隨著AI服務器、數據中心數據傳輸量與傳輸速率的提升，電信號走線帶來的功耗、損耗和延遲問題越來越突出。CPO（Co-Packaged Optics，光電共封裝）通過將硅光PIC、激光器、探測器以及相關電子芯片集成在同一封裝腔體或基板體系中，縮短高速電互連距離。

Ranovus Odin CPO 原型板，僅作展示

CPO的可靠性問題也因此變得更加復雜。它不僅包含半導體互連，還包含光學粘接耦合結構，一旦光學組件發(fā)生微小位移，可能直接改變光路對準狀態(tài)，導致耦合效率下降和光損耗增加。

本文科準測控小編就基于Alpha-W260推拉力測試機的應用，圍繞CPO是什么、內部有哪些連接結構以及CPO推拉力測試項目等方面進行詳細介紹。

一、CPO是什么？

CPO全稱Co-Packaged Optics，即光電共封裝。

其核心思路是將光引擎與交換ASIC等電子芯片集成在同一封裝腔體或基板體系中，讓光電轉換位置更加靠近交換芯片，減少高速電信號在PCB上的長距離傳輸，降低互連功耗和延遲、提高帶寬密度，并進一步壓縮系統(tǒng)空間。

CPO封裝過程涉及半導體封裝、硅光、光纖耦合、光學粘接以及高密度互連等多種技術。

二、CPO內部有哪些機械連接結構？

CPO內部的機械連接可以分為以下幾類：

1. 芯片與基板之間的貼裝連接

CPO內部可能包含硅光PIC、激光器、探測器、TIA、DRV等多種裸芯片。

這些芯片通過銀膠、共晶焊或其他Die Attach工藝安裝到封裝基板或相應載體上。

2. 微凸點、銅柱及焊球連接

CPO中的芯片與基板、高密度封裝結構之間可能采用微焊球、Cu-Pillar銅柱等互連方式，封裝底部也可能存在BGA焊球。

3. Wire Bond鍵合連接

部分CPO光芯片及電子器件可以通過金線、銅線等鍵合絲實現芯片與基板之間的電氣連接。

4. 光學組件UV膠粘接結構

光纖陣列FA、透鏡陣列、Z-block、準直器等光學組件可能需要通過UV膠進行固定和精密耦合。

5. FPC及其他柔性粘接結構

部分CPO組件還可能涉及FPC柔性排線、復合膜以及其他粘接薄膜結構。

三、CPO封裝可靠性如何檢測？

CPO內部連接形式較多，需要針對不同的連接結構設計對應的測試項目。

1. CPO芯片剪切測試——Die Shear

被測對象主要包括硅光PIC、激光器芯片、TIA/DRV裸芯片等。

Die Shear主要用于評價芯片通過銀膠、共晶焊等方式貼裝到基板后的機械結合強度。

測試時，將CPO組件或相應封裝半成品固定在測試平臺上，通過顯微系統(tǒng)定位目標芯片，根據芯片尺寸選擇相應推刀。推刀移動至芯片側面，并根據芯片厚度及測試要求設置剪切高度，隨后沿接近基板平面的方向加載，直至芯片或連接區(qū)域發(fā)生失效。

