光通信行业,尤其是高速率光模块,非常注重器件的高性能和稳定品质。光模块中的多个光学组件必须精确校准,并持久相互粘接才能确保长期可靠性。同时,每个元器件高度集成,而在整个生产过程中经过多个工艺流程,会使用多种粘合剂、导热材料,这对专业性要求非常高。

 

日前,全球电子材料供应商汉高的材料和市场专家接受了与非网的专访,重点介绍了高精度透镜耦合、高可靠结构粘接和高效热管理材料在光模块中发挥的重要作用,以及该公司在相关领域最新的产品技术和服务。

 

关键材料的新技术

 

在 100G/400G 高速率光模块的高精度透镜耦合上,为了实现高速数据传输和高带宽应用,光模块、光学开关和光器件等光通信设备必须将最大量的光传送到光纤中,光模块空间很小,为保证光模块的性能一致性,光纤和光路之间必须完成高精度的耦合,以实现最优的光模块整体性能。汉高通讯及数据中心业务大中华技术服务经理赵琳表示,“光耦合精度经常要求在 1 微米以内,胶水的固化收缩和湿气吸收和热膨胀系数非常关键。

 

针对这个高精度耦合要求,汉高今年推出了 UV 胶加低温热固化环氧胶的双胶水的的解决方案。

 

“与上一代产品 LOCTITE ECCOBOND LUX 3042M 和 LOCTITE HHD 4042 这两款 UV 加热固化胶水的区别在于:双固化胶水会损失一些产品的性能,比如粘接力;为了满足 100G/400G COB 封装高速率光模块对高可靠性的要求,我们把 UV 预固定和结构粘接分别放到两个产品中来实现。在 UV 预固定这一块我们推荐的是使用 AA50T 或者是新产品 LOCTITE STYCAST OS5101 来实现 UV 固化,即耦合预固定,”赵琳说,“后面粘接可以用 LOCTITE ABLESTIK 3119 和 LOCTITE ECCOBOND EO1016 这两款高可靠性低温热固环氧胶水,除了满足模块低温固化的需求——100 度 60 分钟固化,在固化收缩率方面也由上一代的 3%降到了 1%-2%之间,这一组合方案对客户来说,比仅使用一款高性能 UV 热固胶来说可以更好控制成本。”


在胶水性能上,光模块在使用过程中通常是 7x24 小时全天候无间断运行,100G/400G 高速率光模块要求设备能够长期、稳定、高效的运作。因此要求粘合剂具有高粘接强度、低固化收缩率、低 CTE 等关键特性,以满足在高低温及冷热循环等严苛环境下,避免因为化学品的膨胀或收缩对光模块产生应力,从而为设备提供稳定、可靠的粘接。汉高开发的 LOCTITE ABLESTIK 3119 具有极低的收缩率,以及 100 度低温固化性能;LOCTITE ECCOBOND EO1016 在金属和塑料,尤其是镍和 FR4 等难以粘接的基材上,具有良好的粘接力。

 

在导热方面,高速率光模块的导热需求在不断的提升。赵琳介绍,过去两年,汉高投入很多精力开发导热凝胶系列产品,目前已完成 6 瓦导热凝胶的开发,并在通讯客户中成功使用,该凝胶也适用于光模块结构中不宜采用垫片的一些应用场景。

 

BERGQUIST microTIM 是汉高新推出的用于光模块的新型微热界面涂层,用于与光模块直接接触的散热片表面的导热涂层材料。该产品厚度仅为 20μm 的超薄涂层兼具优异的耐用性、可插拔、导热性。特殊的涂层材料专为增强模块和散热器之间的热性能而设计,适用于与 POM 接触的网络线卡散热器,可以帮助一个 15 瓦功率的光模块最高降低 5°C,并可轻松承受多达 500 次的重复性的拔插。

 

赵琳表示,以前对于低速率光模块而言,光模块外壳与散热器金属表面是金属对金属,在插拔过程当中会产品磨损,导致散热器散热性能降低。而汉高新型导热涂层材料,可以一方面降低插拔过程中的磨损,另外一方面也填充了两个金属接触面之间的空隙,从而有效降低了界面热阻。

此外,除了新产品的研发,汉高也凭借广阔的现有产品线,将成熟的产品引进到光模块中,例如在元器件保护上,在消费电子及汽车电子中久负盛名的底部填充胶 LOCTITE ECCOBOND FP 4531 和 4530 可大大提高芯片在应用中的可靠性,也包括一些非导电导热胶。

 

保持领先地位的考验

 

对于粘合剂行业或者是导热行业的领先者,汉高的压力在于如何保持领先的位置,而创新和本土化则是汉高在中国的重要战略

 

2019 年起,汉高启动贝格斯珠海生产基地本土化项目,加速更多产品在本土落地,大力提高本土产能。同年 10 月,汉高亚太规模最大的热管理材料联合实验室在上海揭幕。这一实验室兼具研发、测试、点胶等全方位能力,通过打造定制化的服务和综合性创新解决方案,极大缩短了基于客户需求的产品研发、产品测试到产品市场化的过程。

 

汉高通讯及数据中心业务全球大客户经理费玥表示,“依托珠海生产基地的制造经验和热管理材料联合实验室的创新研发优势,从实验室启用至今,汉高根据本土市场需求已经成功研发出多款新产品并推向市场。例如,用于通讯基建的产品采用超低模量树脂配方,具有更好的贴服性和更高的导热性能。”

 

国内的 5G 来和数据中心推动光通讯快速发展,费玥认为这对汉高来讲充满机遇,而本土化、创新以及贴近客户需求的定制化开发不仅满足客户的产品需求,也保证了供应链安全。