Titel

Verfahren und Vorrichtung zum Parametrieren eines Fertigungsprozesses

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Fertigungsprozesse mit einem oder mehreren Prozessschritten zum Herstellen eines Bauelements. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Einstellen des einen oder der mehreren Prozessschritte, um die Qualität des hergestellten Bauelements zu erhöhen.

Technischer Hintergrund

Bei der Herstellung von Bauelementen werden in der Regel Fertigungsprozesse verwendet, die aus einem oder mehreren Vorprodukten durch Be- oder Verarbeitung das herzustellende Produkt erstellen. Die verwendeten Fertigungsprozesse können in der Regel auf viele verschiedene Arten ausgeführt werden und werden in der Regel durch Prozessparameter eingestellt. Diese Prozessparameter geben in der Regel eine konstante oder variable Ansteuerung oder bei einer Regelung Regelungsparameter an, um mit einer entsprechenden Stellgröße als Werkzeug im Fertigungsprozess anzusteuern. Bei einer Regelung wird eine Ansteuerung eines Bearbeitungswerkzeugs an einen Fertigungsfortschritt gekoppelt.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Parametrieren eines Fertigungsprozesses zur Herstellung eines Bauelements gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und eine Fertigungsanordnung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein computer-implementiertes Verfahren zum Bereitstellen eines Prozessparametermodells zum Parametrieren eines oder mehrerer Prozessschritte eines Fertigungsprozesses zur Herstellung oder Bearbeitung eines Bauelements vorgesehen, mit folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Gütemodells zum Ermitteln einer Güte, wobei das Gütemodell ausgebildet ist, um abhängig von einer oder mehreren vorgegebenen Messgrößen und/oder von einer oder mehreren vorgegebenen Zustandsgrößen, die jeweils eine Eigenschaft mindestens eines Vorprodukts des herzustellenden Bauelements und/oder eines Fertigungsgeräts zur Durchführung eines Prozessschritts und/oder mindestens eine Umgebungsbedingung angeben, und von einem oder mehreren Prozessparametern, die einen entsprechenden der Prozessschritte kontrollieren, die Güte des resultierenden Bauelements direkt oder mithilfe einer vorgegebenen Gütefunktion anzugeben;

T rainieren eines datenbasierten Prozessparametermodells zur Ausgabe von einem oder mehreren Prozessparametern abhängig von einer oder mehreren sensorisch erfassten Messgrößen und/oder von einer oder mehreren vorgegebenen Zustandsgrößen durch Optimieren der Güte.

Zur Herstellung eines Bauelements werden in der Regel ein oder mehrere nacheinander ausgeführte Prozessschritte verwendet, in denen jeweils eine Be- oder Verarbeitung eines oder mehrerer Vorprodukte bzw. des halbgefertigten Bauelements jeweils im aktuellen Fertigungszustand erfolgt. Die Be- und Verarbeitung erfolgt in jedem Prozessschritt mit Fertigungsgeräten.

Der Prozessschritt, der durch ein Fertigungsgerät ausgeführt wird, kann mit einem oder mehreren Prozessparametern kontrolliert werden. Die Prozessparameter können einerseits konkrete Ansteuergrößen, wie z. B. einen Strom eines elektrischen Stellmotors, einen Öffnungswinkel eines Ventils, eine Intensität eines Laserstrahls, eine Anpresskraft und dergleichen vorgeben.

Es kann vorgesehen sein, dass die Prozessparameter eine konstante Ansteuergröße für einen Prozessschritt, einen zeitlichen Verlauf einer Ansteuergröße für einen Prozessschritt, einen Regelungsparameter einer Regelung für einen Prozessschritt und/oder eine Soll-Stellgröße für eine Regelung für einen Prozessschritt umfassen.

Entsprechend kann ein solcher Prozessparameter als eine konstanten Ansteuergröße oder ein zeitlicher Verlauf einer Ansteuergröße dieselbe physikalische Größe betreffend angegeben werden. Weiterhin können Prozessparameter auch Regelungsparameter einer Regelung umfassen, um bei zu regelnden Stellgrößen ein optimales Regelungsverhalten zu erreichen.

