DE102011108981B4 - Structural device with a component, device for application of the device, method for producing the structural device and method for application of the device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Struktureinrichtung (1), welche zur Handhabung eines aus zumindest einem Bauteil (5, 6, 7) und einer Folie (4) bestehenden Bauelements (3) dient, wobei ein Trägersubstrat (11) bereitgestellt wird und in beliebiger Reihenfolge zumindest eine Lage (8, 9) der Folie (4) und mindestens ein Bauteil (5, 6, 7) auf das Trägersubstrat (11) aufgebracht werden und anschließend das Trägersubstrat (11) strukturiert wird, wobei das Trägersubstrat (11) in einem Nutzbereich (12) abschnittsweise bis zur Folie (4) vollständig entfernt und so eine Ausnehmung (10) in dem Trägersubstrat (11) gebildet wird und in einer den Nutzbereich (12) begrenzenden Stützzone (13) einen Tragkörper (2) bildend erhalten bleibt, wobei die Struktureinrichtung (1) von einer Vorrichtung (14) gehalten, zu einer Applikationsstelle (16) geführt und montiert wird.Method for producing a structural device (1), which serves for handling a component (3) consisting of at least one component (5, 6, 7) and a foil (4), wherein a carrier substrate (11) is provided and in any order at least a layer (8, 9) of the film (4) and at least one component (5, 6, 7) are applied to the carrier substrate (11) and then the carrier substrate (11) is patterned, the carrier substrate (11) being in a useful region (12) in sections to the film (4) completely removed and so a recess (10) in the carrier substrate (11) is formed and in a the useful area (12) delimiting support zone (13) a supporting body (2) is formed, wherein the structural device (1) is held by a device (14), guided to an application site (16) and mounted.
Description
Die Erfindung betrifft eine Struktureinrichtung umfassend einen Tragkörper, an dem ein Bauelement bestehend aus einer Folie und zumindest einem Bauteil angeordnet ist, wobei der Tragkörper aus einem Trägersubstrat mit einer Ausnehmung gebildet ist. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Applikation des Bauelements, umfassend eine Aufnahme für mehrere einzelne oder in Reihe miteinander verbundene Struktureinrichtungen, eine Vorschubeinrichtung zur Förderung der Struktureinrichtungen und ein Werkzeug zur Trennung des Bauelements von dem Tragkörper und/oder zur Anordnung des Bauelements an einer Applikationsstelle. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Struktureinrichtung aus einem zumindest aus einem Bauteil und einer Folie bestehenden Bauelement, bei dem ein Trägersubstrat bereitgestellt wird und in beliebiger Reihenfolge zumindest eine Lage der Folie und mindestens ein Bauteil auf das Trägersubstrat aufgebracht werden, wobei anschließend das Trägersubstrat strukturiert und in einem Nutzbereich abschnittsweise bis zur Folie vollständig entfernt wird und in einer den Nutzbereich begrenzenden Stützzone einen Tragkörper bildend erhalten bleibt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Applikation des Bauelements, wobei das Bauelement von dem Tragkörper gelöst und an der Applikationsstelle angeordnet wird.The invention relates to a structural device comprising a support body on which a component consisting of a film and at least one component is arranged, wherein the support body is formed from a carrier substrate with a recess. The invention also relates to a device for application of the component, comprising a receptacle for a plurality of individual or in series interconnected structural means, a feed device for conveying the structural means and a tool for separating the component from the support body and / or for the arrangement of the device at an application site , Furthermore, the invention relates to a method for producing the structural device from a component consisting of at least one component and a film, in which a carrier substrate is provided and in any order at least one layer of the film and at least one component are applied to the carrier substrate, wherein the Structured carrier substrate and in a Nutzbereich sections to the film is completely removed and remains in a utility area limiting support zone forming a support body. The invention further relates to a method for the application of the component, wherein the component is detached from the support body and arranged at the application site.
Elektronische Systeme werden mit fortschreitender Entwicklung immer kleiner. Einzelne Bauteile elektronischer Bauelemente werden mit einer Größe im Bereich von Mikro- und Nanometern hergestellt. Einzelne Bauteile oder Gruppen von Bauteilen sind beispielsweise Antennen, Motoren, Aktoren und/oder Sensoren, wie Magnetfeldsensoren, Dehnungsmesssensoren, Spannungssensoren oder Temperatursensoren. Bei möglichst geringer Dimension sollen derartige Bauteile schnell, flexibel und kostengünstig herstellbar und einsetzbar sein. Letzteres umfasst dabei auch die Anforderungen bei dem Transport und der Applikation der Bauteile.Electronic systems are becoming smaller and smaller as the development progresses. Individual components of electronic components are manufactured with a size in the range of micrometers and nanometers. Individual components or groups of components are, for example, antennas, motors, actuators and / or sensors, such as magnetic field sensors, strain gauges, voltage sensors or temperature sensors. With the smallest possible dimension such components should be fast, flexible and inexpensive to produce and use. The latter also includes the requirements for the transport and application of the components.
