CPO光电共封装涂层全解析 : 材料体系与核心功能
CPO(Co-Packaged Optics)光电共封装中，涂层用于基板、芯片表面与光路界面，形成多层复合防护与功能增强系统。
一、核心涂层类型与材料
钝化/绝缘涂层
– 二氧化硅(SiO₂)：CVD/PVD沉积，厚度0.1–2μm，提供绝缘与防潮屏障
– 氮化硅(Si₃N₄)：覆盖芯片表面，优异的水汽与离子阻隔，增强机械强度
– 聚酰亚胺(PI)：涂覆后固化，绝缘、耐温(>250℃)、抗腐蚀，适合多层布线隔离
– 氧化钽(TaOx)：超薄(5–20nm)隧穿钝化，用于硅光芯片表面保护
热界面涂层(TIM)
– 导热硅脂：填充间隙，热阻<0.1℃·in²/W，确保紧密热接触
– 石墨片：高导热(~1500W/m·K)，大面积热扩散
– 金属散热涂层：如铝/铜薄膜，扩大散热面积，提升热导率
光学功能涂层
– 抗反射涂层(AR)：在1310/1550nm波长降低反射至<0.5%，提升耦合效率 – 波导包层：如EpoClad 20(折射率1.571)，用于聚合物波导结构，约束光传输 – 滤光涂层：选择性透过/阻挡特定波长，优化信号检测 – 光纤保护涂层 – 丙烯酸树脂：标准涂覆，耐温至85℃，提供机械保护 – 聚酰亚胺(PI)：耐高温(>300℃)，适用于高功率光模块
– 复合涂层：双层结构(内软外硬)，兼顾弹性与耐磨性
二、涂层的四大核心功能
绝缘与电路保护
– 隔离相邻导电线路，防止短路，确保电气可靠性
– 屏蔽外部电磁干扰，稳定高速信号传输
– 保护芯片免受离子污染与化学侵蚀
热管理优化
– 构建高效热通道，降低热阻，确保光芯片(<70℃)与电子芯片(<125℃)工作温度
– 缓解硅光芯片、III-V激光器与金属互连间的CTE差异，减少热应力导致的翘曲与断裂
– 增强散热效率，提升整体功耗表现(CPO可降低系统功耗25–30%)
光学性能提升
– 减少界面反射损耗(至<1%)，提升光传输效率 – 优化光路设计，实现高密度光互连(>140G/mm带宽密度)
– 提供光学隔离与信号过滤，增强信噪比
– 机械保护与环境隔离
– 防止光纤微裂纹扩展，提升机械强度(>100MPa)
– 密封封装体，阻挡水汽(WVTR<0.01g/m²·day)与氧气(OTR<0.1cm³/m²·day)侵入 – 增强抗振动与抗冲击能力，延长器件寿命(>10年)
三、涂层协同：从芯片到系统的一体化保护
CPO封装中，涂层形成“多层复合防护网”：
– 底层：硅基板上的SiO₂/Si₃N₄绝缘层，提供基础电气隔离
– 中间层：PI或聚酰亚胺/二氧化硅复合涂层，实现多层布线绝缘与应力缓冲
– 功能层：热界面涂层+光学涂层，分别解决散热与光路优化
– 外层：钝化/保护涂层，作为环境屏障
总结
CPO涂层是光电共封装的隐形守护者，通过绝缘、热管理、光学与机械防护的协同，确保在高速、高集成环境下稳定工作。随着CPO向102.4Tbps与更高算力演进，涂层将向超薄、高导热、高透光、低应力方向持续创新，成为突破性能瓶颈的关键支撑。
超声喷涂是 CPO 光电共封装涂层的核心制备工艺，凭借精准雾化与均匀涂覆特性，适配多类关键涂层需求。其可高效沉积 SiO₂、Si₃N₄、PI 等钝化 / 绝缘材料，形成致密防护层，实现电路隔离与水氧阻隔；精准涂覆导热涂层，优化热管理效率，缓解 CPO 高集成带来的散热压力；还能制备低反射 AR 涂层，提升 1310/1550nm 波长光耦合效率。该工艺涂层厚度偏差＜±5%，孔隙率低、附着力强，且低温制程不损伤芯片与光路，适配 CPO 高速信号传输、高可靠性要求，为 102.4Tbps 及以上算力封装提供稳定工艺支撑。
关于驰飞
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杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商，产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。
