Interview

Silicon Photonics? Ohromný trend, ale cenově PCB desku neporazí

Už není kam růst. Současná věda se v oblasti vývoje procesorů ocitla na samé hranici možností. Už těžko dokážeme vyrábět ještě menší nebo hustější součástky a komponenty, aniž bychom naráželi na základní fyzikální limity. Proto se firmy na celém světě hodně zaměřují na „revoluční“ změnu architektury. Na oblast fotoniky či „silicon photonics“ – optického datového propojení s integrovanými lasery. My Češi hrajeme až na výjimky v oblasti fotoniky spíše druhé housle. Jednou ze vzácných výjimek je trutnovská společnost Argotech. A my jsme si s Martinem Žoldákem, šéfem jejího vývoje, povídali o fotonice i deskách plošných spojů.

Jak jste se ocitnul na severovýchodě Čech?

Jak už to bývá, tak trochu náhodou. V roce 2004 jsem dokončil studium na Českém vysokém učení technickém. Ale studoval jsem katedru kybernetiky a umělé inteligence, což je přece jen trochu něco jiného. Zaměřoval jsem se spíše na řízení a algoritmy spojené s řízenou umělou inteligencí. Měl jsem ohromné štěstí na dobré profesory i spolužáky – a možná i díky nim jsem se více zaměřoval na software. Ale chtěl jsem se zkusit vrátit z Prahy do Trutnova a sáhl jsem po možnosti jít do Siemensu, respektive společnosti Infineon, která na Siemens navázala.

Když se v roce 2006 měnila na Argotech, už jste byl tedy etablovaný zaměstnanec?

Začínal jsem tedy v podstatě od píky, ale hrozně mě to bavilo. Řešil jsem spoustu různorodých věcí.  Technologie, navazování optických vláken do laserů, softwarové záležitosti. Zase jsem měl velké štěstí na lidi. V tomto případě na progresivního šéfa, který mi věřil. Dostal jsem na starosti zákaznické projekty, což se ukázalo jako neuvěřitelná výzva. Naše firma má portfolio zákazníků od Izraele po Ameriku – včetně těch největších světových firem. Naučil jsem se řešit složité projekty, odtud se dostal k vývojovým projektům. Nakonec jsme založili skupinu, kde jsem se stal vedoucím vývoje. Dnes mám na vizitce třípísmennou zkratku CTO – Chief Technical Officer – protože v komunikaci se zahraničními zákazníky je potřeba mít takovouto osobu.

Co je dnešní vaší doménou?

Zaměřujeme se na produktový i softwarový vývoj. Ve fotonice existuje dost procesů, které se musí dělat, ale jež nejsou nikde popsány ani zaznamenány. Nemůžete si jít koupit stroj na trh, ten neexistuje. Musíte je vysedět, vymyslet, zprocesovat. Nic není standardizováno. Nekoupíte si osazovací automat součástek na PCB. Musíme si držet technologickou část. Ale škola mi dala i dobrý základ i v elektronice. Fotoniku jsem se naučil až tady, což platí i pro všechny kluky, co u nás pracují.

U vašeho oboru se očekává, že by mohl být onou vyhlíženou skokovou změnou v oblasti architektury počítačů a datových center. Blížíme se době, kdy bude fotonika konkurovat i klasické elektronice?

Ano. Ale jen v úzce definovaných oblastech a oborech. U superpočítačů, vědeckých strojů, v některých oborech. Jinak půjdou tyhle dva obory spíše ruku v ruce. Koneckonců, silicon photonics je trend, který z velké části stojí i na klasických deskách plošných spojů.

Co je hlavním limitem fotoniky?

Rozhodně cena. Technicky jsou schopné splnit nejrůznější výzvy, ale nákladově to nedává absolutně smysl. Pro nás bylo, je a bude vždycky zajímavější maximum možného udělat pomocí klasických PCB, protože je to prostě nejlevnější.

Na druhou stranu, přibývá hodně fotonických řešení a aplikací, které nemají alternativu v elektronice nebo jiných oborech. A tyto specifická řešení představují veskrze revoluci v daných aplikacích. Proto i cena nakonec není překážkou, pokud je dané řešení jediné možné a zároveň posune aplikaci na úplně jinou úroveň. Překvapivě těmito progresivními obory nejsou telekomunikace nebo DATACOM, kvůli kterým silicon photonics vůbec vznikl. Jsou to obory, do kterých by jste to na první pohled ani neřekli, jako například medicína.

Jaké požadavky máte na desky plošných spojů vy v Argotechu?

Nejtypičtější deska, kterou objednáváme, má mezi čtyřmi a osmi vrstvami, zcela výjimečně pak šestnáctivrstvé desky. Ten důvod, proč nemáme více vrstev, je zejména vysoká frekvence. Používáme „wave-guides“, neboli vlnovody, u nichž máme přesně specifikované země a vzdálenosti vedení vůči. Přes PCB dnes umíme přenést signál šířce pásma až 100 GHz. Vlnovody míváme z obou stran, shora i zespoda. A to se nebavíme o tom, že tam přinášíme stejnosměrné signály. Proto je pro nás standardem osmivrstvá deska.

Jaké další specifické požadavky míváte na desky?

PCBčka používáme se specifickými dielektriky kvůli ztrátovým činitelům pro vysoké frekvence. Ale nemáme je stejné ve všech vrstvách. Ve vnějších deskách máme vysokofrekvenční lamina typu Rogers. Zbylé vrstvy jsou s klasickou FR-4. Používají se tedy i různé lamináty pro jednotlivé vrstvy PCB. To je specifické a zajímavé i z výrobního hlediska. Rogers ani mechanicky není dostatečně pevný, potřebuje nějakou vrstvu, která vše stabilizuje. Další specifikum je hustota děr. Tedy prokovy, jak blízko je můžeme dát k sobě a jakou hustotu si můžeme dovolit. My potřebujeme dobře propojovat země. Když je hustota nedostatečná, dochází k rezonancím na určitých vyšších frekvencích. Signál se nenese dobře.

Dalším specifickým požadavkem je povrchová úprava elektricky vodivých měděných vrstev. U vysokých frekvencí se projevuje tzv. skin-efekt. Tzn., že je vysokofrekvenční signál je veden jen vnějším pláštěm vodiče a  ne jeho vnitřkem, jak je tomu u DC signálů. A zde jsme na reálných měření zjistili velký vliv, jaká struktura povrchové úpravy je použita (rozdíl až 1.5 dB v útlumu na 80 GHz). Povrchové úpravy na bázi zlata ENIG nebo ENEPIG se neukázaly jako nejlepší. Potřebujeme co nejlepší vodivost povrchu cesty a také co nejhladší povrch, aby byl průchod elektromagnetické vlny co nejplynulejší. Zde se nejlépe osvědčila povrchová úprava immersion silver, ano stříbro vede proud lépe než zlato.

Image
argotech

 

Silicon photonics čip a hybridní integrace CMOS IC, laserových čipů a optického bloku.

Care to know more on the subject?
Connect with our specialists
Ondřej Horký
Sales Manager