DE102006016275B4 - Verfahren zum Platzieren von elektrisch kontaktierbaren Bauelementen auf einem Schaltungsträger - Google Patents

Verfahren zum Platzieren von elektrisch kontaktierbaren Bauelementen auf einem Schaltungsträger Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Platzieren von elektrisch kontaktierbaren Bauelementen (11) auf einem Trägerbauteil (13). Hier werden diese erfindungsgemäß vorläufig durch einen Prozess der Selbstorganisation in einer vorgegebenen Anordnung platziert, so dass evtl. nach Aufbringen von Lotpartikeln (17) auf Kontaktflächen (18a) die Bauelemente mittels des Trägerbauteils (13) auf einen nicht dargestellten Schaltungsträger abgesetzt werden können. Mit diesem findet ein Verlöten statt, so dass eine Vielzahl von schwer individuell zu handhabenden Bauelementen vorteilhaft in einem Fertigungsschritt auf dem Schaltungsträger montiert werden können. Daher eignet sich das Verfahren zum Platzieren vorrangig für sehr kleine Bauelemente.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Platzieren von elektrisch kontaktierbaren Bauelementen mit einer Montageseite auf einem Schaltungsträger, wobei die gewünschte Anordnung der Bauelemente oder die von Lotpartikeln durch einen Prozess der Selbstorganisation erzeugt wird.
  • Die Nutzung von Prozessen zur Selbstorganisation (auch self-assembly genannt) wird bereits für das Platzieren von elektrisch kontaktierbaren Bauelementen auf Schaltungsträgern verwendet. Gemäß A. O'Riordan: „Field-configured self-assembly: manufacturing at the mesoscale”, Materials Science and Engineering C 23 (2003), Seiten 3–6 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, mit dem lichtemittierende Dioden in einer großen Menge auf einem Schaltungsträger platziert werden können. Hierdurch lassen sich mit geringem Fertigungsaufwand beispielsweise großflächige Displays herstellen. Der Prozess der Selbstorganisation wird durch geeignete elektrische Felder unterstützt, die die zu montierenden Leuchtdioden auf die vorbereiteten Montageplätze leiten, da hierdurch ein energetisch günstiger Zustand erreicht wird.
  • Weiterhin beschreiben H. O. Jacobs und andere in „Fabrication of a Cylindrical Display by Patterned Assembly”, Science, Vol 296, 12. April 2002, Seiten 323 bis 325 ein Verfahren, bei dem zu montierende Bauelemente (Leuchtdioden) in Wasser suspendiert werden und diese sich auf einem Substrat mit geeignet vorbereiteter Oberfläche ablegen. Hierbei werden Goldkontaktflächen der Bauelemente genutzt, die sich auf dem Array geeigneter Oberflächenbereiche des Substrates anlagern. Nach der selbst organisierten Bestückung kann auf die bestückten Bauelemente beispielsweise eine Folie zur weiteren Kontaktierung der Bauelemente auf die Rückseiten der Bauelemente aufgebracht werden.
  • Gemäß Yeh und Smith, „Fluidic Self-Assembly of Microstructures and its Application to the Integration of GaAs an Si”, IEEE (1994), Seiten 279 bis 284 ist es weiterhin bekannt, einen selbst organisierten Bestückungsprozess von Leuchtdioden dadurch zu erreichen, dass spezielle Leuchtdioden mit einem trapezförmigen Querschnitt hergestellt werden, welche sich in geeigneten Vertiefungen eines Substrates ablegen lassen. Die Selbstorganisation wird damit mittels eines Formschlusses (Schlüssel-Schloss-Prinzip) erreicht. Anschließend muss noch eine elektrische Kontaktierung der platzierten Leuchtdioden erfolgen.
