想要實現CPO產品年出貨量從百萬級躍升至數千萬乃至上億級，離不開穩定可靠的器件接口板、完善的數據管理體系，以及光電設備深度集成的自動化測試系統。

將光子集成電路與電子集成電路集成至共封裝光學（CPO），要求在封裝級測試（也稱終測）階段具備多模態測試能力。而年出貨量需從百萬級攀升至數千萬級，更是進一步加大了這項工作的難度。

隨著數據中心需求爆發，CPO技術能夠提升數據傳輸速率、降低功耗，其價值愈發凸顯。但產能規模至少提升一個數量級，也給從晶圓測試到系統級測試的整套測試生產流程帶來巨大壓力。CPO同時集成電子與光子芯片，因此面向封裝成品的終測方案，必須兼顧兩類芯片的測試需求并控制成本。目前行業面臨的難題是，各類CPO設計均為定制化方案，專屬測試單元的搭建成本居高不下。

圖1先進光電芯粒共封裝結構示意圖，包含光發射機、光接收機、數據信號等組件。來源：Amkor

客觀來看，當下芯片行業還處在產品研發同步推進測試設備研發的階段。愛德萬美國公司研發與風險投資副總裁Ira Leventhal表示：“針對共封裝光學的封裝測試，目前業內尚無完整成熟的解決方案。該領域發展日新月異，器件形態與生產流程都在持續變化。從工程試樣轉向大規模量產，核心挑戰是管控各類變量，同時兼顧成本、測試效率與產品品質。我們的研發重心是打造靈活、可擴展的測試架構，適配行業技術迭代，助力產品順利落地量產。”

僅光引擎數量、連接器類型的差異，就大幅增加了測試開發與測試單元設計的復雜度。除此之外，行業還存在多種技術方案組合：電子電路與光電路可分開制造，也可集成在同一片晶圓上；在2.5D/3D封裝器件中，電子芯片與光子芯片可并排排布，也可背靠背鍵合；不同連接器類型，對應專屬的機械運作流程；光引擎數量不等（單款產品可搭載大量光引擎），直接決定激光光源的配置數量。不僅如此，測試單元還需適配器件搬運、熱管理、測試接口板設計與自動測試設備（ATE）配置等各類差異化需求。

封裝模塊終測安排在光子、電子芯片的晶圓級測試之后。雖然可通過測試前置篩選出合格裸片（KGD），但終測環節依舊不可或缺——它能為優化封裝良率提供大量有效數據。

圖2硅光芯片全流程測試節點（從晶圓測試到封裝模塊測試）。來源：Teradyne

自動測試設備（ATE）可實現多項關鍵測試工作。Lightmatter產品工程總監Meg O’Brien說道：“晶圓級測試能通過光柵耦合器或端面耦合器，單獨對各類光學元件進行檢測，幫助工程師獲取高精度測試數據，比如插入損耗（IL）、偏振相關損耗（PDL）、響應度等。這種精細化檢測屬于低成本質控手段，可在進入高成本封裝工序前篩除不良裸片。但該環節也存在局限：無法模擬元件在完整系統中的協同工作狀態。反觀封裝級與CPO模塊測試，則側重全系統性能驗證，可在真實、復雜的熱環境下，評估誤碼率（BER）、眼圖、鏈路裕量等端到端性能指標。盡管模塊級測試能夠最終驗證產品功能是否達標，但一旦檢出不良品，產生的成本損耗也相對更高。”

2.5D封裝技術可將光芯片、電子芯片（專用集成電路/異構處理器）集成至中介層與基板上，實現CPO方案落地。這就要求封裝終測單元整合光電兩類測試項目，既要驗證獨立元器件性能，也要檢測整套CPO系統的功能完整性，這也對光電兩用的自動測試設備（ATE）硬件、器件接口板（DIB）選型提出了新要求。而光學芯片搭配種類繁多的光連接器，也成為器件接口板設計的一大難點。

泰瑞達硅光測試高級產品經理Matt Griffin表示：“測試系統的靈活性，與器件端光功率輸出需求之間存在取舍。客戶往往需要搭載大量激光光源，并實現光源在不同通道間的切換與分光，但每增加一個開關、分光器件，都會引入額外插入損耗。我們目前投入大量精力攻克的難題，就是在保證封裝級光信號質量與功率要求的前提下，平衡光學測試設備的靈活度。”

