Page 27 - 网络电信2024年8月刊
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在128 GBd、192 GBd和256 GBd应用中发挥重要作用。然而，薄 未来相干光收发器件将出现多路集成架构。这是实现高集
膜铌酸锂只能用于发送端，接收端仍需要采用磷化铟或硅光技 成度、低成本相干光收发器件的方向之一。
术。 图3 信号波特率的演进过程
结合硅光技术和各种高效电光调制新材料的异质集成技术 单位比特传输成本影响系统传输方案的选择。在技术发
是行业研究热点。这些新材料包括铌酸锂、钛酸钡、有机聚合 展早期或光电器件带宽难以满足高波特率需求时，多路并行成
物等等。硅光技术的缺点是插损大、带宽小，但集成优势也很 为技术可行和成本最优的方案选择。相干调制信号的偏振复用
突出，如果硅光和高效电光调制效应的新材料异质集成，将在 正交信号架构相当于非相干调制信号的四路并行或波分架构。
未来超128 GBd相干光收发器件中发挥重要作用。异质集成技 在非相干10G、40G、100G、200G、400G、800G、1.6T标准接口
术存在热膨胀系数不匹配、工艺兼容性不好、长期可靠性不高 中，多路并行架构一直是重要的实现方案。短距离非相干传输
等问题。现阶段有多个初创公司专注于硅光异质集成钛酸钡或 采用单纤或少数几根光纤；长距离相干传输采用波分复用技
有机聚合物的工艺技术。钛酸钡比铌酸锂材料具有更大的线性 术，其重要指标是传输容量。多路并行方案无法增加系统传输
电光系数，但钛酸钡的居里温度点很低，制备困难。有机聚合 容量，因而早期关注度不高。在相干400G传输的早期阶段，双
物在高温可靠性、制备工艺兼容性等方面仍需要提升。因此， 波方案成为长途传输的可行方案。IEEE 802.3以太网标准正在
新材料在商用前需要完成性能、成本、可靠性等多方面的评估 讨论短距800G/1.6T的相干传输技术。有提案建议1.6T传输方
和验证。总体而言，当前钛酸钡和有机聚合物技术仍处于实验 案采用双波相干800G。预计800G长途传输将采用双波128 GBd-
室阶段，薄膜铌酸锂技术处于工程化阶段。硅光专家预计未来 PDM-QPSK。对于未来1.6T、3.2T的长途传输，如果单载波信号
5～10年内硅光商用代工厂的异质集成薄膜铌酸锂工艺将成熟 波特率的提升不再具备性价比时，双波或四波方案将被采用，
[4]。硅光-薄膜铌酸锂的异质集成材料优势包括：大带宽（>110 从而推动相干光收发器件实现多路集成。
GHz）、多波段（单片支持S+C+L波段）、高性能（铌酸锂OSNR
性能好）、高集成度（收发集成）。 结束语
2.2 先进封装技术 为满足相干光传输系统更大容量、更长传输距离、更低成
未来相干光收发器件将采用先进封装技术。这是实现高波 本的需求，相干光收发器件需要具备更大带宽、更多波段、更
特率、高性能、高集成度、低成本相干光收发器件的另一个关 高性能、更高集成度、更低功耗等技术特征。未来相干光收发
键要素。 器件技术将向着新材料光芯片、先进封装技术、多路集成架构
相干光收发器件封装实现光/电芯片集成为一个器件。封 等方面演进。
装技术[5]需要综合考虑热、力、电、光的设计，尤其保证器件
的长期可靠性和信号完整性。封装方案的设计与可用的光、电 参考文献
芯片接口形态密切相关。目前封装方案主要包括传统的金盒气
密封装，以及近年来出现的小型化球栅阵列（BGA）封装和集 [1] OIF. Implementation agreement for IC-TROSA[EB/OL].(2019-
成DSP芯片的多芯片组件（MCM）封装，未来还可能采用低成本 08-20)[2023-08-10]. https://www. oiforum. com/wp-content/
和高性能的板上芯片（COB）封装方案。金盒封装采用高温烧结 uploads/OIF-ICTROSA-01.0.pdf
陶瓷基板。BGA封装多采用有机基板，具有一些优点：尺寸小、
加工周期短、成本低、与模块印制电路板（PCB）适配性好、可 [2] 陆源,牛文林,王永奔,等.基于数字子载波和概率整形的相干光
实现光器件封装微电子化。电芯片散热是设计重点。倒装电芯 通信系统设计及应用[J].中兴通讯技术, 2023, 29(4):78-82.
片要求器件具备从顶部散热的功能。可靠性与基板/管壳材料的 DOI:10.12142/ZTETJ.202304014
选型相关，例如：光器件基板和模块PCB进行BGA焊接时，基板
材料的热膨胀系数会影响焊点的可靠性。要优化光器件封装的 [3] 王会涛,张平化,苏展. 800 Gbit/s光模块技术及应用[J].中兴通
信号完整性，就需要尽量减少阻抗的不连续点。如图4所示， 讯技术, 2021,27(6):40-46. DOI:10.12142/ZTETJ.202106008
（c）和（d）的MCM封装架构相对于（a）和（b）的TROSA封装
架构，DSP裸片和光电芯片进行共基板封装，高速电信号少经 [4] SUDIP S, BOGAERTS S, CHROSTOWSKI L, et al. Silicon
历了两次由BGA植球引起的阻抗不连续点，改善了高频性能。 photonics--roadmapping the next generation[EB/OL].
（e）和（f）均为COB封装。（e）中DSP为封装片，PCB需支持 (2023-05-25)[2023-08-10].https://doi.org/10.48550/
电芯片的倒装，光芯片通过打线与PCB连接。当驱动器摆幅要求 arXiv.2305.15820
不高时，DSP集成驱动器和跨阻放大器成为可能。（f）中DSP为
裸片，集成了驱动器（DRV）/跨阻放大器（TIA）功能，且倒装 [5] 刘新阳. 5G半导体产业发展和创新趋势思考[J].中兴通讯技术,
焊跨接在模块PCB和光芯片（PIC）上。需要说明的是，PCB（如 2021, 27(4):51-52. DOI:10.12142/ZTETJ.202104010
类载板）需要高精度工艺支持DSP裸片的倒装。波特率较高时，
芯片之间高速电信号的传输路径应尽量短，阻抗不连续点应尽
量少，同时DSP芯片应尽量与光电芯片共封装。
2.3 多路集成架构
网络电信 二零二四年八月 41
