AT504776A2 - Verfahren und vorrichtung zum gerichteten transport von chips auf eine zielposition - Google Patents

Description

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OeSIM Gesellschaft für Silizium-Mikrosyeteme mbH 01454 Großerkmannsdorf

Verfahren und Vorrichtung sum gerichteten Transport von Chips auf eine Zielpoaition

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gerichteten Transport von Chips auf eine Zielposition. Üblicher Weise werden Chips, wie z.B. Halbleit er Chips, aus einem geordneten Verbund, also einem Wafer, nach der Chipvereinzelung gezielt auf ein Substrat aufgebracht. Hierzu finden so genannte Chipbonder Verwendung, welche die vereinzelten Chips mit einer Kapillare mittels Unterdrück aufneh-men und nach dem üblichen „Pick-and-Place*-Verfahren auf einer vorgesehenen Position auf einem Substrat ablegen/montieren, was durch Chipkleben erfolgen kann.

Eine derartige Verfahrensweise ist natürlich nur so lange praktikabel, wie die Chips ausreichend handhabbare Abmessungen aufweisen, Bei besonders geringen Abmessungen der Chips mit einer Kantenlänge von unter einem Millimeter (z. B. Höhe 0,1 mm, Länge 0,4 mm, Breite 0,4 mm) ist eine Handhabung mit den etablierten Pick-and-Place-Verfahren sehr schwierig bzw. nicht möglich. Auch sonstige Bauelemente mit derart geringen Abmessungen lassen sich äußerst schwer handhaben und mit automatisierten Vorrichtungen nahezu überhaupt nicht handeln. 2 • · ·· • • · • · ·· • • · • · • • • · • · • • • · ·· • · ·· • ··· • ·· ·· • · · · · • · · · • · · · • · · · ···· ··

Da Halbleit er Chips oder andere Chips für spezielle Anwendungen bzw. sonstige Bauelemente mit derart geringen Abmessungen (nachfolgend nur noch mit Chip bezeichnet) zunehmend für entsprechend miniaturisierte Baugruppen oder für biologische 5 und diagnostische Verfahren eingesetzt werden, besteht ein erheblicher Bedarf an einer sicheren Handhabung auch solch kleiner Chips mit industriellen Methoden.

Es sind auch Dosierverfahren bekannt, wie z. B. bei piezo-10 elektrischen Tintenstrahldruckem, welche Tropfen mit einem Durchmesser von einigen Picolitem bis zu einigen Nanolitern erzeugen. Diese Tropfen werden aus Düsen mit Durchmessern (rund) bzw. Kantenlängen (Rechteck) von kleiner als 100 Mikrometern geschleudert. Eine Handhabung von festen Körpern 15 ist mit solchen Verfahren jedoch nur möglich, wenn diese eine hinreichend geringe Größe haben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum gerichteten Transport von Chips auf eine Zielposition zu 20 schaffen, um eine einfache, sichere und zielgerichtete Handhabung auch kleinster Chips zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaf-25 fen,

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens gehen aus den 30 zugehörigen Unteransprüchen hervor,

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgebe wird vorrichtungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche 13 und 23 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den zugehörigen Unteransprüchen hervor. 35 3 ·· • » · • · · • · · ·· Μ * ·· »·· ·· • Φ ·· • · • · • • · • • • * « • • · • • ' ·· ···· ··

Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: 5 eine Übersichtsdarstellung einer Variante einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung mit Flüssigkeitsbefüllung und Dosierkapillare;

Fig. 2: den schematischen Ablauf eines Dosiervorganges; 10 Fig. 3: eine Variante der erfindungsgemäßen Dosiervorrich tung mit Flüssigkeitsbefüllung und einem pneumatischen Druckmittel, zur Dosierung von Chips aus einem kontinuierlichen Fluss; 15 Fig, 4: eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Do siervorrichtung mit einem von der Dosierkapillare trennbaren Druckgeber;

Fig. 5: 20 eine Variante der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung mit einem die Dosierkapillare ersetzenden Flu idkanal zur Chipzuführung; und

Fig. 6: 25 eine spezielle Variante der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung, die eine kontinuierliche Dosierung von Chips ermöglicht.