Derartige Bauelemente sind einzeln nur mit hohem Aufwand zu handhaben und wegen ihres Aufbaus beziehungsweise wegen der nach dem Stand der Technik üblichen Herstellungsverfahren nur begrenzt elastisch verformbar. Die Bauelemente werden auf einem Trägersubstrat hergestellt. Das Trägersubstrat wird in der Regel in Form von sogenannten Wafern bereitgestellt. Auch nachdem die Bauelemente an einem Objekt appliziert wurden, sind sie noch mit dem Trägersubstrat verbunden. Da das Trägersubstrat eine hohe Steifigkeit besitzt und gegenüber den Bauteilen einen anderen Elastizitätsmodul aufweist, werden Bauelemente üblicherweise in Umhüllungsgehäusen befestigt, die mit oder ohne Anschlussbeine ausgeführt sind.Such components are to handle individually only with great effort and limited elastic deformation due to their structure or because of the usual in the prior art manufacturing process. The components are produced on a carrier substrate. The carrier substrate is usually provided in the form of so-called wafers. Even after the components have been applied to an object, they are still connected to the carrier substrate. Since the carrier substrate has a high rigidity and a different modulus of elasticity with respect to the components, components are usually mounted in cladding housings, with or without connecting legs.
Ein in einem Umhüllungsgehäuse befestigtes Bauelement kann nicht oder nur sehr aufwendig auf einer beliebig gekrümmten Fläche, beispielsweise einer Welle, befestigt werden. Auf das Trägersubstrat kann jedoch grundsätzlich nicht verzichtet werden, da die Verwendung eines Trägersubstrats zur Sicherung der Oberflächeneigenschaften und zur Handhabung in standardisierten Fertigungsanlagen unumgänglich ist.An attached in a casing housing component can not or only very expensive on an arbitrarily curved surface, such as a shaft, are attached. In principle, however, the carrier substrate can not be dispensed with, since the use of a carrier substrate for securing the surface properties and for handling in standardized production systems is unavoidable.
Um ein Bauelement trotz der Herstellung auf einem Trägersubstrat später biegeweich auf einer gekrümmten Oberfläche anordnen zu können, ist bekannt, nach einer Befestigung des Bauelements an einer Applikationsstelle oder einem zumindest teilweisen Umhüllungsgehäuse das Trägersubstrat zumindest teilweise zu entfernen. Ein solches Herstellungsverfahren ist in dem Stand der Technik, nämlich de Druckschrift
Weiterhin ist aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, ein Bauelement mit einem insbesondere im Mikro- oder Nanometerbereich strukturierten Bauteil mit möglichst geringen Ausmaßen schnell, flexibel und kostengünstig herzustellen, zu transportieren, zu lagern und zu montieren.The invention has for its object to provide a way to quickly, flexibly and inexpensively manufacture a component with a particular structured in the micro or nanometer range component with the smallest possible dimensions, to transport, store and assemble.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 bzw. mit einem Bauelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved with a method according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem das Trägersubstrat auf der dem Bauelement gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats strukturiert wird, wobei das Trägersubstrat in einem Nutzbereich vollständig entfernt wird und in einer den Nutzbereich begrenzenden Stützzone einen Tragkörper bildend erhalten bleibt. Der Nutzbereich ist ein Areal, das in seiner Ausdehnung für die Erzeugung und/oder Applikation von Bauteilen in das Bauelement zur Verfügung steht. Die Größe des Nutzbereichs entspricht der Größe des Bauelements. In der Regel nehmen alle Bauteile des Bauelements weniger Raum ein als durch den Nutzbereich zur Verfügung gestellt wird. Die Folie hingegen erstreckt sich zumindest über den gesamten Nutzbereich. In Abhängigkeit der einzelnen Verfahrensschritte oder der spezifischen Anwendung ist die Folie über den gesamten Nutzbereich hinaus erstreckt. Durch die Strukturierung des Trägersubstrats, insbesondere die Ausnehmung im Nutzbereich, und die somit erfolgte Erzeugung eines Tragkörpers aus dem in der Stützzone verbleibenden Trägersubstrat, wird es möglich, das Bauelement einfach und sicher zu handhaben und es darüber hinaus schnell und hochpräzise, vor allem auch auf gekrümmten Flächen, zu applizieren. Die einzelnen Bauteile des Bauelements haben Ausdehnungen im Bereich von Nano- und Mikrometern und werden als Mikro- oder Nanobauteile bezeichnet. Durch den am Bauelement verbliebenen Tragkörper, welcher eine Ausdehnung von zumindest einem halben Millimeter in jede der Raumachsen aufweist, ist das Bauelement einfach zu handhaben. Das Bauelement und der Tragkörper bilden dabei