ECTC 2026 | Corning | Low-Loss Optical Interconnect Designs in Optimized Glass for Co-Packaged Optics

23小时前
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Corning 在 ECTC 2026 丟出的這篇論文，表面上在講「玻璃光波導又做得更低損耗」，真正的重點藏在一個冷門到不行的地方：玻璃配方。CPO 的運算晶片旁邊溫度約 110°C，這個溫度會讓傳統離子交換（IOX）玻璃裡的銀離子持續擴散，折射率下降、模態擴張，最後耦合崩掉、元件失效——市售玻璃在第一個月就掛了。Corning 篩了超過 200 種玻璃配方，做出一款銀離子擴散率低到約 5E-22 m²/s 的特製玻璃，把五年後的折射率變化壓在 1.5% 以內。在這個地基上，他們再用「彎曲段高折射率對比、直線段低折射率對比」的混搭設計，把彎曲損耗從 4 dB/cm 砍到 0.01 dB/cm，並示範了 250 µm 到 50 µm 的 16 通道扇出，光纖到光纖總損耗只有 0.62 dB。一句話：這篇論文真正的護城河不是波導設計，是材料科學。

1. 論文背景：Corning 用玻璃，正面切入 CPO 基板戰場

這篇論文發表於 2026 年 IEEE 第 76 屆 Electronic Components and Technology Conference（ECTC），第一作者是 Corning Optical Communication（柏林）的 Lars Brusberg，共同作者橫跨 Corning 在德國柏林與美國紐約 Corning 總部的研發團隊。會議與作者陣容本身就是訊號：ECTC 是先進封裝的主場，而把整支隊伍押在「玻璃」這個材料上的，全世界沒幾家，Corning 是其中最有底氣的一個——它本來就是賣玻璃的。

為什麼現在重要？因為 AI 把資料中心互連的三個指標同時往極限推：更高頻寬、更低功耗、以及暴增的光學 I/O 數量。共封裝光學（Co-Packaged Optics，CPO）的解法是把光學引擎搬進電子封裝裡，縮短電氣路徑，順勢吃下矽光子（Silicon Photonics，SiPh）CMOS 製程的高量產紅利。但 CPO 真正卡關的地方，從來不是「能不能把光放進去」，而是兩件更瑣碎的事：單模光纖陣列與光子積體電路（Photonic Integrated Circuit，PIC）之間怎麼低損耗、可量產地耦合，以及這套東西放在發燙的 ASIC 旁邊能不能撐五年。

Corning 的答案是把電和光放在同一塊玻璃基板上：在玻璃裡用離子交換做出光波導，同時在蝕刻凹槽裡做薄膜電氣線路，PIC 以覆晶（flip-chip）方式漸逝耦合（evanescent coupling）到玻璃波導上，再用電氣微凸塊接到重佈線層（RDL）。這套「電 IC 被多顆 PIC 包圍、彼此用幾毫米電氣走線連接」的架構，配上玻璃可做到面板級（panel-scale）製造、表面平滑、熱機械穩定的特性，就是這篇論文的舞台。

玻璃要當 CPO 基板，這條賽道我們在玻璃基板不再是 PPT 技術：TGV 賽道為什麼在 2026 一次到位有完整拆解——那篇談的是 TGV（玻璃穿孔）的電氣價值，這篇 Corning 補的是同一塊玻璃上的「光學價值」，兩者其實是一體兩面。

玻璃電光基板架構，整合扇出波導陣列，負責光纖陣列（如 250 µm）與 PIC（如 50 µm）之間的 I/O 間距轉換。圖片來源：Corning, ECTC 2026 - Figure 1

2. 核心問題：把整篇論文濃縮成一句話

這篇論文要解決的問題只有一句話：如何做出一種放在 110°C 高溫旁邊、五年內光學性能不退化，又能用面板級製程量產、同時兼顧低耦合損耗與小尺寸的玻璃光波導平台。

注意這句話裡塞了四個彼此打架的條件——熱穩定、可量產、低損耗、小尺寸。任何一個單獨拿出來都不難，難的是要同時成立。論文的三段論述（特製玻璃、低損耗直波導、緊湊彎曲設計）就是分別在拆這四個約束。

3. 關鍵圖表逐一解析

3.1 這張圖展示了「為什麼一定要換玻璃」——熱穩定性是生死線

這張圖（Figure 3）是整篇論文的靈魂。它比較的是在 110°C 下，特製 CPO 玻璃與未最佳化市售玻璃的波導折射率對比（Δn）隨使用年限的變化。結論銳利到不需要解讀：市售玻璃在第一個月就失效，而 CPO 特製玻璃五年後折射率變化還不到 1.5%。

