FAU真正的门槛:光纤如何低损耗地进入硅光芯片

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FAU看起来只是把多根光纤固定在V形槽里,真正承担的却是硅光芯片与外部光世界之间的精密接口。进入800G、1.6T与CPO后,通道数增加、光预算收紧、封装温度升高,一处亚微米级偏差就可能同时损伤多路耦合。它的门槛不在“能不能做出光纤阵列”,而在高通道下持续控制纤芯位置、共面度、端面、偏振、胶水收缩和热漂移,并把主动对准变成可复制的量产节拍。CPO进一步把固定尾纤推向可测试、可拆卸和可返修的光接口,FAU的竞争因此正从零件精度走向整套耦合良率。

一、一颗硅光芯片,最后仍要面对一排玻璃纤芯

硅光最容易被描述成半导体制造向光通信的延伸:在晶圆上制作波导、调制器、分光器和探测结构,再用更高集成度降低功耗与成本。

但光子集成结束之后,还有一个无法由版图自动解决的问题——芯片里的光,怎样进入外部光纤;外置激光器发出的光,又怎样稳定地进入芯片。

单模光纤的纤芯只有微米量级。硅光芯片上的耦合结构同样很小。两者在横向、纵向、前后距离或入射角度上的偏差,都会转化为插入损耗。如果一次需要耦合8路、16路、36路甚至更多通道,问题就不再是把一根光纤对准一个波导,而是让一整排纤芯同时落入各自的有效窗口。

FAU,也就是Fiber Array Unit,正是把多根光纤按照规定节距固定、研磨并形成可装配端面的光纤阵列单元。Corning对它的定义很直接:精确排列多根光纤,使其与光学器件或组件耦合,并可定制V形槽、纤芯节距、通道数、光纤类型和端接形式。SENKO的产品范围则覆盖1至128根光纤、单排或双排,以及端面耦合和表面耦合。

从外观上看,它可能只是一块玻璃基板、一道V形槽、一排光纤和少量胶水。可一旦耦合损耗不达标,前面昂贵的激光器、硅光晶圆和高速封装都无法发挥性能。

FAU不是硅光系统里最显眼的器件,却是所有片上光最终必须通过的物理窄门。

二、FAU卖的不是一排光纤,而是一组同时成立的坐标

传统跳线或连接器主要解决光纤与光纤之间的连接。FAU面对的往往是光纤与芯片之间的耦合,后者的容差更小,也更依赖芯片版图和封装流程。

一个FAU至少需要同时控制五类坐标。

第一类是纤芯节距。光纤外径可以相同,但真正需要对齐的是纤芯中心。V形槽的位置误差、光纤自身的芯包同心度和装配偏差会叠加,导致每一路纤芯都偏离设计坐标。

第二类是共面度。一排光纤即使横向节距准确,只要个别纤芯在高度方向有差异,就可能出现边缘通道耦合良好、中间通道损耗偏大的情况。通道越多,整排同时落入窗口越难。

第三类是端面几何。端面的研磨角度、平整度、粗糙度和污染会影响反射、散射与耦合距离。采用透镜FAU时,还要控制透镜形貌、焦距和光轴。

第四类是偏振轴。普通单模光纤只需控制纤芯位置;保偏光纤还要把内部应力轴旋转到规定方向。位置对准但偏振轴错误,依然可能让硅光调制器或外置光源系统性能下降。

第五类是装配后的稳定坐标。胶水固化会收缩,不同材料的热膨胀系数不同,回流焊、温度循环和长期湿热都会使初始对准位置漂移。实验室里调到最低损耗,只是起点;固化、老化和客户装配之后还能保持,才是产品。

仕佳光子在2025年年报中披露的FAU规格包括36、40、48通道,单模或保偏光纤,127或250微米节距,对准精度为±0.5微米,并列出GR-468与GR-1221可靠性要求。这个数字提供了一个直观尺度:FAU的制造对象不是肉眼可见的整根光纤,而是光纤内部那条必须被亚微米级控制的光轴。