eine Struktureinrichtung.According to the invention, therefore, a method is provided in which the carrier substrate is patterned on the side of the carrier substrate opposite the component, wherein the carrier substrate is completely removed in a useful region and a supporting body is retained in a supporting zone delimiting the useful region. The useful area is an area that is available in its extent for the production and / or application of components in the device. The size of the useful area corresponds to the size of the component. As a rule, all components of the component occupy less space than is provided by the useful area. The film, however, extends at least over the entire useful range. Depending on the individual process steps or the specific application, the film extends beyond the entire useful range. By structuring the carrier substrate, in particular the recess in the effective region, and the resulting generation of a carrier body from the carrier substrate remaining in the support zone, it becomes possible to handle the component easily and safely and, moreover, quickly and with high precision, above all curved surfaces, to apply. The individual components of the device have dimensions in the range of nanometers and micrometers and are referred to as micro or nano-components. By remaining on the component support body, which has an extension of at least half a millimeter in each of the spatial axes, the device is easy to handle. The component and the support body thereby form a structural device.
Der erste Schritt des Verfahrens beinhaltet das Bereitstellen des Trägersubstrats. Das Material des Substrats kann beispielsweise aus der Gruppe umfassend Keramiken, Metalle, Halbmetalle oder Kunststoffe ausgewählt werden. Das Metall kann beispielsweise aus der Gruppe der Edelstähle stammen, als Halbmetall kann beispielsweise Silizium verwendet werden.The first step of the method involves providing the carrier substrate. The material of the substrate may be selected, for example, from the group comprising ceramics, metals, semi-metals or plastics. The metal may for example come from the group of stainless steels, as a semi-metal, for example, silicon can be used.
In weiteren Schritten werden die Bauteile und die Folie in einer oder mehreren Lagen auf das Trägersubstrat aufgebracht. Das Aufbringen von Folie und Bauteil auf das Trägersubstrat umfasst das unmittelbare Aufbringen einer ersten Lage auf das Trägersubstrat und ebenso auch das mittelbare Aufbringen einer weiteren Lage auf eine bestehende Lage. Die Folie kann als fertiger Festkörper, beispielsweise als ein Laminat, aufgebracht werden. Die Folie ist dazu beispielsweise selbstklebend ausgeformt. Die Folie kann bereits vor dem Aufbringen strukturiert worden sein und/oder einzelne Bauelemente, beispielsweise Leiterbahnen oder Kontaktpunkte, enthalten. Die Folie besteht aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem Polymer oder Polyimid.In further steps, the components and the film are applied in one or more layers to the carrier substrate. The application of film and component to the carrier substrate comprises the direct application of a first layer to the carrier substrate and likewise the indirect application of a further layer to an existing layer. The film can be applied as a finished solid, for example as a laminate. The film is for example self-adhesive. The film may have already been patterned prior to application and / or individual components, for example, conductor tracks or contact points included. The film consists of a plastic, preferably a polymer or polyimide.
Vorteilhaft ist es, dass bei der Herstellung des Bauelements zumindest eine Lage der Folie in fließfähiger Form aufgebracht wird und erst nach dem Aufbringen erstarrt oder verfestigt wird. Beispielsweise kann die Verfestigung durch lokalen Energieeintrag, zum Beispiel Licht, erfolgen. Hierdurch ist es möglich, die Folie zu strukturieren und/oder die Bauteile des Bauelements zu umgießen, sodass sie ein integraler Bestandteil der Folie sind. Alternativ kann die Folie auch erst nach dem Aushärten und/oder nach dem Aufbringen strukturiert werden, was auch für eine als Festkörper, insbesondere in mehreren Lagen aufgebrachte Folie gilt.It is advantageous that in the production of the component at least one layer of the film is applied in a flowable form and is solidified or solidified after application. For example, the solidification by local energy input, for example light, take place. This makes it possible to structure the film and / or encapsulate the components of the device, so that they are an integral part of the film. Alternatively, the film can also be patterned only after curing and / or after application, which also applies to a film applied as a solid, in particular in several layers.
