硅光芯片制造技術(shù)走向成熟，硅光晶圓測(cè)試測(cè)量全新解決方案，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)新契機(jī)

在 AI 技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，AI 服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求急劇攀升，而融合了硅芯片工藝流程與光電子高速率、高能效優(yōu)勢(shì)的硅光芯片，成為解決這一需求的關(guān)鍵所在。2025 年，從政策規(guī)劃到技術(shù)突破，再到產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，多項(xiàng)進(jìn)展清晰地顯示出硅光芯片的制造工藝正逐步走向成熟。

政策層面為硅光芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了強(qiáng)大動(dòng)力。國(guó)內(nèi)多個(gè)省份紛紛出臺(tái)相關(guān)政策支持硅光芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。湖南省人民政府在《加快“世界光谷” 建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃》中明確提出，到 2025 年完成 12 英寸基礎(chǔ)硅光流片工藝開(kāi)發(fā)，形成國(guó)際領(lǐng)先的硅光晶圓代工和生產(chǎn)制造能力?！稄V東省加快推動(dòng)光芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)方案 (2024—2030 年)》也著重強(qiáng)調(diào)，支持光芯片相關(guān)部件和工藝的研發(fā)及優(yōu)化，其中就包括硅光集成、異質(zhì)集成等光芯片相關(guān)制造工藝的研發(fā)和持續(xù)優(yōu)化，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。

一、硅光芯片的技術(shù)創(chuàng)新

技術(shù)突破是硅光芯片制造工藝走向成熟的核心標(biāo)志。在技術(shù)創(chuàng)新方面，復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院張俊文研究員、遲楠教授與相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展合作，提出基于多維光子復(fù)用的創(chuàng)新范式，成功實(shí)現(xiàn)了在時(shí)域、空域、頻域的多維并行信號(hào)傳輸?；诖?，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并研制出一款硅光集成高階模式復(fù)用器芯片，該芯片實(shí)現(xiàn)了每秒 38Tb 的數(shù)據(jù)傳輸速度，這意味著其可在 1 秒內(nèi)完成大模型 4.75 萬(wàn)億參數(shù)傳遞，極大地提升了數(shù)據(jù)傳輸效率。

國(guó)際企業(yè)在硅光芯片技術(shù)上的探索也成果顯著。英偉達(dá)在 2024 年 12 月的 IEDM 2024 上展示了與臺(tái)積電合作開(kāi)發(fā)的硅光子原型。據(jù)臺(tái)積電介紹，該原型采用的 COUPE 技術(shù)使用 SoIC-X 芯片堆疊技術(shù)，將電子裸片堆疊在光子裸片上，從而在 die-to-die（裸片與裸片）接口提供更低電阻和更高能效，為硅光芯片性能提升開(kāi)辟了新路徑。

同時(shí)，硅光芯片制造中的關(guān)鍵難題—— 對(duì)準(zhǔn)瓶頸也得到了有效突破。傳統(tǒng)單通道對(duì)準(zhǔn)效率低下，而新型快速多通道光子對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)（FMPA）通過(guò)固件驅(qū)動(dòng)的并行對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 6 自由度同步優(yōu)化，將對(duì)準(zhǔn)時(shí)間從數(shù)十秒大幅縮短至 250-400 毫秒，且精度達(dá)到納米級(jí)，這一突破成功解決了硅光子晶圓級(jí)測(cè)試與封裝的規(guī)?；y題。目前，該技術(shù)已集成至 Cascade Microtech 等廠商的探針臺(tái)，有力推動(dòng)了硅光子從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)。

二、硅光測(cè)試技術(shù)和設(shè)備

在硅光芯片制造技術(shù)逐步成熟的進(jìn)程中，測(cè)試技術(shù)與設(shè)備發(fā)揮著舉足輕重的作用，它們是保障芯片性能與質(zhì)量、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模商用的關(guān)鍵支撐。

1，國(guó)內(nèi)進(jìn)展

從國(guó)內(nèi)來(lái)看，諸多企業(yè)和機(jī)構(gòu)在硅光芯片測(cè)試領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。

