Dosieranlage in voller Inline-Konfiguration vom Eingangs-Handler/Magazin über den Curing Oven (SMT) bis zum Ausgangs-Magazin.

Dosieranlage in voller Inline-Konfiguration vom Eingangs-Handler/Magazin über den Curing Oven (SMT) bis zum Ausgangs-Magazin. Amicra

Die vollautomatische und flexibel konfigurierbare Dosieranlage HDS (High-Speed & Precision Dispensing System) für Glob-Top- und Underfill-Prozesse von Amicra Technologies verfügt über ein wesentliches konstruktives und konzeptionelles Merkmal: das Mehrkopf-System mit bis zu vier parallel arbeitenden Dosierköpfen für Jet/Spindle/Time-Pressure-Vakuumpumpen. Dabei ist jeder Kopf mit einem Dosierventil und einer Kamera (mit automatischem Fiducial-Mapping) auf einem XYZ-Achssystem angeordnet und kann mit Linearmotoren auf <10 µm bei 3 Sigma genau positioniert werden. Die HDS-Anlage arbeitet als Inline- oder Magazin-zu-Magazin-, oder Reel-to-Reel-Konfiguration.

Spezielle Dispensierungs-Strategie

Um die Maximalbestückung mit vier Dosierköpfen optimal zum Steigern des Durchsatzes und dem Verkürzen der Zykluszeit zu nutzen, setzt man eine spezielle Dispensierungs-Strategie ein. Dazu werden die zu bearbeitenden Bauteilestreifen in vier Zonen aufgeteilt. Die beiden ersten Systeme dispensieren den Kleber in den Zonen 1 und 3, die verbleibenden zwei Systeme bearbeiten die Zonen 2 und 4. Die Positionsgenauigkeit der Köpfe erreicht <50 µm bezogen auf die Chip-Position. Optional lassen sich zwei Jet-Ventile, etwa für ASICs, und die seitliche Abdeckung von Sensoren mit zwei Dosiernadeln einsetzen. Eine weitere Konfigurationsmöglichkeit wäre, mit den ersten beiden Systemen zu jetten und mit den anderen beiden Nadeln zu dispensieren. Dies wäre eine kombinierte Anwendung der Anlage. Diese Funktionalität erhöht die Taktzeit des Dosiervorgangs um das Vierfache. Dabei wird die volle Bauteilkontrolle mit Single Device Tracking sichergestellt. Die Maschine kann über eine SECS/GEM-Schnittstelle (Semi Equipment Communication Standard, Generic Equipment Model) gesteuert und mit der Datenleitstelle der Fertigung verknüpft werden. So können alle Maschinen und Zellen eines Fertigungsflusses in Echtzeit miteinander kommunizieren und kooperieren.

Schematische Darstellung des Dosiervorgangs mit optionaler Inline-Peripherie.

Schematische Darstellung des Dosiervorgangs mit optionaler Inline-Peripherie. Amicra

Die für die Halbleiterfertigung standardisierte Schnittstelle entspricht konzeptionell dem Industrie 4.0 Konzept im allgemeinen Maschinenbau. Neben SECS/GEM ist die HDS-Dosieranlage auch mit der weltweit standardisierten SMEMA-Schnittstelle (Surface Mount Equipment Manufacturers Association) verfügbar – was ihre Integrierbarkeit in unterschiedlichen Prozessflüssen und Fertigungsumgebungen weiter erhöht.

Leichte Identifizierung

Das Benutzerinterface der HDS-Anlage integriert standardmäßig die Visualisierung des Prozesses. Damit kann ein Prozess eingestellt, modifiziert und überwacht werden. Das Benutzerinterface ermöglicht auch eine Zugangskontrolle für kritische oder sensible Funktionsbereiche der Software oder regelmäßig automatische Wartungsanforderungen für die Maschine. Die Anlagen-Software ist für unterschiedliche Dosierrezepte konfektioniert, die auf hochvolumige Produktionen im 24/7-Betrieb ausgerichtet sind, wie etwa im Automotive-Bereich.

Entwickler und Anbieter

Amicra Technologies in Regensburg bietet als Entwickler hoch genaue Montagesysteme, wie Die-Bonder, Flip-Chip-, Die-Attach- und eutektisches Die-Attach-Equipment. Darüber hinaus bietet das Unternehmen als Provider Entwicklungs-Services im Backend- und Packaging-Bereich in diversen Industrie-Segmenten.