因此,FAU的价值不能只用玻璃、光纤和胶水的材料成本解释。客户实际购买的是一组经过制造、测量与可靠性验证后仍然成立的三维坐标。

三、端面耦合与表面耦合,对应两套不同工艺窗口

光纤进入硅光芯片,主要有端面耦合和表面耦合两类路径。

端面耦合让光从芯片侧边进入波导。芯片边缘的模斑转换器需要把硅波导中的小光斑扩展到更接近光纤模式,再与FAU端面对接。它有机会获得较低损耗和较宽光谱范围,也适合高性能链路;代价是对横向、高度、间距、芯片切割端面和封装可达性都很敏感。

只要FAU略微倾斜,整排通道的相对误差就可能从一端向另一端累积。芯片切割质量、边缘崩缺、模斑转换器一致性和胶水进入耦合区,也会改变最终良率。

表面耦合通常利用光栅或其他垂直结构,让光从芯片上方进入或离开。它更适合在晶圆或芯粒阶段进行光学测试,也不要求所有光接口都排在芯片边缘;但需要控制FAU入射角、垂直距离、旋转角和光栅位置,耦合损耗、带宽与偏振敏感性也取决于芯片设计。

AGC在CPO用微透镜阵列方案中强调,FAU、微透镜阵列和硅光芯片出光点三者的节距需要高精度匹配。这说明表面耦合并没有消除精密对准,只是把问题从芯片侧边改写成了上方的三维光路。

两条路线没有脱离场景的绝对胜负。

如果客户优先考虑低损耗和宽带,端面耦合可能更有吸引力;如果晶圆级测试、封装布线和顶部可达性更重要,表面耦合可能提供不同的制造路径。真正决定供应商位置的,不是它是否拥有一款通用FAU,而是它能否进入客户具体的耦合架构,并与芯片版图、光纤类型、连接器和装配设备一起完成验证。

四、第一卡点:高通道数放大的是最差一路

一根光纤对准时,可以围绕单通道寻找最优点;多通道FAU对准时,目标变成让所有通道同时合格。

假设一只16通道FAU中有15路损耗优秀、1路超过上限,它通常不能按15路产品交付。客户关心的不是平均损耗,而是最大通道损耗、通道间差异,以及温度循环之后最差一路是否仍在规格内。

这使高通道数产生一种明显的“最弱通道效应”。随着通道增加,任何纤芯位置、V槽节距、端面角度或芯片耦合器偏差都更容易暴露。即使每个单点工序良率看起来很高,组合到一只高通道产品时,最终成品率仍可能快速下降。

Corning的超紧凑FAU采用更小外径的抗弯光纤,公开规格称可在小于9毫米的宽度中容纳72根光纤,同等宽度内密度提高35%,高度降低50%;公司还以未来51Tb/s交换系统单个电路板可能超过1000根光纤说明密度压力。这里的“可能”是厂商给出的设计情境,不是所有交换机的固定BOM,但它揭示了一个方向:系统带宽继续增加后,光纤数量和面板、封装空间之间的矛盾会越来越突出。

然而,密度提升不能只看“一个宽度塞进多少根光纤”。光纤弯曲半径、相邻串扰、端面清洁、阵列插拔力和散热空间都会变成约束。节距缩小后,对测量设备、夹具和自动装配的要求也同步提高。

因此,高通道FAU的门槛不是成功做出一只样品,而是把最差一路稳定压进规格,并使这种结果在批次之间可复制。

五、第二卡点:主动对准很准,但量产不能无限找光

光纤与芯片耦合时,最直接的办法是让芯片发光或接收光,驱动六轴平台搜索最佳位置,再点胶固化。这就是主动对准。

主动对准可以补偿部分零件误差,也能直接以光功率作为结果指标。但它需要高精度运动平台、实时光学测量和复杂算法。搜索时间越长、自由度越多,设备投资和单件节拍越高;固化过程中如果位置再次漂移,前面的最优点也可能丢失。

被动对准则依靠基准面、机械止挡、光刻标记、V槽和精密结构,把零件直接放到设计位置。它更适合自动化和大批量制造,却要求上游零件与芯片的公差预算足够收敛。一旦各项误差叠加超过耦合窗口,装配线没有机会逐只“找回来”。

现实中的高良率方案往往不是二选一,而是重新分配精度:用更准确的芯片基准、FAU、透镜和夹具缩小搜索范围,再用有限主动校准完成最后收敛;或者通过扩展光斑、模斑转换和可拆卸接口,扩大可接受窗口。