Der zu dosierende Chip oder das Bauelement 12 hat dabei laterale und vertikale Abmessungen von jeweils kleiner als einem Millimeter und ist am unteren Ende innerhalb einer 30 Dosierkapillare 11, welche mit einem flüssigen Trägermedium gefüllt ist, platziert. Zur Dosierung der Chips oder Bauelemente 12 wird eine Vorrichtung an die Dosierkapillare 11 angekoppelt, mit deren Hilfe ein Impuls in der Dosierkapillare 11 erzeugt wird, welcher zur gerichteten Abgabe des 35 Chips oder des Bauelementes 12 in Richtung auf eine Zielposition führt.

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Da die hier zu dosierenden Chips deutlich größere Abmessungen haben als üblicherweise verwendete Düsen, wurde das Tintenstrahldruckverfahren auf die Verwendung zur Chipdosierung 5 für Düsendurchraesser von bis zu einem Millimeter erweitert. Kombiniert mit der getrennten Handhabung der Düsen (Kapillaren) und Druckerzeugung sowie der flexiblen Einbringung des Dosiergutes über einen Luftspalt entsteht das erfindungsge-mäße Verfahren, welches eine überraschend einfache Handha-10 bung der Chips oder Bauelemente 12 mit einer absolut präzisen Ablage in einer Zielposition auf einem beliebigen Substrat kombiniert.

Wenn nachfolgend nur noch Chips 12 erwähnt werden, sind 15 selbstverständlich auch sonstige Bauelemente mit kleinen Abmessungen, wie oben erwähnt, mit umfasst.

Grundlage des Dosierverfahrens sind eine mikromechanische Dosiervorrichtung 15 sowie eine bzw. mehrere Dosierkapilla-20 ren 11, die nebeneinander in vertikaler Anordnung in einer geeigneten nicht dargestellten Haltevorrichtung untergebracht sein können (Fig. 1). Die innenabmessungen der Dosierkapillaren 11 sind an die Abmessungen der Chips 12 angepasst, so dass diese sich leicht längs zur Dosierkapillare 25 11 bewegen können.

Die Dosiervorrichtung 15 befindet sich dabei an einem in z-Richtung, also vertikal verfahrbaren Arm, der z.B. zu einer Positioniervorichtung gehört» während die Dosierkapillare 11 30 in der erwähnten Haltevorrichtung gehaltert ist und in x-y-Richtung verfahren werden kann. Die Dosiervorrichtung 15 besteht aus einem Einlass 5, einem Gehäuse 7 mit Bodenplatte 6 und einem mikromechanischen Dosierchip 9, gegen das eine Dichtung 10 gepresst ist (Fig. 1). 35

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Der mikromechanische Dosierchip 9 ist in einem Bereich zur Formung einer Membran 8A abgedünnt. Zwischen dieser Membran 8A und der Bodenplatte 6 befindet sich ein spielfrei eingepasster Plezostapelaktor 8. 5

Anstelle des Piezostapelaktors 8 kann auch ein anderer Antrieb für die Membran zur Erzeugung einer Druckwelle eingesetzt werden. Beispielsweise ist eine Konstantdruckqualle in Verbindung mit einem schnellen Ventil hierfür geeignet. 10

Die Dosiervorrichtung 15 ist über einen Schlauch 4 mit dem Ausgang einer mechanischen Spritzenpumpe 3 verbunden. Der Eingang der mechanischen Spritzenpumpe ist wiederum über eine Schlauchverbindung 2 mit einem Vorratsgefäß. 1 verbun-15 den, welches eine Systemflüssigkeit 1A enthält.

Zur Herstellung der Betriebsbereitschaft der Dosiervorrichtung 15 wird diese mit Hilfe der mechanischen Spritzenpumpe 3 luftblasenfrei mit einer Flüssigkeit befüllt. Die Dosier-20 kapillare 11 wird durch ein geeignetes Verfahren ebenfalls luftblasenfrei mit einer Flüssigkeit befüllt.

