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2020-01-28

光模块通讯模块锡膏清洗剂合明科技分享:一文带你看懂光模块

发布者:合明科技Unibright ; 浏览次数:238

光模块通讯模块锡膏清洗剂合明科技分享:一文带你看懂光模块


光模块作为一种重要的有源光器件,在发送端和接收端分别实现信号的电-光转换和光-电转换。由于通信信号的传输主要以光纤作为介质,而产生端、转发端、处理端、接收端处理的是电信号,光模块具有广泛和不断增长的市场空间。光模块的上游主要为光芯片和无源光器件,下游客户主要为电信主设备商、运营商以及互联网&云计算企业。

光模块遵循芯片—组件(OSA)—模块的封装顺序。激光器芯片和探测器芯片通过传统的TO 封装形成TOSA 及ROSA,同时将配套电芯片贴装在PCB,再通过精密耦合连接光通道和光纤,最终封装成为一个完整的光模块。新兴的主要应用于短距多模的COB 采用混合集成方法,通过特殊的键合焊接工艺将芯片贴装在PCB 上,采用非气密性封装。

光模块下游主要应用于电信承载网、接入网、数据中心及以太网三大场景。电信承载网和接入网同属于电信运营商市场,其中波分复用(xWDM)光模块主要用于中长距电信承载网,光互联(Opitcal interconnects)主要用于骨干网核心网长距大容量传输,而接入网市场是运营商到用户的“最后一公里”,包括光纤到户无源光网络(FTTH PON)、 无线前传(Wireless)等应用场景。数据中心及以太网市场主要包括数据中心内部互联、 数据中心互联(DCI)、企业以太网(Ethernet)等场景。根据 LightCounting预测,2018年全球光模块市场规模约60亿美元,其中电信承载网市场规模约17亿美元,每年以约15%的速度增长,接入网市场规模约12亿美元,年增长率约11%,而数据中心和以太网市场规模在30亿美元左右,未来5年复合增长率约有19%。

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欧美日:行业不断并购整合,专注于高端产品和芯片研发

全球光模块产业链分工明确,欧美日技术起步较早,专注于芯片和产品研发。中国在产业链中游优势明显:劳动力成本、市场规模以及电信设备商的扶持,我们经过多年发展已成为全球光模块制造基地,从OEM、ODM发展为多个全球市占率领先的光模块品牌。产业链分工有效利用了全球优势生产要素,并避免了重复研发,有利于全球产业链高效运转但中国难以分享上游的巨大价值。

由于低端产品价格透明,许多海外企业无法接受过低的毛利率进而剥离光模块业务专注于芯片或保留高端产品。如剑桥科技去年5月和今年3月分别收购Macom Japan和Oclaro Japan光模块资产;博创科技今年3月收购Kaiam PLC业务涉及相关部分资产。另一方面,光通信巨头也经历了一系列并购整合,以增强对整个产业链的垂直协同,增强规模优势,提高议价能力,如去年5月和11月,Lumentum 和II-VI 分别宣布收购Oclaro 和Finisar。

中国:从全球工厂到高端智造

工程师红利开始替代劳动力红利。中国的制造业劳动力成本相比美国的优势正在快速减弱。而与此同时,中美IT技术人员的平均年薪在缓慢缩小,美国IT技术平均年薪/中国IT技术平均年薪由2013年的5.89左右减少为2018的4.46左右。中国的工程师红利正在替代劳动力红利成为驱动光模块行业发展的新动能。

中国在全球价值链地位提升。长期以来我国光模块企业在上游芯片和下游主设备商的“夹击”下利润空间被严重限定,但长期坚持研发正在助力国内光模块企业向价值链更高的高端光模块和光电芯片领域渗透。我们以电信光模块为主业的光迅科技、昂纳科技、新易盛作为样本,三家企业研发支出总额2014-2018保持着年均20%的增长速度,研发支出占营收比例保持在10%以上。而从三家企业的收入合计占运营商资本开支的比例来看,2014-2018增长了1.79pct。光模块企业通过研发投入带动产品竞争力不断增强,有望在全球产业链中分享更多的价值。

