DE19545370C1

DE19545370C1 - Assembly and joining method for dielectric micro-components

Info

Publication number: DE19545370C1
Application number: DE1995145370
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Weisener; Andreas Maya; Gerald Voegele; Mark Widmann; Carlo Bark
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2015-12-06

Abstract

The method uses controlled handling of the microcomponents via electric fields, with relative positioning of the microcompnents separated from one another via a liquid or gel of relatively low electrical conductivity. One of the microcomponents is fixed in position via the electrical field provided by a holding and positioning electrode device (20), a further microcomponent controlled via a dynamic electrical field, for positioning and fixing relative to the first microcomponent.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Zusammenführen und Fügen wenigstens zweier dielektrischer Mikrobauteile, die weitgehend berührungsarm mittels elektrischer Felder kontrolliert handhabbar und gegenseitig positionierbar sind, und die in wenigstens einer Flüssigkeit oder einem Gel eingebracht sind.The invention relates to a method as well a device for merging and joining at least two dielectric microcomponents that largely contactless by means of electrical fields controllable and mutually positionable are, and in at least one liquid or are introduced into a gel.

Aus dem Bereich der Mikroelektronik sowie der Mikromechanik sind hybrid-aufgebaute Mikrosysteme bekannt, die aus unterschiedlichen Baugruppen und Materialien zusammengesetzt sind und über die unterschiedlichsten Eigenschaften verfügen und für verschiedenartige Einsatzzwecke bestimmt sind. So sind aus der DE 40 03 112 A1 dielektrische Motoren mit Baugrößen von wenigen Mikrometern bekannt, die aus wenigstens zwei Teilen bestehen, die relativ zueinan der rotierbar angeordnet sind.From the field of microelectronics and the Micromechanics are hybrid microsystems known from different assemblies and Materials are composed and about the have different properties and for various uses are intended. So are from DE 40 03 112 A1 with dielectric motors Sizes of a few micrometers known from there are at least two parts that are relative to each other which are arranged rotatably.

Zur Handhabung und Montage der aus Einzelteilen zusam menzufügenden Mikrosysteme mit Abmessungen im Zehntel- Millimeterbereich und darunter werden derzeit konven tionelle Verfahren angewandt.For handling and assembly of the individual parts microsystems with dimensions in tenths Millimeter range and below are currently being conventioned tional procedures applied.

Die für die Mikrosysteme erforderlichen Einzelbauteile werden entweder in Magazinen, auf Objektträgern oder im Teileverbund, beispielsweise auf Waferplatten, bevor ratet. Für die Zuführung einzelner Bauteile zu nachge schalteten Fertigungsbereichen müssen die im Teile verbund bevorrateten Einzelkomponenten vereinzelt werden. Bei der Vereinzelung aber auch während der Lagerung sowie Weiterführung der Einzelbauteile zu nachgeordneten Fertigungsbereichen treten häufig äußere mechanische Einwirkungen auf die einzelnen Bauteile auf, die zu irreversiblen Schäden führen können, wodurch ein vollständiger Funktionsausfall des Bauteiles sowie des Mikrosystems die Folge sein kann. Ebenso treten Probleme bei der Aufrechterhaltung der Reinheitsbedingungen während der Handhabung und der Montage der Bauteile auf, die zu den vorgenannten Störungen führen können.The individual components required for the microsystems are either in magazines, on slides or in Composite parts, for example on wafer plates, before guess. For the feeding of individual components switched production areas must be in parts individual components in stock will. With the separation but also during the Storage and continuation of the individual components Subordinate manufacturing areas occur frequently external mechanical influences on the individual Components that lead to irreversible damage can, causing a complete failure of the Component and the microsystem can be the result. Problems also arise in maintaining the Purity conditions during handling and Assembly of the components related to the above Can cause interference.

Die Handhabung und Montage erfolgt meist mit aus der Halbleitertechnik bekannten und gegebenenfalls modifizierten Pick-and-Place-Maschinen, die sogenannte Flip-Chip-Bonden, Bestückungsautomaten sowie Präzisionsrobotern aufweisen. So werden die einzelnen Bauteile mittels Vakuumgreifer aus einem Teileverbund vereinzelt aufgenommen und über Bildverarbeitungs systeme entsprechend auf Chipträger plaziert, auf denen sie über Löt- und/oder Klebeverbindungen oder eutektisches Bonden fixiert werden.The handling and assembly is usually done with the Semiconductor technology known and possibly modified pick-and-place machines, the so-called Flip chip bonding, pick and place machines as well Have precision robots. So are the individual Components using a vacuum gripper from a composite sporadically recorded and via image processing systems accordingly placed on chip carriers on which them via solder and / or adhesive connections or eutectic bonding can be fixed.

Die Größe der handhabbaren Bauteile ist durch die Art ihrer Verbindung zwischen dem Greifer und dem Bauteil bei Form-, Kraft- oder Stoffschluß stark eingeschränkt und liegt derzeit bei minimal 100 µm.The size of the components that can be handled is determined by Art their connection between the gripper and the component severely restricted in form, force or material connection and is currently at least 100 µm.

Auf dem Gebiet der Biomedizin sind mittlerweile Handhabungsverfahren mikroskopisch kleiner, dielektrischer Teilchen bekannt geworden, die zur Manipulation einzelner biologischer Zellen mittels hochfrequenter elektrischer Felder dienen. Gegenstand und Inhalt derartiger Verfahren und Vorrichtungen, die beispielsweise in der DE 40 34 697 A1 beschrieben sind, beziehen sich ausschließlich auf die Handhabung von Zellen, die zur Analyse der Zellstruktur und zur Untersuchung des Zellverhaltens verwendet werden. In der vorgenannten Druckschrift sind Elektrodenanordnungen zur Trennung unterschiedlicher Zellen beschrieben, die mittels der Technik der Elektrophorese vereinzelt und entsprechend analysiert werden können. Eine weitere Druckschrift, die die Trennung von dielektrischen Teilchen beschreibt ist die DE 41 27 405 A1.Are now in the field of biomedicine Handling process microscopic, dielectric particles have become known which for Manipulation of individual biological cells using high-frequency electrical fields. object and content of such methods and devices that are described for example in DE 40 34 697 A1, refer only to the handling of Cells used to analyze cell structure and can be used to study cell behavior. In the above publication Electrode arrangements for separating different ones Cells described using the technique of Electrophoresis isolated and analyzed accordingly can be. Another publication that the Separation of dielectric particles describes the DE 41 27 405 A1.

Ferner geht aus der DE 44 34 883 A1 eine Elektrodenanordnung zum Formen von Mikropartikeln hervor, insbesondere aus Flüssigkeitstropfen bestehende Gebilde, die durch spezielle chemische bzw. physikalische Vorgänge erhärten und eine gewünschte Form annehmen. Zur Durchführung des in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Verformungsvorganges ist es notwendig, die zu verformenden Konglomerate von Partikeln räumlich mittels elektrostatischer Felder zu positionieren, so daß Verformungen durch weitere elektrische Felder hervorgerufen werden können.DE 44 34 883 A1 also goes to Electrode arrangement for forming microparticles emerges, in particular consisting of liquid drops Formations that are made by special chemical or harden physical processes and a desired one Taking form. To carry out the in this Documentation proposed deformation process is it is necessary to form the conglomerates of Particles spatially by means of electrostatic fields position so that deformations by further electrical fields can be caused.

