2D-Kameras zur Positionierung und Prüfung feinster Drähte in der Halbleiterproduktion
Mikrometergenau verdrahtet
Drahtbonden, auch als Wire Bonding bezeichnet, ist ein zentrales Verfahren in der Halbleiterproduktion. Dabei kommen äußerst feine Drähte mit Durchmessern von 15 bis 75 Mikrometern zum Einsatz, um winzige elektrische Verbindungen zwischen einem Halbleiterchip und anderen Komponenten herzustellen. Die Abstände zwischen den Bond-Drähten liegen oft unter 100 Mikrometern. Jede noch so kleine Abweichung kann zu Verbindungsfehlern führen. Das Wire Bonding erfordert damit höchste Präzision und bildet die Grundlage für die Herstellung von Hochleistungselektronik, die in vielen verschiedenen Anwendungen genutzt wird. Zur passgenauen Ermittlung der Drahtpositionen sowie im Rahmen der Qualitätssicherung setzt die F&S BONDTEC Semiconductor GmbH aus Braunau, Österreich bei ihren Drahtbondern auf Bildverarbeitungstechnologie mit Industriekameras der IDS Imaging Development Systems GmbH.
Anwendung
Drahtbonder gibt es mit verschiedenen Automatisierungsgraden. Bei manuellen Geräten muss jede Bondposition händisch angefahren werden, bevor die entsprechenden Verbindungen gesetzt werden können. Semi-Automaten positionieren den Draht nach dem ersten Bond automatisch, um eine Drahtbrücke zu erstellen. Vollautomatische Maschinen verwenden ein Strukturerkennungssystem, um die Position der Chips zu bestimmen. Hier erfolgt die Herstellung aller Drahtbrücken vollständig automatisch. Die Arbeitskraft muss am Bonder nur gelegentlich den Draht oder das Werkzeug wechseln und sich um das Be- und Entladen kümmern.
Speziell bei den Halbautomaten der Serie 56i und den automatischen Drahtbondern der Serie 86 nutzt F&S Bondtec Bildverarbeitung mit IDS Industriekameras für unterschiedliche Aufgaben des Fertigungsvorgangs. „Unsere Drahtbonds verdrahten zuvor platzierte Mikrochips oder andere Komponenten mit verschiedenen Kontaktstellen auf Leiterplatten und hauchen den Chips Leben ein. Bei den vorgelagerten Prozessen können aber Lageungenauigkeiten der Bauteile entstehen. Unsere Maschinen müssen diese Lageungenauigkeiten mittels des IDS Kamerabildes und der eigenen Bilderkennungssoftware ermitteln und dementsprechend die Drahtbondpositionen aktualisieren“, erklärt Johann Enthammer, Geschäftsführer und CTO bei F&S Bondtec.
Für jeden Bondprozess müssen außerdem im Vorfeld Parameter, wie Ultraschallamplitude, Kraft, Zeit oder der Bewegungsablauf beim Aufbau der Bondbrücken, programmiert werden. Beim Erstellen dieser Programme wird ebenfalls das Einzugsbild der Kamera verwendet. Dabei kann beispielsweise im Livebild ein Draht gezogen und dessen Position verändert werden. Durch einen Klick ins Bild lassen sich darüber hinaus die Achsen anpassen.
Softwareseitig setzt das österreichische Unternehmen auf eine eigens entwickelte Bilderkennungslibrary, die beispielsweise mit Positions-/PixelMapping, Graustufenerkennung und Kantenerkennung arbeitet.
Visuelle Beurteilungen von Bondverbindungen
Nach Beendigung des Bondvorgangs kommt die Kamera erneut zum Einsatz, wie Johann Enthammer erläutert: „Die Drahtbonds werden nach der Verschweißung vom Bedienenden visuell über das Kamerabild kontrolliert. Dabei werden unter anderem Lage und Form der Bondbrücken bewertet. Das Kamerabild hat somit mehr als nur eine Funktion während des Bondingprozesses.“
Zwischen einer und sieben Industriekameras kommen dabei pro Anlage zum Einsatz. Je nach System können dies die besonders kompakten und preisgünstigen uEye XCP Modelle sein. Mit nur 29 x 29 x 17 Millimetern sind sie die kleinsten IDS-Gehäusekameras mit C-Mount und besitzen ein komplett geschlossenes Zinkdruckgussgehäuse. Ihr verschraubbarer USB-Micro-B-Anschluss und die Kompatibilität mit dem Vision Standard (U3V / GenICam) vereinfachen die Integration. Außerdem nutzt F&S Bondtec uEye CP Kameras. Die winzigen Kraftpakete bieten eine maximale Funktionalität mit umfangreicher Pixelvorverarbeitung und eignen sich dank des internen 120 MB Bildspeichers zum Zwischenspeichern von Bildsequenzen auch perfekt für Multikamerasysteme. Anwendende können aus einer großen Anzahl moderner CMOS Sensoren wählen. Auch sie punkten mit einem kompakten Gehäuse mit Maßen von nur 29 x 29 x 29 Millimetern.
