DE19840388A1

DE19840388A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Positionieren und Vereinzeln einer Vielzahl von mittels einer Trägerschicht verbundenen Mikroabformteilen

Info

Publication number: DE19840388A1
Application number: DE19840388A
Authority: DE
Inventors: Klaus Pollak; Klaus-Dieter Mueller; Mathias Heckele
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2018-09-05
Also published as: DE19840387C2; DE19840388B4; DE19840387A1

Abstract

Ein Verfahren zum Positionieren und Vereinzeln einer Vielzahl von mittels einer Trägerschicht verbundenen Mikroabformteilen, bei welchem die Abformteile zusammen im verbundenen Zustand, jedoch jedes für sich einzeln, mittels Unterdruck auf einer Unterlage angesaugt, dadurch in vorbestimmter Position gemeinsam festgehalten, danach unter Aufrechterhaltung des Unterdrucks voneinander getrennt und einzeln von der Unterlage wieder abgehoben werden. Eine Vorrichtung für das Verfahren weist eine Magazinplatte auf, in die auf deren Oberseite eine Ausnehmung zur Aufnahme der Abformfolie mit gleicher Kontur wie diese mit geringem Übermaß eingebracht ist. In die Unterseite der Magazinplatte ist ein Hohlraum eingelassen, der mit der Ausnehmung über Saugbohrungen verbunden ist, wobei die flächige Anordnung der Saugbohrungen der Anordnung der Abformteile auf der Abformfolie entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Po sitionieren und Vereinzeln einer Vielzahl von, mittels einer Trägerschicht verbundenen Mikroabformteilen, z. B. für das positionsgenaue Abheben einzelner Teile mittels Mikrogreifern nach ihrer Auftrennung, sowie eine Vorrich tung zur Ausübung des Verfahrens.

Die Erfindung befasst sich mit der Magazinierung von Ab formfolien mit darauf angeordneten Mikroteilen, die eine Trägerschicht aufweisen, die die Mikroteile verbindet. Solche Abformfolien werden unter anderem durch Heißprä gern hergestellt. Die Mikroteile müssen anschließend von einander getrennt, das heisst vereinzelt werden, bevor sie durch entsprechende Greifer zur weiteren Behandlung erfasst werden. Dabei ist die Magazinierung ein Problem, denn die Mikroteile sind durch ihre geringe Größe zum Greifen einerseits schwer lokalisierbar und andererseits dazu noch leicht beweglich. Dies führt zu Problemen bei der Entnahme.

Die Erfindung hat daher zur Aufgabe eine Magazinierlösung anzugeben, die es ermöglicht, die Mikroteile vor, während und nach der Vereinzelung immer genau in einer exakten Position zu halten, so daß sie mittels eines Mikrogrei fers aus dieser präzise entnommen werden können.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfah ren vor, wie es in den kennzeichnenden Merkmalen der Pa tentansprüche 1 und 2 angegeben ist. Eine erfindungsge mäße Vorrichtung für das Verfahren ist in den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 5 angegeben.

Die besonderen Vorteile der Erfindung sind darin zu se hen, daß durch sie die Prozeßschritte Lagerung, Vereinze lung, Transport und Entnahme von Mikrobauteilen durch die durchgehende Magazinierung stark vereinfacht werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden und anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a-d die schematische Abfolge des Verfahrens;

Fig. 2 die Magazinplatte von unten;

Fig. 3 die Magazinplatte von der Seite und

Fig. 4 die Magazinplatte von oben.

