Genaue Beobachtung von Prozessen

Kamillo Weiss für Mikrotron GmbH

„Mit dem Videosystem konnten wir Softwarefehler sehen, die nicht mit einem Analyzer feststellbar waren“, so Farhad Farassat, Geschäftsführer von Bonderhersteller F & K Delvotec. Bei Ultraschallanregungen um 100 kHz beim Drahtbonden gilt es im Mikron-Bereich präzis kontrollierte Bewegungen auszuführen. Bewegt man sich im mikroskopischen Bereich am Rande des Machbaren, ist die Prozeßverfolgung von außerordentlicher Bedeutung. Beim Wirebonden wird große Präzision und Wiederholgenauigkeit verlangt, wobei trotz hoher Geschwindigkeit der Bondkopf präzise und sanft landen muß. Die Ultraschall-Mikroschweißung von dünnen Drähtchen auf winzigen Die-Pads erfolgt mit einer Amplitude der Schweißreibung von etwa 1 bis 2 µm. Trägt die Maschine nur eine geringe Amplitude von 1 bis 2 µm dazu bei, ergibt das fehlerhafte Resultate. Während des Bondens erfolgen diverse Aktionen wie Touchdown, Vordeformation, Ausbiegung, Drahtvorschub und die Wire-Deformation. Hinzu kommt das QS-Problem im Bonden: es gibt keine vernünftige zerstörungsfreie Prüfung. Die Qualität eines Bonds zeigt sich erst mit dessen Belastung und somit Zerstörung. Um hier Prozesse genau analysieren zu können, ist eine Beobachtung zum definierten Zeitpunkt unverzichtbar.

Die Entwicklung der Bonder wird von großer Dynamik bestimmt: jede Verbesserung ist ein wichtiger Schritt im Prozeß. Bis vor kurzem noch waren High-Speed-Videosysteme aufwendige und teure Systeme, wobei der flexible Einsatz nur ein Wunschbild war. Das modulare High-Speed-Videosystem MotionBlitz von Mikrotron überzeugte bei F+K Delvotec durch einfache Bedienung, als kompakte, mobile Lösung (PC, Software und Kamera) und durch herausragende Triggerfähigkeit.Ohne Videorecorder werden Bilder direkt im PC gespeichert, bei maximal 1000 Bilden/s können bis 6 s im BMP- oder AVI-Format aufgezeichnet werden. Die Bildinformationen werden in einem Ringspeicher fortlaufend überschrieben bis das Triggersignal die Aufnahme stoppt. Die Zahl der Bilder vorund nach dem Triggerpunkt ist frei definierbar. Bis zu 60 Ringspeicher mit je-weils maximal 100 Bilder lassen sichkonfigurieren, so daß 60 sporadischeEreignisse gezielt erfaßt werden können.

Wichtig ist die Möglichkeit zur internen oder externen Triggerung. So wird bei Delvotec der MotionBlitz auch parallel zur Messung mit Logikanalyzer eingesetzt. Fehlerereignisse, die dem Analyzer verborgen bleiben, werden dennoch exakt erfaßt. An einer beliebigen Stelle im Video-bild wird per Mausklick ein „Sensor“ mit wählbarer Pixelzahl definiert, eine Veränderung im Feld stoppt die Aufnahme. Daraus ergibt sich eine einfache Triggerung auf eine gewünschten Bildzahl vor und nach dem Ereignis. SporadischeVorfälle können dadurch zielsicher er-faßt werden. Das Triggermenue bietet weitere raffinierte Möglichkeiten. ImAutoquest-Modus sucht das Systemselbst den optimalen Wert der Empfindlichkeit. So kann man beispielsweiseauch jedes zweite oder dritte usw. Trig-gersignal als „gültig“ definieren, um Störungen ausblenden zu können. Hinzu kommen noch Verknüpfungen mit dem internen oder externen Trigger. Dadurch erübrigen sich komplizierte Triggerun-gen mit Lichtschranken oder andererSensorik. Selbst komplexe dreidimensionale Ereignisse können durch eine Stereokonfiguration des MotionBlitz erfaßt werden. Schwingungen, die sich der Kamera-blickrichtung entziehen, werden so sichtbar.