背後的物理是這樣的：CPO 的運算晶片運作時，玻璃溫度約 110°C，這個溫度會讓離子交換波導裡的銀離子（Ag⁺）持續往外擴散，導致折射率下降、模場（mode field）擴張，於是光纖與波導的耦合效率崩塌、損耗暴增，最後元件直接失效。要擋住這件事，唯一的辦法就是找到一款銀離子擴散率夠低的玻璃。Corning 訂的門檻是 110°C 下擴散率要低於 2E-21 m²/s，才能撐住資料中心至少五年的壽命要求。

Figure 3：110°C 高溫下，特製 CPO 玻璃與未最佳化市售玻璃波導折射率對比（Δn）隨壽命的變化；市售玻璃首月即失效，CPO 玻璃五年變化小於 1.5%。圖片來源：Corning, ECTC 2026 - Figure 3

3.2 這張圖展示了「Corning 的護城河有多深」——200 種配方裡只有幾種過關

這張圖（Figure 2）畫的是超過 200 種鹼基玻璃在 110°C 下的銀離子擴散率分布，綠框內才是符合 <2E-21 m²/s 目標的少數配方，紅點就是這篇論文用的 CPO 特製玻璃。

這張圖看似平淡，但它才是真正的進入障礙。做波導設計人人會，篩 200 種玻璃配方、還要同時滿足高液相黏度（liquidus viscosity，面板級拉製成型必要）、初次銀離子交換後 Δn > 0.025、以及超低擴散率——這種事只有手上有玻璃熔煉產線與材料資料庫的公司做得出來。 Corning 在結論裡更新了一個更猛的數字：最終玻璃的銀離子擴散率約 5E-22 m²/s，比它自己訂的門檻還低了一個檔次。

Figure 2：超過 200 種玻璃配方在 110°C 的銀離子擴散率研究，僅少數（含紅點的 CPO 特製玻璃）落在 <2E-21 m²/s 目標綠框內。圖片來源：Corning, ECTC 2026 - Figure 2

3.3 這張圖展示了「彎得越急、損耗越低的反直覺設計」

這張圖（Figure 6）是 1310 nm 波長下 90° 彎曲波導的插入損耗，量測值與模擬值對照。重點在於：彎曲半徑小於 10 mm 之後，只要把彎曲段的遮罩開口（mask opening）加寬，損耗反而降下來。

這違反一般人對波導的直覺——通常彎得越急損耗越大。Corning 的玩法是：在第一道離子交換時，把彎曲段的遮罩開口加寬，讓更多銀離子擴散進去，局部拉高折射率對比、增強模態侷限（mode confinement），於是急彎也能維持低損耗。這就是論文的核心創新——直線段用低折射率對比（方便對接光纖），彎曲段用高折射率對比（方便做緊湊急彎），中間用模態匹配轉換段銜接。效果是彎曲損耗從 4 dB/cm 直接砍到 10 mm 彎曲半徑下的 0.01 dB/cm。

3.4 這張圖展示了「真正能量產的成品長什麼樣」——16 通道扇出

16 波導玻璃扇出元件實測插入損耗，波導由帶偏移的 S 形彎曲（直線段與彎曲段之間）構成。圖片來源：Corning, ECTC 2026 - Figure 7

這張圖（Figure 7）是 16 波導玻璃扇出元件的實測插入損耗，波導由帶偏移（offset）的 S 形彎曲構成，負責把光纖連接器的間距轉換到 PIC 的密集間距。

這是把前面所有技術兜起來的成品驗證。Corning 用兩組各 16 條 S 形彎曲波導（6 mm 與 8 mm），把間距從 250 µm 轉換到 50 µm 與 127 µm；採用 Euler 彎曲與圓形彎曲兩種設計，並在彎曲段做空間變化的 Δn 增強、用橫向偏移調到最低損耗。Euler 彎曲做到 6 mm 最小彎曲半徑（等效 11.5 mm），圓形彎曲 9.9 mm。實測在約 12.5 cm 總長下，光纖到光纖損耗分別是 0.62±0.01 dB 與 0.65±0.04 dB，拆解開來是每面 <0.3 dB 耦合、0.04 dB/cm 傳播、約 0.01 dB/cm 彎曲。相對於均勻 Δn 波導，最佳化扇出在最小彎曲半徑、第 1 與第 16 通道處最多降低 1.3 dB。

4. 技術亮點：兩個真正值得記住的點

第一個亮點是材料層的「超低銀離子擴散玻璃」。這不是參數微調，而是把 CPO 在熱可靠度上最致命的弱點直接解決掉。傳統 IOX 玻璃在 110°C 的環境一個月就退化，Corning 的玻璃五年折射率變化 <1.5%、擴散率約 5E-22 m²/s。對一個要塞在高速 ASIC 旁邊、又被資料中心要求五年壽命的元件來說，這是「能不能上產線」的差別，不是「好不好」的差別。