Auf dem in Rede stehenden Gebiet der mikromechanischen Montage einzelner dielektrischer Mikrobauteile zu hybrid zusammengesetzten Mikrosystemen sind jedoch bislang nur konventionelle Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die die angegebenen Nachteile aufweisen. Überdies sind die bekannten Handhabungs- und Fügetechniken auf den Zusammenbau monolithischer Mikrosysteme optimiert. Mit der steigenden Tendenz zu hybrid-aufgebauten Mikrosystemen aus immer kleiner werdenden mikromechanischen Einzelkomponenten, wächst jedoch die Nachfrage nach neuen Fertigungstechnologien mit damit verbundenen Handhabungs- und Montage systemen.In the field of micromechanical in question Assembly of individual dielectric micro components microsystems with hybrid composition, however so far only conventional devices and methods known, which have the disadvantages indicated. In addition, the known handling and Joining techniques on the assembly of monolithic Optimized microsystems. With the upward trend hybrid-built microsystems from ever smaller becoming micromechanical components, grows however, the demand for new manufacturing technologies with associated handling and assembly systems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusam menführen und Fügen wenigstens zweier dielektrischer Mikro bauteile anzugeben, die weitgehend berührungsarm mittels elektrischer Felder kontrolliert handhabbar und gegenseitig positionierbar sind. Bei der Zusammen führung bzw. -fügung mikromechanischer Ein zelkomponenten soll der direkte Kontakt zwischen den Mikrobauteilen und den bislang zur Manipulation er forderlichen Handhabungseinrichtungen, beispielsweise Industrieroboter, vermieden werden. Die Montage sollte berührungsarm bzw. berührungslos mit der die Mikrosysteme umgebenden Peripherie erfolgen. Ferner soll es möglich sein, kleinste Einzelkomponenten im Sub-Mikrometerbereich handzuhaben und zu montieren. Die für die Montage derartiger Mikrosysteme erforderlichen Reinheitsbedingungen sollen von der Lagerung bzw. Be vorratung der Einzelkomponenten bis hin zur Bereitstel lung der zusammengefügten vollständigen Mikrosysteme eingehalten werden.The invention is based on the object a method and an apparatus for together guiding and joining at least two dielectric micro specify components that are largely low-contact controllable by means of electrical fields and are mutually positionable. When together Management or insertion of micromechanical introduction The individual components should be the direct contact between the Microcomponents and so far for manipulation required handling devices, for example Industrial robots to be avoided. The assembly should with little or no contact with the Peripherals surrounding microsystems take place. Further should it be possible to use the smallest individual components in the Handle and assemble sub-micrometer range. The required for the assembly of such microsystems Purity conditions should depend on the storage or loading stocking of the individual components up to the ready development of the assembled complete microsystems be respected.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist in den unabhängigen Ansprüchen angegeben. Im An spruch 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren und im Anspruch 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens angegeben.The solution to the problem on which the invention is based is specified in the independent claims. In the An saying 1 is a method according to the invention and in Claim 6 an inventive device for through procedure specified.

Den Erfindungsgedanken vorteilhaft ausbildende Aus führungsformen sind Gegenstand der abhängigen An sprüche.Aus, which advantageously forms the concept of the invention management forms are the subject of the dependent an claims.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die aus der Biotechnik bekannten Wirkmechanismen, die zwischen einzelnen Zellen und dynamischen elektrischen Feldern bestehen, gezielt zu nutzen, um dielektrische, mechanische Mikrobauteile derart handzuhaben, daß sie durch relative Bewegungskontrolle derart zusam mengeführt werden können, um eine langzeitstabile Wirkverbindung miteinander einzugehen.The invention is based on the idea of Known mechanisms of action between biotechnology individual cells and dynamic electrical fields consistently, to use dielectric, to handle mechanical micro components in such a way that they get together through relative motion control can be managed to ensure long-term stability Enter into an active connection with each other.

Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zum Zusam menführen und Fügen wenigstens zweier dielektrischer Mikrobauteile, die weitgehend berührungsarm mittels elektrischer Felder kontrolliert handhabbar und gegen seitig positionierbar sind, und die in eine Flüssigkeit oder ein Gel von geringer elektrischer Leitfähigkeit vereinzelt eingebracht werden, wenigstens ein erstes Mikrobauteil durch das elektrische Feld einer Halte- und Positionierelektrodenanordnung räumlich fixiert und wenigstens ein weiteres Mikrobauteil unter Verwendung dynamischer elektrischer Felder kontrolliert auf das fixierte Mikrobauteil zubewegt und mit diesem verfügt.According to the invention in the method for together guiding and joining at least two dielectric Microcomponents that are largely non-contact electrical fields in a controllable manner and against can be positioned laterally and in a liquid or a gel with low electrical conductivity be introduced in isolation, at least one first micro component through the electric field of a Holding and positioning electrode arrangement spatially fixed and at least one other micro component using dynamic electric fields moved towards the fixed micro component and with it.

Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein mit einer Flüssigkeit oder Gel befülltes Behältnis auf, in dem wenigstens eine Halte- und Positionierelektrodenanord nung vorgesehen ist, deren elektrisches Feld wenigstens ein erstes Mikrobauteil räumlich fixiert. Eine weitere Elektrodenanordnung generiert ein elektrisches Wanderfeld, in dem wenigstens ein weiteres Mikrobauteil relativ zum räumlich fixierten Mikrobauteil bewegbar ist und mit diesem verfügbar ist.Furthermore, the device according to the invention Perform the procedure with a liquid or gel filled container in which at least one holding and positioning electrode arrangement voltage is provided, the electric field at least a first micro component spatially fixed. Another Electrode arrangement generates an electrical one Wanderfeld, in which at least one other micro-component movable relative to the spatially fixed micro component and is available with it.

Vorzugsweise sind mit derartigen Elektrodenanordnungen Fügeprozesse durchführbar, in denen ein räumlich fixiertes Basisbauteil mit einem Fügepartner, gegebe nenfalls unter zusätzlicher Verwendung von Fügematerialien, wie beispielsweise Klebstoffe oder Öle, miteinander verfügt wird.Preferably with such electrode arrangements Joining processes feasible in which a spatial fixed base component with a joining partner, given if necessary with the additional use of Joining materials, such as adhesives or Oils that are used together.

Die Halte- und Positionierelektrodenanordnung weist vorzugsweise zwei Flachelektrodenpaare auf, die zueinander in Kreuzstellung angebracht sind. Mittig zwischen den vorstehend genannten Elektroden wird ein zu positionierendes Mikrobauteil durch die sich ausbildenden elektrischen Felder räumlich fixiert. Zusätzlich zu den in Kreuzstellung angebrachten Halte- und Positionierelektroden sind über bzw. unter der Elektrodenanordnung weitere Ladungselektroden vorgesehen, die das zu fixierende Mikrobauteil relativ zu seiner Hochachse raumfest positioniert. Mit Hilfe einer derartigen Elektrodenanordnung ist eine berührungslose Positionierung eines Mikrobauteils möglich, zu dem weitere Mikrobauteile relativ bewegt werden können.The holding and positioning electrode arrangement has preferably two pairs of flat electrodes, the are attached to each other in the cross position. In the middle between the above electrodes micro component to be positioned through the forming electric fields spatially fixed. In addition to the cross-mounted and positioning electrodes are above and below the Electrode arrangement further charge electrodes provided that the micro component to be fixed relatively positioned fixed to its vertical axis. With help such an electrode arrangement is one non-contact positioning of a micro component possible, to which other micro components moved relatively can be.

Mit Hilfe geeigneter weiterer Elektrodenanordnungen, wie beispielsweise Ringelektroden oder geeignet aus gestaltete Raumgitter-Elektroden, deren einzelne Elektrodengitterabschnitte individuell elektrisch versorgt werden können, sind entsprechende Fügepartner auf das räumlich fixierte Mikrobauteil bewegbar. Durch die Versorgung der Elektrodenanordnung mit geeigneter HF-Spannung, wie dies in der vorstehend zitierten DE 40 34 697 A1 beschrieben ist, können elektrische Wanderfelder generiert werden, die einzelne Fügepartner auf die räumlich fixierten Mikro bauteile zielgenau zubewegen können.With the help of suitable further electrode arrangements, such as ring electrodes or suitable from designed space grid electrodes, their individual Electrode grid sections individually electrical are suitable joining partners movable on the spatially fixed micro component. By the supply of the electrode arrangement with suitable RF voltage, as in DE 40 34 697 A1 cited above is described, electric traveling fields can be generated individual joining partners on the spatially fixed micro can move components precisely.

Durch entsprechende Beschaltung der Elektrodenvorrich tungen ist es möglich, die Lage und Orientierung der einzelnen Bauteile innerhalb der sich ausbildenden elektrischen Felder, aufgrund der von den Bauteilen verursachten Feldinhomogenität zu erfassen, so daß eine dynamische, an den einzelnen Bewegungsvorgang angepaßte Felderzeugung zur hochpräzisen Zusammenführung zweier Mikrobauteile möglich ist. Ebenso können zusätzliche Meßelektroden vorgesehen sein, die ausschließlich zur Positions- und Lageerfassung der einzelnen Mikrobau teile dienen. By appropriate wiring of the electrode device it is possible to determine the location and orientation of the individual components within the developing electrical fields, due to the of the components caused field inhomogeneity, so that a dynamic, adapted to the individual movement Field generation for the high-precision merging of two Micro components is possible. Likewise, additional Measuring electrodes are provided, which are used exclusively for Position and position detection of the individual micro construction serve parts.

