R&D-vaihetta nopeuttamalla vauhtia fo­to­niik­ka­siir­ty­mään

Jotta siirtymää elektronisista integroiduista piireistä integroituihin optisiin piireihin voidaan vauhdittaa, integroitujen optisten piirien valmistusprosessin kustannuksissa ja jaksoajoissa tarvitaan läpimurto. Etteplan on kehittänyt prosessia nopeuttavan R&D-ratkaisun. Se rakentuu yksinkertaiselle ja tehokkaalle, verkkoselaimella käytettävälle lohkopohjaiselle ohjelmointirajapinnalle, jonka avulla käyttäjät voivat ohjelmoida tuotantosekvenssin itse.

Uusia tuotteita ja prototyyppejä kehittävät fotoniikka-alan yritykset, jotka ovat siirtymässä startup-vaiheesta toiminnan skaalaamiseen, etsivät nopeita ja luotettavia tapoja optisten komponenttien yhdistämiseen ja tuotekehitysprosessin validointiin. Kaikista kehitysaskeleista huolimatta integroidun optiikan kasvun esteenä on hidas prototyyppien valmistus ja R&D.
 

Kansainvälisen konsortion kehittämää teknologiaa

EU:n rahoittaman ULTRAPHO-projektin tavoitteena on validoida ja kaupallistaa uusi fotoniikkakonsepti. Se nostaa Euroopan puolijohdeteollisuuden maailman huipulle fotoniikkateknologiassa sekä laitteissa, jotka käyttävät grafeenia valokuitujen datansiirtokapasiteetin lisäämiseen. ULTRAPHO FTI -projektin tavoite on muuttaa optiseen tiedonsiirtoon perustuvien laitteiden markkinat tuomalla niille mullistavaa teknologiaa. Perimmäisenä tavoitteena on perustaa uusi, maailman johtava puolijohdealan yritys EU:hun. Konsortion tukena on Nokian, Sonyn ja GlobalFoundriesin kaltaisia merkittäviä yrityksiä, ja sen jäsenistä tulee johtavia tekijöitä maailmassa fotoniikkateknologian ja -laitteiden kehittyvällä alalla.
Täysin uudenlaiset nopeat fotoniikkalaitteet käyttävät grafeenia valokuitujen datansiirtokapasiteetin lisäämiseen. Konsortio on kehittänyt ja markkinoi myös uusia valmistus- ja karakterisointityökaluja ja -teknologioita, joten koko arvoketju valmistuksesta lopulliseen tuotteeseen on hallussa. Konsortio markkinoi äärimmäisen nopeaa ja laajan aallonpituusalueen grafeenia käyttävää fotodetektoria, jonka merkitys datakeskuksille ja 5G-infrastruktuurille kasvaa.
 

”Pakkausratkaisun tuotantosekvenssin joustavuudesta tuli keskeinen tekijä”
 

Fotoniikan R&D-prosessia vauhdittava ratkaisu

Fotoniikkasiirtymää vauhdittaakseen Etteplan kehitti Etteplan Indigon, modulaarisen konealustan laajalti erilaisten mikro-optisten elementtien kokoonpanoon, esimerkkinä Black Semiconductorin ja Graphenean grafeenia käyttävä fotodetektori. ”Black Semiconductor ja Graphenea kehittävät grafeeniin pohjautuvaa fotodetektoria, joka kykenee muuttamaan optisen signaalin radiosignaaliksi ja päin vastoin,” sanoo Engineering Manager Niels Jansen Etteplanilta. ”Yhtiöt pyysivät Etteplania auttamaan tuotteen tuotantoketjun loppupään kokoonpanoratkaisujen kehittämisessä. Koska tuotteen kehitysprosessi oli vielä kesken, pakkausratkaisun tuotantosekvenssin joustavuudesta tuli keskeinen tekijä.

Yleensä konealustan muuttaminen tuotteesta X tuotteen Y testaamiseen kestää päiväkausia ja koneen toimittaja on kutsuttava paikan päälle tekemään muutokset asetuksiin. Jos tuotteen vaihtoa varten gantryn paikkaa olisi vaihdettava ja olisi valittava toinen yhdistämisreitti, PLC-ohjauksella tähän kuluisi runsaasti aikaa. Ensin kaikki pitäisi suunnitella ja sitten testata offline-tilassa, ohjelmistomuutokset pitäisi paikallistaa ja jonkun pitäisi tulla paikan päälle muuttamaan asetukset ja hoitamaan testaus ja validointi. Työstä laskutetaan helposti jopa 6–8 tuntia, eikä ole varmaa, että ohjelmoija on heti käytettävissä tekemään muutokset.

