Encapsulado chip-on-board (COB)

Chip-on-board es una forma de construir el front-end óptico sin componentes empaquetados individualmente: los dies desnudos del láser y del fotodiodo se pegan y se conectan por wire-bonding directamente sobre la placa de circuito impreso del módulo (o un pequeño carrier), y luego se cubren con una matriz de lentes que los acopla directamente a la férula de fibra. Es la razón por la que la óptica paralela de corto alcance y los cables ópticos activos son tan baratos y tan densos como son — y la razón por la que no se pueden reparar.

Empaquetado clásico frente a COB

Dónde se usa COB

• Óptica paralela multimodo — 40G SR4, 100G SR4, 200G/400G SR8, 800G SR8: una matriz de VCSEL de 4 u 8 elementos y una matriz de PIN correspondiente, cada una detrás de una matriz de lentes moldeada, acopladas a una férula MPO-12 o MPO-16.
• Cables ópticos activos (AOC) — un motor COB en cada extremo con la fibra fijada de forma permanente; sin receptáculo alguno, lo que elimina la pérdida de acoplamiento y su coste.
• Óptica embarcada / COBO — motores ópticos montados en la placa host cerca del ASIC en lugar de en una jaula conectorizable.
• Óptica co-empaquetada (CPO) — la misma idea llevada al límite: dies ópticos empaquetados sobre el sustrato del ASIC del conmutador.
• Algunos diseños monomodo también usan COB (dies DFB/EML de emisión lateral sobre un carrier con un circuito óptico planar), pero las preocupaciones de hermeticidad mantienen a la mayoría de la óptica monomodo en latas o en paquetes de fotónica de silicio.

Los VCSEL se adaptan especialmente bien a COB: emiten perpendicularmente a la oblea, de modo que una matriz puede probarse antes del troquelado, colocarse boca arriba sobre la placa y acoplarse con una lente simple — sin clivaje de facetas, sin acoplamiento por el borde (Tipos de láser).

Cómo se construye un motor COB

1. Sustrato — la propia PCB del módulo, o un carrier (cerámica, silicio, vidrio) que después se suelda a la PCB; las pistas de alta velocidad llegan hasta el driver y los circuitos integrados TIA situados a milímetros de los dies ópticos.
2. Fijación del die — matriz de VCSEL, matriz de PIN, dies de driver y de TIA fijados con epoxi conductora o soldadura AuSn; marcas fiduciales de alineación en el sustrato.
3. Wire bonding — hilos de oro desde los pads del die hasta los pads del sustrato; la longitud del bond se mantiene mínima porque es el principal parásito a 25–100G.
4. Matriz de lentes — una pieza de vidrio o polímero moldeada con una lente por carril y pines de alineación, colocada por visión artificial sobre las marcas fiduciales (alineación pasiva) o de forma activa mientras se monitoriza la potencia acoplada.
5. Encapsulación — un gel transparente o glob-top sobre los dies y los bonds, o una tapa; el camino óptico permanece abierto a través de la lente.
6. Férula — una férula MT con la cinta de fibra se conecta a los pines guía de la matriz de lentes, presentando una interfaz MPO en el panel frontal del módulo (o la fibra fija de un AOC).
7. Prueba — solo después del ensamblaje: diagrama de ojo y potencia por carril. Un carril defectuoso significa un motor desechado o degradado a una categoría inferior.

Ventajas

• Coste en volumen — sin latas herméticas, un solo paso de alineación para ocho carriles.
• Densidad — ocho carriles en el espacio de dos latas; permite SR8 y AOC.
• Rendimiento a alta velocidad — bonds cortos, driver y TIA junto a los dies, parásitos bajos.
• Camino térmico — los dies se apoyan sobre el cobre de la placa en lugar de dentro de una lata.
• Automatización — el pick-and-place y la alineación por visión escalan a millones de unidades.

Inconvenientes

• No hermético — la humedad y los contaminantes llegan a los dies; los VCSEL y los PIN lo toleran bien, los láseres de emisión lateral menos. La calidad del encapsulante decide la fiabilidad a largo plazo.
• Sin reparación — un solo VCSEL degradado en una matriz de 8 carriles retira todo el módulo o el cable; con un AOC eso significa volver a tender el cable (DAC frente a AOC frente a transceptores).
• Riesgo de rendimiento — la alineación y el bonding se hacen antes de que el motor pueda probarse completamente.
• Solo multimodo en la práctica — el alcance está limitado por la combinación VCSEL/MMF.

COB y diagnóstico

Como los ocho láseres comparten una placa y un entorno térmico, envejecen juntos — pero no de forma idéntica. El fallo clásico de COB es un carril de una matriz SR4/SR8 que pierde potencia mientras los demás están bien, oculto por LACP o por un "OK" a nivel de módulo. El bias de Tx y la potencia de Rx por carril son la única alerta temprana (Diagnóstico por carril, Averías). Los módulos COB llevan la memoria estándar SFF-8636 o CMIS en la misma placa; su identidad se codifica como la de cualquier otro módulo.

En CodingBox

CodingBox lee los módulos basados en COB y los extremos de AOC como cualquier QSFP/QSFP-DD: el DDM por carril en la pantalla DDM muestra el carril que se está degradando, y el editor de EEPROM codifica la identidad que un host espera — lo único de un módulo COB que puede cambiarse después de salir de fábrica.

COB frente a las latas TO y los paquetes de caja, con tolerancias de alineación y fiabilidad: Empaquetado óptico; motores COB como extremos de AOC: Interior de los cables; los pasos de fábrica que COB elimina: Fabricación y pruebas.