Versnelling fo­to­nicat­ran­si­tie door aanzienlijk inkorten van de R&D fase

Bedrijven in de fotonicasector, gericht op het ontwikkelen van nieuwe producten of productvernieuwing, welke een transitie doormaken van start-up naar groeiend bedrijf en aan de eerste prototypes werken, zijn op zoek naar manieren voor het snel en betrouwbaar uitlijnen van fotonische componenten en het valideren van hun productontwikkeling. Ondanks alle ontwikkelingen wordt de groei van geïntegreerde fotonica belemmerd door de tijd welke benodigd is voor de ontwikkeling van prototypes en R&D.

Het door de EU gefinancierde ULTRAPHO-project streeft naar het valideren en commercialiseren van een nieuw fotonicaconcept. Dit zal de Europese halfgeleiderindustrie tillen naar het niveau van wereldleider op het gebied van fotonicatechnologieën en apparaten die gebruikmaken van grafeen voor het vergroten van de datatransmissiecapaciteit van optische vezels. Het doel van het ULTRAPHO FTI-project is om de markt voor fotonische communicatie-apparaten 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. Ondersteund door grote spelers zoals Nokia, Sony en GlobalFoundries, zullen de leden van het consortium wereldleiders worden in de opkomende gebieden van fotonische technologieën en apparaten.
De fundamenteel nieuwe supersnelle fotonische apparaten maken gebruik van grafeen voor het vergroten van de datatransmissiecapaciteit van optische vezels. Samen met de nieuwe door het consortium ontwikkelde en op de markt gebrachte technieken voor fabricage en karakterisering en technologie omvat dit de gehele keten van fabricage tot eindproduct. Het consortium brengt een ultrasnelle en breedband grafeen-fotodetector op de markt die steeds belangrijker wordt voor datacentra of de 5G-infrastructuur.

“Flexibiliteit in het productieproces van fotonische componenten is een cruciaal element geworden”

Om de fotonicatransitie te helpen 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 door Black Semiconductor en Graphenea. “Black Semiconductor en Graphenea zijn bezig met het ontwikkelen van een fotodetector met grafeen die optische signalen in RF kan omzetten en andersom,” vertelt Niels Jansen, manager Engineering bij Etteplan. “Zij hebben Etteplan gevraagd te helpen bij het zoeken naar oplossingen voor de backend packaging van dit product. Omdat dit product nog in ontwikkeling is, werd flexibiliteit in het productieproces bij het packagen een cruciaal element.

Normaal kost het dagen werk om het machineplatform vanuit product X af te stellen op het uitvoeren van een test met product Y. In het algemeen moet de machineleverancier worden opgeroepen voor het wijzigen van de machine-instellingen. Als voor een omstelling een portaal moet worden verplaatst, waardoor een andere uitlijnroute moet worden gekozen, kost dit veel tijd met een PLC-besturing. Deze moet worden aangemaakt en offline worden getest, wijzigingen in de software moeten worden opgespoord en iemand moet naar de locatie komen om de instellingen aan te passen, te testen en te valideren. Dit kost al gauw zes tot acht declarabele uren, vooropgesteld dat een programmeur direct beschikbaar is om deze wijzigingen aan te brengen.

Door de productieparameters of volledige processen op een eenvoudige manier te wijzigen, kunnen meerdere variaties in het productontwerp snel en comfortabel worden getest en gevalideerd, zodat dit uiteindelijk kwalitatief goede resultaten en een beperkte doorlooptijd bij de ontwikkeling van het product oplevert. Etteplan heeft een oplossing ontwikkeld die nou juist dit mogelijk maakt. De op het open source-platform Blockly gebaseerde oplossing combineert een eenvoudige en efficiënte op blokken gebaseerde programmeerinterface met gebruikmaking van een standaardwebbrowser, zodat gebruikers zelf het productieproces kunnen programmeren."

