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  • Publication
    Operating map - tool for plating functional layers
    ( 2010)
    Paatsch, W.
    ;
    Mollath, G.
    The increasing demand for special functional layers and layer systems requires reliable electroplating process control. The use of operating maps is demonstrated covering all aspects of the layer formation starting from nucleation, crystal growth and structure as a function of electrochemical kinetics as well as hydrodynamics and mass transport. In particular, the influence of pulse plating of Zn as an example is demonstrated. Finally, techniques to characterise the deposits such as X-ray fluorescence (layer thickness and distribution), X-ray diffraction (texture and grain size) as well as methods to evaluate hardness, Young's modulus and ductility are applied. The data are used to produce the operating map via a system of neural networks so that the effect of changing electrochemical deposition parameters and resultant deposit characteristics can be determined. This methodology has the advantage of short access time and high reliability.
  • Publication
    Contactless handling and precision positioning of smallest components for assembly of microelectronics
    ( 2010)
    Braun, T.
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    Bauer, J.
    ;
    Becker, K.-F.
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    Kahle, R.
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    Jung, E.
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    Koch, M.
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    Mollath, G.
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    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.
  • Publication
    Optimierung von Prozessparametern sowie Praxiserfahrung
    ( 2010)
    Paatsch, W. von
    ;
    Mollath, G.
  • Publication
    Optimierung von Prozessparametern sowie Praxiserfahrung
    ( 2010)
    Paatsch, W.
    ;
    Mollath, G.
    Wegen der komplexen Zusammenhänge und des häufig nichtlinearen Verhaltens der grundlegenden elektrochemischen Vorgänge bei der galvanotechnischen Entwicklung und Abscheidung funktioneller Schichten ist eine rein mathematische Behandlung der Prozessfolge von der Keimbildung bis zur Schicht mit den gewünschten funktionellen Eigenschaften beim derzeitigen Kenntnisstand auszuschließen. Dennoch sind Teilaspekte, wie beispielsweise die homogene Schichtdickenverteilung auf geometrisch komplex geformten Substraten, mathematisch und prozesstechnisch zufriedenstellend zu lösen, wie etwa das Beispiel einer Maß-Hartverchromung von Bauteilen für die Common-Rail-Technik in der Automobilindustrie zeigt. Es ist nicht auszuschließen, dass bei Definition geeigneter Kenngrößen des Gesamtprozesses eine stärker gezielte Korrelation zwischen der Elektrochemie der Abscheidung und den Funktionseigenschaften der Schichten möglich ist. Eine besondere Problematik in der Zielsetzung besteht in der Mehrdimensionalität der Prozessabläufe: Die Keimbildung und die beginnende Schichtbildung betreffen den atomaren Maßstab, während die geometrischen Dimensionen bei der Abscheidung etwa im Mikro- bis Millimeterbereich und bei den Bauteilabmessungen meist im oberen Zentimeterbereich liegen. Daher wird bei der Modellbildung und Simulation zwischen dem Mikrobereich (Keimbildung und -wachstum, Doppelschichtdynamik) und dem Makrobereich (Potential-, Stromdichteverteilung, Strömungsfeld) unterschieden. Durch die Definition von Kenngrößen für die Zusammensetzung des Elektrolyten, seine Betriebsart, für die Mikrostruktur sowie funktionellen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten lassen sich für deren Abhängigkeit von Prozessparametern Kennfelder ermitteln. Durch Nutzung neuronaler Netze können ohne längere Rechenzeiten Korrelationen zwischen den elementaren elektrochemischen Prozessen und den funktionellen Schichteigenschaften ermittelt werden. Dies kann in der Praxis zu einer stärker zielgerichteten Arbeitsweise und Einsparungen führen.
  • Publication
    AnSim, Anwendungsorientierte Simulation zur Planung und Produktion maßgeschneiderter, elektrolytisch erzeugter Oberflächen
    ( 2010)
    Paatsch, W.
    ;
    Mollath, G.
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    Hochsattel, T.
    ;
    Roth, P.
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    Blittersdorf, R.
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    Klobes, K.H.
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    Ban, A.
    ;
    Baumgärtner, M.
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    Baier, J.
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    Spille-Kohoff, A.
    ;
    Plieth, W.
