Die rasante Entwicklung in der Elektronik hat vor der Leistungselektronik nicht Halt gemacht. Diesem Trend müssen natürlich auch die Anbieter von Maschinen und Ausrüstung folgen. Die neue Generation von Drahtbondern wartet daher mit Verbesserungen bei Antrieb, Bondkopf und Software auf. Die eingesetzte Hardware auf PC-Basis lässt sich an veränderte Gegebenheiten anpassen, und gewährleistet so Investitionssicherheit. Von Bedeutung ist darüber hinaus die erhöhte Steifheit des Systems, um Schwingungen zu vermindern und damit die Bondqualität zu erhöhen.
Die Bedeutung der Leistungselektronik hat gerade in den Bereichen Antriebstechnik, Automotive und Lichttechnik in der Vergangenheit stetig zugenommen. Der Trend ist nach wie vor ungebrochen, und es ist sicher, dass sie auch in Zukunft eine wachsende Rolle spielen wird, nicht zuletzt weil dafür immer neue Anwendungsgebiete gefunden werden. Das Ziel ist kontrollierbare Leistung, wie z.B. für Smart-Power, welche eine gewichtige Rolle in der Halbleiterindustrie einnehmen wird.
Diese Entwicklung stellt natürlich auch wachsende Herausforderungen an die Hersteller der Maschinen für die Fertigung von Leistungselektronik. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat das Unternehmen F & K Delvotec, das seit mehr als 20 Jahren Drahtbonder für Leistungsbauteile produziert, jetzt die fünfte Bondergeneration vorgestellt.
Sanfte Berührung
Das Antriebssystem eines Drahtbonders muss robust, schwingungsfrei, schnell und steif sein, um auch bei höchster Geschwindigkeit perfekte Bonds zu schaffen. Das Know-how von F & K Delvotec auf diesem Gebiet und die Verwendung modernster Computersimulationen führten zur Entwicklung eines Antriebssystems, das ein Vielfaches an Steifigkeit und eine höhere Geschwindigkeit bietet, als das der vierten Maschinengeneration.
Die Oberfläche eines Chips, meist nur zwischen 1 und 4 µm dick, mit einem Aluminium-Bonddraht zu verbinden, ohne sie oder den Draht stark zu deformieren oder zu beschädigen, ist eine Herausforderung. F & K Delvotec hat dieses Problem mit eigens dafür entwickelter Hard- und Software gelöst, die es ermöglichen, die Oberfläche des Bondpads sehr sanft zu berühren. Zunächst wird die Oberflächenhöhe berechnet und erst danach berührt der Draht mit Hilfe elektronischer Näherungssensoren die Schweißfläche. Der Bewegungsablauf wird von elektrischen Sensoren und dem Antriebssystem kontrolliert. Während der Berührung und dem darauf folgenden Schweißvorgang können sämtliche Parameter, wie z.B. Ultraschallleistung, Frequenz, Bondkraft und Impedanz durch die weitere entwickelte zweite Generation der Bondprozesskontrolle (BPC) aufgenommen und geregelt werden. Die patentierte BPC macht dem Bediener der Maschine die Einstellung der Ultraschallleistung, Zeit und Bondkraft so einfach wie möglich, da bisher viele Bediener mit der Einstellung dieser kritischen Parameter, deren falsche Justierung zu erheblichen Qualitätsschwankungen führen konnte, überfordert waren.
Qualitätssicherung beim Bondprozess
Der Aufbau des Bondkopfes ist nicht nur für die Schweißqualität, sondern auch für die maximal erreichbare Geschwindigkeit verantwortlich. Durch Einsatz mehrerer elektronischer Sensoren und Aktoren erfüllt der eingesetzte Bondkopf bereits heute die strengen Anforderungen der Zukunft hinsichtlich Flexibilität und Präzision. Neuartige Transducer und digitale Generatoren im Ultraschallsystem des Bondkopfes führen zu noch besserer Bondqualität. Diese digitalen Generatoren unterstützen und überwachen das gesamte Ultraschallsystem. Ein aufwändiger Abgleich des Systems ist nicht mehr notwendig, da alle Einstellungen durch programmierbare Parameter vorgenommen werden können.
