图11 基于CPO的集成光互连系统
光交换是光通信网络的核心技术，集成光开关和波长选择器等器件，负责光信号的动态路由与调度。OE是光通信系统的核心组件，集成激光器和调制器等器件，负责光电信号转换。光交换和OE的性能直接关系到整个光通信系统的传输质量和速率。CPO技术将光电芯片集成在同一基板上，可缩短传输距离、降低功耗、提升带宽和集成密度，是下一代高速光互连的关键方案。玻璃基板凭借优异的高频特性、机械稳定性和热稳定性，成为替代硅和有机Interposer的理想选择，推动了CPO发展。
1. 康宁：板级扇出型光电路板
2023年，康宁提出了面向102.4Tbit/s数据中心交换机的玻璃基CPO方案。如图12（a）所示，在玻璃基板上集成TGV、RDL和IOX玻璃波导，实现ASIC与PIC的高效互连，并利用IOX波导实现PIC与光纤约1.5dB的低损耗倏逝耦合。单个基板可封装16个6.4Tbit/s光模块，满足高速交换需求。
2025年，康宁进一步推出板级扇出型光电路板，如图12（b）和图12（c）所示，集成了1024条低损耗IOX波导，传输损耗为0.1dB/cm，直接连接CPO光收发机与面板光连接器，大幅减少传统光纤布线需求，显著简化光交换机与服务器间的板级光互连架构。
图12 康宁的玻璃基CPO方案，以及基于IOX波导的波导线路
2. 佐治亚理工大学：3D玻璃光子技术
2013年，佐治亚理工大学提出了3D玻璃光子技术，如图13（a）所示，将光电芯片FC在玻璃基板上，利用玻璃基板上的TGV和RDL扇入扇出电信号，光信号通过玻璃基板上的透镜、波导和光学过孔结构，实现低损耗高对准容差的耦合。
3. IBM
2023年，IBM提出将垂直腔面发射激光器（Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL）、EIC、光电探测器（Photodiode，PD）芯片采用FC封装到玻璃基板上，如图13（b）所示，旨在与CPU和GPU等芯片集成，提升互连性能，VCSEL凭借其低成本和低功耗的优势，是短距离光互连的关键技术，该方案带宽达到800Gbit/s。
4. Samtec：基于TGVInterposer和VCSEL的OE
2023年，Samtec提出了基于TGVInterposer和VCSEL的OE，如图13（c）计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）图所示，VCSEL和Driver、跨阻放大器（Trans⁃ImpedanceAmplifier，TIA）、PD等光电芯片贴装于TGV In⁃terposer，使用反射镜将VCSEL垂直出光改为水平出光，并确保与光纤的耦合效率，该OE支持56Gbit/s信号传输。
5. 新加坡雨树光科：基于TGV Interposer的6.4Tbit/s CPO OE
2025年，新加坡雨树光科提出了如图13（d）所示的基于TGV Interposer的6.4Tbit/s CPO OE，该方案省去了独立器件组装并保证了信号完整性，提高了传输速度和扩展性，非常适合HPC、AI集群和超大规模数据中心等应用场景。
图13 玻璃基CPO OE
6. 上海交通大学与深光谷：基于TGV Interpos⁃er的2.5D CPO方案
2024年，上海交通大学与深光谷科技有限公司合作，提出了如图14（a）所示的基于TGV Interpos⁃er的2.5D CPO方案，基于8英寸TGV工艺实现了玻璃基TGV Interposer芯片的制造。在此基础上，设计并研制了面向CPO OE应用的玻璃基TGV Interposer芯片，支持商用电芯片的FC封装，支持电吸收调制激光器（Electro⁃Absorption Modu⁃lated Laser，EML）、硅光、VCSEL和铌酸锂等光芯片的FC封装，形成了高速高密度的2.5D封装CPO OE，如图14（b）~图14（d）所示，包括8通道EML方案光发射模块（Transmitter Optical Subas⁃sembly，TOSA）、8通道硅光方案800Gbit/s光收发引擎、4通道硅光方案800Gbit/s光收发引擎。
图14 基于TGV Interposer的2.5D CPO方案
7. PeterO’Brien课题组：采用玻璃Interposer实现MEMS芯片的高密度封装
2023年，爱尔兰Tyndall国家研究所的PeterO’Brien课题组采用玻璃Interposer实现了硅光微机电系统（Micro ⁃ Electro ⁃ Mechanical System，MEMS）芯片的高密度封装，如图15所示。该集成方案支持千兆级电接口与上百个光接口的同步封装，为大规模硅光MEMS的实用化提供了关键的高密度互连基础，可以扩展到通信、神经网络、传感和光子计算等领域应用。
图15 硅光MEMS倒装键合到玻璃Interposer
随着玻璃基光电集成封装技术的不断成熟，其应用场景也越发多元化，特别是面向光电一体化集成封装、高密度扇出型封装、功率半导体、微显示、可穿戴光电子和MEMS光电传感等领域，通过TGVInterposer实现2.5D/3D的高密度光电集成封装，可以提供更加优秀的射频性能、提高封装密度、实现全固态、实现气密性封装等，更加契合激光雷达、生物传感和光子陀螺等场景的应用需求，展现出巨大的量产制造性、低成本和高可靠性等优势。
为了充分发挥上述优势并推动技术走向大规模应用，TGV Interposer需要聚焦于更高密度与更大尺寸的TGV制造、低损耗光波导与电互连的异质集成，以及面向CPO的多芯片、多材料3D堆叠架构。其中还需要克服一些工程化难点，主要包括：高深宽比TGV的无缺陷金属填充、玻璃与光电芯片的热膨胀系数匹配、面板级工艺的良率品与成本控制，以及在高温、高频和高功率条件下长期可靠性的保障。此外，光-电-热-力多物理场协同设计与标准化封装接口也是实现规模化应用的关键挑战。
近年来，不少国内企业也在玻璃基CPO领域取得了一些进展。沃格光电的玻璃基1.6Tbit/s CPO光模块已进入送样阶段，并与国内头部光通信企业合作开发了相关产品，其子公司通格微已具备玻璃基板量产能力；云天半导体专注研发玻璃通孔（Through⁃Glass⁃Via，TGV）工艺，其3D玻璃集成无源器件已实现单个项目交货量超千万颗；深光谷科技联合上海交通大学，推出了国内首个8英寸TGV Interposer晶圆，为多种技术路线的光模块提供CPO解决方案，此外，公司已建成玻璃基3D光波导芯片产线并投入量产，年产能超过50万颗，为产业提供了坚实的供应链支持；光彩芯辰通过收购以色列ColorChip，获得System OnGlass技术，为开发100/200/400/800Gbit/s光模块提供了一条创新路径。
来源：葛畅，杜江兵，沈嘉欣，等.玻璃基光电集成封装及CPO应用［J］.光通信研究，2025（6）：250319. 侵删
doi：10.13756/j.gtxyj.2025.250319.