Ziel ist es, die Prozessparameter möglichst optimal an den aktuellen Zustand des Bauelements bzw. dessen Vorprodukts/dessen Vorprodukte, an Umgebungszustände und an Zustände des einen oder der mehreren Fertigungsgeräte anzupassen. Diese werden in der Regel anhand von einer oder mehreren sensorisch erfassten Messgrößen und/oder einer oder mehreren in sonstiger Weise vorgegebenen Zustandsgrößen bereitgestellt.

Die Prozessparameter sind insbesondere bei komplexen Prozessen oder mehreren aufeinander aufbauenden Prozessschritten aufgrund der vielfältigen Einflussfaktoren und Wechselwirkungen nicht in einfacher Weise einstellbar. Zudem ist eine physikalische Modellierung mithilfe eines physikalisch motivierten Modells häufig aufgrund der Komplexität der einzelnen Prozessschritte nicht ohne Weiteres möglich. Zum Erreichen einer optimalen Qualität des Bauelements ist es insbesondere bei einer Vielzahl von Prozessschritten notwendig, die Prozessparameter aufeinander abzustimmen. Der bisherige Ansatz, die Prozessmodellierung und den Reglerentwurf von Experten durchführen zu lassen, ist aufwendig und nicht reproduzierbar.

Die Prozessparameter, seien es Ansteuergrößen, zeitliche Ansteuergrößenverläufe oder Regelungsparameter für in dem Fertigungsprozess ausgeführte Regelungen zur Bearbeitung des Bauelements können in automatisierter Weise gemäß dem obigen Verfahren optimiert werden. Dazu werden die Prozessparameter abhängig von mindestens einer Messgröße, die einen messbaren Zustand des Bauelements, der Umgebung und/oder des betreffenden Fertigungsgeräts umfassen, und/oder abhängig von mindestens einer Zustandsgröße die einen vorgegebenen Zustand des Bauelements, der Umgebung und/oder des betreffenden Fertigungsgeräts umfasst, auf einen oder mehrere Prozessparameter abgebildet.

Die Ermittlung des mindestens einen Prozessparameters erfolgt mithilfe eines datenbasierten Prozessparametermodells, das trainiert ist, um die mindestens eine Messgröße und/oder die mindestens eine Zustandsgröße auf den entsprechenden mindestens einen Prozessparameter abzubilden.

Für das Training eines datenbasierten Modells sind in aller Regel Trainingsdaten notwendig die einen Trainingsdatenpunkt einem oder mehreren entsprechenden Labels in Form von z.B. Prozessparametern zuweist.

Eine Schwierigkeit besteht grundsätzlich darin, die für die optimierte Durchführung eines oder mehrerer Prozessschritte benötigten Prozessparameter als Labels für die verschiedenen Ausgangssituationen bezüglich der Eigenschaften/des Zustands des zu verarbeitenden Bauelements/derzu verarbeitenden Vorprodukte, der Eigenschaften/des Zustands des Fertigungsgeräts und der Umgebungsbedingungen optimal vorzugeben. Das Bestimmen solcher Prozessparameter für eine bestimmte Ausgangssituation wäre aufwendig und für ein umfassendes Training des datenbasierten Modells sind eine Vielzahl von Trainingsdatensätzen für verschiedene Ausgangssituationen notwendig.

