十月_矽光子之共封裝專題｜台灣共封裝光學產業發展概況剖析
雖然矽光子技術發展超過20年，但直到近兩年因為生成式AI崛起帶動的巨量資料傳輸需求才被發掘與重視，所以其及衍生的共封裝光學之技術、市場都被積極歐美大廠所掌握。以往台灣絕大多數廠商都不太關注未商業化的前瞻技術，故當前台灣只有奈微光、聯亞、台積電、日月光、穎威與思衛等少數廠商推出矽光子與共封裝光學技術相關產品、服務，所幸台灣具備完善的半導體和光電產業鏈優勢，可望隨著市場蓬勃發展而很快建立共封裝光學產業鏈，預期國內潛在參與廠商如:(1).磊晶的全新光電；(2).封測的台星科、矽格、訊芯；(3).測試設備的旺矽；(4).光模組的上詮與華興光；(5).交換機組裝廠的智邦、明泰。上述廠商中以台積電、日月光最具市場競爭力，其共封裝光學技術進展說明如下 :
- 台積電 : 在2021年HotChips會議發佈先進封裝技術路線圖，針對矽光子晶片提出COUPE的5D共封裝光學技術，是將矽光子和交換器晶片以焊線互聯，該公司宣稱比微凸塊或矽穿孔互聯方案功耗降低40%與信號傳輸速率提高70%。之後在2023年ECTC會議上提出新的共封裝光學技術，包括3D的COUPE 2.0與2.5D的CI方案。前者係將矽光子和交換器晶片改以混合鍵合互聯以減少寄生電容與連接點間距，此外還使用與微透鏡結合的寬頻光柵耦合器，其耦合損耗為0.3dB且對準誤差容許值提高至±20um；後者是導入具備光、電信號互聯功能的中介層，稱為Composite Interposer(CI)。根據採用的載板與中介層，將共封裝光學分為MCM、Organic Interposer、Inorganic Interposer等三類，MCM是矽光子和交換器晶片以凸塊鍵合到載板上，Organic Interposer是矽光子和交換器晶片以微凸塊鍵合在有機中介層上，中介層再以凸塊鍵合到載板上，中介層的線寬/線距為2/2um，對應INFO_OS封裝平台。Inorganic Interposer是矽光子和交換器晶片以微凸塊鍵合在矽中介層上，中介層再以凸塊鍵合到載板上，中介層的線寬/線距為0.4/0.4um，對應CoWoS_S封裝平台。
- 日月光 : 2023年發表的新版扇出型堆疊封裝(FOPoP)中納入共封裝光學技術，讓交換器晶片堆疊在矽光子晶片上並採銅柱互聯以減少傳輸路徑，矽光子晶片再以焊線或銅柱連接載板，前者連接路徑為2mm，信號傳輸損失>6db；後者則為2mm，信號傳輸損失<2.5db。此技術已用於合作夥伴廠商的800Gpbs光模組產品，該公司宣稱能將電氣路徑減少三倍，頻寬密度提升八倍，並讓矽光子晶片頻寬擴展到6.4Tbps，還支援能在高溫下確保最小翹曲量的先進材料，提供次微米級精準度並有效改善光耦合效能。
總結一下，共封裝光學為搭配矽光子晶片發展出的技術，隨著資料傳輸量大增而引發的高速光模組需求讓該技術被業界重視，成為越來越多廠商技術與產品研發焦點。雖然它具有降低信號傳輸損耗與功耗、提高光模組可靠性度並減少體積等優點，但不能插拔而造成的維修困難是其致命傷，台灣廠商投入相關技術與產品研發時仍需關注今年剛問世的線性驅動可插拔光學技術發展狀況，它的低成本、易維修與可兼容既有交換機設備等優勢可能延後共封裝光學大規模商業應用時程，讓其市場成長幅度無法如目前預期的樂觀
