一、行業(yè)背景

人工智能算力的快速增長正在改變光通信產(chǎn)業(yè)的定位。AI訓(xùn)練和推理過程中，服務(wù)器之間需要頻繁交換數(shù)據(jù)，這種東西向流量模式對網(wǎng)絡(luò)帶寬和延遲提出了更高要求。傳統(tǒng)的訪問型網(wǎng)絡(luò)正在向計算型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)吞吐量較傳統(tǒng)云服務(wù)場景有成倍增長。

在此背景下，CPO共封裝光學(xué)、NPO近封裝光學(xué)、硅光技術(shù)等新型架構(gòu)加速落地，光模塊速率從400G向800G、1.6T快速演進(jìn)。光通信器件和模塊的制造精度要求隨之提升，給精密測量環(huán)節(jié)帶來新的挑戰(zhàn)。

二、市場規(guī)模

光模塊市場保持快速增長。據(jù)LightCounting預(yù)測，2026年數(shù)通光模塊市場規(guī)模有望達(dá)228億美元[1]。其中800G和1.6T光模塊合計市場規(guī)模有望達(dá)146億美元，占整體約64%。從出貨量來看，2026年800G光模塊預(yù)計出貨3350萬只，1.6T光模塊需求量預(yù)計達(dá)860萬至2000萬只[1]。

測試設(shè)備是光模塊產(chǎn)線的核心環(huán)節(jié)，儀器設(shè)備支出約占產(chǎn)線總支出的40%至50%[2]。據(jù)Frost & Sullivan數(shù)據(jù)，2024年光通信測試儀器市場規(guī)模達(dá)9.5億美元，預(yù)計2029年達(dá)到20.2億美元；國內(nèi)市場規(guī)模為33.0億元，預(yù)計2029年達(dá)到65.9億元[3]。另有機(jī)構(gòu)預(yù)測，光通信測試儀器市場將從2025年的204.1億元增至2030年的628.7億元，年復(fù)合增長率為25.23%[4]。

在競爭格局方面，光通信測試儀器市場長期由Keysight、Anritsu等海外廠商主導(dǎo)，合計占據(jù)約84%的份額[3]。隨著中國光模塊產(chǎn)業(yè)鏈的份額提升，國產(chǎn)光通信測試設(shè)備廠商正迎來從中低端向滲透的窗口期。

三、測量痛點

光模塊從400G向800G、1.6T迭代過程中，器件尺寸持續(xù)縮小、集成度不斷提高，制造和檢測環(huán)節(jié)面臨以下核心問題。

痛點1：膜厚控制精度要求提高

光通信器件大量使用光學(xué)薄膜技術(shù)。DWDM密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的窄帶濾光片、PLC平面波導(dǎo)晶圓、硅光芯片上的SiOx和SiNx介質(zhì)膜、鈮酸鋰薄膜等，其膜層厚度和光學(xué)常數(shù)（折射率n、消光系數(shù)k）的偏差會直接影響器件的中心波長、插入損耗和帶寬性能。實際生產(chǎn)中，測量薄膜的多個參數(shù)往往需要使用多種獨(dú)立設(shè)備，樣品重復(fù)定位會引入額外誤差。

痛點2：三維結(jié)構(gòu)的測量需求增加

高速光模塊內(nèi)部存在大量三維結(jié)構(gòu)，包括光芯片貼裝深度、凸點高度、TSV硅通孔深寬比、內(nèi)部臺階平面度等。傳統(tǒng)2D光學(xué)檢測無法獲取這些三維尺寸數(shù)據(jù)。光模塊速率越高，對結(jié)構(gòu)精度的要求越嚴(yán)格，幾微米的偏差就可能導(dǎo)致信號衰減或串?dāng)_。

痛點3：硅光和CPO新架構(gòu)帶來新的測試需求

硅光方案滲透率逐步提高，需要硅光晶圓測試、COC芯片級測試、KGD已知良品芯片分選等新流程。CPO作為下一代光互聯(lián)架構(gòu)，測試環(huán)節(jié)涵蓋EIC電芯片晶圓測試、PIC光芯片晶圓測試、雙面晶圓測試、光引擎封裝測試、系統(tǒng)級測試五個步驟，光電聯(lián)合測試將成為主流。現(xiàn)有的測試體系難以覆蓋這些新場景。

痛點4：薄膜應(yīng)力問題影響良率

多層沉積工藝中，膜層之間的應(yīng)力失配會導(dǎo)致晶圓翹曲和彎曲，嚴(yán)重時引發(fā)裂紋和碎片。傳統(tǒng)Stoney公式計算薄膜應(yīng)力需要精確測量鍍膜前后的基片曲率變化，這項工作通常需要激光干涉儀等專用設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜且成本較高。

