Sehen. Ausrichten. Platzieren. Innovative Bildverarbeitung für präzises Mikro-LED-Bonding

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IDS Imaging Development Systems GmbH

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

RECOM Power GmbH

Mit dem Fortschreiten der Miniaturisierung und Effizienzsteigerung bei Micro-LED-Displays und modernen Halbleiterkomponenten werden Präzision und Skalierbarkeit in der Fertigung zu entscheidenden Erfolgsfaktoren. Das taiwanesische Unternehmen Micraft Systems Plus hat zwei hochmoderne Systeme entwickelt, die diesen Herausforderungen gerecht werden.

Bei den Systemen handelt es sich um die uLED Laser Soldering Machine sowie den HBM High-Accuracy Die Bonder. Für beide Maschinen setzt der Hersteller auf Industriekameras aus der USB 3 uEye CP-Serie von IDS Imaging Development Systems, um ein Maximum an Genauigkeit, Geschwindigkeit und Prozesskontrolle zu gewährleisten. In der asiatischen Elektronikfertigung sind diese Systeme bereits in großen Stückzahlen erfolgreich im Einsatz.

Anwendung 1: Mikro-LED-Transfer und Laserlöten mit 20MP USB 3 uEye CP-Kameras

Die uLED Laser Soldering Machine ermöglicht das präzise Hochgeschwindigkeitslöten von Mikro-LEDs auf großflächige Substrate – einschließlich G4.5- und G6-Glasplatten. Die Lasertechnologie reduziert thermische und mechanische Belastungen und ist daher ideal für die gleichzeitige Verarbeitung tausender winziger Bauteile.

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Zunächst werden die Kameras eingesetzt, um globale Referenzmarken zur Grobausrichtung zu erfassen bzw. um die grobe Lage des Substrats im Maschinenkoordinatensystem festzulegen. Diese Positionsdaten werden anschließend an das Motion-Control-System übermittelt, das auf dieser Basis eine hochpräzise Bewegungssteuerung ermöglicht – mit einer Wiederholgenauigkeit der Koordinaten von etwa ±1 µm.

Nach erfolgreicher Qualifizierung werden die Chips mit höchster Präzision ausgerichtet und übertragen. Zur Feinjustierung erfassen die Kameras nun Fiduzialmarken und ermöglichen damit eine Echtzeit-Submikrometer-Ausrichtung des Substrats sowie gegebenenfalls eine dynamische Drehkorrektur. Die ermittelten Ausrichtdaten werden an das Motion-Control-System übergeben, das Position und Winkel der Bühne entsprechend anpasst, um jede Micro-LED exakt an der Zielposition zu platzieren. Mit einer Durchsatzrate von bis zu 10 Millionen Chips pro Stunde vereint das System höchste Präzision mit hoher Verarbeitungseffizienz – ein entscheidender KPI für die skalierbare Serienfertigung.

Im Anschluss erfolgt eine Inline-Inspektion: Die Kamera fährt automatisch zur entsprechenden Stelle, sodass der Bediener direkt im Prozess eine visuelle Kontrolle durchführen kann – etwa im Hinblick auf korrekte Ausrichtung, mögliche Schräglagen, physikalische Schäden oder Platzierungsfehler.

Kameratechnologie für komplexe Bildverarbeitungsaufgaben

USB 3 uEye CP-Kameras von IDS sind die Augen der uLED Laser Soldering Machine. Zwei integrierte U3-3800CP-M-GL Rev.2.2-Kameras übernehmen im Prozess gleich mehrere Aufgaben:

• Donor-Wafer-Inspektion: Erkennung von Defekten wie Rissen oder fehlenden Chips, um nur funktionsfähige Mikro-LEDs auszuwählen.

• Ausrichtung & Platzierung: Identifikation von Markierungen und Fiducials auf Substraten und Dies, mit Übertragung präziser Koordinaten an das Motion-System für exakte Positionierung.

• Nachkontrolle: Verifizierung der Chippositionierung hinsichtlich Lage, Neigung und Integrität.

• Reparatur & Rework: Unterstützen von Pick-and-Place-Systemen beim gezielten Austausch einzelner Chips.

„Die extrem hochauflösenden Bilder mit sehr geringem Rauschen erfassen selbst feinste Details“, betont Damien Wang, Area Sales Manager APAC South East bei IDS. Das integrierte Kameramodell basiert auf dem Sony STARVIS CMOS Sensor IMX183 mit Rolling Shutter mit einer Auflösung von 20,44 MP (5536 × 3692 px) und 2,4 µm Pixelgröße. Damit liefert die Kamera bis zu 19,8 Bilder pro Sekunde und eignet sich ideal für anspruchsvolle Inspektionsaufgaben.

Anwendung 2: HBM-Die Bonding mit 12MP USB 3 uEye CP-Kameras

Das zweite System, der HBM High-Accuracy Die Bonder aus der MCB-Serie, ist für hochmodernes Halbleiter-Packaging konzipiert, insbesondere für High Bandwidth Memory (HBM), bei dem mehrere Chips vertikal gestapelt werden. Hier ist Präzision im Mikrometerbereich entscheidend.

