Cámaras 2D para posicionar y comprobar hilos ultrafinos en la producción de semiconductores
Cableado de precisión micrométrica
La unión de alambres, también conocida como wire bonding, es un proceso clave en la producción de semiconductores. Para crear conexiones eléctricas diminutas entre un chip semiconductor y otros componentes se utilizan hilos extremadamente finos con diámetros de 15 a 75 micrómetros. Las distancias entre los hilos de enlace suelen ser inferiores a 100 micrómetros. Cualquier desviación, por pequeña que sea, puede provocar errores de conexión. Por ello, la unión de cables requiere la máxima precisión y constituye la base de la producción de componentes electrónicos de alto rendimiento, que se utilizan en muy diversas aplicaciones. F&S BONDTEC Semiconductor GmbH de Braunau, Austria, confía en la tecnología de procesamiento de imágenes con cámaras industriales de IDS Imaging Development Systems GmbH para determinar con precisión la posición de los alambres y garantizar la calidad.
Aplicación
Las enlazadoras de alambre están disponibles con varios grados de automatización. Con los dispositivos manuales, hay que aproximarse manualmente a cada posición de enlace antes de poder realizar las conexiones correspondientes. Las máquinas semiautomáticas colocan automáticamente el alambre después de la primera unión para crear un puente de alambre. Las máquinas totalmente automáticas utilizan un sistema de reconocimiento de estructuras para determinar la posición de las fichas. Aquí, la producción de todos los puentes de alambre es completamente automática. El operario sólo tiene que cambiar de vez en cuando el alambre o la herramienta del bonder y ocuparse de la carga y descarga.
F&S Bondtec utiliza el procesamiento de imágenes con cámaras industriales IDS para diversas tareas del proceso de producción, especialmente en las máquinas semiautomáticas de la serie 56i y en las bondeadoras automáticas de alambre de la serie 86. «Nuestras uniones por alambre conectan microchips u otros componentes previamente colocados con distintos puntos de contacto en placas de circuitos impresos e insuflan vida a los chips. Sin embargo, durante los procesos anteriores pueden producirse imprecisiones en la posición de los componentes. Nuestras máquinas tienen que determinar estas imprecisiones de posición utilizando la imagen de la cámara IDS y nuestro propio software de reconocimiento de imágenes y actualizar las posiciones de unión del alambre en consecuencia», explica Johann Enthammer, Director General y CTO de F&S Bondtec.
Para cada proceso de unión, también deben programarse de antemano parámetros como la amplitud de los ultrasonidos, la fuerza, el tiempo o la secuencia de movimientos para establecer los puentes de unión. La imagen de alimentación de la cámara también se utiliza al crear estos programas. Por ejemplo, puede arrastrar un alambre en la imagen en directo y cambiar su posición. Los ejes también pueden ajustarse pulsando sobre la imagen.
En cuanto al software, la empresa austriaca se basa en una biblioteca de reconocimiento de imágenes especialmente desarrollada que funciona, por ejemplo, con mapeo de posición/píxel, reconocimiento de escala de grises y detección de bordes.
Evaluaciones visuales de las uniones
Una vez finalizado el proceso de adhesión, la cámara vuelve a utilizarse, como explica Johann Enthammer: «Tras la soldadura, el operario comprueba visualmente las uniones del alambre a través de la imagen de la cámara. Entre otras cosas, se evalúan la posición y la forma de los puentes de unión. Por tanto, la imagen de la cámara tiene más de una función durante el proceso de unión. »
Se utilizan entre una y siete cámaras industriales por sistema. Según el sistema, puede tratarse de los modelos uEye XCP, especialmente compactos y rentables. Con sólo 29 x 29 x 17 milímetros, son las cámaras con carcasa IDS más pequeñas con montura C y tienen una carcasa de zinc fundido a presión completamente cerrada. El conector USB Micro-B atornillable y la compatibilidad con el estándar Vision (U3V / GenICam) facilitan su integración. F&S Bondtec también utiliza cámaras uEye CP. Estas pequeñas cámaras ofrecen la máxima funcionalidad con un amplio preprocesamiento de píxeles y también son perfectas para sistemas multicámara gracias a la memoria de imagen interna de 120 MB para almacenar secuencias de imágenes. Los usuarios pueden elegir entre un gran número de modernos sensores CMOS. También ganan puntos con una carcasa compacta de sólo 29 x 29 x 29 milímetros.
Selección de cámara
El diseño reducido de los modelos y el gran número de sensores diferentes para objetivos con montura C fueron criterios importantes a la hora de seleccionar la cámara, al igual que el desarrollo a bajas temperaturas. Sin embargo, el kit de desarrollo de software gratuito IDS peak, con todas las interfaces de programación y herramientas de software necesarias para manejar y programar las cámaras, también fue crucial. Las cómodas funciones "It's so easy!" garantizan una experiencia de programación intuitiva, una puesta en marcha rápida y sencilla de las cámaras industriales.
Johann Enthammer confirmó: "El controlador muestra un comportamiento en tiempo de ejecución muy estable. La API fácil de programar y las funciones plug and play con software en ejecución nos convencieron. Esto se debe a que hay muchos casos de uso diferentes para nuestros sistemas que pueden implementarse con la API sin ningún problema. Nuestras máquinas pueden equiparse con hasta siete cabezales de encuadernación diferentes. En cada una se puede integrar una cámara IDS diferente».
«La API fácil de programar y las funciones plug and play con el software en marcha nos convencieron. Esto se debe a que hay muchos casos de uso diferentes para nuestros sistemas que pueden implementarse con la API sin ningún problema.»
Perspectiva
Las uniones de alambre de F&S Bondtec garantizan conexiones estables en la producción de semiconductores. Con la ayuda del procesamiento de imágenes integrado, se puede aumentar aún más la calidad de fabricación y la productividad de los sistemas y evitar los rechazos. Al mismo tiempo, las cámaras facilitan el trabajo de los operarios. Además de productos estándar, la empresa desarrolla máquinas especiales y soluciones de software personalizadas que también utilizan modelos de IA. «Sin duda, vemos un gran potencial para el uso de la inteligencia artificial en nuestras aplicaciones en el futuro», afirma Johann Enthammer. El procesamiento de imágenes abre un potencial completamente nuevo, especialmente en conjunción con la IA, sobre todo en términos de eficacia, precisión y calidad. Y gracias a la amplia gama de IDS, se puede encontrar el «ojo» adecuado para cada aplicación, para obtener resultados con precisión micrométrica.
F&S BONDTEC Semiconductor GmbH
F&S Bondtec cubre el segmento de los equipos de sobremesa para soldadura y comprobación en todo el mundo y ofrece una amplia gama de equipos de producción y comprobación. Se extiende a la microfábrica de sobremesa, que combina todos los procesos de unión de cables y todos los métodos de ensayo en una sola base de máquinas. Desde que se fundó la empresa en 1994, han salido de la fábrica varios miles de enlazadores de alambre y comprobadores de enlace que se utilizan en numerosos laboratorios, departamentos de desarrollo, líneas de producción piloto e instalaciones de producción de todo el mundo.
uEye XCP
Modelo utilizado: U3-3680XCP Rev.1.2
uEye CP
Modelo utilizado: U3-3040CP Rev.2.2
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