人工智能（AI）和高性能计算（HPC）正推动前所未有的数据移动需求。随着带宽需求不断攀升，传统电气互连在功耗、延迟和传输距离方面遭遇限制，硅光子、近封装光学（NPO）和共封装光学（CPO）正成为下一代数据中心日益重要的技术。
业界的大部分注意力一直集中在光子器件创新上。但展示高性能光子集成电路（PIC）只是挑战的一部分。将这些器件转化为能够可靠、经济地大规模制造的产品，需要能够跟上步伐的测试基础设施。
这代表着重大转变。半导体制造受益于数十年来自动化电气测试的持续完善。硅光子增加了一个光学维度，带来了对光纤对准、耦合效率、偏振管理和光学仪器的新要求——同时仍需要传统的电气表征。
随着硅光子从开发环境走向大批量生产，测试不再只是一道质量关口。它是制造战略不可或缺的一部分。
图1：面向大批量制造（HVM）的测试解决方案需要完整的配套硬件和软件。
最根本的挑战之一是与被测器件建立可靠的光学连接。与电气探测中物理接触提供相对直接的接口不同，光学测试依赖于将光精确耦入和耦出非常小的结构。
这种耦合必须在器件之间和晶圆之间具有可重复性。即使光纤位置或角度的微小变化也会影响插入损耗和测得的光学性能，可能使人难以区分实际器件差异与测试装置引入的差异。
因此，高产量测试需要自动对准能力，能够快速定位光学接口并优化耦合。这可能包括基于视觉或图像的定位，使光纤阵列单元靠近光栅耦合器，然后通过反馈环路进行区域扫描和梯度搜索技术来识别最佳位置——这种技术通常称为“主动对准”。该过程还可能需要跨越六个自由度——X、Y、Z 三个方向加上三个旋转轴——进行优化，以最大限度提高耦合效率并减少通道间差异。
随着光学接口增加通道，问题变得更加复杂。对准不能只最大化单个通道的性能；它必须在多个通道上产生一致的耦合。例如，旋转对准会影响光束与多个光栅耦合器的重叠均匀程度。其他角度调整可能同时影响插入损耗和中心波长。
偏振是另一个变量。由于光子结构可能根据入射光的偏振状态产生不同响应，偏振必须作为可重复生产方法的一部分加以表征和控制。这些要求共同使对准成为一个主动测量和优化过程，而不是简单的机械定位步骤。制造挑战在于实现这些功能的自动化，同时避免对准时间成为吞吐量瓶颈。
在不牺牲吞吐量的前提下结合电气与光学测试
对准只是等式的一部分。PIC 可能包含光电探测器、调制器以及其他需要光学和电气测量组合的组件。典型表征可包括插入损耗、通道间一致性、光学衰减、光电探测器响应度以及波长相关行为。
按顺序执行这些测量会增加大量测试时间。更具可扩展性的方法是集成电气和光学能力，使操作尽可能同时进行。例如，电气对准可以在光学对准之前进行，而连续性测试和其他电气测试可以在自动光学探针对准期间运行，而不是等待该过程完成。随着器件复杂度和测试覆盖范围的增长，这种并行性变得越来越重要。
同样的原则也适用于光学仪器。与其将每台仪器视为孤立资源，高产量环境受益于对激光器、功率计和其他光学设备的集成控制，从而能够并行操作多台仪器或多个通道。自动校准和补偿对于保持测试单元变得更复杂时的测量一致性也非常重要。爱德万测试在这一领域的开发工作支持在同一测试环境中实现多台光学仪器和并行的功率计操作。
更大的目标在半导体测试中并不陌生：在最小化测试成本的同时最大化有效测试覆盖。硅光子带来的变化是必须协调的物理和测量域数量。
协作对生态扩展至关重要
没有任何单一供应商能够控制高产量 PIC 测试所需的全部要素。完整解决方案可能横跨自动化测试设备、晶圆探测、光学定位、光纤接口、光学仪器、器件设计和制造工艺。
这使得生态系统协作尤为重要。测试设备供应商需要与探针和定位专家、光子器件开发商、代工厂和制造商合作，使这些技术之间的接口作为集成生产系统运行，而不是作为单独的实验室仪器。
作为一个例子，爱德万测试与 FormFactor 密切合作开发了一种晶圆级光子测试环境，将电气测试仪器与晶圆处理、光学仪器和自动光纤对准能力相结合。其意义不在于单个组件，而在于创建可重复制造工作流程所需的集成。
随着硅光子、NPO 和 CPO 走向更广泛采用，这些协作努力将变得越来越重要。行业必须开发实用的测试方法，以适应不断演进的器件架构，同时提供半导体制造所期望的可重复性、吞吐量和经济性。
图2：即将到来的众多光子学发展需要广泛的行业努力才能实现。
从有前景的光子技术向高产量商业产品的转变，将不仅取决于器件本身的进步。测试必须与它们同步演进。通过将光学对准、电气与光学测量、自动化和生态系统互操作性视为单一制造挑战的各个部分，行业可以建设所需的基础设施，使硅光子全面进入大批量生产时代。
来源: 海外媒体
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