Tests pour circuits intégrés photoniques

Description

Moteur du développement des réseaux à haut débit et de la 5G, les circuits intégrés photoniques (PIC) sont une technologie bien connue dans le monde des télécommunications, principalement grâce au développement effréné de transpondeurs et de composants passifs plus petits, plus rapides, moins chers et plus écologiques que leurs homologues optiques. Tant du point de vue commercial que de la recherche, les PIC gagnent également du terrain dans d'autres secteurs également (par exemple, les laboratoires sur puce, la technologie LIDAR ou l'informatique quantique).

Au fil des ans, EXFO a travaillé en étroite collaboration avec cette industrie et cette communauté PIC en constante évolution afin de mettre au point des solutions matérielles et logicielles de test et de mesure (T&M) automatisées, évolutives, rapides, précises et optimisées sur le plan des coûts. Ces solutions vont du simple test optique à la caractérisation optique spectrale ou à l'analyse du trafic. EXFO offre également une vaste sélection de stations de palpage pour les configurations de plaquettes, de barres, de puces multiples ou individuelles, ainsi qu'une suite logicielle d'automatisation performante.

Grâce à son adhésion à des consortiums, EXFO s'est associée à d'importants fournisseurs dans le monde entier pour offrir des solutions intégrées pour tester les circuits intégrés photoniques. 

Une nouvelle technologie, de nouveaux défis

L'essor de la photonique intégrée pose de nouveaux défis complexes en matière de R&D et d'itérations de maturation vers le succès commercial d'un produit. Les essais sont un aspect essentiel, car ils représentent la majeure partie du coût du produit et leurs résultats sont consommés à tous les stades du cycle de vie - de la conception et du développement à la production, en passant par la qualification et la validation.

L'automatisation est essentielle à cet égard. Cependant, la répétabilité, l'extensibilité et la parallélisation des processus de test sont également nécessaires pour le volume massif de circuits et de ports, en vue d'atteindre la rentabilité des économies d'échelle que la fabrication par photolithographie promet.

Il peut également être difficile de suivre l'évolution des exigences en matière de tests optiques et d'équiper les laboratoires de photonique en conséquence pour tester les composants optiques actifs (c'est-à-dire émettant de la lumière) ou passifs (c'est-à-dire guidant la lumière). Vous vous demandez peut-être : quelles sont les capacités de test spectral que je devrais rechercher maintenant ou dans un avenir proche ? Comment puis-je obtenir une analyse du trafic pour les PIC ?  Découvrez ici les solutions qui s'offrent à vous.

Automatiser et accélérer les tests pour les PIC et les composants optiques, de la conception au test et à la validation

La conception et la fabrication de puces pour les circuits intégrés photoniques évoluent rapidement, les plaquettes photoniques contenant désormais des milliers de composants mis à disposition par les fondeurs au moyen de kits de conception de processus (PDK). Pour créer et mettre à jour ces PDK, les fabricants de plaquettes ont besoin de solutions de test fiables afin d'optimiser les différents paramètres d'intérêt pour un composant optique donné.

Les tests sont une étape cruciale après la conception et la fabrication pour fournir un retour d'information aux outils de conception et contribuer à leur optimisation. Il est également nécessaire pour le contrôle des processus, afin de garantir que les dispositifs fonctionnent comme prévu tout au long de l'assemblage et de l'emballage des puces PIC. Les dispositifs PIC sont généralement testés au niveau de la plaquette avant le découpage en tranches afin de détecter les défauts le plus tôt possible et d'éviter d'emballer des puces défectueuses. 

À l'aide d'une station de sonde PIC, la lumière peut être couplée à l'intérieur et à l'extérieur de chaque puce en utilisant un matériel de fibre optique spécialement conçu et un logiciel d'alignement de haute précision. Il est également possible de coupler plusieurs composants simultanément à l'aide d'un réseau de fibres. La précision de l'alignement et la vitesse permettent d'optimiser le couplage en une fraction de seconde.

Une fois la lumière couplée à la plaquette, les caractéristiques optiques de l'objet sous test peuvent être mesurées. La mise à l'essai de dispositifs photoniques est au cœur de l'expertise d'EXFO ; le CTP10 permet de relever les principaux défis liés à la mesure des PIC. Les solutions de test PIC d'EXFO permettent de mesurer les composants optiques de façon rapide, fiable et précise.

Logiciel PILOT - Couplage de bords sur une puce

Stations de sondage automatisées

La série OPAL de stations de sondage automatisées est conçue pour offrir des performances de pointe dans le test de plaquettes, de puces multiples ou individuelles dans le domaine de la photonique intégrée. Avec des capacités de couplage de tranchées et des options reconfigurables, ils garantissent des mesures précises, répétables et rapides.  

Test flexible des circuits intégrés photoniques

La série OPAL offre des solutions de test PIC polyvalentes, avec différents modèles conçus pour répondre aux besoins spécifiques des applications de couplage de bords à l'échelle de puce individuelles, multiples et d'une plaquette de silicium.

OPAL-SD: Station de test semi-automatique d'entrée de gamme pour le test d'une seule puce. Elle offre des performances flexibles, rentables et évolutives, avec un alignement optique automatisé et des résultats de test traçables. Le positionnement manuel de la matrice et des sondes électriques en fait une solution pratique pour les tests de précision. 