Das in den einzelnen Stufen a bis d gemäß der Fig. 1 schematisch dargestellte Verfahren dient zum Magazinieren, Positionieren und Vereinzeln einer Vielzahl von, mittels einer Trägerschicht 3 verbundenen Abformteilen 2, wobei diese in der Höhe strukturierte, sogenannte Mikrobauteile mit Abmessungen im µm Bereich sind. Beispielsweise sollen diese nach ihrer Trennung unter Aufrechterhaltung mini malster Toleranzen im Bereich von wenigen µm mittels Mi krogreifern positionsgenau abgehoben werden. Dabei müssen die Mikrobauteile, die genau positioniert und zusammen hängend bereits als in Reihen angeordnete Abformteile 2 in Form einer Abformfolie 1 vorliegen, nach ihrer Tren nung voneinander ganz präzise in ihrer Ausgangslage ver bleiben. Dazu können zusätzlich zwischen ihnen Zwischen stege 7 mit ebenfalls glatten Flächenanteilen vorhanden sein, die ebenfalls Bestandteile der Abformfolie 1 sind. Bei dem neuen Verfahren geschieht die Vereinzelung da durch, daß die Abformteile 2 zusammen im verbundenen Zu stand, jedoch jedes für sich einzeln mittels Unterdruck auf einer Magazinplatte 4 angesaugt, dadurch in vorbe stimmter Position gemeinsam festgehalten, danach unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes voneinander getrennt und ebenfalls unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes jeweils für sich von der Magazinplatte 4 wieder abgehoben werden. Bei der Abformfolie 1 wird die Seite der Träger schicht 3 als Unterseite 5, die strukturierte Seite mit den Abformteilen 2 als Oberseite 6 bezeichnet, wobei diese Oberseite 6 glatte, ansaugfähige Flächenanteile aufweist. Bei einer speziellen Ausführungsform der Ab formfolie 1 sind die Abformteile 2 in einer Matrix ange ordnet, wobei zwischen ihnen Zwischenstege 7 mit eben falls glatten Flächenanteilen an der Oberseite 6 vorhan den sind. In dieser Konfiguration können die vereinzelten Mikrokomponenten auch ohne Unterdruck hochgenau aus dem Magazin entnommen werden. Solche Abformfolien der Mikro technik weisen eine typische Dicke im Bereich von einigen 100 µm, die einzelnen Abformteile Abmessungen im Bereich von mehreren 100 µm auf.

Wie in der Fig. 1a dargestellt, wird die Abformfolie 1 nach einem Prägevorgang in die Ausnehmung 8 auf der Ober fläche der Magazinplatte 4 mit ihrer Oberseite 6 nach un ten so eingelegt, daß sie mit den glatten Oberflächenan teilen über die Saugbohrungen 9 und 10 zu liegen kommt, die durch die Magazinplatte 4 hindurchgehen und von deren -Unterseite her mit Unterdruck beaufschlagt werden. Nach Aufbringen dieses Unterdruckes wird die Abformfolie 1 in der Ausnehmung 8 auf der Magazinplatte 4 als Ganzes fest gesaugt und somit genau positioniert. Zum Ansaugen wird die Magazinplatte 4 auf den Saugtisch 11 z. B. einer Wa fersäge aufgesetzt, dessen Saugöffnungen 12 mit dem Hohl raum 13 der Magazinplatte 4 unter deren Saugbohrungen 9 und 10 in Verbindung stehen. Danach wird die Träger schicht 3 von deren Unterseite 5 her, z. B. mit dem Säge blatt 14 der Wafersäge zwischen den Abformteilen 2 durch gesägt, siehe die Fig. 1b. Dabei entspricht die Sägetiefe der Dicke der Trägerschicht 3 zuzüglich eines Aufmaßes, das im Bereich von wenigen µm liegt. Danach sind die Ab formteile 2 voneinander getrennt, werden jedoch durch den unter ihnen mittels der Saugbohrungen 9 an ihren glatten Flächen angreifenden Unterdruck weiterhin in der durch ihre ehemalige Lage auf der Abformfolie 1 vorgegebenen Position gehalten, siehe die Fig. 1c.

