光模块需求因 AI 大涨：氮化铝多层厚薄膜技术深度解析

AI 大模型的训练与推理依赖海量并行数据计算，这对 AI 数据中心的网络带宽提出了更高要求。作为数据中心与高性能计算系统的核心传输组件，光模块凭借高速、大容量的数据传输能力成为关键支撑 ——AI 数据中心的快速发展不仅加速了高速光模块的技术迭代与场景渗透，更推动其从当前主流的 800G 规格向 1.6T 更高带宽标准演进。

在此背景下，光通信市场迎来整体繁荣，直接带动产业链相关产品的订单增长。其中，氮化铝多层厚薄膜产品表现尤为突出，该产品可精准适配 400G、800G、1.6T 等高频高速光模块，并深度切入 AI、数据中心等新兴需求场景，成为光模块升级与新场景落地的重要技术支撑。

那么，什么是氮化铝多层薄厚膜技术？高频高速光模块的应用场景中，氮化铝多层薄厚膜是如何既保障光模块的高频高速性能，又保障功率散热的热管理需求的呢？

什么是氮化铝多层薄厚膜？

氮化铝多层薄厚膜是一种以高热导率氮化铝陶瓷为基材，通过 “内层厚膜（HTCC）构建三维互联骨架 + 表层薄膜实现精密信号布线” 的复合工艺基板技术。它并非简单的工艺叠加，而是针对高端电子器件 “高功率散热难、高频信号损耗大、高密度集成受限” 的核心痛点，对厚膜与薄膜工艺进行的精准功能整合，最终实现 “1+1+1>3” 的性能突破，同时打破了部分高端电子材料的进口垄断。

技术背景：厚膜与薄膜的 “单一工艺死结”

要理解混合技术的必要性，需先厘清厚膜（HTCC/LTCC 为代表）与薄膜工艺的固有矛盾 —— 两者在 “层数、精度、损耗、散热适配” 上呈现强互补性，但单独使用均无法满足高端场景的复合需求：

简言之：厚膜 “能堆层但不精细、散热弱”，薄膜 “够精细但难堆层、成本高”；而氮化铝陶瓷（热导率 > 170W/(m・K)，是氧化铝的 8 倍）恰好填补了两者 “散热能力不足” 的共性短板，为混合工艺提供了 “基材支撑 + 散热保障” 的双重基础。

核心设计：“三层协同” 破解三角矛盾

氮化铝多层薄厚膜的创新逻辑是 **“按功能分区，用工艺补短板”**—— 将 “互联、信号、散热” 三大需求拆分到 “内层、表层、基材” 三层结构，通过技术协同实现矛盾破解：

结构特点：工艺细节与性能的深度绑定

每一层结构的工艺选择、材料搭配都精准匹配功能需求，形成 “无短板” 的整体性能：

上图为采用多层薄厚膜技术的氮化铝陶瓷基板结构，主要特点是：

内层厚膜（HTCC）：三维互联的 “骨架”

工艺方案：高温共烧氮化铝技术 —— 将氮化铝生瓷片（厚度 0.1-0.3mm）与厚膜金属浆料交替叠合，经 1600-1800℃高温共烧成型；

材料选择：金属化采用钨（W）/ 钼锰（Mo-Mn）体系，核心原因有二：① 耐高温（适配 HTCC 高温共烧，无熔化 / 氧化）；② 热膨胀系数与氮化铝匹配（4×10⁻⁶/℃ vs 氮化铝 4.5×10⁻⁶/℃），避免共烧后基板开裂；

关键参数：布线层数 5-50 层，线宽 30-100μm，可同步形成深度 0.1-1mm 的腔体（适配芯片封装）；

核心价值：承担电源、接地等基础互联，构建三维电路网络，同时作为表层薄膜的结构支撑。

表层薄膜：低损耗信号的 “通道”

工艺方案：磁控溅射 + 光刻蚀刻两步法 —— 先通过磁控溅射在 HTCC 基板表层沉积 1-5μm 厚的金属膜（金 / 银 / 铜，优先选金，因高频导电性优），再通过光刻蚀刻将金属膜刻成精细线路；

