以下文章來源于半導體產業研究，作者深芯盟產業研究部

一、光電共封CPO的演變與優勢

光電封裝技術經歷了從傳統銅纜到板上光學，再到2.5D和3D光電共封裝的不斷演進。這一發展歷程展示了封裝技術在集成度、互連路徑和帶寬設計上的持續突破。未來，光電共封技術將進一步朝著更高集成度、更短互連路徑和更高帶寬方向發展，為提升數據中心和高性能計算的能效與速度提供雙重動力。

圖源: Tian, W. et al., Micromachines, Progress in Research on Co-Packaged Optics, 2023.

圖1 光電封裝技術的演變歷程

圖源：SEMI VISION

圖2 電線帶寬與光子線帶寬

圖中顯示，光子線通過多波長復用技術和小型化設計，大幅提升帶寬密度，成為高性能數據傳輸的優選技術。電線提供 10 到 100 Gbps 的帶寬，對應的能耗較高（~10 pJ/bit）。相比之下，光子線（如單模光纖）可實現10到20 Tbps的超高帶寬，而能量消耗則大幅降低至不到1 pJ/bit。

二、玻璃基板CPO的未來

玻璃基板以其低損耗、高封裝密度和光學透明性，成為CPO技術的關鍵驅動力，國內外企業正積極探索其在數據中心和人工智能領域的廣泛應用。下表是光電共封領域硅基板和玻璃基板的關鍵特性對比：

表1硅基板與玻璃基板在光電共封裝領域中的材料特性對比

玻璃作為載板在光電共封裝中具有低電學損耗和光學透明性等優勢，但目前玻璃基板的加工技術尚存挑戰，如打孔、電鍍與清洗工藝仍需優化，散熱性能亦有提升空間。然而，未來通過改進玻璃材料特性、開發高精度波導加工技術、創新玻璃-金屬復合方案以及優化散熱設計和生產工藝，玻璃基板的潛力將得到充分釋放。這將為光電共封裝技術的高速、低功耗和高密度發展提供重要支撐，使玻璃基板成為未來封裝領域的核心技術之一。

三、玻璃基板CPO集成芯片結構圖

圖源：CHOU B C, SATO Y, SUKUMARAN V, et al. "Modeling, Design, and Fabrication of Ultrahigh Bandwidth 3D Glass Photonics (3DGP) in Glass Interposers" [C]//2013 IEEE 63rd Electronic Components and Technology Conference (ECTC). USA: IEEE, 2013: 286-291. DOI: 10.1109/ECTC.2013.6575585.

圖3 玻璃基板3D集成光波導封裝示意圖

佐治亞理工Bruce C. Chou等人提出了一種基于玻璃載板的光電混合封裝方案，如圖所示，此方案通過在玻璃載板中集成光波導實現光信號與電信號的高效耦合，驅動器、光子集成芯片（PIC）和跨阻放大器（TIA）倒裝安裝在玻璃基板表面，光信號通過有機透鏡聚焦到玻璃基板背面的光波導中，再通過U型槽與單模光纖（SMF）對準耦合。電信號則通過玻璃基板中的金屬通孔（TGV）引出，從而實現光電協同功能。

圖源：Lars Brusberg et al., "Glass Platform for Co-Packaged Optics," IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 29, No. 3, May/June 2023.

圖4 集成光波導芯片的TGV封裝結構圖與器件原型圖

康寧公司Lars Brusberg 等人介紹了一種基于玻璃基板的 TGV 封裝結構，其設計集成了頂層單面腔體與光波導芯片，以實現高效的光電互連。位于頂層單面腔體的玻璃基板中嵌入重布線層（RDLs），用于在功能芯粒與光子芯片之間提供高速電氣通道。通過玻璃通孔（TGV）在基板內實現電路連接。TGV和RDLs使上層集成電路（ICs）與印刷電路板（PCB）之間實現了電氣扇出。同時，通過腔體內的RDL重布線層與電氣凸點將光子芯片PIC與離子交換玻璃IOX光波導的垂直距離最小化至1微米，確保低損耗連接。模型圖展示了結合導向針的低外形光纖連接器，其設計實現了高精度對準和回流焊兼容性，為光電器件的低成本、高效率封裝提供了示范。

四、國內外三家玻璃基板CPO落地項目分析

1. 英特爾的玻璃基板CPO芯片

英特爾不僅是首家成功開發并大規模生產硅光子連接產品的企業，更是以其卓越的產品可靠性，贏得了全球主要云服務提供商的信賴。目前，英特爾正在開發玻璃基板和光互連技術，以推動高性能計算和人工智能的未來發展。玻璃基板以高互連密度、優異的熱穩定性和精確制造能力支持大規模芯片封裝。光互連技術通過光計算互連模塊實現低功耗（5 pJ/bit）、高帶寬（4 Tbps）的數據傳輸，有效突破傳統電氣I/O瓶頸，廣泛適用于數據中心和AI基礎設施等場景。英特爾計劃到2030年實現玻璃基板量產，并推進OCI模塊的商業化落地。