  • Xiong und andere beschreiben in „Controlled Multibatch Self-Assembly of Microdevices”, IEEE (2003), Seiten 117 bis 127 ein Verfahren, mit dem ein selbst organisiertes Platzieren mit Hilfe geeignet vorbereiteter Flächen jeweils mit hydrophilen bzw. hydrophoben Eigenschaften erreicht werden kann. Die Bauelemente werden zur Durchführung dieses Prozesses in Wasser gegeben, wobei in aufeinander folgenden Platzierungsschritten verschiedenartige Bauelemente auf die jeweils zu diesem Zweck modifizierten Oberflächenbereiche des Substrates aufgebracht werden können. Weiterhin ist eine elektrische Kontaktierung der einmal platzierten Bauelemente auf elektrochemischem Wege möglich. Dabei wächst das elektrische Verbindungsmaterial auf hierzu vorgesehenen Flächen der Bauelemente und des Substrates elektrochemisch auf, bis die Distanz zwischen den Bauelementen und dem Substrat durch den aufwachsenden Kontaktwerkstoff verbunden ist.
  • Alle der genannten Verfahren erfordern eine geeignete Vorbereitung des Substrates, um den Prozess der Selbstorganisation beim Platzieren der Bauelemente zu erzwingen. Allerdings müssen beim Vorbereiten der Schaltungsträger für den Prozess der Selbstorganisation auch die Gegebenheiten berücksichtigt werden, die sich beispielsweise durch die Geometrie oder andere Funktionsbereiche des Schaltungsträgers ergeben.
  • Die Veröffentlichung von FANG, Jiandong und BÖHRINGER, Karl F. mit dem Titel ”High Yield Batch Packaging of Micro Devices with uniquely orienting Self-Assembly”, 18th IEEE International Conference an Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 30. Jan.–3. Feb. 2005, Seite 12–15 offenbart ein Verfahren zum Platzieren von sog. Flip-Chips. Dazu werden die Flip-Chips zunächst auf einer Trägerplatte ausgerichtet. Dabei werden Kapillarkräfte ausgenutzt, die zu einer Selbstausrichtung der Flip-Chips auf der Trägerplatte führen. Von der Trägerplatte werden die Flip-Chips dann auf einen Schaltungsträger transferiert, indem die Trägerplatte an den Schaltungsträger angelegt wird.
  • Die Druckschrift DE 10 2004 058201 A1 offenbart ein Verfahren zum Übertragen von Bauelementen auf eine Oberfläche. Dabei wird zunächst eine Fotoleiterschicht eines Trägers elektrostatisch mit einer Ladungsstruktur aufgeladen, welche eine Geometrie aufweist, mit der einzelne Bauelemente auf die Oberfläche übertragen werden sollen. Nur bestimmte Bauelemente entsprechen der Ladungsstruktur und bleiben demzufolge an dem Träger haften. Durch ein in Kontaktbringen des Trägers mit der Oberfläche werden die Bauelemente auf die Oberfläche übertragen.
  • Die Druckschrift US 6,089,853 A offenbart ein Strukturieren von Substraten mit Kavitäten. Mit den 5A–5C dieser Druckschrift wird eine biotechnologische Anwendung beschrieben, bei der sog. Chemisch Definierte Körper (CDK) 56, 57, 58 verwendet werden, die sich spezifisch an bestimmte Schichten 26, 27 und 28 anlagern, welche sich auf einem Substrat 2 befinden. Dadurch kann das Vorhandensein von best. CDK in einer Lösung z. B. unter Verwendung von Fluoreszenz nachgewiesen werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effektives Verfahren zum Platzieren und zum Befestigen von elektrisch kontaktierbaren Bauelementen auf einem Schaltungsträger anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß werden die Bauelemente mit ihrer der Montageseite abgekehrten Rückseite auf einem Trägerbauteil fixiert, wobei hierfür die Rückseiten der Bauelemente und die Oberfläche des Trägerbauteils zuvor mit die Selbstorganisation der Bauelemente auslösenden Oberflächenbereichen versehen wurden, das Trägerbauteil mit den Montageseiten der Bauelemente gegenüber dem Schaltungsträger ausgerichtet und auf diesen aufgesetzt wird und die Bauelemente auf dem Schaltungsträger befestigt werden. Die Erfindung beruht damit auf der Idee, für den Montageprozess zusätzlich ein Trägerbauteil zur Verfügung zu stellen, auf dem der Prozess der Selbstorganisation der Bauelemente erfolgt. Die Bauelemente werden bewusst mit ihren Rückseiten an dem Trägerbauteil befestigt, wobei die Haltekräfte aufgrund des Selbstorganisationsprozesses ausreichen müssen, damit das Trägerbauteil problemlos bei dem weiteren Montageprozess gehandhabt werden kann. Dieses wird nämlich nach Abschluss der Selbstorganisation der Bauelemente auf den Schaltungsträger aufgesetzt, so dass die Bauelemente mit ihren Montageseiten auf dem Schaltungsträger zu liegen kommen (Schaltungsträger und Trägerbauteil müssen nicht eben ausgebildet sein, sondern lediglich aufeinander angepasste Geometrien aufweisen). Anschließend wird eine Befestigung der Bauelemente auf dem Schaltungsträger bewerkstelligt, wobei dies einerseits durch eine vorläufige Fixierung beispielsweise mit einem Unterfüllmaterial zwischen den Bauelementen und dem Schaltungsträger erfolgen kann oder durch eine elektrische Verbindung der Bauelemente auf dem Schaltungsträger, beispielsweise mit Lotwerkstoff oder Leitkleber.
