Ottimizzazione dei tempi di ciclo con Openair-Plasma®
Per il trattamento selettivo delle superfici al plasma durante la produzione di componenti di semiconduttori, il leader tecnologico Plasmatreat GmbH di Steinhagen fornisce un sistema in linea completamente automatizzato e configurato in base alle esigenze del cliente. La tecnologia del trattamento superficiale al plasma può essere utilizzata in molti modi nel campo della produzione di semiconduttori.
Questo processo speciale può essere utilizzato per il trattamento della superficie nell'incollaggio di fili e stampi, nell'incollaggio a compressione termica e nel pre-stampaggio. Si distingue tra due diversi processi al plasma: Con il processo al plasma a bassa pressione, diversi componenti possono essere trattati simultaneamente con il plasma in una camera a vuoto; tuttavia, i costi delle attrezzature associate e i lunghi tempi di processo possono rivelarsi svantaggiosi e non è possibile trattare singoli componenti in modo selettivo.
Il processo Openair-Plasma sviluppato da Plasmatreat, invece, consente di trattare i componenti in modo selettivo e specifico. Basato su uno o più getti, questo processo funziona con aria compressa, non richiede gas ad alto costo e può essere guidato in modo altamente flessibile da un robot. Inoltre, è possibile utilizzare Openair-Plasma nel processo produttivo sia in linea che come soluzione isolata. Il processo è adatto per trattamenti superficiali come la pulizia microfine, l'attivazione superficiale e il rivestimento al plasma di quasi tutti i materiali come plastica, metalli, vetro, ceramica e compositi. Inoltre, la tecnologia Openair-Plasma è adatta anche alla pulizia di tutte le superfici metalliche.
L'Openair-Plasma® utilizza tipicamente aria secca e pulita come gas di processo, mentre il plasma sotto vuoto utilizza gas nobili molto più costosi come argon, elio o ossigeno. Tuttavia, per il trattamento dei telai in rame, Openair-Plasma® utilizza anche una combinazione di azoto o gas di formazione. Poiché questo elemento è estremamente sensibile all'ossidazione, soprattutto alle alte temperature, di solito si utilizzano solo sistemi al plasma a bassa pressione o processi in atmosfera protettiva. Il trattamento di riduzione con Openair-Plasma®, invece, consente di pulire molto rapidamente i telai in rame senza che si noti alcuno scolorimento del telaio in rame. Il basso stress termico sui componenti consente di eseguire operazioni come la lavorazione di PCB con nucleo in plastica o metallo senza danni termici, ed è persino possibile trattare i supporti per interruttori in ceramica e LS dopo l'incollaggio delle matrici e prima dell'incollaggio dei fili. I danni ai chip causati da cariche elettrostatiche sono esclusi grazie ai getti di plasma elettricamente neutri.
Progettato per soddisfare requisiti specifici
L'industria dei semiconduttori utilizza già da tempo i prodotti al plasma realizzati da Plasmatreat. Tuttavia, la richiesta di un cliente di lunga data ha dato l'impulso per sviluppare un'unità di trattamento al plasma (PTU) speciale per l'industria dei semiconduttori. "In qualità di fornitore consolidato di sistemi per le nostre PTU, siamo stati lieti di accettare questa richiesta molto specifica", afferma Nico Coenen, Market Segment Manager Electronics di Plasmatreat. Le PTU sono celle di produzione individuali progettate per adattarsi ai flussi di lavoro dell'ingegneria di processo del cliente e possono essere integrate senza problemi nelle linee di produzione. Offrono inoltre diverse opzioni di movimentazione e automazione che consentono un'automazione coordinata del processo per un trattamento superficiale efficiente e una gestione precisa di gruppi e componenti. "Poiché produciamo già sistemi completamente automatizzati per altri settori, disponevamo già delle competenze interne di progettazione e automazione necessarie per sviluppare e implementare il sistema richiesto dal cliente. Detto questo, abbiamo comunque ampliato le nostre capacità di collaudo presso la sede di Steinhagen e allestito una camera bianca di Classe 6 per gestire questo progetto speciale del cliente e altri", spiega ancora Coenen. Grazie alla sua vasta competenza ed esperienza, Plasmatreat è stata in grado di sviluppare questo sistema specifico per l'industria dei semiconduttori. I vari compiti da svolgere comprendevano l'integrazione di dispositivi di bloccaggio del vuoto per fissare i vassoi dei componenti e l'utilizzo di interfacce di protocollo basate su SECS/GEM.
"Per sviluppare un sistema in linea per l'industria dei semiconduttori e poter garantire i tempi di ciclo più elevati possibili, abbiamo dovuto prendere in considerazione diverse fasi del processo e implementarle con precisione già nella fase di progettazione", sottolinea Coenen. "Ad esempio, abbiamo previsto la gestione parallela (sotto forma di concetto a doppia corsia) di due dispositivi di deposito su due nastri trasportatori all'interno di un unico sistema. Leggiamo i codici a barre per poter tracciare ogni chip e possiamo anche trattare i singoli componenti in modo selettivo, il che ci permette di eseguire operazioni come trattare solo la parte superiore di un componente con il plasma. Questo trattamento specifico non è possibile, ad esempio, con il plasma sotto vuoto".
Massima produttività
Il concetto di doppia corsia, come è noto, che si adatta ai tempi di ciclo individuali del cliente, è essenzialmente progettato per gestire applicazioni diverse. Ciò consente al sistema di raggiungere la massima produttività per metro quadro. Progettato sia per i vassoi JEDEC che per i lead frame, il sistema è in grado di elaborare vassoi con 8 o 128 componenti. Inoltre, la prima fase dell'ultima PTU prevede la lettura al volo del codice a barre dei componenti trasportati in un vassoio JEDEC per mezzo di una telecamera. In questo modo è possibile rintracciare ogni singolo componente. Nella fase successiva, i componenti vengono fissati negli scomparti del vassoio JEDEC creando il vuoto. Il successivo trattamento superficiale viene eseguito con i getti rotanti RD1004, dotati di un sistema di aspirazione integrato. Una volta completato il trattamento superficiale al plasma, i componenti passano attraverso un modulo di flusso selettivo esterno dove vengono preparati per il successivo processo di incollaggio a compressione termica.
Il concetto di doppia corsia consente diversi concetti di lavorazione che corrispondono al tempo di ciclo. A tal fine, il primo nastro trasportatore trasporta due vassoi pieni, uno dopo l'altro, in posizioni definite dove avviene il trattamento superficiale. Contemporaneamente, il secondo nastro trasportatore trasporta altri due vassoi carichi verso le rispettive posizioni di lavorazione. Non appena il trattamento superficiale dei componenti sul primo nastro trasportatore è completato, i due getti di plasma si spostano sul secondo nastro trasportatore e lavorano i componenti che vi si trovano. Quando i vassoi finiti lasciano il sistema, entrano i successivi. La comunicazione all'interno della linea di produzione avviene tramite il protocollo di interfaccia delle apparecchiature standard dell'industria dei semiconduttori, SECS/GEM.
"L'industria elettronica si trova sempre di fronte a una carenza di componenti e fattori come l'aumento dell'elettromobilità non contribuiscono certo ad alleviare la situazione. Vogliamo contrastare questa situazione con la nostra esperienza", sottolinea Coenen. Per questo gli esperti vogliono anche progettare e implementare soluzioni al plasma personalizzate per i settori dell'automazione e dell'ingegneria meccanica. L'obiettivo è creare alternative ottimizzate per i tempi di ciclo nella produzione di chip e microprocessori.