关键参数：线宽 / 线距 10-20μm（最小可达 8μm），表面粗糙度 Ra<0.1μm（仅为厚膜的 1/5），金属膜附着力≥5N/mm（通过热冲击测试）；

核心价值：解决厚膜 “粗糙表面导致的高频损耗”—— 高频下电流集中在导体表层（趋肤深度 δₓ，100GHz 时金的 δₓ≈0.3μm），平整薄膜可减少电流路径畸变，直接降低损耗。

通孔与腔体：连接与保护的 “关键节点”

实心金属化通孔：贯穿内层各厚膜层，孔径 50-200μm，采用 “通孔填充钨浆料 + 共烧” 工艺，实现层间电连接，导通电阻≤50mΩ（保障电流传输效率）；

共烧腔体：在 HTCC 共烧时预留，尺寸适配芯片（如 3mm×3mm×0.5mm），芯片直接贴装于腔体内 —— 既避免外部湿度 / 粉尘干扰，又缩短芯片到氮化铝基材的热路径（热阻降低 30% vs 传统基板）。

性能优势：量化数据支撑 “高端定位”

氮化铝多层薄厚膜的优势并非定性描述，而是有明确的量化指标支撑，尤其在 “高导热”“高频低损耗” 两大核心维度：

高导热：满足高功率器件散热刚需

基材核心指标：热导率 **>170W/(m・K)**（实测最高达 280W/(m・K)），热膨胀系数 4.5×10⁻⁶/℃（与硅芯片 3.2×10⁻⁶/℃、SiC 芯片 4.0×10⁻⁶/℃高度匹配）；

实际效果：SiC 功率模块（1200V/50A）贴装后，满负荷工作时芯片温升≤8℃（传统氧化铝基板温升≥25℃），避免热噪声导致的性能衰减。

高频低损耗：适配 5G / 毫米波场景

损耗核心逻辑：高频传输损耗 = 导体损耗 + 介质损耗，薄膜工艺主要降低导体损耗—— 因 Ra<0.1μm，电流路径更规整，损耗公式可简化为：

导体损耗 ∝ Ra/δₓ（Ra 越小、δₓ越大，损耗越低）；

实际效果：在不同频段均有显著优势：

5G 常用 3.5GHz 频段：损耗≤0.15dB/mm（厚膜≥0.25dB/mm，降低 40%）；

毫米波 60GHz 频段：损耗≤0.3dB/mm（厚膜≥0.6dB/mm，降低 50%）；

100GHz 频段：损耗≤0.4dB/mm（厚膜≥0.8dB/mm，降低 50%+）。

应用场景：从 “卡脖子” 领域到国产化落地

该技术已在两大高端领域实现规模化应用，且打破了海外垄断，体现出明确的产业价值：

高速光通信模块（1.6T/800G）

核心应用：ROSA（接收模块）、TOSA（发射模块），集成激光器、驱动器、探测器；

关键优势：① 非制冷环境下芯片温升 < 5℃（降低光信号误码率）；② 支持 50μm 间距金丝键合（实现 1.6T 模块微型化，体积较传统减少 20%）；

国产化意义：此前 1.6T 光模块核心基板被日本京瓷垄断，该技术突破后，国产基板成本降低 20%-30%，占国内中高端光模块市场份额已达 35%。

高功率微波器件（雷达 T/R 组件）

核心应用：车载毫米波雷达（77GHz）、军工雷达（X 波段）；

关键优势：① 替代 LTCC 基板，X 波段功率密度 > 10W/mm（LTCC≤5W/mm，提升 1 倍）；② 可靠性达标 ——450℃高温下金层无起泡，1000 次冷热循环（-55℃至 125℃）后，线路导通率仍保持 100%；

产业价值：打破美国 CoorsTek 在军工级微波基板的垄断，已批量应用于国内舰载、机载雷达。

结语：从技术创新到产业突围

氮化铝多层薄厚膜技术的价值，不仅在于破解了 “散热 - 精度 - 集成” 的技术三角矛盾，更在于实现了高端电子材料的 “国产化突围”—— 它让 1.6T 光模块、SiC 功率模块、军工雷达等 “卡脖子” 领域有了国产核心材料选择，同时推动国内氮化铝陶瓷产业链从 “低端生瓷” 向 “高端基板” 升级。

目前，国内已建成每月 5000 片（6 英寸基板）的产能，未来随着 5G 基站、新能源汽车、卫星互联网等领域的需求增长，该技术将成为 “中国制造” 在高端电子材料领域的重要名片。