Verfahrensgemäß wird ein Chip 12 aus einem geordneten Verbund (z. B von eine Sägefolie) so gelöst, dass der Chip 12 25 in die Dosierkapillare 11 fällt und bis zum unteren Ende absinkt und dort durch den durch die Flüssigkeit ausgebildeten Meniskus gehalten wird. Da die Chips 12 nur über ein sehr geringes Gewicht verfügen, neigen sie dazu, am oberen Meniskus der Dosierkapillare 11 infolge der natürlichen 0-30 berflächenspannung der Flüssigkeit kleben zu bleiben. Um ein Absinken bzw. Durchfallen der Chips 12 in der Dosierkapillare 11 zu erreichen, muss die Flüssigkeit über eine geeignete oder verringerte Oberflächenspannung verfügen und/oder es muss der Dosierkapillare 11 kurzzeitig zusätzliche Energie 35 zugeführt werden. Das kann z. B. in Form der Zuführung mechanischer Schwingungen zur Dosierkapillare 11 erfolgen,

·· • · · • · · • · · • · » ** • ·· ·· ·· ·♦ • · • · • · • • · • • · • # · • • · • • · • • · ··# ·· ···· ·· 6 indem der ohnehin vorhandene Piezostapelaktor 8 entsprechend aktiviert wird/ ohne eine Druckwelle zu erzeugen. Das kann u. a. während des Transports der Dosier kapillare 11 zum Zielort erfolgen. Voraussetzung ist natürlich, dass für die-5 sen Fall zwischen der Dosiervorrichtung 15 und der Dosierkapillare 11 eine mechanische Kopplung bestehen muss,

Nach dem durch die Schwerkraft bewirkten Absinken des Chips 12 in der Dosierkapillare 11 bis zu deren unteren Ende, dem 10 Ankoppeln der Dosier kapillare 11 an die Dosiervorrichtung 15, ggf. gefolgt von einer kurzzeitigen SchwingungsZuführung auf die Dosier kapillare 11, falls die Schwerkraft nicht ausreicht, und dem Erreichen des Zielortes durch die Dosierkapillare 11 (Fig. 2a, b) wird die mikromechanische Dosiervor-15 richtung 15 in z-Richtung nach unten bewegt, so dass die

Dichtung 10 und Dosier kapillare 11 in engen Kontakt zueinander kommen. Die Dosierkapillare 11 kann sich dabei bereits in einem geeigneten Dispensierabstand über dem Substrat 14 bzw. dem zielort befinden, oder es wird der gesamte Verbund 20 nach dem Herstellen des Kontaktes auf den Dispensierabstand abgesenkt.

Nun wird am Piezostapelaktor 8 eine Spannung appliziert, wodurch sich dieser ausdehnt und die Membran 8A des Dosier-25 Chips 9 mit hoher Geschwindigkeit ausgelenkt. Infolge des dadurch entstehenden Druckanstiegs wird der durch den zeichnungsgemäß unteren Meniskus in der Dosierkapillare 11 bereitgestellte Chip 12 aus der Dosierkapillare 11 ausgestoßen und landet auf einem Substrat 14 in der Zielposition (Fig. 30 2c). Der Abstand zwischen Dosierkapillare 11 und Substrat 14 sollte bei diesem Vorgang im Bereich einiger Millimeter bis hin zu ca. einem Zentimeter liegen.

Anschließend wird die Dosiereinrichtung 15 nach oben gefah-35 ren und damit wieder von der Dosierkapillare 11 getrennt (Fig. 2d, e) . Bei einer Anordnung mit mehreren Dosierkapil-

