Optilised moodulid on valmistatud täpselt

 

 

Joondamise õudusunenägu, mille eest keegi teid ei hoiata

 

Laservalguse ühendamine ühe-režiimiga kiuga nõuab positsioneerimistäpsust umbes ±0,5 mikromeetrit. Pool mikronit. Konteksti jaoks on inimese juuksekarva paksus umbes 70 mikromeetrit.

Igatsege seda tolerantsi ja oma haakeseadise tõhususe paake. Tõhususe kadu tähendab kompenseerimiseks suuremat ajamivoolu, mis tekitab soojust, mis nihutab lainepikkust, mis halvendab teie signaali-/-müra suhet viisil, mis kaskaadib läbi kogu lingi eelarve. Teoreetilised sidumisvõrrandid näevad õpikutes puhtad välja. Tegelikkus hõlmab kuut-telje joondamise etappi, reaalajas-võimsuse jälgimist ja liimiga kõvenemisprotsesse, mis toovad sisse oma asendinihked.

Vaatasin, kuidas tehnik veetis 2021. aastal terve pärastlõuna jahtides 2 dB sisestuskadu, mis oleks pidanud olema TOSA rutiinne kokkupanek. Selgus, et kuullääts oli UV-kõvastumise ajal pisut pööranud - võib-olla kolm kraadi -, piisavalt, et suunata kiir kiudude südamikust eemale. Kolm kraadi. Selline see äri on.

 

Aktiivne versus passiivne joondamine

 

Tööstus on selle üle vaielnud kakskümmend aastat ega ole ikka veel seda täielikult lahendanud.

Aktiivne joondamine tähendab laseri sisselülitamist kokkupaneku ajal, ühendatud optilise võimsuse jälgimist ja positsiooni iteratiivset reguleerimist, kuni jõuate sihtmärgini. See toimib. See on ka aeglane, kallis ja ei mastaapse elegantselt, kui proovite tarnida miljoneid transiivereid kuus.

Passiivne joondamine põhineb mehaanilistel funktsioonidel - söövitatud räni v-sooned, litograafiliselt määratletud kinnitusalused, flip-chip jootmise ise-joondus -, et positsioneerida komponente midagi sisse lülitamata. Kui see töötab, paraneb läbilaskevõime dramaatiliselt. Kui tolerantsid on ebasoodsad, tekivad saagisprobleemid, mis ilmnevad salapäraste halvasti toimivate moodulite partiidena, mis läbivad elektritestid, kuid ei suuda optilisi tehnilisi näitajaid täita.

Veojõu saavutamise hübriidmeetodid kasutavad nüüd passiivset joondamist, et jõuda mõne mikroni kaugusele, ja seejärel aktiivset{0}}peenhäälestust lõplikuks optimeerimiseks. Rohkem protsessietappe, kuid ökonoomika töötab suure jõudlusega-toodete puhul, kus kliendid tegelikult hoolivad lingi marginaalist.

Ränifotoonika muutis siin mõningaid eeldusi. Kui teie lainejuhid on räniplaadil litograafiliselt määratletud ja teie laserid on flip-kiipühendusega või heterogeenselt integreeritud, muutub joondusprobleem osaliselt pooljuhtide tootmise probleemiks. Erinevad oskused. Erinevad rikkerežiimid.

 

 

Keevitusest- tingitud joondusmoonutuste probleem

 

Laserkeevitus jääb hermeetilistes moodulites kiud{0}}pakendite{1}}kinnituste eelistatud ühendamismeetodiks. Keevisõmblus on tugev, kiire ega eraldu nagu mõned liimid. Probleem on selles, mis juhtub keevisvanni jahtumisel.

Termiline kokkutõmbumine tõmbab kiudümbrise komplekti suundades, mis sõltuvad keevisõmbluse geomeetriast, materjali omadustest ja - see on häiriv osa - konkreetne järjestus, milles te teete mitu keevisõmblust. Kui te ei ole ettevaatlik, võib keevisõmbluse nihe ületada mitu mikromeetrit. Teie täiuslikult joondatud koost muutub valesti joondatud hetkel, kui olete selle ühendamise lõpetanud.

Hüvitisstrateegiad on olemas. Mõned tootjad nihutavad oma keevisõmbluse eeljoondust tahtlikult, et arvestada prognoositava nihkega. Teised kasutavad madala-kahanemisega keevisõmbluse parameetreid ja aktsepteerivad pikemaid tsükliaegu. Mõned neist on välja töötanud reaalajas{5}}jälgimissüsteemid, mis mõõdavad nihet keevitamise ajal ja rakendavad korrigeerivaid seadistusi enne vuugi täielikku tahkumist.