Die Zusammenführung der Mikrobauteile führt bis hin zu einer gegenseitigen Wirkverbindung, die die Mikrobauteile eingehen und die eine langzeitstabile form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung sein kann. Beispielsweise können zwei entsprechend ausge formte Mikrobauteile mit der erfindungsgemäßen Vor richtung berührungsfrei ineinander gefügt werden. Ebenso können nach der Zusammenführung zweier Mikrobauteile zusätzliche Fügetechniken angewandt werden, wie beispielsweise Klebe-, Löt- und/oder Schweißtechniken.The merging of the micro components leads up to to a mutual operative connection that the Micro components come in and the long-term stable be positive, non-positive and / or material connection can. For example, two can be used accordingly molded microcomponents with the front according to the invention direction in one another without contact. Likewise, after merging two Micro components additional joining techniques applied are, such as adhesive, soldering and / or Welding techniques.

Die vorstehend beschriebene Elektrodenanordnung dient als Herzstück für eine vollständige Montagevorrichtung für dielektrische Mikrobauteile und ist in einem modulartig ausgebildeten sogenannten Tank- Montagesystem eingebracht, das alle Teilsysteme umfaßt, die für die Bevorratung, Handhabung, Zusammenführung und entsprechende Ausschleusung der zusammengesetzten Mi krosysteme erforderlich sind.The electrode arrangement described above is used as the centerpiece for a complete assembly device for dielectric micro components and is in a module-like so-called tank Installation system introduced, which includes all subsystems, those for stocking, handling, merging and appropriate removal of the composite Mi cross systems are required.

Die für den Zusammenbau der Mikrosysteme nötigen Teilsysteme sind in einem Behälter angeordnet, der mit einer dielektrischen Flüssigkeit oder einem dielektrischen Gel gefüllt ist. Im Behälterinneren sind zwei- und/oder dreidimensionale Elektrodenstrukturen enthalten, durch die die im Behälter befindlichen Mikrobauteile durch die Generation entsprechender elektrischer Hochfrequenzfelder und/oder mittels mechanisch induzierter, fluidischer Strömungen ge handhabt, montiert bzw. gefügt werden können. Wesentliche Wirkeffekte für die Handhabung und Positionierung der in dem Fluid suspendierten dielektrischen Mikrobauteile beruhen auf der Elektrophorese und der damit verbundenen Polarisierbarkeit der mikromechanischen dielektrischen Bauteile.The necessary for the assembly of the microsystems Subsystems are arranged in a container that with a dielectric liquid or a dielectric gel is filled. Are inside the container two- and / or three-dimensional electrode structures included, through which those in the container Microcomponents through the generation of corresponding ones electrical high-frequency fields and / or by means of mechanically induced, fluidic flows ge can be handled, assembled or joined. Significant effects for handling and Positioning of those suspended in the fluid dielectric micro components are based on the Electrophoresis and related Polarizability of the micromechanical dielectric Components.

Grundsätzlich ist ein dielektrischer Körper innerhalb eines elektrischen Feldes auf zwei Weisen zu polarisieren. Gemäß Fig. 1a bilden sich anziehende Kräfte zwischen den Elektroden E und dem Objekt O aus, sofern die Dielektrizitätszahl des Objektes kleiner ist als die des Mediums, das das Objekt umgibt. In diesem Fall liegen positive elektrophoretische Verhältnisse vor. Im Fall gemäß Fig. 1b, bei dem die Dielektrizitäts verhältnisse umgekehrt sind und zudem ein HF-Feld zwischen den Elektroden erzeugt wird, tritt die soge nannte negative Elektrophorese auf, bei der sich jeweils abstoßende Kräfte zwischen dem Objekt und den Elektroden ausbilden.A dielectric body can be polarized in two ways within an electrical field. According to FIG. 1a, attractive forces develop between the electrodes E and the object O, provided that the dielectric constant of the object is lower than that of the medium that surrounds the object. In this case there are positive electrophoretic conditions. In the case according to FIG. 1b, in which the dielectric relationships are reversed and an HF field is also generated between the electrodes, so-called negative electrophoresis occurs, in which repulsive forces are formed between the object and the electrodes.

Durch die Aufschaltung hochfrequenter Wechselspannungen auf die nach Form und Anordnung individuell ausge stalteten Elektroden werden unterschiedliche räumliche elektrische Wechselfelder generiert, in denen die dielektrischen Mikrobauteile polarisiert werden. Die durch die Polarisierbarkeit hervorgerufenen Polarisa tionskräfte zwischen den Mikrobauteilen und den Elektroden können durch die Wahl der Dielektrizitäts zahl und der Leitfähigkeit der Flüssigkeit bzw. des Gels sowie die des Mikrobauteiles, durch die Frequenz und Spannung der an den Elektroden angelegten Versor gungsspannung beeinflußt werden. Zur Vermeidung der Berührung zwischen den handzuhabenden Mikrobauteilen und den Elektrodenflächen bedient man sich der vorste hend beschriebenen negativen Elektrophorese gemäß Fig. 1b, deren abstoßende Wirkung durch hohe Leitfähigkeit einer zu wählenden Flüssigkeit bzw. einem Gel, bei spielsweise destilliertes Wasser oder Alkohol, und bei HF-Frequenzen über 1 MHz erzielt werden kann.By applying high-frequency alternating voltages to the electrodes, which are individually designed in terms of shape and arrangement, different spatial alternating electrical fields are generated in which the dielectric microcomponents are polarized. The polarization caused by polarization forces between the microcomponents and the electrodes can be influenced by the choice of the dielectric number and the conductivity of the liquid or gel and that of the microcomponent, by the frequency and voltage of the supply voltage applied to the electrodes. To avoid contact between the microcomponents to be handled and the electrode surfaces, the negative electrophoresis described above is used, as shown in FIG -Frequencies above 1 MHz can be achieved.

Neben den in dem Behältnis vorgesehenen Elektroden anordnungen sind Schnittstellen an der Peripherie des Behältnisses vorgesehen, über die, vorzugsweise flüssigkeitsdicht, teilebevorratende Magazinbehälter angeschlossen werden können. Die für den Zusammenbau der hybrid-ausgeführten Mikrosysteme erforderlichen unterschiedlichen Einzelmikrobauteile, sind in Vorratsbehältern, sogenannten Magazinbehältern, vorgesehen und liegen darin in vorteilhafter Weise in einer Flüssigkeit bzw. einem Gel in suspendierter Form vor. Über eine flüssigkeitsdichte Schnittstelle, die beispielsweise seitlich an dem Behältnis vorgesehen ist, können die Einzelbauteile dem Behältnis zugeführt werden. Alternativ bzw. in Ergänzung dazu, können an der Oberseite des Behältnisses Öffnungen vorgesehen sein, durch die mittels gezielter Einzelzugabe die erforderlichen Mikrobauteile dem Behältnis zugeführt werden können.In addition to the electrodes provided in the container Arrangements are interfaces on the periphery of the Container provided over the, preferably liquid-tight, parts-storing magazine container can be connected. The one for assembly of the hybrid microsystems required different single micro components are in Storage containers, so-called magazine containers, provided and are advantageously in a liquid or a gel in suspended form in front. Via a liquid-tight interface, the for example on the side of the container is provided, the individual components can the container be fed. Alternatively or in addition, can have openings at the top of the container be provided by means of targeted Individual addition of the required micro components Container can be fed.

Im Anschluß an die einzelnen Schnittstellen sind innerhalb des Behältnisses sogenannte Zuführeinrichtungen vorgesehen, die eine vereinzelte Abgabe der Mikrobauteile an die nachfolgende Montageeinrichtung gestatten. Durch eine im folgenden noch näher zu erläuternde Vereinzelungsvorrichtung gelangen die dielektrischen Mikrobauteile über vorzugsweise als Elektrodenraster ausgebildete Zuführeinrichtungen im wesentlichen berührungslos an die für den Zusammenbau der Mikrosysteme vorgesehene Montagestation. Neben der Verwendung von Elektrodenrastern, die durch Erzeugung sogenannter HF-Wanderfelder eine zielgerichtete Bewegung der Mikrobauteile ermöglichen, können auch gezielt in den Behälter injizierte Fluidströmungen die Bauteile an einen vorbestimmten Ort bewegen.Following the individual interfaces are so-called inside the container Feeding devices are provided, which are isolated Delivery of the micro components to the next one Allow assembly facility. By one in the following Separating device to be explained in more detail reach the dielectric micro components preferably designed as an electrode grid Feeders essentially without contact the one intended for the assembly of the microsystems Assembly station. In addition to using Electrode grids, which are created by generating so-called HF moving fields are a targeted movement of the Microcomponents can also be targeted in the Containers injected fluid flows into the components move predetermined location.

