Präzise Mikroproduktion braucht nicht unbedingt teure Vollautomaten

Schon seit über 40 Jahren sind die manuellen und halbautomatischen Geräte von Dr. Tresky aus der Schweiz für die Montage von Halbleiterchips in Labors und in der Kleinserienfertigung sehr beliebt. Die Philosophie der Firma für flexible und gleichzeitig genaue Maschinen, die dennoch einfach zu bedienen sind und nicht die Fähigkeiten eines Uhrmachers erfordern, hat viele Freunde auf dem ganzen Weltmarkt. Wo immer High-Mix-Low-Volume Produktionen betrieben werden, bei denen es auf höchste Qualität ankommt, gleichzeitig aber ein kurzes Time-to-Market gefordert ist, sind diese Maschinen zu finden.

Auch in der Welt der Kleinserien- und Manufakturfertigung werden die Anforderungen an die Genauigkeit des Fertigungsequipments immer höher, so etwa in den Bereichen der faseroptischen Kommunikation oder der Sensorik. Gerade in State-of-the-Art-Anwendungen werden häufig geringe Stückzahlen von hochwertigen und damit wertvollen elektronischen Baugruppen hergestellt.

Aufbringen von Halbleiterchips auf Kontaktbumps

Die neueste Generation von halbautomatischen Pick- und Place-Geräten der Serie 5100 und 5300 ist durch ihre stabile Konstruktion optimal geeignet, auch Bauelemente mit höchsten Präzisionsanforderungen zu platzieren. Das ist unter anderem bei Flip-Chip-Anwendungen wichtig, wo Halbleiterchips mit der funktionalen Seite nach unten direkt auf Kontaktbumps aufgebracht werden müssen. Bei den Geräten von Dr. Tresky wird die hohe Genauigkeit vor allem dadurch erreicht, dass nach dem Aufnehmen des Chips mit dem Placing-Tool eine Kameraeinheit mit einem Beam-Splitter in den Verfahrweg eingeschwenkt wird, sobald das Placing-Tool über derZielposition auf dem Substrat steht. Der Beam-Splitter schaut gleichzeitig nach oben und unten, sodass die beiden Bilder des Chips von unten und der Zielposition von oben übereinandergelegt zu sehen sind. Dann können das Substrat in X und Y sowie der Chip in der Drehachse manuell exakt aufeinander justiert werden. Bei genauer Arbeitsweise sind, auch dank der hochpräzisen Z-Führung, die für die Positionierung letztendlich verantwortlich ist, erstaunliche Platziergenauigkeiten bis in den Bereich von unter 1 µm problemlos zu erreichen. Obendrein lassen sich auch noch Anpressdruck oder Temperaturprofile programmieren. Das ist sonst nur bei hochkomplexen, vollautomatischen Geräten möglich, die um ein Mehrfaches kostspieliger in der Anschaffung sind.

Beam-Splitter mit neuen Funktionen

Eine Neuentwicklung hat diesen Prozess laut Unternehmensangaben noch einmal verbessert. Zum einen ist es jetzt möglich, den Beam-Splitter nicht erst beim Absetzen des Chips zu verwenden, sondern schon beim Aufnehmen aus dem Waffle- oder Gelpack. Der Chip wird also von oben betrachtet und das Placing-Tool von unten, sodass beide optimal aufeinander ausgerichtet werden können. Der Vorteil daran ist, dass sich so auch extrem kleine Chips bis herunter zu 100 x 120 µm passgenau und sicher vom Placing-Tool mit seiner winzigen Vakuum-Bohrung ansaugen lassen. Ebenso können etwa Laser-Chips, die häufig lang und schmal wie ein Streichholz sind, optimal mit dem Placing-Tool aufgenommen werden und riskieren keine Beschädigung.

Als weiterer Aspekt der neuen Entwicklung kann jetzt das Bild des Chips, welches von der Kamera im Beam-Splitter von der Oberseite aufgenommen wird, mit einem Snipping-Tool abgespeichert werden. Auf diese Weise wird das Bild des Chips mit der Position des Placing-Werkzeuges verknüpft. Das hat den großen Vorteil, dass beim anschließenden Platziervorgang die Strukturen auf dem Chip zur Justage dienen und nicht nur die Außenkonturen, die von der Unterseite her zu sehen wären. Es kann nämlich vorkommen, dass diese Außenkonturen durch die Sägetoleranzen nicht ganz genau zu den Strukturen auf dem Chip passen, die für die Platzierung wichtig sind. Der Chip wird also so auf dem Substrat justiert, als sei er von oben sichtbar, obwohl er schon am Placing-Tool hängt und verdeckt ist.

Neben der allgemeinen Arbeitserleichterung hilft die Neuerung besonders beim Training und bei der Einarbeitung neuer Mitarbeitender, die keine jahrelange Erfahrung mit Pick- und Place-Geräten haben müssen, um hohe Qualität zu produzieren. Auch hier wieder zeigt sich die Ausrichtung des Maschinenprogramms auf maximale Flexibilität, denn die neuen Module in den Die-Bondern fügen sich nahtlos in einen ganzen Baukasten von Optionen ein, mit denen sich die verschiedensten Arbeitsschritte wie Ausstechen vom Wafer, Kleberauftrag, UV-Aushärtung, Ultraschallbonden oder sogar eutektisches Bonden und vieles mehr maßgeschneidert ausführen lassen.

SMTconnect 2023: Halle 4A, Stand 234