Setzte man High-Speed-Video früher meist nur für einzelne Ursachenforschung ein, so kann man mit MotionBlitzinnerhalb weniger Minuten und vergleichsweise geringem Aufwand dieArbeit sofort durchführen. Der Einsatz bei Delvotec quer durch verschiedene Betriebsbereiche erbrachte viele positive Ergebnisse, von mechanischer Konstruktion, Antriebs- und Steuerungstechnik, Qualitätskontrolle bis zur Softwareentwicklung, und Maschinenaufstellung, Optimierung, Marketing, Service und Schulung.

Wenn der Bondkopf beim Aufsetzen eine kleine, kaum sichtbare Drehung macht, muß das kein mechanischer Fehler sein, auch fehlerhafte Steuerungshardware oder -software hat solche Effekte. Positiv beim Einsatz des High-Speed-Videosystems erwies es sich, daß die zeitliche Abfolge der Bilder mit Software verknüpft werden kann. Der Zeitpunkt der Aufnahme erfolgt getriggert anhand der Steuerbefehle im vermuteten Fehlerbereich. Das wird beliebig oft wiederholt, um sporadisch auftretende Effekte zu erkennen. Nicht nur mechanische Aberrationen und deren Ursache lassen sich so exakt lokalisieren, es sind auch Optimierungen möglich, die bei den Maschinenbaugruppen ansetzen.

Die Totzeit einer Maschine läßt sich minimieren, vo-rausgesetzt man weiß überhaupt davon. Dazu ein praktisches Beispiel: Software läuft nicht kontinuierlich ab, hat man bei Delvotec festgestellt. So können plötzlich Unterbrechungen von 10 µs für Kommunikationsabläufe stattfinden. „Mit dem System in Kombination mit getriggerten Messungen konnten wir feststellen, warum das System an dieser Stelle steht. Das spielten wir zweihundertmal durch, um zu sehen ob dies konstant auftritt. Solche Effekte ließen sich vorher fast nur am fehlerbehafteten Resultat erkennen. Eine reduzierte Maschinengeschwindigkeit hingegen ist ein unbefriedigender Ausweg.“ Die Erkennung und Behebung führten zu geglätteten Maschinenabläufen und höherer Produktionsgeschwindigkeit.

Durch das Videosystem lassen sich Module bereits in der ersten Erprobung genau überprüfen. Vor weiteren Schritten in der Wertschöpfungskette sind deshalb frühzeitig konstruktive Maßnahmen möglich und deren Ergebnis sofort überprüfbar. Das gilt besonders für die elektronisch-mechanische Konstruktion. Zur Maschinenentwicklung bemerkte Farhad Farassat: „Mit Abschätzungen braucht man die dreifache Zeit zur Fehlererkennung von Schwingungen und Bewegungen gegen-über der visuellen Feststellung durchMotionBlitz“. Vorteile brachte er auch für Training und Schulung. Es ist ein Leichtes bei Änderung der Bondparameter nachzuweisen wie sich diese auswirken.

Diskussionen können rasch auf Basis von objektiven Ergebnissen geklärt werden. Auch in der Lösung von kausalen Abläufen (welcher Schritt war zuerst) erwies sich das System sehr vorteilhaft. Mit Blick auf die Produkthaftung ist diese Kontrollmöglichkeit von großer Bedeutung. „Ich bin der Meinung, daß es kaum möglich ist ohne ein System wie MotionBlitz hochwertige Bondsysteme zu entwickeln und effektiv einzusetzen. Es ist das Zusammenspiel von Hard- und Software mitanderen Meßverfahren, das dieses System so wertvoll macht“, unterstreicht Farhad Farassad.

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