5G商轉如火如荼，5G服務與相關通訊設備已陸續出現在市場上，大舉推出的時間點預計將落在2020年，屆時不僅網路建設將大規模開展，支援5G的各種終端應用產品也將進軍市場。使得5G相關產品製造商將面臨截然不同的挑戰，如何大幅提升產品測試的效率，以趕上緊湊的產品上市時程計畫，將是5G供應鏈廠商必須克服的問題。
為此，致茂電子舉辦「2019 5G通訊量測應用研討會」，該公司總經理曾一士表示，2019年已經有14~15個國家推動5G商轉，2020年將持續增加。而除了5G，AI與IoT也是未來幾年重大的科技趨勢，這些技術發展與應用不啻是產業重心與商機。但相對之下，高傳輸速率、低延遲、高可靠度、功能安全性等的要求帶動元件、成品的測試挑戰與需求，為達成產品與技術效能全面提升的走向，測試的必要性也更被重視。
5G技術架構全面提升
5G網路全面改善4G系統的效能，工研院資通所新創長周勝鄰提到，5G主要透過無線電標準與網路規劃/建置來克服效能提升的技術挑戰。5G要求系統容量達4G的100~1000倍成長，其中透過大規模MIMO(Massive MIMO)，以提升頻譜效率；開發高頻毫米波(mmWave)，來取得更多可用頻段；超高密度網路(Ultra-Dense Networks, UDN)可以提升網路容量。
另外，5G的高可靠度/低延遲將帶動許多新興應用如：車聯網、智慧製造、智慧醫療、AR/VR等，許多過去未能落實的概念，在5G時代得以發展，小型基地台就會從強化網路覆蓋率的角色，轉變為擴增網路容量的任務，成為5G時代的組網主幹。
光通訊骨幹因應5G升級頻寬
而5G傳輸速率大幅提升，也帶動光通訊網路的發展，由於5G需要部署大量基地台，傳統的基地台功能也被拆分為RU(Radio Unit)、DU(Distribution Unit)、CU(Central Unit)三個主要單元，因應這些網路單元的布建與架構方式，致茂電子資深經理張敏宏(圖1)表示，光纖網路除了頻寬升級需求外，各式與無線接取單元搭配的光纖網路扮演重要的角色，包括RU與DU間的前傳網路(Fronthaul)、DU與CU間的中傳網路(Midhaul)、CU與核心網路間的後傳網路(Backhaul)都需要仰賴光通訊技術。
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因應頻寬的成長需求，光通訊技術也推動改朝換代，尤其是高頻寬解決方案未來幾年將持續被導入，張敏宏表示，波長分波多工(Wavelength Division Multiplexing, WDM)應用將更為普遍，而已經發展相當成熟的不歸零(Non-Return-to-Zero, NRZ)編碼，將逐漸為可提供更高頻寬的四階脈衝振幅調變(Pulse Amplitude Modulation-4, PAM4)技術取代，核心骨幹網路頻寬將升級到400G，光通訊收發器(Transceiver)數量也將大幅成長。而在光收發器生產過程中，通常會在CoC(Chip on Carrier)階段進行燒機與光電特性量測，以確保光收發器品質與信賴性。
毫米波元件測試眉角多
5G導入高頻毫米波為一大技術亮點，但高頻電波特性帶來許多技術挑戰，致茂電子副總經理蔡譯慶(圖2)說明，4G射頻模組是由SiP(Silicon in Package)方式整合不同製程技術來製作功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)、濾波器(Filter)、開關(Switch)和被動元件等；5G毫米波射頻模組為維持號完整性，將走向高度整合，5G毫米波採用波束成形(Beamforming)技術，降低PA功率發射的限制與要求，5G天線模組也因為毫米波波長變短，模組得以微縮。
在RF元件的測試上，蔡譯慶指出，目前致茂就微型接觸力(Miniature Contact Force)、射頻屏蔽(RF Shielding)、整合性測試(All In One Testing)為主要瓶頸與重點。由於RF元件的高整合度，天線可能壓印在晶片表面，測試儀器或測試機構的施力變得很重要，若沒控制好可能導致元件毀損；另外，5G RF元件對射頻屏蔽的要求更高，包括一次可測試多顆晶片，手機基地台與Wi-Fi AP的抗干擾性、站點間抗干擾性、可靠的干擾係數測試都是重點；以上的項目與其他完整性的測試都可以透過客製化的方式設計，提供整合性的測試項目。
5G毫米波OTA測試為關鍵
除了半導體層級的測試之外，5G射頻模組的訊號測試是另外一項重點，匯宏科技副處長黃玉亮(圖3)說，5G RF在發射端測試項目包括：發射功率、輸出功率動態範圍、訊號傳輸品質、輸出射頻發射頻譜(Output RF Spectrum Emissions)等。接收端測試項目包括：多樣化特性如Beamforming、靈敏度、最大訊號輸入等級、鄰頻干擾(Adjacent Channel Selectivity)、屏蔽特性、調變特性、雜散發射(Spurious Emissions)等。
而5G RF模組也會進行高整合度的AiP(Antenna in Package)設計，許多RF元件與天線整合在一個封裝內，因此無法進行傳統的傳導測試(Conductive Test)，必須要透過空中傳輸(Over The Air, OTA)進行測試，黃玉亮解釋，OTA測試有幾個需要注意的重點，暗室(Chamber)的隔離效能，在測試空間中必須要有吸波設計，以免干擾影響測試準確性；另外，由於遠場測試準確度較高，毫米波元件測試距離是兩倍天線直徑尺寸的平方除以波長，天線直徑越大需要越大的測試距離；天線的選擇需要考量使用頻率、水平/垂直極化特性、是否需加上訊號放大器等；被測物在暗室中擺放的位置，需以不影響訊號表現為原則。
晶片ATE確保品質
而智慧手機是最重要的5G終端之一，5G手機晶片的重要性不言可喻，以目前主要晶片廠的發展概況而言，致茂電子專案經理楊聯甫(圖4)認為，5G CPU與毫米波數據機晶片會分開，然後直接連接毫米波的RF天線模組，所以在測試上自動測試設備(ATE)需要提供毫米波訊號給數據機晶片、RF模組與天線。而且數據機與RF模組要同時相容2G/3G/4G標準，所以ATE也需要可以測試2G/3G/4G/5G的訊號並分析。在6GHz以下的數據機與RF模組因為功耗與效能考量，不會進行整合，因此ATE需要提供100MHz頻寬的訊號給基頻晶片與RF模組。
在ATE測試系列部分，楊聯甫說明，高階的Chroma 3680可以測試傳輸速率150Mbps~1Gbps，支援16個插槽，最多同時測試512個待測物；在6GHz以下的部分，HDAVO(High Density Audio Video Option)主要測試影音訊號的傳輸，HDRF則是測試射頻訊號，包括5G RF SoC、5G RF收發器、Wi-Fi、BT、GPS、IoT等通訊模組。毫米波測試最高支援67GHz頻段，主要測試5G毫米波晶片訊號。
在座談階段，新電子雜誌社長王智弘與致茂電子講師針對5G的測試議題進行深入互動，黃玉亮表示，傳導測試與OTA測試在數據重複性、數據準確度與測試複雜度部分都有所不同；楊聯甫指出，毫米波訊號衰減嚴重，所以高頻RF元件需要進行高整合度設計，以維持訊號完整性；張敏宏提到，光通訊雷射燒機測試為避免雷射二極體互相干擾，並可具體檢測雷射發光的問題所在，因此Burn in測試通常在CoC階段進行。
