最終會走向光電集成(OEIC:Opto-Electric INTEGRATED Circuits),使得目前分離光電轉換(光模塊)變成光電集成中的局部光電轉換,更進一步推動系統的集成化。光模塊發展前景分析,矽光技術當然可以實現很多功能,但目前比較耀眼的還是矽調製器。從產業界來說,一種新技術進入市場的門檻必須是性能及成本都有競爭力,這對於需要巨大前期投入的矽光技術來說的確是很大的挑戰。數據中心光模塊市場,由於大量需求集中在2公里以內,加之低成本、高速率、高密度等的強烈要求,比較適合矽光的大量應用。個人認為在100G速率,傳統光模塊已經做得十分成功,矽光要大量進入不太容易。但在200G,400G以上速率,由於傳統直接調製式已經接近帶寬的極限,EML的成本又比較高,對矽光來說將會是一個很好的機會。矽光的大量應用也取決於業界對技術的開放與接受程度。如果在制定標準或協議時考慮到矽光的特點,在滿足傳輸條件的前提下放鬆一些指標(波長,消光比等),這將會極大地促進矽光的發展和應用。

  板載光學

  如果說OEIC是究極的光電集成方案,板載光學則是介於OEIC和光模塊之間的一項技術。板載光學將光電轉換功能從面板搬到主板處理器或者關聯電晶片之旁。光模塊發展前景分析,因為節省空間而提高了密度,也減少高頻信號的走線距離,從而降低功耗。板載光學最開始主要是集中在採用VCSEL陣列的短距離多模光纖中,然而最近也有採用矽光技術在單模光纖里的方案。除了單純光電轉換功能的構成以外,也有將光電轉換功能(I/O)和關聯電晶片(processing)封裝在一起的形式(Co-package)。板載光學雖具有高密度的優點,但製造,安裝,維護成本還較高,目前多是應用在超算領域。相信隨著技術的發展及市場的需要,板載光學也會逐漸進入到數據中心光互聯領域內來。

  光模塊在未來必須支持熱插拔,即沒有切斷電源,光模塊可以連接或斷開設備,光模塊是可熱插拔的,網絡管理人員在不關閉網絡可以升級和擴展的系統,影響在線用戶不會。光模塊發展前景分析,未來隨著國內雲計算大數據的普及,國內大型數據中心建設需求依然很大。我國目前規劃在建數據中心共計246個,總設計機架數約為103萬個,總設計伺服器規模約 1326 萬台。我們認為未來大型數據中心的接踵建設將帶動高端光模塊行業的景氣度。

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