[기술기고] 정밀성의 마스터링: 수동에서 알고리즘 기반 자동화 시스템으로 진화한 광자 정렬 기술 광자 산업은 현재 급격한 생산 확대 추세를 보이고 있으며, 가까운 미래에는 생산 규모가 세 배로 증가할 것으로 예상된다. 다채널 실리콘 광자(SiPh) 장치의 경제적이고 확장 가능한 제조, 정교한 미니어처 카메라의 조립, 수천 마일 떨어진 우주에서 고속 데이터 전송 등의 도전에 직면하면서, '정렬'이 그 효과성과 성능, 그리고 실용성에서 핵심적인 역할을 하고 있다. 광자가 소비자 응용 제품과 의료 분야에 점점 더 많이 포함되면서 웨어러블 기기가 필수품으로 자리 잡게 될 것이다. 또한, 자율주행차를 위한 LIDAR 및 ADAS 카메라와 같은 중요한 기술적 요구 사항들이 존재하며, 양자 광학이나 광 컴퓨팅 같은 여러 새로운 응용 분야도 점차 확대될 전망이다. 이러한 다양한 시장에서 광자 부품에 대한 수요를 충족시키기 위해서는 광자 테스트 및 조립 공정의 지능형 자동화가 필수적이다.특히, 생산 공정에서 가장 시간이 많이 소요되는 단계는 바로 광학 부품, 광섬유 배열, 도파관 등 광자 부품의 정렬이다. 이 부분에서 새로운 자동화 솔루션은 수율 향상, 시장 출시 시간 단축, 비용 절감, 그리고 대규모 생산의 신속한 확대라는 측면에서 가장 큰 효과를 가져올 수 있다.광학 정렬의 역사: 과거의 도구와 그 한계광학 정렬의 중요한 과정은 1980년대 초반에 개발된 일반적인 위치 제어기와 기본적인 자동화 기술에 의존해왔다. 이로 인해 산업계는 번거롭고 비용이 많이 들며 재현성이 낮은 결합 방식과 지속적인 낮은 수율, 생산성, 확장성 문제에 직면해왔다. 하지만 이제는 상황이 달라지고 있다. 현대의 메커니즘은 지능형 내장 정렬 알고리즘을 갖춘 고급 제어 기능을 통해 복잡한 정렬 작업을 신속하게 수행할 수 있다. 과거에는 몇 분이 걸리던 작업이 이제는 단일 명령으로 단 1초 만에 완료될 수 있는 시대가 온 것이다.과거의 광자 정렬: 구식 도구와 그 한계광자 정렬 자동화 도구가 처음 생산에 도입된 것은 1980년대 후반 개인용 컴퓨터의 등장 직후였다. 이 초기 접근 방식은 PC에 내장된 소프트웨어로 정렬 기능을 수행하며, 점진적이고 단계별로 실행되었다. 당시의 처리 능력과 통신 버스, 느린 모션 컨트롤러와 스테이지, 그리고 알고리즘의 한계로 인해 효율이 떨어졌지만, 수동 접근 방식에 비해서는 생산 경제성 측면에서 크게 개선된 결과를 가져왔다.하지만 이제 멀티코어 프로세서와 더 정교한 알고리즘의 도입으로 인해 새로운 SiPh 응용 프로그램의 수요 급증에 대응할 수 있게 되었다. 이제는 머신러닝 기능까지 통합된 알고리즘을 통해 서브마이크론 수준의 정밀한 정렬이 가능해졌다.광섬유 정렬: 나노미터 수준의 정밀성광섬유 정렬에서 최대 성능을 달성하기 위해서는, 부품과 공차가 매우 작아야 하며 때로는 수십 나노미터 수준의 정밀도가 요구된다. 일반적인 SiPh 제조 공정에서는 웨이퍼 테스트에서부터 다양한 장치 조립 및 테스트 단계에 이르기까지 이러한 정렬이 여러 번 필요하다. 이와 같은 높은 정밀도가 요구되는 상황에서 수동 정렬과 능동 정렬 중 어떤 방법을 선택할지 결정하는 것이 중요하다.수동 정렬과 능동 정렬: 미래는 어디로 향할 것인가?수동 정렬은 기계적 고정물 또는 미리 결정된 정렬 기능을 사용하여 광학 부품을 정렬하는 방식이다. 이 방법은 비용 효율적일 수 있고 덜 중요한 응용 분야에 적합할 수 있지만, 최신 SiPh 장치의 높은 정밀도 요구 사항을 충족하기에는 부족하다. 수동 정렬로는 나노미터 수준의 정밀도를 구현하기 어려워 더 높은 비용과 낮은 수율 문제가 발생할 수 있다.반면, 능동 정렬은 고정밀 모션과 실시간 피드백을 통해 정렬 과정을 최적화하는 방법이다. 이 방식은 오늘날의 높은 정밀도를 요구하는 광자 장치에 특히 적합하다. 수동 정렬이 기계적 기능의 정밀성에 의존하는 반면, 능동 정렬은 광학 파워 미터에서 제공되는 피드백을 바탕으로 자동 시스템이 위치를 조정하여 더 높은 정밀도와 반복성을 제공한다.자동화된 능동 정렬의 구현광자 산업이 예상되는 수요를 충족시키기 위해 규모를 확대함에 따라 수동 정렬 프로세스의 한계가 더욱 분명해지고 있다. 현대의 자동화된 능동 정렬 시스템은 속도, 유연성, 비용 절감 측면에서 대량 생산에 최적의 솔루션을 제공한다. 이러한 시스템은 여러 요소와 자유도를 동시에 정렬할 수 있어 각 정렬에 필요한 시간을 크게 줄일 수 있다.자동화된 능동 정렬 시스템은 특히 고정밀 정렬이 필요한 웨이퍼 프로빙과 같은 응용 분야에서 매우 가치가 있다. 이러한 시스템은 수십 나노미터의 정렬 정확도를 달성하여 수동 정렬보다 훨씬 높은 수준의 정밀성과 반복성을 제공한다. 뿐만 아니라, 자동화된 능동 정렬은 생산성을 높이고 비용을 절감하는 동시에 최적의 성능을 보장한다.현대의 메커니즘과 알고리즘: 스마트 광섬유 정렬초기 자동화 정렬 메커니즘은 특수 목적의 장비와 고가의 스테이지에 의존했지만, 기술 발전으로 인해 다축 피에조 나노 포지셔닝 스테이지와 헥사포드를 결합한 비용 효율적인 솔루션이 개발되었다. 이는 새로운 SiPh 테스트 및 조립 응용 분야에 적합한 시스템으로 발전하였다. 최근에는 산업용 스테이지를 활용한 고속, 다채널 병렬 정렬이 가능해졌으며, 이를 통해 대형 기판과 같은 새로운 응용 분야에도 적용할 수 있는 유연한 아키텍처가 형성되었다.결론적으로, 광자 정렬 기술은 수동 프로세스에서 알고리즘 기반의 정교한 자동화 시스템으로의 진화를 통해 산업에 큰 변화를 가져오고 있다. 광자 응용 분야가 확장됨에 따라 정밀한 정렬에 대한 요구는 더욱 증가할 것이다. 첨단 자동화 기술을 도입함으로써 산업은 미래의 수요를 충족시키고, 광자 장치를 효율적이고 비용 효율적으로, 그리고 높은 정밀도로 생산할 수 있을 것이다.기고자: Scott Jordan, Head of the Photonics Market Segment, PI (Physik Instrumente) L.P. - 스캇 조던 피아이 포토닉스 부문 총책임자 [정리=김우겸 기자]

