A technológia lehetővé teszi mikrométer tartományú háromdimenziós struktúrák kialakítását félvezetők korszerű tokozása terén. Az eljárás a Beckhoff XFC-technológiájú egységein és az EtherCAT-rendszeren alapul. Az elektronikai alkatrészek miniatürizálása miatt a hagyományos litográfiai eljárásokkal egyre nehezebb gazdaságosan és megbízhatóan létrehozni bekötő struktúrákat. „A hagyományos gyártási technológiák elérték lehetőségeik határát. Impulse PrintingTM technológiánk azonban áttöri ezeket a korlátokat” – jelentette ki Fabien Bruning, az eindhoveni székhelyű holland Fonontech B. V. induló vállalkozás technológiai igazgatója.
Az eljárás legfontosabb elemei a mikrométer finomságú struktúrákkal bemart szilícium nyomtatólapok. Ezek a struktúrák felveszik az oldott nyomatanyagot, amelyet a következő lépésben felvisznek a hordozókra (a nyomtatott áramköröket hordozó panelekre). A nyomtatólapokra a bemart sávokon kívül egy fűtő struktúra is kerül. Fabien Bruning erről a következőket fejtette ki: „Egy nagyon nagy amplitúdójú és igen rövid áramimpulzus hatására a nyomatanyag oldószere igen kis mennyiségben hirtelen elgőzölődik a nyomtatólap felülete mentén, aminek hatására a nyomtatólapról a nyomtatott áramköri panelre »robban« át a nyomatanyag.” Rob Hendriks, a Fonontech elnök-vezérigazgatója hozzátette: „Ez az eljárás akár 60 centiméteres távolságról is egészen jól működik, bár ilyen messziről kisebb pontossággal.”
A Fonontech technológiai igazgatója, Fabien Bruning (baloldalt) és elnök-vezérigazgatója, Rob Hendriks (jobboldalt) a Beckhoff hollandiai értékesítési irodájának munkatársa, Stijn de Bruin társaságában (középen), háttérben a technológia alkalmasságát igazoló elrendezés | Fotó: © Techwatch bv
Fontos, hogy a nyomtatási folyamat érintkezésmentes és gyors. Egyetlen áramimpulzussal 1 ms-nál rövidebb idő alatt több ezer vonalat lehet rányomtatni a nyomtatott áramköri panelre vagy más hordozóra, sőt, szelektív fűtés alkalmazásával a nyomtatott struktúra kialakítása lokálisan hozzáigazítható a hordozóhoz. A Fonontech által kifejlesztett nyomtatófej 128×128 mm méretű területet képes lefedni, és minden elterjedten használt nyomatanyaggal használható. „Az eljárással rövid idő alatt lehet 300 mm-es lapkákra vagy 600×600 mm-es felületekre nyomtatni – ez a méret most kezd elterjedni a tokozott félvezetők szerelésében” – fűzte hozzá Fabien Bruning. Ugyanezen a gépen sík fűtőlap és stencilnyomtatás alkalmazásával akár nagyobb struktúrákat is létre lehet hozni, például sík képernyők gyártása esetén – amihez könnyen fel lehet szerelni egymás mellé több nyomtatófejet.
Gyorsaság és pontosság PC-alapú vezérléssel
A folyamatot a Beckhoff PC-alapú vezérlésével automatizálták. „Az EtherCAT és az XFC-technológia segítségével a Fonontech valós időben, kellő pontossággal tudja szinkronizálni és pozicionálni a gép különféle moduljait” – fejtette ki Stijn de Bruin, a Beckhoff Hollandia értékesítési mérnöke. Fabien Bruning a prototípus építésének kezdetétől fogva arra törekedett, hogy ahol csak lehet, készen kapható összetevőket használjanak. Mint elmondta, a Beckhoff vállalatot részben a TwinCAT 3 automatizálási szoftver rugalmassága okán választották. „Például Simulink® környezetben fejlesztettük ki az algoritmusokat, amelyeket valós időben hajtunk végre TwinCAT környezetben.”
Hozzáfűzte, sok más gyártó is kínál EtherCAT-interfésszel rendelkező rendszerelemeket. Az EtherCAT kommunikációt a SEMI™ (Semiconductor Equipment and Materials International) is elfogadja adatátviteli szabványként (E54.20), ezért Fabien Bruning dolgozik egy külön modulként megvalósított, EtherCAT-interfésszel ellátott nyomtatófej piacra vitelén is. „A félvezetőiparban tevékenykedő más vállalatok így sokkal könnyebben építhetik be technológiánkat gépeikbe.” Mindezeken túlmenően több nyomtatómodulból az EtherCAT és az XFC elosztott órajeleit használó, nagy nyomtatófejet is ki lehet alakítani nagyobb struktúrák pontosabb nyomtatásához.
A Fonontech vállalatnál jelenleg egy C6017 típusú ultrakompakt ipari PC-n fut a TwinCAT 3 PLC/NC PTP, a TwinCAT 3 Target for Simulink® és a TwinCAT 3 HMI. A képfeldolgozó alkalmazás jelenleg egy C5240 típusú, 19 hüvelykes becsúsztatható ipari PC-n fut. Fabien Bruning ezzel kapcsolatban megjegyezte: „Valószínűleg az algoritmust is futtathatnánk a C6017-en, de kényelmesebb, ha fejlesztés közben egy külön ipari PC-re van telepítve.”
A cél: 5 µm-es felbontás
A prototípus jelenleg több, 10 µm széles vonalakból álló mintázatot nyomtat a hordozókra. „Az ilyen finomságú struktúrák meghaladják a legtöbb nyomtatási technika képességeit” – magyarázta Rob Hendriks. A Fonontech azonban még ennél is tovább akar lépni: célja 5 µm széles vonalak kialakítása mikrométer alatti átfedési hiba mellett. Az ilyen nagy pontosságú nyomtatás folyamatainak pontos időzítése a Beckhoff XFC technológiáján alapul. Ezenfelül a jelenlegi mozgatómechanizmust is egy légcsapágyas, mikrométer alatti platformra kell átvinni. „Ez az eddigi kialakítással megegyező egységeken és vezérlési filozófián alapul, hála a PC-alapú vezérlés nyitottságának és rugalmasságának” – hangsúlyozta Stijn de Bruin.
A Fonontech Impulse Printing™ technológiájával gyorsan és érintkezésmentesen lehet vezetőképes nyomatanyaggal mikrométer tartományú, háromdimenziós mintázatokat kialakítani chipeken és nyomtatott áramköri paneleken | Fotó: © Techwatch bv
A rendszer béta verziója a légcsapágyas rendszer mellett különféle motorváltozatokat és egy kezelőplatformot is tartalmaz. A Fonontech a 48 V-ig terjedő kisfeszültségű kompakt hajtástechnikát EL72xx-sorozatú EtherCAT szervomotor-terminálokkal és AM8100 típusú szervomotorokkal valósította meg, amelyekkel mérsékelhető a telepítés és az üzembe helyezés hely- és ráfordításigénye. Fabien Bruning további érdekes lehetőségnek tartja az elosztott vezérlők és az EtherCAT funkcionalitás egybeépítését is: „A PC-alapú vezérlésnek a piacon nem igazán van alternatívája, ha a cél nagy teljesítőképességű, saját »slave«-vezérlővel és integrált mozgásvezérléssel rendelkező funkcionális egységek kifejlesztése és piacra vitele.”
