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光電器件制造工藝中的主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)展

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發(fā)表于 2024-12-6 08:00:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
引言! Y# W1 [2 v) r1 h' r/ q
光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷重大轉(zhuǎn)變,預(yù)計(jì)未來十年在多個(gè)領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。隨著從傳統(tǒng)電子向光電器件的演進(jìn),制造商在assembly和測(cè)試方面面臨獨(dú)特的挑戰(zhàn)。本文探討主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的最新發(fā)展及其在推進(jìn)光電器件制造中的應(yīng)用[1]。" _0 z+ q, b1 |  n; O. @: {4 l
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電子到光電子的轉(zhuǎn)型
: ]" d; b& u- I8 d2 T8 ^2 P+ I過去半個(gè)世紀(jì),電子通信和計(jì)算技術(shù)遵循摩爾定律發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了更小型化的硅芯片并提升了處理能力。然而,當(dāng)硅結(jié)構(gòu)微型化接近物理極限時(shí),量子效應(yīng)開始影響功能性。這種限制促使光電子技術(shù)成為一種變革性技術(shù),在保持微型化的同時(shí)提供更優(yōu)越的數(shù)據(jù)傳輸能力和效率。
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圖1展示了光功率分布的三維可視化,說明了精確對(duì)準(zhǔn)如何影響光電組件的信號(hào)強(qiáng)度。
/ W. Y9 u+ z5 W, T9 ~( s
4 s. F) o8 t) ?/ V9 K! O+ {傳統(tǒng)Assembly方法的挑戰(zhàn)
# l$ S9 _2 Q- p( K- c光電器件的assembly因其復(fù)雜性帶來獨(dú)特的挑戰(zhàn)。每個(gè)器件通常包含多個(gè)組件,包括光源、光纖、透鏡、陣列、波導(dǎo)和芯片。這些組件需要精確定位,即使不到一百萬分之一米的錯(cuò)位也會(huì)嚴(yán)重影響器件效率。# Q" V/ X( d& r! y: c
1 V4 Y; K, ]: G2 M9 ~, ]  ~
圖2說明了多通道器件在多個(gè)自由度上對(duì)準(zhǔn)的復(fù)雜性,突出顯示了傳統(tǒng)手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方法的挑戰(zhàn)。
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傳統(tǒng)手動(dòng)assembly方法雖然仍然普遍使用,但存在多項(xiàng)限制:
: M; y* c4 ^" b, F- w9 {6 _. n
  • 每個(gè)器件處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20分鐘
  • 依賴專業(yè)人員,成本高且稀缺
  • 使用墊片和固定環(huán)可能無法滿足現(xiàn)代精度要求
  • 難以在生產(chǎn)過程中保持一致的質(zhì)量, e6 S  X  z) P: u4 ^6 }& |

    ; M3 `% W9 N4 u$ k先進(jìn)的光反饋系統(tǒng)
    + v* u- K6 d# ?* t+ r% l8 d現(xiàn)代光電器件制造已經(jīng)融入了復(fù)雜的光反饋系統(tǒng)。這些系統(tǒng)利用組件對(duì)準(zhǔn)和器件效率之間的直接關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和位置調(diào)整。
    9 h7 x! D# X" _6 M  X& \) N # h, D9 l4 q" r' B5 \* b6 L7 L+ I
    圖3顯示了自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)使用的雙螺旋掃描模式,結(jié)合粗掃描和精掃描運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)最佳組件定位。
      _1 L7 _' O, A8 Q. r3 X4 v1 }" W2 c$ h3 l9 y1 Q, ~
    革新性主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)7 ^( W2 N* q8 x( y
    快速多通道光電對(duì)準(zhǔn)(FMPA)技術(shù)的引入標(biāo)志著制造效率的重大提升。該系統(tǒng)可以同時(shí)在多個(gè)自由度上執(zhí)行多重對(duì)準(zhǔn),大幅減少assembly時(shí)間。; b  e$ A7 V2 k( u

      a- Q4 ]+ r! @. _圖4的F-712雙面18軸快速多通道光電對(duì)準(zhǔn)引擎展示了在晶圓探針器中對(duì)硅基光電子器件進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的先進(jìn)能力。7 t1 A* {5 d- f( w

    ) u1 ~$ K# n# l4 Y2 v* \- {( wPILightning作為一種新型內(nèi)置搜索和對(duì)準(zhǔn)算法的推出是該領(lǐng)域的最新突破。這項(xiàng)技術(shù)革新了首次光捕獲過程,這個(gè)過程傳統(tǒng)上是光電器件assembly中最耗時(shí)的環(huán)節(jié)之一。
    " c) i) d& X7 R* G0 u6 J
    8 P) k, D) O$ S6 \1 j! N圖5展示了采用PILightning算法的雙面氣浮對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng),能夠?qū)⑹状螌す鈺r(shí)間減少數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。*0 S9 C6 p# d  ^7 V% r/ `$ H

    . @+ n5 M! i* O+ A8 f1 s- p' x9 p& G面向未來的模塊化解決方案3 w! \. R) [* H
    為應(yīng)對(duì)光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的需求,制造商正在采用結(jié)合各種驅(qū)動(dòng)技術(shù)的模塊化解決方案。這些系統(tǒng)為現(xiàn)代生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供了必要的靈活性和可擴(kuò)展性。8 r' |  w, o$ O

    * E+ f  w& A' q: Z圖6所示PI公司的先進(jìn)自動(dòng)化控制器使用ACS模塊和嵌入式對(duì)準(zhǔn)算法,通過EtherCat?連接展示了與第三方器件的集成能力。: S5 ~- u, |; i% Y- n. S5 Y$ q
    " q6 ^2 D2 J3 o% h$ ?' b3 V8 m4 T: Q

    0 I: y. s' I+ ]" D* e8 B; h圖7中的緊湊型多軸氣浮光電對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)展示了無摩擦、高速運(yùn)動(dòng)能力,具有幾乎無限的使用壽命。
    7 ~4 }) `' m) Z" f& M$ U1 z! K- ^+ l2 P: o' u3 @5 T
    光電器件制造的未來在于這些適應(yīng)性解決方案,可以容納具有數(shù)百或數(shù)千個(gè)獨(dú)立組件和連接的器件。高性能控制器與嵌入式對(duì)準(zhǔn)程序和高速光功率計(jì)的集成,為制造商提供了所需工具,以滿足不斷增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求,同時(shí)保持精確的對(duì)準(zhǔn)要求。8 S1 U' o2 z+ K& L  v3 e" `

    ) t6 T% K$ V1 Q; R6 |$ ?通過這些技術(shù)進(jìn)步,光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備克服傳統(tǒng)制造挑戰(zhàn)的能力,能夠滿足從電信到自動(dòng)駕駛汽車等各個(gè)領(lǐng)域?qū)?fù)雜光電器件日益增長(zhǎng)的需求。: [6 b6 [% _8 q

    6 L3 M* M5 G2 l( q& g. @0 V4 t參考文獻(xiàn)5 K9 h1 H/ b8 F6 _4 b, \
    [1] S. Jordan, S. Vorndran and W. Harvard, "Advances in active alignment engines for efficient photonics device test and assembly," PIC Magazine, Issue III, pp. 44-48, 2024.0 K7 b8 q! r4 N+ `) P8 `( O9 Z

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    5 {# p' r* \! o0 x5 F, g轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處,請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!
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    深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
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