• 武漢普賽斯電子股份有限公司作為國(guó)內(nèi)唯一一家實(shí)現(xiàn)光通信裝備垂直整合的專精特新“小巨人” 企業(yè)，深耕半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá) 15 年 。其自主研發(fā)的光芯片檢測(cè)設(shè)備，憑借微秒級(jí)精度，能夠?qū)庑酒瓿晒β蕶z測(cè)、電性能驗(yàn)證等全流程測(cè)試，覆蓋了國(guó)內(nèi) 80% 的光通信企業(yè)。在硅光技術(shù)方面，普賽斯聯(lián)合高校開(kāi)發(fā)了偏振控制與檢測(cè)等光學(xué)儀器，歷經(jīng)兩年成功攻克技術(shù)難題，目前相關(guān)技術(shù)已步入產(chǎn)業(yè)化階段 。

• 思儀科技則針對(duì) 800G/1.6T 高速光模塊、光芯片的測(cè)試需求，推出了具備 145GHz 大帶寬、pm 級(jí)高測(cè)試精度且覆蓋 350nm - 2500nm 寬波長(zhǎng)范圍的測(cè)試解決方案 。該方案可應(yīng)用于硅光芯片、電光調(diào)制器、WSS 等光器件的測(cè)試，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度光信號(hào)產(chǎn)生、光譜特性分析、復(fù)雜光電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)試、相干激光特性測(cè)試、偏振相關(guān)控制與測(cè)試以及光器件微米級(jí)診斷，為光通信設(shè)備制造商、運(yùn)營(yíng)商以及科研機(jī)構(gòu)提供了有力的測(cè)試支持 。

• 在測(cè)試設(shè)備方面，聯(lián)合微電子中心有限責(zé)任公司擁有自主研發(fā)的芯片自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 。該系統(tǒng)可在無(wú)人操控的情況下，對(duì)硅光芯片展開(kāi)自動(dòng)化測(cè)試，極大地提升了測(cè)試效率與準(zhǔn)確性。并且，其打造的國(guó)內(nèi)首個(gè)全流程的硅基光電子封裝測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了高密度光纖陣列與硅光芯片的耦合封裝等技術(shù)，在業(yè)內(nèi)率先發(fā)布《硅基光電子芯片封裝規(guī)則》，為硅光芯片的封裝測(cè)試提供了重要的標(biāo)準(zhǔn)參考 。

• 北京電子城 IC/PIC 創(chuàng)新中心的光電芯片封裝測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)，以硅光技術(shù)為核心，為光電芯片設(shè)計(jì)的初創(chuàng)企業(yè)、高校和研究院所團(tuán)隊(duì)，提供從光電芯片到模塊的一站式定制化封裝和測(cè)試驗(yàn)證服務(wù) 。該平臺(tái)有效縮短了芯片封測(cè)周期，將原本需要 9 個(gè)月才能完成的芯片到封裝好的模塊原型的時(shí)間，縮短至 3 個(gè)月 。

2，國(guó)際進(jìn)展

在國(guó)際舞臺(tái)上，眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在硅光芯片測(cè)試技術(shù)與設(shè)備領(lǐng)域各展所長(zhǎng)，推動(dòng)著行業(yè)的進(jìn)步。

• 美國(guó)的是德科技聯(lián)合 FormFactor 與新加坡的 CompoundTek Pte Ltd，共同開(kāi)發(fā)出硅光晶圓上測(cè)試解決方案。該方案具備自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)功能，還能同步進(jìn)行光信號(hào)和光電器件測(cè)試 。其中，F(xiàn)ormFactor 的 CM300xi - SiPh 擁有自動(dòng)晶圓級(jí)光信號(hào)定位能力，搭配是德科技符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 IL/PDL 引擎和 N7700A 光通信應(yīng)用套件（PAS），在 1240nm 到 1650nm 的雙向掃描中，重復(fù)波長(zhǎng)精度可達(dá) ±1.5pm，掃描速度最高達(dá) 200nm/s，確保了從 O 波段到 L 波段測(cè)試的精度與可重復(fù)性 。是德科技的 N4373E 67GHz 光波元器件分析儀，在光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)測(cè)試中展現(xiàn)出出色帶寬，保障了電光 S 參數(shù)測(cè)量的規(guī)范性與設(shè)備的可追溯性 。同時(shí)，F(xiàn)ormFactor 的 SiPh 軟件實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)校準(zhǔn)和對(duì)齊，并簡(jiǎn)化了與是德科技 PathWave 軟件平臺(tái)及光通信儀器的集成，提升了使用的便捷性 。