这也是为什么FAU供应商的竞争会延伸到透镜FAU、POSA、连接器与光引擎封装。只提供一只静态零件,可能无法知道客户装配后为何损耗超标;参与完整耦合流程,才能把问题定位到纤芯、端面、芯片、胶水、设备或算法。

天孚通信在OFC 2025展示的透镜FAU可按客户需求形成平行或聚焦光束,并提供0度、90度等出光角;在ECOC 2025又把FAU、POSA、MPO/MMC/LC接口与800G、1.6T硅光及EML光引擎放进同一集成平台。公司2025年年报口径显示1.6T光引擎已规模部署,但CPO相关表述仍是关键光组件取得突破。两者需要分开理解:光引擎量产证明了封装平台能力,不等于每一种CPO FAU都已大规模出货。

FAU真正容易形成壁垒的地方,正是零件精度、光学设计、装配设备和工艺数据之间的闭环。

六、第三卡点:胶水固化之后,坐标还算不算数

光学封装有一个常被低估的矛盾:对准时需要零件能够移动,交付时又要求它多年不能移动。

胶黏剂可以固定FAU与芯片,吸收一部分机械应力,并简化装配。但胶水配方、点胶量、固化方式和照射路径都会影响收缩。收缩并不一定完全沿设计方向发生;如果胶层不对称,可能同时带来平移和旋转。

进入高温流程后,问题更加复杂。昂纳科技的FAU产品页列出可通过260°C回流焊的版本,说明部分客户希望光学组件兼容更接近电子封装的制造流程。能承受一次高温不只取决于玻璃是否熔化,还取决于胶层、镀膜、光纤涂覆层、应力和端面位置在回流后是否仍满足光学规格。

CPO又把FAU推到高功耗交换ASIC或XPU附近。局部温度梯度、冷板压力、风扇振动和长期热循环都可能通过封装结构传递到光接口。初始插损合格,不代表系统运行数千小时之后仍然合格。

因此,可靠性验证至少要回答四个问题:

一是高低温循环后,最大通道损耗变化多少;二是高温高湿后,胶层和端面是否发生漂移或污染;三是机械冲击、振动和光纤拉力是否改变角度;四是保偏FAU的偏振消光比能否在老化后保持。

真正的制造诀窍往往不会完整写在产品参数表里。材料批次如何筛选、胶量如何控制、固化顺序怎样补偿漂移、哪些中间指标能预测长期失效,这些数据通常要靠大量生产与可靠性回传积累。

七、CPO正在把固定尾纤,改写成可测试、可拆卸的光接口

早期FAU常被永久固定在光芯片上,再带着一束尾纤进入后续装配。对普通光模块,这种方式可以接受;对昂贵的CPO或3D先进封装,它会产生三个新问题。

第一,测试顺序。光学引擎如果要等到与高价值ASIC完成封装后才能充分测试,一旦发现耦合或光学缺陷,损失的不只是FAU,还可能包括整套先进封装。

第二,制造兼容。模塑、研磨、键合和其他先进封装流程可能损伤已经连接的传统光纤与耦合结构,长尾纤也会妨碍晶圆和封装设备搬运。

第三,维修与返工。如果FAU永久固定,光接口污染、光纤损伤或耦合失效可能迫使客户更换更昂贵的光引擎甚至整块板卡。

因此,可拆卸FAU开始成为CPO的重要方向。2025年9月,SENKO与GlobalFoundries公布在GF硅光平台上实现可拆卸光纤接口,目标包括晶圆或芯粒阶段的重复测试、装配和从PIC到前面板的连接。SENKO与Marvell此前也公布了36通道可拆卸PIC连接器,并将其纳入6.4T CPO光引擎架构。

2026年3月,Lightmatter发布vClick Optics,采用SENKO SEAT与MPC连接技术,公开规格包括小于1.5dB插入损耗、80nm以上波长范围、50次以上插拔,以及晶圆级被动对准。公司强调它与模塑研磨流程兼容,可在最终集成前验证“已知良好光引擎”。这些是厂商公布的产品与验证数据,说明可拆卸垂直光接口正在进入先进封装流程,但还不能外推为全行业已完成规模部署。

可拆卸并不是免费的升级。每增加一个机械接口,就要重新管理插入损耗、回波损耗、重复插拔、颗粒污染、锁紧力、热漂移与公差堆叠。它解决的是测试性、制造性和可维修性,代价是多一道必须长期稳定的光学边界。

