深度报告|光模块设备行业深度研究:光模块耦合:封装核心环节,国产龙头崛起【国海机械】

1.1 硅光晶圆级耦合：三种主流技术路线

在硅光芯片从研发走向量产的过程中，晶圆级测试的效率直接取决于光信号能否被高效、精准地耦合至芯片内部光路。目前主要形成三种成熟的耦合技术路线：光栅耦合、端面耦合以及二者共存的混合方案。三种路线在测试便利性、性能指标和量产可行性上各有显著差异。

1.1.1 硅光晶圆级耦合：光栅耦合方案

光栅耦合器凭借垂直方向耦合的灵活性和位置布局的任意性，成为晶圆级研发测试中应用最广的接口方案。 其工作原理是通过精密设计的光栅结构，利用衍射效应将接近垂直入射的光线“转弯”90度，引导至水平方向的波导中。这一机制使得测试时光纤或探头无需与芯片边缘精确对齐，大大降低了对准难度。

光栅耦合器的最大优势在于晶圆级测试的极高便利性。 由于耦合方向为垂直，探针卡与光学探头可以并行工作，且耦合器可布置在芯片任意位置，不受边缘限制。这使得它成为学术研究和工业研发阶段进行晶圆级性能验证的标准方法，例如比利时IMEC和美国AIM Photonics在其开放硅光子PDK中均将光栅耦合器定义为默认测试接口，支持一次性测试成千上万个器件，显著加速研发迭代和性能筛选。

光栅耦合器的性能局限性也较为突出。 其耦合效率通常不高，工作带宽较窄，且目前常用的一维光栅耦合器对偏振态高度敏感，光功率读值容易因偏振态变化而产生波动。这些短板使其难以满足高速通信产品对低损耗、大带宽的最终性能要求，因此主要定位于测试环节。

1.1.2 硅光晶圆级耦合：端面耦合方案

端面耦合器以较高的耦合效率、超大带宽和偏振不敏感性，被认为是最终产品中光纤到芯片互联的首选高性能方案。 其工作原理是在硅光芯片的端面直接与光纤或其他光学元件对接，核心挑战在于解决模斑尺寸匹配问题，确保光场高效传输。

端面耦合方案在性能指标上全面优于光栅耦合。 高耦合效率意味着更低的光损耗，大带宽支持多波长并行传输，而对偏振态不敏感则保证了读值的稳定性。这些特性使其成为商用高速光通信模块的核心封装技术，例如Cisco（通过收购Luxtera）在其400G DR4和800G光模块产品中大量采用端面耦合的高精度封装方案。

但该方案的工程化代价极为高昂。 首先，耦合位置必须位于芯片边缘，限制了布局自由度；其次，需要预先在晶圆上刻蚀宽度仅约100微米的光纤沟槽（Trench），这一深硅刻蚀工艺目前仅有少数Fab厂能够成熟提供；再次，晶圆级测试时需使用特殊定制的光纤或光纤阵列，在微米级空间内完成对准，操作难度极大。

1.1.3 硅光晶圆级耦合：混合耦合方案

混合耦合方案创造性地将光栅耦合的测试便利性与端面耦合的高性能相结合，成为当前量产型硅光芯片的标准设计策略。混合耦合方案实现方式是在芯片上独立设计两块区域：左侧为光栅耦合器与端面耦合器相连（专用于晶圆级测试），右侧为端面耦合器与芯片内部光路相连（用于最终产品）。晶圆测试时使用光栅耦合器进行快速对准与筛查，测试完成后裂片将左侧光栅部分切割掉，仅保留右侧端面耦合器进入封装环节。

该方案兼顾了测试效率与产品性能两大核心需求。 在晶圆级阶段，利用光栅耦合器的垂直对准便利性，大幅降低测试成本和耗时；在Die级阶段，仍采用端面耦合器，确保最终产品具备高带宽、低损耗和偏振不敏感等优异特性。这种设计哲学已在400G/800G光芯片等高速产品中得到广泛应用，例如硅光创新企业Ayar Labs在其TeraPHY™光学I/O芯片中即采用类似策略，晶圆测试时用光栅耦合器快速筛查，最终产品通过端面耦合实现高性能数据输出。

