quattroClean-Schneestrahlreinigung sichert Verbindungsqualität beim Drahtbonden

Für einen integrierten, vollautomatischen Reinigungsprozess ist die quattroClean-Düse beispielsweise am Bondkopf der Bondmaschinen der Serie 86 für großflächige Batterie-Packs montiert und in die Maschinensteuerung eingebunden. (Bildquelle: F&S Bondtec Semiconductor) / To enable an integrated, fully automatic cleaning process, the quattroClean nozzle is fitted, for example, to the bonding head of the Series 86 bonding machines for large-scale battery packs and incorporated into the machine control system. (Photo acknowledgment: F&S Bondtec Semiconductor)

Der quattroClean-Strahl entfernt partikuläre Verunreinigung und filmische Kontaminationen prozesssicher und reproduzierbar. Die Schneestrahlkonsistenz wird an der Düse durch ein Sensorsystem überwacht, was gleichbleibend gute Ergebnisse sicherstellt. (Bildquelle: F&S Bondtec Semiconductor) / The quattroClean jet removes particulate and filmic contamination in a reliable and reproducible manner. The consistency of the snow jet is monitored at each nozzle by a sensor system, thus ensuring uniformly good results. (Photo acknowledgment: F&S Bondtec Semiconductor)

„Bei der quattroClean-Technologie kommt es durch den Reinigungsprozess zu keiner mechanischen Veränderung der Bondoberfläche, die wir bei Versuchen mit der Laserreinigung beobachtet haben“, so Johann Enthammer, technischer Leiter bei F&S Bondtec Semiconductor. (Bildquelle: F&S Bondtec Semiconductor) / “With the quattroClean technology, the cleaning process does not cause any mechanical changes to the bond surface, something we observed in trials with laser cleaning,” says Johann Enthammer, technical manager at F&S Bondtec Semiconductor. (Photo acknowledgment: F&S Bondtec Semiconductor)

Ultraschall-Drahtbonden ist seit vielen Jahren in der Mikroelektronik und Halbleiterindustrie als Kontaktierungsverfahren etabliert. Die Verbindungstechnologie zählt auch für das elektrische Verschalten von Batteriezellen zur ersten Wahl. Um eine der wichtigsten Voraussetzungen – eine saubere Bondoberfläche – für qualitativ hochwertige und langlebige Verbindungen zu gewährleisten, haben F&S Bondtec Semiconductor und acp systems eine weltweite Kooperation geschlossen. Sie ermöglicht die Lieferung von Drahtbondsystemen inklusive quattroClean-Schneestrahlreinigung aus einer Hand.

Mit ihren vollautomatischen und manuellen Drahtbondern und Bondtestern ist die F&S Bondtec Semiconductor GmbH weltweit in der Produktion großer und mittelständischer Unternehmen aus der Mikroelektronik und Halbleiterindustrie ebenso vertreten wie in Entwicklungsabteilungen, Pilotfertigungen und Universitätslabors. Vergleichsweise neu sind für das 1994 gegründete, familiengeführte Unternehmen aus dem österreichischen Braunau am Inn dagegen Anwendungen in der Fertigung von Batteriepacks, beispielsweise für die Elektromobilität, für Akkuwerkzeuge und stationäre Energiespeicher. Vorteile bietet das Drahtbonden dabei unter anderem durch seine Flexibilität und Produktivität sowie die hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Verbindungen. „Voraussetzung ist allerdings eine konstant hohe Sauberkeit der Bondflächen“, erklärt Johann Enthammer, technischer Leiter bei F&S Bondtec. Probleme bereiten partikuläre und chemisch-filmische Verunreinigungen, die beispielsweise durch organische Kontaminationen oder Oxidation entstanden sind. Aber auch variierende Lagerbedingungen oder eine unterschiedlich lange Lagerdauer der Zellen können die Bondbarkeit beeinträchtigen. „Insbesondere bei Kunden, die aus Bereichen wie beispielsweise der Automobil- und Zulieferindustrie kommen, ist das Bewusstsein für die Sauberkeit häufig noch nicht im erforderlichen Maß vorhanden. Um hier einen Mehrwert bieten zu können, haben wir nach einer effektiven, integrierbaren und vergleichsweise kostengünstigen Reinigungslösung gesucht“, berichtet Johann Enthammer.

quattroClean-Schneestrahlreinigung erfüllt Anforderungen

Fündig wurde der technische Leiter auf der Messe Productronica 2019 beim Standnachbarn acp systems AG, Entwickler und Hersteller der quattroClean-Schneestrahlreinigungstechnologie sowie von Automatisierungslösungen. Gemeinsam mit dem Unternehmen, das bereits über Erfahrung bei Reinigungsanwendungen in der Elektronik- und Halbleiterindustrie verfügte, führte F&S Bondtec Versuche durch. „Wir haben einerseits reproduzierbar überzeugende Ergebnisse erzielt. Andererseits kommt es durch den Reinigungsprozess zu keiner mechanischen Veränderung der Bondoberfläche, die wir bei Versuchen mit der Laserreinigung beobachtet haben und die sich im Laufe der Zeit auf die Qualität der Verbindungen auswirken können. Darüber hinaus lässt sich das quattroClean-Verfahren einfach implementieren“, nennt Johann Enthammer einige Gründe, die ausschlaggebend für die Kooperation mit acp systems waren.

Gezielte, trockene und nachhaltige Reinigung

Reinigungsmedium bei diesem trockenen Verfahren ist flüssiges, klimaneutrales Kohlendioxid, das als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse entsteht. Es wird durch eine verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse geleitet und entspannt beim Austritt zu feinen Schneepartikeln. Sie werden durch einen separaten Druckluft-Mantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen des gut fokussierbaren Reinigungsstrahls auf die zu reinigende Oberfläche sorgen die vier Wirkmechanismen (thermischer, mechanischer, Lösemittel- und Sublimationseffekt) dafür, dass organische Kontaminationen und partikuläre Verunreinigungen bis in den Submikrometerbereich zuverlässig und reproduzierbar entfernt werden. Nach der Reinigung weist die Oberfläche optimale Eigenschaften für das Bonden auf. Das kristalline Kohlendioxid sublimiert während der Reinigung vollständig, so dass die Oberflächen trocken sind und sofort dem Drahtbondprozess zugeführt werden können.

Kompakte Reinigungslösung für vollautomatisierte und manuelle Einsätze

Das kompakte und skalierbare quattroClean-System ermöglicht die vollautomatisierte Integration des Reinigungsprozesses, beispielsweise bei den Bondmaschinen der Serie 86 für großflächige Batterie-Packs. Die quattroClean-Düse ist am Bondkopf montiert und in die Maschinensteuerung eingebunden, so dass vor dem Bonden automatisch alle zu verbindenden Oberflächen wegsteuerungsoptimiert angefahren und kontrolliert gereinigt werden. Lösungen für das manuelle Reinigen und Bonden lassen sich darüber hinaus ebenso realisieren wie komplette Fertigungsstraßen mit automatisiertem Teilehandling.

Für gleichbleibend gute Ergebnisse wird die Schneestrahlkonsistenz an jeder Düse durch ein Sensorsystem überwacht. Eine Überwachung der Düsen hinsichtlich Kohlendioxid- und Druckluftzufuhr sowie Strahldauer erfolgt ebenfalls. Alle ermittelten Werte werden automatisch gespeichert und können über Standardschnittstellen an ein übergeordnetes System zur Erfassung aller Produktionsdaten übertragen werden.