浅谈一下光模块封装材料
光模块是光通讯传输领域一种核心的光电转换配件，一个光模块，通常由光发射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探测器）、功能电路和光（电）接口等部分组成。作为交换机与设备之间传输的载体，光模块发挥着光电转换的作用，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。除了常见的收发一体光模块，根据某些特殊场景的需求，光模块也衍生出了一些其他结构，包括单收光模块、双收光模块顿号、单发光模块和双发光模块等。
常见的光模块的核心元器件包括：1、TOSA ：主要作用是实现电信号转光信号，主要包括激光器、MPD 、TEC 、隔离器、Mux 、耦合透镜等器件，有TO-CAN 、Gold-BOX 、COC（chip on chip) 、COB(chip on board) 等封装形式。2、LDD( LaserDiode Driver) ：将CDR 的输出信号，转换成对应的调制信号，驱动激光器发光。不同类型的激光器需要选择不同类型的LDD 芯片。在短距的多模光模块中（例如100G SR4 ），一般来说CDR 和LDD 是集成在同一个芯片上的。3、ROSA ：主要的作用是实现光信号转电信号，内置器件主要包括PD/APD 、DeMux 、耦合组件等，封装类型一般和TOSA 相同。PD 用于短距、中距的光模块，APD 主要应用于长距光模块。4、CDR：在输入信号中提取时钟信号，并找出时钟信号和数据之间的相位关系，简单说就是恢复时钟。5、TIA： 将电流信号处理成一定幅值的电压信号，简单的理解为一个大电阻。6、LA：将变化的输出幅值处理成等幅的电信号，给CDR 和判决电路提供稳定的电压信号。7、MCU ：负责底层软件的运行、光模块相关的DDM 功能监控及一些特定的功能。
光模块主要在发送端和接收端分别实现信号的电-光转换和光-电转换，应用非常广泛。从产业链的结构来看，光模块的上游主要为光芯片和无源光器件，光模块处于光通信产业链中游，市场稳定增长。下游客户主要为电信主设备商、运营商以及互联网和云计算企业。随着第五代移动通信技术商用化进程不断加速，光模块的速率不断提升，体积也在不断缩小，以至于每隔几年，就会出新的封装标准。同时，光模块的应用场景存在多样性，包括数据中心、移动通讯基站、5G承载网和无源波分系统等，不同的传输距离、带宽需求、使用场所，对应使用的光纤类型就不同，光模块也随之不同。
常见的光模块封装款型标准包括：1、GBIC，就是千兆接口转换器。在2000年之前，GBIC是最流行的光模块封装，也是应用最广泛的千兆模块形态。2、SFP，即小型可热插拔光模块。它的体积比GBIC模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。在功能上，两者差别不大，都支持热插拔。3、XFP，就是万兆SFP，采用一条XFI（10Gb串行接口）连接的全速单通道串行模块，可替代Xenpak及其派生产品。4、SFP+，它和XFP一样是10G的光模块。SFP+的尺寸和SFP一致，比XFP更紧凑（缩小了30%左右），功耗也更小（减少了一些信号控制功能）。5、QSFP，四通道SFP接口，根据速度可将QSFP分为4×10G QSFP+、4×25G QSFP28、8×25G QSFP28-DD光模块等。6、QSFP-DD，将QSFP的4通道增加了一排通道，变为了8通道。它可以与QSFP方案兼容，原先的QSFP28模块仍可以使用，只需再插入一个模块即可。7、NRZ和PAM4，在相同通道物理带宽情况下，PAM4传输相当于NRZ信号两倍的信息量，从而实现速率的倍增。
