Automatische Produktion von komplexen Transceiver-Modulen

Ultra Communications ist branchenführend beim Design, der Entwicklung und Fertigung kompakter Hochgeschwindigkeits-Glasfaserkomponenten für raue Umgebungen (HEFO). Für die Entwicklung und Produktion eines besonders widerstandsfähigen Transceiver-Moduls setzte Ultra Communications auf Finetechs hochpräzise Bonding-Ausrüstung sowie die Erfahrung des Unternehmens mit komplexer optoelektronischer Montage.

Große Datenmengen werden heute überwiegend über Lichtwellenleiter, meist aus Glasfaser, übertragen. Vorteile gegenüber herkömmlichen Kupferleitungen sind die verlustarme Signalübertragung über weite Strecken, die deutlich geringeren Energiekosten sowie die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. An beiden Enden des Glasfaserkabels befinden sich Transceiver-Module mit separaten Sende- und Empfangseinheiten. Optische Transceiver-Empfänger verwenden einen O/E-Wandler, um optische Signale, die durch die Glasfaser kommen, in elektrische Signale umzuwandeln. Die Empfängerdetektoren sind in der Regel lichtempfindliche Komponenten wie superschnelle Fotodioden. Auf der Sendeseite wandeln E/O-Wandler das elektrische Signal in optische Signale um und senden sie in die optische Glasfaser.

Weltweit gibt es einen enormen Bedarf an moderner Dateninfrastruktur. Deshalb investieren viele Unternehmen aus dem Bereich der Optoelektronik in die Entwicklung und Produktion von immer leistungsfähigeren Sende- und Empfangsgeräten. Ultra Communications ist eines dieser Unternehmen, geht dabei aber noch einen Schritt weiter. Ihre robusten Transceiver werden in besonders rauen Umgebungen überall dort eingesetzt, wo große Datenmengen schnell und störungsfrei unter schwierigen Bedingungen übertragen werden müssen - in der Luft- und Raumfahrt, in modernen Fahrzeugen, auf Schiffen oder in der Hochleistungsinformatik. Um ordnungsgemäß zu funktionieren, müssen sie extremen Temperaturen sowie mechanischen Stößen, Vibrationen, Kondensation, chemischen Einflüssen oder enormer Strahlung standhalten.

Sequentielle Flip-Chip-Montage

Der X80 -Q Fury ist ein Vollduplex 40G Hochleistungstransceiver für die parallele optische Datenübertragung. Die Prototypenserie wurde auf einem manuellen Die-Bonder-System entwickelt und montiert.

Auf engstem Raum beinhaltet das Modul den Transceiver-IC, ein GaAs-VCSEL-Array, ein GaAs-PIN-Photodioden-Array, ein Linsen-Array und ein Waveguide-Board. Während eines sequenziellen Flip-Chip-Montageprozesses werden die Komponenten präzise ausgerichtet, platziert und einzeln oder als Array gebondet. Die geforderte Post-Bonding-Genauigkeit beträgt 1 Mikrometer.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Transceivern, bei denen die Komponenten aufgeklebt sind, werden sie beim X80 -Q Fury durch eutektisches Löten oder Thermocompression Bonding verbunden, was besonders stabile Verbindungen ermöglicht. In einem zusätzlichen Veredelungsschritt werden alle Komponenten mit Epoxid untergossen und das gesamte Transceivermodul hermetisch versiegelt und geläppt.

Die manuelle Montage von einigen Dutzend Transceivermodulen dauert aufgrund der umfangreichen Qualifikationstests mehrere Tage. Nach jedem Schritt des Montageprozesses wird das Ergebnis der Ausrichtung und Bondung validiert, um die gewünschte Leistung und Zuverlässigkeit des Endprodukts zu gewährleisten. Da die Module zahlreiche Bondungen aufweisen (einige als Thermokompression, andere per UV-gehärteter Klebeverbindung), ist der Toleranzstapel von Mehrfachbondungen sehr komplex und keine einfache Aufgabe. Mit anderen Worten, der Toleranzstapel jedes Prozesses muss realisierbar sein. Die Herstellung eines solchen Produkts ist ziemlich anspruchsvoll.

"Der FINEPLACER® femto 2 hat es uns ermöglicht, mit Automatisierung den Durchsatz für unsere hochpräzisen Flip-Chip-Bonding-Prozesse zu erhöhen. Da unser Geschäft mit hochzuverlässigen opto-elektronischen Transceivern expandiert, hat uns dies geholfen, die steigenden Anforderungen unserer Kunden zu erfüllen."

Howard Lenos, Director of Manufacturing, Ultra Communications, Inc.

Automatisierung ermöglicht echte Serienproduktion

Ultra Communications stand vor der Herausforderung, diese komplexe Anwendung in eine automatisierte Serienproduktion zu überführen. Aufgrund der positiven Zusammenarbeit während der Entwicklungsphase war es für sie ein logischer Schritt, die Reise mit Finetech fortzusetzen - in Zusammenarbeit mit dem US-Ingenieurteam und den Experten im Stammwerk in Berlin. Die Automatisierung des Montageprozesses ermöglichte reproduzierbare Abläufe bei gleichzeitiger Senkung der Produktionskosten und schuf damit die Voraussetzungen für eine echte Serienfertigung.

Es erwies sich als sehr vorteilhaft, dass die beim manuellen Prototyping zertifizierten Profile (z. B. Parameter für Löttemperatur, Aufsetzkraft oder Zeit) problemlos auf die automatisierten Systeme von Finetech übertragen werden können. Um den Montageprozess zu automatisieren, mussten die Profile lediglich um automatische Handhabungsschritte für Komponenten und Baugruppen sowie um automatische Ausrichtungsroutinen auf der Grundlage von Mustererkennung erweitert werden.

Die Transceiver werden in Losen von 100 Stück montiert. Tests und Qualifikationen können direkt an der Maschine durchgeführt und als Zwischenschritte in den Prozessablauf integriert werden. Zusätzlich werden alle Teilprozesse automatisch protokolliert und in Echtzeit in eine Produktionsdatenbank eingespeist.

Ihr Kontakt Stephen McDonough

Finetech USA/East Coast
+1 603 627 8989
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