Het Fraunhofer Project Center aan de Universiteit Twente heeft een assemblagemachine gepresenteerd die heel nauwkeurig glasvezels vastmaakt aan een optische chip. Dit gaat tot nu toe nog handmatig en dus langzaam. De machine, ontwikkeld samen met PHIX Photonics Assembly, is daarmee een stap op weg naar massaproductie van optische chips voor toepassingen die uiteenlopen van telecommunicatie (5G) tot biomedische sensoren.

Read this article in English

De machine werd afgelopen dinsdag voor het eerst aan het brede publiek getoond, tijdens het jaarlijkse Photonics Event, waar bedrijven en universitaire onderzoekers uit de fotonica elkaar ontmoeten.
 

Licht manipuleren

Optische chips gaan de komende jaren snel belangrijker worden, mede omdat elektronische chips tegen hun grenzen gaan aanlopen. Het verplaatsen en manipuleren van fotonen, oftewel licht, in plaats van elektronen heeft grote voordelen: de datastromen zijn sneller, onderdelen zijn probleemloos dicht op elkaar te proppen en de verliezen over grote afstand zijn veel lager. Bovendien passen optische componenten die licht manipuleren inmiddels op chips van een paar millimeter. Nederland speelt een belangrijke rol op dit onderwerp (lees: 'Nederlandse bedrijven pionieren met chips op licht').

De nu gepresenteerde machine legt met hoge nauwkeurigheid zeer dunne glasvezeltjes één voor één op de gewenste plek. In een demonstratie waren dat bijvoorbeeld zestien glasvezels (diameter 0,1 mm) die netjes op een rijtje moesten worden gelegd. Dat array van zestien glasvezels zorgt dat de chip verbinding maakt met andere modules die licht als datasignaal gebruiken.
 

Muurvast

Een video laat zien wat de machine precies doet. Hij pakt een glasvezel vast, draait die heel precies in de juiste hoek (die is van belang voor de juiste optische eigenschappen) en legt de vezel in een V-groef. Vervolgens laat een heel klein lijmspuitje een minuscuul drupje lijm vallen. Ten slotte zorgt een UV-lamp in een paar seconden voor het uitharden van de lijm. Nu zit de glasvezel muurvast op de goede plek.
 

Arbeidsintensief

Het via glasvezels verbinden van een dergelijke optische chip met de buitenwereld gebeurde tot nu toe nog met de hand. Dat is een erg arbeidsintensief, en dus duur, proces. De verwachting is dat de markt voor optische chips hard – sommigen zeggen exponentieel – gaat groeien en dan zijn geautomatiseerde maakprocessen onmisbaar. Het Twentse bedrijf PHIX wil een belangrijke rol gaan spelen in het in elkaar zetten – packagen – van fotonische modules.
 

Soldeer

De nu gepresenteerde machine is dan ook nog maar de eerste stap op weg naar een veelzijdige assemblagemachine, die bijvoorbeeld ook desgewenst dotjes soldeer kan neerleggen en onderdelen van een fotonica-module extreem nauwkeurig kan plaatsen.

De machine is niet helemaal vanaf nul ontworpen, maar gebaseerd op een assemblageplatform van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie in Aken. Het Duitse Fraunhofer heeft een dependance aan de Universiteit Twente, het Fraunhofer Project Center, dat de machine doorontwikkelt speciaal voor fotonicatoepassingen.
 

Snel terugverdiend

Groot voordeel van de tussen de 200.000 en 300.000 euro kostende machine is dat hij eenvoudig reconfigureerbaar is; er kunnen snel andere onderdelen op gezet worden. Hij is dus in te zetten voor verschillende taken en dat maakt het eenvoudiger om hem terug te verdienen. Volgens de bouwers hoeft dat sowieso niet zo lang te duren, aangezien hij uren aan handwerk in een paar minuten gaat doen.

Ingenieurs van het Fraunhofer in Twente zijn nu bezig om te testen welke kwaliteit de machine haalt in vergelijking met handmatig verlijmde fotonica-modules. Het apparaat is nu nog semiautomatisch, omdat de glasvezels handmatig worden aangereikt. De wens is om ook deze stap te automatiseren.

Beeldmateriaal Fraunhofer Project Center