Advantest:硅光/CPO大规模量产测试的挑战、差距与解决方案

一、演讲背景

2025年9月8日，在台湾国际半导体展（SEMICON TAIWAN）上，Advantest光学业务负责人Clemens Leichtle博士发表了题为“HVM Testing of SiPh and CPO: Challenges, Gaps, and Solutions”（硅光子与共封装光学的大规模量产测试：挑战、差距与解决方案）的技术演讲。演讲聚焦SiPh与CPO在HVM阶段的测试痛点，以“最大化复用成熟电IC测试生态”为核心目标，系统阐述了测试流程、关键挑战、生态建设方向及具体解决方案，旨在推动测试生态的协作、自动化与标准化，为SiPh/CPO的规模化生产提供技术支撑。

二、HVM测试插入点：全流程测试架构与“测试左移”目标

演讲明确了SiPh/CPO从晶圆级到先进封装模块的5个关键HVM测试插入点（Test Insertion），覆盖“光-电”协同测试的全链路，核心目标是实现“测试左移”——在光引擎（OE）集成到系统级芯片（SOC）前，确认其为“已知良好光引擎”（Known Good Optical Engine），降低后续集成风险与成本。各插入点的测试层级、对象及内容如下：

1. Insertion #1：PIC晶圆级测试

- 测试对象：光子集成电路（PIC）晶圆

- 测试内容：电直流（DC）测试与光直流测试，具体包括功率、损耗、暗电流等基础光学参数，为后续测试奠定基础。

2. Insertion #2：EIC-PIC晶圆级测试

- 测试对象：电集成电路-光子集成电路（EIC-PIC）晶圆

- 测试内容：涵盖电光（E/O）、光电（O/E）、光光（O/O）等调制功能测试，同时潜在支持高速测试与S参数测试，验证“电-光”转换的基础性能。

3. Insertion #3：光引擎（OE）裸片/芯片级测试

- 测试对象：光引擎（OE）单颗裸片或芯片

- 测试内容：全流程校准、直流测试、高速功能测试（含链路闭合验证）、光环回测试（或可选S参数测试），是确认“已知良好光引擎”的关键节点。

4. Insertion (#3.5)/#4 (FT)/#5 (SLT)：ASIC/CPO先进封装模块测试

- 测试对象：ASIC与CPO集成的先进封装模块

- 测试内容：全系统功能验证与光环回测试，覆盖最终封装形态的性能确认，确保模块级“光-电”协同工作的稳定性。

三、HVM测试的三大核心挑战

1. 光探测：无实际标准，仅采用有源多轴对准，无源对准仍处于探索阶段，不同厂商设备难以互操作，增加跨平台测试复杂度；

2. 光封装光纤连接器处理：无行业标准，依赖人工手动操作，效率低且易因人为误差导致测试结果重复性差，无法满足HVM高产量需求；

3. 光学测试仪表：无统一标准，普遍采用“机架堆叠”模式，设备配置高度定制化，光信号路径校准需手动完成，流程复杂且扩展性差。

四、生态系统与创新目标

针对HVM测试挑战，报告明确了三大技术领域的创新目标及Advantest的对应行动方案，核心逻辑是“复用成熟电测试生态，推动光测试自动化与标准化”。

在光探测领域，核心目标是实现全自动化、测试过程精准/快速/稳定/可重复，并最大化复用现有标准电探测设备；Advantest的行动是与领先的探针台、探针卡厂商及技术创新者建立合作，联合开发适配该目标的光探测解决方案。

在光封装光纤连接器处理领域，核心目标是实现全自动化操作与高可靠性，同时复用现有标准电处理设备；Advantest将与领先连接器厂商及创新者合作，同时依托内部技术 expertise，共同开发自动化的连接器处理流程。

在光仪器集成领域，核心目标是将光仪器紧密集成到自动测试设备（ATE）中，实现高扩展性、高密度与高吞吐量，同时建立标准化的设备配置，包含自动校准与诊断功能；Advantest的行动是与领先的仪器及连接器厂商合作，通过“光仪器控制库（OCL, Optical Instrument Control Library）”实现设备集成，并结合内部技术积累优化集成流程。

五、核心策略：协作、自动化、标准化、创新

- 协作：推动测试生态各参与方（ATE厂商、探针台厂商、仪器厂商、芯片设计公司等）实现设备无缝集成，构建可支撑HVM的规模化测试生态；

- 自动化：以HVM扩展与降低测试成本（CoT）为目标，复用标准电测试设备的成熟自动化能力（如晶圆处理、探针卡更换），延伸至光测试环节；

- 标准化：推进光IO接口、连接器、测试方法、测试仪配置与校准、DfT（可测试性设计）及DfM（可制造性设计）的标准化，简化测试流程并提升设备互操作性；

- 创新：探索多站点光探测、自动化光连接器处理、高密度可扩展光仪器集成等新技术与新方法，突破现有测试效率与规模瓶颈。

六、核心解决方案案例

1. V93000-Triton光子测试方案（与FormFactor合作）：基于标准电HVM探针台，复用成熟电探针对准技术，支持主动/被动FAU（光纤对准单元）对准，具备多站点测试扩展潜力，实现“电-光”测试协同，为规模化测试提供硬件支撑；

2. V93000与Jenoptik“UFO”被动对准方案：2024年SWTest会议上，Advantest联合Ayar Labs、Jenoptik发布该方案POC（概念验证）；2025年Advantest VOICE用户大会上，Marvell的Andrew Yick以该方案作主题演讲；方案采用集成光电负载板与单片扩展光束探针卡，降低对准复杂度并提升测试效率；

3. 全测试单元集成方案：复用TEL Prexa设备的全自动晶圆处理与半自动探针卡更换能力，通过V93000 SmarTest 8软件平台集中控制“Triton”模块、光/电测试仪器，实现“光-电”测试全流程覆盖，确保工程验证到HVM阶段的测试数据平滑关联；

4. 多厂商光仪器控制方案：支持Keysight等多厂商光仪器，集成至SmarTest 8环境；提供Java编程API库（覆盖典型测试用例、支持定制化、含光损耗补偿功能）及底层指令语言，兼顾易用性与高级定制需求，提升测试吞吐量。

七、报告总结

SiPh/CPO HVM测试仍面临光探测、连接器处理、仪器集成等多维度挑战，单一厂商无法独立突破，需测试生态所有参与者紧密协作。Advantest承诺以“协作、自动化、标准化、创新”为核心，联合生态伙伴复用成熟电测试生态，构建完整的SiPh/CPO HVM测试生态，最终解决规模化生产中的扩展性与经济性难题。