尽管该方案增加了芯片面积并引入额外切割工序，但在量产场景下，其综合效益仍大于代价。混合耦合方案有效解决了“测试接口”与“应用接口”在性能要求上的矛盾，成为硅光技术从实验室走向商业化大规模部署的选择。

1.2 光模块耦合：直接耦合与间接耦合

光模块耦合是决定光传输效率的关键封装环节。由于光在空间传播过程中会发生散射、折射、反射等作用，无法像电子一样沿导体稳定传输，因此激光器芯片产生的光信号需要通过光纤进行传输。耦合的目的，是利用微透镜对光束进行准直、聚焦，使光高效、高质量地从一端耦合进入另一端。耦合是光模块封装工时最长、最易产生不良的步骤，直接影响光模块性能，其流程一般包括对准、透镜耦合、胶水固定和耦合效率验证。

直接耦合与间接耦合构成光模块耦合工艺的两大基础架构。 激光器芯片和光纤的耦合可分为直接耦合与间接耦合两种形式。直接耦合凭借结构简洁、元件少的特点，在特定应用场景中保持优势；间接耦合则通过引入透镜等中间光学元件，在激光器与光纤之间建立光路连接，以灵活应对不同封装需求。实际工程中，以VCSEL为代表的面发射激光器出射光垂直于电路板，需通过电信号或光信号的90°转弯设计实现光接口与电路板的平行适配，该设计选择的权衡需综合考量工艺实现难度与模块成本要求，成为光发射模块封装优化的关键环节。

1.2 间接耦合主流路线：透镜/AWG耦合

直驱技术的引入正推动透镜/AWG耦合体系向更高集成度与产业化方向演进。 当前，以透镜/AWG为代表的传统光耦合设备作为光模块核心组件，承担光芯片与光纤间的高效光子互连，其亚微米级对准精度对传输性能起决定性作用。然而，该技术路线在实际量产中面临热漂移导致的光路失准、多级透镜组带来的插损累积，以及复杂封装工艺推高的量产成本等现实挑战。直驱技术通过光芯片直接驱动光纤端面，省去传统透镜系统，将耦合效率大幅提升，同时增强热稳定性，简化封装流程并提高良率水平，这一革新路径为400G/800G高速模块提供了更具竞争力的产业化解决方案，有望成为下一代高速光模块耦合工艺的重要演进方向。

透镜/AWG耦合系统是实现高性能光模块规模化量产的核心工艺环节。 据Akribis技术资料，透镜/AWG耦合设备主要应用于光模块后道工艺中的透镜贴装与光纤模块对准工序，其工作原理是通过标准光源提供光信号接入待耦合模块并转换为模拟信号反馈，依托视觉系统完成初始对准，结合3D高精度运动模组与多重粗循光/精找光算法，实现光纤/透镜单元在空间位移中对最佳光功率位置的精准搜寻。

1.3 耦合方案趋势1：主动对准逐渐成为主流方案

光模块耦合的核心目标是实现光功率最大化。光模块耦合的本质是通过精确定位光学器件，实现光信号高效传输并最大化耦合效率。在光模块制造过程中，需要将光纤阵列（Fiber Array）或准直器（Collimator）与光芯片（PIC）进行精密定位，使光能够高效耦合进入光子芯片，以满足数据传输、光计算等应用需求。由于光学器件尺寸极小、定位精度要求极高，耦合过程中需尽可能提高耦合光功率、降低插入损耗，因此光学耦合成为影响光模块性能、良率及生产效率的关键工艺环节。

根据器件定位方式不同，光模块光学耦合主要分为被动对准和主动对准两种技术路径。两种技术均以实现光学器件的精确耦合、提高耦合效率为目标，但定位原理存在明显差异。被动对准依赖预先加工形成的机械定位特征完成器件装配，而主动对准则通过精密运动控制和实时光功率反馈持续优化器件位置，以获得最佳耦合效果。

