技術_Micro_lens
與相關技術的關係
Micro lens（微透鏡）是 技術_FAU 中 傳統 FAU + TSMC iFAU 主用的對位元件；屬 技術_SiPh / 技術_CPO 平台中光從 PIC 取出 / 注入的關鍵光學介面。本頁聚焦傳統折射式微透鏡，特別是 Si microlens（μLens） 與 WLO 晶圓級光學陣列；以平面波前工程取代折射式光程差的 超穎透鏡 詳見 技術_Meta-lens（兩者在 D-FAU 對位上為替代 / 互補關係）。
定義
Micro lens（微透鏡，Microlens） 是把傳統光學透鏡微型化到微米至次毫米尺寸的光學元件，用以準直、聚焦或對位極小光束。在矽光子 / CPO 領域，Micro lens 主要解決光從 PIC（光子整合電路）上的 Grating Coupler（光柵耦合器）耦合到外部光纖陣列（FAU）時的對位容差與插入損耗問題。
主要種類：
- Si microlens（μLens / uLens / 矽微透鏡）：直接在矽載板上加工的微透鏡，常與 SoIC-X / CoWoS-S 整合；TSMC iFAU 主用方案
- WLO（Wafer-Level Optics，晶圓級光學）Micro lens 陣列：以 12 吋半導體光學製程量產的微透鏡陣列，台廠 6789_采鈺（市） / HIMX.US(himax) 為主要供應商
- 嵌入式微透鏡（Embedded Microlens）：整合進 BBC（Broadband Coupler）或 GC 結構內的微透鏡；TSMC COUPE 平台採用
- 3D Sensing / CIS / AR 用微透鏡：消費電子既有應用，不在 CPO 範圍但工藝相通
在 CPO / iFAU 的核心角色
群益 2026/05/14 D-FAU 供應鏈簡報明確指出：
光纖陣列（FAU）透過 Si microlens（矽微透鏡） 與 PIC 上的 Grating Coupler（光柵耦合器） 進行表面耦合。這種微透鏡技術（uLens）能顯著提升對準容差並降低光損耗。
COUPE（緊湊型通用光子引擎） 將垂直 O 波段光柵耦合器（GC）與嵌入式微透鏡整合，實現 0.3 dB 光纖陣列耦合損耗，對齊公差為 ±10 μm。
關鍵性能指標：
| 指標 | 規格 | 來源 |
|---|---|---|
| 對齊容差 | ±10 μm | 群益 PDF / TSMC iFAU + Si microlens |
| 光纖陣列耦合損耗 | 0.3 dB | 群益 PDF / TSMC COUPE 嵌入式微透鏡 |
| 整合方式 | 與 GC 表面耦合 + 嵌入式 | TSMC iFAU / iOIS / BBC |
| 製程基板 | 矽（Si）/ WLO 12 吋光學晶圓 | 采鈺 / 奇景 |
WLO（晶圓級光學）製程
WLO 將傳統折射式微透鏡製程移到 12 吋（300mm）光學晶圓上做，以半導體量產經濟規模生產：
- 製程基礎：光阻流變（reflow）/ 模壓 / 蝕刻三類路線；台廠 12 吋 WLO 為成熟製程
- 可整合性：與矽光子 PIC、CMOS 影像感測（CIS）、3D Sensing 共用同一晶圓級光學能力
- 量產經濟：相較單顆研磨光學元件，WLO 單片成本顯著降低、一致性高
- CPO 應用核心：群益 PDF 點名「6789_采鈺（市） 與奇景光電（HIMX.US(himax)）憑藉成熟的 WLO（晶圓級光學）與 12 吋半導體光學製程，成為 TSMC COUPE 平台的重要元件供應商」
與 Meta-lens 對比
| 項目 | Si microlens（μLens） | Meta-lens（超穎透鏡） |
|---|---|---|
| 原理 | 折射式（透鏡厚度產生光程差） | 波前工程（奈米結構 Meta-atoms 數位化調控） |
| 對齊容差（1dB 損耗下） | ±10 μm | ±18 μm（寬約 80%） |
| 製程 | WLO 12 吋光學晶圓（reflow / 模壓 / 蝕刻） | DUV 微影（CPO）/ NIL 奈米壓印（消費） |
| 廠商 | 6789_采鈺（市） / HIMX.US(himax) | 合聖（未）（K-Optic / AuthenX，光聖子公司） |
| TSMC 平台採用 | iFAU 主用（integrated FAU） | D-FAU 差異化方案（可拆卸式） |
| 量產一致性 | 高（既有 12 吋製程） | 待 DUV 量產驗證 |
| 成熟度 | 已量產 | 量產驗證中 |
| 維修便利 | 一般 | 多通道可拆卸架構 |
iFAU + D-FAU 雙軌並行
TSMC COUPE 2.0 平台可能同時支援兩條路線：iFAU 走 Si microlens（量產一致性 + 既有 WLO 製程）、D-FAU 走 Meta-lens（可拆卸 + 寬容差）。hyperscaler 依量產 yield、可服務性與成本決定混合比例。
在 TSMC COUPE 結構中的具體位置
依群益 2026/05/14 簡報分析 TSMC iFAU 結構：
