Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Contactless handling and precision positioning of smallest components for assembly of microelectronics
    ( 2010)
    Braun, T.
    ;
    Bauer, J.
    ;
    Becker, K.-F.
    ;
    Kahle, R.
    ;
    Jung, E.
    ;
    Koch, M.
    ;
    Mollath, G.
    ;
    Aschenbrenner, R.
    ;
    Reichl, H.
    As the development of microelectronics is still driving towards further miniaturization, new materials, processes and technologies are crucial for the realization of future cost effective microsystems and components. Futures ICs and passives will also decrease in size, e.g. for RF-ID applications forecast die sizes are smaller than 250 mikron, thicknesses less than 50 mikron and pitches way below 100 mikron. Passives, if not directly integrated into the system carrier, will be even smaller. Touchless and self-assembly based procedures seem to be a promising method for handling miniaturized components not directly fabricated at the very place where they are needed. Electrowetting on Dielectrics (EWOD) - a contactiess handling technology well known from lab-on-chip applications for liquid transport, sorting, mixing and splitting - can be used as a basis for microelectronics assembly purposes on standard printed circuit boards. Handling shall be feasible for miniaturized components as chiplets, smallest SMDs as well as for nano-scaled building blocks. The physical principle is a change in the droplet contact angle of a droplet when immersed into an electrical field, an effect that can be used for droplet movement component transport. The process flow under evaluation starts with positioning of a droplet, containing a component, on a super-hydrophobic surface realized by a nano-particle filled coating of the carrier substrate with moderate accuracy. The droplet will be moved quickly until the desired position is reached using the mentioned electrowetting effect. Fine positioning and orientation of the component can then be achieved by magnetic guiding during evaporation of the water droplet. The crucial point of this approach is to find a suitable configuration of the magnetic field, which exerts such forces on the component needed for a movement in the wanted position. Besides the design of the magnetic field, the magnetic properties of the components are essential for the action of the field. Microelectronic components typically undergo only inadequate interaction with magnetic fields so that magnetically based positioning procedures fail. To overcome this difficulty, magnetically addressable markers must be designed and attached to the components. An effective technical realization of this principle is the application of thin polymer based layers, filled with magnetically interacting micro- or nano-particles, on top of the components. The layers can be applied cost-effectively on wafer level during fabrication of the components by use of e.g. common stencil printing process. Summarized the paper presents the results of a feasibility study for contactiess device handling using EWOD and magnetic guidance of tiniest components.
  • Patent
    Positionierungshilfe
    ( 2009)
    Bauer, J.
    ;
    Becker, K.
    ;
    Mollath, G.
    ;
    Schreck, G.
    (A1) Ein Bauteiltraeger (120) mit einer Positionierungshilfe zur Unterstuetzung einer Platzierung eines Bauelements (102) in einem Zielgebiet (104) auf einer Oberflaeche (106) des Bauteiltraegers mittels eines externen quer zur Oberflaeche gerichteten Magnetfeldes (108) weist einen Polschuh (110) auf. Der Polschuh (110) ist in oder an dem Bauteiltraeger in einem Abstand (D) von der Oberflaeche (106) so angeordnet, dass das Magnetfeld (108) einen magnetischen Fluss aufweist, der in Richtung zu dem Zielgebiet (104) ansteigt.
  • Publication
    Adaption berührungslos induzierter Strukturbildungen mit Nanopartikeln für die Mikro-Nano-AVT
    (Fraunhofer IZM, 2008)
    Fiedler, S.
    ;
    Braun, T.
    ;
    Bauer, J.
    Teilprojekte: DubNanoAVT - Dielektrophorese und Ultraschall zur berührungslosen Montage von Nanodrähten für die AVT. NanoMag - Skalierbare berührungslose Komponenten-Montage durch Einsatz magnetischer Wirkprinzipien. NanoMoist - Nanopartikel gefüllte Polymere mit verbesserten Diffusionsbarrieren für die Aufbau- und Verbindungstechnik. Abstract: Als entscheidendes Ergebnis des Teilprojekts DubNanoAVT lässt sich die Aussage treffen, dass mikroskalige Objekte nach der Art metallischer Nanodrähte und Partikel, z.B. Quantenpunkte, berührungslos und damit zerstörungsfrei mit der erarbeiteten Methodenkombinationen von Dielektrophorese und stehenden Ultraschallwellen manipuliert und geordnet miteinander assembliert sowie nachfolgend auf einem, gegebenenfalls in Druckverfahren speziell präparierten Substrat assembliert werden können. Im Teilprojekt NanoMag wurden die Grundlagen zur Generierung ausreichend starker magnetischer Felder mit einer Auflösung im Submillimeterbereich erarbeitet sowie auf die Feldgeometrie abgestimmte Muster/Strukturen zur magnetischen Bauteilmarkierung entwickelt. Des Weiteren erfolgte die Entwicklung von Materialien und Verfahren zur Markierung von Bauteilen mit magnetisch funktionalen Strukturen in der erforderlichen Auflösung und der Möglichkeit der Integration in den Fertigungsprozess der Chipherstellung. Der entwickelte Technologieansatz wurde so konzipiert, dass eine nahtlose Integration in etablierte Prozesse der Leiterplatten- und Chipfertigung ermöglicht wird. Im Rahmen des Teilprojekts NanoMoist wurde gezeigt, dass durch Verwendung kleiner Mengen nanoskaliger Schichtsilikat-Füllstoffpartikel in Epoxidharzen die Feuchteaufnahme und/oder Feuchtediffusion positiv beeinflusst werden können. Im Rahmen grundlegender Untersuchungen wurde die Verträglichkeit nanoskaliger Bentonite mit mikroskaligen SiO2? Standardfüllstoffen bezüglich Misch- und Verarbeitbarkeit gezeigt. Zur Bestimmung von Feuchteaufnahme und Diffusion wurden unterschiedliche Messverfahren eingesetzt, wobei ein für die Mikroelektronikverkapselung sehr anwendungsnahes Verfahren entwickelt wurde.