ماژول های نوری با دقت تولید می شوند

 

 

کابوس هم ترازی که هیچکس به شما هشدار نمی دهد

 

جفت کردن نور لیزر در یک فیبر حالت تک حالتی به دقت موقعیت یابی حدود ± 0.5 میکرومتر نیاز دارد. نیم میکرون برای بافت، موی انسان تقریباً 70 میکرومتر ضخامت دارد.

این تحمل و مخازن راندمان اتصال خود را از دست ندهید. از دست دادن کارایی به معنای جریان‌های درایو بالاتر برای جبران است، که گرما تولید می‌کند، که طول موج را تغییر می‌دهد، که سیگنال شما را به‌گونه‌ای کاهش می‌دهد که نسبت سیگنال شما به{-نویز را در کل بودجه پیوند کاهش می‌دهد. معادلات جفت نظری در کتاب های درسی تمیز به نظر می رسند. واقعیت شامل شش-مرحله تراز محوری، نظارت{6}}زمان واقعی قدرت، و فرآیندهای پخت چسب است که تغییرات موقعیتی خود را معرفی می‌کنند.

من تکنسینی را تماشا کردم که یک بعدازظهر کامل را در سال 2021 صرف تعقیب افت 2 دسی بل در چیزی که باید یک مونتاژ معمولی TOSA باشد، گذراند. معلوم شد که لنز توپی در طول درمان UV کمی چرخیده است - شاید سه درجه - به اندازه کافی برای هدایت پرتو از هسته فیبر. سه درجه این تجارت همین است.

 

هم ترازی فعال در مقابل غیرفعال

 

این صنعت بیست سال است که درباره این موضوع بحث کرده و هنوز به طور کامل آن را حل نکرده است.

تراز فعال به معنای روشن کردن لیزر در حین مونتاژ، نظارت بر توان اپتیکی جفت شده و تنظیم موقعیت مکرر تا زمانی که به هدف خود برخورد کنید. کار می کند. همچنین زمانی که می‌خواهید میلیون‌ها فرستنده گیرنده را در ماه ارسال کنید، کند، گران است و به خوبی مقیاس نمی‌شود.

تراز منفعل متکی به ویژگی‌های مکانیکی - سیلیکون حکاکی شده در مقابل-شیارها، پایه‌های نصب شده با لیتوگرافی، برگرداندن-خود لحیم کاری تراشه-ترازبندی - برای قرار دادن اجزاء بدون روشن کردن چیزی است. وقتی کار می کند، توان عملیاتی به طور چشمگیری بهبود می یابد. هنگامی که تلورانس ها به طور نامطلوب روی هم چیده می شوند، با مشکلات تسلیم مواجه می شوید که به صورت دسته های مرموز از ماژول های ضعیف ظاهر می شود که تست های الکتریکی را پشت سر می گذارند اما مشخصات نوری را از بین می برند.

اکنون رویکردهای ترکیبی که کشش پیدا می‌کنند، از تراز غیرفعال برای رسیدن به چند میکرون استفاده می‌کنند، سپس از تنظیم دقیق فعال برای بهینه‌سازی نهایی-استفاده می‌کنند. مراحل فرآیند بیشتر است، اما اقتصاد برای محصولات با عملکرد بالا کار می کند، جایی که مشتریان واقعاً به حاشیه پیوند اهمیت می دهند.

فوتونیک سیلیکون برخی از مفروضات را در اینجا تغییر داد. هنگامی که موجبرهای شما به صورت لیتوگرافی بر روی یک ویفر سیلیکونی تعریف می‌شوند و لیزرهای شما به‌صورت تراشه‌ای-پیوند یا به‌طور ناهمگن یکپارچه شده‌اند، مشکل تراز تا حدی به یک مشکل ساخت نیمه‌رسانا تبدیل می‌شود. مجموعه مهارت های مختلف حالت های مختلف خرابی

 

 

مشکل اعوجاج تراز ناشی از جوشکاری-

 

جوشکاری لیزری یک روش اتصال ترجیحی برای پیوست‌های فیبر-به-در ماژول‌های هرمتیک است. جوش قوی، سریع است و مانند برخی از چسب ها گاز نمی گیرد. مشکل این است که با سرد شدن حوضچه جوش چه اتفاقی می افتد.