7 7 ·· ·· • · · · • · · · • · · · ·· ·· • ·· ·· ·· 2 ί ! · · · · • · · · · » οφ· mm ···· laren 11 wird nun die nächste, mit einem Chip 12 befüllte Dosierkapillare 11 unter die Dosiervorrichtung 15 gefahren (Fig. 2a) und der Vorgang wiederholt. 5 Nach der Dosierung der Chips 12 werden die Dosierkapillaren 11 je nach Zustand entleert und neu befällt. Anschließend wird ein neuer Chip 12 in die Dosier kapillare (n) 11 gebracht . 10 Die Feinjustage der dosierten Chips 12 kann dann z. B. Über eine geeignete Oberflächenmodifikation von Chips 12 und/oder Substrat 14 erfolgen, ln Fig. 3 ist eine Variante der Erfindung dargestellt, bei 15 der ebenfalls eine Dosierkapillare 20 zur Aufnahme von Chips 21 vorgesehen ist. Oberhalb der Kapillare 20 befindet sich eine Chipzuführung 22, die mit einem Kanalabschluss 23 dicht verschließbar ist. Der Kanalabschluss 23 kann im einfachsten Fall aus einer Platte mit Dichtmaterial, oder auch aus einem 20 Ventil bestehen. Zwischen der Dosierkapillare 20 und der

Chipzuführung 22 ist über ein Y-Sttick 24 angeschlossen, das mit einem schnellen Dosierventil 25 verbunden ist, an das eine Zuleitung 26 für eine Druckversorgung, angekoppelt ist. Das Y-Stück 24 muss eine inkompressible Ankopplung gewähr-25 leisten, um eine Schwächung des hindurch zu leitenden Druckimpulses zu vermeiden,

Das gesamte System, bestehend aus Chipzuführung 22, Dosierkapillare 20, Y-Stück 24, Zuleitung von der Druckversorgung 26 und das dazwischen befindliche schnelle Dosierventil 25, 30 ist komplett mit einer Flüssigkeit befüllt. Das kann mit einer mechanischen Spritzenpumpe erfolgen, wie bereits beschrieben. Die Druckversorgung 26 kann eine Druckluftquelle beinhalten, welche die Flüssigkeit vor dem schnellen Dosierventil 25 permanent unter Druck setzt.

·· ·· ·· • · • · • · • · ·· • ·· • • • • • • • · m • · ··· ·· ·· ·· » • · • • · • * 9 • • · ··· ·· 8 Die Dosierung von Chips 21 erfolgt hier dergestalt, dass die zu dosierenden Chips 21 über einen Schlauch oder einfach durch Abwurf in die mit einer Flüssigkeit befüllte Chipzuführung 22 und von dort in die ebenfalls mit einer Flüssig-5 keit befüllte offene Dosierkapillare 20 zugeführt werden. Nach der Positionierung der Dosierkapillare 20 über der vorgesehenen Zielposition wird der Kanalabschluss 23 verschlossen und über das schnelle Dosierventil 25, vermittelt durch die Druckversorgung 26, ein Druckimpuls auf den Chip 21 aus-10 geübt. Infolge des dadurch entstehenden Druckanstiegs wird der Chip 21 aus der Dosierkapillare 20 ausgestoßen und landet auf einem Substrat in der Zielposition wie in Fig. 2c. Der Abstand zwischen Dosierkapillare 20 und Substrat sollte bei diesem Vorgang im Bereich einiger Millimeter bis hin zu 15 ca. einem Zentimeter liegen. Das gilt auch für die anderen Ausführungsbeispiele.

In Fig. 4 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung mit einem von der Dosierkapillare 30 trennbaren Druckgeber dargestellt. Der Druckgeber befindet 20 sich in einem Gehäuse 31, welches nur schematisch angedeutet ist, in dem ein schnelles Dosierventil 32 angeordnet ist. Das schnelle Dosierventil 32 ist eingangsseitig (zeichnungsgemäß oben) über eine Zuleitung 33 mit einer Druckversorgung verbunden. Ausgangsseitig (zeichnungsgemäß unten) ist das 25 schnelle Dosierventil 32 mit einer Dichtung 34 versehen und mit der Dosierkapillare 30 koppelbar. Für eine ordnungsgemäße Funktion muss das Gesamtsystem, also der Druckgeber und die Dosierkapillare 30 komplett mit einer Flüssigkeit befüllt sein. Bei der Dosierkapillare 30 bildet 30 sich beim Befüllen mit einer Flüssigkeit oben und unten infolge der Oberflächenspannung der Flüssigkeit jeweils ein Meniskus aus. Um die Dosierkapillare 30 vom Druckgeber trennen zu können, ist die Dichtung 34 vorgesehen, die dann das schnelle Dosierventil 32 nach unten abdichtet,

