Focal Plane Arrays / IR Sensormontage

Unter einem Focal Plane Array (FPA) versteht man eine zweidimensionale Matrix, bei der Sensoren für z.B. infrarotes Licht oder Röntgenstrahlung auf der Brennebene einer optischen Baugruppe als flächenhafter Pixelsensor angeordnet sind.

Typischerweise zu finden sind FPA beispielsweise in Wärmebildkameras, astronomischen Instrumenten, Inspektionssystemen, medizinischen Bildgebeverfahren, Bolometern, Waffenleitsystemen oder sonstigen Messeinrichtungen, die Phänomene in verschiedenen Spektralbereichen des Lichts sichtbar machen.

Als FPA ausgeführte Sensoren sind meist recht groß und bestehen im Gegensatz zu anderen Sensortypen aus kleinen, unabhängigen Detektorzonen. Diese müssen pixelgenau mit einer Auswertelektronik – teilweise mehreren Read-Out-Chips (ROCs) oder ASICs - verbunden werden. Aufgrund der hohen Pixeldichte und Anzahl, der winzigen Bumps sowie des extrem kleinen Pitch stellt diese Aufgabe gesteigerte Anforderungen an das Bondsystem und die eingesetzte Verbindungstechnologie.

  • Hohe Bump-Zahl
  • Hohe Bump-Zahl
  • Ausrichteversatz zwischen Bumps und Pads
  • Exakt ausgerichtete Bumps und Pads

Was sind die Herausforderungen?

  • Pixelgenaue Kontaktierung bei extrem hoher Pixelzahl- und dichte, kleinen Bumps und minimalem Pitch
  • Daraus folgend hohe Anforderungen an Koplanarität und Ebenheit
  • Hohe Bondkräfte proportional zu Pixelzahl (bump count) und- größe (bump size), Vermeidung von Lateraldrift
  • Lösungen zur Bondkraftreduzierung mittels kontrollierten, uniformen Wärmeeinsatzes
  • Hochauflösende Optik mit Objektfelderweiterung: kleine Bumps ≤ 5 µm, gleichzeitige große Sensorflächen
  • Arbeit in Reinraumatmosphäre zur Verhinderung von Partikelverschmutzung

    Die Finetech Lösung

    Technologische Flexibilität

    Zur erleichterten koplanaren Kontaktierung der einzelnen Bumps nutzt man häufig im Vorfeld des Bondens das sog. "Coining"-Verfahren. Hier werden die Bumps zuvor mit speziellem Tooling abgeflacht und auf eine einheitliche Höhe gebracht.

    Je nach Material der Bumps (Indium, Gold, Gold/Zinn, Zinn/Silber/Kupfer, etc.), der Pixelanzahl, der Fläche des Sensoren und weiterer Einflussfaktoren können anschließend ganz unterschiedliche Verbindungstechnologien die optimale Lösung sein.

    Oft als Zwischenschritt, mitunter aber auch schon als finaler Verbindungungsprozess, kommt Tack Bonding zum Einsatz. Hier werden die Bumps bei niedrigen Temperaturen und mit großer Kraft aufeinander gepresst, ohne während des Vorganges in Schmelze gebracht zu werden. Ist das Aufschmelzen zum Herstellen einer stabilen Verbindung aber nötig, erfolgt es im Anschluss als Reflowprozess. Werden die Materialen durch Einsatz von Temperatur und Kraft mit einem Diffusionsprozess verbunden, spricht man von Thermokompressionsbonden.

    Auch eutektische Lötverfahren mit kontrolliertem Wärmeeintrag sind möglich. Hier können die Bondkräfte reduziert werden. Nicht zuletzt kann für diverse Reduktionsprozesse – insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatz von Indium als Bump-Material – zudem gezielt Prozessgas (z.B. Ameisensäure) eingesetzt werden.

    Mit einem FINEPLACER® System haben Sie die notwendige Flexibilität, um mit der Technologie Ihrer Wahl stets die beste Verbindung herzustellen.

    Große Bondkräfte, angepasstes Heizplatten- und Tooldesign

    • Aktive Flächen und Randzonen
    • Hohe Anzahl an Bumps erfordert hohe Bondkräfte
    • Prozessgas-Modul an Heizplatte (geöffnet)
    • Prozessgas-Modul an Heizplatte (geschlossen)

    Das im Platzierarm integrierte Bondkraftmodul bietet je nach Konfiguration bis zu 500 N, in Sonderausfertigungen sogar darüber hinaus.

