Die Aufbau- und Verbindungstechnik von Photonikkomponenten erfordert höchst leistungsfähige Produktionssysteme. Für die technische Realisierung der komplexen Automatisierungsaufgaben in der Siliziumphotonik hat PI eine Reihe an Lösungen entwickelt, die im Wesentlichen auf zwei Säulen beruhen: hochpräzise mechanische Positioniersysteme und Algorithmen für Aufgaben wie die Suche nach erstem Licht oder die Gradientensuche, mit der das Maximum der Signalübertragung ständig nachgeführt werden kann.
TEGEMA, der multidisziplinäre Systemintegrator und nun Teil der Etteplan-Gruppe, hat auf Basis dieser Technologie eine modulare Maschinenplattform entwickelt. Diese wird für die automatisierte Montage optischer Bauelemente verwendet, insbesondere von photonisch integrierten Schaltkreisen (PICs). Das System arbeitet mit Sub-Mikrometergenauigkeit. Dank seiner intelligenten Architektur kann es von Aufgaben in Forschung und Entwicklung von PICs bis zu deren Serienproduktion mitwachsen. Es bietet Durchlaufzeiten, die zehnmal schneller sind als bei derzeitigen Lösungen auf dem Markt. Während bisher zwischen fünf und zwanzig Minuten für die Prüfung und Konfektionierung von PICs benötigt wurden, liefert die Plattform von TEGEMA eine fertig konfektionierte Komponente, einschließlich aktiver Ausrichtung und Faserabschluss, in knapp 30 Sekunden. Die Positionierung benötigt in der Regel nur Sekundenbruchteile.
Das Fehlen einer solchen Lösung hat den Markt für Photonikkomponenten bislang gehemmt. Jetzt haben wir mit dieser Plattform gewissermaßen das fehlende Verbindungsglied zwischen Frontend und Backend geschaffen – ein echter Durchbruch für integrierte photonische Schaltkreise.
Arno Thoer, Director Technology & Engineering bei TEGEMA
PI und TEGEMA bündeln Kompetenzen für maximale Geschwindigkeit
Die Basis der Maschine bildet TEGEMAs modulare Plattformarchitektur, die es ermöglicht, Hardwaremodule anwendungsspezifisch miteinander zu verbinden. Für die Prüfung und Konfektionierung von PICs werden Machine Vision-Systeme für die Grobausrichtung, ein Klebstoffdispenser, eine UV-Lichtquelle zum Aushärten des Klebers sowie eine Rotationsplattform zum Transport der Einzelelemente und später der fertigen Bauteile eingesetzt. Die ultraschnellen und hochpräzisen aktiven Ausrichtungssysteme von PI bilden das Herzstück dieser Photonic Assembly-Plattform. Unsere Bewegungs- und Positioniersysteme sowie Firmwareroutinen ermöglichen eine ultraschnelle Ausrichtung der optischen Elemente mit Genauigkeit im Sub-Mikromaßstab. Die während des Aushärtens des Klebers auftretenden Spannungen und dadurch induzierten Positionsänderungen der optischen Elemente werden vom Trackingmodus kompensiert. Dieser spezielle Modus ist Bestandteil des Algorithmus zur Gradientensuche. Je nach den Erfordernissen der konkreten Anwendung kommen unterschiedliche Ausführungen der Ausrichtungssysteme von PI zum Einsatz – bis hin zu doppelseitigen Ausrichtungslösungen.
Modularität ermöglicht Wachstum und niedrige Gesamtbetriebskosten
Die TEGEMA Plattform zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise und einen hohen Grad an Modularität aus. Mit einem Platzbedarf von weniger als einem Quadratmeter nimmt sie nur wenig Raum ein und verringert so beim Einsatz in teuren Reinräumen die Gesamtkosten. Das System ermöglicht eine schnelle Konfektionierung von PICs mit signalführenden Glasfasern oder Faserarrays zu relativ geringen Investitionskosten. Bei zunehmendem Produktionsvolumen kann das System durch Hinzufügen von Modulen neu konfiguriert werden. Dadurch wächst das System bei steigenden Produktionsanforderungen mit.
Großformatige Ausrichtung mit Hilfe von Fast-Alignment-Technologie und ACS Ansteuerung
Die in der Firmware der Hexapodcontroller implementierten Algorithmen und Routinen für die Ankopplungsoptimierung sind jetzt auch auf ACS Steuerung ausgeweitet. So lassen sich die Vorteile der bahnbrechenden Produktivität auf eine Vielzahl von Großformatanwendungen übertragen, von der Photonik-Wafer-Prüfung, dem Konfektionieren von Bauelementen und Chip-Testen bis hin zur Herstellung von Lasern und optischen Geräten.