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• · • · • · » · ·· ·· ·· ·· ·♦ ·· • · • · • · • • · • · • • • · • · • • Ψ ·· ···· ·· 9 Zum Einfüllen eines Chips 35 in die mit einer Flüssigkeit gefüllte Dosierkapillare 30 muss diese vom Druckgeber getrennt werden. Das zu dosierende Chip 35 wird dann in die Dosierkapillare 30 eingeworfen und fällt nach unten, bis sie 5 am zeichnungsgemäß unteren Ende der Dosierkapillare infolge des dort befindlichen Meniskus auf gehalten wird. Anschließend wird der Druckgeber mit der Dosier kapillare 30 verbunden und zur vorgesehenen Zielposition bewegt, an der dann das Chip 35 durch einen Druckstoß, ausgelüst durch das 10 schnelle Dosierventil, in die Zielposition ausgeworfen wird. Es versteht sich, dass eine Bewegung der Dosierkapillare 11, 20, 30 zum Zielort nicht zwangsläufig notwendig ist, sondern es kann natürlich auch das ziel relativ zur Dosierkapillare, z.B. mit einem x-/Y-Kreuztisch bewegt werden. 15 In Fig. 5 ist eine Variante, basierend auf der Ausführung nach Fig. 4, dargestellt, bei welcher der Druckgeber identisch aufgebaut ist. Der Druckgeber befindet sich in einem Gehäuse 40, welches nur schematisch angedeutet ist, in dem ein schnelles Dosierventil 41 angeordnet ist. Das schnelle 20 Dosierventil 41 ist eingangsseitig (2eichnungsgemäß oben) Über eine Zuleitung 42 mit einer Druckversorgung verbunden und ausgangsseitig (zeichnungsgemäß unten) über eine Dichtung 43 verschließbar. Der Druckgeber ist vollständig mit einer Flüssigkeit befüllt. 25 unterhalb des Druckgebers befindet sich in geringem Abstand ein Fluidkanal 44, der fluchtend zur unteren Öffnung des Dosierventiles 41 mit Öffnungen 45 versehen ist. Der Fluidkanal 44 ersetzt hier die sonst verwendete Dosierkapillare 11, 20, 30. Der Fluidkanal 44 ist ständig mit einer Flüssig-30 keit gefüllt, welches den Fluidkanal mit geringer Geschwindigkeit durchströmt, so dass zugeführte Chips 46 durch den Fluidkanal 44 transportiert werden. Dazu ist der Fluidkanal 44 mit einem nicht dargestellten Flüssigkeitskreislauf ver-

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bunden

Sobald ein Chip 46 die Öffnung 45 im Fluidkanal 44 erreicht und durch den dort befindlichen Meniskus gehalten wird, wird es durch eine optische Detektion 47/48 erkannt. Als Altema-5 tiver zur optischen Detektion ist auch eine kapazitive Detektion des Chips möglich. Für letzteren Fall sind seitlich der Öffnung 45 am Fluidkanal 44 Elektroden 49 zur kapazitiven Detektion eines Chips 46 in der Öffnung 45 vorgesehen. Aus Fig. 5 sind beide Varianten ersichtlich. 10 Bei der Detektion eines Chips 46 an der Öffnung 45 wird der Druckgeber von oben auf den Fluidkanal 44 abgesenkt, wobei gleichzeitig die Flüssigkeiten im Druckgeber und im Fluidkanal 44 miteinander in Kontakt kommen und das Chip 46 mittels Druckstoß ausgeworfen. Die Erzeugung des Druckstoßes erfolgt 15 hier ebenso, wie zu Fig, 3 beschrieben, Selbstverständlich kann der Druckgeber auch permanent mit dem Fluidkanal 44 in Kontakt stehen, bzw. dauerhaft mit diesem verbunden sein.