Wie bereits vorstehend angedeutet, werden für die Zusammenführung bzw. Montage wenigstens zweier Mikrobauteile Halte- bzw. Positionierelektroden verwandt, die die Fixierung eines Mikrobauteiles ermöglichen. Weitere, spezifische Raumelektroden, beispielsweise Ringelektroden oder Elektrodengitter gestatten eine dynamische Handhabung weiterer Mikrobauteile sowie Grob- und Feinpositionierung der zusammenzuführenden Mikrobauteile. Neben der räumlichen Manipulation und Ausrichtung der Mikrobauteile in eine gewünschte Lage und Position, beispielsweise für einen Fügevorgang, werden durch die elektrischen Felder auf die zu fügenden Mikrobauteile auch die erforderlichen Fügekräfte aufgebracht, die z. B. auch dadurch unterstützt werden, indem auf die zusammenzuführenden Mikrobauteile unterschiedlich elektrische Ladungen aufgebracht werden.As already indicated above, for the Merge or assemble at least two Micro components holding or positioning electrodes related to the fixation of a micro component enable. Other specific space electrodes for example ring electrodes or electrode grid allow dynamic handling of others Micro components as well as rough and fine positioning of the microcomponents to be brought together. In addition to the spatial Manipulation and alignment of the micro components in one desired location and position, for example for a joining process, are caused by the electrical fields on the micro components to be joined also the necessary ones Joining forces applied, the z. B. also be supported by bringing together the Micro components with different electrical charges be applied.

Nach dem Zusammenbau eines hybrid-ausgestalteten Mikrosystems gelangt dieses entweder über entsprechende HF-Wanderfelder oder durch gezielte Fluidströmungen über eine weitere Schnittstelle am Behältnis in einen Fertigteile-Magazintank.After assembling a hybrid designed Microsystems gets this either through appropriate HF traveling fields or through targeted fluid flows over another interface on the container into one Precast parts magazine tank.

Neben der an sich bekannten Elektrodenanordnung zur Erzeugung dynamischer, elektrischen Wanderfelder, in denen durch induzierte elektrophoretische Kräfte einzelne Mikrobauteile in vorgebbare Richtungen bewegt werden können, ist ferner eine Vorrichtung angegeben, die eine Grundplatte vorsieht, in der Verformungselemente eingearbeitet sind. Die Verformungselemente sind einzeln um eine Achse verformbar und bilden über ihre Geometrie eine schiefe Ebene, entlang der die auf der Grundplatte aufliegenden Mikrobauteile abgleiten können. Je nach Zusammenwirken mehrerer Verformungselemente können Mikrobauteile an vorbestimmte Positionen übergeben werden.In addition to the known electrode arrangement for Generation of dynamic, electric traveling fields, in which induced by electrophoretic forces individual micro components moved in predeterminable directions is also a device specified, which provides a base plate in which Deformation elements are incorporated. The Deformation elements are individually around an axis deformable and form an oblique over their geometry Level along which the ones lying on the base plate Micro components can slide. Depending on the interaction Several deformation elements can attach to micro components predetermined positions are passed.

Die Verformungselemente weisen vorzugsweise einen Querschnitt auf, der einer einseitig eingespannten Ebene entspricht, die um ihre Achse, entlang der sie eingespannt ist, nach oben oder nach unten verformbar ist. Für die in einer Grundplatte eingearbeiteten Ver formungselemente sind vorzugsweise piezoelektrische und/oder magnetostriktive Materialien zu verwenden. Ebenso eignen sich Bimetalle oder Formgedächtnis- Legierungen.The deformation elements preferably have one Cross section on one of the clamped Plane that corresponds to its axis, along which it is clamped, deformable upwards or downwards is. For the Ver. Incorporated in a base plate shaping elements are preferably piezoelectric and / or to use magnetostrictive materials. Bimetals or shape memory are also suitable Alloys.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur gezielten Bewegung bzw. Handhabung von Mikrobauteilen ist eine Grundplatte, in der ventilgesteuerte Düsenauslaßöffnungen eingebracht sind, die wenigstens ein, in eine vorgebbare Richtung strömendes Fluidpolster erzeugen. Die Düsenauslaßöffnungen sind dabei geneigt zur Normalen der Grundplatte angeordnet, so daß durch die Öffnungen eine Fluidströmung austreten kann, die eine parallel zur Grundplatte gerichtete Vorzugsströmung erzeugt.An advantageous device for targeted movement or handling of micro components is one Base plate, in the valve-controlled Nozzle outlet openings are introduced, at least a flowing in a predeterminable direction Generate fluid cushion. The nozzle outlet openings are arranged inclined to the normal of the base plate, so that fluid flow exits through the openings can, which is directed parallel to the base plate Preferred flow generated.

In die Grundplatte können ebenso in vorteilhafter Weise Gruppen unterschiedlicher Düsenauslaßöffnungen eingearbeitet werden, mit jeweils unterschiedlichen Austrittsrichtungen, so daß bei entsprechender Ventilansteuerung über ein- und dieselbe Grundplatte unterschiedliche Bewegungsrichtungen im strömenden Fluidpolster erzeugt werden können.In the base plate can also advantageously Groups of different nozzle outlet openings be incorporated, each with different Exit directions, so that with appropriate Valve control via one and the same base plate different directions of movement in the flowing Fluid cushions can be generated.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention is described below with reference to Embodiments with reference to the Exemplary drawings described. Show it:

Fig. 1a und b, Darstellung des Funktionsprinzips zur kontrollierten Handhabung dielektrischer Mikrobauteile in einem elektrischen Feld, Fig. 1a and b, depicting the principle of operation for the controlled handling microcomponents dielectric in an electrical field,

Fig. 2 prinzipieller Aufbau einer Anordnung zur Zusammenführung wenigstens zweier Mikro bauteile, Fig. 2 basic structure of an arrangement of at least two to merge microcomponents,

Fig. 3 Schnittstelle zwischen einem Magazintank und dem Behältnis, Fig. 3 interface between a magazine tank and the container,

Fig. 4a und b vorteilhafte Ausführungsform für ein Verformungselement für den gezielten Trans port von Mikrobauteilen, FIG. 4a and b advantageous embodiment for a deformation element for the targeted trans port of microcomponents,

Fig. 5 Darstellung einer erfindungsgemäßen Grund platte zur Erzeugung eines gerichteten Fluid polsters, Fig. 5 showing a base plate according to the invention for generating a directed fluid cushion,

Fig. 6 Elektrodengitteranordnung zur gezielten Bewegung von Mikrobauteilen, Fig. 6 electrode grid arrangement for the targeted movement of microcomponents,

Fig. 7 Halte- und Positionierelektrodenanordnung, Fig. 7 holding and Positionierelektrodenanordnung,

Fig. 8 Fügeanordnung zur gezielten Fügung zweier Mikrobauteile, Fig. 8 joining arrangement for selectively joining two microcomponents,

Fig. 9 vorteilhafte Elektrodenausgestaltung zur Manipulation eines Mikrobauteiles, und Fig. 9 advantageous electrode design for manipulating a micro component, and

Fig. 10 perspektivische Darstellung einer Manipulator vorrichtung zur berührungslosen Bewegung von Mikrobauteilen in einer Montagestation. Fig. 10 perspective view of a manipulator device for contactless movement of microcomponents in an assembly station.