Bei der in den Fig. 1a bis 1d dargestellten Form der Abformfolie 1 sind die Abformteile 2 in einer Matrix an geordnet, wobei zwischen ihnen die bereits erwähnten Zwi schenstege 7 mit ebenfalls glatten ansaugfähigen Flächen anteilen wie bei den Abformteilen 2 vorhanden sind. Diese Zwischenstege 7 sind mit den Abformteilen 2 durch die aufzutrennende Trägerschicht 3 verbunden. Der im vorste henden beschriebene Trennvorgang ist hier ähnlich, der Schnitt des Sägeblattes 14 erfolgt zwischen jedem Abform teil 2 und den Zwischenstegen 7. Danach werden auch sie über den Saugbohrungen 10 durch den Unterdruck im Hohl raum 13 in ihrer ursprünglichen Lage festgehalten, wo durch die Positionierung der Abformteile 2 nach dem Säge schnitt noch verbessert und der Ordnungsgrad der verein zelten Abformteile 2 durch das Gitter der auf der Abform folie 1 mitgeprägten Zwischenstege 7 erhalten bleibt. Nach dem Trennvorgang und einem eventuellen Weitertrans port der Magazinplatte 4 erfolgt die Entnahme der Abform teile 2 von der Magazinplatte 4 mit oder ohne Aufrechter haltung des Unterdruckes, siehe die Fig. 1d. Dies kann an einer getrennten Stelle z. B. an der Bereitstellungsposi tion eines nicht dargestellten Handhabungsgerätes erfol gen, wobei dieses die so magazinierten Abformteile 2 an genau definierter Position übernehmen kann.

In den Fig. 2 bis 4 ist die für das Verfahren notwen dige Vorrichtung dargestellt. Sie besteht aus der Maga zinplatte 4, in die auf deren Oberseite 16 zur Unterlage für die Abformfolie 1 eine Ausnehmung 8 mit geringerer Tiefe als die Dicke der Abformfolie 1 eingelassen ist. Die Ausnehmung 8 besitzt die gleiche Kontur wie die der anzusaugenden Abformfolie 1 mit geringem Übermaß, so daß diese mit ihrer Außenkontur formschlüssig darin eingelegt werden kann. In die Unterseite 15 der Magazinplatte 4 ist ein Hohlraum 13 eingelassen, der mit der Ausnehmung 8 über Saugbohrungen 9 und 10 verbunden ist. Die flächige Anordnung der Saugbohrungen 9 entspricht dabei der Anord nung der Abformteile 2 auf der Abformfolie 1, das heisst, jeweils unter dem glatten Flächenanteil eines Formteiles 1 ist mindestens eine der Saugbohrungen vorhanden oder wirksam. Das gleiche gilt auch das Ansaugen eventuell vorhandenen Zwischenstege 7, dafür sind auch unter deren Position durch die Magazinplatte 4 entsprechende Saugboh rungen 10 vorgesehen. Der Rand der Magazinplatte 4 weist einen umlaufende Absatz 17 auf, dessen äussere Abmessun gen den inneren Abmessungen des Hohlraumes 13 entspre chen, so daß die Magazinplatten 4 auf den Absätzen 17 formschlüssig übereinander in beliebiger Höhe gestapelt werden können. Die Tiefe der Absätze 17 ist so bemessen, daß beim Aufeinanderstapeln die Unterseite 16 einer obe ren Magazinplatte 4 die Unterseite 5 einer auf einer un teren Magazinplatte 4 liegenden Abformfolie 1 gerade nicht berührt und diese in ihrer vertikalen Lage fixiert. Der Abstand ist dabei so bemessen, daß sich die in der unteren Magazinplatte 4 eingelegte Abformfolie 1 nicht aus der Position in der Ausnehmung 8 in vertikaler Rich tung bewegen kann. Dadurch wird der letzte Freiheitsgrad der Abformteile in Richtung Entnahme beim Transport oder bei der Lagerung der Magazinplatten 4 gesichert. Die Ma gazinplatte lässt sich durch Variieren der Abstände der Saugbohrungen 9 und 10 sowie ihrer Durchmesser und der Tiefe der Ausnehmung 8 für die Abformfolie 1 an beliebige Abformfolien mit den verschiedensten Abformteilen anpas sen.

