硅光子量产，考验规模化测试

人工智能（AI）与高性能计算（HPC）催生了前所未有的数据传输需求。随着带宽需求持续上涨，传统电互连在功耗、时延与传输距离方面逐渐触碰到性能瓶颈，硅光子、近封装光学（NPO）、共封装光学（CPO）正成为下一代数据中心里愈发重要的技术。

行业的大部分目光都聚焦在光子器件创新上。但研发出高性能光子集成电路（PIC）仅仅是挑战的一部分。想要把这类器件转化为产品、实现稳定、经济的大批量制造，还需要一套能够跟上进度的测试基础设施。这代表着一次重大转变。数十年来，半导体制造受益于自动化电测试技术的持续打磨。而硅光子新增了光学维度，对光纤对准、耦合效率、偏振管控、光学仪器都提出了新要求，同时还保留传统电学表征的需求。

随着硅光子从研发阶段走向大规模量产，测试不再只是一道质量关卡，而是制造策略里不可分割的一环。

图1：一套面向量产（HVM）的测试方案，需要全套配套软硬件支撑。

将精密光学对准落地到产线

最核心的难题之一，就是和被测器件建立稳定可靠的光学连接。电学探针依靠物理接触就能形成相对简单的接口；光学测试则需要把光精准耦合进微小结构、并把光从结构中导出。

这种耦合效果，在不同器件、不同晶圆之间必须具备可重复性。光纤位置或角度上微小偏差，都会改变插入损耗和测得的光学性能，导致我们很难区分：性能波动到底来自器件本身差异，还是测试装置引入的误差。

因此，量产测试必须配备自动对准能力，能够快速定位光学接口并优化耦合。流程一般先依靠视觉 / 图像定位，把光纤阵列单元移动到光栅耦合器附近，再通过面扫描、梯度寻优算法，依靠反馈循环找到最优位置，也就是业内所说的主动对准。整个过程可能需要在六个自由度上同步优化：X、Y、Z三轴平移加上三个旋转轴，以此最大化耦合效率、降低通道之间的性能差异。

光学接口的通道数量越多，问题就越复杂。对准不能只优化单通道性能，还要保证多通道耦合效果均匀一致。举例来说，旋转对准会影响光束覆盖多个光栅耦合器的均匀程度；其他角度调整则会同时改变插入损耗与中心波长。

偏振是另一个变量。光子结构对入射光的偏振态响应各不相同，因此偏振表征与控制，是可重复量产方案中必不可少的一环。这些要求叠加在一起，让对准变成一套持续测量、持续寻优的流程，而不只是简单的机械定位。制造端要解决的难点，就是自动化实现这些功能，同时不能让对准耗时拖累产能。

光电联合测试，兼顾吞吐量

对准只是其中一环。一片光子集成电路可能集成光电探测器、调制器等元件，需要同时开展光学、电学两类测试。常规表征项目包括插入损耗、通道均匀性、光衰减、光电探测器响应度、波长相关特性等。

如果按顺序逐项测试，总测试时间会大幅拉长。更适合规模化的思路，是整合电学与光学能力，尽可能并行执行测试动作。比如：可以先完成电学对准；在光学探针自动对准的同时，同步做连通性等电学测试，而不是等光学对准全部结束再启动。随着器件复杂度、测试覆盖项不断增加，这种并行设计会愈发关键。

这套思路同样适用于光学仪器。在量产环境下，激光器、光功率计等光学设备不能孤立使用，需要统一控制，支持多台仪器、多通道并行工作。自动校准与补偿机制也十分重要，当测试单元变得复杂时，以此保证测量一致性。Advantest在该方向的研发成果，可在同一测试环境下接入多台光学仪器、支持光功率计并行测量。

这个目标和半导体测试一贯的追求一致：在扩大有效测试覆盖的同时压低测试成本。硅光子带来的变化是，需要协同调控的物理维度、测量维度变多了。

产业生态协同，是规模化的必要条件

没有任何一家供应商能够独立搞定光子集成电路量产测试所需的全部要素。完整方案涵盖自动测试设备、晶圆探针台、光学定位机构、光纤接口、光学仪器、器件设计、制造工艺等。

这也让生态协同变得尤为关键。测试设备厂商需要和探针、定位方案厂商、光子器件研发方、代工厂、制造企业紧密配合，让各项技术的接口打通，形成一套一体化产线系统，而不是一堆独立的实验室仪器。

举例来说，Advantest和FormFactor深度合作，搭建了一套晶圆级硅光测试环境，融合电学测试仪器、晶圆传送机构、光学设备与自动光纤对准功能。这套方案的价值不在于单个零部件，而在于整套可复现制造流程的集成能力。

随着硅光子、NPO、CPO走向大范围落地，这类协同工作会越来越重要。行业需要开发实用的测试方案，适配持续迭代的器件架构，同时满足半导体制造对可重复性、产能、成本的要求。

图2：一大批光子技术创新即将落地，需要全行业合力推进。

从潜力光子技术走向商用大批量产品，依靠的不只是器件本身的技术进步，测试技术也必须同步演进。把光学对准、光电测量、自动化、生态互通视作同一个制造难题的不同组成部分，行业才能搭建起配套基础设施，推动硅光子全面迈入大规模量产时代。