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(shè)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(lǐng)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(lǐng)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(zhǔn)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(fēng)險。相比之下，EFT的高精度化學(xué)蝕刻可將缺陷風(fēng)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(chǔ)。

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(yīng)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(yīng)商的成本和產(chǎn)能優(yōu)勢，鞏固了我們在行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)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(chǔ)上，迅速展開對EFT更深層次的開發(fā)，利用EFT將光學(xué)器件(包括激光器、調(diào)制器和多路復(fù)用器)無縫集成到單個硅芯片上，面向100G應(yīng)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(zhǔn)蝕刻面技術(shù)工藝過程

CFT激光器的固有特性導(dǎo)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(zhǔn)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(zhǔn)(SAEFT™)工藝以標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(zhǔn)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(dǎo)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(lǐng)域穩(wěn)固的領(lǐng)導(dǎo)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(yīng)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(lǐng)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。