Der in Fig. 2 angegebene prinzipielle Aufbau zur Zusammenführung wenigstens zweier Mikrobauteile weist ein Behältnis 1 auf, das an einer Seite Schnittstellen 2 vorsieht, über die teilebevorratende Magazinbehälter 31, 32, 33, 34 und 35 mit dem Behältnis adaptierbar sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Magazinbehälter 32 Basisteile mit einer Ausnehmung enthalten, die mit zylinderförmigen Fügeteilen, die im Magazinbehälter 33 bevorratet sind, gefügt werden sollen. Für eine bessere Fixierung beider Fügeteile sind im Magazinbehälter 31 hydrophobe Klebetropfen vorgesehen, die zwischen den vorstehend beschriebenen Fügeteilen eingebracht werden sollen. Die Magazinbehälter 34 und 35 sehen ebenfalls zwei Mikrobauteile vor, die im ge zeigten Beispiel ineinander gesetzt werden sollen.The basic structure shown in FIG. 2 for merging at least two microcomponents has a container 1 which provides interfaces 2 on one side, via which parts-storing magazine containers 31 , 32 , 33 , 34 and 35 can be adapted with the container. In the exemplary embodiment shown, 32 base parts with a recess are contained in the magazine container, which are to be joined with cylindrical joining parts which are stored in the magazine container 33 . For a better fixation of both joining parts, hydrophobic adhesive drops are provided in the magazine container 31 , which are to be inserted between the joining parts described above. The magazine containers 34 and 35 also provide two microcomponents that are to be placed one into the other in the example shown.

Die in den Magazinbehältern bevorrateten Einzelbauteile sind zur einfacheren Vereinzelung in einer Flüssigkeit bzw. in einem Gel suspendiert, das vorzugsweise die gleiche Flüssigkeit bzw. das gleiche Gel darstellt, das auch das Behältnis 1 vollständig erfüllt.The individual components stored in the magazine containers are suspended in a liquid or in a gel for easier separation, which preferably represents the same liquid or the same gel that also completely fulfills the container 1 .

Die als Abschnitt A dargestellte Bereitstellungsein richtung umfaßt neben den Magazinbehältern Vereinzelungs vorrichtungen 4, die die aus den Magazinbehältern 31 bis 35 bereitgestellten Einzelkomponenten jeweils stückweise vereinzelt. Dies geschieht wie im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 in Form von geeignet ausgestalteten Zuführkanälen 4, die die einzelnen in den Magazinbehältern enthaltenen Einzel komponenten reihenweise einer Zuführeinrichtung B übergibt.The Provisioning device shown as section A comprises, in addition to the magazine containers, separating devices 4 which separate the individual components provided from the magazine containers 31 to 35 piece by piece. This takes place as in the exemplary embodiment shown in FIG. 2 in the form of suitably designed feed channels 4 which transfer the individual components contained in the magazine containers in rows to a feed device B.

Der Vereinzelungsvorgang kann jedoch insbesondere durch in den Magazintanks enthaltene Elektroden-Arrays (nicht dargestellt) unterstützt werden, durch die innerhalb der Magazintanks dynamische elektrische Felder erzeugt werden können, in denen die einzelnen Komponenten bereits in den Magazintanks auf gelockert bzw. vereinzelbar sind. Ebenso ist es möglich, die Magazintanks nicht seitlich an dem Behältnis 1 anzubringen, sondern an seiner Oberseite, so daß bereits durch bloße Sedimentation der. Einzelkomponenten innerhalb der Magazintanks und den sich anschließenden Vereinzelungsvorrichtungen 4 eine vereinzelte Bereitstellung der Mikrobauteile bzw. Hilfsstoffe möglich ist.The separating process can, however, be supported in particular by electrode arrays (not shown) contained in the magazine tanks, by means of which dynamic electrical fields can be generated within the magazine tanks, in which the individual components can already be loosened or separated in the magazine tanks. It is also possible not to attach the magazine tanks to the side of the container 1 , but rather to the top of the latter, so that the mere sedimentation of the. Individual components within the magazine tanks and the subsequent separating devices 4 an individual provision of the micro components or auxiliary materials is possible.

Gemäß Fig. 3 ist eine derartige Anordnung zur Verein zelung im Querschnitt angegeben, die zusätzlich im unteren Bereich der Vereinzelungsvorrichtung 4 Scharniere 5 vorsieht, die eine kontrollierte Ein zelabgabe der im Magazintank 3 enthaltenen Komponenten B gewährleistet. Neben der gezielten Sedimentation der im Magazintank enthaltenen Mikrobauteile können diese auch durch elektrostatische bzw. magnetische Kräfte durch Vorsehung entsprechender Elektroden bzw. Magnete ver einzelt werden. Ebenso ist es möglich, durch gezielte Einbringung fluidischer Strömungen in den Magazintanks in Richtung auf die Vereinzelungseinrichtung die darin enthaltenen Mikrobauteile voneinander zu isolieren.Referring to FIG. 3, such an arrangement to the club zelung shown in cross-section, which in addition at the bottom of the separation device provides 4 hinges 5, the zelabgabe a controlled one ensures the components contained in the magazine tank 3 B. In addition to the targeted sedimentation of the micro components contained in the magazine tank, they can also be separated by electrostatic or magnetic forces by providing appropriate electrodes or magnets. It is also possible to isolate the microcomponents contained therein from one another by targeted introduction of fluidic flows into the magazine tanks in the direction of the separating device.

Liegen die Einzelteile bzw. Mikrobauteile in einer gewünschten Lage in der Vereinzelungsvorrichtung 4 vor, so werden sie stückweise gemäß Fig. 2 in eine Zu führeinrichtung B jeweils zu einer Montageeinrichtung C überführt. Für den Transport der Einzelkomponenten zur Montageeinrichtung C können unterschiedliche Zu führeinrichtungen Verwendung finden. Zum einen können zwei- oder dreidimensionale Elektroden-Arrays 6 bei entsprechender Versorgung mit HF-Spannungen ein dynamisches Wanderfeld generieren, indem die einzelnen Mikrobauteile bzw. Komponenten berührungsfrei in vor gebbarer Richtung innerhalb des in dem Behältnis 1 enthaltenen Fluides bewegt werden können.If the individual parts or microcomponents are present in a desired position in the separating device 4 , they are transferred piece by piece according to FIG. 2 into a feed device B each to an assembly device C. Different supply devices can be used to transport the individual components to the assembly device C. On the one hand, two- or three-dimensional electrode arrays 6 can generate a dynamic traveling field with a corresponding supply of HF voltages, in that the individual microcomponents or components can be moved contact-free in the predeterminable direction within the fluid contained in the container 1 .

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Elektroden- Array-Anordnung ist nach Fig. 4a zur gezielten Fortbe wegung der Mikrobauteile eine Grundplatte 7 vorgesehen, die Verformungselemente 8 aufweist, die jeweils über eine Seite mit der Grundplatte 7 fest verbunden sind. Die Verformungselemente verformen sich entlang ihrer eingespannten Seite nach oben oder nach unten, so daß sie jeweils eine schiefe Ebene bilden, entlang der die auf der Grundplatte 7 aufliegenden Mikrobauteile B abgleiten können.As an alternative to the electrode array arrangement described above, a base plate 7 is provided according to FIG. 4a for the targeted movement of the microcomponents, which has deformation elements 8 , which are each firmly connected to the base plate 7 via one side. The deformation elements deform upwards or downwards along their clamped side, so that they each form an inclined plane along which the microcomponents B resting on the base plate 7 can slide.

In Fig. 4b ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Verformungselementes 8 angegeben, das ein sogenanntes Silizium-Filmscharnier darstellt und aus einem Siliziumkörper 9 besteht, der einen flachen Flächenab schnitt 10 aufweist. Das Silizium-Filmscharnier ist an seiner Oberseite mit diversen elektrischen Aluminium- Kontakten 11 sowie Isolationsschichten 12 beschichtet. Je nach elektrischer Kontaktierung kann der flächige Siliziumabschnitt 10 nach oben oder nach unten verformt werden. Entlang der sich ausbildenden schiefen Ebene können die auf der Grundplatte 7 aufliegenden Mikrobauteile B in eine gewünschte Richtung abgleiten.In Fig. 4b, an advantageous embodiment of a deformation element 8 is given, which is a so-called silicon film hinge and consists of a silicon body 9 , which has a flat section 10 section. The top of the silicon film hinge is coated with various electrical aluminum contacts 11 and insulation layers 12 . Depending on the electrical contact, the flat silicon section 10 can be deformed upwards or downwards. The microcomponents B resting on the base plate 7 can slide in a desired direction along the inclined plane which is formed.

Ebenso sind Verformungselemente einsetzbar, die aus piezoelektrischen und/oder magnetostriktiven Materialien bestehen. Ferner können Bimetalle oder Formgedächtnis-Legierungen hierzu verwendet werden.Deformation elements that consist of piezoelectric and / or magnetostrictive Materials exist. Furthermore, bimetals or Shape memory alloys are used for this.

