Bei der Endmontage und Prüfung von Halbleitern dienen Lead Frames sowohl als mechanische Halterung als auch als elektrische Verbindung für den Chip. Ihre Qualität hat direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Baugruppe und die Fertigungsausbeute. Selbst geringfügige Mängel – wie Oxidation, Verformung, Kratzer, Verfärbungen oder Überätzung – können zu Packaging-Fehlern oder einem vorzeitigen Ausfall des Bauteils führen. Daher setzen Hersteller zunehmend auf eine zu 100 % automatisierte visuelle Prüfung, um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten und die Produktionsausbeute zu maximieren.

Drei zentrale Herausforderungen bei der Lead Frame-Prüfung

Trotz der Fortschritte in der Bildverarbeitungstechnologie bleibt die Prüfung von Halbleiter-Lead Frames eine anspruchsvolle Aufgabe. Prüfsysteme müssen drei zentrale Herausforderungen bewältigen:

Hochpräzise Bildgebung

Fehler im Mikrometerbereich erfordern eine Pixelauflösung von etwa 6 μm über ein Sichtfeld von 110 mm. Um diesen Detaillierungsgrad zu erreichen, ist eine Kamera erforderlich, die ultrahohe Auflösung mit hohen Abtastgeschwindigkeiten kombiniert.

Anspruchsvolle Oberflächeneigenschaften

Lead Frames bestehen aus stark reflektierendem Metall und weisen häufig dreidimensionale Merkmale wie Pin-Stufen und Stege auf. Herkömmliche Beleuchtung kann Blendeffekte und Reflexionen verursachen, die Defekte verdecken und das Risiko von Erkennungsfehlern erhöhen.

Produktion mit hohem Durchsatz

Halbleiter-Packaging- und Testlinien arbeiten mit hohen Geschwindigkeiten, sodass Inspektionssysteme große Mengen an Bilddaten erfassen und analysieren müssen, ohne die Produktion zu verlangsamen. Um Schritt zu halten, muss das System sowohl eine hohe Bildqualität als auch eine schnelle Verarbeitung gewährleisten.

Bewältigung der Herausforderungen bei der Lead Frame-Prüfung

Um diese Herausforderungen bei der Inspektion zu bewältigen, kombiniert die Lösung von JAI die Zeilenkamera JAI Sweep SW-16000TL-CXP4A mit einem präzisen telezentrischen Objektiv und einem optimierten Beleuchtungssystem. Zusammen bieten diese Komponenten die hohe Bildauflösung, Geschwindigkeit und Beleuchtungssteuerung, die für eine zuverlässige Inspektion von Halbleiter-Lead Frames erforderlich sind.

1. Zentrales Bildgebungssystem: JAI Sweep SW-16000TL-CXP4A 16K-Farb-Zeilenkamera

Hohe Auflösung trifft auf Hochgeschwindigkeits-Abtastung

Das Herzstück des Inspektionssystems ist die JAI Sweep SW-16000TL-CXP4A, eine 3-Zeilen-CMOS-Farbzeilenkamera, die für anspruchsvolle Halbleiter-Inspektionsanwendungen entwickelt wurde.

Die Kamera liefert 3 × 16.384 RGB-Pixel und bietet damit 16K-Farbbildgebung zur Erkennung feiner Defekte über ein breites Sichtfeld hinweg. Mit Abtastraten von bis zu 100 kHz (100.000 Zeilen pro Sekunde) verbindet sie ultrahohe Auflösung mit dem Durchsatz, der erforderlich ist, um mit modernen Halbleiter-Produktionslinien Schritt zu halten.

Hohe Lichtempfindlichkeit

Die Kamera verfügt über Pixel mit einer Größe von 5 μm × 5 μm und bietet damit eine hervorragende Lichtempfindlichkeit im Vergleich zu Kameras mit kleineren Pixeln. Die größere Pixelgröße trägt zudem zu einem verbesserten Dynamikbereich, einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis und einer insgesamt besseren Bildqualität bei.

Dank der erhöhten Empfindlichkeit kann das System unter bestehenden Lichtverhältnissen mit höheren Prüfgeschwindigkeiten betrieben werden, oder es kann dazu beitragen, die Anforderungen an die Beleuchtung zu reduzieren. Wenn zusätzliche Empfindlichkeit benötigt wird, erhöht das horizontale 2 × 1-Binning die effektive Pixelgröße auf 10 μm × 5 μm und verbessert so die Lichtaufnahme weiter.

Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung

Um die großen Datenmengen zu bewältigen, die bei der 16K-Bildgebung anfallen, verfügt die Kamera über eine CoaXPress 2.0-Schnittstelle, die sowohl CXP-6- als auch CXP-12-Konfigurationen unterstützt. Jeder Kanal bietet bis zu 12,5 Gb/s, was über vier Kanäle eine kombinierte Bandbreite von 50 Gb/s ergibt.

Neben der schnellen Bildübertragung unterstützt die CoaXPress-Schnittstelle das Auslösen der Kamera, Power over CoaXPress (PoCXP) sowie Systemkonfigurationen mit mehreren Kameras über einen einzigen Framegrabber.

Geringe Latenz und minimaler Signal-Jitter gewährleisten eine zuverlässige Bildaufnahme, selbst in anspruchsvollen Hochgeschwindigkeits-Prüfumgebungen.

2. Optimierte Optik und Beleuchtung

Telezentrisches optisches System

Das Inspektionssystem verwendet ein telezentrisches 0,5×-Objektiv, um über das gesamte 110-mm-Sichtfeld hinweg eine gleichbleibende Bildqualität zu gewährleisten. Sein telezentrisches Design minimiert perspektivische Fehler und Verzerrungen und bietet die für zuverlässige dimensionale Vermessungsaufgaben und Fehlerprüfungen erforderliche Genauigkeit.

Optimierte Beleuchtung

Das Beleuchtungssystem kombiniert koaxiale Beleuchtung mit abgewinkelter Streifenbeleuchtung, um die Sichtbarkeit von Fehlern zu maximieren.

Die koaxiale Beleuchtung sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung der stark reflektierenden Oberfläche von Lead Frames, reduziert Blendeffekte und verbessert die Bildkonsistenz. Die abgewinkelte Streifenbeleuchtung verbessert die Sichtbarkeit dreidimensionaler Merkmale, indem sie Schatten erzeugt, die das Erkennen von Oberflächenfehlern erleichtern.

Fazit

Die Kombination der JAI Sweep SW-16000TL-CXP4A-Kamera mit einem telezentrischen optischen System und einer optimierten Beleuchtung ermöglicht eine zuverlässige Hochgeschwindigkeitsprüfung von Halbleiter-Lead Frames, ohne die Bildqualität oder Messgenauigkeit zu beeinträchtigen.

Über die Lead Frame-Prüfung hinaus eignet sich dieselbe Bildgebungsplattform hervorragend für eine Vielzahl von Anwendungen in der Halbleiterfertigung, darunter die Erkennung von Mikrorissen und Kratzern auf unbestückten Wafern, die Prüfung auf Musterfehler und die Ausrichtung von Fotomasken auf strukturierten Wafern sowie die Qualitätsprüfung von Halbleitergehäusen.