Berechnete Cmk-Ergebnisse für den Die Bonder Nano von Amicra.

Berechnete Cmk-Ergebnisse für den Die Bonder Nano von Amicra. Amicra

Eine andere Cpk-Definition

Eine weitere Definition der Prozessfähigkeit oder des Cpk-Indexes wird aus einem Verfahren (oder Tool) abgeleitet, mit dem man den Vertrauens-Level eines Prozesses ermittelt. Bei den meisten Montage-Prozessen gibt es eine große Anzahl von Variablen, die das Ergebnis beeinflussen können. Um sicher zu gehen, dass die Prozessergebnisse innerhalb der Grenzwerte der Spezifikation bleiben, ist es am besten, eine hinreichende Bandbreite zwischen den Prozessergebnissen und den Grenzwerten der Spezifikation vorzusehen. Man sollte sich also auf jeden Fall einen guten Überblick über alle Schlüssel-Variablen des Prozesses verschaffen, die das Ergebnis beeinflussen können. Im Wesentlichen sind das:

  • Material
  • Methode/Prozess
  • Bediener
  • Maschine/Tool
  • Management
  • Umgebung
  • Messung

Um diese Variablen zu beherrschen, ist es hilfreich, einen Cpk-Wert >1 aufrecht zu erhalten.

Was ist Motorola Six Sigma?

Motorola Six Sigma (Cpk = 2) bezeichnet eine tief greifende Management-Strategie, die auf einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess basiert. Die detaillierte Behandlung dieses Verbesserungsprozesses geht allerdings über die in diesem Beitrag abgehandelte Thematik hinaus. Vereinfacht ausgedrückt: Motorola Six Sigma ordnet ±1,5 Sigma dem eigentlichen Prozess zu. Eine weitere Spanne von ±1,5 Sigma berücksichtigt die Prozess-Variablen, die zwangsläufig den Prozess beeinflussen und/oder die Standardabweichung vergrößern. Dieser zusätzliche Wert von ±1,5 Sigma sichert einen minimalen PPM-Verlust in einer sich ständig ändernden Produktionsumgebung.

Ein Photonik-Package.

Ein Photonik-Package. Amicra

Wenn die Standardabweichung der Platzierung kleiner wird, ist das gleichbedeutend mit einer geringeren Anzahl von Platziervorgängen, die außerhalb von USL und LSL liegen. Unter der Annahme, dass die Platzierungsdaten um Null herum zentriert sind, vergrößert sich der Cpk-Wert. Das resultiert in einem stabileren Prozess, auch wenn Materialänderungen vorgenommen werden oder wenn eine andere Bedienperson den Prozess übernimmt. Unter der Annahme, dass USL, LSL auf ±0,5 µm gesetzt sind, repräsentiert die Grafik in Bild 1a einen Prozess mit Cpk = 1. Wenn also irgendwelche Prozessveränderungen eintreten, und die Bond-Platzierung streut dabei leicht außerhalb eines der Grenzwerte der Spezifikation – was den Cpk-Wert auf <1 reduziert – bewirkt dies einen Anstieg des PPM-Werts (3 Sigma), wie Tabelle 1 zeigt.

Wenn die Spezifikation einer Die-Bonder Platzierung ±0,5 µm bei 3 Sigma verlangt, und kein Cpk-Wert angegeben ist, deutet das auf Cpk = 1. Der Die-Bonder unterstützt also einen 3-Sigma-Prozess. Wenn allerdings der Die-Bonder ±0,5 µm bei 3 Sigma angibt, ist Cpk = 1,33. Dies entspricht einem 4-Sigma-Prozess, mit 1 Sigma Reserve für unvorhergesehene Einflüsse, bei gleichzeitiger Verringerung des PPM-Werts. Entsprechend gilt im angegebenen Beispiel als Anforderung an die Platzierung ±0,5 µm bei 3 Sigma. Cpk = 2 entspricht einem 6-Sigma-Prozess wie in Bild 1b und in der Tabelle 1 dargestellt, und zwar ohne PPM-Verlust.