Ein mikro- oder nanostrukturiertes Bauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Bauteil mit internen Strukturabmessungen im Bereich von mehr als einem Nanometer bis weniger als 1.000 Mikrometer. Unter den internen Strukturabmessungen sind hierbei die Abmessungen von Strukturen innerhalb des Bauteils, wie zum Beispiel Gräben, Stege, Ausnehmungen oder Leiterbahnen, gemeint. Aus zumindest einem Bauteil und einer Lage der Folie ist ein Bauelement gebildet. Ein solches Bauelement findet Anwendung in der Mikrotechnik oder in mikroelektromechanischen Systemen. Auch ist es möglich, ein- oder mehrteilige Bauteile aufzubringen bzw. zu applizieren. Dies kann beispielsweise mittels Klebstoffen erfolgen.A micro- or nanostructured component in the sense of the present invention is in particular a component with internal structural dimensions in the range of more than one nanometer to less than 1,000 micrometers. The internal structural dimensions here mean the dimensions of structures within the component, such as trenches, webs, recesses or printed conductors. From at least one component and a layer of the film, a component is formed. Such a device finds application in microtechnology or in microelectromechanical systems. It is also possible to apply or apply one-part or multi-part components. This can be done for example by means of adhesives.
Das Bauelement kann einen Bereich umfassen, welcher zur elektrischen Kontaktierung mit einem weiteren Bauelement vorgesehen ist. Solch ein Bereich kann auch als Anschlusspad oder Anschlusskontakt bezeichnet werden. Ein Bauelement kann unter anderem integrierte Schaltungen, Sensoren, passive Bauteile, keramische Kondensatoren, Widerstände oder Aktoren umfassen.The component may comprise an area which is provided for electrical contacting with another component. Such an area may also be referred to as a terminal pad or terminal contact. A device may include, but is not limited to, integrated circuits, sensors, passive components, ceramic capacitors, resistors, or actuators.
Die Aufbringung der Bauteile auf das Trägersubstrat kann mit einem automatischen Bestücker durchgeführt werden. Die Bauteile und/oder die Folie können aber auch in der Struktur des Trägersubstrats, zumindest einer Lage der Folie und/oder einem anderen Bauteil, aufgebaut werden. Werden die Bauteile und/oder die Folie aus einem fließfähigen Stoff aufgebaut, so kann dies mittels kostengünstiger Verfahren wie Tauchen, Dispensen, Bedrucken, Aufschleudern, Lackschleudern, Spincoating, Kleben, Jetting oder Sprühbelacken geschehen. Die Aushärtung und Verfestigung erfolgt dann durch Energiezufuhr, beispielsweise mittels Belichtung oder Temperierung. Als Druckverfahren kann der Siebdruck oder der Schablonendruck verwendet werden. Ebenfalls kann die Folie aber auch als Feststoff, sogenannter Festresist, beispielsweise als Laminat, aufgebracht werden. Die aufgebrachte Lage kann dabei bereits strukturiert sein oder nach dem Aufbringen strukturiert werden. Das Strukturieren kann dabei fotolithografisch erfolgen.The application of the components to the carrier substrate can be carried out with an automatic mounter. However, the components and / or the film can also be constructed in the structure of the carrier substrate, at least one layer of the film and / or another component. If the components and / or the film are constructed from a flowable material, this can be done by means of cost-effective methods such as dipping, dispensing, printing, spin coating, spin coating, spin coating, gluing, jetting or spray painting. The hardening and solidification then takes place by supplying energy, for example by means of exposure or temperature control. As the printing method, the screen printing or the stencil printing can be used. Likewise, the film can also be used as a solid, so-called solid resist, for example as a laminate, are applied. The applied layer can already be structured or structured after application. The structuring can be done photolithographically.