انقباض حرارتی مجموعه حلقه الیاف را به جهاتی می کشد که به هندسه جوش، خواص مواد بستگی دارد، و - این قسمت ناامیدکننده است - دنباله خاصی است که در آن چندین جوش ایجاد می کنید. اگر مراقب نباشید، جابجایی پست{3}}می تواند از چند میکرومتر بیشتر شود. مونتاژ کاملاً تراز شده شما در لحظه ای که به آن ملحق می شوید نامناسب می شود.

استراتژی های جبران خسارت وجود دارد. برخی از سازندگان عمداً تراز قبل از جوشکاری خود را برای تغییر پیش بینی شده جبران می کنند. برخی دیگر از پارامترهای جوش{3}}با انقباض کم استفاده می کنند و زمان چرخه طولانی تری را می پذیرند. تعداد کمی سیستم‌های نظارت بر زمان واقعی{5}}را توسعه داده‌اند که تغییر را در حین جوشکاری اندازه‌گیری می‌کنند و تنظیمات اصلاحی را قبل از محکم شدن کامل اتصال اعمال می‌کنند.

هیچ یک از این رویکردها بی‌خطر نیستند. هر طراحی بسته جدید مستلزم مشخص کردن مجدد رفتار تغییر است.

 

واقعیت های اتاق تمیز

 

ماژول‌های نوری در اتاق‌های تمیز از کلاس ISO 7 تا کلاس ISO برای حساس‌ترین{2}}عملیات آلودگی مونتاژ می‌شوند. اعداد قابل توجه به نظر می رسند تا زمانی که متوجه شوید که یک انسان بدون حرکت تقریباً 100000 ذره در دقیقه در آستانه اندازه 0.3 میکرون تولید می کند.

یک ذره روی سطح انتهایی فیبر وقتی توسط نور لیزر پرقدرت- روشن می‌شود، یک نقطه داغ موضعی ایجاد می‌کند. با گذشت زمان، آن نقطه، آلاینده های آلی را به یک نقص جذب دائمی تبدیل می کند که به تدریج عملکرد را کاهش می دهد. این حالت شکست، کل خطوط تولید را به اجرای 100% بازرسی نهایی قبل از مونتاژ نهایی سوق داد.

کنترل‌های اتاق تمیز استاندارد به خوبی ذرات معلق در هوا را کنترل می‌کنند. آلودگی مولکولی مخرب تر است. ترکیبات آلی فرار از چسب‌ها، حلال‌های تمیزکننده، حتی پلاستیک‌های خارج از گاز می‌توانند فیلم‌های نامرئی را روی سطوح نوری رسوب دهند. این فیلم‌ها به‌ویژه برای کاربردهای DUV مضر هستند اما در طول موج‌ها مشکلاتی ایجاد می‌کنند.

اتاق‌های تمیز کنترل‌شده AMC - آلودگی مولکولی هوابرد کنترل‌شده - نشان‌دهنده وضعیت فعلی هنر برای مونتاژ نوری با قابلیت اطمینان بالا-. سیستم های فیلتراسیون گران هستند. تجهیزات مانیتورینگ گران است. لیست مواد محدود شده باعث ایجاد سردرد در زنجیره تامین می شود.

ارزشش را دارد؟ بستگی به این دارد که آیا شما SFPهای کالا یا اجزاء را برای سیستم‌های واجد شرایط فضایی{0}} ارسال می‌کنید.

 

 

جبران دما بیشتر از آنچه که هر کسی بودجه دارد طول می کشد

 

توان خروجی دیود لیزر و طول موج هر دو با دما تغییر می‌کنند. یک لیزر معمولی DFB تقریباً 0.1 نانومتر بر درجه در طول موج جابجا می شود و برای حفظ توان نوری ثابت در محدوده دمای عملیاتی نیاز به تنظیم جریان بایاس دارد.

جبران دما شامل مشخص کردن هر ماژول در چندین نقطه دمایی - اغلب با افزایش 5 درجه یا 10 درجه از -40 درجه تا +85 درجه برای محصولات درجه صنعتی- - و ضرایب تصحیح برنامه‌نویسی در MCU ماژول است. ضرایب جریان بایاس و گاهی دامنه مدولاسیون را به عنوان تابعی از دمای مورد اندازه گیری شده تنظیم می کنند.

