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

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
6 b( Z5 `/ t! [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(lái)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]。
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電子到光電子的轉(zhuǎn)型
過(guò)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。

2 {) ]5 m/ G9 l/ I, f圖1展示了光功率分布的三維可視化，說(shuō)明了精確對(duì)準(zhǔn)如何影響光電組件的信號(hào)強(qiáng)度。
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7 l1 p5 z  G2 Q6 H+ i3 _傳統(tǒng)Assembly方法的挑戰(zhàn)
  @9 G( P& `9 L5 b' k光電器件的assembly因其復(fù)雜性帶來(lái)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(wàn)分之一米的錯(cuò)位也會(huì)嚴(yán)重影響器件效率。
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圖2說(shuō)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：
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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(wú)法滿足現(xiàn)代精度要求

難以在生產(chǎn)過(guò)程中保持一致的質(zhì)量
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先進(jìn)的光反饋系統(tǒng)
" B* J8 N6 i9 m8 C: n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。
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, S) p9 A& N8 y0 l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。

革新性主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)
2 G: v+ x3 ]1 v. Q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。

7 o' ]! ^/ W2 ?" I4 e# {2 W0 n7 I" y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。
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PILightning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(guò)程，這個(gè)過(guò)程傳統(tǒng)上是光電器件assembly中最耗時(shí)的環(huán)節(jié)之一。

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)。*
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+ d. S6 e! ^) M5 Z面向未來(lái)的模塊化解決方案
, c6 o6 U1 o: n/ x* Z( @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。

+ |) Z$ p7 S" r1 K6 m$ x# |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(guò)EtherCat?連接展示了與第三方器件的集成能力。
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圖7中的緊湊型多軸氣浮光電對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)展示了無(wú)摩擦、高速運(yùn)動(dòng)能力，具有幾乎無(wú)限的使用壽命。
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光電器件制造的未來(lái)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。

通過(guò)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。

參考文獻(xiàn)
[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.
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