[기술기고] 정밀성의 마스터링: 수동에서 알고리즘 기반 자동화 시스템으로 진화한 광자 정렬 기술

기사입력 2024-08-20 17:50:35

[산업일보]
광자 산업은 현재 급격한 생산 확대 추세를 보이고 있으며, 가까운 미래에는 생산 규모가 세 배로 증가할 것으로 예상된다.

다채널 실리콘 광자(SiPh) 장치의 경제적이고 확장 가능한 제조, 정교한 미니어처 카메라의 조립, 수천 마일 떨어진 우주에서 고속 데이터 전송 등의 도전에 직면하면서, '정렬'이 그 효과성과 성능, 그리고 실용성에서 핵심적인 역할을 하고 있다.

광자가 소비자 응용 제품과 의료 분야에 점점 더 많이 포함되면서 웨어러블 기기가 필수품으로 자리 잡게 될 것이다. 또한, 자율주행차를 위한 LIDAR 및 ADAS 카메라와 같은 중요한 기술적 요구 사항들이 존재하며, 양자 광학이나 광 컴퓨팅 같은 여러 새로운 응용 분야도 점차 확대될 전망이다. 이러한 다양한 시장에서 광자 부품에 대한 수요를 충족시키기 위해서는 광자 테스트 및 조립 공정의 지능형 자동화가 필수적이다.

특히, 생산 공정에서 가장 시간이 많이 소요되는 단계는 바로 광학 부품, 광섬유 배열, 도파관 등 광자 부품의 정렬이다. 이 부분에서 새로운 자동화 솔루션은 수율 향상, 시장 출시 시간 단축, 비용 절감, 그리고 대규모 생산의 신속한 확대라는 측면에서 가장 큰 효과를 가져올 수 있다.

광학 정렬의 역사: 과거의 도구와 그 한계
광학 정렬의 중요한 과정은 1980년대 초반에 개발된 일반적인 위치 제어기와 기본적인 자동화 기술에 의존해왔다. 이로 인해 산업계는 번거롭고 비용이 많이 들며 재현성이 낮은 결합 방식과 지속적인 낮은 수율, 생산성, 확장성 문제에 직면해왔다. 하지만 이제는 상황이 달라지고 있다. 현대의 메커니즘은 지능형 내장 정렬 알고리즘을 갖춘 고급 제어 기능을 통해 복잡한 정렬 작업을 신속하게 수행할 수 있다. 과거에는 몇 분이 걸리던 작업이 이제는 단일 명령으로 단 1초 만에 완료될 수 있는 시대가 온 것이다.