تا زمانی که متوجه شوید هر ماژول به دلیل تغییرات تولید در خود لیزر، مسیر حرارتی از محل اتصال به ترمیستور و تلورانس های اجزا در مدار درایور، کمی متفاوت عمل می کند. ماژول‌های درجه مصرف‌کننده{1}}تولید انبوه- از جداول جبران عمومی استفاده می‌کنند و گسترش عملکرد حاصل را می‌پذیرند. ماژول‌های{4}با عملکرد بالا ویژگی‌های فردی را دریافت می‌کنند.

مهندسی که من می شناسم چهار ماه را صرف بهینه سازی الگوریتم جبران دما برای پلت فرم جدید ماژول 400G کرده است. چهار ماه در مورد آنچه که اکثر مردم به عنوان یک مرحله کالیبراسیون رد می کنند.

 

تمایز TOSA-ROSA کمتر از گذشته اهمیت دارد

 

معماری‌های فرستنده گیرنده نوری سنتی تابع انتقال (TOSA - زیر مجموعه نوری فرستنده) را از تابع دریافت (ROSA - زیر مجموعه نوری گیرنده) جدا می‌کند. هر زیرمجموعه به طور مستقل بسته بندی می شود، آزمایش می شود، سپس روی PCB ماژول ادغام می شود.

زمانی که ماژول‌های نوری از بسته‌های مجزای TO{0}} با طرح‌های تک کاناله{{1} ساده استفاده می‌کردند، این امر منطقی بود. ماژول‌های{3}}چند کانال{4} با سرعت بالاتر به طور فزاینده‌ای عملکردهای انتقال و دریافت را با هم ادغام می‌کنند، یا بسته‌بندی سنتی OSA را به طور کامل از طریق رویکردهای تراشه-روی- حذف می‌کنند، جایی که قالب‌های لخت مستقیماً روی بستر PCB نصب می‌شوند.

بسته بندی COB تعداد رابط های نوری را کاهش می دهد - هر رابط یک نقطه از دست دادن بالقوه است - اما نیازمند محیط های تولید تمیزتر و تجهیزات مونتاژ پیچیده تری است. روند روشن است، حتی اگر انتقال کامل نباشد.

فرستنده‌های BiDi با استفاده از طول موج{0}}تقسیم چندگانه برای ارسال و دریافت بر روی یک فیبر، تصویر را پیچیده‌تر می‌کنند. BOSA که توابع TOSA و ROSA را با فیلترهای WDM یکپارچه ترکیب می‌کند، به تلرانس‌های تراز تراز بیشتر نیاز دارد زیرا هر دو مسیر نوری باید به یک هسته فیبر برخورد کنند.

 

چه چیزی-در آزمایشات واقعی می سوزد

 

ماژول‌ها قبل از ارسال - معمولاً بین 24 تا 168 ساعت در دمای بالا حدود 70 تا 100 درجه در دمای بالا و در شرایط بایاس معمولی کار می‌کنند.

هدف شبیه سازی سال ها عملیات میدانی نیست. این برای تسریع شکست مرگ و میر نوزادان است. درصدی از اجزاء حاوی عیوب پنهان - اتصالات سیم ضعیف، اتصالات لحیم حاشیه ای، سطوح لیزری کمی تخریب شده - هستند که در شرایط عادی ظاهر نمی‌شوند، اما به سرعت تحت تنش تسریع شده از بین نمی‌روند. بهتر است اینها را در طول تولید پیدا کنید تا در شبکه مشتری.

سوزاندن-در مشکلات واقعی. هر خط تولیدی داستان هایی در مورد گیرکردن یک قطعه خراب از طریق سوختگی-در خرابی قبل از ارسال آن واحدها دارد. استدلال متقابل این است که سوخت{4} در فضای رک، انرژی و زمان چرخه مصرف می‌شود که مستقیماً بر هزینه تولید تأثیر می‌گذارد. ماژول‌های کالا اغلب مدت زمان سوزاندن-را کاهش می‌دهند یا به طور کامل از آن صرف نظر می‌کنند، و نرخ‌های خرابی میدان بالاتر را به‌عنوان هزینه‌ای-برای-انجام-محاسبات تجاری می‌پذیرند.