Für den berührungslosen Transport von Mikrobauteilen B ist in Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße Grundplatte 13 mit Düsenauslaßöffnungen 14 versehen, die über einzelne Ventile 15 angesteuert werden können. Durch die Düsenauslaßöffnungen 14 tritt jeweils das in dem Behältnis 1 befindliche Fluid aus, so daß über der Grundplatte 13 ein Fluidpolster erzeugbar ist, das das Bauteil B trägt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, weisen die Düsendurchlaßöffnungen schräg nach oben, so daß sie eine parallel zur Grundplatte orientierte Vorzugsrichtung erzeugen können. In der Grundplatte 13 sind jeweils zwei Gruppen von Düsenauslaßöffnungen 14′ und 14′′ vorgesehen, die jeweils entgegengesetzte Fluidbewegungsrichtungen, aufgrund unterschiedlicher Auslaßrichtungen, erzeugen können. Je nach Stärke und Auslaßrichtung der Fluidströmungen, können Mikrobauteile B auf diese Weise ohne die Grundplatte 13 zu berühren, an eine vorgebbare Position geführt werden.For the contactless transport of microcomponents B, a further base plate 13 according to the invention is provided with nozzle outlet openings 14 in FIG. 5, which can be controlled via individual valves 15 . The fluid in the receptacle 1 exits through the nozzle outlet openings 14 , so that a fluid cushion can be produced above the base plate 13 which carries the component B. As can be seen from FIG. 5, the nozzle passage openings point obliquely upwards, so that they can produce a preferred direction oriented parallel to the base plate. In the base plate 13 , two groups of nozzle outlet openings 14 'and 14 ''are provided, each of which can generate opposite directions of fluid movement, due to different outlet directions. Depending on the strength and outlet direction of the fluid flows, microcomponents B can be guided to a predeterminable position in this way without touching the base plate 13 .

Mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Zuführeinrichtung B, die mit den vorstehend beschriebenen alternativen Techniken realisiert werden kann, werden die aus der Bereitstellungseinrichtung A angebotenen Einzel komponenten hin zu einer Montage-/Fügeeinrichtung C überführt. So gelangen beispielsweise die aus dem Magazinbehälter 32 entstammenden Basisteile in eine Halte- und Positionier elektrodenanordnung 16, die aus jeweils zwei in Kreuz stellung angebrachten Elektrodenpaaren besteht. Inmitten dieser Halte- und Positionierelektrodenanordnung 16 ist das Basisteil durch die dort vorherrschenden elektrischen Feldverhältnisse raumfest positionierbar. Über eine Ringelektrodenanordnung 17 gelangt ein aus dem Magazinbehälter 33 entstammender Fügepartner durch ein in dem Ringelektrodensystem vorherrschendes Wanderfeld von oben auf das räumlich fixierte Basisteil. Ebenso werden Klebstofftropfen 18 aus dem Magazinbehälter 31 über die Zuführeinrichtung und die Ringelektrodenanordnung 17 zwischen beide zu verfügenden Mikrobauteile einge bracht.With the aid of the feed device B shown in FIG. 2, which can be realized with the alternative techniques described above, the individual components offered from the supply device A are transferred to an assembly / joining device C. For example, the base parts originating from the magazine container 32 are brought into a holding and positioning electrode arrangement 16 , which consists of two pairs of electrodes attached in a cross position. In the middle of this holding and positioning electrode arrangement 16 , the base part can be positioned in a spatially fixed manner due to the electrical field conditions prevailing there. Via a ring electrode arrangement 17 , a joining partner originating from the magazine container 33 reaches the spatially fixed base part from above through a traveling field prevailing in the ring electrode system. Likewise, drops of adhesive 18 are introduced from the magazine container 31 via the feed device and the ring electrode arrangement 17 between the two microcomponents available.

Zur präzisen Lage- und Orientierungserfassung der in dem Fügeprozeß involvierten Mikrobauteile bzw. Fügemittel können durch entsprechende elektrische Beschaltung die Elektrodenanordnungen selbst dienen, die die durch die Mikrobauteile verursachten Feldinhomogenitäten erfassen und entsprechend auswerten. Je nach aktueller Lage und Positionierung werden die für den Fügeprozeß notwendigen Feldverläufe durch das Anlegen entsprechender Spannungen an die Elektroden erzeugt. Der Fügeprozeß selbst kann zusätzlich durch von außen induzierte mechanische Schwingungen, die über die, die Anordnung umgebende Flüssigkeit bzw. das Gel, auf die verfügenden Mikrobauteile übertragen werden, so daß ein Ineinandergleiten der Teile unterstützt werden kann.For precise location and orientation detection in the Joining process involved micro components or joining agents can the appropriate electrical wiring Electrode arrangements themselves, which are used by the Detect micro-components caused field inhomogeneities and evaluate accordingly. Depending on the current situation and Positioning will be used for the joining process necessary field courses by creating corresponding voltages to the electrodes. The joining process itself can also be done from the outside induced mechanical vibrations that over the the arrangement surrounding liquid or gel the available micro components are transferred so that a sliding of the parts are supported can.

Ein ähnlicher Vorgang ist mit den Teilen aus den Magazinbehältern 34 und 35 aus dem rechten Teil der Darstellung gemäß Fig. 2 zu entnehmen. So gelangen die Basisteile aus dem Magazinbehälter 35 über die Bereit stellungseinrichtung A und die Zuführeinrichtung B in eine Raumgitterelektrodenanordnung 19, die eine weitere Halte- und Positionierelektrodenanordnung 20 umgibt. Das Basisteil aus dem Magazinbehälter 35 wird wie im vorbe schriebenen Beispiel von Halte- und Positionierelek troden 20 räumlich fixiert, wobei ein in das Basisteil einzusetzendes Bauteil aus dem Magazinbehälter 34 von oben in das räumlich fixierte Basisteil eingebracht wird. Das dynamische Ineinanderfügen beider Teile er folgt dabei mittels elektrischer Felder, die durch ein dreidimensionales Elektrodengitter 20 erzeugbar sind.A similar process can be seen with the parts from the magazine containers 34 and 35 from the right part of the illustration according to FIG. 2. Thus, the base parts get out of the magazine container 35 via the provision device A and the feed device B into a space grid electrode arrangement 19 which surrounds a further holding and positioning electrode arrangement 20 . The base part from the magazine container 35 is spatially fixed, as in the example described above, of holding and positioning electrodes 20 , a component to be inserted into the base part being introduced from the magazine container 34 into the spatially fixed base part from above. The dynamic merging of the two parts takes place by means of electrical fields that can be generated by a three-dimensional electrode grid 20 .

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt eines derartigen dreidimensionalen Elektrodengitters mit Elektrodenab schnitten 21, die einzeln über Ansteuerdrähte 22 mit Wechsel spannung versorgbar sind. Das Raumgitter selbst ist aus einem Isolatorgerüst 23 aufgebaut, das in der dargestellten Form gemäß Fig. 6 eine kubische Raumordnung aufweist. Grundsätzlich sind beliebige Gitterstrukturen denkbar, die entsprechend an den Fügeprozeß bzw. an den Zusammenführvorgang zwischen den einzelnen Mikrobauteilen individuell angepaßt werden können. Auf diese Weise können individuelle Feldformen erzeugt werden. Fig. 6 shows a section of such a three-dimensional electrode grid with cut electrodes 21 , which can be individually supplied with AC voltage via control wires 22 . The space grille itself is constructed from an insulator frame 23 , which has a cubic spatial arrangement in the form shown in FIG. 6. In principle, any lattice structures are conceivable that can be individually adapted to the joining process or the merging process between the individual microcomponents. In this way, individual field shapes can be created.

In Fig. 7 ist eine den Erfindungsgedanken nicht be schränkende, vorteilhafte Halte- und Positionierelek trodenanordnung dargestellt, die aus jeweils zwei in Kreuzstellung angeordneten Elektrodenpaaren E1 und E2 besteht. Zur exakten Ausrichtung des zu fixierenden Mikrobauteiles B in Richtung seiner Hochachse H sind weitere Ladungselektroden L1 und L2 vorgesehen, die unterhalb sowie oberhalb des fixierten Mikrobau teiles angeordnet sind. Die oberhalb der Halte- und Positionierelektrodenanordnung vorgesehenen Ladungselektroden L2 dienen ferner dazu den zweiten Fügepartner F gesteuert relativ zum räumlich fixierten Bauteil B zu bewegen. Ebenso können mit Hilfe dieser Ladungselektroden zusätzliche Fügematerialien, bei spielsweise Klebstoffe oder weitere Hilfsstoffe, wie beispielsweise Öle, hochgenau positioniert werden.In Fig. 7, the inventive idea is not restrictive, advantageous holding and positioning electrode arrangement is shown, each consisting of two electrode pairs E1 and E2 arranged in a cross position. For exact alignment of the micro component B to be fixed in the direction of its vertical axis H, further charge electrodes L1 and L2 are provided, which are arranged below and above the fixed micro component. The charge electrodes L2 provided above the holding and positioning electrode arrangement also serve to move the second joining partner F in a controlled manner relative to the spatially fixed component B. These charge electrodes can also be used to position additional joining materials, for example adhesives or other auxiliary materials, such as oils, with high precision.