Tuotantoparametrien tai kokonaisten sekvenssien helppo muuttaminen mahdollistaisi erilaisten tuotevarianttien nopean ja vaivattoman testauksen ja validoinnin. Tällöin tuotteen kehitysprosessissa saavutettaisiin laatuvaatimukset ja läpimenoaika lyhenisi. Etteplan kehitti juuri tämän mahdollistavan ratkaisun, joka pohjautuu Blocklyn avoimelle alustalle. Yksinkertaisen ja tehokkaan, verkkoselaimella käytettävän lohkopohjaisen ohjelmointirajapinnan avulla käyttäjät voivat ohjelmoida tuotantosekvenssit itse.”

”Ratkaisu rakentuu yksinkertaiselle ja tehokkaalle, verkkoselaimella käytettävälle lohkopohjaiselle ohjelmointirajapinnalle, jonka avulla käyttäjät voivat ohjelmoida tuotantosekvenssin itse.”

Tee vaihto itse

Etteplan Indigon lyhyet jaksoajat mahdollistavat tuotannon kymmenkertaistamisen markkinoiden nykyratkaisuihin nähden, ja automatisoitujen ja tarkkojen kokoonpanojärjestelmien käyttöönotto on nopeaa. ”Mikä tärkeintä, joustavan tuotantoratkaisun ansiosta asiakas pystyy itse ohjelmoimaan pakkausmuutokset seuraavaa prototyyppiä varten”, Jansen huomauttaa. ”Visuaalisen ohjelmoinnin ohjelma ohjaa PLC:tä, joten laitevalmistajan ei tarvitse tulla hoitamaan ohjelmointia. Moduulit esitetään visuaalisina lohkoina, mikä tekee pakkauksen vaiheiden noudattamisesta ja mukauttamisesta lasten leikkiä. Siihen ei tarvita tohtorin tutkintoa, vaan tuotantoon voidaan tuoda väkeä melko vähällä koulutuksella nopeasti ja helposti. Olemme eliminoineet monimutkaisuuden ja riippuvuuden, mikä nopeuttaa toimintaa tuntuvasti.”

”Modulaarinen konealustamme on myös investointina taloudellisesti järkevä vaihtoehto, joka vie vain vähän tilaa”, Jansen jatkaa. ”Ei tarvita kolmea tai neljää konetta rinnakkain eri tuotteille. Yksi kone riittää. Lisäksi ohjelmoidun tuotantoajon toistettavuus on iso plussa. Ohjelmoitu tuotantosekvenssi ja parametrit voidaan tallentaa järjestelmään, ja ne voidaan hakea sieltä myöhempää tarvetta varten. Siksi uskallammekin kutsua Etteplan Indigoa fotoniikan läpimurroksi hyvästä syystä.”

Lisäetuna lyhyet vaihtoajat suuremmilla tuotantovolyymeilla

Konealusta vastaa R&D-vaiheen (startup) sekä tuotannon skaalausvaiheen tarpeisiin mahdollistamalla optisten elementtien tarkan kokoonpanon suhteellisen pienellä investoinnilla. ”Tuotantomäärien kasvaessa pystytään rakentamaan täysin automatisoitu kokoonpanoratkaisu vain lisäämällä moduuleja järjestelmään”, Jansen sanoo. ”Konealustan modulaarisuuden ansiosta ratkaisu voidaan räätälöidä asiakkaan olemassa oleviin tarpeisiin, mutta silti järjestelmään jää räätälöintivaraa myöhemmille komponenteille ja päivityksille. Kone voidaan myös integroida kokoonpanolinjastoon.”

”Nopeammat vaihdot eivät hyödytä vain R&D-toimintaa ja tuotannon skaalausta. Monissa yhtiössä on tarve pakkauskoneen nopeille ja helpoille muutoksille, jotta voidaan vastata tuotantotarpeisiin”, Jansen toteaa. ”Hyvä esimerkki ovat sirujen tilausvalmistajat, jotka valmistavat suurien volyymien pienempiä volyymeja erilaisia tuotteita. Tällaiset yritykset tarvitsevat fiksun tavan mukauttaa kokoonpanoaan uusille tuotteille. Vaihtoaika on tärkeä tekijä sirujen tilausvalmistajille. Fotoniikan parissa toimivat sirujen tilausvalmistajat haluavat järjestää tuotantonsa niin, että yhtenä päivänä voidaan koota tuotetta X ja seuraavana tuotetta Y. Mitä nopeammin vaihdon pystyy tekemään, sitä nopeammin pystyy vastaamaan asiakkaan tuotantomääriä koskeviin vaatimuksiin. Valmistajat haluavat tietenkin keskittyä lopputuotteen paranteluun ja valmistukseen, eivät niitä valmistaviin koneisiin. Innovatiivinen ohjelmistomme lyhentää vaihtoaikoja merkittävästi.”

”Olen varma, että pystymme tuntuvasti nopeuttamaan asiakkaidemme R&D-prosesseja ohjelmistomme avulla. Etteplan Indigo -kokoonpanoalusta pienentää fotoniikkalaitteiden pakkauskustannuksia ja siten itse laitteen omakustannushintaa.”