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上游芯片仍是短板,自主可控必将加速


光芯片和电芯片是光模块的核心部件,成本占比最高

光芯片是光模块中完成光电信号转换的直接芯片,又分为激光器芯片和探测器芯片。激光器芯片发光基于激光的受激辐射原理,按发光类型,分为面发射与边发射:面发射类型主要为VCSEL(腔面发射激光器),适用于短距多模场景;边发射类型主要为FP(法布里-珀罗激光器)、DFB(分布式反馈激光器)以及EML(电吸收调制激光器),FP 适用于10G 以下中短距场景,DFB 及EML 适用于中长距高速率场景。EML 通过在DFB 的基础上增加电吸收片(EAM)作为外调制器,目前是实现50G 及以上单通道速率的主要光源。探测器芯片主要有 PIN(PN 二极管探测器)和APD(雪崩二极管探测器)两种类型,前者灵敏度相对较低,应用于中短距,后者灵敏度高,应用于中长距。

电芯片一方面实现对光芯片工作的配套支撑,如LD(激光驱动器)、TIA(跨阻放大器)、CDR(时钟和数据恢复电路),一方面实现电信号的功率调节,如MA(主放),另一方面实现一些复杂的数字信号处理,如调制、相干信号控制、串并/并串转换等。还有一些光模块拥有DDM(数字诊断功能),相应的带有MCU 和EEPROM。电芯片通常配套使用,主流芯片厂商一般都会推出针对某种型号光模块的套片产品。

发射端,电信号通过CDR、LD 等信号处理芯片完成信号内调制或外调制,驱动激光器芯片完成电光转换;接收端,光信号通过探测器芯片转化为电脉冲,然后通过TIA、MA 等功率处理芯片调幅,最终输出终端可以处理的连续电信号。光芯片和电芯片配合工作实现了对传输速率、消光比、发射光功率等主要性能指标的实现,是决定光模块性能表现的最重要器件。通过眼图分析可以衡量光模块的主要性能指标,包括幅度稳定度、 码间干扰、消光比、抖动过冲和噪声等。

光模块芯片具有极高的技术壁垒和复杂的工艺流程,因而是光模块BOM 成本结构中占比最大的部分。光芯片的成本占比通常在40%-60%,电芯片的成本占比通常在10%-30%之间,越高速、高端的光模块电芯片成本占比越高,但规模优势可以增加采购的议价能力。

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高速芯片国产率亟待提升,芯片产业链薄弱环节需逐步解决

高速芯片国产化率亟待提升。光芯片方面,我国在10G 及以下光芯片具备替代的能力,但仍有很大市场空间。商业级25G的DFB、EML、APD、PIN 部分厂商已在客户验证阶段,成本降低和良率提升仍有很长的路要走。50GEML、窄线宽波长可调激光器芯片、100G 及以上相干集成光收发芯片等面向5G的关键芯片几乎全部由国外厂商提供,海思、光迅等研发走在前列的企业目标基本是实现自给。电芯片方面,我国25G/100G 多模光模块配套IC 基本实现替代能力,但产能远远不足。25G/100G 单模和更高速率自给率估计仅有1%,高速TIA、CDR、DSP 等基本和国外存在1-2代的技术差距。

光芯片国内Foundry 能力严重不足制约流片进度。光芯片产业链环节包括芯片设计、基板制造、泵晶生长、晶粒制造等多重步骤,工艺流程较为复杂。

  1. 芯片设计是上游核心环节,也是Fabless 模式芯片企业能够独立把控的部分。当前我国多数光芯片企业为Fabless 模式,如华为海思、飞昂光电。

  2. 基板制造是光芯片上游衬底基板的 规模制造环节,能实现高纯度单晶体衬底批量生产的全球仅有少数几家企业,如住友、 AXT。

  3. 磊晶生长利用基板和有机金属气体在 MOCVD/MBE 设备里长晶,制成外延片(wafer)。专门从事外延片生长的厂商又叫 Foundry,集中于台湾、新加坡、日本、美 国等地。

  4. 在晶粒制造环节,对外延片进行光刻等系列处理,最后封装成拥有完整光 电性能的光芯片。台湾是全球光芯片封测产业集中地区。一枚光芯片的诞生需要经过设计、流片、定型、量产等多道环节,完整流程在一年半到两年之间,由于我国 Foundry 产能严重不足或工艺落后,我国大量芯片企业流片进度严重受制于国外。