第二個亮點是設計層的「分段折射率對比」波導工法。用遮罩開口寬度去局部控制離子交換濃度，等於在同一條波導上做出「對接光纖端低對比、急彎端高對比」的梯度設計，再靠玻璃本身的擴散特性自然形成平緩的直線—彎曲過渡。這讓 Corning 同時拿到「低耦合損耗」與「小元件尺寸」兩個本來互斥的好處——直波導傳播損耗 0.041 dB/cm（最佳 0.0397）、光纖耦合 0.28 dB（接近模擬的 0.3 dB，且是對接 Corning 自家 SMF-28 Ultra 光纖）。

值得一提的是，這套「直線—彎曲分段最佳化」的技巧，我們在技術文章分析｜聚合物波導扛住 +20 dBm 六小時：ELS-based CPO 缺的那塊「光重佈線」拼圖提過的聚合物波導路線是另一種材料解法——玻璃走的是熱可靠度與面板級量產，聚合物走的是低成本與柔性，兩條路線解的是 CPO 的同一塊「光重佈線」拼圖。

5. 產業連結：離量產有多遠？誰受益？

先講距離。這篇論文的成熟度比多數學術發表高一個層級：它是在 150 mm 晶圓、0.7 mm 厚玻璃上跑完整製程，用雷射切割出光學端面，量了 14 條波導取平均，標準差壓在 0.03 dB 以下。這不是「實驗室單點奇蹟」，而是帶著統計分布、面板級製程意圖的工程驗證。換句話說，Corning 要的不是發 paper，是要證明「這東西可以放上量產線」。距離真正的 CPO 商轉，玻璃光波導這一塊已經走到「製程整合驗證」的階段，剩下的是與 PIC 覆晶、可拆卸光纖連接器、整體封裝良率的系統整合。

再講受益者。最直接的是玻璃基板生態系——當電氣（TGV）與光學（IOX 波導）都能做在同一塊玻璃上，玻璃從「候選材料」變成「CPO 共用基板」的整合平台，這對玻璃材料、面板級設備、相關封裝廠都是題材。第二是可拆卸光纖連接器這一環，論文明確把「機械隔離的光纖陣列連接器在製程末端才接上」當成架構前提，這正是 CPO 量產的隱形 gating，我們在光通訊封裝大轉場（五）：可拆卸光纖之爭，CPO 量產隱形的 gating 有完整盤點。第三，這也對走扇出封裝路線的低成本 CPO 解法形成對照——玻璃路線拼的是熱可靠度與整合度，扇出路線拼的是用成熟產線壓成本。

要冷靜的地方是：玻璃基板要真正吃下 CPO 基板市場，對手是矽中介層（silicon interposer）與有機基板，這兩者的生態系、設備折舊、客戶關係都比玻璃成熟太多。Corning 這篇論文證明的是「玻璃在光學與熱可靠度上有獨家優勢」，但「優勢」要變成「市佔」，中間還隔著良率、成本、客戶導入意願這三道現實的牆。

6. 總結

這篇論文最該被記住的一句話是：Corning 的真正武器不是波導設計，是它篩過 200 種配方、別人短期內複製不來的那款玻璃。 波導的分段折射率對比設計很漂亮、彎曲損耗 0.01 dB/cm 很猛、16 通道扇出 0.62 dB 很實用，但這些都是建在「銀離子擴散率 5E-22 m²/s、五年 Δn 變化 <1.5%」這塊地基上的——而這塊地基，是材料科學的累積，不是設計的巧思。

對追蹤 CPO 供應鏈的人來說，這給出一個明確的觀察點：評估玻璃基板的 CPO 競爭力時，不要只看波導損耗數字，要去問它的玻璃在 110°C 撐得了幾年。 熱可靠度才是把實驗室成果擋在量產門外的那道隱形牆，而這正好是 Corning 這種百年玻璃公司最深的護城河。當光通訊從成長股題材逐漸變成 AI 基建的核心基礎設施，誰握有「別人做不出來的材料」，誰就握有最難被取代的位置。

參考資料

Lars Brusberg, Jorge Holguin-Lerma, Matthew J. Dejneka, Lucas W. Yeary, Chad C. Terwilliger, Betsy J. Johnson, Charisse Spier, Jonathan E. Walter, Katerina Rousseva, Sean M. Garner, "Low-Loss Optical Interconnect Designs in Optimized Glass for Co-Packaged Optics," 2026 IEEE 76th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), pp. 628–631. DOI: 10.1109/ECTC51846.2026.00106
Corning Optical Communication GmbH & Co. KG（柏林，德國）與 Corning Research and Development Corporation（紐約 Corning，美國）
延伸引用：Brusberg et al., "Glass platform for co-packaged optics," IEEE JSTQE 29(3), 2023；Brusberg et al., "Optical design and applications for ion-exchanged glass waveguide circuits," IEEE TCPMT, 2025