Die Bump-Control-Anlage verbindet eine präzise dreiachsige CNC-Positionierung mit einer zeitgesteuerten Vierkanal-Ventilkaskade. Bei 70 mm/s sind beispielsweise etwa 200 Bumps pro Sekunde möglich; unter geeigneten Prozessbedingungen liegt die technisch erreichbare Höchstfrequenz bei rund 400 Bumps pro Sekunde.
Die Padkoordinaten des Wafer-Layouts können aus einer Gerber-Datei übernommen werden. Die Steuerung nutzt diese Positionsdaten, um den Bumpkopf zu den programmierten Kontaktpunkten zu führen und die Ventilimpulse an die Bewegung zu koppeln.
Für regelmäßig angeordnete Padfelder kann der CNC-Controller einen automatischen Raster-Scan ausführen: Er fährt abwechselnde Zeilen in Gegenrichtung und versetzt die Y-Achse um den eingestellten Zeilenabstand. So lässt sich ein definiertes Feld systematisch abarbeiten.
Das Bumping-System verbindet die präzise Positionierung eines CNC-Portals mit einer zeitgesteuerten Ventilansteuerung. Der Bumpkopf fährt die programmierten Padpositionen eines Wafers an und dosiert dort Lotkugeln als definierte Kontakte für den nachfolgenden Flip-Chip-Verbindungsschritt.
Die Bewegungssteuerung arbeitet dreiachsig in X, Y und Z. Für den Bumping-Ablauf wertet der Encoder-Controller die STEP-Impulse der X-Achse aus. Sobald der eingestellte Zählschwellwert erreicht ist, löst er die Vierkanal-Kaskade aus. So werden Positionierung, Ventilimpulse und parametrierbare Bumping-Profile miteinander synchronisiert.
Der aktuelle Aufbau kombiniert zwei Netzteile, die Steuerung der drei Achsen, den CNCStep-Fahrcontroller, den BumpAxEnc-Encoder, den EncCascade-Controller und ein vierkanaliges MOSFET-Modul.Die ergänzenden Dokumente beschreiben den Aufbau aus zwei Netzteilen, der dreiachsigen CNC-Steuerung, dem Encoder- und dem Kaskaden-Controller sowie dem vierkanaligen MOSFET-Modul.
BumpingSystemOverview.pdf: Systemaufbau, Funktionen und Prozessablauf
Verdrahtungsplan.pdf: Signalwege, Pins, Register und Anschlüsse
Die Waferpads werden aus der Gerberdatei des Wafer-Layouts übernommen. Das CNC-Portal fährt den Bumpkopf zu den programmierten Padkoordinaten und verbindet damit die digitale Prozessplanung mit der mechanischen Positionierung.
Der Bumpkopf dosiert Lotkugeln über Ventile und Kapillaren auf die programmierten Padpositionen. Encoder und Kaskadensteuerung synchronisieren die Ventilimpulse mit der Bewegung des CNC-Portals. Die vier Ausgänge werden in einer einstellbaren Zeitfolge geschaltet; Impulsdauer und Abstände lassen sich für unterschiedliche Bumping-Profile parametrieren.
Die Übersicht fasst die drei Controller zusammen: CNCStep steuert die X-, Y- und Z-Achsen; BumpAxEnc zählt STEP-Impulse und erzeugt den Trigger; EncCascade schaltet vier zeitgesteuerte Ausgänge und überwacht den Druck. Der Steuerungs-PC kommuniziert seriell mit den Controllern.Die gezeigte Anlage verwendet drei Schrittmotorachsen mit je einem DM542T-Treiber für X, Y und Z. Die Treiber werden mit Puls- und Richtungssignalen angesteuert und ermöglichen einen fein aufgelösten Mikroschrittbetrieb.
Für andere Anforderungen kommen auch Closed-Loop-Antriebe oder Servosysteme mit Positionsrückmeldung infrage, etwa über Encoder oder lineare Glasmaßstäbe. Ob eine konkrete Kombination mit dem Fahrcontroller funktioniert, hängt von den verfügbaren Signalen und Schnittstellen ab. Solche Lösungen sind in der Regel komplexer und kostenintensiver.
