共同封裝光學元件(CPO)逐步從技術驗證走向商業化,測試介面也成為能否規模量產的關鍵環節。穎崴(6515)全球業務營運中心執行副總經理陳紹焜2日透露,公司目前掌握十多項CPO相關專案,涵蓋全球主要客戶;在CPO Socket相關專案中,超過九成採用穎崴的測試解決方案。他預估,CPO最快將於2027年下半年開始出現小量,真正形成較明顯的量產規模,可能要等到2028年。
不過,CPO從「做得出來」跨向穩定量產,仍卡在光學對位、精度、速度及自動化等環節。陳紹焜直言,現在產業已能製作CPO產品,「但要怎麼做到具有規模、能夠量產,這才是最大的問題。」
2019年開始布局 測試從電訊號走向光電整合
陳紹焜表示,穎崴自2019年便開始提出CPO測試概念,是國內較早投入相關技術的業者之一。當時市場對CPO的討論仍不普遍,相關技術、設備與材料也尚未完全準備好,直到近年AI算力及高速傳輸需求快速升溫,矽光子與CPO才逐漸走向實際應用。
測試技術也隨之改變。傳統半導體測試主要處理電訊號,但進入矽光子與CPO後,不只要處理光訊號,還須進一步整合光、電兩套不同的測試機制,增加對位、訊號傳輸與測試介面的複雜度。
「過去我們都是從電開始,後來要加入光,現在則是光電的東西都要進來。」陳紹焜說,CPO橫跨範圍非常廣,從光纖陣列單元(FAU)、雷射、封裝到量產測試,各環節都有不同技術問題,因此穎崴不會橫跨所有領域,而是持續聚焦測試本業。
從Wafer Level到Module Level Insertion 3、4由Socket切入
在CPO測試布局上,穎崴已依不同製程及組裝階段建立相對應方案。陳紹焜指出,Insertion 2主要對應Wafer/Chip Level測試,穎崴已布局MEMS、Wafer Level CPO及Double-sided Probing等解決方案,相關原型機台也持續在客戶端進行驗證。
Insertion 3則進入封裝完成後的測試,Insertion 4進一步對應更大型的Module Level。穎崴現階段在Insertion 3、Insertion 4投入較多資源,主要以Socket測試方案切入,同時也持續建立Wafer Level的探針卡及光電測試技術。
陳紹焜表示,他在聯訪前重新盤點公司專案,目前已有十多項CPO相關計畫,全球主要客戶幾乎都已涵蓋。「在整個Socket CPO部分,我們不敢講百分之百,但九成以上都是用我們的Solution去測。」
不過,這項比重主要是指穎崴目前所參與的CPO Socket及模組層級相關專案,並非整體CPO產業所有設備、元件與測試環節的全球市占率。
做得出來不等於能量產 自動化卡在精度與速度
CPO測試涉及光纖與元件對位、不同波長、光學精度、電訊號及溫度控制,若大量環節仍仰賴人工操作,就難以提高測試速度,也不容易在大量生產時維持一致性。
他將CPO量產條件歸納為精度與速度兩項。首先,光學測試的對位容許誤差小,不同波長與元件位置都會影響結果;其次,如果對位及測試流程無法自動化,測試速度便難以提升,生產成本也無法有效下降。
「現在最大的問題是,你可以把東西做出來,但要怎麼做到具有規模、可以量產。」陳紹焜表示,CPO下一階段的考驗,已不是單一產品能否通過功能驗證,而是能否建立可重複、穩定且有效率的量產流程。
2027年下半年開始小量 2028年才見明顯規模
對於CPO產業時程,陳紹焜認為,2025年可視為CPO元年,2026年則進入設備、架構及供應鏈逐步建置的階段。若後續自動化、光學對位及相關量產配套推進順利,2027年下半年有機會開始出現小量產品;但若要看到較明顯的市場規模,可能仍要等到2028年。
為提前建立量產能力,穎崴也在尋找國內外合作夥伴,包括雷射及其他光學相關技術業者,希望補足測試系統所需技術,並加快光電整合與自動化進程。
陳紹焜強調,半導體是高度全球化的產業,台灣雖然擁有完整製造生態系,仍須保持開放,引進合適的技術、材料及設備,才能把CPO從個別技術突破推向規模量產。
AI晶片要同時解決「電、熱、資料」三道難題
CPO需求升溫,根本原因在於AI晶片的資料傳輸壓力不斷提高。陳紹焜表示,AI大封裝可簡化為三個問題:「電要能進得來、熱要能散得掉,資料要能傳得出去。」
隨著晶片功耗提高,供電與散熱已成為AI伺服器的重要瓶頸;另一方面,傳統銅互連逐漸面臨頻寬、功耗及傳輸距離限制。即使晶片具備更高算力,若資料無法有效傳送,系統效能仍無法充分發揮,因而推動產業加快導入光傳輸與CPO。
不過,光訊號加入封裝後,也會使測試變得更加複雜。測試介面不僅要處理高頻高速電訊號,還要同時兼顧光訊號對位、熱管理及大型封裝造成的機械變形。
AI晶片Pin數逼近2萬 測試壓力卻降至30 PSI
大封裝與高Pin Count也使翹曲成為測試環節的新難題。陳紹焜指出,過去CPU約有5,000至6,000 Pin,目前AI晶片多已提高至約1萬Pin,部分產品達到1.3萬Pin,下一代則可能接近2萬Pin。
封裝體尺寸愈大,翹曲情況通常愈明顯。過去測試時可施加約70 PSI壓力,將封裝壓平並確保每個接點正常接觸;但隨晶片結構更加複雜,客戶對可承受壓力的限制也持續降低,有些要求降至50 PSI,甚至僅能承受30 PSI。
「你不能壓那麼重,又要讓翹曲的產品可以正常測試,這就變成很重要的問題。」陳紹焜說,不同晶片及封裝的翹曲程度各異,測試介面必須依個別產品調整,不能再以單一標準結構處理。
他表示,目前穎崴HyperSocket可支援2萬Pin以內的產品,預估足以因應未來接近兩年的AI晶片需求,也能改善大尺寸封裝帶來的接觸、散熱與翹曲問題;但隨封裝尺寸及功耗持續上升,下一代產品仍須導入新的散熱架構。
Liquid Socket讓液體進入測試座 直接帶走底部熱能
除了晶片上方的散熱,晶片與載板接觸區域也是重要熱源。陳紹焜指出,當晶片進入高頻高速運作,底部接觸點同樣會產生大量熱能,因此未來不能只依靠晶片上方的散熱器,也需要處理封裝底部的熱。
因應下一代高功率晶片需求,穎崴已規畫在HyperSocket架構中導入Liquid Socket,讓液體進入Socket內部,直接帶走晶片與載板接觸區域產生的熱能。
從逾10項CPO專案、Socket方案採用比重超過九成,到2027年下半年小量及2028年放量的時間表,穎崴已取得前期卡位;但CPO能否真正進入規模市場,仍取決於光學對位、自動化、散熱與供應鏈整合能否同步跨過量產門檻。