  • Der wesentliche Vorteil bei diesem Vorgehen liegt darin, dass die Oberfläche des Schaltungsträgers nicht für einen Prozess der Selbstorganisation modifiziert werden muss. Daher entsteht vorteilhaft eine uneingeschränkte Gestaltungsfreiheit für die Oberfläche des Schaltungsträgers, weil die durch die Gestaltung des Schaltungsträgers vorgegebenen Gegebenheiten für den Prozess der Selbstorganisation nicht berücksichtigt werden müssen. Andererseits kann das verwendete Trägerbauteil, was lediglich zur zwischenzeitigen Montage der Bauelemente unter Ausnutzung des Prozesses der Selbstorganisation genutzt wird, optimal auf diese Aufgabe vorbereitet werden, da außer der Anordnung der Bauelemente keine weiteren konstruktiven Vorgaben bei der Gestaltung beachtet werden müssen.
  • Erfindungsgemäß werden ferner zum Löten Lotpartikel aus einem Lotwerkstoff durch einen weiteren Prozess der Selbstorganisation auf die Kontaktflächen der Bauelemente aufgetragen, bevor das Trägerbauteil auf den Schaltungsträger aufgesetzt wird. Der weitere Prozess der Selbstorganisation kann in einem gesonderten Verfahrensschritt durchgeführt werden, so dass die auf dem Trägerbauteil befindlichen Bauelemente zuverlässig mit einer genau definierten Menge an Lotwerkstoff versehen werden.
  • Ferner werden erfindungsgemäß die Prozesse der Selbstorganisation für die Bauelemente und die Lotpartikel in einem Arbeitsgang durchgeführt. Hierdurch lässt sich die Effizienz des Verfahrens vorteilhaft steigern, wodurch auch eine höhere Wirtschaftlichkeit erreicht wird. Bei der Zusammenfassung der Prozesse der Selbstorganisation ist es notwendig, dass für jeden Prozess ein eigener Mechanismus der Selbstorganisation genutzt wird, so dass eine Selektivität gewährleistet wird. Auf diese Weise organisieren sich die Lotpartikel auf den Kontaktflächen der Bauelemente unabhängig von der Organisation der Bauelemente auf dem Schaltungsträger, so dass z. B. ausgeschlossen werden kann, dass sich anstelle der Bauelemente Lotpartikel auf dem Trägerbauteil ablegen. Sollten in dem Prozess der Selbstorganisation für die Bauelemente mehrere Sorten von Bauelementen gleichzeitig auf dem Schaltungsträger platziert werden, so muss auch zwischen den verschiedenartigen Bauelementen ein Unterschied in dem Mechanismus des Prozesses der Selbstorganisation vorliegen, zwischen denen eine Kompatibilität ausgeschlossen ist. Nur so kann gewährleistet werden, dass die entsprechenden Plätze auf dem Trägerbauteil nur von den Bauelementen belegt werden, für die sie vorgesehen sind.
  • Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Lotpartikel aus einem Lotwerkstoff durch einen weiteren Prozess der Selbstorganisation auf für die Bauelemente vorgesehene Kontaktflächen des Schaltungsträgers aufgetragen werden, bevor das Trägerbauteil auf den Schaltungsträger aufgesetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Prozess der Selbstorganisation für den Lotwerkstoff in jedem Fall getrennt von dem Trägerbauteil erfolgt und so der Prozess für das Platzieren der Bauelemente auf dem Trägerbauteil hinsichtlich verschiedenartiger Bauteile komplexer gestaltet werden kann. Andererseits ist die Applikation von Partikeln aus einem Lotwerkstoff ein verhältnismäßig einfacher Prozess der Selbstorganisation, da diese eine unbestimmte Geometrie aufweisen und daher nicht in einer bestimmten Ausrichtung auf dem Schaltungsträger vorliegen müssen. Dabei muss zwar der Schaltungsträger (ähnlich wie gemäß dem Stand der Technik) für den Selbstorganisationsprozess zur Applikation des Lotwerkstoffs vorbereitet werden, dieser Prozess der Selbstorganisation ist aber wesentlich einfacher durchzuführen, wodurch eine Einschränkung durch die Gegebenheiten des Schaltungsträgers weniger wirksam ist als bei der selbst organisierten Platzierung von Bauelementen, die evtl. sogar verschieden voneinander sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerbauteil nach dem Befestigen der Bauelemente auf dem Schaltungsträger von den Bauelementen abgelöst wird. Dies hat den Vorteil, dass das Trägerbauteil anschließend einem weiteren Selbstorganisationsprozess zur Verfügung gestellt werden kann, wodurch die Effizienz des Verfahrens gesteigert wird. Das Trägerbauteil wird vorzugsweise derart auf den Prozess der Selbstorganisation vorbereitet, dass das Anlagern und Ablösen der vorläufig platzierten Bauelemente durch einen reversiblen Prozess erfolgt (hierzu im Folgenden mehr). Hierdurch entsteht ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines Trägerbauteils, da eine Vorbereitung des Trägerbauteils für die vorläufig zu platzierenden Bauelemente nur einmal durchgeführt werden muss und dann wiederholte Montageprozesse auf mehreren Schaltungsträgern einer Serie erfolgen können. Gemäß dem Stand der Technik muss jeder Schaltungsträger für den Prozess der Selbstmontage vorbereitet werden.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Befestigen der Bauelemente auf dem Schaltungsträger durch Löten erfolgt.
  • Lötverbindungen erzeugen vorteilhaft sehr zuverlässige und belastbare Verbindungen zwischen den Bauelementen und dem Schaltungsträger, so dass ein eventuelles Entfernen des Trägerbauteils nach der Befestigung durch Löten unproblematisch ist. Außerdem wird der Montageprozess der Bauelemente auf dem Schaltungsträger durch den Lötvorgang abgeschlossen, so dass das Trägerbauteil bei diesem Prozessschritt die Lage der Bauelemente auf dem Schaltungsträger noch stabilisiert.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn mit dem weiteren Prozess der Selbstorganisation eine Monolage von Lotpartikeln auf die Kontaktflächen aufgebracht wird. Hierdurch lässt sich vorteilhaft die Menge an aufgebrachtem Lot besonders fein dosieren, weil über die Fläche der Kontaktflächen die Lotmenge genau definiert ist. Außerdem lässt sich ein Prozess der Selbstorganisation, bei dem sich lediglich eine Lage von Lotpartikeln abscheiden lässt, d. h. die Lotpartikel sich nicht aneinander anlagern können, besonders einfach durchführen. Wenn die Lotpartikel eine im Wesentlichen gleichmäßige Größe aufweisen, ist die Geometrie der erzeugten Lotdepots vorteilhaft besonders genau vorgegeben. Auch die zu applizierende Lotmenge pro Kontaktfläche ist dann besonders genau vorgegeben.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird in diesem Dokument auch ein Montagesystem für die Herstellung von mit Bauelementen bestückten Schaltungsträgern beschrieben. Soll dieses Montagesystem eine Bestückung der Bauelemente auf dem Schaltungsträger mit einem Prozess der Selbstorganisation erlauben, müssen in diesem Montagesystem die Bauelemente einerseits und das Substrat, auf das die Bauelemente aufgebracht werden sollen, andererseits für den Prozess der Selbstorganisation vorbereitet sein. Gemäß dem oben genannten Stand der Technik erfolgt dies durch eine geeignete Vorbereitung von Oberflächenbereichen an den Bauelementen sowie dem zugehörigen Substrat, wodurch das Montagesystem entsteht.
