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

フォトニックデバイスの組立とパッケージングは、スループットと生産コストに重要な役割を果たしています。そのため、可能な限り高い水準の自動化が強く求められています;しかしながら、これを実現するのは困難です。なぜなら、サブマイクロメートルの範囲内 — そして6自由度 — での位置決め精度が要求されるからです。例えば、ガラスファイバ/ファイバアレイを光伝送構造体やフォト/レーザダイオード、またはLEDに僅かな損失で結合すること。繊細なグラスファイバの取り扱いも複雑です。

この複雑な自動化タスクを技術的に実現するために、PIは2つの柱に基づいたさまざまなソリューションを開発してきました: 高精度の機械的位置決めシステムと、最大信号伝送を継続的に追跡できる、ファーストライトの探索や勾配探索などのタスクのためにPIが開発したアルゴリズムです。

フォトニック集積回路 (PIC) の組立を自動化するためにこの技術に基づいた完全なシステムを開発した最初の会社の一つは、オランダの会社TEGEMA B.V.です。

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。

フォトニック集積回路の真のブレークスルー

TEGEMAの技術&エンジニアリングディレクター、Arno Thoer氏

「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のモジュラ型プラットフォームアーキテクチャ は、マシンの基盤です;手元のアプリケーションに固有のハードウェアモジュールを接続することが可能です。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の異なるバージョンのアラインメントシステム - >> F-712.HA2 両面アラインメントシステムまでが使用されます。

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使用するために構築することが可能であり、そのため、比較的少ない投資コストで、信号を伝送するグラスファイバ/ファイバアレイとのPICの高速アセンブリを可能にします。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。

大規模なフォーマットアライメント – ACSコントロールを使用する高速アラインメントテクノロジ

ヘキサポッドコントローラのファームウェアに実装されている結合を最適化するために使用されるアルゴリズムとルーチンが、ACS制御を含むように拡張されました。この画期的な生産性の利点は、フォトニクスのウエハテスト、部品のパッケージング、チップのテストなど、レーザや光デバイスの製造に至るまで、さまざまな大型アプリケーションに利用できることを意味します。

詳細

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。

「アクティブアライメント」 の技術と、ハードウェアとソフトウェアが連携して超高速のアライメントと結合を実現する仕組みの詳細については、こちらをご覧ください

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