Power-Modul-Fertigung

Power-Module stellen einen physischen Verbund von Leistungs-Halbleitern und deren Verbindungen dar und müssen robust gegen äußere Einflüsse wie auch hohe Energiedichten konzipiert sein. Um den durch Verlustwärme entstehenden thermischen Effekten zu widerstehen, besitzen Power Module massive Grundplatten, um als Wärmebrücke die Energie abzuführen. Beim Herstellen der Verbindungen ist der Einsatz von flussmittelfreiem Löten oder Sintern im Vakuum unabdingbar, um die Lebensdauer signifikant zu erhöhen.

Preform-Zuführ- und Schneideeinheit in der Komplettanlage. Infotech

Die zentrale Rolle der Power-Module in der Endanwendung überträgt sich unmittelbar auf die Montage, die höchste Präzision im Umgang mit den eingesetzten, sensitiven Keramiksubstraten, Halbleitern und Lot-Preforms erfordert. Die Positionierungsgenauigkeit sowie der präzise Einsatz von Haftvermittlern hat direkte Auswirkung auf weiterführende Herstellungsprozesse und die Gesamtprozessqualität. Die Endprodukte erfordern eine lückenlose Qualitätskontrolle in allen Arbeitsschritten und bedingen die Optimierung hinsichtlich einer minimalen Ausschussquote über alle an der Herstellung beteiligten Fertigungsschritte.

Power Module erfordern eine lückenlose Qualitätskontrolle in allen Arbeitsschritten. Infotech

Hohe Durchsatzgeschwindigkeit durch parallele Handhabung

Das Schweizer Unternehmen Infotech, Solothurn, hat sich auf die Entwicklung und Produktion von Anlagen für das vollautomatische Ausführen von Bestückungs-, Montage- und Dosierprozessen spezialisiert. Alle kundenspezifischen Fertigungsprozesse können wahlweise vorab auf Laboranlagen in Desktop-Größe erprobt und freigegeben werden, bevor eine nahtlose Skalierung auf einzelne Produktionszellen bis hin zu autonomen Fertigungslinien mit fahrerlosen Transportsystemen erfolgt. Die Basis aller Anlagen bilden kartesische Portalsysteme aus der IP-Familie als Plattform, auf denen beliebige Komponenten am Roboterkopf sowie im Bestückungsbereich installiert werden können. Kopfkonfigurationen mit bis zu sechs Bestückungsköpfen erlauben eine hohe Durchsatzgeschwindigkeit durch parallele Handhabung der Bauteile.

Bildgeführte Robotersteuerung

Bei Anlagen im Bereich der Power-Modul-Fertigung bietet Infotech Lösungen von Teilprozess-Schritten, kompletten Produktionszellen oder ganzen Linien in enger Kooperation mit verschiedenen Partnern an. Variable Transportsysteme ermöglichen das Verarbeiten auf kundenspezifischen Werkstückträgern bis zu einer Breite von 330 mm und sind somit selbst für  übergroße Lötanlagen, wie beispielsweise Pink Vadu 400 XXL geeignet. Die Werkstückträger können in der Fertigungslinie zurückgeführt werden und so autonom durch die Prozessschritte Bestücken, Löten und Entladen zirkulieren. Kernstück aller konzipierten Anlagen ist eine durchgehend bildgeführte Robotersteuerung. Diese Bildverarbeitung ist integraler Bestandteil der Anlagensoftware und ermöglicht hierdurch hohe Geschwindigkeiten im Verarbeitungsprozess und die vollautomatische Kalibrierung der Roboterachsen und Maschinenmodule.

Die Werkstückträger können in der Fertigungslinie zurückgeführt werden und so autonom durch die Prozessschritte zirkulieren. Infotech

Die für die Power-Modul-Fertigung benötigten Komponenten werden in typischen Anwendungen auf Wafern in den Dimensionen 6, 8 und 12 Zoll bereitgestellt und durch die integrierten Wafer-Magazinhandler vollautomatisiert ausgewählt, positioniert und gestretcht. Ein breites Sortiment an Adaptern erlaubt die vielfältige Nutzung verschiedenster Waferframe-Formate in einer Anlage. Bei der Integration in bestehende Fertigungslinien können bereits detektierte Schlechtteile aus Vorgängerprozessen durch optische Kennzeichnung oder über eine elektronische Datenverarbeitung vollautomatisch ausgeschleust werden.

Im Lötverfahren mit Lot-Preforms kann das Material auf eigenentwickelten Feedern direkt ab Rolle zugeführt und in der Anlage individuell auf 15 Mikrometer genau zugschnitten werden. Diese Methode gestattet es, verschiedene Preform-Längen ohne Rollenwechsel mit nur einem Feeder zu verarbeiten. Für die sichere Bestückung der Preforms sorgen spezifische Sauger, die auf die jeweiligen Formate optimiert werden. Diverse Haftvermittler können beidseitig auf Halbleiter und Preform aufgebracht werden, um eine problemlose Übergabe zwischen den einzelnen Arbeitsstationen sicherzustellen.

Auch alternative Verfahren wie Sinterschicht-Transfer ab Folie lassen sich auf Kundenwunsch in den Anlagen integrieren. In einem Prebonding-Prozess wird hierbei mit großer Kraft und mit Kraftüberwachung und hoher Temperatur die Sinterschicht direkt von der Trägerfolie auf den Halbleiter übertragen. In diesem Anwendungsfall kommt neben speziellen Sinterfolien-Feedern auch ein für den Sinterprozess spezifischer, beheizbarer Bestückungskopf zum Einsatz.

Diebonder für XXL Carrier mit Flipper und Benetzungsstation, Infotech

Zukunftsfähige Modulbauweise

Beim nahtlosen Übergang von der Desktopanlage bis zur Fertigungslinie ermöglicht die modulare Bauweise eine individuell zugeschnittene Lösung in allen Dimensionen. Zudem gestattet es eine Skalierung entlang des Produktlebenszyklus ohne Mehrkosten in der Prozessentwicklung. Der Bedarf an hochautonomen und flexiblen Bestückungssystemen ist gerade in der Power-Modul-Fertigung – getragen durch den anhaltenden Boom der Branchen – extrem hoch. Deshalb gilt es bestehende Verfahren weiter zu beschleunigen sowie den Anteil an Gutteilen weiter zu erhöhen. Darüber hinaus sollte die Entwicklung bei zukünftige Herstellungsverfahren und die Integration in autonome Transport- und Logistiksysteme im Auge behalten werden.

productronica 2017: Halle A4, Stand 277

(hw)