  • Das zum Zwecke eines besseren Verständnisses der Erfindung beschriebene Montagesystem besteht u. a. aus einem auf die zu bestückenden Schaltungsträger angepassten Trägerbauteil für die zu bestückenden Bauelemente und den zu bestückenden Bauelementen, wobei die von der Montageseite abgekehrten Rückseiten der Bauelemente und die Oberfläche des Trägerbauteils mit Oberflächenbereichen versehen sind, die eine selbst organisierte Anordnung der Bauelemente auf dem Trägerbauteil unter Berücksichtigung der erforderlichen Bestückung des Schaltungsträgers erlauben.
  • Mit dem Montagesystem werden die bereits zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile erreicht. Insbesondere ist es nämlich möglich, bei der Herstellung des Montagesystems die zu bestückenden Schaltungsträger nur insoweit zu berücksichtigen, dass auf dem Trägerbauteil die Bauelemente in genau der Ordnung angeordnet sein müssen, welche für die Bestückung des Schaltungsträgers erforderlich ist (Schaltungsträger muss nicht eben sein). Hinsichtlich der Oberflächen, die die Selbstorganisation der Bauelemente auf dem Trägerbauteil ermöglichen, muss auf den zu bestückenden Schaltungsträger nicht Rücksicht genommen werden. Es muss lediglich ein komplikationsloses Zusammenwirken zwischen dem Trägerbauteil und den Bauelementen gewährleistet sein. Das Montagesystem, bestehend aus Trägerbauteil und Bauelementen (vorbereitet für die Durchführung des Prozesses der Selbstorganisation) kann als solches verkauft werden, wobei die Schaltungsträger, die mit diesem Montagesystem bestückt werden sollen, aus einer beliebigen Quelle stammen können. Dabei kann das Trägerbauteil vorteilhaft auch für mehrere Bestückungen von Schaltungsträgern dienen, wenn der Prozess der Selbstorganisation der Bauelemente auf dem Trägerbauteil reversibel ausgestaltet ist.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche und sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den Figuren mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
  • 1 bis 4 ausgewählte Verfahrensschritte von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens
  • In 1 ist der erste Verfahrensschritt zum Platzieren von elektrisch kontaktierbaren Bauelementen 11 auf einem in 1 noch nicht dargestellten Schaltungsträger 12 (siehe 4) dargestellt. Zum Durchführen eines Prozesses der Selbstorganisation, um die gewünschte Anordnung der Bauelemente 11 zu erzeugen, wird ein Trägerbauteil 13 verwendet, wobei auf den Bauelementen 11 sowie auf dem Trägerbauteil 13 komplementäre Oberflächenbereiche angebracht wurden, die den Prozess der Selbstorganisation auslösen. Um den Prozess der Selbstorganisation, d. h. das Erzeugen einer gewünschten Anordnung von Bauelementen 11 auf der Oberfläche 15 des Trägerbauteils 13 zu erreichen, werden die Bauelemente 11 und das Trägerbauteil 13 in einen Behälter 16 eingelegt, der beispielsweise mit Wasser gefüllt ist (wobei die durch die Oberflächenbereiche 14a, 14b erzwungenen Prozesse der Selbstorganisation in Wasser wirksam werden).
  • Der Prozess der Selbstorganisation führt dazu, dass die gewünschte Anordnung der Bauelemente 11 auf dem Schaltungsträger 12 erzeugt wird, ohne dass die Bauelemente 11 hierzu einzeln gehandhabt werden müssten. Der Prozess der Selbstorganisation kann allerdings durch ein Bewegen des Behälters unterstützt werden, wobei der Transport der Bauelemente 11 zur Oberfläche 15 erleichtert wird.
  • Gleichzeitig können Lotpartikel 17 auf Kontaktflächen 18a durch einen weiteren Prozess der Selbstorganisation aufgebracht werden. Soll dieser Prozess der Selbstorganisation gleichzeitig zu dem erstgenannten erfolgen, so dürfen die beiden Prozesse nicht kompatibel zueinander sein, damit die Lotpartikel 17 entsprechend der durch die Doppelpfeile 19 angedeuteten Weise von den Oberflächenbereichen 14b des Trägerbauteils 13 abgestoßen werden. Ebenso dürfen sich die Lotpartikel 17 nicht an die Oberflächenbereiche 14a an den Bauelementen anlagern, die für die Oberflächenbereiche 14b auf den Trägerbauteil gedacht sind. Dafür ziehen sich jedoch die Oberflächen der Kontaktflächen 18a und der Lotpartikel 17 an, so dass die kugelförmigen Lotpartikel am vorgesehenen Einsatzort platziert werden.