被动对准依赖机械定位精度，适用于公差要求较低场景。被动对准通过预先设计的机械定位结构完成器件装配，其精度主要取决于加工制造精度。被动对准（Passive Alignment）依赖V-groove、定位销、机械夹具等预设定位特征，在器件加工阶段即保证较高的尺寸一致性，后续装配过程中无需实时检测光功率即可完成定位，因此工艺相对简单、成本较低。当系统公差要求较宽时，被动对准能够满足基本耦合需求；但随着硅光芯片通道数量增加、器件尺寸持续缩小以及耦合精度不断提升，仅依赖机械加工精度难以保证稳定的耦合性能，制造良率和重复性受到限制。

主动对准基于实时光反馈实现最佳耦合位置。主动对准通过实时监测光功率并驱动精密运动平台调整位置，实现耦合效率最优。主动对准（Active Alignment）采用高精度运动平台驱动光纤或芯片进行微米甚至纳米级移动，同时利用光功率计实时采集耦合光功率作为反馈信号，由控制器内置的对准算法不断优化器件位置。当检测到光功率达到预设阈值或最大值时，系统完成定位并固定器件。相比依赖机械公差的被动对准，主动对准能够补偿器件制造、装配及放置误差，实现更高的耦合精度和一致性。

自动化主动对准成为高端光模块制造的发展方向。自动化主动对准通过运动控制与智能算法协同，实现高精度、高效率的批量生产。随着硅光器件向多通道、高集成度方向发展，传统逐轴、串行调整方式已难以满足生产效率要求。现代主动对准系统将运动控制、实时光反馈及自动对准算法集成于控制器，可同时优化多个自由度及多个光通道，实现并行优化和一步完成对准，大幅缩短耦合时间，提高重复定位精度、产品良率及生产效率。对于高性能硅光器件及光模块制造而言，主动对准已成为实现高精度自动化生产的核心技术路径。

总体来看，被动对准与主动对准分别适用于不同精度需求的光学耦合场景。 被动对准依赖机械定位精度，具有工艺简单、成本较低等优势，适用于公差要求相对宽松的应用；主动对准则基于实时光功率反馈不断优化器件位置，能够有效补偿制造和装配误差，实现更高的耦合精度、一致性和生产良率。随着硅光芯片集成度不断提升、器件尺寸持续缩小以及耦合精度要求不断提高，主动对准正逐步成为高端光模块制造的重要技术路线。

1.3 耦合方案趋势2：设备迈向自动化、高精度化

耦合设备是光模块封装过程中实现光芯片与光纤高精度光学互连的关键设备，其核心性能主要体现在精度、兼容性和生产效率三个方面。

光模块发射端和接收端均需完成光学耦合。以接收端为例，AWG（阵列波导光栅）将多波长光信号分离后，通过自由空间或波导将光信号传输至PD（光电二极管）光敏区域，再由PD完成光信号向电信号的转换。整个耦合工艺通常包括预固定、装夹定位、通电发光、扫描对准、固化锁定和后检复测六个步骤。耦合设备主要完成实时寻光、纳米级微调和锁定固化，通过对准与模场匹配，实现光芯片与光纤之间的高精度光学互连。

随着光模块及硅光器件复杂度不断提升，手动耦合平台正逐步向自动化耦合平台升级。相比手动平台，自动化平台能够更好地满足多通道耦合需求，提高生产效率和一致性。目前高速可插拔光模块量产良率普遍要求达到90%以上，而手动耦合平台良率通常仅为70%~80%，自动化耦合需求有望持续提升。

