ECOC 2025：三菱的110 GHz带宽flip chip封装EML

在生成式AI快速发展的当下，数据中心内计算集群间的通信容量需求呈爆发式增长。最新GPU系统预计将采用1.6Tb/s DR8（100GBaud PAM4×8通道）架构，而业界对3.2Tb/s传输能力的探索也愈发迫切。若通过增加通道数来实现3.2Tb/s收发器，会导致组件数量剧增和光纤并行难题，因此，200GBaud PAM4调制方式成为研究焦点——它可在不增加通道数的情况下使传输容量翻倍。

在此背景下，EML因可靠性高、尺寸紧凑、功耗低等优势，在高速数据中心中被广泛应用。三菱在高速EML领域也在持续研究，此前三菱提出了一款针对200GBaud PAM4的高速EML探索，如采用窄台面结构降低寄生电容以实现106GHz带宽，但存在制造流程复杂、寄生电感不稳定等问题。OFC 2025三菱报告：高速EML的结构设计和封装优化

为解决这些痛点，在ECOC 2025上，三菱提出了一款基于倒装键合flip chip技术的EML，并通过打线峰化设计将其带宽进一步提升至110GHz，为高速IM-DD（强度调制直接检测）应用提供了全新方案。

◆ flip chip封装EML的设计架构

该EML基于氮化铝（AlN）基板采用倒装焊集成，单芯片内整合了掩埋式DFB-LD（用于提供高光学输出功率）、电吸收调制器（EAM） 以及光斑转换器SSC（提升光纤耦合效率）。

在EAM区域，采用了高台面结构，并在光吸收层两侧设置低折射率包层，其台面宽度为1.4μm（与传统结构一致）。与传统EML电极分布不同，该设计将阳极和阴极电极均置于芯片表面，为倒装键合的实现创造了条件。

CoC基板选用AlN材料，其热导率高达170W/mK，同时集成薄膜终端电阻，使信号路径的寄生电感最小化（传统组装需在信号线与EAM焊盘间进行引线键合，寄生电感更大）。信号线路设计为55Ω特性阻抗，配合终端电阻实现阻抗匹配。为突破带宽瓶颈，团队创新性地引入峰化电路：将终端电阻与信号线断开，改用绑线连接，利用其随频率变化的阻抗特性产生峰化效应，大幅提升调制带宽。

◆ 热特性与直流性能解析

由于散热仅依赖金凸点，需对其热特性进行深入研究。通过数值模拟，团队构建了AlN基板上倒装键合EML的模型（AlN厚度500μm，搭载于0.95μm厚的CuW载体上，金凸点直径60μm、高度20μm），模拟了不同凸点数量下的激光温度变化。

当CuW载体背面设置55℃恒温边界条件时，对比传统正贴结构：在DFB-LD上设置两个凸点时，激光温度在200mW热耗下达到61.2℃，仅比传统正贴结构高4.4℃，说明倒装键合的热耗散能力虽略有下降，但可通过增加凸点数量优化（如6个凸点可实现与正贴结构相当的热耗散）。

在发光特性方面，对DFB-LD的I-L曲线和光谱测试显示：当LD电流为80mA、温度55℃时，未出现输出饱和或扭结现象，边模抑制比（SMSR）超过50dB，激射波长为1313.05nm。这表明倒装键合工艺未对激光器的激射特性造成显著劣化。

◆ 射频带宽与高速传输验证

小信号响应测试中，无峰化设计的样品3dB带宽约为66GHz，而引入峰化导线后，3dB带宽跃升至110GHz，创下倒装键合EML的带宽纪录。

为验证高速传输性能，团队搭建了113GBaud-PAM4的实验平台：输入信号由256GSa/s任意波形发生器（AWG）生成113GBaud PAM4 SSPRG信号，DFB-LD电流维持在100mA。输出信号经60GHz四阶贝塞尔-汤姆逊滤波器滤波后，由5抽头前馈均衡器（FFE）处理以评估TDECQ。

测试结果显示，在背靠背配置下，TDECQ为1.9dB，消光比（ER）为4.8dB；即便经过2km传输，TDECQ仍保持1.9dB，表明该EML在2km传输距离内几乎无性能损失。

◆ 技术总结

本研究报道了基于AlN基板的倒装键合EML，通过引入峰化设计，成功将3dB带宽从66GHz提升至110GHz。该EML在113GBaud-PAM4信号传输中（背靠背及2km传输场景）展现出优异的眼图性能，TDECQ稳定在1.9dB，消光比为4.8dB，为高速IM-DD应用提供了高带宽、低损耗的光学解决方案，有望推动3.2Tb/s乃至更高速率收发器的实用化进程。