  • Gemäß 2 ist dargestellt, dass im Unterschied zu 1 die Lotpartikel 17 auch in einem gesonderten Schritt auf den Schaltungsträger 12 aufgebracht werden können. Dieser Schritt findet ebenfalls in einem Behälter 16 statt, der mit Wasser gefüllt ist. Die Lotpartikel 17 lagern sich entsprechend des bereits erläuterten Mechanismusses an den Kontaktflächen 18b des Schaltungsträgers an. Dementsprechend wird die Anlagerung von Lotpartikeln 17 gemäß 1 überflüssig.
  • Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die Lotpartikel in einem gesonderten Schritt auf die bereits auf dem Trägerbauteil 13 fixierten Bauelemente 11 aufzubringen. Diese Variante des Verfahrens kann in einer Anordnung gemäß 1 durchgeführt werden und unterscheidet sich lediglich dadurch, dass in einem ersten Schritt die Bauelemente 11 in den Behälter 11 gegeben werden und die Lotpartikel erst hinzugegeben werden, wenn alle Bauelemente auf dem Trägerbauteil platziert sind. Die Applikation der Lotpartikel 17 kann natürlich auch in einem gesonderten Behälter erfolgen.
  • Die Lotpartikel 17 weisen eine Größe auf, dass sie als Lotdepot für Kontaktbumps, insbesondere für die Flip-Chip-Montage ausreichen. Dies bedeutet, dass sich auf jeder Kontaktfläche 18a oder 18b jeweils genau ein Lotpartikel absetzt. In 2 ist jedoch auch eine Alternative mit Lotpartikeln 17a dargestellt, wobei die Lotpartikel einen wesentlich geringeren Durchmesser als die Lotpartikel 17 aufweisen. Daher können diese sich auf den Kontaktflächen 18b in Form einer Monolage anlagern, wobei vorteilhaft Lotdepots mit einem wesentlich geringeren Volumen erzeugbar werden. Auf die Darstellung der alternativ verwendeten Lotpartikel 17a wird in den 1, 3 und 4 verzichtet, wobei das Verfahren mit auf diese Weise erzeugten Lotdepots ansonsten analog durchzuführen ist. Die Lotpartikel 17a können anstelle einer Kugelform auch beispielsweise zylindrische oder unregelmäßige Formen aufweisen, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Lotpartikel insgesamt im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, da so Monolagen mit konstanter Dicke entstehen.
  • Auf den gemäß der 1 und 2 stattfindenden Prozess der Selbstorganisation soll im Folgenden genauer eingegangen werden. Als Selbstorganisation ist ein thermodynamischer Prozess zu verstehen, bei dem eine Ordnung scheinbar von selbst entsteht. In Wirklichkeit beruht das Wesen der hier genutzten Selbstorganisation auf der spontanen Herausbildung geordneter Strukturen an Grenzflächen (im Ausführungsbeispiel fest-flüssig, denkbar ist jedoch auch fest-gasförmig oder flüssig-gasförmig). Dabei wird ein energetisches Minimum erreicht, wenn die gewünschte Form der Selbstorganisation erreicht wird. Mit anderen Worten: Die individuellen, sich selbst organisierenden Komponenten ordnen sich aufgrund von Abstoßungs- und Anziehungskräften in der gewünschten Weise an, wobei die genannten Kräfte sich aus Form, Oberflächeneigenschaften, Ladung, Polarität, magnetischem Moment oder der Masse oder auch anderer beliebiger codierter Informationen ergeben können.