آزمایش‌های چرخه دما هدف متفاوتی را دنبال می‌کنند - که عیوب مونتاژ را آشکار می‌کنند تا نقص اجزا. گشت و گذارهای حرارتی مکرر بر اتصالات لحیم کاری، پیوندهای چسبنده و رابط های مکانیکی فشار وارد می کند. ترک ها منتشر می شوند. خستگی رابط ها هر چه حاشیه ای بود شکست خورده می شود.

 

 

چرا ماژول شما ممکن است در سوئیچ شخص دیگری کار نکند؟

 

مشکلات کد نویسی EEPROM باعث شکایات میدانی بیشتری نسبت به اکثر فروشندگان می شود.

ماژول‌های نوری حاوی تراشه‌های حافظه کوچکی هستند که داده‌های شناسایی، ضرایب کالیبراسیون و پارامترهای نظارت تشخیصی را در قالب‌های استاندارد تعریف‌شده توسط مشخصات کمیته SFF ذخیره می‌کنند. سیستم میزبان این داده ها را می خواند تا ماژول را تشخیص دهد، پارامترهای عملیاتی مناسب را تنظیم کند و سلامت را در حین کار نظارت کند.

سازندگان مختلف سوئیچ و روتر این مشخصات را با درجات مختلفی از سختگیری تفسیر می کنند. ماژولی که در تجهیزات یک فروشنده کاملاً کار می کند ممکن است توسط فروشنده دیگر به دلیل تفاوت محاسبه جمع کنترلی، یک مقدار غیرمنتظره در یک فیلد "رزرو شده" یا اجرای شناسه اختصاصی فروشنده رد شود.

بازار فرستنده گیرنده شخص ثالث عمدتاً به دلیل این چالش‌های قابلیت همکاری وجود دارد. شرکت‌ها در مهندسی معکوس{2}}نیازمندی‌های خاص EEPROM برای فروشندگان عمده تجهیزات و ماژول‌های سازگار با برنامه‌نویسی تخصص دارند. اصطلاح فنی "کدگذاری" است. واقعیت عملی شامل آزمایش سازگاری گسترده در برابر تجهیزات واقعی سیسکو، جونیپر، آریستا و ده ها مورد دیگر است.

 

هرمتیک در مقابل هزینه

 

بسته‌بندی هرمتیک - محفظه‌های فلزی با مهر و موم‌های شیشه‌ای- فلزی و درب‌های جوش داده شده - استاندارد طلایی-قابلیت اطمینان طولانی‌مدت را فراهم می‌کند. عدم نفوذ رطوبت بدون مشکل خروج گاز طول عمر بیست-ساله قابل پیش بینی در محیط های خشن.

همچنین هزینه آن به طور قابل توجهی بیشتر از-جایگزین های غیرهرمتیک است.

اکثر ماژول‌های نوری مرکز داده از بسته‌بندی غیرهرمتیک با درجات مختلف حفاظت از محیط‌زیست استفاده می‌کنند. مهر و موم اپوکسی، پوشش های منسجم، مواد گیرنده انتخابی برای جذب رطوبتی که نفوذ می کند. این رویکردها به اندازه کافی برای محیط‌های{3}}کنترل‌شده با آب و هوا با چرخه‌های جایگزینی نسبتاً کوتاه کار می‌کنند.

تجهیزات حامل مخابراتی و کاربردهای هوافضا به طور کلی هنوز به بسته بندی کامل هرمتیک نیاز دارند. حالت‌های خرابی ناشی از خوردگی یا آلودگی{1}}سال‌ها طول می‌کشد تا آشکار شوند، دقیقاً به همین دلیل است که در زیرساخت‌هایی که باید برای چندین دهه بدون مراقبت کار کنند، غیرقابل قبول هستند.

افراد مدولاتور لیتیوم نیوبات نازک-این را به سختی آموختند. دستگاه های اولیه با آب بندی هرمتیک ناکافی، کاهش عملکرد مرموز را در استقرار میدانی نشان دادند. مشخص شد که بخار آب باعث رانش DC در ساختار الکترود می شود.

 

بازده همه چیز است

 

طراحی ماژولی که تمام مشخصات عملکردی را داشته باشد اما تنها 60٪ واحدهای خوب تولید کند، ضرر خواهد کرد. یک طراحی کمی پایین تر با بازده 95 درصد ممکن است سودآور باشد. این مبادله بیش از ظرافت فنی تصمیمات مهندسی را هدایت می کند.