Dabei lokalisieren zwei U3-3890CP-M-GL Rev.2.2-Kameras von IDS die Mikrochips und Bonding Pads, liefern präzise Koordinaten an die Bestückungseinheit und ermöglichen eine genaue Platzierung der einzelnen Komponenten. "Die IDS-Kamera wird auch hier hauptsächlich für das Ausrichtungssystem in unserer HBM-Anlage verwendet. Sie identifiziert die Positionen des Chips und des Zielsubstrats und wandelt diese Informationen in Koordinaten für das Motion-Control-System um, um eine präzise Positionierung und Ausrichtung zu erreichen", erklärt der Hersteller. Die Steuereinheit verwendet diese Koordinaten, um die Platzierung mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich zu steuern und so konsistente Ergebnisse bei hochdichten Bestückungen zu gewährleisten.

Die Inline-Prüfung kontrolliert jede Verbindung auf Platzierungsgenauigkeit, Ausrichtungsintegrität und mögliche Beschädigungen. In hochverdichteten Speicherstapeln können selbst kleinste Abweichungen zu elektrischen oder thermischen Problemen führen – entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Bildverarbeitung.

Sensorleistung für präzises Die Bonding

Die U3-3890CP Rev.2.2 nutzt den Sony IMX226 Rolling Shutter CMOS Sensor mit 12 MP (4000 × 3000 px) und 1,85 µm Pixelgröße. Er zeichnet sich durch außergewöhnliche Lichtempfindlichkeit und geringe Rauschwerte aus. Bei voller Auflösung sind bis zu 33,2 fps möglich – perfekt für schnelle, präzise Prozesse. Dank der IDS-Kameraintegration bietet das System hohe Wiederholgenauigkeit und langfristige Prozessstabilität – ideal für komplexe 2.5D- und 3D-Packaging-Anwendungen.

Mit Computer Vision zur hochpräzisen Halbleiterproduktion: uEye CP von IDS

Beide hochmodernen Systeme des taiwanesischen Herstellers setzen auf die uEye CP Serie von IDS – kompakte Industriekameras (29 × 29 × 29 mm) mit robustem Magnesiumgehäuse, USB3 Vision-Schnittstelle und CMOS Global bzw. Rolling Shutter Sensoren aus der Sony STARVIS-Serie. Dank Back-Side-Illumination (BSI) liefern sie auch bei wenig Licht gestochen scharfe, rauscharme Bilder – entscheidend für die Detektion feinster Strukturmerkmale, Lötkontakte und Chippositionen im Submikrometerbereich.

Eine entscheidende Anforderung an die Kameras ist, dass die schnelle Bildrate und die minimale Latenzzeit eine nahtlose Interaktion mit Motion-Control-Systemen gewährleisten und Echtzeit-Bilddaten für schnelle Anpassungen liefern. Sie überzeugen zudem durch ihre hohe Zuverlässigkeit und sind für den durchgehenden 24/7-Betrieb ausgelegt – ein entscheidender Faktor in der Halbleiterfertigung. Im Standby-Modus wiederum reduziert sich die Stromaufnahme im Ruhezustand auf ein Minimum und trägt so zur Energieeffizienz bei, was die Industriekameras zu einer umweltfreundlichen Lösung für den langfristigen Einsatz macht.

Mit dem umfangreichen Software-SDK von IDS lassen sich die Kameras einfach integrieren und vor Ort kalibrieren – eine wichtige Voraussetzung für Effizienz und Präzision in automatisierten Produktionsumgebungen.

Kundenvorteil: Skalierbare Präzision und gesteigerte Effizienz

Durch die Integration der IDS-Kameratechnologie in beide Plattformen konnte Micraft Systems Plus Prozessgenauigkeit, Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit signifikant steigern. Fehlerquoten wurden reduziert, Rüstzeiten verkürzt und die gesamte Fertigungseffizienz verbessert – ein klarer Wettbewerbsvorteil für die Kunden in den Bereichen Mikro-LED und High-End-Halbleiterverpackung.

Beide Systeme sind bereits bei führenden Elektronikherstellern in Taiwan und anderen asiatischen Märkten im Einsatz und gelten als Best-Practice-Beispiele für die Integration deutscher Kameratechnologie in hochmoderne Produktionslösungen für Micro-LED und Halbleiter-Packaging.

Ausblick

Der Markt für Präzisionsautomatisierung entwickelt sich rasant und mit ihm die Anforderungen an moderne Industriekameras. „Unsere Kunden fordern heute mehr denn je hochauflösende, kompakte und absolut zuverlässige Lösungen“, sagt Damien Wang. Insbesondere der Trend zu höherer Auflösung treibt Innovationen voran: Für komplexe Automatisierungsaufgaben sind gestochen scharfe, detailreiche Bilder unerlässlich. Gleichzeitig wird eine stabile Performance auch unter schwierigen Einsatzbedingungen zur Grundvoraussetzung. „Viele Anwendungen erfordern einen kontinuierlichen, unterbrechungsfreien Betrieb. Daher liegt unser Fokus zunehmend auf Kameras, die auch unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässig funktionieren", unterstreicht der verantwortliche Projektmanager von Micraft Systems Plus. Ein weiterer Trend ist die fortschreitende Miniaturisierung. Industriekameras mit kompakter Bauformen gewinnen zunehmend an Bedeutung, da der Platz in modernen Anlagen oft begrenzt ist, ohne dabei jedoch Abstriche bei der Leistungsfähigkeit zu machen.

Um diesen Entwicklungen Rechnung zu tragen, wird das Produktportfolio gezielt weiter ausgebaut und an die steigenden technischen Anforderungen angepasst. (mc)

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