  • Allgemein kann man die zum Einsatz kommenden Wirkprinzipien in physikalische, chemische und biochemische unterteilen, wobei in der genannten Reihenfolge die erreichbare Selektivität möglicher Anordnungen aufgrund der Adressierung der Grenzflächen steigt. Als physikalische Wirkprinzipien kommen beispielsweise Oberflächenspannung (Nutzung der Kapillarkräfte) sowie mechanische, elektrostatische und magnetische Kräfte infrage. Chemische Wirkprinzipien können auf nicht kovalenten, teilkovalenten oder kovalenten Wechselwirkungen, Komplexbildungen bis hin zur chemischen Bindung oder einem Zonenaustausch bis hin zur Schiff-schen Base beruhen. Als biochemische Wirkprinzipien kommen beispielsweise die Antigen-Antikörperbindungen, Bindungen zwischen Oligonukleotiden oder Enzym-Substrat-Bindungen infrage. Zur Nutzung der genannten Effekte müssen die Oberflächenbereiche, die zur Durchführung des Prozesses der Selbstorganisation vorgesehen werden, geeignete Oberflächeneigenschaften aufweisen. Dies kann einmal durch Wahl des Werkstoffes der Oberfläche erfolgen, ist jedoch auch zu erreichen, indem die Oberflächenbereiche in einer geeigneten Weise mit einer funktionellen Beschichtung versehen werden.
  • Um verschiedenartige Bauteile platzieren zu können, wird unter den mannigfachen Wirkprinzipien eine Kombination ausgewählt, die die jeweilige Selektivität bestimmter Oberflächenbereiche zu bestimmten zu platzierenden Bauelementen sicherstellt, d. h. eine Kompatibilität zwischen anderen Oberflächenbereichen darf nicht gegeben sein, um eine Eindeutigkeit der Platzierung der Bauelemente sicherzustellen. Weiterhin müssen die einzelnen Bauelemente auch mit Oberflächenbereichen unterschiedlicher Funktionsprinzipien versehen werden, wenn beispielsweise ihre Polarität bei der elektrischen Kontaktierung Beachtung finden muss. Nur so kann verhindert werden, dass sich die Bauelemente in einer falschen Orientierung auf dem Trägerbauteil platzieren.
  • Ein besonderes Beispiel für einen selbst organisierenden Prozess, der zur Platzierung der Lotpartikel auf den Kontaktflächen geeignet ist, soll im Folgenden angegeben werden. Die Kontaktflächen sind aus Gold, Silber oder Kupfer hergestellt. Für Oberflächen aus diesen Metallen gilt, dass auf ihnen die Thiol-Gruppen unterschiedlicher Moleküle chemisch angelagert werden können. Dabei wird ein Wasserstoffatom aus der Thiol-Gruppe abgespalten und eine Metall-Thiolatverbindung gebildet. Als mögliche Thiole kommen beispielsweise die Alkanthiole infrage, die eine Alkan-Kette aufweisen, an deren Ende sich die Thiol-Gruppe befindet. Durch benachbartes Anlagern der Thiol-Gruppen an der Oberfläche der Kontaktflächen bilden sich daher parallel ausgerichtete Alkan-Ketten, die von der Oberfläche der Kontaktflächen abstehen. Wenn man andererseits die Lotpartikel beispielsweise mit einer Wachsschicht versieht, so wird eine Bindung zwischen den Alkanketten, die nun die Oberflächeneigenschaften der Kontaktfläche bestimmen und der Oberfläche der Lotpartikel aufgrund der jeweils lipophilen Eigenschaften dieser Substanzen stark gefördert, weswegen eine selbst organisierte Anlagerung der Lotpartikel auf den Kontaktflächen erfolgt. Alternativ können die Alkanothiole natürlich auch mit ihrem langkettigen Alkanteil in einem ersten Prozessschritt an die Wachsoberfläche der Lotpartikel angelagert werden, so dass diese bei Einbringen in den Behälter 16 an die Kontaktflächen 18a anlagern, welche in diesem Fall nicht weiter vorbereitet werden müssen.