Neben den in Fig. 2 dargestellten Fügeprozessen ist auch das Zusammenführen mehrerer Mikrobauteile denkbar, die über zusätzliche Klebeschichten, Lötverbindungen oder Schweißvorgänge miteinander in dauerhafte Verbindung treten können.In addition to the joining processes shown in FIG. 2, it is also conceivable to bring together a plurality of microcomponents which can come into permanent connection with one another via additional adhesive layers, soldered connections or welding processes.

Nach Fertigmontage der weitgehend berührungsfrei montierten Mikrosysteme werden diese nach Fig. 2 aus der Montage- und Fügeeinrichtung C mit Hilfe der aus der Zuführeinrichtung B bekannten Anordnungen über entsprechende Schnittstellen an dem Behältnis 1 in Fertigteile-Magazintanks 25 überführt, in denen sie ebenfalls in Flüssigkeit oder im Gel suspendiert vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützt sind.After final assembly of the largely non-contact mounted microsystems, these are shown in FIG. 2 from the assembly and joining device C using the arrangements known from the feeding device B via corresponding interfaces on the container 1 in finished parts magazine tanks 25 , in which they are also transferred into liquid or suspended in the gel are protected from external mechanical influences.

Ein besonderer Vorteil der in Fig. 2 angegebenen Montageeinrichtung besteht darin, daß die zu montierenden Mikrobauteile von Beginn an in einer Flüssigkeit bzw. einem Gel eingebracht sind, so daß auf diese Weise Verunreinigungen leicht ausgeschlossen werden können. Ebenso werden jegliche Reibungseinflüsse auf die Oberflächen der zu montierenden Mikrobauteile durch die Gegenwart der Flüssigkeit bzw. durch das Gel deutlich reduziert, wodurch die Beschädigungsgefahr der einzelnen Mikrobauteile erheblich gemindert werden kann.A particular advantage of the assembly device shown in FIG. 2 is that the microcomponents to be assembled are placed in a liquid or a gel from the start, so that contamination can be easily excluded in this way. Likewise, any friction influences on the surfaces of the microcomponents to be assembled are significantly reduced by the presence of the liquid or by the gel, whereby the risk of damage to the individual microcomponents can be considerably reduced.

Neben den in der Fig. 2 angegebenen Elektrodenanord nungen sind nicht dargestellte Meßelektroden für eine genaue Lage- und Positionserfassung der einzelnen Füge partner zusätzlich denkbar.In addition to the electrode arrangements shown in FIG. 2, measuring electrodes (not shown) for an accurate position and position detection of the individual joining partners are also conceivable.

Alternativ zu der in Fig. 2 angegebenen Gesamtvorrich tung zur Zusammenführung wenigstens zweier Mikrobauteile ist ein reduziertes Tankmontagesystem denkbar, das keine Zuführeinrichtung aufweist. Werden die einzelnen Magazintanks direkt über der Montage Fügeeinrichtung an dem Tankbehältnis angebracht, so gelangen die einzelnen Mikrobauteile durch natürliche Sedimentation unmittelbar in den Bereich der Raumelektroden zur Manipulation bzw. zur Positionierung und Halterung der einzelnen zu verfügenden bzw. zusammenzuführenden Mikrobauteile.As an alternative to the overall device shown in FIG. 2 for merging at least two microcomponents, a reduced tank assembly system is conceivable which has no feed device. If the individual magazine tanks are attached to the tank container directly above the assembly device, the individual microcomponents reach the area of the space electrodes through natural sedimentation for manipulation or for positioning and holding the individual microcomponents available or to be brought together.

Beispielhaft hierfür ist eine derartige Anordnung ange geben. Die einzelnen Fügeprozesse erfolgen in aneinan dergereihten Formnestern 26, 27 und 28. Die einzelnen Teile gelangen über Magazintanks M1, M2 und M3, die über den einzelnen Montagestationen angebracht sind, in das Innere des ausschnittsweise dargestellten Behältnisses 1. Die Vereinzelung der einzelnen Bauteile erfolgt jeweils über einen Scharniermechanismus 29. Für die getaktete Zusammenführung der einzelnen Bauteile ist ein Gurtfördersystem 30 mit der in Pfeilrichtung vorgesehenen Taktrichtung vorgesehen, das aus einem ersten Magazintank M1 das Basisteil in kontrollierter Weise über ein entsprechendes elektrisches Feld einer Halte- und Positionierelektrodenanordnung 31 aufnimmt. In einer nächsten Station wird ein weiteres Bauteil in das auf dem Gurtförderband 30 befindliche Basisteil eingebracht. Ein ähnlicher Fügevorgang erfolgt auch in der nächsten Fügestation. Die einzelnen Formnester werden ähnlich der Funktion eines Rundtaktautomaten oder Fließbandes unter den einzelnen Bereit stellungseinheiten mit Elektroden zur Manipulation der Fügeteile nach abgeschlossenem Fügeprozeß in jeder Station weitergetaktet. Bei Serienfertigung können diese Teile im Gurt montiert werden, der anschließend verschlossen das fertige Produkt enthält.An example of such an arrangement is given. The individual joining processes take place in form nests 26 , 27 and 28 arranged in a row. The individual parts enter the interior of the container 1 shown in sections via magazine tanks M1, M2 and M3, which are attached above the individual assembly stations. The individual components are each separated by a hinge mechanism 29 . For the clocked merging of the individual components, a belt conveyor system 30 is provided with the clock direction provided in the direction of the arrow, which receives the base part from a first magazine tank M1 in a controlled manner via a corresponding electrical field of a holding and positioning electrode arrangement 31 . In a next station, a further component is introduced into the base part located on the belt conveyor belt 30 . A similar joining process takes place in the next joining station. The individual mold cavities are clocked similarly to the function of a rotary cycle machine or assembly line under the individual provision units with electrodes for manipulating the parts to be joined after the joining process has been completed in each station. In series production, these parts can be mounted in the belt, which then contains the finished product when closed.

Eine weitere Elektrodenanordnung zur räumlichen Manipulation eines Mikrobauteiles ist in Fig. 9 angegeben. Die Elektrodenanordnung weist dabei zwei sich gegenüberliegende Elektrodenringe R1 und R2 auf, die voneinander beabstandet sind. Das mit Hilfe dieser Elektrodenanordnung erzeugbare elektrische Feld entspricht einem elektrischen Feldkäfig, in dem dielektrische Bauteile B regelrecht eingesperrt werden können. Ein extra vorgesehener Manipulatorarm M, der mit der Elektrodenanordnung verbunden ist, vermag das in dem elektrischen Feldkäfig eingeschlossene Mikrobauteil B beliebig im Raum zu bewegen. So ist es beispielsweise möglich, den in Fig. 9 angegebenen Fügeprozeß durch Absenken des in dem elektrischen Feldkäfig einge sperrten Bauteils gegenüber dem unteren Mikrobauteil MU durchzuführen. A further electrode arrangement for the spatial manipulation of a micro component is specified in FIG. 9. The electrode arrangement has two mutually opposite electrode rings R1 and R2 which are spaced apart from one another. The electric field that can be generated with the aid of this electrode arrangement corresponds to an electric field cage in which dielectric components B can be literally locked. A specially provided manipulator arm M, which is connected to the electrode arrangement, is able to move the micro component B enclosed in the electrical field cage as desired in space. For example, it is possible to carry out the joining process indicated in FIG. 9 by lowering the component locked in the electrical field cage relative to the lower micro-component MU.

Der vorstehend beschriebene elektrische Feldkäfig kann mittels des Manipulatorarms M über einen hochgenauen Industrieroboter an eine vorgebbare Position bewegt werden.The electrical field cage described above can by means of the manipulator arm M over a highly accurate Industrial robot moved to a predeterminable position will.