Das Arbeiten mit angepassten Cpk-Werten

Was wäre der beste Ratschlag für einen Fab-Manager, der die Installation eines Submikron Die-Bonders beabsichtigt und dessen Wiederholbarkeit bestimmen muss? Und wie sollte er die Wiederholbarkeit, angesichts der zahlreichen Variablen, die die Platziergenauigkeit und die Wiederholbarkeit beeinflussen, mit dem Equipment von Wettbewerbern vergleichen?

Eine geeignete Strategie zur Lösung dieses Problems besteht darin, die vielen Variablen des Bondprozesses, die dessen Ergebnis beeinflussen, von der grundlegenden Fähigkeit des Die-Bonders zu separieren und getrennt zu betrachten. Dazu zählen Variable wie: Bond-Epoxid oder Kleber, Substrat, das zu verarbeitende Die, Bondmaterialien, Temperatur und anderes mehr. Die Eliminierung dieser Prozessvariablen macht die wahre Platzierungsfähigkeit des Die-Bonders sichtbar und erlaubt die quantitative Bestimmung der absoluten Wiederholbarkeit des Bondprozesses dieser Maschine. Daraus ergibt sich die bestmögliche Wiederholbarkeit, die man mit diesem Die-Bonder erreichen kann. Das entspricht folglich der Maschinenfähigkeit oder dem Cmk-Wert.

ein Die- und Flip-Chip-Bonder, mit einer Platziergenauigkeit bis 0,3 µm bei voller Geschwindigkeit. Amicra

Ein Die- und Flip-Chip-Bonder, mit einer Platziergenauigkeit bis 0,3 µm bei voller Geschwindigkeit. Amicra

Zur Berechnung von Cmk

Der Cmk-Wert wird auf dieselbe Weise berechnet wie der Cpk-Wert. Mit den so ermittelten Cmk-Daten kann man dann einen ersten Vergleich mit einem Die-Bonder des Wettbewerbs vornehmen. Das ist besonders wichtig für die Platzierfähigkeit im Submikron-Bereich. Um sicherzustellen, dass der Die-Bonder einen wiederholbaren Prozess absolviert, führen die Hersteller von Die-Attach-Equipment meist einen grundlegenden Glas-Board-Test aus. Der Cmk Glas-Die-Test ist ein recht nützliches Verfahren, mit dem man die Platzierfähigkeit eines Die-Bonders nachweisen kann. Allerdings garantiert dieser Test nicht, ob der aktuell vorliegende Bondprozess ausführbar ist. Doch er bietet einen gewissen Einblick in die gesamte Auflösung des Bonders. Mit der Kenntnis der Platzierfähigkeit einer Maschine lässt sich bestimmen, was ein angemessener Wert für Cpk sein könnte. Der Cmk-Glas-Die-Test ist also eine effektive Methode zur systemischen Trennung des Bondprozesses vom eigentlichen Bonder.

Fakt ist, Cmk ersetzt nicht Cpk. Cmk ist ein Tool zu Messung der grundlegenden Wiederholbarkeit der Platzierung mit diesem Bonder. Dies ist unter ausreichend kontrollierten Bedingungen wichtig für die Bestimmung, ob der Bonder die grundlegende Systemauflösung erreicht, um die geforderten Grenzwerte der Spezifikation für den vorliegenden Bondprozess zu erfüllen.

