OFC2026 - 全自動晶圓級邊緣與光柵耦合量測系統 - FormFactor Inc. (FFI)

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隨著 AI 與資料中心對頻寬的需求爆炸性成長，傳統銅線互連已達物理極限，矽光子（Silicon Photonics, SiPh）技術因其高頻寬、低功耗及低發熱特性，成為 800G/1.6T 時代的關鍵基礎設施。然而，矽光子積體電路（PIC）的量產瓶頸始終在於測試成本。在 OFC 2026 的先進封裝與整合論壇中，測試設備領導廠商 FormFactor (FFI) 的資深光學工程師 Quan Yuan 提出了針對「晶圓級邊緣與光柵耦合」的全自動化解決方案，試圖破解 PIC 量產的高成本難題。

晶圓級測試 (WLT)：PIC 獲利能力的閘門

在矽光子產品的生命週期中，封裝後的測試與組裝（包括光纖、雷射與電性接合）佔據了總製造成本的 70-80% 。

成本過濾器：若在晶圓階段未能識別缺陷，後續昂貴的封裝程序將完全浪費。
技術痛點：光學對準對位移極其敏感（MFD 通常僅 1–10 $\mu m$），傳統測試面臨次微米級對準、震動、熱漂移與吞吐量不足的嚴苛挑戰。

核心技術解析：Pharos 光學探針與 3D 軌跡演算法

FormFactor 推出的 Pharos 光學探針 系列，針對目前產業內主流的兩大耦合方案——邊緣耦合（Edge Coupling）與光柵耦合（Grating Coupling）——提供了關鍵性的技術突破。

1. 邊緣耦合 (Edge Coupling)：突破水平量測限制

傳統晶圓級邊緣量測難以在不切割晶圓的情況下達成，常需依賴代工廠製作昂貴且高損耗的稜鏡。

潛望鏡式結構：Pharos 採用由 Keystone Photonics 開發的 2PP (雙光子聚合) 技術製作的微型 3D 列印透鏡，將垂直入射光轉向 90 度進行水平耦合。
模場直徑 (MFD) 匹配：透鏡曲率經精密設計，可達成與波導 MFD 的最佳匹配，將插入損耗降低至 0.5 dB/facet 。
工作距離 (WD)：提供 35–40 $\mu m$ 的安全工作距離，大幅降低撞擊波導的風險。

2. 光柵耦合 (Grating Coupling)：穩定性提升 10 倍

傳統使用磨平光纖陣列 (FAU) 的量測方式，因光束發散，必須極度貼近晶圓（<15 $\mu m$），極易造成碰撞。

準直光束 (Collimated Beam)：Pharos 透鏡產生的平面波鋒對 Z 軸震動不敏感，量測穩定性達 0.016 dBm，較傳統 FAU 的 0.145 dBm 提升了近 10 倍 。

3. 自動化與 3D 入射角提取

精確的入射角對於光柵耦合效率至關重要。FormFactor 的系統能透過在不同 Z 高度進行 XY 掃描，重建 3D 光束傳播路徑 。

精度指標：入射角 X-Z 重現性達 <±0.13°，偏移角 Y-Z 重現性 <±0.12° 。

量產實績：吞吐量與重現性數據

在實際量產環境中，FormFactor 展示了其 CM300xi-SiPh 與 TRITON 平台的強大性能：

測試重現性：光學與電學量測的重現性穩定維持在 <0.1 dB（平均 0.05–0.07 dB）。
吞吐量優化 (Skip Die Strategy)：透過針對性地跳過部分晶粒對準（僅對準特定 Die，其餘套用參數），可將測試時間縮減 45-60%，使吞吐量提升 1.8–2.5 倍 。
權衡分析：採取 Skip 策略會帶來約 0.3–0.5 dB 的耦合功率損失（Penalty），但在高容量生產中，此效率換取是可以被接受的。

Simple Tech Trend 觀點：SiPh 量產的最後一哩路

FormFactor 在此次會議展示的 Pharos 探針技術，解決了矽光子量產中最棘手的「安全性與精度平衡」問題。

3D 列印光學元件的勝利：透過 2PP 技術客製化透鏡 MFD，讓測試平台能適應不同 Foundry 的設計規範，這是設備廠跨足光學元件設計的重要轉折點。
軟硬體協同優化：不只是 6 軸移動平台的物理極限，FormFactor 導入的高頻域影像處理演算法（Adaptive Optics）將焦平面偵測誤差從 >50 $\mu m$ 縮減至 2 $\mu m$，這才是自動化能夠真正落地的核心關鍵。
趨勢預判：預計在未來 12–24 個月內，隨著 CPO (共同封裝光學) 進入試產階段，這種具備 3D 角度提取能力 的全自動量測系統將成為 Tier 1 代工廠與模組廠的標配，以應對日益嚴苛的 KGD (Known Good Die) 篩選需求。