光通信行业，尤其是高速率光模块，非常注重器件的高性能和稳定品质。作为通讯与数据通讯领域的核心部件，激光二极管、光学组件 (OSA)、光模块等光学组件在信息的传输、 收集、显示、储存和处理中都扮演着至关重要的角色。光模块中的多个光学组件，如光纤阵列单元、耦合透镜、光隔离器，准直器，耦合器和分离器，以及其它聚焦和切换光器件必须精确校准，并持久相互粘接才能确保长期可靠性。同时，每个元器件高度集成，而在整个生产过程中经过多个工艺流程，会使用多种粘合剂和导热材料，这对材料专业性要求非常高。针对高速率光模块和光通讯行业高精度、高可靠性、低功耗的发展趋势和要求，蕞达科技(苏州)有限公司经过多年刻苦钻研，现在推出七种封装材料解决方案，包括：芯片贴装胶、透镜耦合胶、光路胶、尾纤组装胶、底部填充胶、EMI电磁屏蔽胶和热管理导热凝胶等。
1、光通讯芯片贴装胶(又称固晶DA胶)
光模块的封装工艺大致可以分为TO Can,Box, COB三大类型。其中COB ( Chip on Board )的封装将裸芯片用导电胶或者非导电胶粘在互连基板上，然后进行引线键合实现电气连接从而驱动芯片工作，这类封装也在数据中心光模块得到了广泛应用。光通信行业广泛采用导电胶(银胶)来进行芯片级的组装。光模块紧凑的结构设计和高功率的芯片、激光器的迭代，多个器件聚集在一起产生散热挑战，器件的升温会影响芯片、 激光器的稳定工作， 最终导致光模块的失效。据统计，光模块的工作温度越高，故障率就越高，所以导电胶的散热能力、工作温度、粘接性能等都会对芯片、激光器的可靠性产生影响。
蕞达科技有限公司EP5841导电胶导电导热性能优异，对不同基板粘结力好，高可靠性，适用于激光器、芯片、TEC等芯片不同尺寸（1*1 mm~6*8 mm)以及To can,、Butterfly、 Box,、COB等封装形式。
2、透镜耦合胶(又称透镜预固定胶)
光器件耦合是对同一波长的光功率进行分路或合路。主要用来用来传送信号，实现型号的光电转换等。也可以理解为是把光对准某些器件，比如光耦合进光纤里或者将不同的光进行耦合。光耦合是光器件、光模块封装流程中的关键工艺，它控制着光功率的损耗程度，进而影响光模块性能。激光器芯片将光发射出来，经过光学透镜变为聚焦光，将Z大值的光能量导入光纤中，进而实现光纤传输。但是，光模块空间很小，为保证光模块的性能一致性，光纤和光路之间必须完成高精度的耦合。由于光耦合精度经常要求在3微米以内，胶水的固化收缩、湿气吸收和热膨胀系数非常关键。
针对高精度透镜耦合要求，蕞达科技推出EP5511透镜耦合胶，无卤素配方设计，低挥发，双重固化机理，高TG，可以精准定位，体积固化收缩率≤1%，CTE ≤20ppm，保证耦合精度，最小化光模块光损，保证长期的使用可靠性。
3、光路胶(又称透镜粘结胶)
光路胶用于光模块中合分波片、部分lens通光面粘结与固定，要求有很好的通光性能。光模块在工作过程中往往无间断运行，尤其对于400G高速率光模块，光路传输要求、器件和设备低挥发物与长期、稳定、高效的运作要求更高。因此，封装材料要求优秀的粘结强度、低固化收缩率、低CTE等以满足在高低温循环和冷热冲击等严苛环境下，防止因为化学材料的膨胀或收缩对光模块产生应力破坏从而影响光模块器件偏斜或光路损耗过大。
蕞达科技推出EP2119单组分环氧热固胶和AC3394紫外线照射固化胶，其中，EP2119单组分环氧热固胶中温固化，操作时间长，固化收缩率低，与PEI透镜粘结力强，耐高低温循环和冷热冲击，稳定可靠性高。其中，AC3394紫外线照射固化胶，粘结强度高，固化收缩率低，耐高低温循环和冷热冲击等。