Kameraauswahl
Die kleine Bauform der Modelle sowie die große Anzahl verschiedener Sensoren für C-Mount Objektive waren wichtige Kriterien bei der Kameraauswahl, zudem die geringe Temperaturentwicklung. Entscheidend war aber auch das kostenfreie Software Development Kit IDS peak mit allen Programmierschnittstellen und Software-Tools, die für Betrieb und Programmierung der Kameras notwendig sind. Leichtverständliche Komfortfunktionen sorgen für ein intuitives Programmiererlebnis, eine schnelle und einfache Inbetriebnahme der Industriekameras.
Johann Enthammer bestätigt: „Der Treiber zeigt ein sehr stabiles Laufzeitverhalten. Die einfach zu programmierende API sowie die Plug and Play Funktionen bei laufender Software haben uns überzeugt. Denn bei unseren Anlagen gibt es viele unterschiedliche Use Cases, welche mit der API ohne Probleme umzusetzen sind. So können unsere Maschinen mit bis zu sieben verschiedenen Bond-Köpfen ausgestattet sein. In jedem kann eine andere IDS Kamera integriert sein.“
„Die einfach zu programmierende API sowie die Plug and Play Funktionen bei laufender Software haben uns überzeugt. Denn bei unseren Anlagen gibt es viele unterschiedliche Use Cases, welche mit der API ohne Probleme umzusetzen sind.“
Ausblick
Die Drahtbonder von F&S Bondtec sorgen für stabile Verbindungen in der Halbleiterfertigung. Mithilfe von integrierter Bildverarbeitung lässt sich die Herstellungsqualität sowie die Produktivität der Anlagen zusätzlich steigern und Ausschuss vermeiden. Gleichzeitig erleichtern die Kameras den Bedienenden die Arbeit. Zusätzlich zu den Standardprodukten entwickelt das Unternehmen Sondermaschinen sowie kundenspezifische Softwarelösungen, bei denen auch KI-Modelle zum Einsatz kommen. „Für die Zukunft sehen wir auf jeden Fall sehr viel Potenzial für die Anwendung von künstlicher Intelligenz in unseren Applikationen“, so Johann Enthammer. Gerade in Verbindung mit KI eröffnet die Bildverarbeitung ganz neues Potenzial, besonders in Bezug auf Effizienz, Präzision und Qualität. Und dank des breiten Portfolios von IDS findet sich für jede Anwendung das passende „Auge“ - für mikrometergenaue Ergebnisse.
F&S BONDTEC Semiconductor GmbH
F&S Bondtec deckt weltweit das Segment der Desktop-Bonder und -Tester ab und bietet ein breites Programm an Fertigungs- und Test-Equipment an. Es reicht bis hin zur Desktop-Micro-Factory, die alle Drahtbondverfahren und zusätzlich alle Testmethoden in einer Maschinenbasis vereinigt. Seit der Gründung 1994 haben mehrere tausend Drahtbonder und Bondtester das Werk verlassen und sind in vielen Labors, Entwicklungsabteilungen, Pilotfertigungen und Produktionen weltweit im Einsatz.
uEye XCP
Verwendetes Modell: U3-3680XCP Rev.1.2
uEye CP
Verwendetes Modell: U3-3040CP Rev.2.2
Seit über zehn Jahren gestaltet sie Unternehmensprofile, Broschüren und Case Studies und begleitet Corporate-Themen ebenso wie technische Produktkommunikation. Mit ihrem Hintergrund in strategischer B2B-Kommunikation sorgt sie für klare Botschaften und fundierte Inhalte.
Ihr Projekt
Wie können wir Sie in Ihrem Projekt unterstützen? Gemeinsam finden wir die passende Lösung für Sie!
Vision Channel
Videos und Live Sessions rund um Machine Vision.
Newsletter
Bleiben Sie auf dem neuesten Stand und abonnieren Sie unseren Newsletter.
Anwendungen
Entdecken Sie, wie Industriekameras die Zukunft gestalten.