电芯片需要补齐整个半导体产业链短板。电芯片产业链环节包括 IC 设计、晶圆制造及加工、封装及测试环节,同样拥有复杂的工序和工艺,国产替代仍旧任重道远。

  1. 上游设计是知识密集型行业,需要经验丰富的尖端人才。

  2. 中游晶圆制造及加工设备 投入巨大,进入门槛极高,并且镀膜、光刻、刻蚀等关键设备由少数国际巨头把控。

  3. 光模块电芯片属专用芯片市场,市场相对较小,需要光模块厂商的长期配套扶持。

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国产替代空间巨大,自主可控意义更大

光模块方面,中国企业在华为高端光模块和相干光模块的占有率不足20%,25G及以上光芯片和电芯片除了海思自研几乎没有国产替代方案。基于光芯片/电芯片的平均成本占比以及LightCounting 对全球光模块市场规模的预测,我们预计2018年光芯片和电芯片的市场规模将分别达到21亿美元、8亿美元,2023年将分别达到52亿美元、20亿美元。我国是全球光模块最大的市场之一,预计到2023年光芯片和电芯片国产替代空间将分别达到13亿美元、6亿美元左右。

以史为鉴,华为未雨绸缪意义重大。华为光通信设备全球领先,不畏美国打压,很大程度上由于对长期研发的“备胎”信心。华为海思成立于2004年,自成立以来光网络解决方案芯片受到极高的战略重视。华为于2012年收购英国光子集成公司CIP 并于2013年收购比利时硅光子公司Caliopa,不断增强设计能力,今年初宣布在英国剑桥投资光芯片工厂,未来目标是实现下游流片、封测的自主化。当前中美贸易谈判结果仍有很大的不确定性,但从中兴到华为,自主可控已成为国内光模块企业的普遍共识。


产业发展两个逻辑:产品快速迭代,价格快速下降






产品迭代周期短,研发布局要快


多种因素导致产品迭代周期短

光模块数通市场产平均每3-4年完成一轮产品迭代,当前北美数据中心已进入25G/100G和100G/400G的过渡阶段,国内数据中心部署进度落后1到2年。电信市场产品更迭相对缓慢一些,但在工业级温度下要求光模块的稳定工作时间在5年以上。

  • 流量加速爆发,交换机和服务器快速迭代。思科预测2016-2021全球流量年复合增长率约25%,这意味着流量每三年翻一番,5G 到来单位流量价格下降将带来更快的流量增长。流量的爆发导致服务器和交换机的升级需求,带来光模块的配套升级。

  • 光模块产品种类繁多,非主流产品迅速退出市场。光模块的场景和性能属性繁多,不同的封装方式、传输速率、传输距离、光纤类型、通道数、光源波长等相互组合形成庞大的产品型号体系,以满足不同场景、不同性能、不同预算的解决方案。新一代产品往往有各厂商主导的多种型号供客户选择,但通常某些成为主流,其他的则退出市场。

  • 客户追求更高性价比,高速率产品替代低速率产品。光模块的发展趋势是更小、更便宜、更节能,光模块单位速率成本2016-2019平均每年下降38%,2024年单位带宽成本有望接近1美元/Gb,客户使用高速率产品替换低速率产品将有效降低单位成本。


对方式一:快速推出新品取得先发优势

客户认证周期长,先发优势重要。每一款新品进入光模块客户供应商名单往往需要半年到一年的认证周期,而一旦进入,除非出现严重质量问题,后期份额出现重大变动的可能性不大。其次,每一款新品推出往往不同供应商会给出不同解决方案,产品推出较早的供应商被客户采纳为主流方案的可能性更大。例如,IEEE 及MSA 为100G 定义的产品标准超过十种,但最终100G CWDM4由于既满足2km 以内的传输需要又节省光纤,成为数据中心客户的主流选择。旭创进入100G CWDM4 较早占据了较高的市场份额,随后推出的产品,如英特尔的100G PSM4 硅光方案,很难明显撼动其份额。

高速率产品门槛提高,考验研发能力。从产品设计上来说,光模块实现更高的速率只有提高光源速率、提高通道数以及高阶调制三种解决方案。提高光源速率面临着III-V族半导体激光器性能瓶颈,目前Oclaro、AAOI 推出的50G 光源解决方案均为外调制的EML。提高并行通道数面临着体积、功耗、散热等设计封装难点,并且增加了客户的光 纤资源成本。高阶调制主要有PAM4或相干调制两种,PAM4 是目前传统方案下400G 光模块最常用提高单通道速率的方法,较NRZ 调制速率提高2 倍,但相应增加了DSP 和CDR 芯片成本。

