先进封测系列｜破解光子芯片(PIC)“测前难”，晶圆级测试是关键！

  ICC讯 在AI大模型与算力基础设施快速演进的驱动下，智算中心正加速迈向“以光为核心”的互联新时代。光子集成电路(PIC)凭借高带宽、低功耗、小尺寸等优势，成为支撑高性能计算的关键技术。然而，制约PIC规模化应用的瓶颈不在设计，而在制造与测试环节。传统模块级测试已难以满足硅光芯片对一致性和良率的要求，推动测试向封装乃至晶圆阶段前移，成为提升产能与加速应用落地的关键路径。

  本文将深入解析PIC互联的发展趋势与测试挑战，并探讨EXFO OPAL自动化探针平台在晶圆级边缘耦合测试中的的应用能力，助力光子集成芯片实现规模化、高效落地。

  AI驱动下的互联瓶颈与测试挑战

— 行业背景 —

  近年来，AI大模型参数规模呈指数增长，GPU算力持续攀升，而网络带宽提升仅为1.4倍，形成明显“剪刀差”，网络系统正成为限制智算中心效率释放的核心瓶颈。光互联，尤其是基于PIC的高速并行架构，被视为是打破瓶颈的关键路径。然而，PIC的大规模落地面临严峻挑战，尤其在测试环节。随着芯片容量向百Tb/s甚至Pb/s演进，集成规模与通道数量激增，带来三大难题：

  制造复杂度高：单颗芯片集成上千个光学器件，面积大、通道多、功能耦合复杂;

  测试难度剧增：传统模块级测试阶段滞后，易造成材料与工艺浪费，且难以实现闭环控制;

  良率风险上升：缺乏晶圆级系统功能验证，导致缺陷芯片在后段工艺中暴露，拖慢量产节奏。

  据统计，TAP(测试、组装与封装)成本已占据PIC芯片制造成本的80%以上，远高于传统电芯片。

  从参数验证到系统功能全保障— 测试体系 —为确保PIC芯片在高复杂度应用场景下的性能稳定与制造良率，光学测试贯穿从设计验证到模块交付的全流程。根据测试阶段和目的不同，可分为三大阶段与两类方法。

  三大测试阶段：

  晶圆级测试：在芯片切割封装前进行，聚焦插入损耗(IL)、偏振相关损耗(PDL)等基础光学参数，及早筛除缺陷芯片，提升良率、控制成本;

  封装级测试：在芯片封装后进行，验证耦合效率、封装应力等因素对性能的影响，是连接前端制造与后端系统集成的关键环节;

  模块级测试：面向完整模块(如OSFP/QSFP)，验证误码率(BER)、眼图、TDECQ、发射功率等系统级指标，是出厂前的质量终检。

  两类测试方法：

  参数测试：聚焦器件结构与材料特性，如带宽、损耗、响应速度等，常用于设计验证与工艺优化;

  功能测试：模拟真实应用环境，评估芯片在特定波长、速率、调制格式下的整体性能，如误码率、信噪比等，随着集成度提高，测试复杂性显著增加。

  科学划分测试阶段、匹配适当测试方法，已成为提升PIC制造效率与一致性的关键策略。尤其是在量产阶段，晶圆级功能测试正成为突破测试瓶颈、加速产业化的关键抓手。

功能测试前移，晶圆级验证成焦点

— 技术趋势 —

  随着PIC芯片集成度、复杂性和应用场景不断提升，行业已形成共识：系统级功能测试必须从传统的模块阶段前移至封装乃至晶圆阶段。这一趋势不仅是技术演进的结果，更是保障良率、控制成本和实现高质量交付的必由之路。

  为何测试必须前移?

  将测试前置，可在制造早期识别功能缺陷，避免不良芯片流入高成本工序，从根本上降低返工与浪费。具体优势包括：

  成本控制：早期筛除不良品，减少封装与组装阶段的高额损失;

  效率提升：精简模块级测试流程，加快产品交付节奏;

  质量保障：更早发现系统级偏差，提升芯片一致性与可靠性;

  工艺闭环：测试数据反馈制造环节，助力设计与工艺持续优化。

  前移测试的技术挑战：

  尽管趋势明确，实现晶圆级功能验证仍面临不小挑战，主要包括：

  高精度耦合难：需实现多通道、大阵列、低插损的边缘耦合，对对准精度和重复性提出更好要求;

  指标测量复杂：覆盖BER、TDECQ、Q-factor、IL、RL、PDL等关键系统级指标的精准测量;

  平台兼容性要高：测试平台需适配多种材料(Si、InP、LiNbO₃)与封装形态(CPO、MCM等);

  自动化与智能化需求高：需支持并行通道控制、实时数据采集与联动，实现“边测边调”、“在线调优”。

  在通道密度与传输速率持续提升的背景下，晶圆级功能测试不仅是控制成本的利器，更成为保障良率与大规模交付的核心能力。面向未来，业界亟需构建支持多阶段、多通道、多耦合形态的柔性自动化测试平台，推动PIC测试体系全面升级。