  • Die Alkanthiole können jedoch auch auf geeignete Metalloberflächen auf der Rückseite 20 der Bauelemente 11 angebracht werden und schaffen auf diese Weise eine Kopplungsmöglichkeit für weitere Oligonukleotide. Unter diesen können jeweils komplementäre Paare ausgewählt werden, wobei der eine Partner auf den Kontaktflächen 14b des Trägerbauteils und der andere Partner auf den Kontaktflächen 14a auf den Rückseiten 20 der Bauelemente 11 aufgebracht werden kann. Hierdurch wird das selbst organisierte Platzieren der Bauelemente 11 auf dem Trägerbauteil 13 sichergestellt. Um eine eindeutige Ausrichtung der Bauteile 11 zu erreichen, können auch mehrere komplementäre Paare von Oligonukleotiden ausgewählt werden, die die selbst organisierte Platzierung der Bauelemente nur in einer Ausrichtung erlauben.
  • In 3 ist dargestellt, wie das Trägerbauteil 13 mit den vorläufig angelagerten Bauelementen 11 und ihrer Montageseite 21 voran auf den Schaltungsträger 12 aufgesetzt werden. Je nach Verfahrensweise gemäß der 1 und 2 sind die Lotpartikel 17 dabei an den Kontaktflächen 18a oder 18b befestigt. Auf den jeweiligen anderen Kontaktflächen ergibt sich ein Kontakt lediglich durch Aufliegen der Bauelemente 11 auf dem Schaltungsträger 12. Das Trägerbauteil 13 kann zunächst zur Stabilisierung der Bauelemente und zur Erhöhung der Anpresskraft aufgrund des Eigengewichtes auf den Bauelementen 11 verbleiben.
  • Gemäß 4 ist ein Lötprozess durchgeführt worden, der aus den Lotpartikeln 17 Lötverbindungen 22 gemacht hat, die einen Stoffschluss mit den Kontaktflächen 18a und 18b erzeugen. Nach dem erfolgten Verlöten der Bauelemente 11 mit dem Schaltungsträger 12 kann die Trägerplatte 13 entfernt werden. Eventuell hat die aufgrund des Lötvorgangs erzeugte Wärme auch zu einer Lösung der vorläufigen Verbindung zwischen dem Trägerbauteil 13 und den Bauelementen 11 geführt. In jedem Fall ist die Bindung zwischen dem Trägerbauteil 13 und den Bauelementen 11 von geringerer Festigkeit als die Lötverbindungen 22, so dass diese bei einem Ablösen der Trägerplatte 13 nachgeben und die Bauelemente 11 daher auf dem Schaltungsträger 12 verbleiben.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Plazieren von elektrisch kontaktierbaren Bauelementen (11) mit ihrer Montageseite (21) auf einem Schaltungsträger (12), wobei die gewünschte Anordnung der Bauelemente durch einen Prozess der Selbstorganisation erzeugt wird, indem – die Bauelemente (11) zunächst mit ihrer der Montageseite (21) abgekehrten Rückseite (20) auf einem Trägerbauteil (13) fixiert werden, wobei hierfür die Rückseiten (20) der Bauelemente (11) und die Oberfläche des Trägerbauteils (13) zuvor mit die Selbstorganisation der Bauelemente (11) auslösenden Oberflächenbereichen versehen wurden, – das Trägerbauteil (13) mit den Montageseiten (21) der Bauelemente (11) gegenüber dem Schaltungsträger (12) ausgerichtet und auf diesen aufgesetzt wird und – die Bauelemente (11) auf dem Schaltungsträger (12) befestigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Lotpartikel (17, 17a) aus einem Lotwerkstoff durch einen weiteren Prozess der Selbstorganisation (a) auf die Kontaktflächen (18a) der Bauelemente (11) oder (b) auf für die Bauelemente (11) vorgesehenen Kontaktflächen (18b) des Schaltungsträgers (12) aufgetragen werden, bevor das Trägerbauteil (13) auf den Schaltungsträger (12) aufgesetzt wird, wobei der Prozess der Selbstorganisation für die Bauelemente (11) und der weitere Prozess der Selbstorganisation für die Lotpartikel (17, 17a) in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil (13) nach dem Befestigen der Bauelemente (11) auf dem Schaltungsträger (12) von den Bauelementen (11) abgelöst wird.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen der Bauelemente (11) auf dem Schaltungsträger (12) durch Löten erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem weiteren Prozess der Selbstorganisation eine Monolage von Lotpartikeln (17, 17a) auf die Kontaktflächen (18b) aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotpartikel (17, 17a) eine im Wesentlichen gleichmäßige Größe aufweisen.
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