利用PAM4 调制技术,配合25G VCSEL*8、25G EML*8或50G EML*4,国内光模块厂商已经陆续推出了SR8、FR8、FR4 光模块,能够实现100米到2千米的传输距离、低于10W 的功耗、0到70度的温宽,服务于超级数据中心和云服务商的400G 交换机。


应对方式二:市场集中策略

专注特定市场能取得先发优势。首先,光模块产品型号和技术路线的复杂性导致多产品线的厂商要在测试仪器、贴片设备、封装产线等重复投入,专注于特定市场可以集中研发实力,有助于领先竞争对手推出新品。其次,光模块客户集中度较高,专注于特定市场有助于和客户建立长期稳定的供货关系,并可以参与新品联合研发从而最早进入客户的供应商体系并增强绑定。

案例:苏州旭创、光迅科技、美国Acacia专注细分打造龙头。

  • 苏州旭创以SDH电信光模块起家,2012 年战略重点转移数据中心市场,2016年,公司发布100G产品,其100GCWDM4迅速成为北美市场“爆款”。2018 年,公司推出400G QSFP-DD和400G OSFP,在全球数通光模块领域出货量名列前茅。

  • 光迅科技自成立之初专注于电信市场,推出了OTN、FTTH、PON 各场景的光模块产品组合,成为华为、中兴等电信设备商的主要供应商,2018年公司电信光器件和光模块销售额稳在国内无出其右,在国外也取得了分外优秀的成绩。

  • Acacia 成立于2009年,是全球相干光模块的领军企业,通过硅光子解决方案和专有DSP芯片的研发,Acacia 不断巩固在相干市场的领先地位。

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价格迅速下降,成本降低要快


价格快速下降:上下游承压,议价能力弱

中低端市场竞争激烈,上下游承压。从产业链结构的角度上,国内光模块产业链呈现“纺锤形”,光模块企业处在上下游挤压下,议价能力弱;下游来看,国内电信市场客户主要为四大设备商,最终客户为三大运营商,数通市场客户主要为有实力建设超大规模数据中心的云计算、互联网内容供应商;上游来看,欧美日主流芯片供应商不超过10家。从竞争结构的角度上,国内中低端市场竞争极为激烈:2018年全球光模块CR8约为54%,属于垄断竞争市场,其中高端市场被Finisar 等企业牢牢把控,而这些企业近年来的并购整合更增加了高端市场的垄断能力。中低端市场,国内市场格局较为分散,光迅、 旭创、海信等企业占据着头部份额,但面临着不断进入的竞争者挑战。

在上下游挤压和激烈竞争下,光模块市场呈现出年均15%-25%的降价幅度。每一代新产品推出时,市场降价幅度有所缓和,随着竞争者大量进入,产品降价幅度大幅增加,之后随着新品推出又进入下一个生命周期。大型竞争者的进入也会迅速拉低市场价格,例如Intel 2018年推出100G 硅光产品,采用低价策略迅速占领市场份额。

毛利率在产品进入成熟期后迅速下降。从光模块产品生命周期来看,在产品推出早期,客户对于公司前期发生的研发支出会通过较高的销售价格给予一定“补偿”,市场竞争者少,故毛利较高。进入批量生产初期后,开发阶段的补偿结束,而良率和工艺水平尚待优化,产品的毛利率出现短暂下降趋势。随着产量规模不断扩大,生产工艺改进导致良率明显提高,生产流程的优化安排也显著降低管理费用,毛利恢复到较高的稳定水平。步入成熟后期,大量竞争者进入,产品价格下降快于成本下降,毛利率逐步降低直至降价趋于平缓。

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应对方式一:规模优势

规模优势可以有效提升光模块毛利率:

  • 大批量采购对供应商具有更强的议价能力,在产品价格下降时能更好的消化成本

  • 大规模量产适合COB 等自动化程度较高的生产线,有效降低人工和流水线管理成本

  • 规模优势分摊了固定成本,从而享受更高边际利润率

  • 规模优势可以积累更丰富的产线调试和工艺经验,从而实现更高的良率。国内光模块企业通过产能扩充不断发挥规模优势,以更好抵御市场价格快速下降的冲击,国外企业的并购整合,也在一定程度上巩固了规模优势


应对方式二:整合芯片

芯片是光模块成本占比最高的部分,同时也是毛利率最高的环节。通过整合芯片,光模块厂商可以显著降低成本、减少供应链管理成本并保证极端情况下的供应链安全。对比国外具有垂直整合能力的光模块企业,如Finisar、Lumentum、AAOI、Acacia,国内光模块企业毛利率显著偏低。

