9月 18, 2025
硅光子测试技术的演变格局
硅光子学（SiPh）正处于技术革命的最前沿，它融合了电子的强大功能与光的极速特性。其利用光传输海量数据的能力，速度远超传统电互连技术，成为缓解从高速数据中心、人工智能加速器，到5G网络、自动驾驶车辆的激光雷达（LiDAR），乃至量子计算等广泛领域中“数据瓶颈”问题的理想方案。
通过将光学元件集成到硅芯片上并采用标准CMOS制造工艺，硅光子学（SiPh）有望实现前所未有的性能和能效突破。然而，要充分释放这一颠覆性技术的全部潜力，关键在于攻克其测试方法中的重大技术壁垒。
不同于传统电子电路，硅光子器件需要一种精密的复合测试方法——该方法需同时兼容电气特性与光学特性的双重验证需求。这种独特的双重验证要求催生了全新的测试挑战，从根本上重塑了半导体测试的底层逻辑与技术范式。
硅光子时代的生产测试
现代计算与通信基础设施对更高带宽、更低延迟及更低功耗的持续需求，已将硅光子学推向技术前沿。随着这项技术从实验室走向大规模制造，稳健高效的测试方案变得至关重要。全面测试不仅关乎性能验证，更是早期缺陷检测、良率优化、成本控制的关键环节，最终确保器件在真实应用场景中的可靠性与长期稳定性。
混合测试的必要性：硅光子测试中的电学与光学结合
硅光子测试最根本的挑战源于其混合特性。硅光子芯片在同一基板上集成了电学和光学功能。这需要一种能够同时激励和测量电信号（例如电压、电流、射频参数）和光信号（例如光功率、波长、偏振、调制）的测试解决方案。传统的测试设备通常设计用于纯电或纯光元件，无法提供高效 SiPh 验证所需的集成功能。这一差距需要开发能够无缝连接这两个不同物理域的测试装置。
纳米级精度控制：硅光子测试的必备要求
在硅光子（SiPh）测试中，或许最关键且要求最严苛的环节便是超精密光学对准。为有效实现硅芯片与光纤间的光耦合，必须将光纤相对于硅表面亚微米级结构（如光栅耦合器或波导）进行纳米级精度定位。这些光学接口（即“端口”）的直径可小至100-120纳米。即使出现数十或数百纳米的微小偏移，也会引发显著的光功率损耗，破坏测试信号完整性，导致测量结果不可靠。
实现纳米级精度是一项复杂工程。传统手动或半自动对准工艺虽适用于小批量工程表征，但在大批量生产环境中会成为效率瓶颈。该过程涉及主动对准技术——通过持续向被测设备（DUT）注入光信号，在多个平移轴（XYZ）和旋转轴（俯仰、横滚、偏航）上迭代调整光纤位置，直至在输出端检测到最大光强。这种峰值搜索机制对计算资源要求极高，需要配备高度稳定、可重复且快速响应的运动控制系统。能否快速精准定位最佳耦合点，正是区分生产级硅光子（SiPh）测试方案的核心指标。
此外，硅光子器件可采用多种光耦合方式。表面耦合通常利用光栅耦合器实现垂直光路接入，因其接口位置灵活性，成为晶圆级测试的首选方案；边缘耦合则从芯片侧面引入光信号，更适用于最终封装器件的测试。一套完善的测试解决方案必须兼容两种耦合范式，并理解不同耦合方式对应的对准容差差异及适配的测试方法论。
硅光子学晶圆级与板级测试的需求
晶圆级测试硅光子器件对制造效率与成本优化至关重要。通过在制造早期识别并剔除不良晶粒，制造商可避免因封装故障芯片产生的高昂成本。
同理，随着面板级封装（PLP）在特定应用中成为传统晶圆级工艺的可行替代方案，在大尺寸面板尺度上实现高效测试的能力同样成为关键。无论是晶圆级还是面板级，高效在线测试均引入多重复杂挑战：
- 高吞吐量要求：量产环境要求快速测试周期与大批量处理能力。传统光学测试系统多用于表征验证，难以满足量产速度；而常规晶圆探针台缺乏所需的纳米级精密对准机构。新一代混合信号测试仪与探针台需集成高速对准及并行测试功能，实现7×24小时连续运行且故障停机时间最短化，以达成吞吐量目标。
- 晶圆全域精度维持：在单晶圆数千个晶粒上实现纳米级对准的稳定性和可重复性，需具备卓越的机械稳定性、先进的视觉定位系统，以及用于晶粒坐标校准和测试位点间精准移动的复杂算法。
- 环境控制：部分SiPh应用场景（尤其是共封装光学模块CPO）在测试过程中需主动进行热管理，以模拟实际工作条件并确保器件在不同温度变化下的性能稳定性。
硅光子产品架构多样性：单面或双面
硅光子学（SiPh）器件可采用多样化的电气与光学布局设计。部分芯片将所有电连接与光接口集成在单侧表面，而另一些则将电学接口与光学接口分别布置在晶圆对侧。测试设备需具备高度灵活性，能够适配这些差异化的架构方案，无需通过大规模设备改造或复杂人工调整即可实现兼容。
超越物理挑战：硅光子测试中的数据管理
硅光子测试中，海量且复杂的数据管理构成了另一道技术难关。测试结果需综合电气参数（如S参数、眼图、误码率）与光学参数（如插入损耗、回波损耗、光谱响应、偏振相关损耗）等多维度指标。为此，必须依托强大的数据采集、分析及可视化软件系统，实现跨参数关联分析、性能趋势挖掘、缺陷精准定位，并最终输出可指导工艺优化的行动方案，推动良率提升。
测试成本（COT）和可扩展性
