最近，小編越來越明顯地感受到，AI算力競爭已經從單純的晶片性能比拚，逐漸轉向整個封裝與互連架構的升級。當GPU不斷堆疊、頻寬持續攀升，傳統電互連和光纖連接正逐漸逼近極限，如何讓光晶片（PIC）與電子晶片高效、穩定地融合在一起，成為下一代AI資料中心最關鍵的技術挑戰之一。
🔷突破PIC與玻璃波導高精度互連瓶頸，實現低損耗、高容差、高可靠光電融合封裝
🔷普通Flip-Chip即可完成被動貼裝，為下一代AI資料中心和CPO規模化部署鋪平道路
住友電工（Sumitomo Electric）聯合FICT帶來了一項頗具代表性的研究成果。他們提出了一種基於玻璃基板（Glass Substrate）的光電融合封裝方案，通過創新的樹脂封裝準直反射鏡（Collimation Mirror）垂直光耦合技術，實現了傳統Flip-Chip裝置即可完成PIC與玻璃波導的高精度光電互連，不僅兼顧低損耗、高容差，還大幅提升了高溫環境下的穩定性，為未來CPO（共封裝光學）的規模化落地提供了新的解決思路。
今天，小編就帶大家一起看看，這項來自住友電工的研究，究竟是如何破解AI時代光互連封裝難題，又為什麼讓玻璃基板、Flip-Chip和CPO再次站上產業關注的焦點。
一、這份材料真正想說明什麼？
住友電工（Sumitomo）與FICT提出了一種基於玻璃基板（Glass Substrate）的光電融合封裝方案，通過"樹脂封裝準直反射鏡（Resin-Encapsulated Collimation Mirror）+ Flip-Chip被動貼裝"技術，實現了高容差、低損耗、耐高溫的PIC與玻璃波導垂直光耦合，為未來CPO（Co-Packaged Optics）的大規模產業化提供了一條更容易製造、更可靠的封裝路線。
二、AI時代催生光電融合封裝，玻璃基板成為最佳載體
隨著AI訓練和推理規模不斷擴大，交換機和資料中心面臨兩個瓶頸：頻寬越來越高、功耗越來越大，因此，CPO（Co-Packaged Optics，共封裝光學）成為未來高速互連的重要方向。
但CPO真正難點不是光晶片（PIC），而是PIC如何低成本、高精度地連接到光波導基板。
論文認為，傳統光纖直接連接已經成為密度瓶頸，而Glass Waveguide（玻璃波導基板）具有天然優勢：熱膨脹係數（CTE）接近矽、平整度高、可同時佈置電互連+光互連、可實現三維光波導、損耗低、可靠性高，因此非常適合作為下一代CPO封裝平台。
三、真正創新：把PIC與玻璃波導"同時"完成光電連接
論文最大的創新並不是玻璃，真正創新的是，利用傳統Flip-Chip裝置，一次完成PIC與玻璃基板的電連接+光連接。
傳統FC貼片機精度約±3 μm，但是PIC模式場直徑（MFD）也只有約3 μm
意味著，只要貼偏一點，光耦合效率就會急劇下降。
這是過去很多CPO方案最大的痛點。
四、論文提出新的垂直光耦合結構：Collimation Mirror
作者沒有繼續採用以前複雜的Beam Expanding Lens（VCBEL）。
而是改用 離軸拋物面準直反射鏡（Off-axis Parabolic Collimation Mirror）
優勢包括：
① 光束先擴束
把3 μm模式場擴大到約32 μm。因此±3 μm貼裝誤差，幾乎不會造成明顯損耗。
論文目標就是±3 μm誤差僅增加0.2 dB損耗，最終實驗成功實現。
② 製造更簡單
相比VCBEL，以前需要一面透鏡、一面鏡子、結構複雜，現在只需要一個反射鏡即可。因此，非常適合Nanoimprint、灰度光刻、雷射加工，未來更容易量產。
③ 可以樹脂封裝
以前VCBEL必須留空氣，因為依賴空氣折射率，導致不能灌封，容易灰塵污染、水汽進入
論文此次在鏡面增加金屬反射層（Au），然後整個光耦合區直接灌透明樹脂，這樣實現真正封裝保護，可靠性大幅提高。
五、實驗驗證：低損耗、高容差
為了驗證該方案的實際封裝能力，論文從光耦合效率、波長特性以及貼裝容差三個方面進行了系統測試，實驗結果如下：
實驗結果表明，即使採用傳統Flip-Chip裝置（約±3 μm貼裝精度），也能實現穩定的低損耗光耦合，無需依賴成本更高、效率更低的主動光學對準（Active Alignment），顯著降低了CPO光電封裝的大規模量產門檻。
未來CPO封裝不僅需要高速光晶片，更需要一種可量產、可封裝、可長期可靠工作的光電融合平台。住友電工提出的“玻璃波導基板 + Flip-Chip被動貼裝 + 樹脂封裝準直反射鏡”方案，通過擴大光束、提升貼裝容差、簡化製造工藝並增強溫度穩定性，成功解決了PIC與玻璃波導之間高密度光互連的關鍵難題，為下一代AI資料中心和CPO交換機的大規模部署提供了一條兼顧性能、可靠性與製造成本的技術路徑。
六、高溫穩定性：關鍵資料一覽
為了驗證該方案在AI伺服器長期運行環境下的可靠性，論文模擬了25℃→80℃的溫度變化，並結合二維應力分析（Elastic Simulation）和FDTD光學模擬，評估封裝結構在熱應力作用下的光耦合性能。
實驗結果表明，即使經歷25℃至80℃的溫度變化，光耦合損耗也僅增加0.03 dB，幾乎可以忽略。這意味著玻璃基板結合擴束準直反射鏡的光電融合方案，不僅具備低損耗和高容差優勢，還能夠滿足AI資料中心長期、高溫運行對封裝可靠性的要求，為未來CPO規模化部署提供了堅實的技術支撐。
(芯聯匯)