CPO对FAU的真正改变,由此不只是通道更多,而是把“永久粘住一排光纤”升级成“可以提前测试、自动装配、重复连接并在现场维护的光接口系统”。

八、全球竞争不是一张FAU份额表,而是五种能力的组合

公开市场缺少可信、统一的全球FAU份额数据。原因在于FAU常被归入光器件、连接器、精密光学或客户定制组件,不同公司统计边界并不相同。与其给出一张看似精确的排名,不如拆开供应链中的五种能力。

第一层是特种光纤与材料。Corning同时拥有单模、保偏、抗弯和小外径光纤能力,并向硅光与CPO提供标准和定制FAU。它的优势不只在V槽加工,还在纤芯几何、光纤材料和阵列设计之间可以协同。

第二层是精密光纤连接。SENKO从高密度连接器切入FAU、PIC连接和可拆卸接口,正在与GlobalFoundries、Marvell、Lightmatter等平台公司共同定义CPO里的物理边界。此类厂商的价值在于重复连接、机械基准与生态兼容,而不是只出售一块光纤阵列。

第三层是微光学。AGC等公司提供微透镜阵列、玻璃加工和精密定位,使自由空间或垂直耦合能够扩大光斑、改变光路并连接FAU与芯片。透镜精度与FAU精度必须共同纳入误差预算。

第四层是规模制造与定制装配。ACON Optics公开提供一维、二维高密度FAU和保偏自动对轴能力;亚洲光器件厂商则依靠精密加工、人工工艺向自动化迁移和客户响应速度参与竞争。产品页可以证明能力覆盖,但不能单独证明客户份额和成品率。ACON Optics FAU

第五层是平台定义。GlobalFoundries、Marvell、Lightmatter以及大型交换芯片和光引擎公司,会决定采用端面还是垂直耦合、固定还是可拆卸、多少通道、什么节距,以及在哪个制造阶段测试。FAU供应商一旦进入某个平台,通常需要共同开发;但平台架构改变,也可能使原有产品重新认证。

全球竞争的核心因此不是谁能做V形槽,而是谁能把材料、精密加工、连接标准、自动装配和客户平台绑定成一条可量产的路径。

九、中国厂商的进展,需要分成产品、量产与平台三层

国内FAU产业链正在从传统无源组件向硅光耦合与光引擎封装延伸,但不同公司的事实等级差异很大。

天孚通信拥有FAU设计制造、微光学、连接器和光引擎封装平台。公司在2025至2026年多次展示面向800G、1.6T、3.2T以及NPO/CPO/OIO的FAU、POSA和集成方案,2025年报说明1.6T光引擎已实现规模部署。这使其更接近“光学封装平台”而非单一FAU供应商。需要保留的边界是:公司没有公开披露FAU单项收入、全球份额,也未把所有CPO组件统一表述为规模量产。

仕佳光子给出了更具体的产品规格。除36至48通道FAU外,公司还披露12或24通道MT-FA,并在2025年报中表示应用于800G、1.6T光模块的MT-FA已实现批量出货;面向CPO的大通道保偏器件和耐高温FAU则仍是产业化推进方向。这里应当把“MT-FA批量出货”和“CPO FAU已大规模部署”分开,前者已有公司财报口径,后者还需要客户和收入验证。

昂纳科技覆盖单模、多模、保偏、小模场光纤FAU,可定制V槽、MT、插座、尾纤和连接器,并提供耐回流焊产品。它体现的是从FAU到ELSFP、光引擎等多类光组件的系统布局,具体客户结构与单项规模未公开。

亿源通已推出面向CPO的多芯光纤FAU,说明国内厂商开始跟进二维、高密度和新型光纤接口;但产品发布不是批量出货证明,后续要看客户验证、通道一致性和自动化能力。

杰普特公开表示进入FAU等产品的生产销售,不过公司2026年2月风险提示显示,按2025年前三季度口径,光通信相关收入占营业收入比例低于5%。因此,它更适合被定义为新进入者,而不是已经形成FAU规模优势的主流供应商。

国内竞争下一阶段的分水岭,不是公司名单继续增加,而是能否回答三件事:是否进入头部硅光芯片或光模块平台,是否形成连续批次的高通道良率,以及是否从单一FAU扩展到可自动装配、可测试的光学子系统。