Schließlich wird in einem Nutzbereich das Trägersubstrat vollständig bis zur Folie entfernt, wobei in der Stützzone Trägersubstrat erhalten bleibt, welches den Tragkörper bildet. Das partielle Entfernen des Trägersubstrats erfolgt vorzugsweise durch einen Ätzvorgang. Der Tragkörper erfüllt nun die Aufgabe, das folienartige Bauelement auf Spannung zu halten. Auf diese Weise sind ohne Einsatz eines zusätzlichen Hilfstragkörpers die Herstellung und die Handhabung eines im montierten Zustand substratlosen Bauelements gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht möglich. Die Handhabung umfasst unter anderem auch das Lagern und vor allem die Applikation des Bauelements beziehungsweise des Strukturelements an einem anderen Körper. Da das Bauelement bei der Applikation an einem Objekt frei von einem Trägersubstrat ist, kann es an beliebig gekrümmten Oberflächen angeordnet werden. Zugleich erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, dass die vom Trägersubstrat abgewandte Seite des Bauelements als Messseite direkt an der Applikationsstelle anliegt und die gegenüberliegende Seite des Bauelements als Kontaktseite zur Anbringung von elektrischen Leiterbahnen frei gehalten ist. Ein Fixieren des Bauelements an der Applikationsstelle und/oder das Verbinden mit Leiterbahnen erfolgt, nachdem das Bauelement an der Applikationsstelle angeordnet wurde.Finally, in a useful region, the carrier substrate is completely removed up to the film, wherein carrier substrate is retained in the support zone, which forms the carrier body. The partial removal of the carrier substrate is preferably carried out by an etching process. The support body now fulfills the task of keeping the film-like component to tension. In this way, the production and handling of a substratlosen in the assembled state device compared to the prior art are possible in a simplified manner without the use of an additional auxiliary support body. The handling includes, among other things, the storage and above all the application of the component or the structural element to another body. Since the device is free of a carrier substrate when applied to an object, it can be arranged on arbitrarily curved surfaces. At the same time, the method according to the invention allows the side of the component remote from the carrier substrate to lie directly against the application site as the measuring side and the opposite side of the component to be free as a contact side for the attachment of electrical conductor tracks. A fixation of the component at the application site and / or the connection with conductor tracks takes place after the component has been arranged at the application site.
Eine Struktureinrichtung umfassend ein Bauelement und einen dem Bauelement zugeordneten Tragkörper kann einzeln in den Handel gebracht werden. Günstig ist es, dass eine Struktureinrichtung mehrere Bauelemente und die zugeordneten Tragkörper umfassen kann. So können die substratlosen Bauelemente einfach transportiert und gehandelt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind derartige Bauelemente zugleich einer industriellen Massenproduktion zugänglich. Es kann auch ein gesamter Wafer mit einer Vielzahl an Bauelementen und zugehörigen Tragkörpern hergestellt werden, wobei diese beispielsweise in einem Raster einer Matrix entlang konzentrischer Bahnen oder entlang radialer Strahlen angeordnet sein können. Die Struktureinrichtungen können für die Weiterverarbeitung mittels Präzisionsschleifen vereinzelt beziehungsweise in Riegel oder Blöcke geschnitten werden.A structural device comprising a component and a component associated with the component can be sold individually. It is favorable that a structural device can comprise a plurality of components and the associated support bodies. So the substrateless components can be easily transported and traded. The inventive method, such components are also accessible to industrial mass production. It is also possible to produce an entire wafer with a multiplicity of components and associated support bodies, which may be arranged, for example, in a grid of a matrix along concentric tracks or along radial beams. The structural devices can be separated for further processing by means of precision grinding or cut into bars or blocks.
Für die Applikation des Bauelements ist es vorteilhaft, dass die Struktureinrichtung von einer Vorrichtung gehalten, zu einer Applikationsstelle geführt und an einer Applikationsstelle angebracht wird. Beim Anbringen des Bauelements an der Applikationsstelle wird das Bauelement von dem Tragkörper gelöst und an der Applikationsstelle angeordnet. Das Lösen erfolgt durch ein Abheben des Bauelements von dem Tragkörper. Eine günstige Variante ist es, dass das Bauelement, insbesondere die Folie, vor dem Anordnen oder währenddessen durchtrennt wird. Das Trennen kann mittels Strukturierung, Reißen, Brechen und/oder Schneiden erfolgen. Ist beispielsweise die Folie im Bereich der Stützzone bereits mit einer Perforation strukturiert worden, reicht zum Trennen das Reißen und Brechen der Perforationsbrücken. Schneiden kann mittels einer mechanischen Schneide oder auch durch Energieeintrag, beispielsweise mittels eines Laserstrahls, erfolgen. Es hat sich als geeignet erwiesen, das Bauelement im Bereich der Stützzone oder an der Grenzlinie von Stützzone und Nutzbereich mittels eines Trennwerkzeugs zu trennen.For the application of the component, it is advantageous that the structural device is held by a device, guided to an application site and attached to an application site. When attaching the device to the application site, the device is detached from the support body and arranged at the application site. The release takes place by lifting the component from the support body. A favorable variant is that the component, in particular the film, is severed before arranging or during it. The separation can be done by structuring, tearing, breaking and / or cutting. If, for example, the film has already been structured with a perforation in the region of the support zone, the breaking and breaking of the perforation bridges is sufficient for the separation. Cutting can be done by means of a mechanical cutting edge or by energy input, for example by means of a laser beam. It has proven to be suitable to separate the component in the region of the support zone or at the boundary line of the support zone and the working region by means of a separating tool.