近年来包括国内企业在内的光模块企业纷纷通过投资收购的方式快速获取芯片能力。如光迅科技收购法国Almae、昂纳科技收购法国3SP、中际旭创设立光电芯片产业基金、亨通光电参股英国Rockley、思科陆续收购Lightwire、Luxtera、Acacia。另外一种方式是通过大量采购保证优先供货权,建立和芯片企业的绑定关系,这种方式适用于对一些技术还不成熟的芯片创业企业的扶持。


应对方式三:新技术路线

COB在封装层面实现自动化规模制造优势。传统的TO-CAN 同轴封装在 40G/100G 多路平行封装上遭遇器件的体积密度瓶颈,近年来以旭创为代表的数通光模块厂商将COB 推广到光模块的封装生产线上。

硅光方案在芯片层面实现混合集成,未来大有可为。目前传统分立器件方案最大的问题是在未来多通道时如何解决激光器成本高昂和整体功耗及体积问题。硅光集成方案希望将波导、波分复用、调制器、光源、探测器集成在一块硅衬底上,实现光信号处理和电信号处理的深度融合,是一种芯片层面和封装层面的双重创新技术。

硅光集成技术将遵循光子集成到光电集成的发展路线,并最终实现芯片内部的光互联。光子集成技术从制造工艺上分为单片集成和混合集成,单片集成将无源器件在无源光器件在硅衬底上阵列化,如光波导、光复用/解复用、光纤耦合等,在无源器件的生产中已广泛使用。混合集成将光源III-V 族半导体键合在硅衬底,采用DSV-BCB 紫外胶键合、低温氧分子等离子键合等集成技术。

硅光集成方案成为未来超400G 光模块和相干光模块降低成本的有力选择。首先,硅光方案采用间接调制,解决了传统方案多通道带来的功耗、温飘等性能瓶颈并降低了激光器成本。其次,硅光集成方案BOM 清单器件数量较传统方案减半,减少了生产线环节,降低了封装和供应链管理成本。再次,硅光更容易实现标准化大规模生产。当前,由于良率和损耗问题,硅光方案优势尚不明显,但在超400G 短距场景、相干光场景,硅光可能会成为主流。


应用的三个市场:电信和接入市场迎来5G,数通市场流量与云驱动






电信网市场:5G 承载网新需求,光模块量价齐升


运营商资本开支迎来上升通道,光模块景气度有望提升。5G 元年开启,当前政策提速信号明显,建站预期规模不断提高,运营商资本开支将迎来上升通道。我们预计,三大运营商2019-2022资本开支总规模有望分别增长9%、12%、14%、12%。每一代移动通信网络的建设往往遵循“先铺路再应用”的逻辑,运营商在建网前中期的资本开支 侧重于“大传输”(包括承载网光设备、光纤光缆、PON 设备、无源器件等)的比例会高一些。“大传输”内部,未来2年主要驱动将来自5G光传送网(OTN)的建设,高速光端口的增加将带来光模块需求。

5G承载网结构变化,光模块价量齐升。5G 引入了大带宽和低时延应用,承载网的架构、带宽、时延、同步精度等需求发生很大变化,基于OTN的光承载网解决方案将成为主流。5G 将原4G 无线接入网功能模块重新拆分为AAU、DU、CU,AAU 与DU 之间构成前传,DU 与CU 之间构成中传,CU 与核心网之间构成回传。各级光传输节点之间光端口速率提升明显:前传光模块向25G 以及更高升级,中回传光模块向50G 及更高升级,回传和DCI 需要100G 及更高,核心层需要200G 及更高。网络转发流量上,由原来流向确定的南北向流量变化为南北向流量为主,东西向流量为辅。

光模块数量增加:

(1)5G 更高频段带来建站密度的提高,预计建站规模将是4G 的1.5到2倍左右,光模块用量大大增加,室内小基站规模部署后,光模块用量还将更多。

(2)5G 初期采用NSA 架构与4G 共享资源节点,只需要实现AAU 以及前传光模块的升级,但随着网络步入大规模成熟部署期,中传、回传以及东西向流量的增加需要更多光模块。