Ükski neist lähenemisviisidest pole lollikindel. Iga uus paketikujundus nõuab nihkekäitumise uuesti-kirjeldamist.

 

Puhasruumi tegelikkus

 

Optilised moodulid on kokku pandud puhastes ruumides alates ISO klassist 7 kuni ISO klassini 5 kuni kõige saastetundlikumate toimingute jaoks. Numbrid kõlavad muljetavaldavalt, kuni mõistate, et üks liikumatult istuv inimene tekitab 0,3 mikroni suuruse läve juures umbes 100 000 osakest minutis.

Kiu otsapinnal olev osake loob lokaalse kuuma koha, kui seda valgustatakse suure-võimsusega laservalgusega. Aja jooksul karboniseerib see koht orgaanilised saasteained püsivaks neeldumisdefektiks, mis halvendab järk-järgult jõudlust. See tõrkerežiim sundis terveid tootesarju rakendama 100% otsapinna kontrolli enne lõplikku kokkupanekut.

Tavalised puhasruumi juhtseadmed käitlevad õhus leiduvaid osakesi suhteliselt hästi. Molekulaarne saastatus on sneakier. Liimidest, puhastuslahustitest ja isegi gaasidest väljuvatest plastidest lenduvad orgaanilised ühendid võivad optilistele pindadele sadestuda nähtamatuid kilesid. Need kiled on eriti kahjulikud DUV-rakenduste jaoks, kuid põhjustavad probleeme lainepikkustel.

AMC-kontrollitud puhasruumid - õhus leviva molekulaarse saaste kontrolliga - esindavad kõrge-usaldusväärse optilise koostu praegust tipptaset. Filtreerimissüsteemid on kallid. Seireseadmed on kallid. Piiratud materjalide loendid tekitavad tarneahelas peavalu.

Kas seda väärt? Oleneb sellest, kas tarnite tarbekaupade SFP-sid või kosmosekvalifitseeritud süsteemide komponente.

 

 

Temperatuuri kompenseerimine võtab kauem aega, kui keegi ette näeb

 

Laserdioodi väljundvõimsus ja lainepikkus muutuvad vastavalt temperatuurile. Tüüpiline DFB-laser triivib lainepikkuses ligikaudu 0,1 nm/kraadi ja nõuab konstantse optilise võimsuse säilitamiseks töötemperatuuri vahemikus nihkevoolu reguleerimist.

Temperatuuri kompenseerimine hõlmab iga mooduli iseloomustamist mitmel temperatuuripunktil - sageli 5-kraadise või 10-kraadise sammuga -40 kraadist +85 kraadini tööstusliku-klassi toodete puhul – ja paranduskoefitsientide programmeerimist mooduli MCU-sse. Koefitsiendid reguleerivad eelpingevoolu ja mõnikord modulatsiooni amplituudi mõõdetud korpuse temperatuuri funktsioonina.

See kõlab otsekoheselt, kuni mõistate, et iga moodul käitub laseri enda tootmiserinevuste, ristmikult termistorini kulgeva soojustee ja draiveri vooluringide komponentide tolerantside tõttu pisut erinevalt. Mass-toodetud tarbijahinna-moodulid kasutavad üldisi kompensatsioonitabeleid ja aktsepteerivad sellest tulenevat toimivuse jaotust. Suure jõudlusega-moodulid iseloomustavad individuaalselt.

Minu tuttav insener kulutas neli kuud uue 400G moodulplatvormi temperatuurikompensatsiooni algoritmi optimeerimiseks. Neli kuud sellest, mida enamik inimesi kalibreerimisetapina eiraks.

 

TOSA{0}}ROSA eristus on vähem oluline kui varem

 

Traditsioonilised optilise transiiveri arhitektuurid eraldavad edastusfunktsiooni (TOSA - saatja optiline alamkoost) vastuvõtufunktsioonist (ROSA - vastuvõtja optiline alamkoost). Iga alamkoost pakitakse eraldi, testitakse ja integreeritakse seejärel mooduli PCB-le.

See oli loogiline, kui optilised moodulid kasutasid diskreetseid TO-kannipakette lihtsa ühe-kanali kujundusega. Suurema kiirusega-mitme{4}}kanaliga moodulid integreerivad edastus- ja vastuvõtufunktsioone üha enam koos või kaotavad traditsioonilise OSA pakendamise täielikult kiip-on-pardal, kus paljad stantsid kinnitatakse otse PCB substraadile.

COB-pakend vähendab optiliste liideste arvu - iga liides on potentsiaalne kadupunkt -, kuid nõuab puhtamat tootmiskeskkonda ja keerukamaid koosteseadmeid. Suundumus on selge, isegi kui üleminek pole veel lõppenud.