flowchart TB F[外部 SMF 光纖陣列] --> FH[FAU Housing] FH --> ML[Si microlens<br/>μLens 嵌入式] ML --> GC[Grating Coupler<br/>垂直 O 波段] GC --> PIC[PIC<br/>65nm SOI SiPh<br/>face-down] PIC -. SoIC-X 鍵合 .-> EIC[EIC<br/>7nm FinFET CMOS] EIC --> CoWoS[CoWoS-S 中介層<br/>ASIC + HBM 整合]
圖說：TSMC iFAU 整合 Si microlens 與垂直 Grating Coupler，達 0.3 dB 耦合損耗 + ±10 μm 對齊容差；下方透過 SoIC-X 混合鍵合到 EIC，再以 CoWoS-S 整合 ASIC + HBM。微透鏡是「光從外部光纖進入 PIC」與「光從 PIC 出到外部光纖」的關鍵介面。
Sony Semiconductor 微透鏡技術案例（消費 / AR 應用對照組）
群益 2026/05/14 簡報引用 Sony Semiconductor 的微透鏡技術案例，作為 CPO 之外的消費 / AR 應用對照：
IMX454 多光譜圖像感測器
- 在光電二極管上構建 8 種濾光片（傳統相機僅 RGB 3 種），可分別透過不同波長的光線
- 一次拍攝即可獲取 4 種波長的圖像數據
- 結合 41 種波長（450 ~ 850nm、以 10nm 為單位）的可選擇性
- 也搭載 4 向偏光元件，單次自動對焦可獲取 4 個方向偏光圖像（可計算偏光方向與偏光度）
- 適用於多種科學影像與機器視覺場景
OCCF（On Chip Color Filter）微透鏡技術
- 將微透鏡配置在像素內的 OCCF 上方
- 來自發光層正面方向的光線出光效率提升到傳統結構的 2.2 倍
- 配合連續發光效率改善，最大發光亮度提升到 10 倍
- 對 AR 眼鏡等需要高亮度應用極為關鍵
對 CPO Micro-lens 的啟示
Sony 案例驗證了 WLO Micro lens 的兩大量產規模特性：
- 可大規模量產：CIS 既有大量產經驗、可外溢到 CPO 對位元件
- 微透鏡能顯著改善光收集效率：在 CPO 上對應 0.3 dB 耦合損耗（相較無微透鏡的傳統 FAU 耦合）
主要供應商與台廠定位
| 廠商 | 角色 | 技術 / 製程 | 觀察重點 |
|---|---|---|---|
| 6789_采鈺（市） | TSMC iFAU 主供 / WLO 12 吋 | Si microlens + WLO | TSMC 生態系關鍵；2027 COUPE 量產主供 |
| HIMX.US(himax) 奇景光電 | 同階競合 | Si microlens + WLO 12 吋 | 2026H2 CPO 元件初出貨；多元產品線（DDIC / CIS / LCoS）分散風險 |
| 2330_台積電（市） | 平台客戶 | iFAU + 嵌入式微透鏡 + COUPE | 規格定義方；採購采鈺 / 奇景 WLO 元件 |
| 合聖（未） | 替代路線 / Meta-lens | 不在本頁；屬 技術_Meta-lens | D-FAU 差異化方案 |
投資觀察
- WLO 製程市占爭奪：采鈺 vs 奇景兩家 12 吋 WLO 供應商在 TSMC COUPE 平台的份額分配
- iFAU 量產良率：Si microlens + Grating Coupler 整合的大批次良率，是 2026H2 初出貨能否量產 ramp 的決定性因素
- 微透鏡與 Meta-lens 替代速度：合聖 Meta-lens 是否能以 ±18μm 容差優勢侵蝕 Si microlens 既有份額
- CPO 之外應用：3D Sensing / CIS / AR/VR / 車用 ADAS 也用微透鏡；CPO 占公司營收占比待觀察
- TSMC COUPE 規格轉向風險：若 COUPE 2.0 / iOIS 最終偏好 Meta-lens，Si microlens 路線會受壓
- NVIDIA Spectrum-X / Quantum-X / Rubin Ultra 量產時程：直接拉動 iFAU 對位元件需求
觀察重點
- 采鈺 / 奇景的 CPO 元件營收佔比與 2027 大規模放量時程
- TSMC iFAU + Si microlens 是否成為 1.6T / 3.2T CPO 主流規格
- WLO 製程升級對 ±10 μm 容差是否能進一步縮小（提升耦合效率）
- 12 吋 WLO 廠房 / 設備擴產進度
- CIS / 3D Sensing 業務景氣循環對母公司能否支撐 CPO 業務初期投入
來源
- 產業_群益_CPO_D-FAU供應鏈_20260514（Si microlens + Grating Coupler 表面耦合、0.3 dB 損耗、±10 μm 容差、嵌入式微透鏡整合進 COUPE 平台、采鈺 / 奇景 WLO 12 吋半導體光學製程定位）
- 活動_穎崴_CPO論壇簡報_20260514（PIC Blueprint Step 5 I/O Coupling 段）
- 技術_FAU、技術_Meta-lens、技術_COUPE、技術_CPO、技術_SiPh