光模块价格提升:5G部署前期,前传25G SR的价格达到30美元,前传25G LR的价格达到50美元,而规模商用期,中传使用的ER、ZR 模块价格将在100美元以上,回传和核心层使用的相干模块价格在1000美元以上,均较4G 时期大幅提高。

我们假设5G国内建站规模为4G 的1.5 倍,即700万站。网络收敛比,接入层:汇聚层:区域核心层:核心层=8:4:2:1。前传全部使用25G(短距长距比例60%:40%),中传使用50G、100G数量比=3:1,回传使用100G、200G 数量比=2:1,核心层使用200G、400G 数量比=2:1。可以初步估计5G 共产生各种光模块需求5400万只,对应市场规模约68亿美元。

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可调谐和高速相干模块国产替代机会较大。目前前传25G 300m/10km、100G DWDM4 10km,中回传50G PAM4 10km/40km、100G FR4/LR4/ER4等均实现批量出货,产品价格也较刚推出时大幅下降。由于5G波分下沉或成为前传部署主要方案,对于波长可调谐(Tunable)光模块的需求将大幅增加。目前推出前传可调谐光模块解决方案的主要为Finisar 等欧美厂商,国产替代空间较大。而未来应用于回传和核心层的相干光模块,性能和稳定性要求“双高”,是光模块的尖端产品,我国仅有100G/200G 的小批量出货,同样具有广阔市场。



 接入网市场:10G PON 大规模升级,短期高增长


接入网市场介绍。接入网市场连接运营商到用户的“最后一公里”,包括无线接入网和FTTH。无线接入网作为前传在5G建设中和承载网一起规划建设,因此通常意义上接入网市场主要为 FTTH PON 市场。PON 光网络包括安装于中心控制站的光线路终端(OLT),以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元(ONU)(直接安装于用户家庭的ONU 叫做ONT)。

应用价值广阔,我国加速步入10G PON 时代。我国目前已经进入以 10G PON 光纤接入技术为基础的千兆接入时代。《2019 年政府工作报告》明确“加快5G 商用步伐”。10G PON 接入技术和相关产业已成熟,主流厂商10G PON 核心处理芯片、光模块已具备批量生产和规模发货能力,满足运营商规模部署、提速降费的要求。

10G PON 千兆宽带网络在带宽、用户体验和联接容量均有飞跃式发展,将带来基于带宽的商业模式,如VR、智慧家庭、云游戏、云桌面等;基于联接的商业模式,如智慧城市;基于配套解决方案的商业模式,如企业上云、在线教育、远程医疗等。根据信通院《千兆宽带网络白皮书》预测,中国10G PON 2023年应用市场空间将达3.03万亿人民币,复合增长率约16%。

运营商规模部署已开启,PON 光模块迎来边际改善。从中国电信近三年 PON 设备集采结构规模变化可以看出,中国电信10G PON OLT 和ONU 设备 2018年起集采端口大规模增加。2019年,中国电信集采10G EPON OLT 端口88万,中国联通计划年底10GPON OLT 端口达到25万,中国移动集采10GPON 家庭网关200万台。结合业内预测和我们的判断,中国PON 光模块市场2018年起开始进入快速增长期,2018-2020年复合增长率可能在25%以上,之后由于产品价格快速下降市场规模呈缓慢下降趋势。随着运营商“双千兆之城”建设的规模开展,我们认为短期有望为盈利底部的PON光模块企业带来显著边际改善。

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数据中心市场:流量和上云驱动,产品迭代周期短


全球数据中心东西流量快速增长。随着移动通信技术的进步、互联网应用层出不穷,全球移动互联网流量快速爆发,三大运营商DOU(移动用户月均流量)每年增长150%以上。另一方面,企业上云成为确定趋势,全球云流量暴涨。根据思科统计,2018年,全球云数据中心承载的工作流和计算任务约2.5亿端,占比87%左右,2021年将达到49亿端,占比也将达到94%。全球数据中心IP 流量将从2016年的每年6.8ZB 上升到 2021年的20.6ZB,其中数据中心内部流量(东西流量)占比约74%,这意味着数据中心运营商的主要投资将位于数据中心东西流量的转发和处理。

超大规模数据中心增加,高速率叶脊架构是主流。超大规模数据中心具有更低的PUE 和更先进的NFV 管理架构,将成为未来大型云数据中心的主流。根据Cisco 预测,到2021年全球将有 628个超大规模数据中心,是 2016年的近1.9倍,占据近50%的数据中心服务器份额。扁平化的叶脊架构(Leaf-Spine)成为新建的超大规模数据中心主流架构,叶脊架构里每个叶交换机都要跟脊交换机连接,带动了数据中心内东西向流量的交换机的数量上升,也带动了交换机端口速率的上升,从而对于叶脊架构的数据中心而言,整个高端光模块的使用数量是传统架构的数十倍。