Eine weitere zur räumlichen Positionierung von Mikrobauteilen anwendbare Manipulatoreinrichtung ist in Fig. 10 angegeben. An einen Manipulator M, der in drei Raumachsen bewegbar ist, ist eine um die Hochachse bewegbare Saugdüse S angebracht, die einen Fluidstrom axial erzeugen kann. Ferner sind symmetrisch zur Saugdüsenachse zwei Elektrodenpaare E1 und E2 ange ordnet, die als Halte- und Positionierelektroden dienen. Die an einen bestimmten Platz innerhalb des Behältnisses 1 abgestellten Mikrobauteile B können mit Hilfe der in Fig. 10 dargestellten Saugdüsenanordnung erfaßt und über den Manipulator an eine beliebige Stelle im Raum überführt werden. Zusätzlich zur Saugdüse S ist ein Kombigreifer K vorgesehen, der die Aufnahme eines Mikrobauteils B unterstützt.Another manipulator device that can be used for the spatial positioning of microcomponents is shown in FIG. 10. A manipulator M, which can be moved in three spatial axes, has a suction nozzle S which can be moved about the vertical axis and which can generate a fluid flow axially. Furthermore, two pairs of electrodes E1 and E2 are arranged symmetrically to the suction nozzle axis, which serve as holding and positioning electrodes. The microcomponents B parked at a specific location within the container 1 can be detected with the aid of the suction nozzle arrangement shown in FIG. 10 and transferred to any location in the room using the manipulator. In addition to the suction nozzle S, a combination gripper K is provided which supports the accommodation of a micro component B.

Weiterhin kann in vorteilhafter Weise im Behältnis eine Ultraschallreinigungseinrichtung vorgesehen werden, die einen hohen Reinheitsgrad der zu montierenden Einzelteile gewährleistet. Mit Hilfe einer derartigen Einrichtung können mechanische Schwingungen, die von der Flüssigkeit bzw. dem Gels übertragen werden, Körpervibrationen in den Mikrobauteilen hervorrufen, die beispielsweise den Fügevorgang bei extrem kleinen Fügespielen und phasenlosen Bauteilen aktiv unterstützten.Furthermore, can advantageously in the container an ultrasonic cleaning device is provided to be of high purity assembling parts guaranteed. With the help of a mechanical vibrations, transferred from the liquid or gel cause body vibrations in the microcomponents, which, for example, the joining process for extremely small Joining games and phaseless components active supported.

In dem Behältnis können zudem Flüssigkeitsschichten unterschiedlicher Dichten eingebracht werden, zwischen denen sich Grenzschichten ausbilden. Auf diese Weise ist es möglich, in unterschiedlichen Raumbereichen innerhalb des Tankbehältnisses unterschiedliche Mikro bauteile voneinander getrennt handzuhaben.There can also be layers of liquid in the container different densities are introduced between which form boundary layers. In this way it is possible in different room areas Different microphones inside the tank to handle components separately.

Claims

1. Method of merging and joining at least two dielectric microcomponents that largely controlled with low contact by means of electrical fields are manageable and mutually positionable, and the into a liquid or gel of less electrical conductivity introduced individually be in which at least a first micro component through the electric field of a holding and Positioning electrode arrangement is spatially fixed and at least one other micro device under Ver controlled use of dynamic electrical fields is moved towards the fixed micro component and with this is decreed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the microcomponents interlock to be joined.

3. The method according to claim 1, characterized in that the in operative connection emerging micro-components are glued or welded.

4. The method according to claim 1, characterized in that the microcomponents into one Form, force and / or a material bond are added.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in the liquid or in the gel is coupled into mechanical vibrations.

6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 5, in the one filled with liquid or gel Contain a holding and positioning electrodes Order is provided, the electric field of which is at least a first Microcomponent spatially fixed, as well as another Electrode arrangement for generating an electrical Hiking field is provided in which at least one additional micro component relative to the spatially fixed Micro component is movable and is available with this.

7. The device according to claim 6, characterized in that the in a liquid or a gel inserted microcomponents one Subject to fluid flow.

8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the sizes of the Micro components are in the range of 1 mm to 1 nm.

9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the liquid or Gel has a higher dielectric constant than that Micro components.

10. The device according to one of claims 6 to 9, characterized in that over liquid density Interfaces to the container the micro components Storage magazine containers are provided in which the microcomponents already in the liquid or in the Gel suspended.

11. The device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the container on its Upper side provides openings through the micro components can be introduced into the container.

12. The apparatus of claim 10 or 11, characterized in that for separating the Micro components towards the interface in the Magazine containers Electrode arrays for production dynamic electric fields are provided or a fluid flow within the magazine container is itable or the parts through targeted Sedimentation occasionally reach the interface.

13. The device according to one of claims 10 to 12, characterized in that within the container after the interfaces are ready directions are provided that the microcomponents individually handed over to a feeding device.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that a single tax of micro components to the feeder via a Separating device takes place at an output of the Provisioning device is attached.

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the separating device device a hinge or an electrode arrangement having.

16. The apparatus of claim 14, characterized in that the Separating device generates a fluid flow, through which the micro components can be separated.

17. The apparatus according to claim 14, characterized in that the separation by Sedimentation takes place.

18. Device according to one of claims 6 to 17, characterized in that the microcomponents have a base plate provided with deformation elements movable are, so that the micro components by targeted off steering of the deformation elements on the forming sloping levels and in this way into a predeterminable direction are movable.

19. The apparatus of claim 18, characterized in that the deformation elements approximately a cross section of one sided have spanned plane, along its axis which they are clamped up or down are deformable.

20. The apparatus of claim 18 or 19, characterized in that the deformation elements piezoelectric and / or magnetostrictive material exhibit.

21. Device according to one of claims 18 to 20, characterized in that the deformation elements Bimetal or shape memory alloys exist.

22. The apparatus of claim 18 or 19, characterized in that the deformation elements Silicon hinges are made by electrical Contacting are deformable.

23. The device according to one of claims 6 to 22, characterized in that the microcomponents be can be guided without contact over a base plate in which valve-controlled nozzle outlet openings are introduced, the at least one in a predeterminable direction generate flowing fluid cushion.

24. The device according to claim 23, characterized in that at least two groups of Nozzle outlet openings are provided, the off openings are aligned and independent are controllable from each other, so that alternately under Different fluid cushion preferred directions can be generated are on which the micro components are movable.

25. The device according to one of claims 6 to 24, characterized in that the to be connected Microcomponents using an electric field, the can be generated by grid electrodes, whose Lattice sections targeted with electrical voltage are available, checked in the room at 6 Degrees of freedom are movable.

26. The device according to claim 25, characterized in that the Space grid electrode arrangement a cubic or Tetragonal grid arrangement.

27. The apparatus according to claim 25, characterized in that the Space grid electrode arrangement is flexibly changeable.

28. Device according to one of claims 6 to 27, characterized in that for the handling of Joining materials, binders or joining aids, such as Adhesives or oils, electrode arrangements are provided are.

29. The device according to one of claims 6 to 28, characterized in that ring electrodes are provided are, by means of which at least one microcomponent in Movable in the direction of the spatially fixed micro-component is.

30. Device according to one of claims 6 to 29, characterized in that measuring electrodes are provided are the location and orientation of the micro components capture.

31. Device according to one of claims 6 to 30, characterized in that for detecting the location and Orientation of the micro components, the holding and Positioning electrodes can be used Field inhomogeneities caused by the micro components capture.

32. Device according to one of claims 6 to 31, characterized in that the holding and Positioning electrode arrangement two flat electrode Couples that in the cross position in the middle positioning micro component by their electrical Enclose fields and the micro component related to the fix horizontal level.

33. Device according to claim 32, characterized in that a lower Charge electrode is provided by ent speaking electrical wiring that too positioning microcomponent related to the vertical Orientation fixed.

34. Device according to claim 32 or 33, characterized in that related to the vertical above the holding and positioning electrode arrangement an upper charge electrode arrangement is provided, which is a controlled merging of two Micro components guaranteed.

35. Device according to one of claims 6 to 34, characterized in that a cylindrical Electrode arrangement for generating an electrical Field cage is provided, the two spaced Has ring electrodes and in its field Micro component can be enclosed without contact.

36. Device according to claim 35, characterized in that the cylindrical Electrode arrangement using a manipulator in the room is movable.