Передовые технологии и оборудование для микросварки компании Hesse & Knipps
Для получения соединений при клиновой ультразвуковой микросварке используется микропроволока из алюминия, золота или меди, чаще всего – из алюминия и золота. Диаметр золотой проволоки составляет 13–76 мкм. Алюминиевая проволока подразделяется на тонкую (диаметр 12,5–85 мкм) и толстую (100–500 мкм).
Соединения формируются с помощью специального инструмента – "клина", представляющего собой стержень с коническим окончанием и отверстием для подачи проволоки (рис.2). При сварке алюминиевой проволокой применяются инструменты из карбида вольфрама, при сварке золотой проволокой – из карбида титана.
Процесс сварки происходит следующим образом. Проводник (проволока) подается в отверстие сварочного инструмента, расположенное на его задней поверхности. Наиболее часто угол подачи проволоки составляет 30–60° к горизонтальной поверхности. Для обеспечения разварки кристаллов в глубоких корпусах (микросборки и другие изделия) угол подачи проволоки составляет 89°. Сварочный инструмент совмещается с контактной площадкой кристалла или подложки для выполнения первой точки сварки. Обычно применяется так называемое "прямое направление сварки", когда первое соединение создается на КП кристалла, а второе на КП подложки. При таком направлении снижается вероятность образования коротких замыканий между проволокой и кристаллом. На следующем этапе сварочный инструмент опускается на контактную площадку и прижимает проволоку к ее поверхности. Подается ультразвуковое колебание, и инструмент с заданным усилием в течение заданного времени воздействует на проволоку для получения первой точки сварки. Затем инструмент поднимается и перемещается в заданном направлении для формирования так называемой "петли соединения" и совмещения с последующей КП. После этого инструмент опускается, и повторяются предыдущие операции для получения второй точки сварки. Затем проволока обрывается. Процесс получения соединения (перемычки) завершен. Проволоку можно обрывать несколькими способами (зажимом, подложкой или обрезкой ножом, рис.3) – в зависимости от ее диаметра.
Формирование соединений с алюминиевой проволокой проводится при комнатной температуре, а при использовании золотой проволоки подложка нагревается до 100–185°С.
Рассмотрим автоматические установки ультразвуковой клиновой разварки кристаллов компании Hesse & Knipps. Флагманы данной линейки оборудования – модели BJ820 для разварки кристаллов тонкой проволокой и BJ920 для разварки кристаллов толстой проволокой (рис.4).
Модель BJ820 представляет собой самую точную из представленных сегодня на рынке полностью автоматизированную установку разварки кристаллов тонкой проволокой из алюминия и золота диаметром 12,5–85 мкм. Точность и повторяемость позиционирования установки благодаря применению кодирующего устройства с обратной связью и разрешением 20 нм составляет 1 мкм (3σ). Такая точность позволяет применять установку при производстве изделий с малым шагом контактов (менее 40 мкм).
К основным преимуществам модели BJ820 перед конкурентами относятся:
* гранитное основание, снижающее вибрации, возникающие в процессе разварки, практически до нуля и обеспечивающее стабильность процесса;
* балочная система перемещения по осям, благодаря которой повышается жесткость конструкции системы перемещения и улучшается качество сварки;
* запатентованная монтажная головка на пьезоэлементе, благодаря которой установка практически не подвержена износу, обладает более высокой точностью подачи и зажима проволоки (рис.5);
* применение запатентованного генератора и преобразователя ультразвуковых колебаний компании Hesse & Knipps;
* наличие системы технического зрения и программного обеспечения собственной разработки (рис.6). Время обработки изображения равно 15–25 мс;
* большая рабочая область – 305×410 мм, что позволяет применять установку в серийном производстве. Рабочую зону установки можно разбивать на две или более меньшие зоны для работы с малогабаритными изделиями или подложками;
* отдельная загрузка и разгрузка индивидуальных рабочих областей во время проведения процесса, что позволяет машине функционировать практически без остановок;
* угол поворота монтажной головки 400°.
Установка может работать с широким набором подложек (платы, упаковки типа Gel pack, керамика, выводные рамки и т.п.) и применяться для разварки изделий по таким технологиям, как Chip-on-Glass (COG), Chip-on-Board (COB) или при производстве трехмерных сборок. Скорость разварки модели BJ820 достигает шести–семи соединений в секунду.
Управляется машина ПК на базе двухъядерного процессора и программным обеспечением BondJet, которое позволяет программировать, сохранять, а также вести мониторинг большого числа параметров процесса и информации датчиков (параметры деформации проволоки, усилие сварки, интенсивность ультразвукового колебания, число сварок, обрыв проволоки, остаточная длина проволоки и многие другие). ПО позволяет оптимизировать процесс разварки путем задания допустимых интервалов параметров процесса, а также накапливать статистические данные для их последующего анализа (рис.7).
Еще одно достоинство установки – мгновенное распознавание сигнала о соприкосновении, т.е. момента, когда кончик клина касается чипа или подложки. В предыдущих установках использовались сенсоры, способные передать сигнал только через несколько миллисекунд. В конструкции BJ820 эта задержка уменьшена до нескольких микросекунд, что гарантирует не только высокую точность и повторяемость длительности касания, но и контроль монтажного усилия с точностью до ±1 сН (статика и динамика). Возможности автоматизации установки могут быть расширены при встраивании в производственную линию, благодаря наличию интегрируемого программируемого контроллера и интерфейса SMEMA (рис.8).
Инженеры компании Hesse & Knipps не забыли и про эргономичность и безопасность установки. Все органы управления машины можно настроить под конкретного оператора, а встроенный контур безопасности установки исключает возможность травматизма.
Установка модели BJ920 предназначена для разварки толстой проволокой (диаметр 100–500 мкм) и в целом – конструктивно и функционально (программируемые параметры процесса, контур безопасности, датчики и сенсоры, ПО, системы перемещения, технического зрения и т.п.) — похожа на установку модели BJ820.
Основные отличия модели BJ920 от BJ820 следующие:
* больший размер рабочей зоны: 400×500 мм;
* повторяемость позиционирования 10 мкм (3σ);
* скорость разварки до трех проволок в секунду;
* конструкция монтажной головки с активным ножом для обрезки проволоки;
* интегрированные в монтажную головку средства неразрушающего испытания соединений на отрыв и сдвиг;
* функция E-box для визуальной настройки инструмента;
* возможность разварки лентой.
Модель BJ920 – единственная из представленных на рынке установка для разварки толстой проволокой с интегрированным средством проверки качества соединений на отрыв и сдвиг (рис.9, 10). Монтажная головка оснащена специальными датчиками, которые позволяют тестировать соединения практически без потери производительности, а специальная функция ПО позволяет настраивать параметры тестирования в зависимости от требуемых параметров качества соединений.
Еще одна из важнейших особенностей установки – запатентованная технология визуальной настройки монтажного инструмента, ножа и подачи проволоки. Функция E-box ПО обеспечивает возможность настройки оператором рабочей области монтажной головки с микронной точностью в режиме реального времени на экране монитора (рис.11).
Установка BJ920, как и установка BJ820, может быть встроена в автоматизированную производственную линию (рис.12).
В России официальным дистрибьютором фирмы Hesse & Knipps является компания ООО "Совтест АТЕ" (г.Курск). Более подробную информацию об оборудовании, поставляемом ООО "Совтест АТЕ", можно найти на сайте www.sovtest.ru или связавшись с менеджерами компании по телефону (4712) 54-5417.