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光通訊與 CPO ↗技術來源

PHOTONICS / TEST & MEASUREMENT

CPO 光電測試,
逐步看清楚。

CPO 光電測試 · Insertion 1–4(四個測試插入點)

從晶圓探測到模組驗證,觀察探針如何接觸、光纖如何對準,以及測試結果如何揭露問題。

四站流程以原廠與研究機構文件為依據;動作與曲線為教學示意。查閱:2026.09.16

Insertion 1 測試步驟

正在準備測試場景…
教學慢動作 · 非實測數據與機台時序模型與流程共用同一步驟
減少動態效果 · 逐步操作
步驟 01 / 04

校正與接觸

先量參考結構的光路與電性基準,再讓探針接觸焊墊。EIC 與 PIC 是分開的晶圓流程,各自確認接觸、漏電與限流上電。

看圖觀察
注意探針接觸後才建立電通路;基準異常時應先查治具。電路能上電,只代表初步接觸與供電可檢查,還沒有證明光路正常。
量測證據
參考結構的光功率、探針接觸狀態、漏電與供電電流紀錄。

選取模型或元件名稱,介紹區會以四段說明解釋它在測試中的作用。

模型範圍與完整接線圖

本模型把兩片晶圓並列,表示兩條獨立測試流程。PIC 以同側光柵耦合示意;端面耦合需要可接近的端面或特製 trench。探頭與晶粒比例經過放大。

示意幾何非原廠 CAD、不按比例;光點、曲線、分 bin 與熱分布僅用來解釋測試方法,不能作為元件性能或放行規格。

E · 電訊號O · 光訊號
PIC · O → O 光路
可調 laser入射光
O
偏振控制Polarization
O
FAU光纖對位
O
PICWafer
O
光功率計Power meter
EIC · 獨立電測
ATE電性測試
E
Probe card電性接觸
E
EICWafer
TEST FLOW / 測試流程對照
Insertion 1 · 步驟 1:接觸探針,先確認參考電探針下降至測試焊墊,先確認接觸與光功率參考。PIC 與 EIC 此時尚未接合。 目前此步驟進度 0%。所有尺寸、時間與量測曲線均為教學示意。PIC電探針FAUPIC wafer

01 · 校正與接觸

INSERTION 01

先找出合格晶粒

Wafer-level · EIC / PIC

擔任的角色
晶圓測試在電子晶片與光子晶片結合之前,分別檢查每顆晶粒,把符合已測條件的晶粒交給後續整合製程。
如何運作
電探針送入電源與測試訊號,光學探頭對準晶片的入光口與出光口;量測電路反應、光的損失,以及光電轉換是否符合設計。
為何重要
先找出不良晶粒,可減少把昂貴的接合與封裝成本花在有問題的元件上。篩選結果仍只涵蓋實際測過的功能與條件。
技術看點
自動尋光以接收功率修正探頭位置,校正則建立可信的量測基準。兩者共同避免把對位誤差誤認為晶片缺陷。

參考資料

imec|Developing silicon photonics technologies with a wafer-level test station ↗2018-04FormFactor|Autonomous Silicon Photonics ↗查閱 2026-09-16
其他參考資料(2)Keysight|Characterize Silicon Photonics Electro-Optical S-Parameters ↗查閱 2026-09-16Teradyne|Complex Heterogeneous Integration Drives Innovation in Semiconductor Test ↗2024-09-16
受測物、放行與測試限制
受測物 DUT
獨立的 EIC wafer、PIC wafer
放行依據
在已定義的溫度、波長、偏振與測試覆蓋範圍下,篩選 KGD(known good die,已知良品晶粒)

KGD 指的是「在已測條件下通過」,不是零缺陷保證。它仍可能漏掉未測模式,也可能在切割、鍵合或封裝時受損。

深入理解:操作、指標與失效判讀

Insertion 1 · 詳細解說

目的 → 操作 → 證據 → 放行
  1. 01

    校正與對位

    先以 reference structure/wafer 建立光路損耗和電性基準,確認 laser 波長、功率與偏振。機器視覺先找座標,再以耦合功率做精細對位;記錄 X/Y/Z、角度、chuck 溫度及接觸狀態。每移到新 die 都需要可重複的定位。