Diesbezüglich sieht das obige Verfahren vor, das Prozessparametermodell mithilfe eines Gütemodells zu erstellen. Dabei wird das datenbasierte Prozessparametermodell abhängig von dem Gütemodell trainiert. Das Gütemodell bildet dazu die mindestens eine Messgröße und/oder die mindestens eine Zustandsgröße, die die Ausgangssituation für das herzustellende Bauelement beschreiben bzw. charakterisieren, und den mindestens einen Prozessparameter, der die Art angibt, wie der Fertigungsprozess durchzuführen ist, auf eine Bauelementqualität ab.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Gütemodell ein datenbasiertes Modell umfassen, wobei zum Trainieren des Gütemodells Trainingsdatensätze bestimmt werden, wobei die Trainingsdatensätze durch Trainingsdatenpunkte, die durch variierende Werte der einen oder der mehreren Messgrößen und/oder der einen oder der mehreren Zustandsgrößen und variierende Werte der Prozessparameter innerhalb jeweils vorgegebener zulässiger Wertebereiche bestimmt werden, mit jeweils zugeordneten Güten als Labels bestimmt werden, wobei sich die Güten jeweils aus mindestens einer Eigenschaft des hergestellten Bauelements und/oder Kosten des Fertigungsprozesses mithilfe einer Gütefunktion ergeben, wobei das Gütemodell mit den Trainingsdatensätzen trainiert wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Gütemodell ein datenbasiertes Modell umfassen, wobei zum Trainieren des Gütemodells Trainingsdatensätze bestimmt werden, wobei die Trainingsdatensätze durch Trainingsdatenpunkte, die durch variierende Werte der einen oder der mehreren Messgrößen und/oder der einen oder der mehreren Zustandsgrößen und variierende Werte der Prozessparameter innerhalb jeweils vorgegebener zulässiger Wertebereiche bestimmt werden, mit jeweils einer zugeordneten mindestens einer Eigenschaft des hergestellten Bauelements und/oder Kosten des Fertigungsprozesses als Labels, aus denen mithilfe einer Gütefunktion die Güte ermittelbar ist, wobei das Gütemodell mit den Trainingsdatensätzen trainiert wird.

Das Gütemodell kann ein physikalisches Modell, eine Heuristik oder ein datenbasiertes Modell umfassen und ausgebildet sein, um abhängig von einer Ausgangssituation, die durch die mindestens eine Messgröße und/oder die mindestens eine Zustandsgröße und dem mindestens einen Prozessparameter, der die Durchführung des Fertigungsprozesses charakterisiert, angegeben ist, Eigenschaften des hergestellten Bauelements und/oder Kosten des Fertigungsprozesses zu— bewerten, wobei die Güte mithilfe der Gütefunktion bezüglich der Eigenschaften des hergestellten Bauelements und/oder der Kosten des Fertigungsprozesses ermittelt wird.

So kann zum Ermitteln der Güte allgemein ein Gütemodell genutzt werden, das als ein physikalisches Modell, eine Heuristik oder als ein datenbasiertes Modell ausgebildet werden kann. Das Gütemodell kann abhängig von der Ausgangssituation, die durch die mindestens eine Messgröße und/oder die mindestens eine Zustandsgröße und dem mindestens einen Prozessparameter, der die Durchführung des Fertigungsprozesses charakterisiert, angegeben ist, die Güte direkt bewerten. Alternativ kann die Güte entsprechend einer Gütefunktion Eigenschaften des hergestellten Bauelements und Kosten des Fertigungsprozesses bewerten. Die Eigenschaften des hergestellten Bauelements und/oder die Kosten des Fertigungsprozesses werden entsprechend durch das Gütemodell bereitgestellt. Als Eigenschaften des hergestellten Bauelements kommen beispielsweise geometrische Abmessungen nebst Abmessungstoleranzen, Oberflächenbeschaffenheiten des hergestellten Bauelements, elektrische Eigenschaften des hergestellten Bauelements, Robustheit des hergestellten Bauelements und dergleichen in Betracht. Bezüglich der Kosten des Fertigungsprozesses kommen der Verschleiß eines Werkzeugs, Zeitdauer des Fertigungsprozesses, Energieaufwand und Materialaufwand in Betracht.

Das Gütemodell kann ebenfalls als datenbasiertes Modell, z.B. in Form eines neuronalen Netzes, ausgebildet sein und vor der Nutzung und Erstellung des Prozessparametermodells in geeigneter Weise trainiert werden. Insbesondere kann das Training des datenbasierten Gütemodells auf Simulationen und/oder Messungen basieren, wobei die Ausgangssituation und die resultierende Güte oder die Ausgangssituation und eine oder mehrere Bauelementeigenschaften des durch die Ausgangssituation bestimmten Bauelements jeweils einen Trainingsdatensatz bestimmen.

Das Gütemodell wird nun basierend auf den Trainingsdatensätzen trainiert. Wird das Gütemodell auf die Ausgabe von Bauelementeigenschaften trainiert so kann eine resultierende Güte mithilfe einer vorgegebenen Gütefunktion bestimmt werden. Die Gütefunktion ist im Wesentlichen basierend auf den obigen Eigenschaften des Bauelements definierbar.

