M
M
Neways Micro Electronics
      
Miniaturisatie is de driving force
Daniel Mitcan
Manager Product Engineering
Neways Micro Electronics
      
Miniaturisatie is de driving force
Daniel Mitcan
Manager Product Engineering
Handwerk blijft een belangrijk onderdeel van de vervaardiging van geminituariseerde elektronica, hier bij het voorbereiden van een nieuw keramisch substraat.
Gordon Moore voorspelde in 1965 dat het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling door de technologische vooruitgang elke 2 jaar zou verdubbelen. Vijftig jaar later is die miniaturisatie van de elektronische wereld tastbaar in Echt, bij Neways Micro Electronics (NME). Daniel Mitcan, Manager Product Engineering, beschrijft met veel enthousiasme 2 bijzondere producten.
Als eerste een Interferometer sensor. In het hart van een Waferstepper van ASML meet de Interferometer voor elke belichtingscyclus de afstand tussen de lenzen en het oppervlakte van de Wafer tot op de nanometer nauwkeurig, zodat de microscopische lichtbundels haarscherp nieuwe laagjes kunnen belichten. De Interferometer mag in deze vacuüm omgeving absoluut geen outgassing vertonen - het natuurlijke proces waarbij materialen deeltjes uitstoten - om zelfs de miniemste aanslag op de kostbare Carl Zeiss lenzen te voorkomen. En de minste vervorming van de drager van de Interferometer en de daarop aangebrachte camera dies (chips) zou afwijkingen in de metingen betekenen. Daarom wordt voor deze drager (het substraat) het materiaal gebruikt dat sterk inert is, en dezelfde vervormingseigenschappen heeft als de chips: keramiek.
Deze 'Co-efficient of Thermal Expansion' is maar een van de vele factoren die een rol spelen bij het aanbrengen van steeds kleinere componenten op keramische substraten. “De productie van een enkele Interferometer is een zeer arbeidsintensief proces. Alleen al de opbouw van het substraat zelf duurt meerdere weken. Denk daarbij aan meer dan 30 layers die na elkaar zijn aangebracht, met alle interconnectivity tussen de layers; niet alleen top-bottom maar ook tussen de layers zelf. Het zijn vele complexe processtappen die bij de assemblage een rol spelen. Denk aan sealing en coating, maar ook de fine-placement van componenten, tot op de micrometer nauwkeurig. En de bijbehorende micro-packaging activiteiten: die-bonding, wire-bonding and glob-topping, waarbij de eisen behoorlijk hoog liggen qua alignment en assemblage. En voor deze processtappen gelden eisen voor cleanliness in verschillende gradaties. In onze cleanrooms ziet het er ook meer uit als een laboratorium dan als een productiefaciliteit.”
“Miniaturisatie is een driving force.” zegt Daniel. Hij wijst op 2 minieme chips op een Pressure-sensor die NME voor een gerenommeerde Duitse autofabrikant produceert. “Dat is een laser, en dat een foto-diode. Het is een vaak een vereiste om al die functionaliteit te kunnen bundelen in een kleine oppervlakte. Een van onze producten is een gehoorapparaatje. Die zie je niet meer in het oor, en heeft zelfs een Blue-Tooth zender. De kwaliteit van zo'n device is ook vele malen beter dan in het verleden. En ook de kostprijs van een product speelt een rol bij miniaturisatie – de keuze van het substraat materiaal, edelmetalen pasta's en interconnects – dat speelt allemaal een rol.”
3 Fasen in de productie van een Interferometer sensor.
1/3. Het keramiek substraat met de PCB Layers. De blauwe kleur heeft te maken met een beschermende coating. Op het substraat zijn de contactpunten voor alle dies zichtbaar. De breedte van de Interferometer sensor is circa 8 centimeter.
2/3. De meeste dies zijn aangebracht, behalve de sensor (camera die). De grote die rechts heeft contacten direct tussen het substraat en de Packaged die.
3/3. De camera die is nu ook aangebracht via Wire-bonding.