BiDi transiiverid muudavad pildi veelgi keerulisemaks, kasutades lainepikkuse{0}}jaotusega multipleksimist, et edastada ja vastu võtta ühel kiul. BOSA, mis ühendab TOSA ja ROSA funktsioonid integreeritud WDM-filtritega, nõuab veelgi rangemaid joondustolerantse, kuna mõlemad optilised teed peavad tabama sama kiudude südamikku.

 

Mis tegelikult põleb{0}}testides

 

Moodulid vananevad enne tarnimist kõrgel-temperatuuril - tavaliselt 24–168 tundi korpuse kõrgendatud temperatuuril umbes 70–100 kraadi, töötades tavalistes nihketingimustes.

Eesmärk ei ole simuleerida aastatepikkust välitööd. See on imikute suremuse ebaõnnestumiste esilekutsumine. Mõni protsent komponente sisaldab varjatud defekte - nõrku traadi sidemeid, marginaalseid jooteühendusi, veidi halvenenud laseri tahke -, mis tavatingimustes ei avaldu, kuid lähevad kiiresti üles kiirendatud pinge korral. Parem leida need tootmise käigus kui kliendi võrgust.

Burn{0}}saab tõelised probleemid. Igal tootmisliinil on lugusid halbade komponentide partii tabamisest põlemise tõttu-enne nende üksuste tarnimist. Vastuargument on see, et sissepõlemine-kulutab riiuliruumi, energiat ja tsükliaega, mis mõjutab otseselt tootmiskulusid. Kaubamoodulid lühendavad sageli põlemisaega-või jätavad selle täielikult vahele, aktsepteerides suuremat väljatõrgete määra-ärikalkulatsiooni-tegemise-kuluna.

Temperatuuritsükli testid teenivad teist eesmärki, - paljastades pigem koostedefekte kui komponentide defekte. Korduvad termilised ekspeditsioonid pingestavad jooteühendusi, kleepuvaid sidemeid ja mehaanilisi liideseid. Praod levivad. Liideste väsimus. Mis iganes oli marginaalne, muutub ebaõnnestunuks.

 

 

Miks teie moodul ei pruugi kellegi teise lülitis töötada?

 

EEPROM-i kodeerimise probleemid põhjustavad rohkem kaebusi, kui enamik tarnijaid tunnistada soovib.

Optilised moodulid sisaldavad väikseid mälukiipe, mis salvestavad identifitseerimisandmeid, kalibreerimiskoefitsiente ja diagnostilisi jälgimisparameetreid SFF-i komitee spetsifikatsioonidega määratletud standardvormingus. Hostsüsteem loeb neid andmeid mooduli äratundmiseks, sobivate tööparameetrite seadistamiseks ja töörežiimi jälgimiseks.

Erinevad lülitite ja ruuterite tootjad tõlgendavad neid spetsifikatsioone erineva rangusega. Mooduli, mis töötab ideaalselt ühe tarnija seadmetes, võib teine ​​tagasi lükata kontrollsumma arvutamise erinevuse, ootamatu väärtuse "reserveeritud" väljal või patenteeritud hankija-ID jõustamise tõttu.

Kolmanda osapoole{0}}transiiveri turg eksisteerib peamiselt nende koostalitlusvõimega seotud probleemide tõttu. Ettevõtted on spetsialiseerunud suuremate seadmete tarnijate jaoks spetsiifiliste EEPROM-i nõuete pöördprojekteerimisele{2}} ja programmeerimisega ühilduvate moodulite jaoks. Tehniline termin on "kodeerimine". Praktiline tegelikkus hõlmab ulatuslikku ühilduvuse testimist tegelike Cisco, Juniperi, Arista ja kümnete teiste seadmetega.

 

Hermeetilisus versus hind

 

Hermeetilised pakendid - metallist korpused klaasist-to-metallist tihendite ja keevitatud kaantega - on pikaajalise-kindluse kuldstandard. Niiskuse sissepääs puudub. Ei mingeid väljutamisprobleeme. Prognoositav 20-aastane eluiga karmides keskkondades.

See maksab ka oluliselt rohkem kui -hermeetilised alternatiivid.

Enamik andmekeskuse optilisi mooduleid kasutab mitte-{0}}hermeetilist pakendit, mille keskkonnakaitse on erinev. Epoksiidtihendid, konformsed katted, selektiivsed gettermaterjalid, mis imavad läbitungivat niiskust. Need lähenemisviisid töötavad piisavalt kliimaga-kontrollitud keskkondades suhteliselt lühikeste asendustsüklitega.