Die DM542T sind digitale Schrittmotortreiber für Puls-/Richtungssteuerung. Die dargestellten Kenndaten umfassen 20–50 V DC Versorgung, 1,0–4,2 A Spitzenstrom (bis 3,0 A RMS), einen optisch isolierten Pulseingang bis 200 kHz und bis zu 25.600 Mikroschritte je Umdrehung bei einem 1,8°-Motor. Die passende Einstellung richtet sich nach Motor und Versorgung.Der CNCStep-Controller setzt die Fahrbefehle der Software BumpCtrl in Bewegungen der X-, Y- und Z-Achse um. Er erzeugt die STEP- und DIR-Signale für die Motortreiber und verwaltet Zielpositionen, Referenzfahrten, Scanabläufe sowie Geschwindigkeitsrampen.
Für Inbetriebnahme, Tests oder eigene Steuerungssoftware lassen sich Befehle auch direkt über die serielle RS-232-Schnittstelle senden. Damit übernimmt der CNC-Controller die Positionierung, während Encoder und Kaskaden-Controller die zeitliche Auslösung der Bumping-Impulse koordinieren.
Der CNCStep-Fahrcontroller erzeugt die STEP- und DIR-Signale für die drei Achsen X, Y und Z. Er übernimmt Zielpositionen, Referenzfahrten und koordinierte Bewegungsabläufe.Der BumpAxEnc ist kein am Motor montierter Positionsgeber. Er zählt die STEP-Flanken des CNC-Fahrcontrollers an der X-Achse. Der Zählschwellwert wird über den Parameter TRIGCNT eingestellt. Nach Erreichen dieses Werts erzeugt der Controller einen kurzen TTL-Impuls am Ausgang D3.
Dieser Impuls startet die Kaskade am Interrupt-Eingang D2. Damit lässt sich die Ventilauslösung an den zurückgelegten X-Achsweg koppeln. Zusätzlich kann der Encoder-Controller Impulsfrequenz und Zählerstand über die serielle Verbindung ausgeben.
Der BumpAxEnc zählt die STEP-Flanken der X-Achse. Nach dem programmierten Schwellwert sendet er einen TTL-Trigger an den EncCascade-Controller.Der EncCascade empfängt den Trigger am Interrupt-Eingang D2 und startet eine parametrierbare Schaltfolge über vier Ausgänge (D3 bis D6). Über acht einstellbare Zeitparameter in Mikrosekunden legt der Controller die Pulsdauern und Abstände der vier Kanäle fest. Damit lässt sich die gesamte Schaltfolge auf unterschiedliche Bumping-Profile abstimmen.
Die Ausgänge steuern das vierkanalige MOSFET-Modul. In jedem Ventilzweig begrenzt eine Freilaufdiode die Spannungsspitze, die beim Abschalten der Ventilspule entsteht, und schützt so die MOSFET-Ausgangsstufe.
Nach der Schaltfolge misst der Controller den Druck. Unterschreitet der Messwert den eingestellten Grenzwert, setzt er den Druckalarm und hält weitere Kaskadenabläufe an, bis der Druck wieder ausreicht.
Der EncCascade startet nach dem TTL-Trigger die parametrierbare Zeitfolge seiner vier Ausgänge. Das MOSFET-Modul schaltet die Ventile; Freilaufdioden begrenzen die Abschaltspannung der Ventilspulen. Anschließend prüft der Controller den Druck und setzt bei Unterschreitung des Grenzwerts einen Alarm.Ein dreiachsiges CNC-Portal positioniert den Bumpkopf über den programmierten Padkoordinaten des Wafers. Die Steuerung koordiniert die X-, Y- und Z-Bewegungen und bildet damit die mechanische Grundlage für wiederholgenaue Bumping-Abläufe.
Als Erweiterung kann der Bondkopf einen Umschmelzlaser und eine IR-Temperaturmessung tragen. Der IR-Laser-Komparator erfasst die Temperatur des Werkstücks während des Prozesses; eine Regelgeschwindigkeit um 200 Hz unterstützt eine kontrollierte Umschmelzung und hilft, eine Überhitzung des Substrats zu vermeiden. Weitere Informationen stehen auf der Seite IR-Laser-Komparator.
Der IR-Laser-Komparator wird zusammen mit dem Umschmelzlaser am Bondkopf geführt. Er misst die Werkstücktemperatur in Echtzeit; eine Regelgeschwindigkeit um 200 Hz unterstützt die kontrollierte Erwärmung und hilft, eine Überhitzung des Substrats zu vermeiden.