Bezugszeichenliste

1

Abformfolie

2

Abformteile, Mikroteile

3

Trägerschicht

4

Magazinplatte, Unterlage

5

Unterseite Abformfolie

6

Oberseite Abformfolie

7

Zwischenstege

8

Ausnehmung für

1

9

Saugbohrungen

10

Saugbohrungen

11

Saugtisch

12

Saugöffnungen

13

Hohlraum unten

14

Sägeblatt

15

Unterseite Magazinplatte

16

Oberseite Magazinplatte

17

Absatz

Claims

1. Verfahren zum Positionieren und Vereinzeln einer Viel zahl von, mittels einer Trägerschicht verbundenen Mi kroabformteilen, z. B. für das positionsgenaue Abheben einzelner Teile mittels Mikrogreifern nach ihrer Tren nung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abformteile zusammen im verbundenen Zustand, jedoch jedes für sich einzeln mittels Unterdruck auf einer Unterlage angesaugt, dadurch in durch die Abfor mung vorbestimmte Position und Ordnungsgrad gemeinsam festgehalten, danach unter Aufrechterhaltung des Un terdruckes voneinander getrennt und einzeln von der Unterlage wieder abgehoben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abheben der Abformteile ebenfalls unter Auf rechterhaltung des Unterdruckes durchgeführt wird.

3. Vorrichtung zur Ausübung eines Verfahrens nach den vorstehenden Ansprüchen zur Fixierung bei der Verein zelung von strukturierten, folienartig zusammenhängen den Mikroteilen von einer ihrer Seiten mit glatten Flächenanteilen her, wie z. B. von Abformfolien aus vielen durch eine Trägerschicht miteinander verbunde nen Abformteilen mit glatter Oberseite, die durch Auf trennen der Trägerschicht voneinander getrennt und da nach einzeln mittels Greifvorrichtungen aus der Vor richtung abgehoben werden, mit den folgenden Merkma len:

a) die Vorrichtung besteht aus einer Magazinplatte (4), in die auf deren Oberseite eine Ausnehmung (8) zur Aufnahme der Abformfolie (1) mit geringerer Tiefe als deren Dicke eingelassen ist, welche die gleiche Kontur wie diese mit geringem Übermaß auf weist,
b) in die Unterseite (15) der Magazinplatte (4) ist ein Hohlraum (13) eingelassen, der mit der Ausneh mung (8) über Saugbohrungen (9) verbunden ist,
c) die flächige Anordnung der Saugbohrungen (9) ent spricht dabei der Anordnung der Abformteile (2) auf der Abformfolie (1), wobei jeweils in der Position unter dem oder einem glatten Flächenanteil eines Formteiles (1) mindestens eine der Saugbohrungen (9) vorhanden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 für Abformfolien, auf wel cher die Abformteile in Reihen angeordnet und zwischen ihnen Zwischenstege mit ebenfalls glatten Flächenan teilen vorhanden sind, wobei auch die Zwischenstege mit den Abformteilen durch die aufzutrennende Träger schicht verbunden sind, gekennzeichnet durch die wei teren Merkmale:

a) die flächige Anordnung der Saugbohrungen (9) ent spricht der Anordnung der Abformteile (2) auf der Abformfolie (1) und der Zwischenstege (7), wobei jeweils in der Position unter dem oder einem glat ten Flächenanteil eines Formteiles (1) und der Zwi schenstege (7) Saugbohrungen (9 und 10) vorhanden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

a) der Rand der Magazinplatte (4) weist einen umlau fenden Absatz (17) auf, dessen äussere Abmessungen den inneren Abmessungen des Hohlraumes (13) ent sprechen,
b) die Tiefe der Absätze (17) ist so bemessen, daß beim Aufeinanderstapeln die Unterseite (16) einer oberen Magazinplatte (4) die Unterseite (5) einer auf einer unteren Magazinplatte (4) liegenden Ab formfolie (1) gerade nicht berührt.