Y9T354基于玻璃中介板的硅光芯片封装原创匡国华光通信女人2023-12-20

$沃格光电(SH603773)$   Y9T354 基于玻璃中介板的硅光芯片封装

原创 匡国华 光通信女人 2023-12-20 07:22 湖北

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<2022合集上> 康宁CPO玻璃基板进展

<2021合集> IPH用于硅光耦合的玻璃扩束透镜

 <2021合集> COG（基于玻璃基板的光学）封装工艺

之前写过不少用玻璃做芯片的封装，简单汇总一下，玻璃、陶瓷和硅基板作为芯片的封装基板，各有优缺点

电学射频特性，玻璃和陶瓷的射频特性很好，适合高速光模块，硅如果做中介板则由于半导体特性会寄生电容。

光学特性，玻璃和硅基板具有通信波段的透明属性，可实现晶圆级的封装测试，陶瓷则很难。

热学特性，氮化铝陶瓷和硅基板都有很好的导热能力，而玻璃的热导率则很低，不利于散热。

气密特性，对于激光器等三五族材料需要气密的需求，玻璃、金属、陶瓷和硅，都具有气密特性。

CTE，玻璃、陶瓷和硅的热膨胀系数较小，铜的热膨胀系数则非常大，会与玻璃陶瓷和硅产生热应力，铜的表面布线影响较小，但通孔如果选择铜作为互联材料，则极易产生横向和纵向裂纹，需要小心调整孔径、孔深和间距，缓解可靠性风险。

PIXAPP今年提出利用玻璃做硅光芯片的封装，利用玻璃的两个优点，

一个优点是介电损耗低，适合高频电信号的传输，对于硅光集成用于高速光模块，几十GHz的带宽，高频特性非常重要。

另一个特点就是，透明特性，可以实现晶圆级封装和测试，降低测试成本。

现在的硅光模块，光纤的接口在CPO时代，需要几十根光纤，而硅光芯片则很小，耦合封装和测试导致巨大的制造成本。

采用玻璃中介板，有利于高频电信号的性能优势，采用玻璃可实现的晶圆级封装，可以大幅度降低传统硅光封装和测试的~80%的成本占比。

完成晶圆级别的CPO封装后，在后期的组装过程，主需要一个回流焊，和光纤的对接过程，在《硅光集成行业报告-2023版》，已经写了很多双透镜准直，将光束扩大到几十微米直径，来降低光纤的耦合工艺难度，降低制造成本。

采用垂直耦合方式，具有空间冗余特性，但是会导致高度受限，光纤弯曲半径过小，产生裂纹和损耗。写过住友采用激光加热来修复小弯曲半径的光纤裂纹的工艺

现在更多的是采用硅、玻璃或者金属反射镜等结构，实现“超薄”光路转折，有L型转折，有Z 型转折，降低高度。

早些时候采用GC耦合光栅进行转向，但光栅有几个缺点, 一个是波长敏感，二是耦合效率低，三是有端面反射产生回波，四是耦合需要控制角度...

现在的垂直方向，更多的是利用非光栅形式的转向结构。