4、尾纤组装胶
尾纤也称为裸光纤，尾纤一端有光纤连接器，另一端是光缆纤芯的断头，具有光纤连接器的一端用于连接设备，而光缆纤芯的断头与其他光缆纤芯断头熔接相连以达到最小的插入损耗。
针对高速率光模块封装要求，蕞达科技推出EP1130AB双组分环氧树脂和AC3316单组份紫外线照射固化尾纤组装胶水。它们易于操作和渗入光纤束中，固化收缩率低，高TG，粘结强度高，耐高温高湿和耐冷热冲击，可通过2000h双85(85℃温度，85%RH相对温度）和（-40℃-85℃冷热冲击）测试。
5、底部填充胶
光模块主板BGA芯片底部需要点胶填充，将焊点密封保护起来，使BGA 封装具备更高的机械可靠性。其制程要求底部填充胶固化速度快，小于10min，高固含量，低VOC挥发，防止挥发物造成光路异常。
针对5G通讯高速率光模块封装要求，蕞达科技推出EP2531单组分环氧底部填充胶，快速固化，流动性佳，专为具有 1mil 间隙的柔性倒装芯片应用而设计。
6、EMI电磁屏蔽胶
伴随高速率光模块向着小型化、低功耗、高速率、远距离、智能化的方向发展，低速率已经逐渐不能满足日常的数据传输需求，数据中心以及电信运营商对光模块的传输速率要求也越来越高。光模块的速率越高，向外辐射电磁波的频率越来越高，光模块工作的电磁环境复杂，工作中避免电磁干扰的需求是不可忽视的。
针对高速率光模块封装要求，蕞达科技推出EP2045单组分热固化环氧导电胶和SI6222单组份热固硅基导电胶两款电磁屏蔽胶。其中EP2045是一款低温固化单组份环氧导电银胶，适用于高速点胶工艺，要求低温工艺固化后产品具有优良的导电性能和导热性能以及长期可靠性等 ，其中SI6222是一款中温固化导电有机硅弹性体，固化后体积电阻率低，柔韧回弹性好，可以反复压缩变形以及快速复原性能。
7、热管理导热凝胶
随着5G步伐越来越近，用户需求和数据中心的发展，低速率已经慢慢不能满足日常的数据传输需求，光模块作为核心光学电子设备，未来最重要的两个发展方向高速率和小型化，将面临与日俱增的散热问题。光纤通信因其传输容量大，保密性好等优点而成为现在网络信息中主要的传播途径。而光模块作为光纤通信系统中最重要的器件之一，广泛应用于广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）等领域。作为核心光学电子设备，光模块在其复杂性、多样性等方面也面临着越来越高的要求，其中的两个重要方面，即高速率和小型化。光模块小型化会带来一个最棘手的问题，就是散热。过多的器件积聚在一起，必然带来器件的热量难以散发，而散热困难引起器件升温，从而导致芯片的工作状态变化，严重的还会引起芯片停止工作。
针对高速光模块的散热要求，蕞达科技推出SI6611双组份快速固化液态导热凝胶，装配尺寸稳定，最小可控厚度可达到 0.2mm，触变式低应力应用，可以增强的热管理，相比导热垫片，它增强了可靠性、返工性，自动化组装，可以解决光模块散热的问题。
目前光模块产业链全球分工明确，欧美日等发达国家技术起步较早，现在占据上游芯片和产品等技术优势。中国凭借着劳动力优势，在产业链的中游占据较大市场份额，现在发展出多个全球市场占率领先的光模块品牌，但技术不独立，而且难以分享上游市场。随着 5G时代的到来以及中美之间科技战的愈演愈烈，中国有望向上游发力，实现技术突破，改变现有光模块产业链的全球格局。凭此，苏州蕞达科技有限公司依托自身技术优势，历经磨练，推出适合光模块封装的系列粘合剂与相应的封装工艺一体化解决方案，从而保证光通讯、光模块的长期可靠性，同时我们也希望可以协助光通讯下游厂家，为推动中国光通讯技术向前发展以及改变现有光通讯产业链的全球格局的伟大事业尽一份绵薄之力。