光傳送模組自動對位技術解析：工作原理、精度要求與產線應用實務

重點一句話

嗯...簡單講，光傳送模組的自動對位技術，就是用很高精度的機器手臂，取代以前的人工，去把比頭髮絲還細的光纖，對準晶片上的發光或收光點。沒對準，光就傳不過去，AI 資料中心幾百 G 的訊號就斷了。所以這件事...很重要。

現在大家談的，跟網路上查到的有什麼不一樣？

最近聽了一些研討會...感覺跟網路上查到的資料有點脫節。以前大家談的，是如何從手動變自動。現在的重點...已經不是「要不要自動化」，而是「怎麼應付新的挑戰」。最大的不同，我想是 [CPO] (Co-Packaged Optics)。

傳統作法是，交換晶片 (ASIC) 在一塊板子上，光模組插在板子邊緣，像 USB 一樣。但速度越來越快，從 400G 到 800G，甚至 1.6T，電的訊號從晶片跑到板子邊緣，損耗太大了。所以現在要把光模組...或者說「光引擎 (Optical Engine)」，直接跟交換晶片封裝在一起，這就是 [CPO]。

這件事...讓對位變得超級複雜。以前是對準一個模組，現在可能要一次對準好幾個光引擎在同一個封裝基板上。而且...熱是個大問題。晶片很燙，光引擎也怕熱，溫度一變，材料熱脹冷縮，原本對好的位置就跑掉了。這是現在產線上最頭痛的問題，網路上的舊資料比較少提這一塊。

核心原理...到底怎麼對準的？

對位的方法，主要分兩種：被動式 [Passive Alignment] 和主動式 [Active Alignment]。

被動式，有點像樂高積木。它靠的是超高精度的加工，在晶片或基板上做出一些 V 型槽之類的結構，光纖放上去，位置就八九不離十了。好處是快、不用通電測試。但...精度有限，通常用在對準容忍度比較大的地方。

主動式就不一樣了。這是現在高階模組的主流。它的概念是「邊看邊調」。設備會真的把雷射打開，然後用一個光功率計去量測收到的光強度。機器手臂會帶著光纖，在 XYZ 三個軸、還有旋轉三個軸，總共六個自由度上做非常細微的移動。目標就是找到那個可以讓光功率達到最大值的「甜蜜點」。找到之後，再用 UV 膠把它黏死固定。這個過程很像我們手動對焦老相機，要一直轉鏡頭直到畫面最清楚為止。

精度要求...差一點真的差很多？

差很多。講師的簡報有張圖，我印象很深。對於單模光纖，纖芯直徑大概才 9 微米 (μm)。如果你的目標是 800G、1.6T 的模組，對位的偏差...可能要控制在 0.5 微米，甚至 0.1 微米以內。這是什麼概念？一根頭髮的直徑大概是 50-70 微米。等於是頭髮直徑的百分之一。

只要偏了一點點，光耦合的效率就會大幅下降，這叫插入損耗 (Insertion Loss)。損耗太高，訊號品質就不行，資料傳輸就會出錯。所以精度是絕對的。下面這個表，是我自己整理的筆記，比較一下兩種對位方式。

特性	主動對位 [Active Alignment]	被動對位 [Passive Alignment]
原理	邊通電、邊量測光功率，動態找到最佳點。很像即時對焦。	靠高精度的機械結構，像 V 型槽，直接把光纖卡到位。
精度	非常高。可以做到次微米等級 [sub-micron]，比如 0.1µm。	比較差。大概在微米等級，看加工能力。通常用在多模光纖。
速度/成本	慢，而且設備貴。因為要一邊調一邊測，cycle time 長。	快。放上去就好。不用通電測試，適合大量生產。
適用情境	長距離、高速率的單模光纖模組。400G、800G、CPO 這種非它不可。	短距離、對損耗沒那麼敏感的多模光纖，或是對位容忍度較大的元件。

產線上的實務...跟實驗室想的不一樣

實驗室可以不計成本、花一整天去對一個樣品。但產線不行。產線追求的是良率和單位時間產出 (UPH)。

所以自動化設備就很關鍵。像德國的 ficonTEC 或日本的 Suruga Seiki 都是這領域的專家。他們的設備整合了視覺辨識、奈米級的移動平台、點膠系統跟 UV 固化...全部流程自動化。在台灣，像是致茂電子 [Chroma] 也有提供相關的測試和自動化解決方案，特別是在半導體後段測試這一塊。今天新聞也看到高明鐵出了 1.6T 的對位機台，還跟工研院合作，感覺台灣廠商也開始追上來了。

整個流程大概是：機器先用影像辨識找到晶片跟光纖的大概位置，快速移動過去。接著進入「主動對位」模式，用演算法快速掃描，找到光功率峰值。然後點上 UV 膠，最後用紫外光照射幾秒鐘讓它固化。整個過程...可能要在幾十秒內完成。這跟國際大廠如 Broadcom 的要求有關，他們推動的 CPO 標準，其實也間接定義了整個供應鏈的技術門檻。