シリコンフォトニクスとフォトニック回路:組み立てと接続技術の自動化

The assembly and packaging of photonic devices plays an important role for throughput and production costs. The highest possible automation degree is, therefore, very sought after; however, this is difficult to achieve. Because positioning accuracies in the submicrometer range — and in six degrees of freedom — are required. For example, for coupling glass fibers / fiber arrays to light-carrying structures or to photo / laser diodes or LEDs with little loss. The handling of the delicate glass fibers is also a complex task.

In order to technically realize this complex automation task, PI has developed various solutions that are essentially based on two pillars: High-precision mechanical positioning systems as well as algorithms developed by PI for tasks such as the search for first light or the gradient search, with which the maximum signal transmission can continuously be tracked.

One of the first companies that has developed complete systems based on this technology in order to automize the assembly of photonic integrated circuits (PICs) is the Dutch company TEGEMA B.V.

ミッシングリンク

TEGEMA B.V. 総合システムインテグレータであるNL社は、光学部品、特に光集積回路(PIC)の自動組立のためのモジュラマシンプラットフォームを開発しました。サブミクロンの精度で動作するこのシステムは、そのインテリジェントなアーキテクチャにより、PICの研究開発から量産まで対応することができます。これにより、現在市場に出回っているソリューションと比較して、サイクルタイムが10倍短縮されるという画期的な成果が得られました。PIの超高速・高精度アクティブアライメントシステムは、このフォトニックアッセンブリープラットフォームの心臓部です。

A real breakthrough for integrated photonic circuits

Arno Thoer, Director Technology & Engineering at TEGEMA

「このようなソリューションがないことが、これまでフォトニックコンポーネントの市場を妨げていました。ある意味、このプラットフォームによって、フロントエンドとバックエンドの間のミッシングリンクが生まれ、フォトニック集積回路にとって真のブレークスルーとなりました」と、TEGEMAのテクノロジ&エンジニアリングディレクタ、アルノ トーアは開発の重要性を強調しています。

多彩なプラットフォーム

>>TEGEMAのモジュールプラットフォームアーキテクチャは、このマシンの基礎であり、用途に応じたハードウェアモジュールの接続を可能にしています。PICのテストとパッケージングのために、マシンビジョンシステムによる大まかな位置決め、接着剤ディスペンサ、接着剤を硬化させるためのUV光源、回転台が、個々の要素、そして後には完成した部品をマシン内で搬送するために使用されています。そして、そのプラットフォームの心臓部にあるのがこちら: アクティブアライメントシステムです。

プロットフォームの心臓部

奥深くには、プラットフォームの心臓部を形成するPIのアクティブアライメントシステムが隠されています。 PIのモーションおよびポジショニングメカニクスとファームウェア・ルーチンにより、サブマイクロスケールでの光学素子の超高速アライメントが可能になりました。トラッキングモードでは、接着剤の硬化時に発生するストレスによる光学素子の位置変化を補正することができます。この特別なモードは、勾配検索のアルゴリズムの一部です。

これまで、PICのテストやパッケージングには5〜20分程度かかっていましたが、TEGEMAのマシンでは、アクティブアライメントやファイバターミネーションを含め、約30秒で完全にアセンブリされたコンポーネントを提供します。通常、位置決めに必要な時間は1秒未満です。

実際のアプリケーションの要件に応じて、PIの様々なバージョンのアライメントシステムが使用されており ー 最大で>>F-712.HA2両面アライメントシステムまで使用されています

モジュラ方式による成長と低コスト化

コンパクトなデザインとモジュラ方式こそが、TEGEMAのプラットフォームの特徴です。必要なスペースはほぼ1平方メートルで、場所を取らないため、高価なクリーンルームで使用する場合、全体のコストを削減することができます。

このシステムは、例えばスタートアップ企業などの研究開発環境でも使用できるように構成されているため、比較的小さな投資コストで、信号伝達用グラスファイバ/ファイバーアレイを備えたPICの迅速な組み立てが可能です。生産量が増えれば、モジュールを追加してシステムを再構成することができます。そのため、マシンは生産要件に合わせて成長していきます。

Large-Format Alignment – Fast Alignment Technology Uses ACS Control

The algorithms and routines used for optimizing coupling that are implemented in the firmware of the hexapod controller have now been extended to include ACS controls. This means that the advantages of the groundbreaking productivity can be used for various large-format applications such as photonics wafer testing, packaging of components, and chip testing even up to the manufacturing of lasers and optical devices.

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詳細はウェビナーをご覧ください:フォトニック集積回路のアセンブリとパッケージング。 完全に自動化されたプロセスに向けたモジュールコンセプト

フォトニックコンポーネントのコストは、組み立てとパッケージングのプロセスに大きく左右されます。これは、接続性の迅速な拡大がグローバルに求められている今、導入を妨げる要因となっています。ウェビナーのパート1では、TEGEMAの新製品 「フォトニクスの組み立て速度を飛躍的に向上させるモジュールマシンプラットフォーム 」のプレゼンテーションを行います。

ウェビナーのパート2では、「ソリューションの概要:スループットの高いフォトニクス製造オートメーションのためのインテリジェントマイクロロボティクス」をご紹介します。フォトニック集積回路の個々の素子を正確に配置することが、コストや歩留まりの面で非常に重要である理由を説明しています。TEGEMAのモジュールアセンブリプラットフォームに搭載されている技術とその活用方法をご紹介します。

Learn more about the "active alignment" technology and how the hardware and software work hand in hand for a superfast alignment and coupling

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