از دست دادن بازده به صورت ضربی در طول مراحل فرآیند انباشته می شود. اگر اتصال قالب لیزری شما 98 درصد، اتصال سیم شما 97 درصد، اتصال فیبر شما 95 درصد، و سوختگی شما-در بقا 99 درصد است، بازده تجمعی شما 0.98 × 0.97 × 0.95 × 0.99=89٪ است. تا زمانی که به یاد بیاورید این اعداد خوشبینانه به نظر می رسد و فرآیندهای واقعی مراحل بیشتری دارند.

فشار بی امان بر عملکرد توضیح می دهد که چرا کنترل فرآیند با شور مذهبی در تولید نوری برخورد می شود. نمودارهای کنترل فرآیند آماری بازرسی مواد ورودی پروتکل های صلاحیت تجهیزات گواهینامه اپراتور. هر چیزی که تنوع را کاهش دهد، از دست دادن عملکرد را کاهش می دهد.

همچنین توضیح می‌دهد که چرا مهندسان تولید در مورد تغییرات طراحی دچار مشکل می‌شوند. هر تغییری به طور بالقوه منحنی یادگیری بازده شما را بازنشانی می کند.

 

رابط کانکتوری که احتمالاً نادیده می‌گیرید

 

رابط مکانیکی که فیبر به ماژول متصل می‌شود، بیش از آن چیزی است که سادگی ظاهری آن نشان می‌دهد.

رابط‌های LC و MPO باید به تماس فیزیکی بین سطوح انتهایی فیبر صیقلی - یا شکاف‌های هوای دقیق کنترل‌شده برای طرح‌های تماس فیزیکی زاویه‌دار - دست یابند و در عین حال هم ترازی را در تلورانس‌ها حفظ کنند که کارایی جفت را حفظ می‌کند. محفظه کانکتور، مخزن روی ماژول و هندسه جفت گیری همگی نقش دارند.

سایش ناشی از درج مکرر اتصالات را به مرور زمان خراب می کند. مشخصات MSA حداقل الزامات دوام را تعریف می کند، اما عملکرد واقعی بر اساس سطوح آلودگی، تکنیک درج و کیفیت ساخت کانکتور و مخزن متفاوت است.

من ساعت ها قبل از اینکه بالاخره کسی کانکتور LC را تمیز کند و مشکل ناپدید شود، مشکل لینک ها را دیده ام.

 

آنچه در واقع حمل و نقل است در مقابل آنچه کنفرانس ها نشان می دهند

 

مقالات کنفرانس ماژول‌های 1.6 ترابیت بر ثانیه را با قالب‌های مدولاسیون منسجم عجیب و غریب و ادغام فوتونیک بسته‌بندی شده همراه- نشان می‌دهند. محموله های حجم واقعی همچنان تحت سلطه فرستنده گیرنده های 100G و 400G قابل اتصال با استفاده از معماری های نسبتاً معمولی هستند.

فاصله بین نمایش و استقرار تقریباً پنج سال برای بیشتر فناوری‌ها است. فوتونیک سیلیکونی حتی بیشتر طول کشید. اولین نتایج تحقیقات در اوایل دهه 2000 ظاهر شد. حجم تجاری معنی دار تا اواسط دهه 2010 وارد بازار نشد.

این بدبینی نیست - بلکه واقعیت ساختگی است. حرکت از نمونه‌های اولیه کار به تولید انبوه قابل اعتماد مستلزم حل مشکلات عملکرد، واجد شرایط بودن تامین‌کنندگان، ساخت زیرساخت‌های آزمایشی و ایجاد داده‌های قابلیت اطمینان میدانی است. هر قدم زمان می برد.

ماژول‌های نوری 800G اکنون در حال افزایش هستند. 1.6T دنبال خواهد شد. فن آوری های اساسی وجود دارد. توانایی تولید چیزی است که سالها طول می کشد تا بالغ شود.

ماژولی که در سه ماهه آینده در شبکه خود مستقر می کنید احتمالاً چهار سال پیش وارد توسعه شده است و بر فناوری اجزای اساسی که یک دهه قبل از آن اثبات شده است متکی است. تحقیقات پیشرفته در نهایت به مهندسی تولید خسته کننده تبدیل می شود، که دقیقاً همان کاری است که باید کار کند.