Als optische Detektion kommt z.B. eine Reflexionslicht-schranke in Betracht, die aus einem Sender 47 und einem Emp-20 fänger 48 besteht, wobei der Chip 46 als Reflektor dient.

Aus Fig. 6 geht eine spezielle Variante der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung hervor, die eine kontinuierliche Dosierung von Chips ermöglicht, Diese Dosiervorrichtung besteht aus einem mit einer Flüssigkeit sowie Chips 52 gefüll-25 ten Reservoir 51, das zeichnungsgemäß oben mit einem Anschluss 50 für eine Druckversorgung und zeichnungsgeraäß unten mit einer Ankopplung 53, an der ein elektromechanischer Schwingungsgeber 54 angeschlossen ist. Als solch ein Schwingungsgeber 54 kommt beispielsweise ein piezokeramischer Ak-30 tor in Frage.

Durch den Schwingungsgeber 54 erstreckt sich ein ebenfalls mit einer Flüssigkeit befüllter Fluidkanal bzw. eine Dosierkapillare 55 zur Weiterleitung der im Reservoir 51 bereit

» ·· • · · • · · ···· ·· ·· ·· • · · · • · · 1 • · · ϊ • · · * ·· ·· 11 gestellten Chips 52 zusammen mit der Flüssigkeit bis zu einer unteren Austrittsöffnung 56 des Fluidkanales 55. Über die externe Druckversorgung 50 wird eine Strömung der Flüssigkeit aus dem Reservoir 51 durch den Fluldkanal 55 5 erzeugt, durch den die in der Flüssigkeit befindlichen Chips 52 nach unten transportiert, im Fluidkanal 55 beschleunigt und in einem Feinstrahl aus der Austrittsöffnung 56 austreten. Danach fliegen die Tropfen als frei fliegende Tropfen 57 mit einem darin eingeschlossenen Chip nach unten auf ein 10 Target 62. Selbstverständlich können auch Tropfen ohne eingeschlossenen Chip die Austrittsöffnung verlassen.

Die Aufteilung der aus der Austrittsöffnung 56 des Fluidkanales bzw. Dosierkapillare 55 austretenden Flüssigkeitsströmung in einzelne aufeinander folgende Tropfen 57 erfolgt 15 durch die Einwirkung von Schwingungen durch den elektromechanischen Schwingungsgeber 54.

Um sicher zu stellen, dass auf dem Target 62 nur Tropfen 61 mit eingeschlossenem Chip landen, erfolgt zwischen der Austrittsöffnung 56 und dem Target 62 ein Aussortieren von sol-20 chen Tropfen, die nicht mit einem Chip beladen sind.

Dazu befinden sich zeichnungsgemäß unterhalb der Austritts-Öffnung 56 beidseits der Flugbahn der Tropfen Elektroden 58 zum kapazitiven Beladen der Tropfen mit einer elektrischen Ladung, Unterhalb der Elektroden 58. befindet sich ein Detek-25 tor 59 zur Erkennung, ob der vorbei fliegende Tropfen mit einem Chip beladen ist. Unterhalb des Detektors 59 befindet sich eine weitere Elektrodenanordnung 60, mit der es möglich ist, die elektrisch geladenen Topfen durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektrodenanordnung 60 von ih-30 rer Flugbahn in Richtung zum Target 62 abzulenken (siehe Pfeil) und in einen Abfallbehälter 63 zu werfen. Auf diese Weise können die vom Detektor 59 erkannten leeren Tropfen einfach aussortiert werden, so dass nur mit Chips beladene

Tropfen das Target 62 erreichen.

