MLCC以外，村田硅电容，不可或缺

在AI加速器独霸人工智能芯片叙事多年以后，越来越多AI配套产品在过去一年浮出水面。如光模块，就是其中一类非常的重要产品。
 
知名分析机构Yole在今年六月发布的一份报告中也披露，人工智能的崛起正在从根本上改变光连接的角色——曾被视为一种辅助性技术的光连接现在已成为推动人工智能大规模应用的关键基础设施。据Yole预测，全球光模块市场正进入新一轮增长周期，将从2025年的234亿美元增长至2031年的1123亿美元，年复合增长率达到30%。
 

 
Yole表示，这些增长背后，除了有传统的可插拔模块机会以外，因为NPO和CPO的崛起，也带来了越来越多的不可插拔机会。而伴随着这个演变，藏在光模块背后的一个角色——电容，也发生了悄然变化。
 
光模块背后，少被提及的器件
 
作为一种通用器件，电容在电子产品中无处不在，其独具的滤波、旁路、去藕、储能等功能，可以保证电路安全可靠地运行。从形态上看，电容也有不同的多种形式。而在最近几年，随着AI的崛起，以MLCC（Multilayer Ceramic Capacitors：多层陶瓷电容）最为人熟知。这类产品也被广泛应用到光模块里。
 
要了解为何光模块需要MLCC，那就要从光模块的构成说起。
 

 
以可插拔光模块为例。如上图所示，一款高速光模块内部，集成了 DSP、激光器、驱动器、TIA 以及多路电源管理电路，有限的空间里同时承载着高速信号和大电流供电。MLCC正是维持这一切稳定运行的关键基础器件。它主要承担电源滤波、去耦稳压和瞬时储能三项核心功能，持续抑制高频噪声、为芯片提供稳定电源，并在电流突变时快速释放能量，保障整条高速光传输链路稳定可靠地运行。
 
但是，随着当光模块进入800G、1.6T，甚至3.2T时代，光模块单位面积内集成的 DSP、驱动器、TIA 与电源电路越来越多，PCB 留给每一颗被动器件的空间却越来越少。因此，MLCC 首先要解决的是尺寸与容量的平衡——在更小的封装中提供更大的电容值，才能支撑高密度设计。
 
与此同时，AI 数据中心持续运行带来的高热环境，也让可靠性成为另一项硬指标。MLCC 不仅要承受长期高温，还要在温度循环和老化过程中维持稳定的电气性能，避免因参数漂移影响整机寿命。
 
更重要的是，高速 SerDes 正在把信号频率不断推高，电源噪声和寄生参数对系统的影响愈发敏感。只有具备更低的 ESR、ESL 和更优异的高频阻抗特性，MLCC 才能快速响应芯片瞬态电流，为高速链路提供干净、稳定的供电环境。
 
可以说，每一代光模块速率的提升，都会倒逼上游 MLCC 在微型化、可靠性和高频性能三个维度同步升级，这也是 AI 光互连时代被动器件最大的技术挑战之一。事实上，MLCC器件在面对高速光模块的时候，也逐渐捉襟见肘。
 
正如村田资深产品线经理Olivier Gaborieau在日前举办的光博会交流中所说，随着速率的提升，无论是模块还是器件都对效率以及高频性能的有越来越高的要求，进而推动硅电容在市场上一路走红。
 
硅电容，捅破性能天花板
 
在具体介绍硅电容之前，Olivier Gaborieau首先强调，硅电容的出现并不是为了替代MLCC，其最大的目的是在一些特殊应用场景下，能够给客户提供更好的性能、更小的尺寸以及更灵活的贴片方式和更高集成化的方式。“单波400G产品对于宽频性能要求足够高，硅电容是一个很优势的选择。但这不代表在未来MLCC就不需要再用了”，Olivier Gaborieau举例说。
 
所谓硅电容器，按照村田所说，是一种采用半导体MOS工艺开发，并使用3D结构来大幅增加电极表面的器件。得益于这样的设计，硅电容能在给定的占位面积内增加了静电容量。因为具备与半导体MOS工艺源自相同的DNA，具有以经过验证的一致性数据建立的全模块默认模型，村田硅电容提供了可预估、极为可靠的性能。
 
村田表示，相较于其他电容器技术，公司的硅电容器技术在可靠性方面提高了10倍，这主要得益于在高温固化过程中生成的氧化物。此外，所有的电气测试都在生产步骤结束时完成，这就避免了早期故障。
 
 