  CompoundTek Pte Ltd 還在新加坡啟動(dòng)了東南亞首個(gè)硅光子測(cè)試服務(wù)中心，該中心測(cè)試服務(wù)獨(dú)立于代工服務(wù)，非 CompoundTek 客戶也能使用其開(kāi)放式測(cè)試平臺(tái) 。中心內(nèi)的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)快速且可重現(xiàn)的光學(xué)耦合，涵蓋 6 軸探針位置優(yōu)化和偏振對(duì)準(zhǔn)功能，能進(jìn)行光學(xué)領(lǐng)域常規(guī) DC 和 RF 電氣測(cè)試的晶圓探測(cè)，同時(shí)支持 O 波段和 C 波段，還可測(cè)試高達(dá) 67GHz 的電光組件，適用于 400Gbit/s 及以上的電光組件 。

  

  
  

全自動(dòng)集成硅光探測(cè)系統(tǒng)-CM300xi-SiPH

• 美國(guó)推出的全球首款全硅八通道雪崩光電探測(cè)器芯片，采用標(biāo)準(zhǔn)硅光子工藝制造，與標(biāo)準(zhǔn)多項(xiàng)目晶圓運(yùn)行完全兼容 。在對(duì)該芯片的測(cè)試中，其八個(gè)通道均展現(xiàn)出卓越的性能與一致性，響應(yīng)度達(dá) 0.4AW^-1，暗電流低至 1nA，帶寬高達(dá) 40GHz，每通道支持 160Gbs^-1 的數(shù)據(jù)傳輸速率，總數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 1.28Tbs^-1，相鄰?fù)ǖ乐g的串?dāng)_低于 - 50dB 。這樣的測(cè)試結(jié)果為未來(lái)高速、低成本光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。

• 德國(guó)的 ficonTEC 作為光電子封測(cè)行業(yè)重要的設(shè)備提供商，在硅光芯片測(cè)試設(shè)備方面技術(shù)領(lǐng)先 。其生產(chǎn)的設(shè)備廣泛應(yīng)用于硅光芯片的晶圓測(cè)試、耦合封裝等環(huán)節(jié)，特別是在硅光、CPO 及 LPO 耦合、封裝測(cè)試領(lǐng)域，能夠?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)提供整體工藝解決方案 。ficonTEC 憑借在全自動(dòng)耦合設(shè)備等領(lǐng)域建立的技術(shù)壁壘，與英特爾、思科、博通、英偉達(dá)等世界知名企業(yè)在數(shù)據(jù)中心、AI 等眾多應(yīng)用領(lǐng)域展開(kāi)了廣泛合作 。

  
  

總體而言，硅光芯片測(cè)試技術(shù)與設(shè)備正朝著高精度、高速度、自動(dòng)化以及標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展 。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，從高精度測(cè)試儀器到自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，從針對(duì)特定芯片的性能測(cè)試到涵蓋全流程的工藝解決方案，這些測(cè)試手段將在保障硅光芯片性能、加速產(chǎn)品迭代以及推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展等方面持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用 。不過(guò)，當(dāng)前測(cè)試領(lǐng)域仍面臨著測(cè)試成本較高、部分測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等挑戰(zhàn)，需要產(chǎn)業(yè)界和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)一步探索解決方案，以推動(dòng)硅光芯片產(chǎn)業(yè)更高效、健康地發(fā)展 。

三、硅光應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化

在產(chǎn)業(yè)化方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)同樣取得了令人矚目的進(jìn)展。中國(guó)信科發(fā)起成立的國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 12 英寸硅光工藝線預(yù)計(jì)今年底正式建成，該工藝可支持 40 納米小尺寸硅光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制造，這將大幅降低開(kāi)發(fā)驗(yàn)證周期，保障大規(guī)模芯片交付，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)芯片從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完全國(guó)產(chǎn)化。群發(fā)光芯也在 4 月 27 日召開(kāi)了 OPA 中試線投產(chǎn)及產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，其 OPA 中試線以低損耗厚膜氮化硅制造工藝為核心，能夠助力多種類型硅光器件加工。建成的六英寸硅光生產(chǎn)線具備光刻、刻蝕、成膜等全工藝流程能力，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端硅光芯片工藝解決方案。

總之，硅光芯片制造技術(shù)在政策支持、工藝開(kāi)發(fā)、傳輸速率、芯片堆疊、測(cè)試技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化等多方面均取得了顯著進(jìn)展，正逐步走向成熟。不過(guò)，該領(lǐng)域仍面臨一些挑戰(zhàn)，如進(jìn)一步降低成本、提高良品率等。隨著技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)的不斷完善，硅光芯片有望在數(shù)據(jù)中心、人工智能、智能駕駛等領(lǐng)域得到更廣泛應(yīng)用，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。