光電器件制造工藝中的主動對準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)展

逍遙設(shè)計自動化

引言
" m" c" a, F$ ]/ h- T0 U9 z光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷重大轉(zhuǎn)變，預(yù)計未來十年在多個領(lǐng)域?qū)�實現(xiàn)顯著增長。隨著從傳統(tǒng)電子向光電器件的演進(jìn)，制造商在assembly和測試方面面臨獨特的挑戰(zhàn)。本文探討主動對準(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]。

電子到光電子的轉(zhuǎn)型
0 h6 m/ i0 J' T. N& @  p5 A過去半個世紀(jì)，電子通信和計算技術(shù)遵循摩爾定律發(fā)展，實現(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，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，說明了精確對準(zhǔn)如何影響光電組件的信號強度。

; L% I' L& L% V9 i  X6 ?傳統(tǒng)Assembly方法的挑戰(zhàn)
, q( n7 |0 D6 Z1 ?9 R$ L( D8 q光電器件的assembly因其復(fù)雜性帶來獨特的挑戰(zhàn)。每個器件通常包含多個組件，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位也會嚴(yán)重影響器件效率。
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圖2說明了多通道器件在多個自由度上對準(zhǔn)的復(fù)雜性，突出顯示了傳統(tǒng)手動對準(zhǔn)方法的挑戰(zhàn)。

& L0 O# d, w; A# M5 B& X傳統(tǒng)手動assembly方法雖然仍然普遍使用，但存在多項限制：

每個器件處理時間長達(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

. b/ }4 v) h9 a) m! h先進(jìn)的光反饋系統(tǒng)
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)利用組件對準(zhǔn)和器件效率之間的直接關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)實時監(jiān)控和位置調(diào)整。

& ?7 K. G  J+ P- d圖3顯示了自動對準(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動以實現(xiàn)最佳組件定位。
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3 Z  v: ]7 Q+ {革新性主動對準(zhǔn)技術(shù)
快速多通道光電對準(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)可以同時在多個自由度上執(zhí)行多重對準(zhǔn)，大幅減少assembly時間。

( q7 ~2 q  h; R+ l圖4的F-712雙面18軸快速多通道光電對準(zhǔn)引擎展示了在晶圓探針器中對硅基光電子器件進(jìn)行對準(zhǔn)的先進(jìn)能力。

PILightning作為一種新型內(nèi)置搜索和對準(zhǔn)算法的推出是該領(lǐng)域的最新突破。這項技術(shù)革新了首次光捕獲過程，這個過程傳統(tǒng)上是光電器件assembly中最耗時的環(huán)節(jié)之一。
7 N' a! S. S& k) X) d
圖5展示了采用PILightning算法的雙面氣浮對準(zhǔn)系統(tǒng)，能夠?qū)⑹状螌す鈺r間減少數(shù)個數(shù)量級。*

面向未來的模塊化解決方案
為應(yīng)對光電子技術(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)動技術(shù)的模塊化解決方案。這些系統(tǒng)為現(xiàn)代生產(chǎn)運營提供了必要的靈活性和可擴展性。
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+ j# _) S. `5 F; v8 b  L圖6所示PI公司的先進(jìn)自動化控制器使用ACS模塊和嵌入式對準(zhǔn)算法，通過EtherCat?連接展示了與第三方器件的集成能力。


% h' u4 L5 i9 z; H! l圖7中的緊湊型多軸氣浮光電對準(zhǔn)系統(tǒng)展示了無摩擦、高速運動能力，具有幾乎無限的使用壽命。
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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)千個獨立組件和連接的器件。高性能控制器與嵌入式對準(zhǔn)程序和高速光功率計的集成，為制造商提供了所需工具，以滿足不斷增長的生產(chǎn)需求，同時保持精確的對準(zhǔn)要求。

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駕駛汽車等各個領(lǐng)域?qū)��?fù)雜光電器件日益增長的需求。

8 S) s% x- q- T8 O$ j$ d+ d  U參考文獻(xiàn)
* O3 g  R: \2 h5 Z% ]: G6 N% w# a* l[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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