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光模块核心工艺流程

5G通信、人工智能、元宇宙等新技术的涌现使得光通信行业快速发展。光模块作为光通信设备中完成光电转换的关键组件，与服务器暴增的算力和数据交互直接配套。因此，能够满足高速数据传输、海量数据处理等要求的高性能光模块产品成为数字化发展关键基础。

图光模块内部结构光模块中的核心器件是实现光电信号转换的光收发器件，主要包括光发射器件TOSA、光接收器件ROSA和通过同轴耦合将TOSA和ROSA等组件集成的光发射接收器件BOSA。当前光模块的技术壁垒主要就在于光收发器件的光芯片和封装技术这两个方面。??

光模块生产工艺的核心环节主要包括贴片、引线键合、光学耦合、封装、焊接、老化测试等，以下将一一介绍各工艺环节，欢迎大家进行补充修正，扫描下方二维码，添加管理员微信，即可加入艾邦光模块产业微信群。

图光模块生产工艺主要环节

1.贴片

贴片（DieattachorDiebonding）是指将半导体裸片（die）器件贴在载体（carrier）上。光模块中的半导体裸片器件主要是光电芯片，其原材料包括GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）、Si（硅基）等；贴片的载体主要包括PCB、可伐合金、陶瓷基板（AlN氮化铝等）、钨铜等。贴片可分为手动和自动，目前光模块贴片已实现自动化。传统的贴片工艺是人工涂胶或使用点胶机通过空气挤压出的胶水将芯片固定在PCB板上，但光芯片的贴片要求比电芯片的贴片要求精度更高，传统贴片无法达到精准控制胶量大小、上胶速度和位置等严格要求，因此高精度贴片机就显得尤为重要，而且随着400G、800G等高速光模块的快速发展，高精度贴片机的需求也愈加旺盛。当前高精度贴片机市场主要依赖进口，国产替代空间广阔。??

图源?光通信小黄人另外，贴片主要通过共晶焊和导电胶完成固定。共晶焊料一般使用金锡焊料，虽然导电性和可靠性更好，但价格昂贵、效率较低，多用于激光器芯片贴装；导电胶一般用银胶，电阻大，但成本低、工艺简单、适用范围更广。此外，还有紫外UV固化胶可用于一些电芯片的贴装。??

2.引线键合

引线键合（Wire-Bonding）是指芯片贴装完成后，用金属引线将芯片的压焊位连接在印制电路板的焊盘上，形成可靠的电气键合，俗称打线。引线键合按照键合能量可分为热压键合、超声键合、以及二者结合的热超声键合；按照键合线的材料分为金丝、铝丝、铜丝。光通信行业一般采用金丝热超声键合，因为光电芯片的表面普遍会镀金，金的高频性能好，而热超声键合的温度较低、速度快，可靠性更好。??

面包板，中泰证券研究所在引线键合的过程中，根据劈刀和焊点形状可分为球焊和楔焊。球焊使用毛细管劈刀，可形成球状焊点，与焊盘接触面积大，可靠性好，速度快，使用场景最广；楔焊使用楔形劈刀，可形成方形焊点，与焊盘接触面积小，可靠性较差，速度较慢，一般只用于高频信号焊盘之间的引线键合。

3.光学耦合

耦合是光模块封装中工时最长、最容易产生不良品的步骤。光模块实现光电和电光转换，因此一端是电口，连接网线/交换机，另一端是光口，连接光纤。光纤导光的物理基础是入射光在光纤内部发生全反射，光学耦合的目的就是将光高效、高质地耦合进入光纤。根据光纤的不同，可以把光模块分为单模和多模，这两种光模块内部的光学耦合差别较大。多模光纤（MMF）的纤芯直径通常为50/125μm或62.5/125μm，普遍采用面发射激光器?VCSEL，经反射镜耦合进入多模光纤中，光路简单、容差大、工艺相对简单。而单模光纤（SMF）单模光纤纤芯直径比多模光纤小，通常为9μm，耦合较为复杂，需要透镜进行聚焦耦合。透镜耦合大概分为上料、预耦合、点胶、胶水固化、下料5个步骤。??

图源天孚通信光模块中用到的透镜按形状可分为球面和非球面，按材质主要有玻璃、硅、塑料等，优缺点对比如下表。玻璃透镜是传统工艺中经常用的材料，价格较贵，常用于高端模块；硅透镜价格便宜，目前已大量应用于中低端COB、Box封装模块中；光学塑料透镜常用PEI塑料，价格便宜，可应用于多模短距模块中。??

外壳封装

完成光路耦合后，光模块已形成雏形，下一步的外壳封装将使之完整。封装通常分气密性封装和非气密性封装。气密性封装目的是为了防止外部的水汽和其他有害气体进入密封光器件内部，影响光芯片和相关零组件的性能。为了实现封装的可靠密封，封装外壳上电通路所使用的电介质一般为非有机材料，如玻璃或者陶瓷。

气密性封装材料

优点

缺点

陶瓷

耐高温、磨损和腐蚀、重量轻

价格高

玻璃

成本低

机械强度低、导热低

气密性封装的方式主要有To-can、BOX（盒式）、蝶形封装，主要应用在工作环境复杂，对可靠性要求高的电信市场或者DCI市场（数据中心长距离传输）。非气密性封装主要是COB（板上芯片封装）封装技术，多