ダイボンディングにおけるマシンビジョンの活用：アライメント公差の厳格化への対応
高速ダイボンダーの内部で安定した位置合わせと検査を実現
最近の製造現場で使用されているダイボンダーは、限られたスペース、高速かつ不安定な温度環境にかかわらず、多種多様な撮像を行うことが求められます。しかし、最適なカメラとレンズを選定するだけでは、半導体パッケージの微細化や、アライメント公差の厳格化には対応できません。以下では、一貫した同期と安定した撮像により、製造ライン全体の工程管理を向上させる方法について解説します。
ダイボンディングにおける3つの撮影課題と対策
半導体パッケージの製造現場では、従来のダイアタッチに加え、フリップチップや熱圧着、ハイブリッドボンディングが導入されるようになりました。これらの工程は切り分けが難しく、並行して進める必要がある一方で、アライメント公差が厳しいため、撮像が不安定になると、歩留まりに悪影響を及ぼします。
しかし、製造ラインの稼働中に安定した撮像を行うには、基板の薄さ、反射面、埋め込みアライメントマーク、接合時の発熱をはじめ、さまざまな問題を解決しなければなりません。
1. 高速ボンディングにおける撮像の安定化
微細なピッチに対応しながら、数千回の接合動作を素早く正確に行うには、鮮明な画像の取得だけでなく、リアルタイムな撮像制御も欠かせません。いかにして高速ボンディングを維持したまま、一貫した同期と確実なフレーム転送を行うかが、ビジョンシステムの安定性を大きく左右します。撮影タイミングがずれたり、フレームロスが発生したりすると、ダイが誤った位置に接合されるおそれがあります。
Baslerでは、正確な同期やオンボード処理が求められる撮影用途向けに、カメラまたはフレーグラバーのFPGA上で画像を前処理し、高度な追加ハードウェアなしでCPU負荷を軽減するソリューションをご提供しています。
ダイボンダーは、その種類によってスループット、カメラ数、レイテンシーに対する脆弱性、ビジョンシステムの構造が異なります。Baslerでは、目まぐるしく変化するニーズに対応するため、インターフェースの種類にかかわらず、安定した撮像、正確なトリガー、拡張性の高い前処理機能を備えたビジョンシステムの構築をサポートしています。
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2. 異なる材質、表面形状・質感、パッケージ構造における信頼性の高い画質の確保
ビジョンシステムは、対象物によって最適な撮像方法が異なります。反射性の高いリードフレーム、暗色の有機基板、透明なエポキシ樹脂、埋め込みアライメントマークを可視化するには、システム構造を適宜調整しなければなりません。
例えば、従来のダイアタッチに使用される表面アライメントマークの場合、可視光撮影とグレア補正を組み合わせることで、ダイの配置状況を正確に確認できます。
一方、D2W（Die-to-Wafer）方式のヘテロジニアスインテグレーションに使用される埋め込みアライメントマークの場合、SWIR（短波長赤外）帯域の撮像に対応したBasler ace 2 X visSWIRを使用すれば、追加の調整作業を行うことなく、シリコン、パッシベーション膜、エポキシ樹脂の表面下にあるアライメントマークを可視化することが可能です。
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3. 工程管理と機器監視
アライメント公差が厳格化するなか、ボンドヘッドの位置、ノズルの状態、エポキシ樹脂の粘度、接着層の厚さ、工程全体の温度変化の監視、ダイの配置確認をはじめ、ダイボンディングの工程管理にビジョンシステムを導入する企業が増えています。
しかし、熱圧着時の熱膨張によるアライメントマークの移動や、振動・機械動作による位置ずれの影響で、撮像が不安定になると、ダイの配置不良や接着層の厚さのバラつきにつながるおそれがあります。
そこで、機器や工程の状態をリアルタイムに監視するため、多くのダイボンダーには専用のビジョンシステムが搭載されています。このようなビジョンシステムは、温度変化や機器の状態にかかわらず、高い位置合わせ精度を維持する必要があるため、正確なトリガー、均一なコントラスト、安定した撮像が欠かせません。また、小型ダイボンダーの場合は、優れた撮像性能に加え、柔軟なセットアップと一貫した同期も重要になります。
熱圧着とハイブリッドボンディングは、位置合わせが非常に難しく、従来の構造のビジョンシステムでは要件を満たすことができません。また、HBM（広帯域メモリー）向けのダイ積層やヘテロジニアスインテグレーションの場合、一貫した同期とリアルタイムな工程監視に加え、埋め込みアライメントマークの可視化も求められます。Baslerでは、豊富な製品ラインナップ、高度なビジョンソリューションと業界で培ってきた信頼性を活かし、半導体業界のニーズの変化にご対応しています。
ハイブリッドボンディングへの対応
従来のダイアタッチは、自動車、パワー半導体、工業、センサーパッケージングなどの用途において、今もなお広く使用されています。しかし、フリップチップや熱圧着、ハイブリッドボンディングが普及した結果、アライメント公差の厳格化、スループットの向上、ピッチの微細化、温度環境の複雑化などに対応したダイボンダーが求められるようになりました。
ダイボンディングを取り巻く環境が変化するなか、アドバンストパッケージング（先進パッケージング）用途を中心に、撮影同期、埋め込みアライメントマークの可視化、撮像制御、常時工程監視の重要性が増しています。
ハイブリッドボンディング向けビジョンソリューションの詳細はこちらダイボンダーとビジョンシステムの統合
最近の製造現場で使用されているダイボンダーは、限られたスペースと不安定な温度環境にかかわらず、安定した撮像と一貫した同期を実現しながら、柔軟なセットアップにも対応しなければなりません。これらの要件を満たすため、Baslerでは、以下の特長を持つビジョンソリューションをご提供しています。
撮影同期：高スループットを維持しながら、安定した位置合わせを実現
省スペース＆優れた柔軟性：機械的制約のあるダイボンダーとビジョンシステムをスムーズに統合
SWIR撮影＆FPGAによる画像の前処理：高度な位置合わせに対応
使用製品
ご紹介したソリューションの導入には、以下の製品が最適です。
