光电器件制造工艺中的主动对准技术进展

逍遥设计自动化

引言
光电子技术产业在经历重大转变，预计未来十年在多个领域将实现显著增长。随着从传统电子向光电器件的演进，制造商在assembly和测试方面面临独特的挑战。本文探讨主动对准技术的最新发展及其在推进光电器件制造中的应用[1]。

电子到光电子的转型
过去半个世纪，电子通信和计算技术遵循摩尔定律发展，实现了更小型化的硅芯片并提升了处理能力。然而，当硅结构微型化接近物理极限时，量子效应开始影响功能性。这种限制促使光电子技术成为一种变革性技术，在保持微型化的同时提供更优越的数据传输能力和效率。
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9 c2 i/ S% k1 ]* p$ U, m图1展示了光功率分布的三维可视化，说明了精确对准如何影响光电组件的信号强度。
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5 Y- ]/ c; `6 B, s0 z传统Assembly方法的挑战
6 z/ Y( W. p  r9 _' L- J* W- F; V光电器件的assembly因其复杂性带来独特的挑战。每个器件通常包含多个组件，包括光源、光纤、透镜、阵列、波导和芯片。这些组件需要精确定位，即使不到一百万分之一米的错位也会严重影响器件效率。

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3 v  j8 T6 z/ @2 Z' l图2说明了多通道器件在多个自由度上对准的复杂性，突出显示了传统手动对准方法的挑战。
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" @& F$ A  r, Q1 D传统手动assembly方法虽然仍然普遍使用，但存在多项限制：
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每个器件处理时间长达20分钟

依赖专业人员，成本高且稀缺

使用垫片和固定环可能无法满足现代精度要求

难以在生产过程中保持一致的质量

5 h- @9 N1 p/ d6 u, F- j先进的光反馈系统
现代光电器件制造已经融入了复杂的光反馈系统。这些系统利用组件对准和器件效率之间的直接关联，实现实时监控和位置调整。

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5 d6 E0 N8 W8 B) b( g图3显示了自动对准系统使用的双螺旋扫描模式，结合粗扫描和精扫描运动以实现最佳组件定位。

# H: n2 p. r0 q+ f革新性主动对准技术
* ^8 _% [! ^4 a* E$ s快速多通道光电对准（FMPA）技术的引入标志着制造效率的重大提升。该系统可以同时在多个自由度上执行多重对准，大幅减少assembly时间。
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图4的F-712双面18轴快速多通道光电对准引擎展示了在晶圆探针器中对硅基光电子器件进行对准的先进能力。

5 l+ ~; p. Q0 c/ iPILightning作为一种新型内置搜索和对准算法的推出是该领域的最新突破。这项技术革新了首次光捕获过程，这个过程传统上是光电器件assembly中最耗时的环节之一。

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图5展示了采用PILightning算法的双面气浮对准系统，能够将首次寻光时间减少数个数量级。*
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面向未来的模块化解决方案
为应对光电子技术产业不断发展的需求，制造商正在采用结合各种驱动技术的模块化解决方案。这些系统为现代生产运营提供了必要的灵活性和可扩展性。

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图6所示PI公司的先进自动化控制器使用ACS模块和嵌入式对准算法，通过EtherCat?连接展示了与第三方器件的集成能力。

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, _- e9 z* Y% Q6 \9 Y图7中的紧凑型多轴气浮光电对准系统展示了无摩擦、高速运动能力，具有几乎无限的使用寿命。
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6 s4 j5 @! {/ E3 Y& N# e光电器件制造的未来在于这些适应性解决方案，可以容纳具有数百或数千个独立组件和连接的器件。高性能控制器与嵌入式对准程序和高速光功率计的集成，为制造商提供了所需工具，以满足不断增长的生产需求，同时保持精确的对准要求。
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通过这些技术进步，光电子技术产业已经具备克服传统制造挑战的能力，能够满足从电信到自动驾驶汽车等各个领域对复杂光电器件日益增长的需求。

, m+ \! V; G$ E; [$ {7 i2 x( s参考文献
  T' d" N. Z8 K- u; {% |6 l3 c[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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