  2. 02

    EIC:電源、邏輯與類比

    ATE 與 probe card 接上電性 pad,先做 continuity、漏電、短路及限流上電,再依晶片功能做 scan/BIST、driver 輸出、TIA/控制電路量測。SerDes 或 DSP 只有在實際存在時才安排對應測試;裸 EIC 還不能代表完整光鏈路。

  3. 03

    PIC:被動光路與主動元件

    可調雷射經偏振控制器與 FAU 入光,光功率計量輸出,掃波長得到 transmission spectrum。波導、coupler、filter 做 O→O;photodiode 加偏壓量 dark current 和 responsivity;modulator 加 DC/RF 激勵量 E→O 響應。高速 characterization 可用 LCA/VNA、光接收器與 RF probes。

  4. 04

    判讀與建立 KGD map

    依每個 die 的多個通道、測試條件與規格分 bin,保留原始數據和校正版本。若功率偏低,先重對位、換 reference 或檢查污染,排除測試機台造成的假失敗;確認後才決定淘汰。WAT(wafer acceptance test,晶圓允收測試)量的是製程監控結構,不能代替每顆產品 die 逐顆施測的 CP(晶圓針測)。

本節依據:imec ↗FormFactor ↗Keysight ↗光焱科技 ↗
1 / 4
延伸實驗:良率與 BER 的觀察時間
延伸理解 / 01

為什麼要分站測?

早一站抓到問題,少一段封裝成本;但每個測試也需要時間與可信的量測。

良率的乘法效應

單顆很好,組合後仍可能有風險。

假設每顆 OE 在指定驗證條件下合格的機率相同且互相獨立,全部同時合格的機率為 pⁿ。

85.1%所有 OE 同時合格

(0.9900)16 = 0.8515

教學模型,非工廠良率預測:尚未計入 ASIC、組裝、共因失效、測試漏失或重工。單一 OE 失效是否讓整包報廢,還取決於可重工性與冗餘設計。

BER 與觀察時間

零錯誤,還要看你測了多少位元。

假設位元錯誤獨立且機率固定,在預先指定條件下實際比對 N 個位元而零錯誤,95% 單側信賴上界約為 3/N。

9.99e-13BER 的 95% 近似上界

N = 3.00e+12 bits;−ln(0.05) / N

這是統計上界,並非量到的 BER。不可混用符元率(symbol rate)、有效吞吐量與位元率(bit rate);須標明 pre-FEC/post-FEC。若錯誤具 burst 或相關性,便不能直接套用此獨立模型。

本節依據:NIST ↗
量產測試要取捨什麼?

特性分析(characterization)用完整掃描找出性能邊界;量產篩選(production screen)用經過相關性驗證的項目攔截風險。可粗略比較「新增測試成本」與「可攔截缺陷機率 × 後段損失」,再加入誤殺良品、漏失、重測與產能成本。合併 Insertion 2/3 需要這種分析,不能只看少了一次上下料。

PRIMARY SOURCES / 2026.09.16

技術來源與閱讀界線

教材流程與排查建議是依下列資料整理的工程解說,並非特定廠商的量產 recipe。模型不代表任何客戶的實際封裝。

展開 19 份原廠與研究機構資料
  1. Teradyne|Silicon Photonics Raises New Test Challenges ↗2025-02-24

    Wafer 到 CPO 的測試插入點、熱管理、光電對位與測試成本。四站用作本教材的製程框架,不視為通用強制規範。

  2. imec|Developing silicon photonics technologies with a wafer-level test station ↗2018-04