    Die galvanotechnische Metallabscheidung stellt auch vor dem Hintergrund umfangreicher elektrochemischer Kenntnisse über die Elementarvorgänge der Keimbildung und des Kristallwachstums durch Elektrokristallisation in der praktischen industriellen Anwendung eine Erfahrungswissenschaft dar. Dies bildet angesichts des großen Entwicklungspotentials etwa der Legierungsabscheidung, der Hochstromelektrolyse oder der Elektrokristallisation unter Pulsbedingungen eine große Hemmung und gleichzeitig eine Herausforderung, die komplexen Zusammenhänge zwischen der Elektrolytdefinition, den Prozessparametern bei der Schichtbildung und den Eigenschaften der abgeschiedenen Systeme durch Modellbildung und Simulation zu beschreiben. Obwohl spezifische Aspekte der Schichtbildung wie etwa die Schichtdickenverteilung auf einem Werkstück mit vorhandenen Programmen auf Basis der elektrischen Potentialverteilung schon recht gut bestimmt und durch geeignete Elektroden anordnungen erreicht werden können, ist doch eine ganzheitliche Systembestimmung auf Basis theoretischer Zusammenhänge derzeit wegen der hohen Komplexität nicht möglich. Im Vorhaben AnSim wurde für die Galvanotechnik nun eine Methodik entwickelt, mit der sich die sehr komplexen Zusammenhänge zwischen der Rezeptur eines Elektrolyten und den Prozessparametem auf die Schichtbildung und die Schichteigenschaften erstmals durchgängig auf phänomenologischer Grundlage beschreiben lassen. Die Untersuchungen wurden beispielhaft für die Abscheidung von Zink und Zinklegierungen durchgeführt. Mit den einzelnen, diskreten Versuchsergebnissen zum Stromdichte-Potential-Verhalten bei der Schichtbildung, zur MikroStruktur der gebildeten Schichten und zum Eigenschaftsprofil der Schichten wurden neuronale Netze trainiert, die entsprechend dieser Wirkungskette Rezeptur, Prozess, Schichtbildung und Eigenschaften vernetzt sind. Durch eine systematische Befragung der trainierten Netze werden durchgängige Kennfelder gebildet. Damit lässt sich die Wirklichkeit des galvanotechnischen Prozesses in einer mehrdimensionalen Weise ganzheitlich erfassen und somit umfassend auswerten. Voraussetzung für die ganzheitliche Erfassung und Abbildung von Prozessen in Kennfeldern ist die Auswahl der betrachteten Prozessgrößen hinsichtlich ihrer Relevanz und das Raster, in dem diese verändert werden. Die Benennung der Prozessgrößen sowie die Experimentplanung erfordert das Wissen von Experten. Durch eine geschickte Auswahl der Prozessgrößen kann die Anzahl der erforderlichen Experimente deutlich gesenkt werden. Für die Entwicklung neuer Elektrolytkonzepte bedeutet dies beispielsweise, dass der Arbeitsbereich des Elektrolyten, innerhalb dessen die gewünschten Schichteigenschaften er zielt werden, umfassend deutlich wird. Bei Variationen der Rezeptur etwa durch veränderte oder unterschiedlich konzentrierte Additive wird eine mögliche Veränderung des Arbeitsfensters oder werden hiermit verbunden veränderte Schichteigenschaften in ihrem Ausmaß quantitativ erfasst. Die Analyse derartiger Kennfelder unterstützt also die Planung von neuen Rezepturen und die Festlegung von Prozessparametern. Dies gilt auch für das zentrale Problem des Upscalings, also die Anpassung von im Labormaßstab entwickelten Prozessparametern an die Gegebenheiten eines industriellen Einsatzes. Zusätzlich können aus den Kennfeldern eines bekannten, im Betrieb eingesetzten Elektrolyten die für definierte Prozessparameter sich ergebenden Schichteigenschaften vorausgesagt und umgekehrt für gewünschte Schichteigenschaften das relevante Prozessfenster abgelesen werden (Reengineering). Im Vorhaben wurden exemplarisch am Beispiel der alkalischen Zink und Zink-Nickel- Legierungsabscheidung eine Reihe auch theoretischer Ansätze mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad verfolgt. Während sich im Makrobereich (Hydrodynamik, Stofftransport) bewähr te Finite-Element-Theorien anwenden lassen, ergeben sich im Mikrobereich (Keimbildung, MikroStruktur) nur wenig belastbare Ergebnisse. Dies stützt die eingangs erwähnte Feststellung, dass eine ganzheitliche Systembestimmung auf Basis theoretischer Zusammenhänge derzeit nicht möglich ist, und zeigt deutlich die Stärken der im Vorhaben entwickelten Kennfeldbetrachtung.
  • Patent
    Positionierungshilfe
    ( 2009)
    Bauer, J.
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    Becker, K.