Daniel Mitcan werkt sinds 2012 bij Neways Micro Electronics. Daarvoor was hij bij NXP als Engineer en projectleider intensief betrokken bij de ontwikkeling van ASIC's (Application Specific Integrated Circuits). Zijn overstap naar NME kwam voort uit belangstelling voor de praktische toepassing van die ASIC's in producten. “ASIC's zijn de onderdelen die Neways gebruikt bij de assemblage. Ik wist heel goed hoe je een Custom IC moest ontwikkelen, maar waar komt die terecht? Wat is het grotere geheel? Ik wilde de Manufacturing wereld ontdekken. Het nadenken over kostprijs, de echte toepassing van wat we ontwierpen - dat was op dat moment nog 'fuzzy'. En de kennis van Manufacturing is de kracht van Neways.”
Het belang van die integratie van ontwerp en productie blijkt ook uit de komende toevoeging van de Proces Technologen van NME aan zijn team. Neways profileert zich als EMS provider meer op het gebied van veeleisende toepassingen. Bijvoorbeeld door zich te richten op de Automotive markt, waar strenge productievoorschriften gelden. Een voorbeeld zijn verschillende sensoren voor de high-end Automotive industrie waarvan Neways er honderd-duizenden per jaar produceert in Wuxi, de productiefaciliteit in China. De sensor is kleiner dan een centimeter, en meet via een druk-membraan nauwkeurig de hoeveelheid overgebleven brandstof in een benzine- of dieseltank. “High Volume vraagt een hele andere benadering van Productie, Engineering en Logistics. Je moet de methodieken en de testen ontwikkelen om de processen goed te controleren en te beheersen. Je kunt al die producten niet individueel testen, zoals bij de Interferometers van ASML, wat een Low-Volume product is. Maar je kunt wel de deviaties identificeren en daarop je processen inrichten.”
Hij geeft een voorbeeld hoe NME flexibel en snel moet kunnen reageren om te voldoen aan de regulaties die in de Automotive industrie gelden. “De sensor is hermetically sealed en gebaseerd op keramiek vanwege de agressieve inwerking van de brandstof. We maten echter bij bepaalde batches in de productie te grote deviaties in de hechting van de epoxy waarmee de afdekkapjes op het keramische substraat worden gelijmd. We hebben de productie stilgelegd en zijn een onderzoek gestart. De operators in Wuxi zijn geïnterviewd en het hele proces is opnieuw tot in detail doorgenomen. En we hebben we de epoxy-hechting van de sensors in verschillende productiestappen doorgemeten. We ontdekten dat er toch contamination optrad – we zagen sporen van vet en andere organische stoffen in de omgeving van het contactoppervlak. De 'handling' van de epoxy en het substraat is hierop aangepast - met onder andere nieuwe instructies voor de operators. Bij de herstart van de productie hebben we vervolgens een tijd lang alle producten getest tot we zeker wisten dat het probleem niet meer voorkwam.”
Daniel Mitcan.
Ook de ontwikkeling van voorschriften op het gebied van de productie van elektronica, zoals het loodvrij produceren, en het vermijden van andere substanties op de RoHS-lijst (Restriction of Hazardous Substances Directive) spelen een rol bij de productie. “Het is moeilijker geworden om een product te bouwen. Het is natuurlijk voor een goede zaak, dat is ook niet de vraag. Maar een nieuwe ontwikkeling is bijvoorbeeld het vermijden van mineralen uit Conflict Zones. Wij gebruiken best veel goud-pasta's. De meeste contacten worden afgewerkt met een goudlaagje, en we gebruiken ook goudpasta's op keramiek om bepaalde contacten tegen oxidatie te beschermen. Daar wordt tijdens audits ook specifiek naar gevraagd, waar we de componenten sourcen. Dat heeft een invloed op de Supply Chain - je moet immers kunnen tracen waar je materiaal vandaan komt.”
Terug naar de Interferometer, die wordt toegepast in de meest populaire Wafersteppers van ASML. De ontwikkeling van de nieuwe generatie kenmerkt zich door verdere miniaturisatie en toegenomen complexiteit. Daniel Mitcan is enthousiast en vol energie om vooraan te staan in de ontwikkelingen in de elektronicabranche. “Dit is echt een heel mooi product. Vol met componenten, volledig bestucd. Het bevat alle onderdelen van de specialistische kennis van NME, een heel breed productieproces. We werken voor, en sámen met de High-Tech Industrial clients, met een steeds kortere life-cycle van producten, en nieuwe technieken, nieuwe materialen en nieuwe machines.”

Lees hoe Senior Test Engineer Marcel Feitsma een test ontwikkelde voor de Interferometer