OPAL-MD: Une station de test multi-die haute performance, fournissant des résultats rapides, précis et reproductibles. Elle est conçue pour la caractérisation photonique intégrée avancée et permet des configurations de test flexibles. Ouvert aux instruments EXFO et aux instruments tiers, l'OPAL-MD permet d'effectuer des tests PIC complets et axés sur les données. 

OPAL-EC:

Une station de test de pointe au niveau de la plaquette, optimisée pour le découplage des bords. Elle offre une précision, une vitesse et une flexibilité inégalées dans l'industrie pour la caractérisation de la photonique intégrée. L'OPAL-EC est idéal pour les essais PIC précis au niveau de la plaquette, combinant les capacités de mesure optique d'EXFO et la compatibilité avec les instruments de tierces parties.

Active optical components

Testing active components such as lasers and amplifiers found on PICs is usually done using an optical spectrum analyzer (OSA). This general-purpose test instrument measures the spectral signal of the sources, as shown below.

Les OSA de pointe, tels que le  OSA20, ont l'avantage d'être très rapides, réalisant jusqu'à cinq balayages par seconde à des vitesses de 2000 nm/s, suffisamment rapides pour permettre l'alignement des composants en temps réel et avec une résolution suffisamment élevée pour permettre la mesure de paramètres clés tels que l'OSNR et le SMSR.

Test des composants passifs

Le test des composants passifs des circuits intégrés photoniques est souvent difficile en raison du nombre élevé de ports de certains composants tels que les réseaux de guides d'ondes (AWG) ou du nombre même de composants à tester sur une seule puce. Une plate-forme de test de composants est un système de détection multiport qui fonctionne en conjonction avec un laser accordable en continu pour mesurer la perte d'insertion optique, la perte de retour et la perte dépendant de la polarisation dans la gamme spectrale du laser. La méthode permet d'obtenir un spectre optique rapidement et avec une résolution en longueur d'onde élevée, typiquement de l'ordre du picomètre.

Le CTP10 

est une plate-forme modulaire de test de composants qui fonctionne avec les lasers accordables en continu T200S ou T500S. Le CTP10 caractérise les propriétés spectrales des dispositifs à grand nombre de ports en un seul balayage avec une résolution spectrale élevée et une plage dynamique de 70 dB, même à une vitesse de balayage de 200 nm/s. Le CTP10 fonctionne de 1240 à 1680 nm et couvre une large gamme d'applications, y compris les télécommunications, la détection et le LIDAR. L'instrument permet des mesures optiques et de photocourant avec une sortie analogique possible pour la recherche de la première lumière PIC et l'optimisation du couplage. Son électronique et son processeur interne facilitent le transfert des données. Le CTP10 peut être contrôlé à distance à l'aide de commandes SCPI, ce qui facilite son intégration dans une installation automatisée de test de PIC, augmentant ainsi le rendement des tests de PIC tout en réduisant la durée des tests. La haute résolution d'échantillonnage jusqu'à 20 fm du CTP10 permet de mesurer avec précision des caractéristiques spectrales étroites, telles que les résonances des résonateurs en anneau à Q élevé (voir l'exemple ci-dessous), qui ont des applications dans les modulateurs et les capteurs.

  – voir le GUI en action

Pour la caractérisation des composants PIC avec un nombre limité de sorties, le CT440 est une solution plus compacte. Le CT440 a la même précision en longueur d'onde et la même couverture spectrale que le CTP10 et peut effectuer des mesures IL/PDL.

Reconfigurable tests

Lorsque l'on teste des centaines, voire des milliers de composants sur une seule tranche de silicium, l'automatisation devient rapidement essentielle. C'est d'autant plus vrai que les fonctionnalités optiques peuvent varier d'un dispositif à l'autre ou d'une matrice à l'autre. Par conséquent, les solutions de test PIC doivent permettre une reconfiguration rapide de la connectivité des ports à l'aide de commutateurs optiques automatisés. En outre, des tests plus simples, à point unique, peuvent également contribuer à la rapidité globale du processus de test et de mesure (T&M).

Les solutions d'EXFO relèvent ce défi sous deux angles. Premièrement, grâce à des modules de test optique (modules FTBx) pour une configuration simple de test laser + wattmètre, avec la possibilité d'ajouter des atténuateurs, des commutateurs ou différents types de sources optiques. Deuxièmement, la reconfiguration rapide et reproductible grâce au commutateur matriciel MXS.

Ressources connexes :

• Modular optical test solution

Trasnpondeurs basés sur le PIC : Analyse du trafic

Les circuits intégrés photoniques sont actuellement déployés pour faire face à la saturation de la bande passante dans l'industrie des transpondeurs. Cette tension est due à l'augmentation constante des exigences en matière de performances et de coûts dans les centres de données et les applications 5G.

La qualification de bout en bout des transpondeurs nécessite une gamme complète de testeurs optiques et électriques haut de gamme. Pour aider les fournisseurs de transpondeurs à assurer la conformité tout au long du cycle de vie des émetteurs-récepteurs, EXFO offre une gamme de solutions de test électrique et optique, du niveau de la plaquette jusqu'aux dispositifs emballés, incluant la Pour en savoir plus sur les testeurs de taux d'erreur binaire et l'oscilloscope d'échantillonage EA-4000 et le testeur de taux d'erreur binaire BA-4000.

Pour en savoir plus sur les testeurs de taux d'erreur binaire et les oscilloscopes d'échantillonnage, téléchargez notre dépliant.