Der digitale Ultraschallgenerator erzeugt eine gleichförmige Sinusschwingung, und durch verschiedene Amplitudenregelungen wird eine optimale Anpassung an die veränderlichen Vorgaben des Ultraschallsystems während des Bondprozesses gewährleistet. Diese Parameterüberwachung ermöglicht die Bewertung der Qualität des aktuellen Bonds. Der digitale Ultraschallgenerator, die Impedanzmessung und die Bondprozesskontrolle in Verbindung mit der Maschinensoftware sichern die Qualität beim Bondprozess.
In den Maschinen der fünften Generation wird das Bildverarbeitungs-System Cognex 8000 Pat Max verwendet. Dieses System ist in der Lage, Oberflächen mit geringem Kontrast und von schlechter Qualität zu erkennen. Die optimale Funktionalität des Bildverarbeitungs-Systems verlangt, dass Optik und Lichtsystem aneinander angepasst sind. Dafür wurden Optiken und Beleuchtungssysteme entwickelt, welche die verschiedenen Oberflächen problemlos erkennen können.
Kommunikation nach außen
Heutige Produktionsmaschinen stellen nur noch selten Insellösungen dar, sondern müssen in der Lage sein, mit einer Vielzahl anderer Systeme zu kommunizieren. Anforderungen wie Linienintegration, Erfassung von Qualitätsdaten oder Online-Zugriff für die Serviceabteilung des Herstellers sollen vom Steuerungssystem der Maschine neben der eigentlichen Ablaufsteuerung erfüllt werden. Während der Produktion muss die Maschine große Datenmengen verarbeiten und gegebenenfalls nach außen bereitstellen, wobei unterschiedlichste Schnittstellen und Konzepte zum Einsatz kommen können. Für diese Aufgabe wurde ein zu Unix kompatibles Echtzeit-Betriebssystem gewählt, welches zusammen mit einer flexiblen, offenen Softwarearchitektur die Plattform bildet, um heutige und zukünftige Anforderungen erfüllen zu können. Diese Plattformstruktur nimmt den Kunden die Sorge, sich künftig mit ständig wechselnden Programmen auseinander setzen zu müssen, wie es in der PC-Welt häufig der Fall ist. Die klar strukturierte Bedienoberfläche der Maschine ist vom Bediener leicht zu handhaben und die Struktur des Bondprogramms erlaubt die Programmierung von einfachen Transistoren bis hin zu komplexen Hybridbauteilen ohne großes Vorwissen.
Die heute verwendete Hardware muss nicht nur dem derzeitigen Stand der Technik entsprechen, sondern sich auch veränderten Gegebenheiten der Zukunft anpassen können. Ein Kompakt-PC stellt sicher, dass jederzeit durch einfaches Austauschen des Boards der neueste PC in der Maschine zum Einsatz kommen kann. Alle zukünftigen Systeme werden auf PC-Basis entwickelt, sämtliche Schnittstellen lassen sich mit geringem Zeitaufwand und minimalen Kosten durch Zukaufboards anpassen. Die Hardware kann somit jederzeit mit der aktuellen technischen Entwicklung mithalten und kostengünstig aktualisiert werden.
Geringere Schwingungen, höhere Qualität
Der Maschinenrahmen ist anhand von detaillierten Berechnungen aller auftretenden Schwingungen und Computersimulationen konstruiert worden. Das Ergebnis ist ein starres und gleichzeitig gedämpftes System, welches selbst bei hohen Geschwindigkeiten unanfällig gegen Schwingungen ist. Diese Schwingungsverminderung führt zu hoher Bondqualität. Das Maschinendesign wurde in Zusammenarbeit mit einer renommierten Münchner Designfirma realisiert, so dass Funktion und Form in harmonischem Einklang stehen.
Die Bonder der fünften Generation sind sowohl für Automationslinien als auch für Stand-alone-Anwendungen bestens geeignet. Zur Integration in automatische Produktionslinien kann der Bondkopf, je nach Bedarf, am vorderen Teil oder auf dem hinteren Teil der Bonder-Grundplatte, montiert werden, was flexible Einbaumöglichkeiten in eine Vielzahl von Liniensystemen erlaubt. Ebenso kann die Bedienkonsole des Bonders problemlos vom Bonder getrennt und an anderer Stelle in der Linie installiert werden. Für Stand-alone-Lösungen wird der Bondkopf hinten montiert, so dass der vordere Teil des Bondergehäuses das Bauteilhandling für Leadframes und andere Bauteile aufnehmen kann. Dies erlaubt eine sehr kompakte Bauweise des gesamten Bonders.
Productronica, Stand B6.305
EPP 501
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