光电共封装器件(CPO)是一种用于大数据传输的新型光学互连解决方案，它利用2.5D和3D封装技术，将光子器件和ASIC集成到同一个互连基板上。这种集成不仅缩短了芯片间的互连长度并提高了密度，还实现了更高的容量、更低的成本、更长的传输距离、更快的速度和优化的计算效率。
从2D封装发展到2.5D和3D先进封装，通过硅Interposer和TSV技术实现了芯片的垂直堆叠集成。在50 GHz频段，对于具有1mm长度的TSV-RDL信号路径，插入损耗约为1dB。
扇出晶圆级封装(FOWLP)和扇出板级封装(FOPLP)是提高生产效率并降低成本的关键方法。然而，由热管理引起的翘曲以及由于机械强度限制而导致的硅晶圆破裂风险，限制了晶圆或面板级硅Interposer的制造。玻璃因其卓越的性能而被视为下一代基板材料。
作为一种绝缘材料，玻璃具有低介电常数和损耗因子，这显著减少了高频信号损耗，并提升了玻璃Interposer的射频性能。与硅相比，玻璃的构成可以调整，其表面处理也可以优化，从而改变玻璃基材的热膨胀系数(CTE)和机械强度。这不仅改善了金属粘附性、应力控制和可靠性，还减少了制造和封装过程中的翘曲变形。此外，低成本、大尺寸的超薄玻璃基板的优点以及简单的制造工艺，使得玻璃Interposer和玻璃通孔(TGV)成为2.5D和3D FOWLP和FOPLP的关键技术。
1. TGV Interposer的制造与表征
图1 显示了各工艺步骤的示意图，包括TGV形成和金属化。首先，通过飞秒激光诱导湿法刻蚀在玻璃晶圆上制备盲玻璃通孔。为了抑制铜在玻璃中的扩散，通常会施加一层钛(Ti)层作为扩散阻挡层。并将铜层种子层溅射到Ti层上，以便通过铜电镀填充盲通孔。然后，可以通过溅射、电镀、光刻和蚀刻技术在TGV Interposer的顶部保留RDL。PI作为绝缘层涂覆在RDL上根据光子集成电路(PIC)和电子集成电路(EICS)的封装要求，通过光刻在PI上形成焊盘。如果在玻璃晶圆的顶部存在两层或更多层的RDL，则重复上述制造过程。
图1 TGV 互连板制造工艺流程
需要注意的是RDL层数越多，玻璃晶圆在加工过程中产生的翘曲现象就越明显。在完成正面处理后，TGV Interposer的背面会通过机械方法减薄至所需的厚度，从而露出盲玻璃底部，形成TGV。重复在正面形成RDL并在背面形成RDL的过程。最后，背面会进行电化学沉积形成凸点，并在凸点底部进行Sn/Ag回流焊接。至此，TGV互连器的制造过程完成。
2. TGV和RDL传输线的性能
8英寸晶圆级TGV Interposer如图2(a)所示。用SEM对TGV Interposer的部分结构进行了表征。图2(b)和2(c)显示了TGV Interposer的主要结构，包括TGV、顶部的两层RDL、底部的一层RDL，以及焊球和凸点。TGV通常呈现漏斗状结构，其特点是由于激光感应和湿蚀工艺，其顶部半径比底座大，且TGV内电镀的铜没有空隙，并与玻璃侧壁形成强有力的结合。顶部两个RDL之间有一个PI绝缘层，但由于其导电性较差，在SEM图像中无法清晰地显示出来。顶部的焊球和底部的凸点用于PIC和PCB的封装。如图2(d)所示的槽用于将光纤尽可能靠近EML输出放置。与漏斗状的TGV类似，盲槽的侧壁也具有一定的倾斜角度。下图2(e)和2(f)分别是TGV Interposer顶部和底部RDL的显微镜图像。在图2(e)中，顶部RDL的两层显示不同的颜色，第一层颜色更深。在图2(f)中，底部RDL清晰可见，其中黑色圆形形状代表凸点部分。
图2：(a)8英寸晶圆级 TGV 中介层。SEM图像显示：(b)单个TGV、(c)TGV 顶部、(d)TGV 底部、(e)盲槽以及(f)凸起。TGV中介层上 RDL的显微镜图像，分别展示于(g)顶部和(h)底部两侧。
3. 2.5D封装与CPO应用
基于 TGV 衬底板的 2.5D CPO 解决方案如图3(a) 所示。TGV 衬底板用于实现驱动芯片与 EML芯片之间的芯片间互连，从而实现 2.5D 光电集成。EIC和 PIC借助倒装芯片接合技术被封装在 TGV 衬底板上，以尽可能缩短信号传输距离并提升速度。EML的输出端通过边缘耦合方式与光纤相连。在TGV衬底板上蚀刻盲槽以容纳光纤。盲槽的尺寸略大于光纤，目的是通过胶粘剂或支架来固定光纤。此外，TGV插装器通过插装器底部的凸块实现EIC和PIC的特定引脚扇出，并建立与印刷电路板(PCB)的连接，从而实现CPO应用。图3(b)显示了选定的驱动器和EML芯片以及TGV插座的布局。驱动器和EML芯片需要逐针封装到TGV插座上。由于EML芯片底部没有凸起，焊球附着在TGV插座的相应垫上，如图3(c)所示。本文成功地将EML芯片封装在TGV中介层上，如图3(a)所示。由于倒装芯片接合的精确度不足，不确定将光纤置于盲槽内是否仍能实现与 EML输出的有效耦合。因此，在实验中切除了盲槽，并将光纤透镜直接耦合到 EML上。
图3 (a)基于 TGV 的片上直接调制 2.5D CPO 方案原理图。(b)驱动器、EML 和 TGV 中介层的引脚到引脚封装。(c)焊球附着在 TGV 中介层的相应焊盘上。(d)带有封装 EML 芯片的 TGV 中介层。
TGV Interposer在 2.5D和3D CPO应用中具有巨大的潜力能够有效提高光学收发器模块的速度，并满足大数据时代各种场景下的应用需求。
来源：https://doi.org/10.1016/j.optcom.2025.131517
参考文献：Ge C , Wang X , Du J ,et al.High-speed wafer-level TGV interposer for 2.5D CPO[J].Optics Communications, 2025, 579. 侵删
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