In einer konkreten Ausführung des Verfahrens wird der Tragkörper der Struktureinrichtung bei der Applikation in Längsrichtung gegen die Applikationsstelle gedrückt und damit an dieser arretiert. Das Werkzeug hat dazu eine Halterung, die auf den Tragkörper wirkt. Die Halterung wirkt so als äußere Niederhalterkomponente. Dann wird das Bauelement voll- oder teilflächig mittels eines Stempels druckbeaufschlagt und ebenfalls gegen die Applikationsstelle gedrückt und damit an dieser arretiert. Der Stempel ist eine innere Niederhalterkomponente. Anschließend wird die Folie im Bereich zwischen dem Stempel und dem Tragkörper mittels eines Trennwerkzeugs getrennt. Die Halterung zentriert und hält die Struktureinrichtung während der Applikation über den Tragkörper. Der Stempel hat vorzugsweise die Ausmaße des Nutzbereichs des Bauelements.In a concrete embodiment of the method, the support body of the structural device is pressed in the application in the longitudinal direction against the application site and thus locked thereto. The tool has a holder that acts on the support body. The holder acts as an outer hold-down component. Then, the device is full or partial area pressurized by means of a punch and also pressed against the application site and thus locked to this. The stamp is an inner hold-down component. Subsequently, the film is separated in the area between the punch and the support body by means of a separating tool. The holder centers and holds the structural device during the application on the support body. The stamp preferably has the dimensions of the useful range of the component.
Für die Applikation des Bauelements wird eine Vorrichtung mit einem Werkzeug eingesetzt. Dabei ist es günstig, dass das Werkzeug an dem Tragkörper geführt wird. So ist es möglich, die Struktureinrichtung und somit das Bauelement präzise zu dem Werkzeug sowie zu der Applikationsstelle auszurichten. Mittels des Werkzeugs wird das Bauelement von dem Tragkörper gelöst. In bevorzugter Weise wird dabei das Werkzeug auf die dem Tragkörper zugewandte Seite des Bauelements zubewegt.For the application of the device, a device with a tool is used. It is favorable that the tool is guided on the support body. Thus, it is possible to align the structural device and thus the component precisely to the tool and to the application site. By means of the tool, the component is released from the support body. In a preferred manner, the tool is thereby moved toward the side of the component facing the carrier body.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.The object is achieved according to the invention further with a method according to the features of
Erfindungsgemäß ist also eine Struktureinrichtung vorgesehen, bei der der Tragkörper durch eine Ausnehmung in einem Trägersubstrat des Bauelements ausgebildet ist. Der Tragkörper ist dabei bevorzugt als ein das Bauelement begrenzender Rahmen ausgeführt. Der Tragkörper hat einen beliebigen Querschnitt. Es haben sich jedoch quadratische beziehungsweise kreisrunde Querschnittsformen als besonders günstig erwiesen. Insbesondere bei runden Querschnittsformen können bei dem Trennvorgang Spannungsspitzen vermieden werden. Alternative Ausführungen des Tragkörpers wären Rahmen, die das Bauelement nur abschnittsweise umfassen, hierbei beispielsweise nur einzelne, insbesondere parallele Stege. Die Struktureinrichtung umfasst das Bauelement und den zugehörigen Tragkörper. Es hat sich jedoch für die industrielle Fertigung als praktisch erwiesen, dass mehrere Struktureinrichtungen mit Tragkörpern und/oder Bauelementen von gleicher Form und Größe regelmäßig neben- und/oder hintereinander, insbesondere in einer Reihe oder in mehreren parallelen Reihen, angeordnet sind.According to the invention, therefore, a structural device is provided, in which the support body is formed by a recess in a carrier substrate of the component. The support body is preferably designed as a frame limiting the component. The support body has an arbitrary cross section. However, there are square or circular cross-sectional shapes as proved particularly favorable. Especially with round cross-sectional shapes voltage peaks can be avoided in the separation process. Alternative embodiments of the support body would be frames which comprise the component only in sections, in this case, for example, only individual, in particular parallel webs. The structural device comprises the component and the associated support body. However, it has proved to be practical for industrial production that several structural devices with supporting bodies and / or components of the same shape and size are arranged regularly next to and / or behind one another, in particular in one row or in several parallel rows.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Struktureinrichtung ist es, dass an dem Tragkörper, insbesondere auf einer dem Bauelement abgewandten Seite des Tragkörpers, ein Positionierraster vorhanden ist. Solch ein Raster, ähnlich der Perforierung eines fotografischen Films, ermöglicht den sicheren, kontrollierten Vorschub der Struktureinrichtung in einer Vorrichtung und dient darüber hinaus auch der Ausrichtung und Positionierung des Tragkörpers zu dem Werkzeug.An advantageous development of the structural device is that on the support body, in particular on a side facing away from the component of the support body, a positioning grid is present. Such a grid, similar to the perforation of a photographic film, allows the secure, controlled feed of the structural device in a device and also serves to align and position the support body to the tool.