2. 深光谷科技的高速光通信器件項目

在CIOE 2024展會上，深光谷科技展示了其在CPO光電集成互連領域的一系列創新成果，包括CPO光電集成互連interposer TGV/TSV芯片、3D波導光子互連芯片、多芯光纖扇入扇出器件以及模式復用器件等空分復用技術。其中，基于玻璃通孔光電轉接（TGV Interposer）技術的CPO玻璃基interposer芯片成為全場亮點。這款芯片采用先進的混合封裝技術，實現了晶圓與芯片的高效集成，其優異的性能已通過驗證，展現出卓越的應用潛力。

深光谷科技董事長杜路平博士在接受媒體采訪時指出，玻璃基interposer芯片的核心優勢在于提供更寬的帶寬和更低的制造成本。通過采用2.5D封裝技術，該方案顯著減小了產品體積，同時大幅提升了容量密度，為數據中心提供了高密度、大容量的光引擎解決方案，精準匹配未來算力行業對高性能存儲的迫切需求。

3. 上交大無錫光芯研究院（CHIPX）的玻璃基板CPO項目

上海交通大學無錫光子芯片研究院（CHIPX）依托在薄膜鈮酸鋰（LNOI）光子芯片及飛秒激光直寫3D光子芯片領域的技術優勢，積極推進基于玻璃基板的CPO技術研發。研究院開發的玻璃芯基板（GCS）結合TGV技術，具備高密度、大面積、低損耗的光電封裝優勢。通過集成片上有源器件（TFT）與無源器件（IPD），CHIPX實現了光電融合計算、傳感和互連，在CPO技術中突破多通道光耦合、高帶寬電連接、封裝散熱和3D基板封裝等技術難題。其創新設計顯著提升數據傳輸效率和能效比，為AI和HPC提供強大支持，并在云計算、大數據分析和物聯網領域展現廣闊應用前景。CHIPX于2021年12月由上海交通大學、無錫市濱湖區政府及蠡園經濟開發區共同成立。

國內企業在玻璃基板光電共封技術上已取得突破，但與英特爾等國際領先企業相比，仍存在一定的技術差距。特別是在光計算互連模塊、低功耗數據傳輸及量產能力方面，國內企業需要進一步攻克技術壁壘。

五、國內企業玻璃基板光電封裝探索

深光谷科技通過創新性的TGV技術和2.5D封裝，推出了玻璃基interposer芯片及CPO光電集成互連產品，在CPO光電集成領域具有明顯優勢。其解決了高密度封裝與高性能需求的矛盾，特別是在數據中心和AI基礎設施市場展現了卓越的應用潛力。然而，其在技術專利布局、全球化推廣以及規?；a能力上仍需進一步突破。

上交大無錫光芯研究院（CHIPX）依托上海交通大學的科研實力，在玻璃基板光電共封領域構建了核心技術優勢。通過開發玻璃芯基板（GCS）及結合TGV技術，其在高帶寬電連接、多通道光耦合等方面實現了技術突破。但當前其技術轉化路徑尚未完全清晰，產業化推進速度較為緩慢，市場競爭力仍需提升。

目前，除深光谷科技和CHIPX外，國內企業如光迅科技、華工科技、天孚通信和中際旭創也在玻璃基板光電封裝領域積極布局。光迅科技依托成熟的市場渠道與高校合作開展高密度封裝研究；華工科技聚焦智能制造優化玻璃基板器件性能；天孚通信專注微型化與高可靠性光電互連模塊開發；中際旭創在高速光模塊中引入玻璃基板技術，不斷強化核心專利布局。國內企業正通過多維創新推動光電共封技術發展。

結語

玻璃基板憑借其優異的電學性能、低信號傳輸損耗特性以及大規模制造潛力，正助力光電共封裝芯片向更高帶寬、更低功耗和更高封裝密度方向發展，為光電集成領域實現關鍵技術突破奠定基礎。盡管國內企業在技術積累和量產能力上與國際巨頭存在差距，但通過持續創新和產業化布局，已展現出強勁的發展潛力。未來，隨著玻璃基板加工技術和產業鏈協同能力的不斷提升，國內企業有望在玻璃基板光電共封領域實現突破，為高性能計算和人工智能提供更強支撐。