    Auch verfügt Finetech über verstärkte Heizplatten, optimiert für den Einsatz mit hohen Bondkräften. Dank ihrer Ebenheit minimieren sie die Gefahr seitlich wirkender Kräfte im Bondprozess, welche das Bondergebnis beeinträchtigen. Mit Hilfe einer Vakuumklemmung bleibt das Substrat ortsstabil auf der Heizplatte fixiert. Optional verfügbar ist das Prozessgasmodul für Inertgas-Bonding.

    Zum Einsatz kommen auch Pick&Place Tools mit einem an den Detektorenträger angepassten Tooldesign und integriertem Parallelitätsausgleich.

    Vision System und Optikverschiebung

    Für die visuelle Ausrichtung der extrem kleinen Bumps (≤ 5 µm) zueinander benötigt man eine besonders hochauflösende Alignment-Optik. Mit dem FINEPLACER® Vision Alignment System (VAS) können selbst feinste Strukturen sichtbar gemacht werden. Hier helfen auch unterschiedliche Beleuchtungsoptionen, je nach Material und Beschaffenheit der Oberflächen.

    Im Widerspruch zu den winzigen Detektorpixeln steht die meist große Fläche des Sensors und damit das benötigte große Objektfeld, um Sensor und ROCs passgenau zueinander auszurichten. Die optionale Optikverschiebung des VAS ist dabei die optimale Antwort.

    Integriertes Prozessmanagement (IPM)

    • Integriertes Prozessmanagement (IPM)
    • Prinzip der Prozessgas-Einbindung
    • Software für Bonding

    Das Integrierte Prozessmanagement (IPM) ist das Herzstück eines FINEPLACER® Bondsystems - dort, wo alles ineinandergreift. IPM ist dabei mehr als bloßes Wärmemanagement. Es überwacht und synchronisiert alle Prozessmodule und daran gekoppelte Parameter:

    • Gesteuerte und präzise ausbalancierte Interaktion von Ober- und Unter(vor)heizsystemen und Kühlung
    • Steuerung von Temperatur, Zeit, Kraft, Leistung, Energie, Fluss
    • Prozessintegrierte Licht- und Kamerasteuerung
    • Kontrollierte Einbindung von Prozessgasen

    IPM ist hochkomplex, gleichzeitig ganz einfach zu bedienen. Über die grafische Benutzeroberfläche der Betriebssoftware hat der Anwender die perfekte Kontrolle über alle benötigten Einstellungen. Per Drag 'n Drop können ganz einfach Temperaturrampen gezogen oder Prozessmodule (de-)aktiviert werden. Alle Einstellungen werden im selben Profil hinterlegt, was eine besonders intuitive Arbeit gewährleistet.
     
    Die Betriebssoftware bietet eine intelligente, mitwachsende Prozessverwaltung. Darüber hinaus ermöglicht sie umfangreiche Data-Logging-Funktionen zur statistischen Prozesskontrolle.

    In Verbindung mit der Fähigkeit zum systemübergreifenden Prozesstransfer ist das Prozessentwicklung, wie sie einfacher nicht sein kann.

    FINEPLACER® Bondsysteme

    • FINEPLACER® femto
      Automatischer Sub Micron Bonder für Produktentwicklung und Produktion
    • FINEPLACER® sigma
      Halbautomatischer Sub-Micron Bonder
    • FINEPLACER® lambda
      Flexibler Sub-Micron Die Bonder
    • FINEPLACER® pico ma
      Vielseitiges Die Bonding System

    Dank der modularen Systemarchitektur können FINEPLACER® Bondsysteme für nahezu alle Applikationsanforderungen konfiguriert werden.

    Im Kern ergeben sich Abgrenzungsmerkmale zwischen den Maschinen z.B. aus:

    • Grad der Automatisierung
    • Optische Auflösung
    • Platziergenauigkeit

    Informieren Sie sich hier über unsere Produktpalette oder wenden Sie sich direkt an Ihren Finetech Ansprechpartner, um gemeinsam das für Sie optimale Equipment zu finden.

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