端面刻蝕技術(shù)：為云數(shù)據(jù)中心點亮通往400G及更高速率之路

 前 言

如今的云數(shù)據(jù)中心每年需要處理約5萬億千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)流量，而隨著數(shù)以百萬計的新用戶加入云連接的大軍以及新型物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設施的上線，這一數(shù)字在未來幾年間還將呈現(xiàn)幾何級數(shù)的增長。

這就要求云數(shù)據(jù)中心不斷降低成本，并具有超大規(guī)模增長的潛力。MACOM的端面刻蝕技術(shù)(EFT)能夠推動云數(shù)據(jù)中心的光互連實現(xiàn)顛覆性的發(fā)展，讓云數(shù)據(jù)中心在成本和大規(guī)模生產(chǎn)方面獲得雙重突破。

成 熟 的 技 術(shù)

MACOM擁有先進的端面刻蝕(EFT)技術(shù)及商業(yè)規(guī)模的制造能力，這樣的競爭優(yōu)勢幫助MACOM把握住100G技術(shù)在云數(shù)據(jù)中心領域的發(fā)展機遇，再創(chuàng)像之前在PON市場那樣的輝煌業(yè)績，為成本的降低帶來新的突破。PON是目前世界上最大的DFB激光器市場，對產(chǎn)能和成本極為敏感。

憑借EFT技術(shù)和4英寸InP晶圓的使用，MACOM已經(jīng)向PON市場輸送了2億多個10G以下級激光器。據(jù)MACOM估計，MACOM在2016年的市場份額已超過70%。在云數(shù)據(jù)中心領域，憑借MACOM現(xiàn)有制造能力，MACOM估計可以滿足1000萬件的產(chǎn)量，從而將在PON市場的顯著優(yōu)勢延伸到對每比特成本要求更高的巨大市場。

制 造 效 率

EFT利用晶圓級制造的成本結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，克服了傳統(tǒng)切割端面技術(shù)(CFT)的固有限制，創(chuàng)造出成本和產(chǎn)能的優(yōu)勢，使面向光模塊的激光器的制造成本顯著降低。

CFT技術(shù)的激光器采用機械切割方式，這種缺乏精準度的工藝會引發(fā)大量異常，影響光發(fā)射，從而增大激光器產(chǎn)生缺陷的風險。相比之下，EFT的高精度化學蝕刻可將缺陷風險降至最低，從而最大限度提高產(chǎn)量。這同時也降低了激光器的制造成本，為交付更具成本優(yōu)勢的最終解決方案奠定了基礎。

電子束光刻或全息界定是MACOM將EFT技術(shù)納入分布反饋式激光器的重要環(huán)節(jié)，這項工藝可以產(chǎn)生高精度光柵，從而實現(xiàn)理想的波長控制。

采用CFT的競爭產(chǎn)品必須將晶圓切割成晶條，來形成激光腔的端面，而MACOM的EFT方法能夠進行晶圓級加工，可基于整個晶圓完成激光器的形成。CFT激光器的晶條級測試成本高昂，并且通常只能在室溫下進行，而晶圓級EFT激光器可實現(xiàn)每個激光器全溫度范圍測試，效率極高，并且完全避免在下游對任何有缺陷的激光器進行封裝。

MACOM的25G激光器系列

MACOM面向100G云數(shù)據(jù)中心應用的25G激光器產(chǎn)品組合將EFT的固有優(yōu)勢融于一身。MACOM的25G激光器產(chǎn)品組合充分利用了我們自主的晶圓級InP制造優(yōu)勢，汲取了我們在競爭激烈的成本敏感的PON市場中的寶貴經(jīng)驗，體現(xiàn)出超越現(xiàn)有主流激光器供應商的成本和產(chǎn)能優(yōu)勢，鞏固了我們在行業(yè)的領導地位，為支持云數(shù)據(jù)中心的爆炸性增長做出貢獻。

從 激 光 器 到 L-PIC

MACOM在EFT激光器的成功基礎上，迅速展開對EFT更深層次的開發(fā)，利用EFT將光學器件(包括激光器、調(diào)制器和多路復用器)無縫集成到單個硅芯片上，面向100G應用推出業(yè)界首個集成有激光器(L-PIC.)的硅光子集成電路(PIC)。MACOM解決了以高產(chǎn)出和高耦合效率實現(xiàn)激光器與硅光子集成電路集成的挑戰(zhàn)，使采用硅光子集成電路在云數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)高速、高密度光互連成為現(xiàn)實。

自對準蝕刻面技術(shù)工藝過程

CFT激光器的固有特性導致其容易出現(xiàn)影響光發(fā)射精度的缺陷。因此，采用CFT激光器的硅光子集成電路需經(jīng)過繁瑣的裝配過程，必須采取主動方式將激光器對準硅芯片：首先將激光器上電，通過物理操作改善光耦合，然后鎖定到位。這一過程既浪費時間，又成本高昂，而且迄今為止，通過CFT能夠?qū)崿F(xiàn)的光耦合效率僅為50%。

而憑借MACOM的EFT技術(shù)，激光器面和硅芯片均通過高精度光刻工藝界定，并且EFT激光器通過專有的自對準(SAEFT™)工藝以標準倒裝方式貼裝到芯片上，這種工藝同時支持邊緣發(fā)射和表面發(fā)射激光器。這種端到端光刻工藝可確保激光器輸出和輸入波導定位是精確已知的。這既省去了CFT所需的成本高昂且繁瑣的機械對準過程，又可確保高達80%的光耦合效率和無與倫比的器件一致性。

與CFT激光器相比，EFT激光器還具有影響硅光子集成電路尺寸和成本的其它優(yōu)勢。CFT激光器需要通過氣密封裝，來避免在激光器在潮濕環(huán)境下工作引起的性能劣化，這一缺陷是因機械切割及隨后為激光器面進行晶條級涂層而引起的。而使用EFT激光器時，可對激光器面進行精確的光刻界定，從而為波導表面和激光器面提供連續(xù)的保護覆蓋，因此無需氣密封裝。

由于無需氣密封裝，EFT激光器可顯著降低最終元器件的尺寸和成本，并且允許硅光子集成電路直接位于模塊電路板上，從而增大了硅光子可實現(xiàn)的互連密度。

無 與 倫 比 的 創(chuàng) 新

面向數(shù)據(jù)中心的MAOP-L284CN-100G四路L-PIC

MACOM利用在EFT領域穩(wěn)固的領導地位和受保護的知識產(chǎn)權(quán)，結(jié)合成熟的倒裝芯片組裝工藝和大規(guī)模制造能力，打破了硅光子集成電路在云數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)主流應用所面臨的成本壁壘。我們的L-PICS系列計劃于2017年第二季度開始批量供貨。

在某些市場中，EFT會產(chǎn)生顛覆性的影響，對實現(xiàn)降低成本、完成主流部署起著關(guān)鍵性的作用。憑借L-PIC產(chǎn)品組合，MACOM再次展現(xiàn)了EFT的顯著優(yōu)勢，并引領云數(shù)據(jù)中心朝著100G及更高速率的高速節(jié)能型光互連邁進。