数据中心光模块平均3-4年完成一次产品迭代。2012-2014,10G/40G 架构是数据中心的主流;2015-2018,北美云巨头大规模建设25G/100G 数据中心,应用于中短距场景且性价比高的100G CWDM4 成为主流产品;2019年,400G产品开始在亚马逊、 谷歌等客户小规模出货并在2020年迅速崛起,到2022年全球400G市场规模有望达到12亿美元,三年复合增长率将达70%。100G-400G数据中心里面,服务器到叶交换机由25G AOC 升级为100G AOC,叶交换机到脊交换机由100G SR4 升级为 400G SR8/SR4,脊交换机到边交换机由100G CWDM4 升级为400G FR4/LR4,将全面启动数通市场的新一轮景气。

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来源:ittbank




合明科技解析:哪些因素影响着电路板/PCBA水基清洗工艺窗口?

 

关键词导读:电路板清洗、电子组件清洗、水基清洗技术、水基清洗剂、印制电路板

前言

在生产中,有关印制电路板(PCB)、印制线路板(PWB)和印制线路组件(PWA)的清洗在IPC文件和手册里均有相关指导文件,如:CH-65 印制板及组件清洗指南、SM-839 施加阻焊剂前、后的清洗指南、SC-60 焊接后溶剂清洗手册、SA-61 焊接后半水基清洗手册、AC-62 焊接后水基清洗手册。

一、电路板清洗工艺窗口

随着技术的进步,使用更小的元器件、高密度布局、材料的变化,和环境条件重新提高了电路板清洁度的重要性,印制电路组件的清洗性已成为一个非常具有挑战的任务。

印制电路板按照既定的行业标准进行设计,组装和品质控制。为了减轻由于污染造成产品失效的风险,清洗工艺必须提供一个已定义的工艺窗口,该窗口是可重复的并且是横跨组装工艺中所遇到的变量的广阔区间。为实现一个高良率的清洗工艺,许多因素影响着清洗工艺窗口:基板,污染物,可用的清洗技术,清洗设备,和环境因素。

 

(一)基板:设计清洗工艺的第一步是印制线路板布局的彻底审查以确定镀覆孔,孔的厚径比,任何适用堵塞或掩蔽的导通孔,和阻焊膜材料的选择。部件组成、尺寸和几何形状可以创造低间隙和小出口的夹层元器件而导致残留很难去除。

小型和轻量的部件当它们通过清洗工艺时增加了夹持组件的需求。清洗工艺设计首先考虑电路板表面、金属化和兼容性的限制。部件独特的限制可能会使一些元器件在进行清洗工艺时受到限制。

(二)组件污染物:对独特部件的考虑和限制有了明确了解后,在可制造性设计的下一步则考虑组装(通常是焊接)工艺后,留在电路板上的污染物的影响。为了解污染物的风险,设计人员须考虑助焊剂残留的成分,物理特性,数量,清洗材料对去除焊接残留的能力。焊接材料的相互作用,即助焊剂与相关于组件的热加工工艺及热加工工艺和清洗工艺之间的保留时间对产生的组件清洁度会有所影响。后续的处理步骤也可能影响产品的清洁度。焊膏、助焊膏、波峰焊助焊剂影响焊接工艺后残留去除的程度和难度。助焊剂残留物的不同清洗速率是与助焊剂的组成、再流后时间、再流温度有关。

 

所有电路板设计都必须考虑这些再流焊因素及参数的重要性。溶剂包含不同类型的分子间相互作用:氢键、离子偶极和偶极间吸引。随着助焊剂残留物改变,清洗速率也有所不同。对于所有清洗活动,清洗剂和清洗系统-包括时间、温度和力度都会影响清洗效果。


 


以上一文,仅供参考!


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【阅读提示】

以上为合明科技在工业清洗方面的经验的累积,我们是国内自主掌握核心水基清洗技术的先创品牌,合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商,也成为了IPC清洗标准主席单位。但是因为工业清洗问题内容广泛,没办法面面俱到,本文只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,力争能为客户提供全方位的工业清洗解决方案。

 

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