Ist das Gütemodell entsprechend trainiert oder in sonstiger Weise vorgegeben, so kann dieses als Grundlage für das Training des Prozessparametermodells verwendet werden. Das Gütemodell ist vorzugsweise differenzierbar ausgebildet, so dass ein Training des datenbasierten Prozessparametermodells basierend auf der Güte vorgenommen werden kann. Mit anderen Worten entspricht die Loss- Funktion für das Training des Prozessparametermodells einer Maximierung der Güte, so dass auf diese Weise einfach das Trainieren des datenbasierten Prozessparametermodells erreicht werden kann.

Es kann vorgesehen sein, dass Trainingsdatenpunkte durch Variieren der einen oder der mehreren Messgrößen und/oder der einen oder der mehreren vorgegebenen Zustandsgrößen innerhalb deren jeweiligen Wertebereiche verwendet werden, um das datenbasierte Prozessparametermodells abhängig von einer Loss-Funktion, die durch die Güte bestimmt wird, die sich aus der Anwendung des Gütemodells ergibt, zu trainieren.

Durch die Verkettung des Gütemodells mit dem Prozessparametermodell kann das Prozessparametermodell in einfacher Weise trainiert werden. Dabei werden während des Trainings die mindestens eine Messgröße und/oder die mindestens eine Zustandsgröße variiert, innerhalb ihrer jeweiligen möglichen Wertebereiche, um so mögliche Kombinationen von einer oder mehreren Eigenschaften/Zustände des Bauelements bzw. dessen Vorprodukts/dessen Vorprodukte, eine oder mehrere Eigenschaften/Zustände des Fertigungsgeräts und/oder ein oder mehrere Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen.

Die obige Vorgehensweise ermöglicht es, ein Prozessparametermodell zu erstellen, das sehr komplexe Zusammenhänge in einem oder zwischen mehreren Prozessschritten eines Fertigungsprozesses berücksichtigt und dabei durch Vorgabe mindestens eines Prozessparameters die Güte eines Bauelements als resultierendes Endprodukt optimiert. Die Nutzung des Gütemodells und ggfs. der Gütefunktion zum Training des Prozessparametermodells ermöglicht es, Wissen aus Daten zu extrahieren, ohne die zugrundeliegenden physikalischen Modelle zu verstehen. Durch die hohe Fehlertoleranz beim Training von datenbasierten Modellen können auch rauschbehaftete Mess- und Zustandsgrößen berücksichtigt werden, die bei physikalisch motivierten Modellen häufig zu Abweichungen der zu ermittelnden Prozessparameter führen und die Produktqualität des hergestellten Bauelements verschlechtern würden.

Das Prozessparametermodell kann vor der Fertigung eines Bauelements verwendet werden, um den einen oder die mehreren Prozessschritte zu parametrieren, insbesondere abhängig von mindestens einer sensorisch erfassten Messgröße einer Eigenschaft oder eines Zustands eines oder mehrerer Vorprodukte, einer Eigenschaft oder eines Zustands einer oder mehrerer Fertigungsgeräte für den einen oder die mehreren Prozessschritte und/oder einer oder mehrerer Umgebungsbedingungen mithilfe des trainierten Prozessparametermodells. Nach dem Parametrieren des einen oder der mehreren Prozessschritte kann das herzustellende Bauelement durch Ausführen der parametrierten Prozessschritte hergestellt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fertigungsprozesses zur

Herstellung eines Bauelements;

Figur 2 eine Blockdarstellung eines Systems zum Bereitstellen eines

Prozessparametermodells zur Durchführung des Fertigungsprozesses der Figur 1 ; und

Figur 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Prozessparametermodells.

Beschreibung von Ausführungsformen

Figur 1 zeigt schematisch einen Fertigungsprozess 1 mit einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Prozessschritten 2 zur Herstellung oderWeiterverarbeitung eines Produkts. Die Prozessschritte 2 dienen dazu, ein oder mehrere Vorprodukte V sukzessive zu be- bzw. verarbeiten, um ein Bauelement B zu erhalten. Dazu ist für jeden der Prozessschritte 2 mindestens ein Fertigungsgerät 3 vorgesehen, das mit einem Werkzeug oder einer sonstigen Einrichtung zum Bearbeiten oder Verarbeiten des Bauelements B versehen ist.