Um zu erreichen, dass die Chips nebeneinander auf dem Target 62 landen, muss dieses lediglich auf geeignete Weise quer zur Flugbahn der Tropfen bewegt werden, was mit einer Trans-5 portvorrichtung oder eine x-/y-Kreuztisch o.dgl. erfolgen kann. 13 • · ··· ·· ··»· öaSlM Gesellschaft für Silizium-Mikrosyeteme mbH 01454 Großerkmannsdorf 10

Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten Transport von Chips auf eine Zielposition

Bezunsaeichenliste 15 1 Vorratsgefäß 1A Systemflüssigkeit 2 Schlauchverbindung zwischen Vorrat und mechanischer

Spritzenpumpe 20 3 mechanische Spritzenpumpe 4 Zulauf schlauch, Verbindung zur mechanischen Spritzen-pumpe 5 Einlass Dosierchip 6 Bodenplatte Gehäuse 25 7 Gehäuse für Dosierchip 8 Piezostapelaktor 8A Membran 9 mikromechanisches Dosierchip 10 Dichtung 30 11 Dosierkapillare 12 Chip 13 dosiertes Chip 14 Substrat 15 Dosiervorrichtung 20 Dosierkapillare 21 Chip 35

##·· ·· 14 22 ChipZuführung 23 Kanalabschluse 24 Y-Stück/ inkompressible Ankopplung 25 schnelles Dosierventil 5 26 Zuleitung von der Druckversorgung 30 Dosierkapillare 31 Gehäuse 32 schnelles Dosierventil 10 33 Zuleitung von der Druckversorgung 3 4 Dichtung 35 Chip 4 0 Gehäus e 15 41 schnelles Dosierventil 42 Zuleitung von der Druckversorgung 43 Dichtung 44 Fluidkanal 45 Öffnung im Fluidkanal 20 46 Chip 47/48 optische Detektion 49 Elektroden für kapazitive Detektion 50 Anschluss für Druckversorgung 25 51 Reservoir 52 Chip 53 Ankopplung 54 Schwingungserzeuger 55 Fluidkanal bzw. Dosierkapillare 30 56 Austrittsöffnung 57 freifliegender Tropfen 58 Elektrode 59 Detektor 60 Ablenkelektroden 35 61 separierter Tropfen 62 Target 63 Abfall

Claims (25)

15 ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· • ·· ···· Μ ···· 5 OeSlM Gesellschaft für Silizium-Mikroöysteme mbH 01454 Großerkmannsdorf 10 Patentansprüche 15 1. Verfahren zum gerichteten Transport von Chips auf eine Zielposition auf einem Substrat oder Target, dadurch gekennzeichnet, dass die Chips (12, 21, 35, 46, 52) nach der Ver-20 einzelung aus einem geordneten Chipverbund in eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Transfereinrichtung überführt und in dieser in eine Ausgabeposition bewegt, dort gehaltert und nachfolgend mittels einer Druckwelle der Chip (12, 21, 35, 46, 52) über einen Luftspalt zwischen einer unteren Ausgabe-25 Position und Substrat (12) oder Traget (62) zusammen mit einem Teil der Flüssigkeit in einem Tropfen ausgeworfen und gezielt auf dem Substrat (14) oder Target (62) dosiert bzw. abgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport des Chips (12, 21, 35, 46, 52) nach der Überführung in die Transfereinrichtung in der Flüssigkeit zur unteren Ausgabeposition Schwerkraftvermittelt erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung der Flüssigkeit zum Transport der 35 16 ··· «· ···« Chips (12, 21, 35, 46, 52) mit einer verringerten Oberflächenspannung angepasst an das Gewicht der Chips (12, 21, 35, 46, 52) versehen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der schwerkxaftvermitteiten Bewegung des Chips (12, 21, 35, 46, 52) zur Ausgabeposition der Flüssigkeit eine mechanische Schwingung auf geprägt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Schwingungen durch einen elektrischen Schwingungserzeuger erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die als Schwingungserzeuger ein Piezostapelaktor verwendet wird,

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwelle durch einen externen Druckerzeuger in Verbindung mit einem schnellen Dosierventil erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwelle durch einen internen .Druckerzeuger erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass als interner Druckerzeuger eine mit einem Druckimpuls beaufschlagbare Membran verwendet wird, deren eine Seite mit der Flüssigkeit ln der Transfereinrichtung in Kontakt steht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckimpuls durch Verwendung eines elektromechanischen Druckgebers erzeugt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • · ·· · ·· ·· ·· * · · · ·· · ·· · · · • · · · ··· ··· • · · · ··· ··· , · · ·· ···· · · 17 als Transfereinrichtung ftlr die Chips (12, 21, 35, 46, 52) eine Dosierkapillare (11, 20, 30) oder ein Fluidkanal (55) verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Chips (12, 21, 35, 46, 52, 57) in einer unter Druck stehenden Flüssigkeit bevorratet und in einem Feinstrahl die Ausgabeposition verlassen und dass der Feinstrahl gleichzeitig durch Druckwellen in einzelne Tropfen aufgeteilt wird. 10

