先說結論
嗯…今天要聊的這個「接收端光纖位置對準設備」，說穿了，其實就是個超級精密的「穿針引線」機器。 只是這個針（光子晶片上的光波導）跟線（光纖的纖芯）都小到肉眼看不見，而且你還得隔著好幾層東西把它們完美對上。 這一步沒做好，訊號損失會很驚人，後面再厲害的晶片都沒用。 所以，這些設備的重點，就是用各種高科技方法，像是機器視覺、精密馬達，去解決這個奈米等級的對準問題。
這東西實際用起來是怎樣？
想像一下現在最紅的 AI 伺服器跟資料中心。 裡面的晶片跟晶片之間要傳輸海量資料，用傳統的電線越來越吃力，又熱又慢。 所以大家開始用光來傳輸，也就是所謂的「矽光子」技術。 光從一根光纖裡出來，要精準地射進另一顆晶片上一個比頭髮斷面還小幾十倍的接收點。 這個過程如果靠人力，不但沒效率，良率也低到不行。
所以，產線上就需要這種自動化的對準設備。 設備會用攝影機先抓個大概位置，然後啟動一個非常非常精密的六軸平台，這個平台可以做上下、左右、前後，甚至旋轉、俯仰、偏擺的微調。 它會一邊移動，一邊監測接收到的光功率。 系統會跑一種叫做「爬山演算法」的程式，不斷微調位置，直到找到光訊號最強的那個「甜蜜點」，然後用特殊的膠水或雷射焊接固定住。 整個過程可能只要幾秒鐘。
它是怎麼運作的？
這類設備的核心原理，主要分成「被動對準」和「主動對準」兩種思路。
被動對準 (Passive Alignment)，比較像是在玩樂高。它假設所有的零件都做得非常標準，只要依靠高精度的機械結構把光纖和晶片「卡」在一起，位置就八九不離十了。 這種方式快，成本也比較低，適合大規模量產，但犧牲了一點點的精準度。
但現在主流、特別是高效能運算要求的，都是「主動對準」 (Active Alignment)。 這就複雜多了。它是在通電、有光訊號實際通過的情況下進行的對準。 整個流程大概是這樣：
- 影像粗定位： 首先，高速相機 (CCD) 會拍下光纖陣列和光子晶片(PIC)的大概樣貌，用影像辨識技術把它們移到一個很接近的位置。 這一步是取代以前的人工校正。
- 六軸精密平台： 接著，真正的主角——通常是壓電陶瓷或步進馬達驅動的六軸平台——上場。 它可以進行 X、Y、Z (平移) 和 θX、θY、θZ (旋轉) 的奈米級移動。
- 光功率回饋： 在平台移動的同時，系統會持續監測接收端的光功率計。 光對得越準，功率就越高。
- 搜尋最佳點： 控制軟體會執行最佳化演算法，像是在一個三維空間裡找最高點，這個過程也叫「搜光」或「爬山」。 找到最高點後，就代表對準完成了。
- 固定： 最後一步，是在最完美的位置上，用能被紫外線固化的黏膠，或是精密的雷射焊接技術，把光纖牢牢固定住。
嗯…說到這個，國外像是 SmarAct 或 PI (Physik Instrumente) 這類廠商，他們就很強調演算法的速度，宣稱可以在一秒內完成對準。 這對於晶圓級測試 (Wafer-Level Testing) 非常重要，因為一片晶圓上可能有幾百幾千個點要測。 而台灣在這塊也追得很緊，像是高明鐵就有開發出自己的六軸平台模組，強調六軸同動控制來提升效率。 也有大學的碩士論文在研究用靜電力拉動黏膠來微調光纖位置，想法還蠻創新的。
挑選設備時，要看哪些規格？
如果要評估或選擇這類設備，有幾個關鍵字一定要懂。老實說，規格表看起來都很嚇人，但重點就那幾個。我把它們整理一下，比較好懂。
| 關鍵規格 | 白話文解釋 | 為什麼重要？ |
|---|---|---|
| 最小步進/解析度 (Resolution) | 就是機器能移動的最小距離。規格常寫幾奈米 (nm)。 | 單模光纖的芯徑大概才 9 微米 (µm)，對準誤差可能要小於 1 微米。 你的移動能力當然要比這個誤差小很多才行。 |
| 重複精度 (Repeatability) | 叫它來回跑一百次，回到同一個點的誤差有多小。 | 這對量產超級重要。如果重複性差，等於每一顆產品都要重新花很多時間找最佳點，產能就上不去。 |
| 行程 (Travel Range) | 平台在各個軸向上總共能移動多遠的距離。 | 行程要夠大，才能涵蓋晶片上所有需要對準的點，也才能應付一開始比較大的安裝誤差。 |
| 六軸自由度 (6-DOF) | 除了前後左右上下 (XYZ)，還能轉動 (θX, θY, θZ)。 | 有時候光纖進來的角度不是完美的水平，需要稍微傾斜或旋轉一下，才能跟晶片的接收面垂直，耦合效率才會最好。 |
| 對準演算法/速度 | 軟體找到最佳點的聰明程度跟速度。 | 這直接決定了生產效率。快的演算法能在幾秒內搞定，慢的可能要幾十秒，量大的時候成本差異就出來了。 |
有什麼限制或搞錯的地方？
這技術聽起來很厲害，但實際做起來，坑其實不少。最大的誤解就是以為「只要對準中心點」就沒事了。 錯了，魔鬼都在細節裡。
第一個大魔王是「溫度」。 實驗室或產線的溫度只要變化個幾度，材料就會熱脹冷縮。 你對準的當下是完美的，但過幾個小時，機器一熱，位置就跑掉了，耦合效率可能掉一半。 所以專業的設備非常講究材料的選擇跟溫控。
第二個是「膠水或焊接後的位移」(Post-Weld Shift)。 在你找到完美對準點後，用膠水固定或用雷射焊接的那一瞬間，材料的固化或冷卻都會產生微小的應力，導致位置又偏掉一點點。 這也是為什麼封裝成本會佔掉整個光學模組成本的六七成以上，因為太難搞了。
再來，就是不同技術路線的取捨。我看到國外一些研究，比如 Cadence 部落格上提到，大家在爭論到底要用主動對準還是被動對準。 還有像是用光纖本身來傳導固化用的紫外光，直接在對準的位置進行原位固化。 這跟台灣很多廠商強調的外部點膠固化，思路就不太一樣。 台灣的廠商，比如波若威，他們的網站上就提到自主開發的模組化站點，整合了影像辨識、主動對準和自動點膠固化，這是一個很完整的系統化思維。 可見，這不只是單一的對準動作，而是一整套的製程整合能力。
結語與提問
總之，接收端光纖對準設備，就是矽光子時代的幕後英雄。 它解決的是一個看似單純、實則極度複雜的物理極限問題。從單純的手動六軸平台，到現在整合了機器視覺和高速演算法的全自動系統，這技術的進步，直接關係到 AI 和未來高速通訊能不能真的普及。 未來，隨著共同封裝光學 (CPO) 技術越來越成熟，如何更快、更穩定、成本更低地完成這「穿針引線」的任務，絕對還是各大廠家要持續投入的重點。
最後想問問大家，如果你是一位產線的工程師，在預算有限的情況下，你會優先選擇「對準精度極高但速度稍慢」的設備，還是「精度夠用但速度飛快」的設備呢？在下面留言分享你的看法吧！