과거의 광자 정렬: 구식 도구와 그 한계
광자 정렬 자동화 도구가 처음 생산에 도입된 것은 1980년대 후반 개인용 컴퓨터의 등장 직후였다. 이 초기 접근 방식은 PC에 내장된 소프트웨어로 정렬 기능을 수행하며, 점진적이고 단계별로 실행되었다. 당시의 처리 능력과 통신 버스, 느린 모션 컨트롤러와 스테이지, 그리고 알고리즘의 한계로 인해 효율이 떨어졌지만, 수동 접근 방식에 비해서는 생산 경제성 측면에서 크게 개선된 결과를 가져왔다.

하지만 이제 멀티코어 프로세서와 더 정교한 알고리즘의 도입으로 인해 새로운 SiPh 응용 프로그램의 수요 급증에 대응할 수 있게 되었다. 이제는 머신러닝 기능까지 통합된 알고리즘을 통해 서브마이크론 수준의 정밀한 정렬이 가능해졌다.

광섬유 정렬: 나노미터 수준의 정밀성
광섬유 정렬에서 최대 성능을 달성하기 위해서는, 부품과 공차가 매우 작아야 하며 때로는 수십 나노미터 수준의 정밀도가 요구된다. 일반적인 SiPh 제조 공정에서는 웨이퍼 테스트에서부터 다양한 장치 조립 및 테스트 단계에 이르기까지 이러한 정렬이 여러 번 필요하다. 이와 같은 높은 정밀도가 요구되는 상황에서 수동 정렬과 능동 정렬 중 어떤 방법을 선택할지 결정하는 것이 중요하다.

수동 정렬과 능동 정렬: 미래는 어디로 향할 것인가?
수동 정렬은 기계적 고정물 또는 미리 결정된 정렬 기능을 사용하여 광학 부품을 정렬하는 방식이다. 이 방법은 비용 효율적일 수 있고 덜 중요한 응용 분야에 적합할 수 있지만, 최신 SiPh 장치의 높은 정밀도 요구 사항을 충족하기에는 부족하다. 수동 정렬로는 나노미터 수준의 정밀도를 구현하기 어려워 더 높은 비용과 낮은 수율 문제가 발생할 수 있다.

반면, 능동 정렬은 고정밀 모션과 실시간 피드백을 통해 정렬 과정을 최적화하는 방법이다. 이 방식은 오늘날의 높은 정밀도를 요구하는 광자 장치에 특히 적합하다. 수동 정렬이 기계적 기능의 정밀성에 의존하는 반면, 능동 정렬은 광학 파워 미터에서 제공되는 피드백을 바탕으로 자동 시스템이 위치를 조정하여 더 높은 정밀도와 반복성을 제공한다.

자동화된 능동 정렬의 구현
광자 산업이 예상되는 수요를 충족시키기 위해 규모를 확대함에 따라 수동 정렬 프로세스의 한계가 더욱 분명해지고 있다. 현대의 자동화된 능동 정렬 시스템은 속도, 유연성, 비용 절감 측면에서 대량 생산에 최적의 솔루션을 제공한다. 이러한 시스템은 여러 요소와 자유도를 동시에 정렬할 수 있어 각 정렬에 필요한 시간을 크게 줄일 수 있다.

자동화된 능동 정렬 시스템은 특히 고정밀 정렬이 필요한 웨이퍼 프로빙과 같은 응용 분야에서 매우 가치가 있다. 이러한 시스템은 수십 나노미터의 정렬 정확도를 달성하여 수동 정렬보다 훨씬 높은 수준의 정밀성과 반복성을 제공한다. 뿐만 아니라, 자동화된 능동 정렬은 생산성을 높이고 비용을 절감하는 동시에 최적의 성능을 보장한다.

현대의 메커니즘과 알고리즘: 스마트 광섬유 정렬
초기 자동화 정렬 메커니즘은 특수 목적의 장비와 고가의 스테이지에 의존했지만, 기술 발전으로 인해 다축 피에조 나노 포지셔닝 스테이지와 헥사포드를 결합한 비용 효율적인 솔루션이 개발되었다. 이는 새로운 SiPh 테스트 및 조립 응용 분야에 적합한 시스템으로 발전하였다. 최근에는 산업용 스테이지를 활용한 고속, 다채널 병렬 정렬이 가능해졌으며, 이를 통해 대형 기판과 같은 새로운 응용 분야에도 적용할 수 있는 유연한 아키텍처가 형성되었다.

결론적으로, 광자 정렬 기술은 수동 프로세스에서 알고리즘 기반의 정교한 자동화 시스템으로의 진화를 통해 산업에 큰 변화를 가져오고 있다. 광자 응용 분야가 확장됨에 따라 정밀한 정렬에 대한 요구는 더욱 증가할 것이다. 첨단 자동화 기술을 도입함으로써 산업은 미래의 수요를 충족시키고, 광자 장치를 효율적이고 비용 효율적으로, 그리고 높은 정밀도로 생산할 수 있을 것이다.

기고자: Scott Jordan, Head of the Photonics Market Segment, PI (Physik Instrumente) L.P. - 스캇 조던 피아이 포토닉스 부문 총책임자 [정리=김우겸 기자]