啥是光電子芯片?怎么介紹呢?關于半導體細分領域產品很多,通常大部分人可能第一個想到的是各類集成電路芯片啥的,比如MCU,DSP,SOC,FLASH存儲芯片等這些曝光率比較高的部分,所以在這里簡單寫篇文章,大致聊聊我們所從事的行業。
那么半導體有分哪些領域呢?大體可以分集成電路,光電子,分立器件等,每一個領域拉出來都是一個龐大的產業鏈。
集成電路有存儲器,邏輯電路,模擬電路,微處理器等。
光電子有發光二極管(LED)、激光二極管(LD)、超輻射二極管(SLD),光電探測器PD(如PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管)等。
分立器件,簡單來說具備獨立功能的獨立零件叫分立器件,比如晶體管、二極管、電阻、電容、電感等。
這里主要介紹下我們所從事的細分領域中的再細分----光電子領域這塊,發光二極管LED這個就不用說了,國家也是戰略投資,照明燈,顯示屏啥的生活中隨處可見。當然我們做的不是這個。我們主要做的是應用光通信傳輸的近紅外激光二極管(LD)發射芯片以及光電探測器PD(APD雪崩光電二極管)的接收芯片。
激光二極管分類也挺多,按結構分,雙異質結激光器DH、法布里-珀羅FP、分布反饋激光器DFB、垂直腔面發射激光器VCSEL;按波長分,有中/遠紅外激光器,近紅外激光器,可見光紅外激光器,紫外激光器等,按應用方向可分為信息型激光器比如光通信應用,功率型激光器比如大功率泵浦激光器等,啊,頭痛,太多啦......
在介紹芯片之前,我們先從與芯片密切相關的光模塊開始解剖,當然光芯片還應用其他很多產品。如儀器儀表,各類測試光源等等。
我們知道城域網,FTTX接入網絡,數據中心,4G/5G網絡都已采用光模塊-光纖連接進行信息傳遞,可以這么說只要是光傳輸,LD/PD芯片都不可少。下面我們看看光信號的傳輸,可以了解到主要通過LD/PD的光電轉換進行信息傳輸。
當然在實際產品應用中是看不到LD/PD芯片的,而是封裝在光模塊中。光模塊按照波長分,主要在近紅外波段,比如1270nm、1290nm、1310nm,1490nm、1330nm、1550nm等等。
接下來我們分解下光模塊里面的器件組成,直到我們看到芯片部分。
可以看到光模塊有包括光發射TOSA/接收TOSA器件,外罩,PCB等部分,這里我們主要看光發射和接收口部分,也就是我們常說的封裝器件,比如TOSA: Transmitting Optical Sub-Assembly, 光發射組件,ROSA: Receiving Optical Sub-Assembly, 光接收組件,BOSA: Bi-Directional Optical Sub-Assembly, 光發射接收組件,TOSA是用LD把電信號轉化為光信號發射出去的組件,ROSA是用PD把接受的光信號轉化為電信號的組件,把兩者組合在一起就是BOSA。
那么TOSA/ROSA/BOSA器件的元件又是哪些組成的呢?這里就涉及到TO器件了,也就是一種同軸封裝的元器件。
這里我們了解到BOSA同軸型光發射-接收器件包含TO-Can的關鍵元器件,下面展開分析。
從LD-TO和PD-TO封裝外形和結構圖來看,形狀類似,主要是里面封裝的元件區別。分解到這里,我們現在可以看到LD/PD芯片了,嗯,到了芯片這部分就是我們在做的了,那么LD/PD芯片長啥樣呢?芯片不大,各家制作大小有差別,差不多幾百um。
按照目前主要生產的LD芯片,按芯片類型主要是FP(法布里-珀羅)型和DFB(分布反饋)型。PD芯片主要有PIN/APD類型。
看上圖,大概也知道LD/PD的使用了,比如LD簡單來說就是加注電流,芯片就在中間有源腔發出激光,然后進行光傳輸,隨后PD光敏面接收光子,轉換成電流獲得電信號,這樣就完成信號的傳輸了。
那么芯片是怎么做出來的呢?這就涉及到半導體制造工藝了,有興趣可以看這本書,反正我是沒看的。
下面簡單介紹下DFB制作工藝(DFB相對比FP工藝要復雜),大概也就這些步驟,先從晶圓開始,通常近紅外波長激光器材料是InGaAsP/InP。
好了,到最后一步就是芯片切割,切成一個個小小芯片,接著就拿去封裝成TO-CAN,然后做成TOSA/ROSA/BOSA,最后與其他組件共同組成光模塊。
差不多,大概,先介紹到這里,圖片均來自網絡。