Das Bauelement B kann ein geformtes Bauteil, ein elektronisches Bauteil, eine Baugruppe, eine Gruppe mit Bauteilanordnungen oder ein fertiges Produkt sein. Als Vorprodukte V kommen entsprechende Werkstückrohlinge, Einzelteile, die durch die Prozessschritte 2 zusammengefügt werden, wie beispielsweise elektronische Bauelemente, und eine Leiterplatte in einem Prozess zum Erstellen einer bestückten Leiterplatte, ein integrierter Baustein und ein Lead-Frame und eine Gehäuseform zur Herstellung eines gehausten integrierten Schaltkreises und dergleichen.

Die Prozessschritte können vielfältige Be- und Verarbeitungsschritte umfassen, wie beispielsweise alle Arten von mechanischen Bearbeitungen, wie Bohren, Drehen, Fräsen, Schleifen, Schneiden, Stanzen, Sägen und dergleichen, Verbindungstechniken, wie Kleben, Bonden, Schweißen, Laserschweißen und dergleichen, Fügetechniken, thermische Behandlungen, Oberflächenbehandlungen, chemische Bearbeitungen, Kontaktierungstechniken, wie beispielsweise Bonden und dergleichen.

Der Fertigungsprozess 1 weist ein oder mehrere Prozessschritte 2 auf, die aus einem oder mehreren Vorprodukten sukzessive das fertige Bauelement herstellen. Jeder der Prozessschritte 2 wird durch einen oder mehrere Prozessparameter P gesteuert. Unter Prozessparametern P werden hierin solche Parameter verstanden, die der Ausführung eines maschinellen, thermischen oder chemischen Prozesses vorgegeben werden können, um mindestens eine Eigenschaft des herzustellenden Bauelements B beeinflussen zu können. Jeder der Prozessschritte 2 kann dabei durch einen oder mehrere Prozessparameter P, wie beispielsweise Temperaturen, zugeführte Leistungen, Werkzeug- oder Werkstück, Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen, oder auch Sollvorgaben für eine Regelung eines maschinellen Prozesses und dergleichen charakterisiert sein.

Die Prozessparameter P können allgemein Ansteuergrößen für die Be- und Verarbeitungstechniken umfassen. Die Ansteuergrößen können konstant vorgegeben werden oder auch variierende Verläufe eines Prozessparameters definieren, die entsprechend als solche parametriert sein können. So können beispielsweise zeitliche Verläufe eines Modellparameters durch mehrere Unterparameter in Form von Zeitabschnitten und entsprechenden innerhalb der Zeitabschnitte vorgesehenen Gradienten des betreffenden Prozessparameters P angegeben werden. Die Unterparameter und die Prozessparameter P werden nachfolgend weiterhin als Prozessparameter P bezeichnet.

Die Ansteuergrößen können auch eine Soll-Vorgabe für eine Regelung einer Stellgröße eines Fertigungsgeräts 3, die zum Führen eines Werkzeugs oder einer sonstigen Vorrichtung verwendet wird, umfassen. Weiterhin können die Prozessparameter P einen oder mehrere Regelungsparameter einer Regelung umfassen, um eine entsprechende Regelung für eine oder mehrere Stellgrößen zu parametrieren. Eine solche Regelung kann einen PID Regler, Zustandsregler, Adaptive Regler, modellbasierten Prädiktivregler oder dergleichen umfassen.

Bei der Herstellung eines Bauelements werden die einen oder mehreren Prozessparameter vorgegeben und das Bauelement entsprechend unter Beibehaltung der betreffenden Prozessparameter P hergestellt.

Figur 2 zeigt schematisch ein System zum Bereitstellen eines Prozessparametermodells 11 , mit dem die einzelnen Prozessschritte 2 und die den Prozessschritten zugeordneten Fertigungsgeräte 3 voreingestellt werden können, um aus einem oder mehreren Vorprodukten V ein Bauelement B zu fertigen. In Figur 2 ist zunächst ein Prozessparametermodell 11 vorgesehen, das im trainierten Zustand aus einer oder mehreren Messgrößen M und einer oder mehreren Zustandsgrößen Z einen oder mehrere Prozessparameter P ermitteln soll.