Glob-Top-Dispensier-Strategie mit Zonen-Einteilung  (oben) sowie der funktionalen Abfolge mit vier Jet-Valve-Dosierern (unten).

Glob-Top-Dispensier-Strategie mit Zonen-Einteilung (oben) sowie der funktionalen Abfolge mit vier Jet-Valve-Dosierern (unten). Amicra

Sämtliche prozessrelevanten Messwerte, welche während des Dispensings einer einzelnen Komponente durch die Maschinen-Hardware gemessen werden, werden pro Los, pro Horde oder jeder anderen gewünschten Container-Einheit in einem File festgehalten. So lassen sich Probleme im Prozess durch den Operator leichter identifizieren. Durch die Ausstattung mit einer SECS/GEM-Schnittstelle wird die Kompatibilität der HDS-Anlage mit der Datenverwaltung des Anwenders erreicht, welche der Dosieranlage die anliegenden Bauteiledaten übermittelt. So ist die Regelung und Synchronisation des Materialflusses auch für den Gesamtprozess der Linie möglich. Bei der Ausführung des 3D-Dispensing werden unterschiedliche Bauteile-Topografien, also unterschiedliche Profile und Höhenmaße, berücksichtigt und in Z-Richtung mit der Dosiernadel abgefahren. Somit werden auch die Konturen komplex gestapelter Chips, bei denen die kleineren Typen oben auf dem Stapel angeordnet sind, und die größeren zuunterst liegen, stufenweise erfasst. Wobei zunächst die unteren Ebenen und dann stufenweise die höheren Ebenen bearbeitet werden.

Gesteuerte Dosiermaterial-Zuführung

Eine weitere relevante Lösung ist das zentrale Adhesive-Tank-System zur automatischen, zentral gesteuerten Versorgung der Dosierventile mit der jeweils benötigten Menge an Klebermaterial. Sie beseitigt das immer noch gebräuchliche Um- und Nachfüllen der Kleber-Kartuschen und reduziert damit beträchtlich die Komplexität des Dosiervorgangs. Das Material-Bereitstellen ist als Konzept mit zwei verbundenen Druckbehältern ausgeführt. Der erste Druckbehälter mit etwa 2 l Fassungsvermögen wird mit dem Förderdruck beaufschlagt. Er bedient die Jet-Ventile. Im Behälter befindet sich ein austauschbarer Wechselbehälter mit Füllstandssensoren und einer Drucküberwachung. Im zweiten Druckbehälter wird die Kundenflasche mit 1 l Inhalt eingestellt. Beide Behälter sind über eine Schlauchleitung verbunden. Über zwei Filter und ein Zweiwegeventil erfolgt die Verbindung mit dem Dosierventil.

Mehrere Positionen vermessen

Material-Bereitstellung für die Jetventile mit zwei verbundenen Druckbehältern.

Material-Bereitstellung für die Jetventile mit zwei verbundenen Druckbehältern. Amicra

Die detaillierte Berücksichtigung der Bauteile-Topografie umfasst auch die laufende Positionserkennung des dispensierten Klebers. Zudem lassen sich pro Bauteil mehrere Positionen vermessen, auf welche sich die Befehle im Pattern zuordnen lassen. Bei Verwenden eines Nadel-Dispensers gilt, dass die Dosiernadel bis auf etwa 0,3 mm an die Oberfläche der zu bearbeitenden Bauteile herangeführt werden muss. So lassen sich eventuelle Abweichungen der Lage und Höhe der Bauteile kompensieren. Solche minimalen Abweichungen können auftreten, wenn Bauteile gewisse dimensionale Toleranzen aufweisen, oder wenn sie nicht exakt plan platziert wurden, sondern gedreht oder verkantet. Das in die Kamera des Dosierkopfes integrierte Autofokus-System erkennt diese spatialen Diversionen und führt die Dosiernadel entsprechend nach.

Druckluftverwirbelung auf beaufschlagte Bauteile

Die integrierte Heizstation für die zu bearbeitenden Bauteile ist innerhalb des Prozessbereichs der Anlage angeordnet. Weiterhin im Prozessbereich, und zwar vor dem Dosiervorgang des Klebers, vorgesehen ist die Reinigungsstation Taifun Cleaners. Sie bewirkt eine Druckluftverwirbelung auf der mit ionisierender Strahlung beaufschlagten Bauteile-Oberfläche. Die dabei abgehobenen Partikel werden in eine Vakuumkammer abgesaugt und entfernt. Außerdem kann eine Entgasungskammer für den Kleber integriert werden.