    被動、主動 PIC 的 DC/RF/光電量測,以及高度、偏振、污染、reference wafer 對重複性的影響。

  3. FormFactor|Autonomous Silicon Photonics ↗查閱 2026-09-16

    光柵與端面耦合、wafer trench、光纖陣列、自動校正與多溫探測。平台能力不等於每顆 die 必測項目。

  4. Keysight|Characterize Silicon Photonics Electro-Optical S-Parameters ↗查閱 2026-09-16

    E/O 與 O/E 頻率響應、reference plane、RF 探針/光路校正與 de-embedding。

  5. ficonTEC|WLT-D2 double-sided electro-optical wafer tester ↗查閱 2026-09-16

    垂直 PIC/EIC 堆疊的上電下光方案:slotted chuck、下側 FAU 與六軸對位。是特定配置。

  6. ficonTEC|Top-Sided Electro-optical Wafer-level Tester ↗2025-06

    同側光電探測的對照方案;不能由此推論所有 hybrid-bonded 架構都可改為單面。

  7. Teradyne|Complex Heterogeneous Integration Drives Innovation in Semiconductor Test ↗2024-09-16

    KGD、post-bond 新增缺陷、可測性、DFT 與熱機械效應。

  8. imec|Die-to-wafer hybrid bonding ↗2024-05-29

    Die-to-wafer 可以選擇 KGD;Cu/介電層 hybrid bonding。展示的 pitch 不當成此教材模型尺寸。

  9. 光焱科技|NightJar 矽光子晶圓測試系統 ↗查閱 2026-09-16

    原廠對 O/O 缺陷定位、高光譜與損耗分布的功能說明;不能替代高速眼圖或 BER 合格判定。

  10. 光焱科技|FireFox-1310 高功率矽光子老化測試系統 ↗查閱 2026-09-16

    高功率 CW 光應力、偏振控制與功率監測。設備輸出上限不是 PIC 安全工作功率或通用老化條件。

  11. ficonTEC|DLT-D1 double-sided optical-engine tester ↗2025-10

    雙面 OE die-level test、receptacle 自動耦合與 DC 至 full data-rate RF。描述原廠設備配置,不代表所有 OE 使用相同探測方向。

  12. Keysight|Optical TX Test Methods of Implementation ↗查閱 2026-09-16

    OMAouter、outer ER、TDECQ 與聯合判讀。圖樣、reference receiver、頻寬與限值依適用 IEEE clause;不泛用單一速率的門檻。

  13. Keysight|N4917BSCB Optical Receiver Stress Test ↗查閱 2026-09-16

    校準受壓光訊號後量 BER;jitter、ISI、noise 與功率會交互影響。Stressed 與 unstressed sensitivity 必須標示量測條件。

  14. OIF|3.2Tb/s CPO Module Implementation Agreement ↗2023-03-29

    特定 3.2T 架構的光電機熱介面、ELS 測試平面、供電順序與 host FEC。不是所有 CPO 架構、DSP 或 FEC 位置的通則。

  15. Anritsu|MP1900A Signal Quality Analyzer-R ↗查閱 2026-09-16

    FEC symbol/codeword、burst error、skew、crosstalk 及 jitter tolerance。PAM4 symbol 與 FEC symbol 不可混用,平均 BER 不足以描述錯誤分布。

  16. Broadcom|CPO Quality and Reliability ↗2025-10-01

    熱控、封裝監測、韌體診斷及電/光/機械整體驗證。官方案例結果僅代表該受測平台與條件,不外推為全部 CPO 的可靠度。

  17. NIST|Exact Binomial Confidence Limits ↗查閱 2026-09-16

    二項分布信賴界限。零錯誤計算器使用大樣本近似 −ln(0.05)/N,並要求獨立、固定機率與實際比對位元數。

  18. Bruker|PeakForce Tapping ↗查閱 2026-09-16

    控制 tip–sample force 可保護樣品;不能把所有 AFM 模式一概稱為必然傷害表面,或保證完全無損。

  19. Thermo Fisher|Helios 5 UX DualBeam semiconductor datasheet ↗查閱 2026-09-16

    第 2 頁分別描述表面 SEM 與截面/lift-out 製備。SEM 不必然需要破片,但電子束與其他製備仍可能影響樣品。

提供的展會截圖是本教材的起點。設備商的客戶驗證、訂單、量產時程、價格倍數與市占敘述,未取得相應原廠佐證者不作為現況結論。AFM(原子力顯微鏡)的樣品損傷風險取決於模式、作用力與樣品;SEM(掃描式電子顯微鏡)可做表面成像,不必然需要破片,截面分析則可能涉及切削或其他製備。

本節依據:Bruker ↗Thermo Fisher ↗
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