Das Prozessparametermodell 11 ist vorzugsweise als datenbasiertes Modell ausgebildet und insbesondere als tiefes neuronales Netz vorgesehen. Die Messgrößen können sensorisch erfassten Größen entsprechen und können Materialeigenschaften, geometrische Eigenschaften, chemische Eigenschaften und Beschaffenheiten des einen oder der mehreren Vorprodukte angeben. Die Zustandsgrößen können Zustände der Vorprodukte (Materialien oder Materialparameter) und/oder der Fertigungsgeräte (wie z.B. Voreinstellungen bzw. Eigenschaften der Fertigungsgeräte angeben, die ohne Messung vorbekannt sind) und Umgebungsbedingungen angeben. Insgesamt stellen die Messgrößen und Zustandsgrößen eine Beschreibung des Systemzustands vor dem Start des Fertigungsprozesses bereit.

Ist das Prozessparametermodell 11 trainiert, so ergeben sich ausgangsseitig Prozessparameter P, die zum Steuern der einzelnen Prozessschritte 2 des Fertigungsprozesses 1 optimiert sind.

Für das Training des Prozessparametermodells 11 ist dieses ausgangsseitig mit einem Gütemodell 12 gekoppelt, das die eine oder die mehreren Messgrößen M, die eine oder die mehreren Zustandsgrößen Z und die resultierenden Modellparameter auf eine Güte G des resultierenden hergestellten Bauelements B abbildet. Das Gütemodell kann dazu je nach herzustellendem Bauelement und verwendeten Prozessen in vielfältiger Weise ausgebildet sein. Das Gütemodell 12 kann beispielsweise ein physikalisch motiviertes Modell, ein heuristisches Modell oder ein datenbasiertes Modell umfassen. Die Güte G entspricht einer Bewertung der Qualität des hergestellten Bauelements und/oder der Kosten des Herstellungsprozesses.

Die Qualität des hergestellten Bauelements zeichnet sich durch seine Eigenschaften bzw. Nutzbarkeit für den beabsichtigten Einsatzzweck aus, und kann umfassen: Herstellungstoleranzen, Abmessungen, eine

Oberflächenbeschaffenheit, eine Robustheit und dergleichen. Die Kosten des Herstellungsprozesses können beispielsweise den Materialeinsatz, die Zeitdauer des Fertigungsprozesses, den Energieaufwand und den Verschleiß der Fertigungsgeräte 3 berücksichtigen.

Die Güte kann direkt durch das Gütemodell 12 bereitgestellt werden oder mithilfe einer Gütefunktion 13 bestimmt werden, die in der Regel eine oder mehrere Eigenschaften des hergestellten Bauelements und/oder die Kosten des Fertigungsprozesses quantifiziert in einem Bewertungsmaß der Güte G kombiniert.

In Figur 3 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens dargestellt, mit dem das Prozessparametermodell 11 entsprechend der in Figur 2 dargestellten Funktion erstellt werden kann. Das Verfahren ist computerimplementiert und dient dazu, ohne Expertenwissen das Prozessparametermodell 11 in einfacher Weise zu optimieren.

Der Kern des Verfahrens stellt die Verkettung des Prozessparametermodells 11 mit dem Gütemodell 12 dar.

Dazu wird in Schritt S1 zunächst ein Fertigungsprozess 1 definiert, der, wie in Verbindung mit Figur 1 beschrieben, eine Reihe von Prozessschritten 2 umfasst, die jeweils durch einen oder mehrere Prozessparameter P parametriert werden können. Mithilfe eines geeigneten Simulationsmodells, einer Heuristik oder aus Messwerten können basierend auf realen oder virtuellen Prozessvorgaben, nämlich konkrete Werte für die eine oder die mehreren Messgrößen M, für die eine oder die mehreren Zustandsgrößen Z und für mögliche Prozessparameter P, Eigenschaften des so hergestellten Bauelements und/oder die Kosten des Fertigungsprozesses bewertet werden.