十、FAU价值量不能用“光纤根数乘单价”线性外推

800G向1.6T升级时,光通道数量增加,看起来会直接增加FAU需求。CPO把更多光引擎放到交换芯片附近,又可能带来数百甚至上千根光纤。这个方向成立,但价值量并不适合简单按光纤根数外推。

一方面,更高密度FAU可以在更小空间容纳更多光纤,也可能把过去多只低通道组件合并成一只高通道组件。系统光纤数上升,不代表FAU只数同比例增长。

另一方面,高通道、保偏、透镜、二维阵列、耐高温和可拆卸接口会提高单只产品的工艺等级。价值可能从零件数量转向精度、测试、连接器和装配服务。

还要考虑硅光架构。采用波分复用时,一根光纤可以承载多个波长;采用并行单模时,更多电通道可能对应更多独立光纤。相同系统带宽,在不同光学架构下需要的FAU通道数并不相同。

更合理的需求模型至少包含六个变量:系统总带宽、每通道速率、并行光纤数、波分复用程度、每只FAU通道数,以及装配良率与备件配置。

FAU的收入弹性最终可能来自三部分:光纤接口总量增长、产品等级提升,以及供应商承担更多耦合与封装工序。只看光纤根数,会低估工艺升级;只看高通道单价,又可能忽略集成减少组件只数。

十一、未来两年,应该跟踪哪些验证信号

第一,看高通道产品是否从规格表进入连续批量交付。需要关注36、48、72通道及二维阵列的批次良率、最大通道损耗和客户复购,而不是只看最高通道样品。

第二,看主动对准时间能否下降。自动化设备数量、单位节拍、一次通过率和返工率,比单只产品的最低插损更能解释量产经济性。

第三,看耐高温FAU是否获得CPO或先进封装认证。回流焊兼容、温度循环、湿热与机械可靠性数据,决定它能否真正进入更靠近ASIC的环境。

第四,看可拆卸接口是否形成多客户、多供应商生态。SENKO与GlobalFoundries、Marvell、Lightmatter的合作提供了早期路径,下一步要验证量产平台、连接次数、污染控制和现场维护成本。

第五,看国内公司的收入边界。FAU、MT-FA、POSA和完整光引擎常被放在同一业务中描述,应区分产品展示、送样、小批量、批量出货和平台规模部署。

第六,看耦合路线是否收敛。端面耦合、光栅耦合、透镜扩束、可拆卸连接和不同节距可能长期并存。供应商若只绑定单一路线,可能获得更深客户壁垒,也可能承担架构切换风险。

十二、几个必须保留的边界

首先,FAU并不只受CPO驱动。800G和1.6T可插拔硅光模块已经需要FAU或MT-FA,短期需求可能先来自可插拔产品;CPO提供的是更高密度、更高可靠性和可拆卸接口的中长期升级。

其次,产品参数不等于商业份额。通道数、对准精度、耐温和插损可以证明厂商做出了什么,不能证明其在头部客户中的供货比例,更不能直接推导利润率。

再次,可拆卸接口仍处在生态形成期。它有利于已知良品测试和维修,却增加连接损耗、颗粒污染与机械可靠性要求。固定耦合不会因为新接口发布而立即退出。

最后,垂直整合可能重新分配价值。光模块厂、连接器厂、硅光平台和封装厂都可能把FAU纳入更大组件采购。独立FAU厂商既可能因专业化获得溢价,也可能在客户内部集成后面临价格压力。

真正值得跟踪的不是“FAU概念”是否热门,而是谁能把亚微米坐标变成稳定良率,再把稳定良率变成客户生产线的固定工序。

结语

硅光把越来越多光学功能做进芯片,却无法把光纤也做进硅片。芯片里的最后几微米,仍要跨过材料、加工、装配和可靠性共同决定的耦合界面。

FAU真正的门槛,不是排好一束光纤,而是让几十路光在固化、高温、插拔和多年运行之后,仍同时走在正确的位置上。进入CPO时代,这道窄门还要兼顾晶圆级测试、先进封装和现场维修。谁掌握的如果只是V形槽,价值有限;谁掌握的是耦合良率,才真正握住了硅光走向规模制造的入口。

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