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Gut ist nicht Gut genug

Höchste Vision-Kompetenz steigert die Bondqualität
Gut ist nicht Gut genug

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Extreme Anforderungen in Präzision und Geschwindigkeit müssen in den Maschinen für das Draht-Bonden mit höchster Qualität und Prozesssicherheit bewältigt werden. Perfekte Bildverarbeitung ist ein unentbehrlicher Baustein.

Dipl.-Ing. Kamillo Weiß, Fachjournalist, Leinfelden-Echterdingen

Die zum Teil nur 0,3 x 0,3 mm großen Chips – hochintegrierte elektronische Leistungsbausteine – müssen mit hauchdünnen Drähten gebondet werden. Aluminium- oder auch Golddrähtchen sollen auf minimalen Padflächen, die nur wenige Mikrometer dick sind, extrem präzise platziert und kontaktsicher verschweißt werden. Weder Chip noch Draht dürfen beschädigt werden. Diese mechanischen, elektronischen und steuerungstechnischen Ultrapräzisionsanforderungen mit gleichzeitig höchster Prozesssicherheit sind Fertigungstechnologien an der Spitze des Machbaren. Die F&K Delvotec Bondtechnik GmbH in München zählt mit ihren äußerst innovativen Maschinen von Die- und Draht-Bondern zur Weltspitze. In dieser kritischen Produktionstechnik werden von der dabei erforderlichen Bildverarbeitung höchste Anforderungen beansprucht. Dazu bemerkte Dr.-Ing. Farhad Farassat, Geschäftsführer dieses mittelständischen Unternehmens: „Wir haben in der Auswahl des Bildverarbeitungssystems über einen Zeitraum von drei Jahren ausführliche Tests intern als auch bei den Kunden durchgeführt. Die klare Entscheidung 1996 zu Gunsten von Cognex hat sich seitdem nicht geändert.“
Kette technologischer Herausforderungen
Im Mikrokosmos der Bondtechnik verschärfen und vervielfachen sich viele Probleme der Bildverarbeitung. Die minimalen Abmessungen der Chips erfordern eine starke Vergrößerung in der Bilderfassung. Hochwertige Abbildungsoptiken müssen in diesem Umfeld besondere Anforderungen optimal erfüllen. Gegenüber der normalen Bildverarbeitung werden die Problembereiche von Beleuchtung, Kontrast, Verzeichnung oder Tiefenschärfe verstärkt. Das Kontrastverhalten der Chips, deren beschichtete Oberflächen und Muster, kann große zum Beispiel Materialbedingte Unterschiede aufweisen. Bei den kleinen Abmessungen der Chips können sich bereits winzige Verkippungen zum Beispiel im Kontrast schon erheblich auf die Abbildungsqualität auswirken.
„Wir müssen mit bis zu fünfzigfacher Vergrößerung arbeiten und Bewegen uns bezüglich der technisch nutzbaren Auflösung in der Maschine im µm-Bereich. Äußerste Genauigkeit und Prozesssicherheit der Bildverarbeitung ist extrem wichtig für uns“, bemerkt Dr. Farassat.
Die Entscheidung für Cognex lag vor allem in der sicheren Arbeitsweise der Vision-Tools und den hochgenauen Ergebnissen der Vision-Algorithmen bis in den Subpixelbereich. Darüber hinaus galt es auch noch die sehr kurzen Taktzeiten sicher zu bewältigen. Hauptaufgabe der Bildverarbeitung in den Maschinen von Die- und Wire-Bondern ist die extrem genaue Positionsbestimmung der Chips mit ihren Mustern, Kanten, Kreisen und Bohrungen. Die Framegrabber aus der MVS-Familie von Cognex konnten in die UNIX-Echtzeitverarbeitung der Maschinen eingebunden werden.
Die sehr komplexen als auch firmenspezifischen Anforderungen bedingten bei der F&K Delvotec eigene Entwicklungen im Bereich der Optiken, der Kamera und Handhabung der Fokussierung, als auch der Beleuchtungssteuerung. Letzteres erfolgt neuerdings auch über das leistungsstarke Vision-Softwarepakt PatMax.
Bewährte Partnerschaft
