CPO测试，突破单芯片局限

行业正从单点测试向多点测试演进，与此同时，系统架构与连接器类型也在持续迭代。 Teradyne光电子测试高级产品经理Matt Griffin、Advantest America研究与创投副总裁Ira Leventhal、ASE集团旗下ISE Labs院士Dave Armstrong，以及Keysight Technologies硅光研究员兼工程师Kazuo Yamaguchi围绕这一趋势展开了讨论。

从左至右：Teradyne Griffin，Keysight Yamaguchi，ISE Labs Armstrong，Advantest Leventhal

目前是不是一次只能测试一颗裸片？

Armstrong：我希望未来部分测试工序可以精简取消，但眼下新增的测试项目比砍掉的更多，这个问题很难解决。能不能一次测多颗裸片，要看裸片类型。如果核心ASIC是一颗8千瓦GPU，器件多侧都配有连接器；从测试机资源、供电以及器件功耗承载能力来看，想要实现一测多颗难度很大。而NPO和CPO两条路线相比，NPO器件一般只配备单连接器。想要实现大规模量产，就必须落地多点测试。第二、第三道测试工序最适合做多点测试，这类工序耗时更长、流程更复杂。光子集成电路（PIC）晶圆测试目前基本都是单点测试。根据我的经验，探针卡技术已经出现一些转机，尤其是Technoprobe的相关方案，有望在未来提升并行测试数量。

Griffin：我认同Dave的观点。当前量产方案大多是单点测试，对于光引擎来说，主要瓶颈在于光纤对准。很多企业都在研发多点测试方案，我希望这些方案能够成功落地并普及，这会加快整个行业的量产节奏，但距离成熟还有一段时间。

这类对准端口，可以在同一个测试位上反复测试吗？

Griffin：理想情况下几乎可以无限次复测，因为光学探针或者光纤阵列单元（FAU）原则上不能接触器件。在调试全新测试方案时，首批设备偶尔会发生FAU磕碰损坏的情况。实际更大的风险是FAU产生污染，因此需要定期清洁。在连接器层面，模块级器件或者自带插座的光引擎，光学连接器的使用寿命是我们需要重点攻克的方向。器件端连接器的设计初衷是一次性装配，尽量不再拔插。而且每一代全新连接器，配套的对接工艺和自动化流程都要随之改动。

Leventhal：某种程度上，这个问题并不新鲜。以BGA为例，如果器件在插座上反复插拔，就容易损坏BGA焊球，二者道理相近。行业后续会朝着连接器高可靠设计的方向发展。Matt提到一个很关键的点：测试端连接器需要采用硬化设计，不能插拔20至50次就失效，要可以承受上万甚至十万次插拔。这类连接器一般采用硬化金属；但和它对接的器件端插座，并不会使用同一种硬化金属。如果设计考虑不周，器件端连接器会提前损坏，达不到标称寿命。随着行业敲定主流连接器方案，器件端的可靠性会成为重中之重。

同时搭建电学与光学连接，会面临哪些挑战？

Armstrong：归根结底只是时间问题。

Yamaguchi：除了直流探测和光学探测，光电同步连接更大的难点，是在射频频段对光电器件做特性表征。调制器和光电探测器的性能最终依靠S参数验证，这就要求光学通道和高频射频探针同步接入。探针卡能够排布的射频走线数量有限，带宽同样受限，而现在器件的测试表征已经超过200GHz。在晶圆、裸片测试工序里，同步连接的核心难点就是射频探测。

Leventhal：就算不考虑其他因素，器件翘曲还会带来额外难题。设备需要多轴对准，而且BGA引脚数量庞大，要保证可靠接触，难度持续上升。除此之外，还需要从顶部或者侧面完成高精度对准，挑战很大。我同意Dave的说法，这是多重维度的时间问题：每一道测试工序本身就要耗时，虽然可以通过工序合并来缩短时长；整套技术体系也需要时间成熟，才能支撑规模化测试。

Griffin：本质上，每一次测试都要给器件接入光学接口和电学接口。这些接口有的在器件正面，有的在背面，还有的正反两面都有。到模块层级，多个光引擎分布在封装的2至4个侧面。单独看光学对准，难度不算很高。真正棘手的是，市面上架构方案多种多样，我们要设计一套可规模化的测试系统，尽可能兼容不同架构，这才是难点所在。

Armstrong：我同时担任IPSR光子学测试路线图负责人，在最新报告中，我们重点介绍了交流测试方案。交流测试、误码测试非常耗费时间。如果可测试性设计（DFT）做得完善，我们就可以同时在光口和电口执行环回测试。从技术层面，两项测试完全可以合并。但目前多数厂商的做法是，只在其中一侧做环回，另一侧开展误码测试。这套方案成本高昂，实际测试时长直接翻倍。长远来看，完善DFT、推行同步测试会更有利。

Griffin：自动化难题依旧存在，但我认同Dave的看法。大部分准备量产的客户都会采用环回方案，分为电学环回、光学环回或者二者组合，不过最终哪一种路线胜出还需要观望。

量产测试中，哪一项指标是核心：光功率、插入损耗，还是误码率？

Armstrong：从测试耗时来看，很多厂商十分关注插入损耗，因为该项测试频次很高，但我认为它不该排在第一位。眼图质量应该是首要指标，高接收灵敏度、误码率也同样重要。

Griffin：我同意。补充一点，光引擎还需要波长扫描测试，根据客户需求不同，这项测试耗时会比较久。

Yamaguchi：我也认同。但我们需要注意，性能指标不仅要对应 “合格裸片”，还要对应 “合格且可靠的裸片”，评估器件在后续集成以及服役周期稳定工作的概率。很多装配前没有检出的缺陷，大多是集成环节引发的，例如贴装后的光纤 / FAU耦合损耗、谐振点随激光器调谐发生偏移、热效应与封装带来的影响。发射端、接收端的整体性能遵循相关标准，依靠TDECQ（四阶发射色散眼图闭合）、接收灵敏度这类指标评判。

Leventhal：长远来看，核心是双向数据传输能否正常工作，也就是电光转换、光电转换链路。当系统异常时，如何定位故障根因？我们需要尽早采集关键信息，找到数据传输故障的诱因。