Das Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS Chips) betreibt wirtschaftsnahe Forschung auf den Gebieten Silizium-Technologie, Anwenderspezifische Schaltkreise (ASIC), Nanostrukturierung und Bildsensorik und engagiert sich in der beruflichen Weiterbildung. Das Institut ist Partner kleiner und mittlerer Unternehmen insbesondere in Baden-Württemberg und arbeitet mit international führenden Halbleiterunternehmen und Zulieferern zusammen.

Bei einer neuen Anwendung lag eine Kernanforderung im Stapeln und Montieren mehrerer Membran-Chips, jeweils einige cm groß, mit sehr hoher Präzision übereinander. Nach dem Platzieren und Stapeln sollte die Post-Bond-Genauigkeit des Gesamtprozesses bei unter einem 1 µm liegen.

Das bisherige System, eine Eigenkonstruktion auf Basis eines alten 3-Zoll-Mask-Aligners, kam hier aufgrund fehlender Ersatzteile und mangelnder Flexibilität an seine Grenzen. So ließ sich der Objektivabstand nicht verkleinern, was die Zahl der übereinander gestapelten Membran-Chips limitierte. Die Bondkraft ließ sich nicht kontrollieren, was die fragilen Bauelemente gefährdete. Auch konnte der Kleber zum Verbinden der Chips nicht definiert aufgetragen werden und die Prozessstabilität insgesamt war nicht durchgängig gegeben.

Das neu anzuschaffende Montagesystem sollte daher weiterhin höchste Montage-Präzision gewährleisten, aber mehr Flexibilität hinsichtlich der verwendbaren Substrat- und Bauteilgrößen und -höhen bieten. Die Bondkraft sollte prozessgesteuert kontrolliert und in einem weiten Kraftbereich eingestellt werden können, zudem sollte das System die Möglichkeit besitzen, mit Hilfe eines Dispensers Kleber dosiert auftragen zu können.

Membran-Chips stapeln mit 1 µm Post-Bond-Genauigkeit

Zum Erstkontakt mit Finetech kam es auf einer Messe, wo die beworbene Flexibilität in Verbindung mit höchster Genauigkeit neugierig machte.

Nach einem weiteren Treffen in Stuttgart folgte das IMS Chips der Einladung zum Micro Assembly Day nach Berlin. Dort konnte Herr Jurisch erstmals die in Frage kommenden FINEPLACER^® Die Bonder ausführlicher kennenlernen. Erste Demonstrationen mit originalen Membran-Chips von IMS Chips schlossen sich an.

Um die geforderte hohe Genauigkeit zu treffen, wurde von Finetech ein Demotool entwickelt. Gemeinsam mit dem Applikationsteam von Finetech wurde zudem der Prozess neu durchdacht und weiterentwickelt, bis die 1 µm Genauigkeit post-bond reproduzierbar erreicht werden konnten.

Blieb die Wahl des passenden FINEPLACER^® Die Bonder Systems. In der Sub-Micron-Klasse stehen gleich mehrere Modelle zur Auswahl, die den Prozess abbilden können. Da IMS Chips aber explizit ein System mit automatischem Betrieb für die Serienfertigung suchte, das gleichzeitig aufgrund des hohen Prozessentwicklungsanteils auch uneingeschränkte manuelle Eingriffsmöglichkeiten bot, entschied man sich schließlich zur Anschaffung des vollautomatischen Die Bonders FINEPLACER^® femto 2.

Zufrieden mit dem FINEPLACER^® femto 2 für das Stapeln von Membran-Chips und mehr

Das IMS Chips verwendet den Die Bonder als zentrales Platzier- und Montagesystem für den Aufbau von speziellen MEMS-Komponenten sowie als Versuchsplattform für andere R&D-Projekte und Anwendungen. Da der Die Bonder dank einer speziellen Umhausung seinen eigenen Reinraum mitbringt, werden hier anspruchsvolle Prozesse in kontrollierter Umgebung besonders stabil umgesetzt.

Durch umfangreiche Messmöglichkeiten im Prozess wurde die Reproduzierbarkeit im Vergleich zum Vorgängersystem, wo nach „Augenmaß“ gearbeitet werden musste, deutlich gesteigert. Zudem kann erstmals UV-Kleber definiert aufgetragen und mit UV-Licht sehr schnell ausgehärtet werden. Das verringert die Gesamtprozessdauer um mehrere Stunden, in denen das alte System praktisch blockiert war.

Mit der Wahl des Die-Bonder-Systems FINEPLACER^® femto 2 kann das IMS Chips die anspruchsvolle Stapel-Applikation für Membran-Chips reproduzierbar umsetzen und kontinuierlich weiterentwickeln und hat zudem die ideale Produktions- und Entwicklungsplattform für vielfältige Zukunftsanwendungen gefunden.

“Wir sind mit der Entscheidung für den FINEPLACER^® femto 2 sehr zufrieden. Alle Erwartungen wurden erfüllt, der Die Bonder läuft robust und zuverlässig. Der Support war bisher uneingeschränkt für uns da und hat, falls es mal Schwierigkeiten gab, diese immer schnell gelöst.”

Michael Jurisch
Projektleiter, IMS CHIPS