Seit 1996 wurden die Maschinen mit den PC-basierten Vision-Systemen von Cognex ausgerüstet. Inzwischen hat das Unternehmen aus Ottobrunn bei München etwa 2000 Maschinen mit der Hard- und Software von Cognex ausgeliefert, und ist somit einer der größten europäischen Kunden des Weltmarktführers von Machine Vision. Mehr als Zweidrittel der Maschinen gingen dabei in den außereuropäischen Markt. Alle neuen Maschinen werden inzwischen mit dem leistungsstarken Vision-Paket PatMax ausgerüstet. Es ermöglicht durch die grafisch unterstützte Bedieneroberfläche eine sehr komfortable Programmierung komplexer Anforderungen, und erschließt die äußerst präzise Lokalisierung von Objekten unter selbst sehr schwierigen Bedingungen.
Diese geometrieorientierte Vision-Software unterscheidet sich in der Technologie und den Verfahren deutlich von den Mitbewerbern. Merkmale wie zum Beispiel Konturen mit geringem Kontrast können mit diesen patentierten Verfahren wesentlich schneller, erheblich genauer und insbesondere zuverlässiger erkannt werden. PatMax erkennt zum Beispiel an Hand einer Teilkontur sofort, wo es weitere Merkmale trotz Verdrehung, Verschiebung oder Abdeckung finden muss. Nicht mehr das gesamte Aufnahmefeld muss erst linear analysiert werden. Das vereinfacht die Merkmalsfindung und macht das Vision-System sehr schnell, flexibel und sicher. Durch den Einsatz von PatMax erzielt man inzwischen bei Delvotec eine reproduzierbare Messgenauigkeit von 1/50 Pixel. Für den kompletten Vorgang von Suchen und Ergebnis bewältigt man Taktzeiten von 30 bis 50 Millisekunden. In Bezug auf die Genauigkeit von Positionierung, Mustergüte und Referenzmuster erreicht man heute den Wert von 1 µm, das ist ein wichtiger Beitrag bezüglich der Prozessqualität.
Hohe Flexibilität, gesteigerte Qualität
In den Maschinen sind entsprechend der zu fertigenden Teile unterschiedliche Beleuchtungen notwendig. All die Lichtsysteme wie rotes, blaues oder weißes Licht, Seitenlicht als auch Auflicht müssen mit der Bildverarbeitung direkt gesteuert werden. Dies erfolgt inzwischen auch über PatMax.
Entsprechend der sehr guten Ergebnisse werden bei der F&K Delvotec auch die neuesten Maschinen der fünften Generation mit PatMax und der Hochleistungs-Hardware aus der MVS-8000er Familie ausgerüstet. Die neue Bonder-Serie 64/66000 G5 kann in einer einzigen Maschine sowohl Dünndraht von 17 µm bis Dickdraht von 600 µm Durchmesser verarbeiten. Der zügige Wechsel des Bondkopfes ermöglicht höchste Flexibilität und Kosteneinsparungen in einem sehr breiten Applikationsbereich.
Darüber hinaus wird auch noch die Bondqualität gesteigert. In der Verarbeitung von 17 µm Dünndraht bedeutet dies zum Beispiel, dass zwischen den gebondeten Drähten nur mehr minimale Zwischenräume von 2 – 3 µm erzielt werden können.
Die generelle Maschinenausstattung mit PatMax bringt Dr. Farassat in der folgenden Aussage auf den Punkt: „Für die neuen Herausforderungen in Bezug auf Geschwindigkeit, Genauigkeit und Kontrastverhalten gibt es für unsere Maschinen kein besseres System als das von Cognex mit PatMax.“ Dabei spielt natürlich auch die gute Betreuung im technologischen Know-how und die große Erfahrung von Cognex in der Bildverarbeitung eine wichtige Rolle der Partnerschaft. Die Fähigkeiten von PatMax gehen wesentlich weiter als sie derzeitig genützt werden. Das erschließt aber bereits zusätzliche Einsatzmöglichkeiten und Zukunftssicherheit. In diesem Sinne kann es auch gedeutet werden, dass man zukünftig bei Delvotec auch die Thematik hochwertiger Qualitätsinspektion noch stärker in den Maschinen berücksichtigen will.
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