Das Bauelement besteht aus zumindest einer Lage einer Folie und wenigstens einem Bauteil, welches an oder in der Folie angeordnet ist. Zur Erhöhung der Festigkeit des Bauelements umfasst dieses ein Versteifungsteil. Das Versteifungsteil ist beispielsweise ein strukturierter Metallrahmen, der zwischen zwei Lagen der Folie angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Folie während eines Trennvorgangs, insbesondere bei dem Lösen von dem Tragkörper, ihre Form beibehält. Das Versteifungsteil nimmt dabei innere Spannungen der Folie auf und wirkt als Niederhalter und/oder unterstützend zu einem solchen bei dem Trennvorgang.The component consists of at least one layer of a film and at least one component which is arranged on or in the film. To increase the strength of the component, this comprises a stiffening part. The stiffening part is for example a structured metal frame, which is arranged between two layers of the film. This makes it possible that the film during a separation process, in particular in the release of the support body, maintains its shape. The stiffening part absorbs internal stresses of the film and acts as a hold-down and / or supportive to such in the separation process.
Die Aufgabe wird darüber hinaus erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.The object is also achieved according to the invention with a device according to the features of
Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung vorgesehen, welche eine Aufnahme, eine Vorschubeinrichtung und ein Werkzeug umfasst. In der Aufnahme ist eine Struktureinrichtung oder sind mehrere vereinzelte und/oder in Reihe miteinander verbundene Struktureinrichtungen angeordnet. Die Aufnahme dient als Pufferspeicher für die Struktureinrichtungen. An die Aufnahme schließt in Vorschubrichtung das Werkzeug an. Das Werkzeug trennt die Struktureinrichtung in Tragkörper und Bauelement und montiert das Bauelement an der Applikationsstelle. Das Werkzeug ist als ein Stempel und/oder eine Stanzmatrize ausgeführt und wirkt bevorzugt auf die dem Tragkörper zugewandte Seite des Bauelements. Dem Werkzeug folgt eine Abnahmeeinrichtung, in der die Tragkörper nach der Applikation des Bauelements gesammelt werden. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Vorschubeinrichtung zur Förderung der in der Aufnahme befindlichen Struktureinrichtungen und/oder der sich in der Abnahmeeinrichtung befindlichen Tragkörper. Dazu umfasst die Vorschubeinrichtung zumindest ein mit dem Positionierraster in dem Tragkörper zusammenwirkendes Positionierwerkzeug. Das Positionierwerkzeug kann als Zahnrad, als einzelne oder mehrere linear bewegte Stifte oder ähnlich ausgebildet sein. Dabei greifen das Zahnrad beziehungsweise die Stifte in Ausnehmungen des Positionierrasters ein. Das Positionierwerkzeug dient so zugleich auch als Vorschubwerkzeug. Das Positionierwerkzeug kann auch ein beispielsweise optisches Messinstrument sein, welches das Positionierraster erkennt, woraufhin das Vorschubwerkzeug angesteuert wird.According to the invention, therefore, a device is provided which comprises a receptacle, a feed device and a tool. In the receptacle, a structural device or a plurality of isolated and / or interconnected structural devices are arranged. The recording serves as a buffer for the structural devices. The tool is connected to the receptacle in the feed direction. The tool separates the structural device into the support body and component and mounts the component at the application site. The tool is designed as a punch and / or a punching die and preferably acts on the side facing the support body of the component. The tool is followed by a removal device in which the support bodies are collected after the application of the device. The apparatus further comprises a feed device for conveying the structural devices located in the receptacle and / or the support body located in the removal device. For this purpose, the feed device comprises at least one positioning tool cooperating with the positioning grid in the carrier body. The positioning tool may be formed as a gear, as single or multiple linearly moving pins or the like. The gear or the pins engage in recesses of the positioning grid. The positioning tool also serves as a feed tool at the same time. The positioning tool can also be an optical measuring instrument, for example, which detects the positioning grid, whereupon the feed tool is activated.