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    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
    Mikrokanal-Reaktoren für die elektrochemische Abwasserbehandlung mit Diamantelektroden
    ( 2008)
    Kramer, H.J.
    ;
    Mollath, G.
    ;
    Schäfer, L.
    Diamantbeschichtete Elektroden (DiaChem) sind ein neuartiges und besonders leistungsfähiges Instrument für die Behandlung von Problemabwässern. Die Arbeitsweise von Diamantelektroden beruht auf der elektrochemischen Erzeugung von OH-Radikalen direkt im Abwasser. Das Alleinstellungsmerkmal der Diamantelektrode ist, dass bei diesem Prozess Stromwirkungsgrade nahe 100% erreicht werden. Durch den Kontakt mit den in-situ hergestellten Oxidationsmitteln können beliebige, im Wasser befindliche organische Schadstoffe entweder vollständig oxidiert oder solange behandelt werden, bis sie in unschädliche Substanzen umgewandelt sind. Die elektrochemisch erzeugten OH-Radikale haben nur eine kurze Lebensdauer. Aufgrund ihrer begrenzten Reichweite im Reaktionsmedium reagieren sie daher nur in unmittelbarer Nähe der Elektrodenoberfläche. Bei sehr niedrigen Stoffkonzentrationen und hohen Durchflussraten ist der Wirkungsgrad konventioneller Elektrolysezellen deutlich reduziert, wenn der größte Teil der gebildeten OH-Radikalen wieder zerfällt, bevor er mit den Wasserinhaltsstoffen in Kontakt treten kann. Unser Lösungsansatz besteht darin, Elektrodenabstand und Betriebsparameter der Elektrolysezelle (Mikrokanal-Reaktor) soweit anzupassen, dass auch bei niedrigen Schadstoffkonzentrationen eine annähernd vollständige Umsetzung der gebildeten OH-Radikale stattfindet. Mittels einer speziell entworfenen Versuchsanordnung wurden für unterschiedliche Abwässer die Zellendimensionen optimiert und günstige Betriebsparameter ermittelt. Auf Basis der erhaltenen Ergebnisse wurde ein mathematisches Modell erarbeitet, mit welchem Auslegung und Betriebsparameter von Mikrokanal-Reaktoren schadstoffbezogen simuliert und optimiert werden können.
  • Publication
    Ökonomische und ökologische Vorteile durch Integration der Oberflächentechnik in der Fertigung 1
    ( 1995)
    Mollath, G.
    Für die Entwicklung und den Betrieb einer galvanischen Beschichtungsanlage, die in unmittelbarer Nähe zur spanenden und umformenden Fertigung betrieben werden kann, werden Konzepte und mögliche Einbindungen vorgestellt. Die Tatsache, daßderartige Anlagen z.Zt. selten integriert sind, erklärt sich aus der Zurückhaltung der Fertigungstechniker gegenüber dem Umgang mit chemischen Substanzen. Hier müssen die Hersteller der Chemikalien neue Wege zur Wiederaufbereitung verbrauchter chemischer Substanzen und zur Bereitstellung von spezifischen Hochleistungselektrolyten finden. Eine wes entliche Voraussetzung für die Integration in die Fertigung ist der sichere Umgang mit der Chemie. In Analogie zu Bauformen von Drehmaschinen wird verdeutlicht, welche Vielfalt zum Bau von Beschichtungsmaschi nen denkbar ist. Der Bearbeitungsschritt "Beschichten" kann auf einer Werkzeugmaschine erfolgen, die optimal in den Fertigungsablauf eingebaut werden kann. Zur Erzielung von ökonomischen und ökologischen V orteilen ist eine ganzheitliche Betrachtungsweise erforderlich, bei der die vor- und nachgelagerten Fertigungsschritte betrach tet werden müssen. Wesentliche Potentiale liegen in der kühl- und schmiermittelfreien spanenden Fertigung.
  • Publication
    Anwendung des Lichtschnittverfahrens zur Überwachung von Förderbändern
    ( 1994)
    Mollath, G.
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    Fatehi, D.
    Mit dem Bildverarbeitungssystem können überwacht werden. Das Bildverarbeitungssystem wertet Profilschnitte aus, die nach dem Lichtschnittverfahren gewonnen werden. 50 mal in der Sekunde werden die Förderbänder auf Schieflauf, Beschädigungen im Bereich der Bandkanten, Überladung und mitgeführte Fremdkörper überwacht. Zusätzlich werden Betriebsdaten wie das geförderte Volumen sowie die Leerlauf- und Stillstandzeit registriert