測試過程中記錄最大剪切力及力—位移曲線，測試后觀察芯片及基板殘留狀態(tài)，判斷是膠層內部破壞、界面脫粘還是芯片本體發(fā)生破壞。

對于較薄的硅光芯片，還需要注意推刀位置和加載方式，避免測試過程中首先發(fā)生芯片碎裂。

2. 焊球及微凸點剪切測試——Ball Shear/Bump Shear

針對CPO中的BGA焊球、微焊球及Cu-Pillar銅柱等互連結構，可以進行Ball Shear或相應的微凸點剪切測試。

測試時，微型推刀移動到目標焊球或凸點側面，在規(guī)定剪切高度下進行水平加載，直至連接發(fā)生破壞。

通過測試可以獲得最大剪切力和力—位移曲線，并進一步觀察焊料本體破壞、焊料/焊盤界面失效、焊盤剝離、凸點本體破壞等。

3. 凸點拉拔測試——Bump Pull

除了橫向剪切，部分銅柱凸點、微焊球還可以進行垂直方向的Bump Pull測試。

與Bump Shear不同，Bump Pull是沿垂直方向將凸點向上拉拔。

這種測試方式可以進一步觀察失效發(fā)生在凸點本體、焊料層還是焊盤界面，對于晶圓級及高密度共封裝微互連結構具有一定的機械可靠性評價價值。

4. 鍵合引線拉力測試——Wire Pull

對于采用Wire Bond結構的CPO器件，可以進行Wire Pull鍵合線拉力測試。

測試時，通過顯微系統(tǒng)找到目標鍵合線，將微型拉鉤移動到線弧下方，在規(guī)定位置向上加載，直至鍵合線或鍵合區(qū)域發(fā)生失效。

測試過程中記錄最大拉力，并觀察最終斷裂位置第一鍵合點、第二鍵合點、鍵合線中部、焊盤相關區(qū)域，通過最大拉力與斷裂位置結合，可以進一步分析鍵合工藝質量。

5. 光纖陣列及光學組件側向推力測試

主要測試對象包括：FA光纖陣列、透鏡陣列、Z-block、準直器、其他UV膠固定的光學耦合組件。

測試時，將CPO光學組件固定在測試平臺上，選擇與光學元件尺寸匹配的推刀或專用測試工具，從規(guī)定方向對目標組件施加側向載荷。

隨著載荷增加，設備實時記錄力—位移曲線，直至UV膠體或相關粘接界面發(fā)生失效。

由于CPO光學耦合對位置非常敏感，還需要根據具體研發(fā)要求觀察加載前后光學組件是否發(fā)生位移，并結合光損耗、耦合效率等光學指標評價其可靠性。

6. FPC及粘接薄膜剝離測試

針對CPO組件中的FPC柔性排線、復合膜及相關粘接薄膜，可以根據實際結構進行90°或180°剝離測試。

測試過程中持續(xù)記錄剝離力變化，用于評價膠層的粘接穩(wěn)定性和剝離強度。

7. 循環(huán)疲勞測試

針對需要進行長期可靠性研究的焊點、光學膠體及相關連接結構，還可以施加往復小載荷進行循環(huán)疲勞測試。

通過一定次數的循環(huán)加載，模擬振動或長期機械應力作用，觀察連接結構是否發(fā)生疲勞損傷以及力學性能衰減。

8. SMT貼片元件推力測試

CPO封裝基板上還可能安裝電阻、電容等無源器件。

針對這些SMT貼片元件，可以從器件側面施加推力或剪切載荷，評價元件與基板之間焊點的機械連接強度。

四、CPO推拉力測試主要關注哪些數據？

CPO機械可靠性測試根據測試項目不同，通常需要綜合關注測試位置、最大推力/拉力、力—位移曲線、剪切高度、加載方向、失效模式、測試前后狀態(tài)。

對于光學組件，還需要特別關注機械加載是否造成位置變化。

例如，一個FA光纖陣列經過側向加載后并沒有全脫落，但已經產生微米級位置變化，那么從單純機械強度角度可能還沒有“斷"，從光學系統(tǒng)角度卻可能已經造成耦合性能下降。

因此，CPO機械可靠性測試相比普通電子封裝更需要將機械強度與具體光學結構結合起來分析。

五、CPO推拉力測試參考哪些標準？

根據不同測試項目，可以參考相應的半導體封裝機械測試方法：

MIL-STD-883 Method 2019——Die Shear芯片剪切測試

MIL-STD-883 Method 2011——Bond Strength鍵合強度測試

JESD22-B117——Solder Ball Shear焊球剪切測試

需要注意的是，CPO中的FA光纖陣列、透鏡陣列、Z-block、準直器及UV膠耦合等光學粘接結構，并不能簡單直接套用上述半導體測試標準。具體測試方法、加載方向、速度和判定指標還需要結合產品結構、企業(yè)規(guī)范及實際可靠性要求確定。

六、CPO推拉力測試設備

CPO推拉力測試對象跨度較大，從微小焊球、Cu-Pillar、鍵合線，到硅光PIC、激光器芯片，再到FA光纖陣列、透鏡陣列及其他UV膠粘接光學組件，不同對象需要匹配不同量程的傳感器、推刀、拉鉤和測試夾具。

科準測控Alpha-W260自動推拉力測試機可根據具體CPO樣品配置相應測試工具，用于Die Shear芯片剪切、Ball/Bump Shear焊球及微凸點剪切、Bump Pull凸點拉拔、Wire Pull鍵合線拉力以及相關微小器件推力測試。

針對FA光纖陣列、透鏡陣列、Z-block、準直器及其他光學粘接結構，則需要根據實際樣品尺寸、固定位置、受力方向及測試空間設計對應的推力或拉力工裝。

對于CPO這種結構復雜的光電共封裝產品，測試前最重要的不是直接確定“用多少牛的設備"，而是先明確具體測試對象和失效界面，再確定加載方式、傳感器量程及測試工具。

以上就是科準測控小編為您介紹的CPO光電共封裝推拉力測試方法。如果您還有關于CPO推拉力測試、硅光芯片Die Shear、微凸點剪切、Bump Pull、Wire Pull、FA光纖陣列推力、UV膠粘接強度測試、自動推拉力測試機選型或Alpha-W260設備參數調試等方面的疑問和測試需求，歡迎聯(lián)系科準測控，獲取免費的專業(yè)技術支持及測試方案。