Wenn die geforderten Grenzwerte der Bond-Spezifkation USL, LSL ±1,0 µm bei 3 Sigma und Cpk >1 sind, dann würde man gern ein Ergebnis für Cmk >1,33 oder sogar 1,67 sehen. Das stellt sicher, dass der Bonder die grundlegende Fähigkeit oder System-Auflösung hat, um die vorliegende Bond-Spezifikation auch in einer Produktionsumgebung zu realisieren. Konservativ denkende Anwender würden sogar noch höhere Cmk-Werte für dieselben Grenzwerte der Spezifikation bevorzugen. Der eutektische AuSn-Bondprozess stellt noch größere Herausforderungen, besonders wenn als Platziergenauigkeit (USL, LSL) ±0,5 µm bei 3 Sigma gilt, und wenn Cpk >1 gefordert ist. Dies ist der Fall beim Bonden einer Laserdiode auf ein Si-Photonics Package (Bild 4). Bei einem derartigen Platziervorgang sollte man Cmk >1,67 ansetzen und einen Test der Maschinenfähigkeit durchführen. Die in der Tabelle 2 und Bild 3 aufgeführten Daten sind ein gutes Beispiel für die mit dem neuesten Die-Bonder von Amicra Nano erhaltenen Cmk-Werte. Dabei ist zu beachten, dass der Cmk-Test den Einfluss des aktuellen Bondprozesses eliminiert, indem er wiederholt ein Glas-Die holt und auf einem per Vakuum fixierten Glas-Substrat platziert und die Ergebnisse der Platzierung misst. Klar erkennbar ist, dass die Cmk-Ergebnisse je nach dem gewählten USL/LSL zunehmen oder abnehmen, wobei USL/LSL vom geforderten Montageprozess abhängig sind.

In der Tabelle ist die Beziehung zwischen Sigma, PPM (Verlust an Ausbeute) und Cpk aufgelistet. PPM / Sigma / Cpk Umwandlungstafel.

In der Tabelle ist die Beziehung zwischen Sigma, PPM (Verlust an Ausbeute) und Cpk aufgelistet. PPM / Sigma / Cpk Umwandlungstafel. Amicra

Einflüsse eliminieren, die Ergebnisse verfälschen

Die grundlegende Kenntnis der Cpk-Konzepte und von Motorolas Six-Sigma Perspektive spielt eine Schlüsselrolle bei der Entscheidungsfindung der Auswahl eines Die-Bonders zur Platzierung von Photonik-Komponenten. Für den Die-Attach-Prozess und für die Genauigkeit der Platzierung im Submikron-Bereich muss man die Cmk-Werte kennen. Sie liefern einen guten Ausgangspunkt für die kritische Spezifikation, indem die äußeren Einflüsse ausgeblendet werden. Das vermeidet umständliche Begründungen, wenn der Bonder infolge externer Einflüsse die Spezifikationen der Platzierung nicht erfüllt. Nochmals: Es ist äußerst wichtig, alle Einflüsse zu eliminieren, die die Ergebnisse verfälschen können. Das richtige Verständnis von Cpk und Cmk ist besonders wichtig, wenn man ein automatisches Tool für einen Bondprozess auswählen muss, der eine Platziergenauigkeit im Submikron-Bereich erfordert. Der Glas-Die-Test ist dabei eine nützliche Methode zur Quantifizierung der Platzierfähigkeit des Die-Bonders. Er ermöglicht einen angemessenen Vergleich für ein komplexes Montage-Equipment.meit

Allerdings kann der Cmk Glas-Die-Test nicht garantieren, dass der vorliegende Bondprozess ausführbar ist. Aber er gibt zumindest eine Einsicht in die gesamte Auflösung und Fähigkeit des Bonders. Mit der Kenntnis der Platzierfähigkeit der Maschine (Cmk) kann man bestimmen, welcher Cpk-Wert realistisch betrachtet möglich ist. Vereinfacht ausgedrückt: Die Cmk-Ergebnisse müssen besser sein als der erforderliche Zielwert für Cpk. Somit fungiert der Cmk Glas-Die-Test als effektives Verfahren zur systemischen Trennung des Bondprozesses und anderer externer Einflüsse von den Eigenschaften des Bonders – mit der Intention, dessen wahre Platzierfähigkeit zu ermitteln und zu quantifizieren.

Berechnete Cmk-Ergebnisse für den Die Bonder Nano von Amicra.

Berechnete Cmk-Ergebnisse für den Die Bonder Nano von Amicra. Amicra

 

Referenzen:

  1. S. Walfish, “Process capability analysis and process analytical technology,”

www.statisticaloutsourcingservices.com

  1. D. Montgomer y, Process and Measurement System Capability Analysis, Statistical Quality Control,

7th Edition, Ch. 8, June 2012

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