1.3 耦合方案趋势3：CPO推动耦合设备要求全面升级  

CPO推动耦合设备向高良率、高吞吐、高精度方向升级。CPO应用在满足低损耗、宽带等传统光耦合要求的基础上，进一步增加了装配良率（Assembly Yield）和可扩展性（Scalability）要求，而传统边缘耦合方案由于对准容差较小，难以满足大规模高吞吐封装需求。与此同时，高通道密度光纤阵列的应用要求耦合设备进一步优化光学封装翘曲、光纤对准轴及耦合结构效率。随着CPO模块光纤数量增加，单个模块主动对准次数可达到约100次，并要求设备在六自由度下实现高精度主动对准，且每次对准时间仅需数秒，以满足高良率、高效率的大规模量产需求。

二、耦合设备：AI驱动扩容，国产龙头崛起

2.1 AI光模块市场需求强劲，预计未来五年全球耦合设备迎来百亿元增量空间 

AI光模块市场正迎来快速增长，2024年规模已较2020年扩张逾10倍，预计2029年将逼近1,600亿元。受大模型训练与推理需求增长、全球云厂商和互联网巨头积极投建AI数据中心拉动，根据弗若斯特沙利文，作为内部互联核心的光模块市场快速放量，规模从2020年的39亿元跃升至2024年的428亿元，年复合增速高达82.2%。往后看，随着1.6T、3.2T等更高速率产品迭代及低功耗方案逐步落地，市场有望继续扩容，预计2029年达1,592亿元，2024—2029年复合年增长率为30.1%。

受益于下游光模块需求增长，光模块耦合设备需求持续提升。根据弗若斯特沙利文，2025年全球光耦合机设备市场规模为23.1亿元，预计2030年全球市场规模将增长至150.8亿元。

2.2 光模块耦合设备：国产双雄跻身全球前三

2024年全球光模块光学耦合设备市场头部集中度较高，前三强合计占据56%的市场份额。 根据弗若斯特沙利文，近年来国内厂商在光模块封测设备中部分技术难度较低的环节已实现超过80%的国产化替代，并通过自主研发在精度、速率等关键参数上取得了较为显著的突破。按设备销量看市场规模，2024年镭神技术、猎奇智能和ficonTEC在全球光模块光学耦合设备市场分别以27%、18%和11%的份额位列前三。

2.3.1 镭神技术：国产耦合龙头登顶全球

镭神技术（LASERX）是全球光模块耦合设备市占率第一（27%，2024）的国产龙头。公司覆盖400G/800G/1.6T硅光模块单模块、双FA及双Lens耦合场景。 单模块光路耦合机重复定位精度为±50nm，其中单模块4ch FA节拍约4 min/颗，双FA及双Lens节拍分别为7–12 min/颗、9–15min/颗。支持自动点胶+UV固化、视觉识别、保偏FA、螺旋找光及工艺逻辑可编辑等功能。

2.3.2 猎奇智能：贴片耦合双料龙头

猎奇智能是全球光模块贴片设备市占率第一(21%，2024)、耦合设备市占率第二(18%，2024)的国产双料龙头。猎奇智能聚焦PIC、SOA及T/RX端FA耦合，采用双六自由度主动耦合平台。 两款设备重复定位精度均达到±100 nm，支持视觉引导、压力反馈、自动点胶+UV固化及软件快速切换；其中PIC&SOA-AA-10支持PIC温控治具及快速换型，SIFA AA-10支持FA X/Z方向压力反馈。

猎奇智能深耕光通信行业，客户资源丰富。 据猎奇智能公司招股书，公司设备已广泛应用于中际旭创、索尔思、光迅科技、源杰科技等行业龙头客户和知名企业，与2025年全球光模块前十厂商中的九家企业形成合作关系。

2.3.3 ficonTEC：耦合技术标杆，定义全球精度新高度

ficonTEC是全球光模块耦合设备领域的技术标杆。ficonTEC ASSEMBLYLINE系列覆盖无晶圆至12英寸晶圆硅光、PIC及CPO耦合场景。 A800/A1200/A1600/A2000均采用≥6轴平台，支持闭环主动+被动对准；根据型号分别支持环氧胶合、UV固化、共晶及激光焊接，并适配ISO 6洁净室及单/双传送带配置。