“De oplossing combineert een eenvoudig en efficiënt op blokken gebaseerde programmeerinterface met gebruikmaking van een standaardwebbrowser, zodat gebruikers zelf het productieproces kunnen programmeren”

‘Etteplan Indigo’ heeft een korte cyclustijd, maakt een kortere marktintroductietijd voor automatische en nauwkeurige uitlijnsystemen mogelijk en verhoogt tegelijkertijd de doorvoersnelheid met een factor 10 ten opzichte van op dit moment beschikbare oplossingen. “Het belangrijkste is echter dat de flexibele productie-oplossing ons in staat stelt de wijzigingen in het packagen van het volgende prototype zelf te programmeren,” vertelt Niels Jansen, manager Engineering bij Etteplan. “Visueel programmeerbare software bestuurt de PLC zonder dat de fabrikant van de machine het programmeren moet uitvoeren. De weergave van modules in visuele blokken maakt het volgen en aanpassen van de stappen in het packagen 'kinderspel'. Dit vereist geen hoge opleiding, dus ook relatief ongetrainde mensen kunnen snel en eenvoudig in het productieproces meedraaien. We hebben de complexiteit en afhankelijkheid weggenomen en dat maakt het allemaal een stuk sneller.”

“Onze modulaire machine is ook financieel aantrekkelijk met betrekking tot investeringen en de machine heeft minder ruimte nodig," verklaart Niels Jansen. "Het is niet zo dat drie of vier machines naast elkaar aan verschillende producten werken. Er is slechts één machine. Bovendien biedt de reproduceerbaarheid van de geconfigureerde, geprogrammeerde cyclus een groot voordeel. Het geprogrammeerde productieproces en de geconfigureerde parameters kunnen in het systeem worden opgeslagen en op een later tijdstip weer worden opgehaald en hergebruikt. We mogen ‘Etteplan Indigo’ dus gerust een 'fotonische doorbraak' noemen."

Het machineplatform voldoet aan de specifieke behoeften voor gebruik in R&D (bij startups en scale-ups), waardoor nauwkeurige packaging van optische elementen tegen relatief lage investeringskosten mogelijk wordt. “Als het productievolume toeneemt, kan het systeem opnieuw worden geconfigureerd door eenvoudig modules toe te voegen en zo een volautomatische packaging-oplossing te creëren,” aldus Niels Jansen. “De modulaire aanpak biedt mogelijkheden voor een machine die aan uw huidige eisen is aangepast en biedt tegelijkertijd meer dan genoeg ruimte voor aanpassing van verschillende componenten en upgrades alsook voor integratie van de machine in een assemblagelijn.”

"Naast het voordeel van snellere omstellingen voor R&D en groei, zien we ook bedrijven die sterk behoefte hebben aan snelle en eenvoudige omstelling van machines voor packaging om aan de productie-eisen te kunnen voldoen," vertelt Niels Jansen. “Een mooi voorbeeld zijn foundries welke nog geen grote volumes met een fotonisch product draaien en kleine volumes van andere producten maken. Zij hebben behoefte aan een slimme manier om hun machines voor andere en nieuwe producten geschikt te maken. De omsteltijd is cruciaal voor foundries. Foundries die met fotonica werken, willen hun productielijn zo inrichten, dat zij de ene dag product X en de volgende dag product Y kunnen packagen. Hoe sneller die omschakeling kan worden gemaakt, des te hoger de productie en des te sneller wordt aan de eisen van de klant voldaan. U wil zich richten op het verbeteren en maken van het eindproduct en niet uw tijd spenderen aan de machine die deze producten maken. Deze innovatieve software zal de omsteltijden drastisch terugbrengen.”

“Ik ben ervan overtuigd dat we met onze software-oplossing uw R&D-proces aanzienlijk kunnen versnellen. Het Etteplan Indigo Photonic Assembly Platform zal ook uw packagingkosten en dus ook de kostprijs van uw fotonische apparaten verlagen.”