EXFO构建PIC智能测试平台体系

— 解决方案 —

  为满足功能测试前移、晶圆级验证及量产需求，EXFO推出OPAL系列自动化探针平台，构建覆盖从科研验证到批量交付的端到端测试体系。平台具备高度自动化、模块化与柔性扩展能力，支持从单裸片到300mm晶圆的多封装形态测试和多光学耦合方式，打通晶圆—封装—模块的测试闭环，是实现光子芯片高质量交付的关键工具。

  1. 多封装形态支持：OPAL系列探针台

  OPAL-EC|晶圆级边缘耦合测试旗舰平台

  专为晶圆级边缘耦合自动化测试打造。平台支持最大300mm晶圆、105°旋转台和多通道并行耦合，集成纳米级对准模块、上下双摄像头系统与自动对焦导航功能，具备0.5nm对准分辨率和3nm晶圆定位精度，显著提升耦合效率与测试一致性。

  典型应用： 硅光调制器、MRR等晶圆级器件批量测试;AI、通信、传感场景的大规模PIC筛选与验证;多端口、高密度晶圆级边缘耦合的快速验证。、

  OPAL-MD|连接研发与量产的多芯片测试平台

  适用于多裸片或复杂封装(如MCM、CPO)测试，适配中试与小批量量产旋球。平台支持多芯片并行测试，内嵌PILOT自动化控制软件，涵盖芯片导向、校准、执行与数据分析的全流程，具备灵活配置能力，满足复杂封装结构的批量验证需求。

  典型应用：MPW流片项目与多芯片集成模块评估;高速CPO与复杂封装功能测试;电信模块、自动驾驶领域等中试验证。

  OPAL-SD|科研与小批量验证的灵活平台

  面向高校、科研机构与初创团队的入门级半自动探针平台，适用于单芯片、小批量的光学/电气功能快速验证。平台支持手动与半自动操作，配备模块化光学/电探针，具备精准对准与灵活切换能力。内嵌PILOT测试软件，支持基础自动控制、数据采集与分析，是科研验证与技术孵化的理想选择。

  典型应用：PIC芯片早期设计评估与功能验证;教学实验、技术孵化、工艺初筛;学术研究、初创公司小批量开发测试。

  2.PILOT软件平台：数据驱动的智能测试中枢

  PILOT是EXFO专为OPAL探针平台打造的核心控制软件，贯穿测试配置、设备控制、流程执行、数据分析与报告生成，构建起可自动化、可追溯、可扩展的PIC芯片测试闭环。其模块化架构与强互操作性，支持从单Die到晶圆、从研发到产线的全流程测试需求。其核心能力包括：

  流程自动化与设备联控：自动读取CAD 图纸、识别Die布局，联动激光器、误码仪、功率计等设备，实现对准、校准、采集全流程控制。

  灵活脚本与并发调度：内置Sequencer模块，支持Python/Excel脚本、多线程并行与测试序列调度，适配多通道场景。

  结构化数据管理：内置云端/本地数据库，实现测试计划、组件定义、配置参数与测试结果的集中管理，支持多站点协同与可追溯数据分析

  AI 驱动跳测优化：PILOT原生兼容AI工具，可训练并部署模型，识别缺陷模式、预测结果，智能跳过冗余测试，显著提升良率与测试效率。

  强互操作性生态：可与Excel、MATLAB、Power BI等工具无缝集成，助力用户高效完成数据分析与报告生成。

  PILOT平台真正实现了从“静态验证”向“动态调参”、从“单点测试”向“流程协同”的跃迁，是支撑晶圆级PIC芯片自动化测试走向产业化的核心软件枢纽。

  3. CTP10测试平台：高精度功能测试引擎

  CTP10是EXFO推出的高性能光子器件测试平台，专为微环谐振器、MZI、滤波器、VOA等无源和有源器件的参数验证设计，具备高精度、广覆盖、强扩展等优势，是PIC功能验证的关键测试引擎之一。核心优势包括：

  亚皮米级分辨率：支持20fm级光谱扫描，满足高Q值微环器件的精细频域响应测试;

  超宽波长覆盖：1240–1680nm全波段覆盖，适用于电信、数据通信与生物传感等多应用场景;

  超高动态范围：>70dB插入损耗动态范围，单次扫描完成IL、PDL、光谱响应等多项参数测量;

  多通道阵列支持：支持100+通道并行测量，适配AWG与光开关等高密度器件阵列测试需求;

  激光器稳定与溯源校准：内置DFB激光器与功率校准模块，实现输出稳定性与全流程数据可溯源。CTP10采用模块化设计，支持SCPI命令行与GUI图形界面双重控制，并与PILOT软件无缝集成，适用于研发、中试及量产环境，是当前PIC测试中兼具精度、速度与扩展性兼具的标杆方案。

  随着PIC芯片集成度和复杂度的持续攀升，测试正从传统的“事后验证”走向“前置嵌入”。EXFO以OPAL探针台、CTP10测量平台与PILOT自动化软件，构建起覆盖晶圆到系统的智能测试体系，实现高精度耦合、多通道并行、AI辅助分析与数据驱动决策，加速PIC芯片从实验室走向规模应用。在测试战略前移的大趋势下，测试正从辅助工具，演进为驱动光子制造流程优化与产业协同的中枢力量。