2.3.4 博众精工：并购鸿思，完善耦合布局

博众精工通过收购中南鸿思完善耦合设备布局。博众精工自2020年布局高精度共晶贴片机，产品已在400G/800G高速光模块规模化生产中批量应用，并面向1.6T、3.2T及CPO启动下一代产品研发。2026年，公司收购主营耦合设备的中南鸿思，进一步布局耦合机等关键设备，由核心设备供应商向光通信封装自动化系统解决方案服务商升级，具备从单站到整线自动化量产能力。

中南鸿思已形成较完整的耦合设备产品布局。中南鸿思产品覆盖单透镜、双透镜、FA及双FA自动耦合机，耦合设备运动轴数覆盖7轴至12轴以上，采用6自由度或双6轴耦合系统，重复定位精度最高达±0.1 μm，部分设备角度重复定位精度达±0.03°。设备系统集成激光驱动、光功率计、TEC温控、UV固化及点胶等功能，并采用直线电机光栅尺闭环驱动。

2.3.5 科瑞技术：深耕光模块耦合设备，50nm级高精度

科瑞技术聚焦半导体及光模块高精密自动化设备，布局光器件耦合等核心封装工艺环节。公司定位为半导体及光器件相关的高精密自动化组装与测试设备提供商，围绕超高精度制造技术持续研发，在光模块领域提供多个核心工序设备并获得海外头部客户验证和认可。公司光模块设备产品覆盖光器件、芯片及光模块等应用场景，其中光器件耦合设备、镜片/镜群耦合设备可满足不同光学组件装配需求，实现高精度光学耦合。

公司光耦合设备具备50nm级精度，技术能力覆盖光模块制造关键环节。根据公司2025年报披露，公司光耦合设备精度达50 nm，达到行业领先水平；其中光器件耦合设备主要适配光器件组装需求，实现高精度耦合，保障光器件传输性能稳定；镜片、镜群耦合设备针对镜片及镜群组装场景，提供高精度耦合解决方案，提升光学组件装配精度与效率。

三、投资建议与风险提示

行业评级：我们认为光模块设备兼具技术升级与产能扩张双重驱动，行业景气度有望持续提升。维持光模块设备行业“推荐”评级。

相关标的：联讯仪器、日联科技、科瑞技术、华盛昌、罗博特科、凯格精机、博众精工、奥特维、安达智能、快克智能、智立方等。

风险提示：

1）技术成熟度不及预期风险：光模块制造设备涉及高精度耦合、贴装及测试等前沿技术，目前仍处于工程验证阶段。设备在长期运行稳定性、批量生产良率及故障率等方面缺乏大规模产线数据支撑，技术路线尚未收敛，长期可靠性存在不确定性。

2）产业化落地不确定性风险：设备高度定制化，需与下游光模块厂商的工艺配方、产品型号及扩产节奏深度绑定。当前行业以样机验证和小批量试用为主，尚未形成标准化商业交付模式，订单放量节奏受制于客户认证与产能投资，商业化路径存在不确定性。

3）早期大额投入周期长及项目执行不及预期风险：研发投入大、周期长，涉及光学、机械、软件等多学科交叉。项目推进中易受技术迭代、客户工艺变更或供应链中断等影响，可能导致设备方案调整、交付延期甚至终止，影响投资回收节奏。

4）市场格局调整风险：市场仍处国产替代初期，细分规模与产业链分工尚未清晰。若颠覆性封装技术出现，或海外龙头率先实现更高性能设备突破，现有厂商的市场地位与成长空间将面临冲击，竞争格局演变存在不确定性。

5）政策环境变动风险：高端精密设备受出口管制、技术禁运等政策影响较大，关键零部件（如高精度运动平台、光学镜头）可能面临供应不确定风险。同时，国内智能制造扶持政策及国产化率要求亦有调整可能，政策变化将影响技术路线选择与市场准入节奏。

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