归根结底，硅光子的广泛应用取决于其经济可行性。高昂的测试成本可能会抵消CMOS兼容性带来的制造优势。光学对准耗时，加上所需的专用设备，一直以来都导致了测试成本高昂。降低测试成本是硅光子技术实现量产的关键要求。这包括优化测试程序，通过自动化和并行化最大限度地缩短测试时间，以及开发能够降低资本支出和运营成本的集成解决方案。测试设备必须坚固可靠，才能持续运行，减少维护并避免代价高昂的停机。
SPEA硅光子产品测试的集成化解决方案
面对硅光子测试中多维度的复杂挑战，SPEA率先开创了硅光子探测与混合信号测试的集成化方案，旨在为晶圆级和封装级器件提供全面、高通量且高性价比的测试解决方案。依托其在自动化测试设备领域的深厚积淀，SPEA的创新平台正精准应对这一新兴技术领域的关键需求。
SPEA晶圆级硅光子测试方案的核心是一款新型自动化测试设备，该设备基于成熟的TH2000平台架构进行深度优化与功能扩展。这一系统实现了重大技术突破——将电气探测与光学探测能力以及完整的测试仪器集成于单一的高集成度解决方案中。
其核心创新在于采用了移动式微型探针卡。这些精密设计的探针卡巧妙整合了传统电气接触探针与高精度光纤，实现同一移动单元上电气与光学接口的共存。这一设计消除了对独立探测站或复杂重新配置的需求，简化了测试流程，并显著缩短了整体测试时间。
设备针对光学对准这一核心挑战，配备了先进的智能对准系统。鉴于光学耦合成功依赖于纳米级精度（需对准硅基器件上直径仅100-120纳米的微小结构），该系统采用动态机制，通过多点精确测量并优化通过器件的光强，持续追踪峰值光传输状态，确保实现最优的光学耦合效果。这种智能峰值追踪与对准机制是突破量产中“纳米级精度挑战”的关键，同时相较于基于摄像头的对准系统可大幅节省时间。
此外，该测试设备在灵活性与适应性方面表现卓越。其设计可兼容市场上多样化的硅光子制造技术与器件架构。无论电气与光学接口位于晶圆的同侧或对侧，系统均能自主配置以实现全面测试，为不断演进的硅光子设计提供面向未来的解决方案。
除了晶圆级测试，SPEA的完整解决方案还延伸至封装器件的测试单元集成。鉴于测试流程在晶圆阶段后仍需持续，SPEA提供集成化方案，将高性能测试单元与先进的分选测试处理器相结合。这些综合测试单元支持封装硅光子器件从分选到测试的无缝流转，确保高效吞吐量并最大限度减少人工干预。这一全流程能力意味着SPEA可为硅光子测试提供完整的生态系统——从初始晶圆制造阶段到最终封装组件，确保在整个生产流程中实现一致的质量控制。
SPEA集成解决方案的变革性优势
SPEA的集成测试理念为硅光子（SiPh）制造商带来七大变革性优势：
- 即用型器件表征设备：SPEA设备通过单一机器即可综合评估器件的光学与电学特性，实现性能参数的全面关联分析。实验室场景下可配置通用单点探针卡，无需针对特定器件开发定制夹具。这种集成数据采集模式可快速定位失效根因，加速设计验证与工艺优化进程，同时规避定制探针卡开发的时间与成本损耗。
- 生产测试一体化平台：通过在单一统一平台上完成电学/光学探测及完整混合信号测试，SPEA设备支持单次插入测试即可评估器件所有特性参数，实现高效全参数测试。
- 吞吐量与效率提升：自动化纳米级精度对准系统、创新移动微型探针卡概念与高速测试流程的协同作用，可显著缩短单器件测试时间。这一特性对于满足硅光子大规模制造中不断攀升的产能需求至关重要，确保测试环节成为生产流程的加速引擎而非瓶颈。
- 测试成本（COT）优化：晶圆级早期缺陷检测可避免不良管芯进入高成本封装流程。优化测试序列、简化工作流程及减少重测次数直接降低整体测试成本。此外，SPEA系统采用的高可靠性设计保障设备高可用率，最大限度降低运营成本并提升设备利用率。
- 大规模生产可扩展性：SPEA测试机凭借自动化、高精度及高通量特性，完美适配硅光子生产从初期量产爬坡到全面规模化制造的全阶段扩展需求。
- 面向未来的灵活架构：SPEA测试平台采用可适配架构设计，可快速兼容新兴硅光子技术、器件复杂度演变及多样化耦合方式，保障用户投资价值并提供长期测试解决方案。
- 简化测试基础设施：与单一制造商合作获取晶圆级与封装级全集成光电测试解决方案，可简化整个测试基础设施架构，显著降低集成、维护及支持环节的复杂度。
结论
硅光子学（SiPh）无疑是未来高性能计算与通信的基石。其革新数据传输与处理能力的核心，在于必须依托强大、高效且经济可行的测试方案。SiPh器件特有的混合特性，叠加对纳米级精度光学对准、高吞吐量及适应多样化架构能力的严苛要求，为生产测试设备的构建带来了独特挑战。
SPEA针对硅光子测试的集成化方案，正是应对这些挑战的有力解决方案。通过研发先进自动化设备，在晶圆层级实现电学与光学探测能力的无缝整合，并搭载全面的混合信号测试功能；同时将这一能力延伸至封装器件的综合测试单元，SPEA助力制造商充分释放SiPh的全部潜能。这种对创新的承诺，确保了光速数据传输与容量的优势能够可靠且经济地转化为现实，从而为下一代技术突破铺平道路，推动硅光子技术在高性能计算与通信领域的全面落地与持续进化。