由于CPO集成技術尚屬新興領域，行業在配套測試數據管理方面的投入普遍不足。若能為所有元器件建立唯一標識、高效整合測試數據，生產中的良率問題便能得到更精準的定位與解決。

yieldWerx首席執行官Aftkhar Aslam指出：“目前行業討論CPO測試，大多聚焦在測試單元本身，比如測試插座、光纖對準機構、器件搬運設備、工裝夾具等，卻忽視了測試完成后的數據處理環節。CPO產品需要同時滿足電氣與光學兩項指標，良率由兩項結果共同決定，但兩類測試數據往往分屬不同系統：自動測試設備輸出標準測試數據格式（STDF），光引擎生成CSV/XLS文件，光譜分析儀（OSA）擁有專屬格式，老化測試設備又輸出另一類數據格式。工程師即便知曉整體良率下滑，也需要花費數周時間，在四五個獨立數據平臺中拼湊單款產品的完整測試信息。這個問題不解決，CPO產能就無法從每年千萬級邁向億級。”

器件接口板（DIB）

器件接口板是測試單元的核心組成部分，CPO測試的核心痛點集中在信號損耗上。工程團隊在設計待測器件（DUT）專用接口方案時，需要綜合考量多項影響因素。

Amkor制造測試技術專家Vineet Pancholi表示：“量產用器件接口板容易出現各類故障。一套設計完善的接口板，會預留校準與故障診斷接口。光信號往返鏈路會產生損耗，必須完成校準，才能保證待測器件接口的測試精度。此外，工裝夾具設計還要充分考慮測試插座引發的器件翹曲、共面度偏差、光耦合異常、信號干擾等問題。一旦夾具設計存在缺陷，整批量產產品都可能出現測試異常。”

業內其他人士也強調了光纖對準、器件翹曲兩大物理難題。

Meg O’Brien補充道：“大型模塊自重較大、易發生翹曲，同時光纖陣列（FAU）屬于精密易碎部件，生產搬運過程中需做好防護，這些都是突出的物理挑戰。要實現大規模量產，必須完成光纖對準自動化，并通過六自由度主動對準技術控制偏振相關損耗。光學接口方案需兼容各類連接器，同時攻克對準難題。快速、可復現的光纖對準方式，是保障CPO測試穩定可靠的關鍵。如果CPO模塊的光輸入信號波動過大，規模化量產測試便無從談起。”

各類連接器規格不一，加上不同CPO產品搭載的光引擎數量存在差異，幾乎每一款產品都需要定制化測試方案。

Matt Griffin說道：“不同CPO模塊的外圍光連接器數量各不相同，并且不同客戶采用的連接器設計也沒有統一標準。針對這類器件做光學對接測試時，必須根據對應連接器類型，定制機械運動與對準系統，以此實現高質量光連接，確保器件全速測試下的插入損耗指標達標。”

光連接器廠商主要采用橫向或縱向兩種方式完成光纖與光引擎的對接，具體對準方案也各有區別。高對準精度可有效降低信號損耗，行業同時也希望自對準結構能擁有更大的誤差容限。目前主流對準方式包括：光纖直接接觸式；玻璃橋接式；磁吸式；擴束式；精密定位式。

Ira Leventhal談道：“當下連接器品類繁雜，短期內也難以形成統一的主流方案。隨著行業從技術攻關轉向大規模量產，那些在設計階段就充分考量可制造性、可測試性的連接器產品，終將成為行業主流。另外受系統架構限制，橫向、縱向兩類連接方式會長期并存，不會出現單一連接器一統市場的局面。”

可穩定實現光信號對接，是產品可制造性、可測試性設計的核心要點。終端設備的光學觸點數量可達數十個，但該規格完全無法適配量產測試場景。量產測試場景下，設備可承受的故障前觸點數量越高越好。同時，光連接器必須配套清潔流程，鏡頭表面沾染微小粉塵，都會直接破壞光信號質量。

連接器故障不僅會損傷待測器件，還會因插入損耗上升拉低良率；連接器可靠性不足，也會導致器件接口板頻繁停機更換配件。借助合理規劃的數據分析手段，能夠有效改善這類問題。

Aftkhar Aslam表示：“從數據層面來看，工裝夾具帶來的波動（接觸電阻、光纖耦合效率、偏振對準偏差等），往往會被誤判為器件本身的性能缺陷。因此良率分析模型必須關聯器件接口板信息，精準定位產品經過的測試板、測試插座、光纖端口。如果無法完成數據拆分，工程團隊就會耗費大量精力排查并非出現在CPO產品本身的問題。”

CPO終測要求測試設備同時為待測器件提供電氣與光學接口。從實驗室方案落地到工廠量產方案，設備配置與接口架構也需要相應調整。目前測試工廠已配備大量面向大型片上系統（SoC）的傳統測試設備，因此針對CPO測試需求，廠商面臨兩種選擇：采購全新測試設備，或是在現有測試單元上增補硬件。后者可采用模塊化器件搬運設備方案。