Die Aufnahme ist bevorzugt rinnenförmig ausgeführt und fasst quer zur Vorschubrichtung nur eine Struktureinrichtung. Die Vorschubeinrichtung benötigt dann ein lediglich linear arbeitendes Vorschubwerkzeug. Die Aufnahme kann alternativ auch einen vollständigen Wafer fassen. Auf einem Wafer sind mehrere Struktureinrichtungen beispielsweise gleichmäßig in zwei Raumrichtungen nebeneinander oder entlang konzentrischer Kreisbahnen verteilt. Die Vorschubeinrichtung umfasst dann ein Vorschubwerkzeug, das in den beiden Raumrichtungen den Wafer und das Werkzeug relativ zueinander bewegt und präzise positioniert. Die Bewegung erfolgt entweder entlang der beiden Raumrichtungen oder durch eine Drehung des Wafers wie bei einem Revolver.The receptacle is preferably designed channel-shaped and summarizes transverse to the feed direction only a structural device. The feed device then requires only a linearly operating feed tool. Alternatively, the receptacle can also hold a complete wafer. For example, a plurality of structural devices are distributed uniformly in two spatial directions next to one another or along concentric circular paths on a wafer. The feed device then includes a feed tool that moves the wafer and the tool relative to each other in the two spatial directions and precisely positioned. The movement takes place either along the two spatial directions or by a rotation of the wafer as in a revolver.
Das Werkzeug umfasst eine Halterung, einen Stempel und/oder ein Trennwerkzeug, wie eine Stanzmatrize. Die dem Bauelement zugeordnete Fläche des Stempels, die Stempelfläche, ist entsprechend der Oberflächengeometrie der Applikationsstelle geformt oder passt sich dieser an. Die Stempelfläche kann im Bereich der Bauteile Ausnehmungen aufweisen, sodass der Stempel bei der Applikation nicht auf die Bauteile drückt.The tool comprises a holder, a punch and / or a cutting tool, such as a punching die. The surface of the stamp assigned to the component, the stamp surface, is shaped or conforms to the surface geometry of the application site. The stamp surface may have recesses in the region of the components, so that the stamp does not press on the components during application.
Die Folie kann aus einem fotostrukturierbaren Stoff, beispielsweise einem Fotolack wie SU8, einem auf Epoxydharz basierenden Werkstoff wie Gamma-Butyrolaceton, Triarysulfonium-Salz-Zyklopenentanon, einem Benzocyclobuten wie Bisbenzocyclobuthen, sowie einem Polymer wie Polyimid oder Polyurethan und/oder einem ähnlichen Stoff, insbesondere mit einem lichtempfindlichen Teil, bestehen. Die Folie härtet auf dem Trägersubstrat, um darauffolgend mit Sensorelementen versehen zu werden. Je nach verwendeter Materialkombination verbindet sich die Folie mit dem Trägersubstrat stoffschlüssig.The film may be made of a photoimageable material such as a photoresist such as SU8, an epoxy resin based material such as gamma-butyrolactone, triarylsulfonium salt cyclopentanone, a benzocyclobutene such as bisbenzocyclobuthene, and a polymer such as polyimide or polyurethane and / or a similar material, especially with a photosensitive part. The film cures on the carrier substrate to be subsequently provided with sensor elements. Depending on the combination of materials used, the film combines with the carrier substrate in a material-locking manner.
Zur weiteren Verdeutlichung des Grundprinzips sind einige Ausführungsformen der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inTo further clarify the basic principle, some embodiments of the invention are in the drawing and are described below. This shows in
Die
Anschließend wird die Bewegung des Stempels
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Struktureinrichtungstructure facility
- 22
- Tragkörpersupporting body
- 33
- Bauelementmodule
- 44
- Foliefoil
- 55
- Bauteilcomponent
- 66
- Bauteilcomponent
- 77
- Bauteilcomponent
- 88th
- Lagelocation
- 99
- Lagelocation
- 1010
- Ausnehmungrecess
- 1111
- Trägersubstratcarrier substrate
- 1212
- Nutzbereichuseful region
- 1313
- Stützzonesupport zone
- 1414
- Vorrichtungcontraption
- 1515
- Stempelstamp
- 1616
- Applikationsstelleapplication site
- 1717
- Pfeilarrow
- 1818
- Trennwerkzeugparting tool
- 1919
- WerkzeugTool
- 2020
- Abschnittsrestsection rest
- 2121
- Aufnahmeadmission
- 2222
- Vorschubeinrichtungfeeder
- 2323
- Portalportal
- 2424
- Aussparungrecess
- 2525
- Stegflächeland surface
- 2626
- Waferwafer
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