Olivier Gaborieau总结说，村田硅电容的优势主要体现在五个方面：首先是高集成化，产品提供单端与差分两种方案，其中差分硅电容专门针对光模块高速差分走线设计，更容易匹配 224G 等高速信号通道；其次是更优异的高频性能，凭借更低的高频损耗，能够提升信号完整性，为高速 SerDes 提供更稳定的传输表现；第三是降低系统功耗，村田表示其硅电容方案最高可帮助客户实现约 50% 的功耗节省；此外，硅电容还具备超过 20 年的使用寿命，能够满足数据中心等长期高可靠性应用需求。
 
“在小型化方面，村田正持续推进更小尺寸、更高容值的发展路线，在缩小封装面积的同时进一步提升电容容量，为下一代高密度光模块预留设计空间。”Olivier Gaborieau补充说。
 
正因具备上述优势，如上所述，村田的硅电容可以应用到覆盖 400G、800G、1.6T 乃至未来更高速率的光互连平台中。
 
据Olivier Gaborieau介绍，在高速光模块中，硅电容可支持单波 200G波特率（即单波 400G）以及未来单波 800G 的高速传输，适用于 DSP、驱动器与光引擎之间的高速信号链路，同时配套提供 3D 模型、仿真参数和参考设计支持，帮助客户完成高速信号仿真与优化。
 
而凭借更小尺寸、更高容值和差分集成方案，硅电容能在在高密度光模块设计中满足有限 PCB 空间下的高速布线需求，并支持灵活的定制化设计；对于追求性能与成本平衡的 AI 数据中心光模块，村田硅电容能够在缩小封装面积的同时兼顾高频性能与系统成本，为新一代 800G、1.6T 及未来光模块提供更具竞争力的解决方案。
 
即使面对不同形态的光模块产品，村田硅电容也游刃有余。Olivier Gaborieau表示，公司已覆盖从传统可插拔模块到新一代光互连架构的多种应用场景，包括 QSFP、OSFP、XPO，以及近年来快速发展的 NPO、CPO 等封装方案。
 
具体来看，硅电容最核心的应用集中在三个方向。首先是高速 AC 耦合，依托宽带、低插损特性，为 DSP、驱动器与光引擎之间的高速信号传输提供稳定的信号完整性。其次是电源滤波与去耦，凭借极低的 ESL 和 ESR，可有效抑制高频电源噪声，既提供标准表面贴装产品，也支持打线式硅电容，满足 TOSA、ROSA 等不同封装需求。此外，村田还提供定制化宽带硅基板，可根据客户的高速链路和封装设计进行客制化开发，进一步适配下一代高密度光模块与光引擎方案。
 

 
如图所示，针对不同的应用需求，村田除了提供表面贴片产品供选择以外，也可以提供埋容的方式。“由于客户对电容或者说被动元器件的数量要求越来越多，为了解决空间限制，埋容或将成为未来的一种主流。”Olivier Gaborieau补充说。
 
携手客户，共创未来
 
正如大家所见，因为AI的火热，无论国内外都涌现了很多硅电容供应商。所以在问到村田在未来如何保持竞争优势时，Olivier Gaborieau除了强调公司在这方面的深厚积累以及专利优势外。他还谈到了公司与客户建立起紧密合作所带来的竞争力。“我们跟模块客户建立很强的合作关系，使得我们可随着他们共同进步。”Olivier Gaborieau说。
 
他进一步指出，村田不光能够提供产品帮助客户解决现存的问题，公司也能够帮助客户解决一些他们可能还没有解决的问题。
 
Olivier Gaborieau重申，村田之所以能够一直在电容这个市场保持竞争力，除了得益于公司以技术为导向这个基因以外，能够提供打造一站式解决方案，也是村田不得不提的竞争力。
 
如文章开头的图示，村田面向光模块提供的是一整套覆盖电源、信号、光学与封装的关键器件，而非单一元件。其产品包括用于 DSP 供电的 PMIC 电源管理芯片、MLCC、三端子电容、磁珠与功率电感等电源滤波器件；用于 224G 高速 SerDes 的硅电容和差分 AC 耦合器件，以提升信号完整性并降低插损；用于 TOSA/ROSA 的打线电容、硅电容及 IPD 集成硅基板，实现偏置电路的小型化与高可靠性；同时还提供薄膜铌酸锂（TFLN）电光调制器、陶瓷光纤耦合器（FAU）、LTCC/LCP 高频基板，以及 DSP 配套的晶体、热敏电阻等产品，整体覆盖传统可插拔光模块以及 CPO、XPO 等新一代光互连架构。
 
在村田这些领先产品和可靠的产能保障下，我们对AI的未来，充满了信心。