圖3高性能計算自動測試設備架構，分為設備端與器件搬運端，包含溫控頭、測試插座、負載板等組件。來源：Advantest

Ira Leventhal介紹：“作為自動測試設備廠商，我們當然希望客戶全面更換全新測試單元，但現實情況是，現有設備經過升級改造，即可滿足CPO測試需求。我們的方案是新增一層光學負載板，它架設在測試主機、測試插座、電氣負載板與器件搬運設備之間。器件搬運設備不僅負責取放器件，還承擔熱管理功能。新增的光學負載板則負責傳輸光信號、外接激光光源，并實現與各類連接器的機械對接。這套方案的核心優勢是兼容現有存量設備，客戶無需對成百上千臺測試設備進行大規模改造，就能開展CPO測試。”

圖4搭載CPO的高性能計算自動測試設備分層架構，分為溫控機械層、光學層、電氣層，各層級各司其職。來源：Advantest

光電測試設備集成

CPO測試需要單獨檢測、聯動檢測光學與電氣兩類性能指標，測試項目涵蓋種類繁多的光電激勵信號與參數測量。目前光電測試設備尚未實現深度融合，仍是行業重點研發方向。

圖注：圖5封裝級并行測試整合流程示意圖，整合光電芯片測試鏈路與自動光學/電氣測試設備。來源：Amkor

Vineet Pancholi表示：“現階段自動測試設備普遍存在光學模塊集成度不足的問題，可調諧激光器、光功率計、光開關、多路復用器、源測量單元（SMU）、矢量網絡分析儀（VNA）等設備難以無縫協同。同時多數設備的光學輸入/輸出接口數量不足，無法支撐高效的單工位量產測試。不過現有設備基本可覆蓋O波段（1260~1360納米）、C波段（1530~1565納米）等主流波長區間，動態范圍也符合要求。產業鏈上下游正全力攻克上述問題，預計相關技術難題會逐步解決，目前并未發現會阻礙行業發展的致命問題。”

硬件、軟件、數據管理三大維度，仍存在諸多集成難題。首先是硬件層面：測試設備究竟需要配置多少套光學儀器？自動測試設備需搭載激光光源，為各路光學通道提供激勵信號并完成測量。Matt Griffin說道：“增補光學硬件只是第一步，背后還有大量復雜問題需要解決。比如如何靈活分配測試通道、如何完成器件光學對接，這些都是全新挑戰，不過我們已經著手推進相關研發工作。”

光引擎數量越多，所需激光光源的數量與類型也隨之增加。“單顆光引擎就需要4~8路激光光源，一款成品模塊往往搭載16~32個光引擎，對應激光光源數量可達64~128路。如何為封裝產品配套足量激光光源，是一大核心難題。”他補充道，“此外，粗波分復用（CWDM）、密波分復用（DWDM）技術逐步普及，單根光纖可傳輸多路不同波長信號，進一步推高了激光光源的配置需求。”

CPO搭載更多光引擎與高性能異構處理器（XPU）后，測試數據量也會大幅增長。數據融合分析有助于快速定位良率問題，但目前數據整合流程十分繁瑣。

Aftkhar Aslam說道：“從數據角度來說，支持光電數據統一輸出的雙域自動測試設備，能大幅簡化后續分析工作。如果電氣、光學測試由兩套獨立設備依次完成，分析團隊就要依靠產品序列號、時間戳手動拼接數據，整個過程存在不小風險。因此自動測試設備的優化方向，未必是提升測量精度，更關鍵的是規范數據輸出格式。”

各大自動測試設備廠商都在朝著光電數據一體化的目標推進。Matt Griffin表示：“目前我們已在設備軟件中集成光學測試模塊，支持硅光芯片測試，可實現光電兩類設備的數據關聯與同步。同時我們也在研發全新的可視化、數據分析工具，適配光電混合測試數據的處理需求。”

總結

想要實現CPO產品年出貨量從百萬級躍升至數千萬乃至上億級，離不開穩定可靠的器件接口板、完善的數據管理體系，以及光電設備深度集成的自動化測試系統。行業仍需持續研發，打造高性價比、可落地的量產方案，但業內專家均認為，目前不存在阻礙技術落地的致命難題。

Matt Griffin總結道：“放在一兩年前，我會說這個領域還處在無序探索階段。但如今已有多家客戶規劃大規模量產項目。誠然行業仍有諸多難題待解，但受數據中心降功耗需求驅動，CPO技術落地已成大勢所趨。我們能清晰看到這片市場的增長潛力與創新活力，測試測量領域更是迎來全新發展機遇。”

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