Versnelling fo­to­nicat­ran­si­tie door veel kortere R&D

Bedrijven in de fotonicasector die innoveren of groeien, hebben behoefte aan efficiënte methoden voor het aligneren van componenten en valideren van productontwikkeling. Hoewel er vooruitgang is geboekt, remmen trage prototyping en R&D de vooruitgang van geïntegreerde fotonica af.

Het met EU-geld gefinancierde ULTRAPHO-project streeft naar het valideren en commercialiseren van een nieuw fotonicaconcept. Dit zal de Europese halfgeleiderindustrie naar het niveau tillen van een wereldleider op het gebied van fotonicatechnologieën en apparaten die grafeen gebruiken om de datatransmissiecapaciteit van optische vezels te vergroten. Het doel van het ULTRAPHO FTI-project is de markt voor fotonische communicatieapparaten te veranderen door baanbrekende technologie op de markt te brengen. Het uiteindelijke doel is het opzetten van een nieuwe, wereldwijd toonaangevende onderneming in de halfgeleiderindustrie in de EU. Gesteund door grote spelers als Nokia, Sony en GlobalFoundries, zullen de leden van het samenwerkingsverband wereldleiders worden in de opkomende gebieden van fotonische technologieën en apparaten.

De fundamenteel nieuwe supersnelle fotonische apparaten gebruiken grafeen om de datatransmissiecapaciteit van optische vezels te verhogen. Samen met nieuwe technieken voor fabricage en karakterisering en technologie, ontwikkeld en op de markt gebracht door het samenwerkingsverband, wordt de hele waardeketen van fabricage tot eindproduct gedekt. Het consortium brengt een ultrasnelle en breedbandige grafeen-fotodetector op de markt, die steeds belangrijker wordt voor datacenters of de 5G-infrastructuur.

Om de fotonicatransitie te versnellen, ontwikkelde Etteplan 'Etteplan Indigo'. Een modulair machineplatform voor de assemblage - ofwel packaging - van een breed scala aan micro-optische elementen, zoals de grafeen-fotodetector van Black Semiconductor en Graphenea. "Black Semiconductor en Graphenea ontwikkelen een fotodetector met grafeen, in staat om optische signalen om te zetten naar RF en vice versa", vertelt Niels Jansen, manager Engineering bij Etteplan. "Ze hebben Etteplan gevraagd om oplossingen te vinden voor de backend-assemblage van dit product. Omdat dit product nog in ontwikkeling was, werd flexibiliteit in het productieproces bij het packagen een cruciaal element.

Normaal gesproken kost het dagen werk om het machineplatform aan te passen van product X om een test te doen met product Y. Over het algemeen moet de machinelevancier worden ingeschakeld om de machine-instellingen aan te passen. Als je voor een productwijziging de gantry naar een andere positie moet verplaatsen, een andere uitlijningsroute moet kiezen, dan kost dat veel tijd met een PLC-besturing. Je moet het maken, offline testen, softwarewijzigingen bijhouden en iemand moet ter plaatse komen om instellingen aan te passen, te testen en te valideren. Dit loopt snel op tot zes tot acht gefactureerde uren, op voorwaarde dat een programmeur beschikbaar is om deze wijzigingen aan te brengen.

Door productie parameters of complete reeksen op een eenvoudige manier te wijzigen, kunnen meerdere variaties in het productontwerp snel en comfortabel worden getest en gevalideerd, waardoor uiteindelijk de ontwikkeling van het product kan leiden tot kwaliteitsresultaten en beperkte doorlooptijd. Etteplan ontwikkelde een oplossing die dit mogelijk maakte. Gebaseerd op het open source platform Blockly, combineert de oplossing een eenvoudige en efficiënte blokgebaseerde programmeerinterface met een standaard webbrowser om gebruikers in staat te stellen de productiesequenties zelf te programmeren."

'Etteplan Indigo' heeft een korte cyclustijd en maakt een snellere time-to-market mogelijk voor automatische en precieze uitlijnsystemen, terwijl de doorvoersnelheid tien keer zo hoog is vergeleken met de huidige beschikbare oplossingen. "Maar het allerbelangrijkste is dat de flexibele productieoplossing (FPS) je in staat stelt om zelf de wijzigingen te programmeren om het volgende prototype te packagen," vertelt Niels Jansen, manager Engineering bij Etteplan. "Visueel programmeerbare software bestuurt de PLC, zonder dat programmering door de machinefabrikant nodig is. De weergave van modules in visuele blokken maakt het 'kinderspel' om de stappen bij het packagen te volgen en aan te passen. Je hebt er geen hoge opleiding voor nodig, dus je kunt ook relatief ongetraind personeel snel en gemakkelijk inzetten in de productie. We hebben de complexiteit en afhankelijkheid weggenomen en dat levert een hoop tijdvoordeel op."

"Onze modulaire machine is ook financieel aantrekkelijk qua investering en de machine heeft minder ruimte nodig," stelt Niels Jansen. "Er staan niet drie of vier machines naast elkaar die aan verschillende producten werken. Er is maar één machine. Bovendien is de reproduceerbaarheid van de geconfigureerde, geprogrammeerde run een groot pluspunt. Het systeem stelt je in staat om de geprogrammeerde productievolgorde en geconfigureerde parameters op te slaan om later terug te halen en opnieuw te gebruiken. We durven 'Etteplan Indigo' daarom met reden een 'fotonische doorbraak' te noemen."

Het machineplatform voldoet aan de specifieke behoeften voor gebruik in R&D (bij start-ups en scale-ups), waardoor nauwkeurige packaging van optische elementen mogelijk is tegen relatief lage investeringskosten. "Als je productievolume toeneemt, kun je het systeem eenvoudig opnieuw configureren door modules toe te voegen om een volledig geautomatiseerde packagingoplossing te creëren", vertelt Niels Jansen. "De modulaire aanpak maakt een machine mogelijk die is afgestemd op je huidige behoeften, met ruimte voor aanpassing van verschillende componenten en upgrades, en voor integratie van de machine in een assemblagelijn."

"Naast het voordeel van snellere omsteltijden voor R&D en groei, zien we ook bedrijven met een grote behoefte aan snelle en eenvoudige ombouw van machines voor packaging om aan de productievraag te voldoen," vertelt Niels Jansen. "Een goed voorbeeld zijn foundries die nog geen enorme volumes met een fotonisch product draaien en lage volumes van verschillende producten maken. Ze hebben een slimme manier nodig om hun machines geschikt te maken voor andere en nieuwe producten. Cruciaal voor foundries is de omsteltijd. Foundries die met fotonica werken willen hun productielijn zo opzetten dat ze de ene dag product X kunnen packagen en de volgende dag product Y. Hoe sneller je die switch kunt maken, hoe meer je kunt produceren en hoe sneller je aan de vraag van je klanten kunt voldoen. Je wilt je focussen op het verbeteren en maken van het eindproduct, niet je tijd besteden aan de machines die ze maken. Deze innovatieve software zal de omsteltijden drastisch verkorten."