CPO 共封装光学与硅光衬底
800G/1.6T 交换机与 AI 集群互连驱动 CPO 落地，硅光引擎离不开三类核心衬底——SOI 硅光晶圆、玻璃衬底、LiNbO₃ 镀膜衬底，我们一站供齐。
方案介绍
AI 集群规模持续扩大，GPU 之间、机柜之间的互连带宽与功耗成为算力扩张的硬约束。传统可插拔光模块（Pluggable）在 800G 之后面临 SerDes 功耗与面板密度瓶颈，共封装光学（CPO, Co-Packaged Optics）把光引擎从交换机面板搬到交换芯片封装旁，缩短电互连距离，显著降低每 bit 功耗。51.2T/102.4T 交换芯片世代，CPO 被视为主流演进方向之一。
CPO 光引擎的核心是硅光（Silicon Photonics）芯片：在 SOI 衬底上用 CMOS 兼容工艺制作波导、调制器、锗探测器与耦合结构，再与激光器、驱动芯片、光纤阵列通过先进封装集成为一体。这一趋势直接拉动三类衬底需求：硅光用 SOI 晶圆、承载光引擎的玻璃/转接衬底，以及高速调制用的薄膜铌酸锂（TFLN）镀膜衬底。
CPO：把光引擎搬到交换芯片封装旁，缩短电互连距离
硅光引擎的典型结构与衬底角色
| 结构层级 | 功能 | 对衬底的关键要求 |
|---|---|---|
| SOI 器件层（Top Si） | 波导、调制器、耦合器 | 厚度均匀性 ±0.5μm 内，低缺陷，典型 220nm / 3μm |
| BOX 埋氧层 | 光隔离，防止模式泄漏 | 典型 2–3μm SiO₂，厚度均匀、无针孔 |
| Si 衬底层（Handle） | 机械支撑、散热 | 低 TTV、低翘曲，便于后道减薄与键合 |
| 玻璃/硅转接衬底 | 光引擎与 ASIC 的封装承载 | CTE 匹配、可开槽/开孔、低介电损耗 |
| TFLN 镀膜衬底 | 高速电光调制（备选技术路线） | LiNbO₃ 膜厚均匀、键合界面洁净无空洞 |
调制器技术路线与衬底选择
CPO 光引擎的调制环节有三条主要技术路线，各自绑定不同的衬底平台：
| 技术路线 | 核心衬底 | 关键特性 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| 硅光调制器（SiPh） | SOI（BOX 0.5–3μm 可定制） | CMOS 兼容、可集成波分复用，高折射率对比实现紧凑低损耗波导 | 片上调制与 WDM 路由 |
| 薄膜铌酸锂（TFLN） | LiNbO₃ 薄膜 300nm–1μm，硅 / 石英载体 | 电光调制带宽 > 100GHz、超低半波电压 Vπ | 高速光 I/O 通道 |
| InP 激光与 EML | InP 外延片 | O 波段 / C 波段光源，层组分精确控制 | DFB 激光、EML、SOA 光源 |
应用场景
CPO 与硅光衬底，服务于以下六类场景。
数据中心交换
51.2T/102.4T 交换芯片世代，CPO 降低面板密度与每 bit 功耗压力。
AI 集群互连
GPU 之间与机柜之间的高带宽光互连，缩短电链路、降低整体功耗。
800G / 1.6T 光模块
硅光调制器与 TFLN 路线并行，覆盖不同速率与功耗目标。
相干光通信
薄膜铌酸锂的高带宽与低半波电压，适合高速相干调制。
激光雷达与传感
SOI 硅光平台制作光学相控阵与探测器，用于固态 LiDAR。
科研与原型
SOI、玻璃与 TFLN 衬底小批打样，支持新器件与耦合结构验证。
能力介绍
围绕硅光与 CPO 的三类核心衬底，以及配套的晶圆级工艺能力。
光引擎承载、光纤耦合与调制器，都落在衬底平台之上
1. SOI 硅光晶圆
硅光器件对 SOI 的器件层厚度均匀性极为敏感——波导有效折射率随厚度变化，直接影响器件相位与波长响应。主流采用 8/12 英寸 SOI，器件层 220nm（单模波导）或 3μm（粗波导/边缘耦合）。详见 SOI 晶圆产品页。
2. 玻璃衬底
玻璃兼具高绝缘、低介电损耗、CTE 可调与可开槽（光纤 V 槽）特性，是 CPO 光引擎封装承载与光纤耦合单元（FAU）的理想材料，也是面板级光互连的探索方向。详见 玻璃衬底 / TGV 产品页与 TGV 玻璃基板专题。
3. LiNbO₃ 镀膜衬底（TFLN）
薄膜铌酸锂具备优异的电光系数与带宽潜力，是 800G/1.6T 高速调制器的重要技术路线。我们通过离子切片键合工艺在硅/石英衬底上制备亚微米级 LiNbO₃ 单晶薄膜，详见 镀膜衬底产品页。
