In immer mehr Anwendungen kommen extrem kompakte Baugruppen, Submodule oder System-in-Packages zum Einsatz. In deren Designs müssen vermehrt Dies – „nackte“ Bauteile – direkt aus dem Wafer bestückt werden. Betraf das früher unter anderem die Massenfertigungen von Telefonen und Funkmodulen in Fernost, sehen sich heute auch europäische Elektronikfertiger in Anwendungen für Medizintechnik, Industrial Internet of Things (IIoT), Sensorik oder in Steuermodulen mit dieser Prozessanforderung konfrontiert.
Das klassische Verfahren
Isoliert betrachtet ist die Entnahme von Dies aus dem Wafer und deren Platzierung auf Substraten ein im Chip Assembly, also im Backend der Elektronikfertigung, gut bekannter und beherrschter Prozess. Dort wird er von Bonding Maschinen hochautomatisiert durchgeführt. In den Wafer Handling Einheiten dieser Maschinen werden die Dies über eine Nadel von unten aus dem zuvor gesägten oder gelaserten Wafer herausgedrückt und von einem Bestückkopf aufgenommen. Nach der Platzierung der Dies auf dem Substrat erfolgt die Kontaktierung (Die Bonding). Dies geschieht in unterschiedlichen Verfahren: Im Wire Bonding über eine drahtgebundene Herausführung der Kontakte zu den leitenden Flächen auf dem Substrat oder als Flip Chip (mit den leitenden Kontakten Richtung Substrat und den dort befindlichen leitenden Flächen/Pads) mit einem direkten Kontaktieren. Die Anforderungen an die Bestückgenauigkeit sind mit 15 – 20 µm und darunter nochmals höher als in der SMT-Fertigung.
Die Bonder drücken auf die Effizienz der SMT-Linie
Die Integration von Die Bonding Prozessen ist in SMT-Linien bereits realisiert. Hierfür bieten einige Hersteller Die Bonder mit Wafer-Handling-Einheiten, die in Linien neben klassischen SMT-Automaten Dies und Flip Chips platzieren und kontaktieren.
Der Nachteil dieser Inline-Lösungen: Die Integration von Die Bondern und Wafer Handling Einheiten drückt auf die Produktivität der SMT-Linien. So liegen die typischen Bestückleistungen von Die Bondern bei 3.000 – 10.000 Dies pro Stunde. SMT-Komponenten dagegen lassen sich heute mit Geschwindigkeiten von deutlich über 30.000 Bauelementen pro Bestückkopf und Stunde bestücken.
Eine zweite Schwäche von Inline-Bondern: Maschinen und Prozess erfordern spezielles Know-how, das in den SMT-Fertigungen oft fehlt. Teilweise werden erhöhte Reinraum-Anforderungen gestellt und auch die Lagerung der Wafer erfordert spezielle Systeme.
Ein weiteres Manko: Die Flexibilität der SMT-Linie wird reduziert, denn die Inline Die Bonder lassen sich ja nicht rein- und rausfahren. Bei der Abarbeitung „normaler“ SMT-Aufträge sind Inline Die Bonder totes Kapital in der Linie.
Erst Flip, dann Chip: Wafer-Handling und SMT-Prozess entkoppeln
Einen anderen Weg geht jetzt ASM. Neben den Print- und Bestücklösungen im SMT-Bereich ist ASM der weltweit größte Anbieter für Backend-Equipment: Die Bonder, Wire Bonder, Automaten für Encapsulation/Molding sowie laser-basierende Singulation-Lösungen und vieles mehr. Der Ausrüster verfügt über ein mannigfaltiges Prozess-Know-how und deckt mit Maschinenlösungen Prozessschritte vom Wafer bis zur SMT-Bestückung ab. Diese Erfahrungen spiegeln sich in der jetzt entwickelten Lösung wider.
Der Grundgedanke: Warum die SMT-Linie über die Integration eines Die Bonders unnötig komplizieren und ihre Bestückleistung reduzieren? ASM entkoppelt daher Wafer-Handling und Flip Chip-Bestückung in zwei Prozessschritte und Systeme. Das Ergebnis ist ein deutlicher Gewinn an Flexibilität und Produktivität für die Elektronikfertiger.
Inspektion, Test, Markierung und Gurtung der Dies
Sunbird ist ein System für Inspektion, Sortierung und Gurtung. Mit dem Sunbird-Revolverkopf lassen sich 6-seitige optische Inspektion, elektrischer Funktionstest, Lasermarkierung, Sortierung und Packing effizient kombinieren. Die Dies werden aus dem Wafer genommen und durchlaufen dann alle in Sunbird angebotenen Prozessschritte. Bis zu 30.000 Dies lassen sich so pro Stunde vollautomatisiert inspizieren, testen, markieren und gurten. Das Ergebnis sind Gurte, in denen die Dies einfach gelagert und bereits geflipt für die SMT-Bestückung bereitgestellt werden. Durch die Lösung können Elektronikfertiger die gesamte Prozesskette bis zum Gurt in das eigene Unternehmen holen, vereinfachen die Lagerung und Verarbeitung der Dies und bleiben in der SMT-Bestückung flexibel.
Präzision für die Flip Chip Bestückung
Um die in der Flip Chip Bestückung geforderte Bestückgenauigkeit zu erreichen, bietet das Unternehmen mit der Siplace TX micron jetzt eine neue, speziell konfigurierte Variante seines Top-Modells. Siplace TX micron erfüllt die erhöhten Anforderungen in der SiP-/Advanced Packaging und der Submodul-Fertigung – bei einer gleichzeitig extrem hohen Bestückleistung.
Durch Zusammenspiel spezieller Glaskeramik-Skalen, hochauflösendem Vision-System, Vakuum-Tools, hochpräzisen Linearmotoren und Steuerungssoftware erreicht der Bestückautomat mit zwei SpeedStar-Bestückköpfen Bestückgenauigkeit von 15 µm @ 3 Sigma bei Bestückleistungen bis zu 78.000 BE/h (Bauelementen pro Stunde). All dies ermöglicht es, die in den Gurten gerüsteten Flip Chips bis zu Bauteilgrößen von 0402 (metrisch) präzise, hocheffizient und in Kombination mit anderen SMT-Komponenten zu bestücken. Voraussetzung für diese Lösungskombination des Unternehmens ist, dass die Dies im Wafer für die Flip Chip Bestückung vorbereitet wurden und ihre Kontaktierung über gedruckte Lotpads erfolgen kann.
Leistungsstarke Kombination für Inline Die Bonder
Die Investition in eine Kombination aus Sunbird und Siplace TX micron stellt eine clevere Alternative zum Inline Die Bonder dar. Die Kombination spielt ihre Stärken in zwei Szenarien besonders überzeugend aus: Das erste Szenario sind Unternehmen, die große Serien von Baugruppen mit Flip Chips produzieren müssen. Diese Fertiger profitieren von der deutlich höheren Produktivität und Bestückleistung ihrer Linien, weil ein leistungsreduzierender Die Bonder aus der Linie herausgehalten werden kann. Das zweite Szenario sind Fertiger, die Flip Chips nur in kleiner Zahl und in wenigen Anwendungen bestücken müssen. Sie profitieren davon, dass ihre Linie auf SMT Prozesse optimiert bleibt und sie die volle Flexibilität in Planung und Auslastung ihrer Kapazitäten erhalten.
SMT Hybrid Packaging, Stand 4-309
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