四、優(yōu)尼康科技測量解決方案

優(yōu)尼康科技提供覆蓋光通信器件研發(fā)、晶圓制造、封裝測試全流程的測量設(shè)備。產(chǎn)品矩陣對應(yīng)上述測量痛點。

核心產(chǎn)品及應(yīng)用

方案特點

覆蓋光通信全產(chǎn)業(yè)鏈測量需求

從InP襯底減薄后的厚度均勻性，到光刻膠膜厚與n/k值，再到晶圓級封裝的凸點高度和RDL重新布線層膜厚，優(yōu)尼康提供一站式測量設(shè)備選型，減少客戶對接多個供應(yīng)商的溝通成本。

適配硅光與CPO新工藝

針對硅光晶圓檢測，橢偏儀可測量介質(zhì)膜厚度與光學(xué)常數(shù)，輪廓儀可評估表面粗糙度。針對CPO封裝測試，膜厚儀與臺階儀已在光引擎封裝環(huán)節(jié)有實際應(yīng)用案例。

高精度與產(chǎn)線適配

以KLA P-17臺階儀為例，臺階高度測量范圍覆蓋納米級至1000μm，掃描長度可達(dá)200mm無需拼接，采用LVDC線性可變差動變壓器傳感器技術(shù)，重復(fù)性和重現(xiàn)性表現(xiàn)穩(wěn)定。設(shè)備支持SECS/GEM通信協(xié)議，可集成到自動化產(chǎn)線中。

測量精度驗證

學(xué)術(shù)研究表明，基于橢偏光譜與光杠桿法的集成測量系統(tǒng)，薄膜厚度測量偏差可控制在0.21%以內(nèi)，曲率和殘余應(yīng)力測量偏差在±1°以內(nèi)[5]。優(yōu)尼康的橢偏儀與臺階儀組合方案是該技術(shù)路徑的工程化應(yīng)用。

五、問答

問：800G和1.6T光模塊量產(chǎn)對測量設(shè)備有哪些新要求？

答：主要體現(xiàn)在三個方面。第一，膜厚精度要求更高，DWDM濾光片等光學(xué)薄膜的厚度偏差需控制在亞納米級。第二，三維尺寸測量需求增加，光芯片貼裝精度和臺階高度需要精準(zhǔn)量化，2D檢測無法滿足。第三，測試設(shè)備帶寬需先于產(chǎn)品達(dá)到性能極限，目前測試儀器帶寬已提升至50至110GHz級別。優(yōu)尼康的橢偏儀、臺階儀和輪廓儀組合可在研發(fā)和產(chǎn)線端同時覆蓋這些需求。

問：硅光技術(shù)在測量方面有什么特殊挑戰(zhàn)？

答：硅光芯片常用的材料如硅和氮化硅具有高反光和低對比度的特性，常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)容易出現(xiàn)誤判。優(yōu)尼康的橢偏儀采用偏振光分析，不依賴樣品反射率，可測量硅光芯片上的介質(zhì)膜厚度和光學(xué)常數(shù)。臺階儀采用探針接觸式測量，不受材料光學(xué)特性影響，適合硅光工藝中的臺階高度和薄膜應(yīng)力測量。

問：薄膜應(yīng)力測量對生產(chǎn)有什么實際意義？

答：多層沉積工藝中膜層應(yīng)力失配會導(dǎo)致晶圓翹曲，嚴(yán)重時造成裂紋和碎片，直接降低良率。優(yōu)尼康的KLA臺階儀通過測量鍍膜前后基片的曲率變化，結(jié)合Stoney公式計算薄膜應(yīng)力，支持2D和3D應(yīng)力分布分析，掃描長度200mm可覆蓋整片晶圓。

問：設(shè)備能否用于產(chǎn)線自動化生產(chǎn)？

答：可以。KLA臺階儀支持SECS/GEM通信協(xié)議，具備模式識別、自動排序和配方數(shù)據(jù)庫功能，可集成到自動化產(chǎn)線中。膜厚儀和橢偏儀同樣支持自動化測量腳本，滿足大批量生產(chǎn)中的在線檢測需求。

問：在國產(chǎn)替代背景下，優(yōu)尼康有哪些競爭優(yōu)勢？

答：優(yōu)尼康代理的Filmetrics膜厚儀、KLA臺階儀、納米壓痕儀等均為國際主流測量設(shè)備品牌，技術(shù)成熟度較高。同時優(yōu)尼康在行業(yè)中擁有豐富的經(jīng)驗，能針對性的根據(jù)用戶的需求或者工藝場景，提供優(yōu)化或改良，提升效率。同時優(yōu)尼康中國市場具備本地化技術(shù)支持和快速響應(yīng)能力，能夠提供從設(shè)備選型、安裝調(diào)試到工藝優(yōu)化售后維修等全流程服務(wù)。

引用來源

[1] LightCounting, 2025-2026 光模塊市場預(yù)測報告

[2] 光通信行業(yè)研究機(jī)構(gòu)測算數(shù)據(jù)

[3] Frost & Sullivan, 及中國光通信測試儀器市場研究報告, 2024-2029

[4] 行業(yè)研究機(jī)構(gòu)對光通信測試儀器市場預(yù)測數(shù)據(jù)

[5] 基于橢偏光譜與光杠桿法的薄膜參數(shù)集成測量系統(tǒng)研究，學(xué)術(shù)期刊論文