PICテスト、ラボからファブへのR&D促進

October, 27, 2023, Zurich--統合フォトニクス技術によって可能になるデバイスの小型化、改善、高速化、軽量化の約束は、AIM Photonicsで行われている作業の窮極目標だが、量産への実際の道は、フォトニック集積回路(PIC)の設計者、開発者、エンジニアにとって必ずしもスムーズな旅ではない。

これは、この技術が障害にぶつかったということではなく、実際、シリコンフォトニクス(SiPh)は次第にラボからファブへの移行を進めており、LiDARやセンサ技術だけでなく、データやテレコムなど、様々なアプリケーションにすでに展開されている。しかし、おそらく、R&Dから量産へ移行する際の最大のハードルの1つは、技術自体がまだ初期段階にあるときに製造可能性をテストする方法を決定することである。

実際、AIM Photonicsが実施したメンバと顧客を対象とした最近の内部調査では、回答者の約3分の1が、統合フォトニクスデバイス開発継続の能力の重要要素として高度なPICテスト機能を挙げている。これに応えて、AIM Photonicsは最近、米国での技術の成功を確実にするために不可欠な高度なテストサービスを提供することを目的とした初めてのプログラムであるオプト電子テストサービスの開始を発表した。

米国国防総省(DOD)によって設立された9つの製造イノベーション研究所の1つとして、AIM Photonicsの責任は、完全な製造エコシステムを構築することである。即ち、この比較的新しい技術を国防と経済的優先事項の確保に役立つ製品とシステムに手頃な価格で迅速に移行できるようにすることである。AIM Photonicsは、設計、シミュレーション、製造、テスト、組み立て、パッケージングを含むSiPh開発サイクル全体にわたるサービスの広大なサポートインフラストラクチャへのアクセスを提供する。

そのために、テレコム、データセンタ、MMIC、バイオメディカルおよび化学センシング、LiDAR、量子コンピューティングなどの重要な統合フォトニクス対応アプリケーションの継続的な開発には、完全で堅牢な統合フォトニクステスト機能への同じアクセスが不可欠である。

とは言え、集積フォトニック回路のテストは、従来の電子デバイスのテスト用に最初に開発された現行世代のツールや機器の多くの機能を超えるいくつかの技術的課題を提起している。AIM Photonicsが現在取り組んでいる、より差し迫った課題には、以下のものがある。

・自動化された正確なファイバ/光アライメント:フォトニクス集積回路は、外部ファイバとの間で光を結合するために正確なアライメントを必要とする。正確なアライメントを実現することは、コンポーネントのサイズが小さく、サブミクロンの精度が必要なため、挑戦的である。

・パワー制限:フォトニック回路は、信号分配の内部損失のために限られたパワーバジェットで動作し、テストは大きなパワー損失や信号劣化を引き起こすことなく実行する必要がある。

・パッケージングと統合:フォトニックチップを実用的なデバイスに統合するには、それらのデバイスとの間で光信号の結合を可能にする適切なパッケージング技術が必要になる。テストでは、パッケージングおよび統合プロセスが回路性能に与える影響を考慮する必要がある。

偏光制御:PICのテストでは、多くの場合、信号経路に沿った偏光を正確に制御する必要がある。統合フォトニックコンポーネントとPICは、特定の入力および出力偏光状態に対して最適化されることが多いため、偏光制御は重要な役割を果たす。

・RFシグナルインテグリティ:デバイス境界までのディエンベデッドを考慮したRF信号の正確な測定が課題になる。RF信号の品質もレイアウトに大きく依存し、寄生結合によって劣化する可能性がある。

・製造上のばらつきを考慮:複数のダイで回路の高速性能を推定するには、予想される製造ばらつきに関する知識と、コンポーネントと回路レベルのパラメータ変動の相関関係を理解する必要がある。

これらの課題に対処するために、AIM Photonicsのオプトエレクトロニクステストサービスには現在、パッシブオプティカル、アクティブオプトエレクトロニクス、テレコム/データコム、RF/DCテスト用の30を超えるツールが含まれている。このツールセットにより、AIM PhotonicsはPIC設計者と開発者に幅広い高度なテストおよび測定ツールへのアクセスを提供することができる。これらの中には、垂直およびエッジカプラベースの測定用に6度の最適化を備えた300㎜自動電気光学ウエファおよびダイレベルプローバがある。その他のツールには、CLおよびOバンドのチューナブルレーザや、LIV、利得、線幅などのレーザ特性評価が含まれる。MMICアプリケーション用の小信号高周波測定用のツールもある。

AIM Photonicsのテストインフラストラクチャをアップグレードするための将来計画には、電気光学Sパラメータ測定を最大110GHzまで拡張する機能の追加、センサなどのアプリケーション向けのより短い波長での測定の追加機能も含まれる。AIM Photonicsのテストサービスのユーザには、中小企業や学者だけでなく、追加のテストインフラストラクチャに投資することなくフォトニクスを探索したい大企業の研究開発グループも含まれる。PICのテストと測定に必要な高度なツールを購入することは、多くの企業、特にリソースが限られている新興企業にとって法外なコストになる可能性がある。基本的なテスト機能でさえ、数10万ドルの費用がかかり、購入、インストール、テストに最大1年かかる可能性があるため、AIM Photonicsのような広範な既存のツールセットを備えた「ワンストップショップ」は、大小の組織にとって魅力的なオプションになる。

たとえば、AIM Photonicsは現在、NASAと協力して、パッケージング用の最高性能のデバイスを選択するために、フォトディテクタと変調器の性能をダイごとに評価している。パッケージ化されたPICモジュールは、評価用の宇宙飛行LiDARシステムの開発に使用され、最終的には宇宙飛行アプリケーションの認定を受ける。NASAのデモンストレーションLiDARシステムの1つでAIMのフォトダイオードのいくつかの最初の基本的なデモンストレーションはすでに有望な結果をもたらしており、同組織はAIM Photonicsのテストサービスが設計/ファブ/パッケージ/テストサイクルの合理化に引き続き役立つと期待している。これは、近い将来に追求する可能性のあるより大きなプロジェクトをサポートする。

(詳細は、https://www.aimphotonics.com/)