Die Bewertung kann basierend auf einer tatsächlichen Produktion eines Bauelements und einer anschließenden Vermessung oder Beurteilung des hergestellten Bauelements und/oder einer Ermittlung der Kosten des Fertigungsprozesses unter Berücksichtigung der Zeitdauer des Fertigungsprozesses, des Verschleißes, des Materialaufwands und des Energieaufwands vorgenommen werden. Entsprechend der vorgegebenen Gütefunktion 13 ergibt sich daraus jeweils eine Güte G. Die Prozessvorgaben M, Z, P und die Güte als Label definieren in Schritt S2 Trainingsdatensätze. Zur Ermittlung von Trainingsdatensätzen werden die Prozessvorgaben M, Z, P variiert und die entsprechende resultierende Güte G als Label bestimmt. Das Variieren der Prozessvorgaben erfolgt so, dass der Eingangsdatenraum für das Gütemodell möglichst vollständig abgebildet ist. Alternativ können die Prozessvorgaben auch basierend auf Domänenwissen variiert werden.

Die Trainingsdatenpunkte werden auf diese Weise für die in der Praxis realistischen Wertebereiche der einen oder mehreren Messgrößen, der einen oder mehreren Zustandsgrößen und des einen oder mehreren Modellparametern gelabelt und trainiert.

Die Trainingsdatensätze können in Schritt S3 zum Parametrieren eines physikalischen Gütemodells 12 oder zum Trainieren eines datenbasierten Gütemodells 12 verwendet werden. Alternativ kann sich die Güte G auch direkt durch Anwendung einer Heuristik aus den entsprechenden Prozessvorgaben M, Z, P ergeben.

Als datenbasiertes Gütemodell 12 kommt ein tiefes neuronales Netz zum Einsatz, das in an sich bekannter Weise mithilfe eines gradientenbasierten Verfahrens trainiert werden kann. Das datenbasierte Gütemodell 12 kann insbesondere mit Güten G trainiert werden, die sich aus Mess- oder Simulationsverfahren ergeben, die sich auf das herzustellende bzw. hergestellte Bauelement B beziehen. Es ergibt sich ein datenbasiertes Gütemodell 12, das in einem großen Eingangsdatenraum zuverlässig eine Güte G des resultierenden Bauelements B ermitteln kann. Das Gütemodell 12 ist vorzugsweise so gewählt, dass dieses differenzierbar ist, so dass die resultierende Güte G in einem Loss-Term für das Training des Prozessparametermodells 11 verwendet werden kann. Insbesondere kann die Güte G direkt als Loss bzw. ein Kehrwert der Güte G als Loss berücksichtigt werden.

Eine Heuristik kann die entsprechenden Prozessvorgaben M, Z, P regelbasiert kombinieren, um direkt eine Güte G des herzustellenden Bauelements B zu erhalten.

In Schritt S4 erfolgt ein Training des Prozessparametermodells 11 auf entsprechende Weise durch Variieren von Eingangsgrößen für das Prozessparametermodell 11 , wobei die eine oder mehreren Messgrößen M und die eine oder mehreren Zustandsgrößen Z jeweils in ihrem gesamten Wertebereich variiert werden, um so den Eingangsdatenraum für das Prozessparametermodell 11 vollständig abzudecken. Es ergeben sich jeweils Prozessparameter P, die gemeinsam mit der einen oder mehreren Messgrößen M und der einen oder mehreren Zustandsgrößen Z die Prozessvorgaben definieren und zur Auswertung durch das Gütemodell 12 und ggfs. durch die Gütefunktion 13 bewertet werden.

Die resultierende Güte G ergibt nun den Loss für das Training der Netzwerkparameter des datenbasierten Prozessparametermodells 11. Dieser Loss kann in an sich bekannter Weise im Rahmen eines gradientenbasierten Trainingverfahrens genutzt werden. Auf diese können basierend auf einer großen Anzahl von durch Kombination variierender Messgrößen M und/oder Zustandsgrößen Z das Prozessparametermodell 11 in automatisierter Weise mithilfe einer Bewertung durch das Gütemodell 12 trainiert werden.