Telekommunikatsioonioperaatori seadmed ja kosmosealased rakendused nõuavad üldiselt endiselt täielikku hermeetilist pakkimist. Niiskuse{1}}indutseeritud korrosioonist või saastumisest tingitud rikete ilmnemine võtab aastaid, mistõttu on need vastuvõetamatud infrastruktuuris, mis peab aastakümneid järelevalveta töötama.

Õhukese{0}}kile liitiumniobaatmodulaatorid õppisid seda raskel teel. Varased seadmed, millel oli ebapiisav hermeetiline tihendus, näitasid põllul kasutuselevõtul müstilist jõudluse halvenemist. Selgus, et veeaur põhjustas elektroodide konstruktsioonides alalisvoolu triivi.

 

Saagikus on kõik

 

Mooduli disain, mis vastab kõigile jõudlusnõuetele, kuid annab ainult 60% häid seadmeid, kaotab raha. Veidi kehvem disain, mille tootlus on 95%, võib olla kasumlik. See kompromiss toob kaasa rohkem insenertehnilisi otsuseid kui tehniline elegants.

Tootlikkuse kadu koguneb protsessi etappide kaupa mitmekordselt. Kui teie laserstants annab 98%, traadi ühendamine annab 97%, kiudühendus 95% ja teie põletus-on 99%, teie kumulatiivne saagis on 0,98 × 0,97 × 0,95 × 0.99=89%. Kõlab hästi, kuni mäletate, et need numbrid on optimistlikud ja tegelikel protsessidel on rohkem samme.

Halastamatu surve saagikusele selgitab, miks protsesside juhtimisse suhtutakse optikatootmises religioosse innuga. Statistilised protsesside juhtimiskaardid. Sissetuleva materjali kontroll. Seadmete kvalifitseerimise protokollid. Operaatori sertifikaat. Kõik, mis vähendab varieeruvust, vähendab saagikadu.

See selgitab ka, miks tootmisinsenerid on disainimuudatuste pärast ärritunud. Iga modifikatsioon lähtestab potentsiaalselt teie tulu õppimiskõvera.

 

Ühendusliides, mida tõenäoliselt ignoreerite

 

Mehaaniline liides, kus fiiber ühendatakse mooduliga, on olulisem, kui selle näiline lihtsus viitab.

LC- ja MPO-pistikud peavad saavutama füüsilise kontakti poleeritud kiudude otspindade - või nurga all olevate füüsiliste kontaktide konstruktsioonide - jaoks täpselt reguleeritud õhuvahed, säilitades samal ajal joonduse tolerantside piires, mis säilitab sidumise tõhususe. Pistiku korpus, mooduli pistikupesa ja ühendusgeomeetria aitavad kõik kaasa.

Korduvast sisestamisest tulenev kulumine halvendab pistikuid aja jooksul. MSA spetsifikatsioonid määravad kindlaks minimaalsed vastupidavusnõuded, kuid tegelik jõudlus varieerub sõltuvalt saastetasemest, sisestamistehnikast ja pistiku ja pistiku tootmiskvaliteedist.

Olen näinud linkide tõrkeotsingut mitu tundi, enne kui keegi lõpuks LC-pistiku puhastas ja probleem kadus.

 

Mis on tegelikult saatmine versus see, mida konverentsid näitavad

 

Konverentsi ettekannetes tutvustatakse 1,6 Tbps mooduleid eksootiliste koherentsete modulatsioonivormingute ja kaas-pakendatud fotoonilise integratsiooniga. Tegelike saadetiste hulgas domineerivad 100G ja 400G ühendatavad transiiverid, mis kasutavad suhteliselt tavapärast arhitektuuri.

Demonstreerimise ja kasutuselevõtu vaheline lõhe kestab enamiku tehnoloogiate puhul ligikaudu viis aastat. Ränifotoonika võttis veelgi kauem aega. Esimesed uurimistulemused ilmusid 2000. aastate alguses; sisukas kommertsmaht saabus alles 2010. aastate keskpaigas.

See ei ole pessimism, - see on tegelikkuse tootmine. Töötavatelt prototüüpidelt töökindlale masstootmisele üleminek nõuab saagikuse probleemide lahendamist, tarnijate kvalifitseerimist, katseinfrastruktuuri ehitamist ja töökindluse andmete loomist. Iga samm võtab aega.

800G optilised moodulid kasvavad praegu. 1.6T järgneb. Aluseks olevad tehnoloogiad on olemas. Tootmisvõime on see, mille valmimine võtab aastaid.

Järgmises kvartalis oma võrgus kasutuselevõetav moodul arendus tõenäoliselt neli aastat tagasi ja tugineb põhikomponentide tehnoloogiatele, mida on tõestatud kümme aastat enne seda. Tipptasemel-uuringud muutuvad lõpuks igavaks tootmistehnoloogiaks, täpselt nii see peakski toimima.