配套工艺服务
参数规格
产品匹配与关键规格，一屏看全。
产品匹配表
| 衬底类型 | 常备规格 | 关键指标 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| SOI 硅光晶圆 | 8 / 12 英寸，器件层 220nm / 3μm，BOX 2–3μm | 器件层均匀性 ±0.5μm；颗粒 < 0.1μm 级管控 | 硅光波导、调制器、探测器 |
| 玻璃衬底 | 4–12 英寸晶圆级 / 面板级，硼硅/无碱玻璃 | TTV ≤ 2μm；可定制 V 槽、TGV 通孔 | 光引擎承载、FAU、光互连转接板 |
| LiNbO₃ 镀膜衬底 | 4 / 6 英寸，LN 膜 300–900nm（X 切 / Z 切） | 膜厚均匀性 ±5%；键合界面空洞率 < 1% | 高速电光调制器 |
| 石英衬底 | 2–8 英寸，单面/双面抛光 | 表面粗糙度 < 0.5nm；低 OH 含量可选 | 光栅、无源光器件 |
CPO 关键指标速览
CPO 衬底与工艺关键规格
| 衬底 / 工艺 | 关键规格 | 说明 |
|---|---|---|
| SiPh SOI 衬底 | BOX 0.5–3μm；表面粗糙度 < 0.2nm RMS | 低损耗硅波导的基准要求 |
| InP 外延片 | O 波段 / C 波段 | 激光二极管、探测器与半导体光放大器 |
| LiNbO₃ 薄膜衬底 | 膜厚 300nm–1μm，硅或石英载体 | 高速电光调制器 |
| 光级 CMP 抛光 | 亚纳米级表面粗糙度 | 低损耗光耦合与波导制备 |
CPO 组装还需要精密贴片、低损耗光耦合（端面或光栅耦合）与近气密封装，衬底必须能承受多次热循环而保持尺寸稳定——这正是玻璃与硅转接板的优势所在。相关工艺见 薄膜沉积、晶圆键合 与 检测与认证。
设备与工艺装备
支撑硅光与 CPO 衬底制备的装备类别与通用配置。
| 设备类别 | 典型配置 | 用途 |
|---|---|---|
| 晶圆键合 | 直接键合 / 等离子活化 + 离子切片键合 | SOI 与 TFLN 衬底制备 |
| 薄膜沉积 | PECVD / LPCVD / 溅射 / ALD 组合 | BOX 埋氧层、包层与功能膜系 |
| 光刻与刻蚀 | 电子束 / 深紫外光刻 + 硅光刻蚀 | 波导、调制器、耦合结构 |
| CMP 抛光 | 亚纳米级表面平坦化 | 光级表面与键合面准备 |
| 精密开槽与减薄 | 光纤 V 槽、腔体加工 + 减薄 | FAU 与光引擎承载结构 |
| 检测与量测 | 膜厚、TTV、翘曲、颗粒、S 参数 | 衬底与器件光学 / 电学验证 |
实际案例
以下案例均已匿名化处理，仅呈现可公开验证的工艺指标与结果。
220nm 器件层 SOI 的波导验证批
客户在 220nm 器件层 SOI 上验证单模波导与耦合结构，关注器件层厚度均匀性与颗粒水平，希望小批快速拿片。
结果：8 英寸 SOI 现货一片起订、48h 发货，随片提供膜厚与颗粒检测数据，均匀性满足器件要求。
薄膜铌酸锂衬底的膜厚与界面定制
客户评估 TFLN 高速调制器路线，需要定制 LN 膜厚与晶向，并关注键合界面空洞率是否可控。
结果：X 切 / Z 切与 300–900nm 膜厚按设计定制，键合界面空洞率 < 1%，随批提供界面质量检测报告。
光引擎承载玻璃衬底的 V 槽加工
客户需要光引擎承载玻璃衬底并加工光纤 V 槽，用于光纤阵列耦合，关注槽角度与间距精度。
结果：按 127μm/250μm pitch 图纸加工 V 槽与开孔，随批提供尺寸计量报告，耦合位置精度满足要求。
常见问题
做硅光研发，SOI 晶圆一片两片能买吗？
薄膜铌酸锂（TFLN）衬底的膜厚和晶向可以定制吗？
CPO 光引擎封装用玻璃衬底能开光纤 V 槽吗？
不确定该选 SOI 还是 TFLN 路线，能给建议吗？
CPO 对衬底的热稳定性有什么额外要求？
硅光调制器、TFLN、InP 三条路线怎么选？
SOI 器件层的厚度为什么要求这么严？
硅光器件为什么常用 220nm 或 3μm 器件层？
除衬底外，你们还能提供哪些硅光配套工艺？
InP 光源衬底你们能供吗？
需要硅光衬底选型建议或定制规格？
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