Das so modellierte Prozessparametermodell 11 kann nun für den oben beschriebenen Fertigungsprozess verwendet werden. Dazu werden vor Beginn der Herstellung eines Bauelements B die Messgrößen M und die Zustandsgrößen Z erfasst und entsprechende Prozessparameter P mithilfe des Prozessparametermodells ermittelt. Diese Prozessparameter P werden nun in den Fertigungsgeräte 3 der einzelnen Prozessschritte umgesetzt.

Als Beispiel für einen Fertigungsprozess kann ein Bonding-Prozess eines Bond- Drahtes auf eine Kontaktfläche angegeben werden. Beim Bonding-Prozess wird ein Bond-Draht mit einem Ultraschallkopf auf eine Oberfläche der Kontaktfläche gedrückt. Durch die Anpresskraft und die übertragenen Vibrationen verbindet sich der Bond-Draht mit der Oberfläche. So können z.B. elektronische Komponenten mit der Leiterplatte elektrisch verbunden werden. Im Bezug auf die obigen Definitionen entsprechen die Messgrößen einer Oberflächenrauheit, einer Verschmutzung und dergleichen, die Zustandsgrößen einem Material, einer Bauteilgeometrie (hinsichtlich möglicher Vibrationen und Resonanzen), die Prozessparameter einer Anpresskraft, einer Bond-Zeitdauer, einer Ultraschallamplitude und die Güte einem Bewertungsmaß, das einen Anbindequerschnitt, der maßgeblichen Einfluss auf Belastbarkeit der Verbindung angibt, und eine Deformation des Bond-Drahtes berücksichtigt.

Als weiteres Beispiel für einen Fertigungsprozess kann ein Laserschweiß-Prozess angegeben werden. Beim Laserschweißen wird mit einem fokussierten Laserstrahl lokal Metall aufgeschmolzen. Durch das aufgeschmolzene Metall werden zwei Fügepartner fest miteinander verbunden. Der Laserstrahl wird vom Metall entweder absorbiert (aufgenommen) oder reflektiert. Nur die absorbierte Leistung steht zum Aufschmelzen zur Verfügung.

Im Bezug auf die obigen Definitionen können die Messgrößen eine Absorbtivität einer Oberfläche, eine Oberflächenrauheit, eine Verschmutzung und dergleichen, die Zustandsgrößen ein Angabe zu einem Werkstückmaterial (zB Kupfer/Alumininum/Legierungstyp), eine Bauteilgeometrie, einen Typ der Laserschweißmaschine, einen Typ der Laseroptik, die Prozessparameter eine Wellenlänge des Lasers, einen Fokusdurchmesser, eine Laser-Leistung, einen Vorschub und dergleichen und die Güte ein Bewertungsmaß umfassen, das eine mechanische Belastbarkeit der Naht, eine Flachheit der Naht, eine Einschweißtiefe, eine Prozessstabilität (Menge und Größe von Schweißspritzern, Poren oder Löchern) und dergleichen berücksichtigt. Als weiteres Beispiel für einen Fertigungsprozess kann ein Halbleiterproduktionsverfahren angegeben werden. In der Halbleiterfertigung werden viele einzelne Prozessschritte miteinander verkettet. Dabei gibt es eine Vielzahl von relevanten Größen, wobei die konkreten Zusammenhänge nicht immer unmittelbar greifbar sind. In einem Prozessschritt wird der Wafer (das Halbleiterbauteil) mit einer Beschichtung versehen. In Bezug auf die obigen Definitionen können die Messgrößen einen Waferzustand (zB Defektdichte, Inline Messungen aus vorhergehenden Prozessen, zB Messung von Schichtdicken) und dergleichen, die Zustandsgrößen eine Angabe zu einem Zustand der Kammern (Anzahl Betriebsstunden) und dergleichen, die Prozessparameter eine Auslagertemperatur, O2-Menge, eine Ätzmittelmenge, eine Leistung des CVD (chemical vapor deposition), PVD (physical vapor deposition) oder spin coating Prozesses und dergleichen und die Güte ein Bewertungsmaß umfassen, das eine Schichtdicke, eine Flankensteilheit der Beschichtung nach dem Ätzen, eine Maßhaltigkeit nach der Lackbearbeitung und dergleichen berücksichtigt.