13. Vorrichtung zum gerichteten Transport von Chips auf eine Zielposition, bestehend aus einer Dosiervorrichtung mit Chipzuführung und einer mit dieser koppelbaren Dosierkapillare, die mit einem Fluid befüllbar sind und wobei die Chip- 15 Zuführung und die Dosier kapillare vertikal übereinander an-geordnet sind und wobei der Chipzuführung eine Einrichtung zum Erzeugen einer Druckwelle im Fluid in Richtung zur Dosieröffnung der Dosierkapillare zum Ausstößen von in einem Tropfen des Fluids befindlichen Chips zugeordnet ist. 20

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung zumindest mit der Dosierkapillare mit vorgegebenen Zwischenraum über einem Substrat oder Target positionierbar ist. 25

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dosierkapillare über einem Substrat oder Target in x-/y-Richtung positionierbar angeordnet ist und mit der Dosiervorrichtung koppelbar ist. 30

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Dosierkapillare (11) abhängig von den Außenabmessungen der Chips zwischen einigen Mikrometern und 1,5 Millimetern liegt, 35 ·· ·· 9· • · 9 9 9 · • · 9 9 « * • · 9 9 9 • 9 9 · · 99 9999 ·· 18 t

17, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer Druckwelle eine das Fluid kontaktierende Membran ist, deren von dem Fluid abgewandte Seite mit einem Piezoaktor gekop- 5 pelt ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer Druckwelle im Fluid eine einerseits mit dem Fluid kontak- 10 tierte Membran ist, die andererseits über ein weiteres Fluid an eine externe Druckquelle angeschlossen ist,

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Auslöser von Druckwellen zwischen der externen 15 Druckquelle und der Membran ein schnelles Dosierventil angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierkapillare ein Druckerzeuger 20 zugeordnet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckerzeuger ein die Dosierkapillare umgebender Piezoaktor ist. 25

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Austrittsöffnung der Dosierkapillare und dem Substrat bzw. Target beidseits der Flugbahn der die Dosierkapillare verlassenden Tropfen ein 30 erstes Elektrodenpaar zum Übertragen einer elektrischen Ladung auf den vorbei fliegenden Tropfen gefolgt von einem Detektor zur Erkennung mit Chips beladener Tropfen angeordnet ist und dass sich unterhalb des Detektors eine weiteres Elektrodenanordnung zur elektrischen Beeinflussung der Flug-35 bahn der Tropfen befindet. 19

23. Vorrichtung zum Transport von Chips auf eine Zielposition, bestehend aus einer Dosiervorrichtung mit dieser verbundene Dosierkapillare mit einer unteren Austrittsöffnung in 5 vertikaler Anordnung, wobei die Dosiervorrichtung und die Dosierkapillare mit einem Pluid befüllt sind und wobei unterhalb der Dosierkapillare ein an einen Fluidkreislauf angeschlossener und horizontal angeordneter Fluidkanal zur Chipzuführung angeordnet ist, der fluchtend zur unteren Aus-10 trittsöffnung der Dosierkapillare mit Öffnungen versehen ist, zum Ausstößen von an der zeichnungsgemäß unteren Öffnung befindlichen Chips mittels einer Druckwelle im Fluid in Richtung zu einem Substrat bzw, Target.

24, Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung aus einer externen Druckquelle besteht, die über ein schnelles Dosierventil mit der Dosierkapillare verbunden ist.

25. Jan. 2008 PATENTANWÄLTE PUCHBERGER, BERGER & PARTNER A-1010 Wien Reichsratsstrasse 13 Telefon 512 23 02 Telefax 513 37 09 20